MÉTODOS ÓPTICOS DE ANÁLISIS

INTRODUCCIÓN

Los métodos ópticos de análisis químico se definen como aquellos que miden la radiación electromagnética que emana o interactúa con la materia. Estos métodos, tienen como objeto, la medida de la radiación que es emitida, absorbida, o transmitida al interactuar el campo eléctrico o magnético de la radiación con los campos eléctricos o magnéticos de la materia; o bien la medida de la radiación que es reflejada, refractada, difractada, polarizada o dispersada cuando interactúa con la materia. Al hablar de radiación electromagnética, como la energía que se transmite por el espacio a enormes velocidades, esta adopta muchas formas, siendo las más fácilmente reconocibles la luz y el calor radiante. Manifestaciones menos evidentes son Rayos X, la luz ultravioleta, microondas y radiaciones de radio.

Para caracterizar a muchas de las propiedades de la radiación electromagnética es conveniente adscribir una   naturaleza ondulatoria   a su propagación y describir estas ondas con parámetros como velocidad, frecuencia longitud de onda y amplitud. La radiación electromagnética no requiere medio de apoyo para su transmisión y pasa fácilmente por el vació. Como onda electromagnética tiene una componente eléctrica y una magnética que oscilan en planos perpendiculares entre sí y perpendiculares a la dirección de propagación de la radiación. Como se observa en la siguiente figura, donde una onda polarizada se propaga a lo largo del eje x.

Los métodos ópticos se dividen en espectroscópicos y no espectroscópicos.

Los primeros miden la radiación absorbida por átomos, moléculas o iones y se conocen como métodos espectroscópicos de absorción, y según sea la radiación absorbida, se conocen como métodos de absorción de rayos X, absorción en el ultravioleta, absorción en el visible, absorción infrarroja, etc. Si se   mide la radiación emitida por átomos, moléculas o iones , los métodos se conocen como   métodos espectroscópicos de emisión   y según sea la radiación emitida se conocen como métodos de emisión de rayos X, fluorescencia atómica fluorescencia molecular, fosforescencia que pueden ocurrir en el visible o ultravioleta. Los segundos, no espectroscópicos miden cambios en la dirección de la propagación de la luz, entre ellos se tienen la refractometría, polarimetría, medidas de reflectancia entre otros. Se caracterizan por no tener lugar intercambio de energía como consecuencia de la interacción materia-radiación electromagnética, además no se producen transaciones entre los

diferentes estados energéticos, sino que ocurren cambios en la dirección o en propiedades físicas de la radiación electromagnética.

ESPECTROMETRÍA ULTRAVIOLETA-VISIBLE

La espectrometría ultravioleta-visible o espectrofotometría UV-Vis implica la espectroscopia de fotones en la región de radiación ultravioleta-visible. Utiliza la luz en los rangos visible y adyacentes (el ultravioleta (UV) cercano y el infrarrojo (IR) cercano. En esta región del espectro electromagnético, las moléculas se someten a transiciones electrónicas.  

Esta técnica es complementaria de la espectrometría de fluorescencia, que trata con transiciones desde el estado excitado al estado basal, mientras que la espectrometría de absorción mide transiciones desde el estado basal al estado excitado.

Aplicaciones: La espectrometría UV/Vis se utiliza habitualmente en la determinación cuantitativa de soluciones de iones metálicos de transición y compuestos orgánicos muy conjugados.

Soluciones de iones metálicos de transición 

Las soluciones de iones metálicos de transición pueden ser coloreadas (es decir, absorben la luz visible) debido a que los electrones en los átomos de metal se pueden excitar desde un estado electrónico a otro. El color de las soluciones de iones metálicos se ve muy afectado por la presencia de otras especies, como algunos aniones o ligandos. Por ejemplo, el color de una solución diluida de sulfato de cobre es muy azul; agregando amoníaco se intensifica el color y cambia la longitud de onda de absorción máxima.

Compuestos orgánicos

Los compuestos orgánicos, especialmente aquellos con un alto grado de conjugación, también absorben luz en las regiones del espectro electromagnético visible o ultravioleta. Los disolventes para estas determinaciones son a menudo el agua para los compuestos solubles en agua, o el etanol para compuestos orgánicos solubles. Los disolventes orgánicos pueden tener una significativa absorción de UV, por lo que no todos los disolventes son adecuados para su uso en espectrometría UV. El etanol absorbe muy débilmente en la mayoría de longitudes de onda. La polaridad y el   pH   del disolvente pueden afectar la absorción del espectro de un compuesto orgánico, es decir que cuando aumenta el pH, o cuando disminuye la polaridad de los disolventes, la absorción del espectro es mayor.

La espectrometría UV-Vis se utiliza con mayor frecuencia en forma cuantitativa para determinar las concentraciones de especies absorbentes en solución, usando la Ley de Beer-Lambert que establece que la absorbancia de una solución es directamente proporcional a la concentración de la solución. Por tanto, la espectrometría UV/VIS puede usarse para determinar la concentración de una solución. Es necesario saber con qué rapidez cambia la absorbancia con la concentración.

El instrumento utilizado en la espectrometría ultravioleta-visible se llama espectrofotómetro UV-Vis. Mide la intensidad de luz que pasa a través de una muestra y la compara con la intensidad de luz antes de pasar a través de la muestra.