ESPECTROSCOPAMSc. Gabriela Barraza J.

INTRODUCCINLa espectroscopia se ocupa de la produccin, registro y la interpretacin de los espectros que derivan de la interaccin de la radiacin electromagntica con la materia.Usados en anlisis cualitativo y cuantitativo.Mtodos difieren dependiendo de la naturaleza de las especies a ser analizadas.

LA LUZ: TEORASTeora corpuscular:Isaac Newton (1666)La luz est compuesta por una lluvia de corpsculos o partculas luminosas, los cuales se propagan en lnea recta, pueden atravesar medios transparentes y ser reflejados por materias opacas.

LA LUZ: TEORASTeora ondulatoria:Christian Huygens (1678):La luz presenta un movimiento ondulatorio.

LA LUZ: TEORASTeora Electromagntica:James Clerk Maxwell (1865)Cada cambio del campo elctrico engendra en su proximidad un campo magntico y viceversa. Las ondas de la luz son semejantes a las ondas elctricas o electromagnticas. Las ondas electromagnticas se transmiten con la misma velocidad que la luzLa luz consiste en una perturbacin electromagntica. Ondas elctricas y ondas luminosas son fenmenos idnticos.

LA LUZ: TEORASTeora actualLa luz es una oscilacin electromagntica que se propaga en el vaco o en un medio transparente y que es capaz de ser percibida por nuestro sentido de la vista. Es una parte insignificante del espectro electromagnticoSe considera como una forma de energa que viaja a una alta velocidad, alrededor de 300.000 km/s (por definicin es una constante universal de valor 299.792.458 m/s en el vaco).

RADIACIN ELECTROMAGNTICAOndas producidas por la oscilacin o la aceleracin de una carga elctrica.Tienen componentes elctricos y magnticos perpendiculares entre si.

CARACTERSTICASNo necesita un medio de apoyo para transmitirse, por lo tanto se propaga fcilmente a travs del vaco.En cualquier medio material la propagacin de la radiacin disminuye a causa de la interaccin entre el campo electromagntico de la radiacin y los electrones enlazantes de la materia.La longitud de onda disminuye cuando la radiacin pasa del vaco a algn otro medio.

PARMETROSAmplitud (A): Desplazamiento mximo de un punto respecto de la posicin de equilibrio (punto en el que la onda pasa de positiva a negativa y viceversa)

PARMETROSLongitud de onda (): Distancia entre dos puntos anlogos consecutivos. Se mide en metros (m). | = c / f |f = c /

PARMETROSFrecuencia (f): Nmero de ciclos o vibraciones por unidad de tiempo. Se mide en hercios (Hz).Perodo (T): Tiempo invertido en efectuar un ciclo o vibracin completa. | T = 1 / f | f = 1 / TVelocidad (v): Velocidad con que se propaga la onda. | c = 3 x108ms. | v = x f

ESPECTRO ELECTROMAGNTICODistribucin energtica del conjunto de ondas electromagnticas

EL ESPECTRO ELECTROMAGNTICO

PROPAGACIN DE LAS ONDAS ELECTROMAGNTICASDifraccinProceso por el que un haz paralelo de radiacin se desva ligeramente de su trayectoria al pasar por un obstculo puntiagudo o a travs de una abertura estrecha

REFLEXINDe la misma forma que las ondas de luz se reflejan en un espejo, las ondas electromagnticas son reflejadas por cualquier medio conductivo como el metal o la superficie de la tierra

REFLEXINLa reflexin completa solo ocurre para un conductor tericamente perfecto y el campo elctrico es perpendicular al elemento reflejante.Cuando la superficie reflectora no es plana, sino curva, la curvatura de la onda reflejada es distinta de la onda incidente.Cuando el frente de onda incidente es curvo, y la superficie reflectora es plana, la curvatura del frente de la onda reflejada es igual a la del frente de la onda incidente.

REFLEXIN EN SUPERFICIE SPERAEsta superficie puede destruir la forma del frente de onda, al chocar el frente de onda se dispersa al azar en muchas direcciones, a esta condicin se le denomina de reflexin difusa, mientras que a la reflexin de una superficie perfectamente lisa e llama reflexin especular (como de espejo).

REFLEXIN EN SUPERFICIE SPERA

REFRACCINCambio brusco de direccin de la radiacin cuando incide con un ngulo en la interfase entre dos medios que tienen densidades diferentes .

Hay variacin de la velocidad de propagacin de la onda

POLARIZACINSe produce por el paso de radiacin a travs de medios que absorben, refleja o refractan de forma selectiva la radiacin que vibra en un solo plano-

REFRACCIN

TRASMISINVelocidad a la que se propaga la radiacinEs menor cuando se propaga a travs de unas sustancia que en el vaco por causa del tiempo necesario para que se produzca la retencin o emisin

PRINCIPIO DE HUYGENSEste principio establece que todo punto sobre determinado frente de onda esfrico se puede considerar como una fuente puntual secundaria de ondas electromagnticas, desde la cual se irradian y se alejan otras ondas secundarias

DIFRACCIN

MTODOS PTICOS DE ANLISISMiden la radiacin electromagntica que emana o interacta con la materia.Los mtodos pticos de anlisis cubren un amplio campo de aplicaciones debido a su rapidez, a la gran gama de instrumentacin disponible y sus grandes posibilidades de automatizacin.

OBJETIVOMedir la radiacin que es emitida, absorbida, o transmitida al interactuar el campo elctrico o magntico de la radiacin con los campos elctricos o magnticos de la materia;

INTERACCIN MATERIA-RADIACIN ELECTROMAGNTICACuando incide la RE en la materia puede ser absorbida por ella transformndose en energa trmica.Parte de la radiacin puede ser dispersada o re-emitida con o sin cambio de longitud de onda.Tambin la muestra puede emitir radiacin electromagntica.

MTODOS ESPECTROSCPICOSAquellos en los que existe intercambio de energa entre la radiacin electromagntica y la materia.

Se miden espectros, siendo stos debido a transiciones entre distintos niveles energticos.

MTODOS NO ESPECTROSCPICOSAquellos en los que no hay intercambio de energa, sino cambios en la direccin o en las propiedades fsicas de la radiacin electromagntica.

CLASES DE MTODOS DE ANLISIS

MTODOS NO ESPECTROSCCOPICOS

Tcnica instrumental que consiste en la determinacin del poder rotatorio especifico de las sustancias opticamente activas.Estas sustancias tienen la propiedad de girar el plano de la luz polarizada.POLARIMETRA

LUZ POLARIZADA La luz es una radiacin electromagntica que posee campos vectoriales oscilantes en planos perpendiculares. Normalmente se representa la onda luminosa en uno de sus componentes (onda elctrica).

Un haz luminoso se propaga en diferentes angulos o planos con respecto a la direccin de propagacin, y si se observar en forma frontal en el sentido de la propagacin,se vera como la figura A .Cuando se eliminan todos los planos excepto uno de ellos , entonces se obtiene una luz polarizada (Fig. B) .LUZ POLARIZADA

Luz naturalLuz polarizada

Luz PolarizadaLuz naturalLuz polarizadaLUZ POLARIZADA

POLARIZACIN DE LA LUZ

Rayo ordinarioRayo extraordinarioLUZ POLARIZADAPrisma de NicolLUZ POLARIZADA Hay determinados cristales que tienen la propiedad de la doble refraccin, es decir, el rayo incidente se desdobla en dos en el interior del cristal (espato de islandia, turmalina), uno de ellos llamado ordinario y que sigue las leyes de la refraccin y otro llamado extraordinario que no las sigue.

Ismeros: compuestos diferentes que tienen la misma frmula molecular. Poseen la misma proporcin de tomos que los conforman, pero presentan estructuras moleculares diferentes. 1-Bromo2-BromoSUSTANCIAS OPTICAMENTE ACTIVAS

Estereoismeros: clase particular de ismeros que slo se diferencian por la orientacin espacial de sus tomos (pero que son iguales entre s en cuanto a qu tomos estn unidos a cules otros)

SUSTANCIAS OPTICAMENTE ACTIVAS

INCRUSTAR Word.Picture.8

_975964434.unknown

INCRUSTAR Word.Picture.8

_975964435.unknown

Enantimeros: ismeros que son imgenes especulares (una es la imagen en el espejo de la otra)

Molcula DextrgiraMolcula levgiraCarbono asimtricoEspejoSUSTANCIAS PTICAMENTE ACTIVAS

Mezcla racmica

Es la mezcla de isomeros opticos, con 50% de levgiro y 50% de dextrgiro. (opticamente inactiva)+=Mezcla RacemicaSUSTANCIAS OPTICAMENTE ACTIVAS

Capacidad de hacer girar el plano de la luz polarizada.La presentan los enantimeros puros o mezclas no equimolares.Los compuestos enantiomricos presentan la actividad ptica en la misma proporcin pero en direcciones opuestas.Rotacin dextrorrotatoria (+): en sentido de las manecillas del reloj.Rotacin levorrotatoria (-): en sentido contrario).La rotacin especfica () es la nica propiedad fsica que diferencia a una par de enantimerosACTIVIDAD PTICA

Rotacin especfica

l = longitud de la celda en dm , c = concentracin en g/mlD= longitud de onda (nm) igual a 589 nm (lnea D del Na)

Acido Lctico de tejido muscular: [a]D= +2.5

(+)-Acido Lctico o d-Acido Lctico

Acido Lctico de Leche: [a]D = -2.5

(-)-Acido Lctico o l-Acido Lctico

Ejemplo IsmeroROTACIN ESPECFICA

MuestraFuente de luz normalPrisma de NicolESQUEMA DE UN POLARMETRO

FUNCIONAMIENTO DE UN POLARMETRO

Una vez introducida la muestra en el polarmetro, se observa lo siguiente a travs del ocular:Si se gira el mando del analizador en el sentido contrario a las agujas del reloj se trata de una sustancia levgiraSi se gira el mando del analizador en el sentido de las agujas del reloj se trata de una sustancia destrgiraHay que girar el mando hasta encontrar el punto en el que pasa la sombra de un lado a otro. Cuando queda todo el crculo con la misma intensidad hay que hacer la lectura.FUNCIONAMIENTO DE UN POLARMETRO

Identificar sustancias cualitativamenteCaracterizar y distinguir enantimeros Un enantiomero es txico (Talidomida)Un enantiomero es inactivo o menos activo (Epinefrina)Cada enantiomero tiene una actividad biolgica distinta (Propoxifeno: D analgsico, L antitusivo)Combinacin beneficiosa por complementacin o inhibicin de efectos adversos de uno (indacrinona)Medir la pureza (industria del azcar: la sacrosa es pticamente mucho ms activa que muchas impurezas comunes)

APLICACIN DE LA POLARIMETRA

Mtodo instrumental basado en la medida del ndice de refraccin.

El fenmeno de la refraccin se define como el cambio de velocidad que experimenta la radiacin electromagntica al pasar de un medio a otro de diferente densidad.

REFRACTOMETRA

REFRACTOMETRA

Cuando un haz de luz que se propaga por un medio ingresa a otro distinto, una parte del haz se refleja mientras que la otra sufre una refraccin, que consiste en el cambio de direccin del haz.

Rayo incidenteREFRACTOMETRA

REFRACTOMETRA

Cada medio, cada material posee un ndice de refraccin caracterstico (n) que mide la relacin entre la velocidad de la luz en el vaco y la velocidad de la luz en la sustancia.

Se calcula mediante la siguiente frmula:

REFRACTOMETRA Dado que la velocidad de la luz en cualquier medio es siempre menor que en el vaco, el ndice de refraccin ser un nmero siempre mayor que 1. En el vaco: n=1 , en otro medio: n>1

Este ndice de refraccin depende deTemperaturaPresinLongitud de onda (l) (DISPERSIN)Concentracin especies ( si se trata de una mezcla)

Se puede relacionar el ndice de refraccin de dos medios con el ngulo de incidencia en los mismos mediante la ley de Snell o ley de la refraccin:

q1: ngulo entre el haz incidente y la normal (perpendicular) a la superficieq2: ngulo entre el haz refractado y la normal a la superficie

El ngulo de incidencia q1 es igual al ngulo de reflexin q1'REFRACTOMETRA

NDICE DE REFRACCINSe determina son la relacin:

Es el cociente entre la velocidad de la luz en el vaco y su velocidad en ese medio.

NDICE DE REFRACCINLa velocidad a la que se propaga una onda electromagntica es inversamente proporcional a la densidad del medio en el que los hace.

REFRACTMETROSAplicaciones industriales

Fabricacin del caucho: pureza butadieno (n=1.5434)y estireno (n=1.4120). Un cambio de 0.1% es detectable por refractometra.

Industria alimentaria: aceite de semilla de soja o del aceite de semilla de algodn con ndices de 1,47. El producto final para producir margarina tiene 1,43.

Variacin de la concentracin de disoluciones.ndice de refraccin muy sensible a estos cambios. Ejemplos: n de una disolucin de sacarosa aumenta 0,0002 unidades por un incremento de la concentracin de 0,1%. Se detectan cambios de 0,02% en la concentracin de cido ntrico por el mismo procedimiento, e incluso ms sensibilidad se puede conseguir en las medidas de las concentraciones de cido sulfrico.

REFRACTMETROSLos aparatos ms importantes se basan en dos principios:

Refractmetros de ngulo lmite o crtico Refractmetros de desplazamiento de imagen.

REFRACTMETROSRefractmetro de Abbe

Prisma mvilMonocromadorl= linea D sodioAl mover el prisma P2, se mide en una escala el ndice de refraccin de la muestra que se refleja en el ocular con una precisin de 0.001. Con ayuda del amplificador, sta aumenta a 0.0001

REFRACTMETROSSi conseguimos esto, ngulo rayo incidente=90.

Refractmetro de Abbe

REFRACTMETROSRefractmetro de inmersinEs el ms simple de todos. Requiere slo 10-15 ml de muestra. En prisma simple va montado en un telescopio que contiene el compensador y el ocular. La escala se sita debajo del ocular dentro del tubo. La superficie inferior del prisma se sumerge en un pequeo vaso que contiene a la muestra, con un espejo debajo para reflejar la luz hacia arriba a travs del lquido.

REFRACTMETROSRefractmetros de desplazamiento de imagenSe mide el desplazamiento del rayo refractado en relacin al rayo incidente, en vez de medir el desplazamiento de la lnea de separacin entre la zona clara y obscura debido al ngulo lmite. La precisin es dos veces superior a la obtenida con el refractmetro de Abb.No hay lmite en la determinacin de ndices de refraccin y se puede trabajar en un mayor nmero de longitudes de onda, incluso zonas del ultravioleta o infrarrojo cercano, si se usan prismas de cuarzo. Medimos los angulos de incidencia y de refraccion directamente. La muestra liquida se coloca en un recipiente en forma de prisma en el centro de una superficie circular. Si es solida, se cortan en prismas y se disponen similarmente. Utilizamos una fuente luminosa, una ranura y un colimador que dirija el haz paralelo de radiacin a la superficie del prisma. la imagen refractada va a un telescopio montado sobre superficie circular. Este mtodo se utiliza como detector en cromatografa lquida.

TRABAJO PRCTICOMencione un ejemplo de aplicacin de cada uno de los mtodos no espectromtricos de anlisis.Diferencie el funcionamiento de los diferentes tipos de refractmetros comerciales.

Fsico ingls.************