TÉCNICASESPECTROSCÓPICASUV-VIS

Maribel Hernández Guerrero Departamento de Procesos y Tecnología, División de Ciencias Naturales e Ingeniería,

UAM-Cuajimalpa, México, D.F., México

UV-VIS:SecciónUno

EspectroelectromagnéAcoEspectroscopía

Métodosespectroscópicos

Espectroscopía

EstudiodelainteraccióndelamateriaylaenergíaelectromagnéAca

EspectroElectromagnéAco

RadiaciónGamma

RayosX UV

VisIR Micro-

ondas Radio

Regiónvisible400nm–800nm

Regiónultravioleta200nm–400nm

FueradelintervalodeLavisiónhumana

Radiacióncósmica

MétodosEspectroscópicosBasadosenRadiaciónElectromagnéAca

Técnica Longituddeonda Númerodeonda,cm-1

Emisiónderayosgamma 0.005-1.4Å -

Absorción,emisión,fluorescenciaydifracciónderayosx

0.1-100Å -

Absorciónultravioletadevacío 10-180nm 1x106a5x104

Absorción,emisiónyfluorescenciaultravioletavisible

180-780nm 5x104a1.3x104

AbsorcióninfrarrojaydispersiónRaman

0.78–300μm 1.3x104a3.3x101

Absorcióndemicroondas 0.75a3.75mm 13-27

Resonanciadeespínelectrónico

3cm 0.33

ResonanciamagnéAcanuclear 0.6–10m 1.7x102a1x103

Interaccióndelaluzconunmaterial

Luz Material

Transmisión

colornaranja

Absorción

Inte

racciónde

la

Radiacióncon

moléculas

Reflexión Negro

ElEspectroVisibleyelColor

λAbsorbida/nm Colorobservado

380-460 Amarillo

380-500 Naranja

440-560 Rojo

480-610 Morado

540-650 Azul

380-420y610-700 Verde

UV-VIS:SecciónDos

EspectroscopíaUltravioleta-VisiblePrincipiosBásicos

AnálisisporUV

NoesunatécnicadefiniAvaparaidenAficación;secomplementaconIRyRMN

AbsorbanciaProporcionalalnúmerodemoléculasque

absorben

AbsorciónProcesoenelquelaenergíaelectromagnéAcase

transfierealosátomos,ionesomoléculasdeunamuestra.Laabsorciónprovocaqueestasparhculaspasendelestadofundamentalaun

estadoexcitadodeenergíasuperior

EsAmacióndeconcentraciónconinstrumentación

MediciónColorimétrica

Similara

ConcentradaDiluida

VariablesqueinfluyenenlaAbsorbancia

•  Naturalezadeldisolvente•  pHdelasolución•  Temperatura

•  Concentracionesdeelectrolitos•  Substanciasinterferentes

EfectodelaConcentración

Absorbancia

Transmitancia

AbsorcióndeUV/vis

M+hvM*Especieatómicao

molecular

Fotón

Especieexcitada

TiempodevidadeM*10-8a10-9s

M*M+calorM*(Nuevas

especies“reacciónfotoquímica”)Fluorescencia

MedidoporRelajación

Absorción=excitacióndeelectronesdeenlace

2Etapas1.-Excitación2.-Relajación

AtenuacióndeunHaz

ParacompensarestosefectossemidelapotenciadelhaztransmiAdoporunaceldaquesoloconAenesolventeysecomparaconlalecturadelanalitoomuestra

Pérdidasporreflexióneninterfaces

Hazincidente,Io Hazemergente,I

Pérdidaspordispersiónenladisolución

Pérdidasporreflexióneninterfacesl

T=I/Io

Transmitancia

Absorbancia

AbsorAvidad/CoeficientedeExAnción

CanAdaddeluzabsorbidaporunasoluciónporunidad de concentración por unidad delongitud (trayectoria de luz). Se llamaabsorAvidadmolar(ε)cuandolaconcentraciónesdadaenmol/L

Transmitancia

Fraccióndeluzdeunalongituddeondaquepasaatravésdeunamuestra

EvoluAon300UV-visSpectrophotometer(ThermoScienAfic)

Eleccióndesolvente

Solvente Longituddeondamínima(nm)Debajodeellanodebeusarseel

solvente

Agua 200

Etanol 220

Éter 210

Acetonitrilo 185

Solvente Longituddeondamínima(nm)Debajodeellanodebeusarse

elsolvente

Hexano 200

Ciclohexano 200

Benceno 280

Tetraclorurodecarbono

260

Dioxano 320

SolventespolaresSolventesnopolares

Laposicióndelasbandasdeabsorciónparauncompuestodependedelsolvente

AnálisisCuanAtaAvoporUV-vis

•  SensibilidadcaracterísAca10-4a10-5•  SelecAvidadmoderadaaalta

•  Buenaprecisión(incerAdumbre1a3%)

•  Adquisicióndedatossencilla

AnálisisCuanAtaAvoporUV-vis

El95%delasdeterminacionescuanAtaAvasenel campo de la salud se lleva a cabo porespectrofotometríaUV-vis.

Másde3millonesdeensayosdiariosenEU*

• R.W.BirkeyR.Mavrodineanu,AccuracyinAnalyAcalSpectrophotometry,NBSSpecialPublicaAon260-281,pág1.Washington,DC:NaAonalBureauofStandards,1983• J.A.HowellyL.G.Hargis,Anal.Chem.,1996,68,169R• Skoog,Holler,Nieman,PrincipiosdeAnálisisInstrumental,5taEd.,Mc.GrawHillInteramericana,2001

EspectroUV-vis

λmáx

Absorbancia

LongituddeOnda/nm

AplicacionesaEspeciesAbsorbentes

•  Compuestosorgánicosconcromóforos•  Especies inorgánicas (ejemplos: metales detransiciónyaenumerados)

•  OtrasespeciesIones(ejemplos:nitrito,nitratoycromato)

Tetraóxido de osmio y rutenio, yodomolecular,ozono

LeydeBeer

C,aI0 Il

I0>I

Absorbancia

Concentración

Excepciones:haysubstanciasqueinclusoa10-6MnocumplenconlaleydeBeer

EfectodeConcentración

Intensidaddebandaaumenta

UnidadesparalaabsorpAvidadmolar

DeacuerdoalaleydeBeeryaloyaestudiado¿cuálessonlasunidadesdelaabsorpAvidad

molar?

CálculoconlaLeydeBeer

•  ¿CuáleslaAdeunasubstancia2.5x10-5M,conε=7,500M-1cm-1?

LeydeBeer(Mezclas)

C,aI0 Il

I0>I

Atotal=A1+A2+…+An

=ε1bc1+ε2bc2+…+εnbcn

Másdeunasubstanciaabsorbente

(b)

ParaMezclas

CurvasPatrón

1.- Preparar soluciones con concentraciones conocidas(almenos6)

2.- Determinar la mejor longitud de onda para elcompuesto(medianteunbarrido)

3.-Medirtransmitancia/absorbanciaparalassoluciones4.-Graficarabsorbanciacontraconcentración5.-Medir transmitancia/absorbancia de la muestraproblema

6.- Interpolar la concentración de la muestra en lagráfica

CurvaPatróndeFructosa•  Si la absorbancia de la muestra es 0.50, encuentre su

concentraciónmolar

DatosEspectrales

Ordenadas

Abscisas

%TransmitanciaAbsorbanciaLog(Absorbancia)AbsorAvidadMolar

LongituddeondaNúmerodeondaFrecuencia

Skoog,Holler,Nieman,PrincipiosdeAnálisisInstrumental,5taEd.,Mc.GrawHillInteramericana,2001

UV-VIS:SecciónTres

Especies adecuadas para el Análisis porEspectrofotometríaUltravioleta-Visible

TransicionesporAbsorbanciaUltravioleta-Visible

Especiesabsorbentes

Electronesabsorbentes

ionesMoléculasorgánicas

Anionesinorgánicos

Noenlazantes

AlrededordeátomosOxígeno,halógenos,azufreynitrógeno

Cromóforos

Gruposfuncionalesmolecularesqueabsorbenaciertaslongitudesdeonda

ConAenenelectronesdevalenciaconenergíadeexcitaciónbaja

estadofundamentala

estadoexcitado

Cromóforos

Cromóforos

Cromóforos

EnlaceResponsabledeinteraccionesentreátomosymoléculas,confiereestabilidadacompuestos

diatómicosopoliatómicos

EnmoléculasorgánicasEnlacessencillos–Orbitalesmolecularessigma(σ)

(electronesσ)

Dobleenlace–Orbitalsigma(σ)(pardeeenlazantes)

Orbitalmolecularpi(π)(pardee)LospicosdeabsorciónserelacionanconlosAposdeenlace

TransicionesElectrónicas1)  Electronesπ,σyn

2)  Electronesdyf

3)  Electronesdetransferenciadecarga

σσ* nσ* nπ* ππ*

AltaenergíaUVenvacíoλ<185nm

enoenlazantesλ<150-250nm

MáscomunesenUV-visenoenlazantesEnlacesmúlAplesλ=200–600nm

NivelesdeEnergíaElectrónicosdeOrbitalesMoleculares

σ

π

π*

n

σ*

Energía

σσ

*

ππ*

nσ*

nπ*

CromóforosOrgánicosComunesOrientaciónparaidenAficacióndegruposfuncionales(lasposicionesdelosmáximossonafectadasporeldisolvente)

Skoog,Holler,Nieman,PrincipiosdeAnálisisInstrumental,5taEd.,Mc.GrawHillInteramericana,2001

Transiciónσσ*

Molécula Enlace λMáxabsorción/nm

Metano C-H 125

Etano C-C 135

EsteApodetransiciónnoseobservaenlaregiónultravioleta

LafuerzadelenlaceC-C<C-H=menosenergíaparaexcitación=mayorλ

Transiciónquerequierealtasenergías.Restringidaalultravioletadevacío(λ<185nm)

Transición nσ*

Molécula λMáxabsorción/nm

Agua 160

CH3OH 184

CH3Cl 173

Máximodeabsorciónsedesplazaalongitudesdeondamáscortasensolventespolares(agua,etanol)

ParacompuestossaturadosconparesdeelectronesnocomparAdos(noenlazantes)

nσ*

Polar

MenosPolar

Transicionesynπ*

Absorp@vidadesmolaresentre10y100Lcm-1mol-1(200a700nm)

Ocurrenengruposfuncionalesnosaturados(esdecirconelectronesπ)

nπ*

ππ*

DesplazamientoBatocrómico(haciaelrojo)Ensolventesmáspolaresseobservaundesplazamientoalongitudesdeondamás

largas(menorfrecuencia).Desplazamientomenora5nm.

ππ*

nπ*DesplazamientoHipsocrómico(haciaelazul=energíadeenlacehidrógeno)Ensolventesmáspolareshayundesplazamientoalongitudesdeondamáscortas.En

solventescomoaguaoetanoleldesplazamientoesde30nmómásInteraccionesdipolo-dipoloentrelosprotonesdelsolventeyelpardeelectronesno

enlazantes.

Absorp@vidadesmolaresentre1y10Lcm-1mol-1ππ*

EfectodelaConjugaciónConjugación.-Enlacessimplesodoblesalternados

LasmoléculasaltamenteconjugadasAenencolor

Licopeno:pigmentovegetal(tomatesysandías)

Caroteno:Absorciónentre400y500nm

Fotosíntesis

Fotosíntesis

Fotosíntesis

Fotosíntesis

Fotosíntesis

Laλmáxyεaumentanamedidaqueelnúmerodedoblesenlacesconjugadosaumenta

Compuestoλmáxε

EfectoBatocrómico

EfectodeConjugaciónenAbsorción

Skoog,Holler,Nieman,PrincipiosdeAnálisisInstrumental,5taEd.,Mc.GrawHillInteramericana,2001

AuxocromoEsungrupofuncionalquenoabsorbeenlaregiónultravioletaperoAeneelefectodedesplazarlospicosdeuncromóforohacialongitudesdeondamáslargas.

Unauxocromoincrementalaintensidaddelospicos

Compuesto BandaB(picodébil)

λmáx/nm

Bencenoλ=184nm(picointenso)

C6H6 256

Fenol C6H5OH 270

Anilina C6H5NH2 280

-OHy–NH2Aenenefectoauxocrómicosobreelcromóforobenceno

EfectodelSolventeInterferenciaconlaestructurafinadelespectro

Influyeenlaposicióndelmáximodeabsorción

Solventespolarescomoagua,alcoholes,ésteresycetonaseliminanlaestructurafinadelespectro

Acetaldehído

Skoog,Holler,Nieman,PrincipiosdeAnálisisInstrumental,5taEd.,Mc.GrawHillInteramericana,2001

¿Batocrómicoohipsocrómico?

AbsorciónporTransferenciadeCargaObservadaencomplejosinorgánicos(complejosdetransferenciadecarga,principalmentelosqueincluyen

unionmetálico)Complejo.-Tipodecompuestoenelquelasmoléculasoionesformanunenlaceconátomosoionesmetálicos

Paralatransferenciadecarga

ComponentedadordeelectronesComponenteaceptordeelectrones

Absorción

Transferenciadeunedesdeeldadorhastaunorbitaldelaceptor

(Procesodeoxidación/reduccióninterno)

Ejemplo:Complejohierro(III)/Aocianato

Complejohierro(III)/Aocianato(1)Fotón

(2)TransferenciadeedelAocianatoaunorbitaldelhierro(III)

(3)Especieexcitadahierro(II)yradicalneutroSCN

(4)Elevuelveasuestadooriginal/disociacióndelcomplejoexcitadoenproductosdeoxidación/reducción

Electronesdyf•  Metalesdetransición(grupos3a12periodos4a7)

Transicionesdeelectrones3dy4d•  Seriedelantánidos(númeroatómico57a71)yachnidos(númeroatómico89a103)

Transicionesdeelectrones4fy5f

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Sc21 Ti22 V23 Cr24Mn25

Fe26 Co27 Ni28 Cu29 Zn30

Y39 Zr40 Nb41Mo42

Tc43 Ru44 Rh45 Pd46 Ag47 Cd48

Lu71 Hf72 Ta73 W74 Re75 Os76 Ir77 Pt78 Au79 Hg80

Lr103

Rf104

Db105

Sg106

Bh107

Hs108

Mt109

Ds110

Rg111

Uub112

MetalesdeTransición

AbsorciónporIonesLantánidosyAchnidos

•  LosionesdelamayoríadeloselementoslantánidosyachnidosabsorbenenUV-vis

•  Sus orbitales internos (electrones 4f y 5f) estánprotegidos por orbitales con mayores númeroscuánAcosporloque:

Tienen picos de absorción caracterísAcos biendefinidos y estrechos poco afectados por el ligandoasociadoconelionmetálicoLasbandasnosevenafectadasporeldisolvente

EspectrosdeAbsorcióndeIonesLantánidos

AbsorciónporElementosdela1ray2daseriedeMetalesdeTransición

•  Los iones y complejos de estas dos series absorbenradiación visible en uno o todos sus estados deoxidación

•  Presentanbandasdeabsorciónanchasinfluenciadasporelentorno

EspectrosdeAbsorcióndeIonesdeMetalesdeTransición

UV-VIS:SecciónCuatro

ElEspectrofotómetroysusComponentes

EspectrofotómetroInstrumentoqueregistralongitudesdeondaalas

cualesocurreabsorciónasícomoelgradodeabsorciónacadalongituddeonda

ComponentesFuentesderadiación

SelectordelongituddeondaRecipientesparamuestra

DetectorProcesadordeseñal

Fuentesderadiación

•  LámparasdetungstenoLámparadetungsteno-halógeno(hastaλ<320nm)

•  LámparasdedescargaHidrógenoodeuterio(λentre160y360nm)Mercurio(λ253.7nm)Ne,Ar,Kr,Xe(UVcercanoλ200-380nm)ArcoXe(λ300-1300nm)

TiposdeInstrumentos

•  Hazsencillo•  Doblehaz•  Doblehaztemporal

•  MulAcanal

HazSencillo

Skoog,Holler,Nieman,PrincipiosdeAnálisisInstrumental,5taEd.,Mc.GrawHillInteramericana,2001

Monocromadorofiltro:Permiteseleccionarunalongituddeonda

Extremoinferiordelongituddeonda190a210nmExtremosuperiordelongituddeonda800a1000nm

Equipadosconlámparasdewolframioydehidrógenoodeuteriointercambiables

ExacAtudenlalongituddeonda±0.5nma±2nmExacAtudfotométrica±0.005A

Computadora

HazDoble

Skoog,Holler,Nieman,PrincipiosdeAnálisisInstrumental,5taEd.,Mc.GrawHillInteramericana,2001

Divisordehaz=espejo

Mediciónsimultaneadereferenciaymuestra

ExacAtudfotométrica±0.003A

Computadora

RecipientesparalaMuestra

•  CeldasocubetasVentanasperfectamenteperpendicularesLongitudcomún1cm

HuellasdacAlaresygrasaenlasceldasalteranlascaracterísAcasdetransmisión

RecipientesparalaMuestra

•  CeldasocubetasVentanasperfectamenteperpendicularesLongitudcomún1cm

HuellasdacAlaresygrasaenlasceldasalteranlascaracterísAcasdetransmisión

RecipientesparalaMuestra

UV-vis

UV-vis

h�ps://www.mt.com/us/en/home/applicaAons/ApplicaAon_Browse_Laboratory_AnalyAcs/uv-vis-spectroscopy.html