Introduccin a los mtodos

espectromtricos Conocimientos de la naturaleza de la radiacin electromagntica y sus interacciones con la materia.

Regiones del espectro electromagntico y relacin con los mtodos de anlisis espectromtricos.

Propiedades generales, ondulatorias y mecnico-cunticas

Conocimiento del fenmeno de Absorcin y emisin de la radiacin, generacin de los espectros atmicos y moleculares.

Conocimiento y anlisis de la Ley de Beer- Lambert y sus limitaciones.

Absortividad, absorbancia y tramitancia. Aditividad de la absorbancia para el anlisis de mezclas.

Naturaleza de la radiacin

electromagntica y sus interacciones

con la materia Propiedades de la Radiacin Electromagntica.

La Radiacin Electromagntica tiene una naturaleza dual onda- partcula.

Muchas propiedades de la Radiacin Electromagntica se explican con un modelo de onda sinusoidal.

Sin embargo a diferencia de otros fenmenos ondulatorios, no necesita un medio de propagacin, por lo que se propaga

fcilmente en el vaco.

Adems la energa radiante puede ser emitida y absorbida.

Para explicar estos fenmenos, se necesita un modelo corpuscular: La radiacin se contempla como un flujo de

partculas discretas o paquetes ondulatorios de energa

denominados fotones

Propiedad de Onda

La radiacin electromagntica est

constituida por ondas

que se propagan en

el espacio a una

velocidad dada.

Las ondas estn constituidas por

componentes

elctricos y

magnticos

perpendiculares entre

s.

-Longitud de onda, : es la distancia entre dos

puntos de la onda que han

pasado un ciclo completo.

1 angstrom () = 10-10 metros

1 nanometro (nm) = 10-9metros 1 micrometro(mm) = 10-6metros

-Frecuencia, n: es el nmero de ciclos por

unidad de tiempo.

1/s o s -1 o ciclos/s o hertz

(Hz).

Velocidad de propagacin, u:

Es la multiplicacin de la

frecuencia por la longitud de

onda u = n x n Es invariable u depende del medio que

atraviesa

Parmetros Ondulatorios

Amplitud A: La longitud del vector en

el mximo de la onda

Modelo Corpuscular de la radiacin

Electromagntica

En el vaco la velocidad de la radiacin es independiente de y alcanza su valor mximo. Esta velocidad se representa por el smbolo c.

c= 2,99792 x 10 8 m/s

En el aire slo difiere de c en un 0,03% menos,

as para aire o vaco

c= n x = 3,00 x 10 8 m/s = 3,00 x 10 10 cm/s La energa del fotn es proporcional a la frecuencia de la

radiacin (relacin de Einstein-Planck).

Efotn = h o Efotn = h c/

La energa de un fotn de radiacin monocromtica ideal (una sola frecuencia) depende nicamente de su longitud de onda o de su frecuencia.

Efecto del medio en una radiacin

monocromtica

En cualquier medio material la propagacin disminuye: el campo

electromagntico interacciona con los electrones enlazantes de la

materia. Como la frecuencia n, es invariable, la longitud de onda , disminuye al pasar del vaco a otro medio, como se ve en la figura.

Regiones del espectro

Las zonas de separacin entre regiones no estn establecidas de modo rgido, y al pasar de una regin a otra no existen discontinuidades en las

propiedades de la radiacin.

Al atravesar la luz por la materia que contiene el analito o excitarse el analito y medir los fotones como seal se pueden dar los

siguientes casos:

Se produce un cambio en las propiedades de la radiacin, sin necesidad de producirse absorcin ni emisin (polarizacin, cambio

en el ngulo de fase, cambio en la velocidad o en la direccin de

propagacin) .

Es dispersada o re-emitida, con o sin cambio en la longitud de onda.

Hay Absorcin (cambio en la amplitud, pues se transfiere energa entre los fotones y el analito ) y posterior transformacin de la

energa absorbida en energa trmica.

La muestra puede emitir radiacin electromagntica si se le excita bajo determinadas condiciones (liberacin de un fotn cuando el

analito recupera su estado de menor energa desde otro excitado)

Interaccin materia-radiacin electromagntica

Propiedades ondulatorias. Refraccin Reflexin Polarizacin Dispersin: Dispersin Rayleigh Dispersin por molculas grandes Dispersin Raman Difraccin Propiedades como partcula Efecto Fotoelctrico

Fenmenos pticos generales de la luz

Refraccin de la radiacin

Refraccin de la radiacin

Reflexin de la radiacin

Cuando los rayos de luz llegan a un cuerpo en

el cual no pueden continuar propagndose,

salen desviados en otra direccin, es decir, se

reflejan. La forma en que esto ocurre depende

del tipo de superficie sobre la que inciden y del

ngulo que forman sobre la misma.

Reflexin especular: Las superficies pulidas

reflejan de una forma regular la mayor parte de

las radiaciones luminosas que les llegan

Reflexin difusa: Las superficies rugosas

actan como si estuvieran formadas por

infinidad de pequeas superficies dispuestas

irregularmente y con distinta orientacin, por lo

que las direcciones de los rayos reflejados son

distintas.

La mayor parte de lo que nosotros vemos es

luz que ha sido reflejada por los objetos

situados en nuestro entorno. Por tanto los

objetos reciben directamente la luz del Sol,

reflejndola o difundindola hacia otros objetos

que se encuentran en la sombra.

Reflexin

REFLEXIN ESPECULAR

Fenmeno producido cuando la radiacin atraviesa una

interfase con diferente ndice de refraccin. La fraccin reflejada

es mayor a medida que aumenta la diferencia entre los ndices

de refraccin.

Reflexin interna total

Reflexin interna total

Ejemplo

= 0,085

La radiacin ordinaria puede considerarse como un haz de ondas

electromagnticas en las que las vibraciones se distribuyen por

igual entre una serie infinita de planos centrados a los largo de la

trayectoria del haz La eliminacin de uno de los dos planos origina

un haz polarizado en un plano

Polarizacin de la radiacin

Polarizacin de la radiacin

Fig.1 - Una onda electromagntica polarizada. Las oscilaciones del campo elctrico slo se producen en un plano del espacio, son perpendiculares a las oscilaciones del campo magntico, y ambas son perpendiculares a la direccin de propagacin de la onda.

DISPERSIN DE LA RADIACIN

Dispersin

La dispersin de radiacin tiene lugar cuando un haz de radiacin incidente choca con partculas atmicas o moleculares que son relativamente pequeas con respecto a la de dicha radiacin incidente. Una pequea fraccin de la radiacin se transmite en todas las direcciones (sale del camino recto del haz y acta como una fuente sencundaria de luz). La intensidad de la radiacin dispersada se incrementa con el tamao de la partcula.

Dispersin Rayleigh Debida a la dispersin por molculas o agregados de

molculas de dimensiones bastante menores que l de

la radiacin. Una manifestacin cotidiana de la dispersin Rayleigh

es el azul del cielo, consecuencia de la mayor

dispersin de las l ms cortas del espectro visible.

Efecto Tyndall debido a niebla

Dispersin o Efecto Tyndall Dispersin producida por molculas muy

grandes o partculas de dimensiones coloidales y es apreciable para el ojo humano.

La medida de la radiacin dispersada sirve para determinar el tamao y la configuracin de ciertas molculas polimricas y partculas coloidales.

Dispersin Raman

Ocurre cuando parte de la radiacin dispersada sufre cambios cuantizados en su frecuencia.

Estos cambios son el resultado de transiciones entre niveles de energa vibracionales de la molcula.

Luz de salida tiene

igual frecuencia que

la incidente, pero

dispersada en

muchos ngulos

diferentes

La luz intercambia

energa con la

vibracin de la

molcula y es

dispersada

Dispersin Rayleigh

Dispersin Raman

Difraccin Proceso por el que un haz paralelo de radiacin se curva cuando pasa a travs

de un obstculo puntiagudo o a travs de una abertura estrecha (longitud del

mismo orden que la longitud de onda)

Difraccin

Thomas Young en 1800

Thomas Young en 1800

Introduccin a los mtodos

espectromtricos

Conocimientos de la naturaleza de la radiacin electromagntica y sus

interacciones con la materia.

Regiones del espectro electromagntico y relacin con los mtodos de anlisis

espectromtricos.

Propiedades generales, ondulatorias y mecnico-cunticas

Cuando se irradia al fotoctodo con

radiacin monocromtica se produce la

emisin de electrones desde la superficie

del metal hacia el nodo con un rango

determinado de energas cinticas.

Existen ciertas observaciones que difieren

bastante de lo que cabra esperar

clsicamente:

1)No se desprenden electrones, aun

cuando la intensidad de luz aumente, si

no se ha excedido un valor de frecuencia

caracterstico de cada metal, n umbral.

2)An a intensidades de luz bajas los

electrones son desprendidos

inmediatamente, si la frecuencia de la luz

incidente supera el valor de n umbral.

3) La energa cintica de los electrones

desprendidos es linealmente proporcional

a la frecuencia de la luz incidente

Efecto fotoelctrico

Einstein, en 1905, explic este fenmeno afirmando que la energa no se transmite repartida en toda la onda (como se

supona en la teora clsica), sino agrupada en unos paquetes

de energa que llam fotones (partcula sin masa en reposo,

pero con una cantidad de movimiento y energa) que al

moverse son guiados por una onda que es la que se detecta

en determinadas experiencias.

Cuando la luz llega a la superficie del metal la energa no se reparte equitativamente entre los tomos que componen las

primeras capas en las que el haz puede penetrar, sino que por

el contrario slo algunos tomos son impactados por el fotn

que lleva la energa.

Si esa energa es superior a la de la atraccin de los electrones por los ncleos, los arranca del metal.

Explicacin terica

La energa cintica de los electrones emitidos depende de la frecuencia de la radiacin incidente y de la posicin que

ocupa ese electrn en el metal.

Ecuacin de Einstein:

hn- hno = m v2

(La energa incidente menos el trabajo de extraccin es igual

a la energa cintica del electrn extrado).

Existe un potencial de corte (Vo) o potencial de frenado para el que i=0. Este potencial de corte es independiente de la

intensidad de la radiacin (I), pero depende de su frecuencia.

El producto del potencial por la carga es trabajo ( por la

definicin de potencial V=W/q ). El trabajo de frenado (Voq)

debe ser suficiente para frenar a los electrones ms rpidos,

que son los que estaban menos ligados al metal.

Vo e= m v2 .

Explicacin terica

En el Efecto fotoelctrico se pone de

manifiesto la naturaleza

corpuscular de la REM.

La energa asociada a la radiacin

consiste en paquetes de energa

(fotones) de magnitud:

E = h n = hc/ h= 6.626 x10 -34 Js, constante de Planck

La conservacin de la energa requiere

que la energa cintica de los

electrones desprendidos satisfaga:

m v2= eVo = h n - es la energa precisa para

desprender un electrn al metal,

denominada funcin de trabajo del

metal

Si h n < no ocurrir el fotodesprendimiento: tal es la razn de

la frecuencia umbral.

Efecto fotoelctrico

Aplicaciones del efecto

fotoelctrico Las clulas fotoelctricas que se utilizan como interruptores se

construyen basndose en el efecto fotoelctrico. Colocadas en un circuito controlan el paso de la corriente: conducen cuando se iluminan y bloquean el paso de corriente cuando no incide la luz en ellas .

Las clulas fotovoltaicas en combinacin con rels forman parte de muchos mecanismos automticos. En la puerta de un ascensor un rayo que sale de un lado de la puerta incide sobre una clula fotoelctrica situada al otro lado. Cuando se interrumpe el rayo la clula no conduce y el rel conectado a ella conmuta de posicin. El rel junto con la clula regula la corriente que llega a un motor elctrico conectado en el circuito.

Por otra parte, en la energa fotovoltaica la luz al incidir en una unin PN de un transistor tambin produce corriente elctrica. El fenmeno fotoelctrico constituye, junto con lo enunciado de la emisin de energa de Plank, el inicio de la Mecnica Cuntica.