TEMA 8ESPECTROSCOPIA DE ABSORCIN MOLECULAR UV-VIS (ESPECTROFOTOMETRA UV-VIS)

8.1.- TRANSMITANCIA Transmitancia: fraccin de radiacin incidente transmitida por la disolucin.

PT T! PO8.2.-ABSORBANCIA

PO A ! log T ! log PTLa absorbancia de una disolucin aumenta a medida que aumenta la atenuacin del haz. PT potencia del haz de radiacin transmitida.

Transmitancia: fraccin de radiacin que una sustancia deja pasar cuando la REM atraviesa la muestra.

T puede valer desde 0 hasta 1. %T puede valer desde 0 hasta 100 %Absorbancia: es la atenuacin de la intensidad de la radiacin cuando esta incide sobre una muestra. Es la cantidad de energa que la sustancia toma para pasar a un estado ms excitado. A aumenta a medida que aumenta la atenuacin de la radiacin.

Cuando no hay absorcin de radiacin Po= PT 1%, la A=2

y entonces A=0,

mientras que si se absorbe el 99% de la radiacin, solo se transmite el

8.3.- RELACIN ENTRE ABSORBANCIA Y CONCENTRACIN: LEY DE BEER

muestra cmo la absorbancia es directamente proporcional a la longitud b de la trayectoria a travs de la solucin y a la concentracin c del analito o especie absorbente.

Ley

de

Lambert-Beer:

A ! abc

A ! I bc

a: cte de proporcionalidad llamada absortividad. (unidades Lcm-1g-1, si c=g/L) b: longitud del camino que recorre la radiacin a travs del medio absorbente. c: concentracin expresada en g/L (mg/L, ...) Cuando en la ecuacin la concentracin viene expresada en mol/L, la cte de proporcionalidad se denomina absortividad molar y se representa por I (unidades Lcm-1mol-1. )

-Disoluciones que contienen ms de una clase de especies absorbentes: A = A1 + A2 + .... + AnComo A = I b c

A = I 1 b c1 + I 2 b c2 +Siendo 1, 2, , n los componentes absorbentes.

. +In b cn

8.4.- LIMITACIONES DE APLICABILIDAD DE LA LEY DE BEER

La atenuacin de una radiacin es cuantitativamente proporcional a ala concentracin de la especie absorbente La proporcionalidad directa entre absorbancia y concentracin cuando b es cte presenta desviaciones:A) Limitaciones reales de la ley B) Limitaciones Qumicas C) Limitaciones Instrumentales

8.4.- LIMITACIONES DE APLICABILIDAD DE LA LEY DE BEER

A) Limitaciones reales de la ley -Disoluciones de concentracin elevada (c > 0.01 M) dan malos resultados. -La absortividad a y la absortividad molar I dependen del ndice de refraccin de la muestra. B) Limitaciones Qumicas Se produce cuando el analito se disocia, asocia o reacciona con el disolvente para dar productos que presentan propiedades de absorcin diferentes de las del analito.

HInColor 1

H+

+ InColor 2

Desviacin positiva a 430 y negativa a 570 nm.

8.4.- LIMITACIONES DE APLICABILIDAD DE LA LEY DE BEER

C) Limitaciones Instrumentales El cumplimiento estricto de la Ley de Beer slo se observa para radiaciones monocromticas (radiacin formada por una sola longitud de onda) y stas en la prctica no se consiguen, ya que con los dispositivos disponibles (filtros, monocromadores) se obtienen una banda de longitudes de onda ms o menos simtrica entorno a la deseada. Otra desviacin: Presencia de radiacin parsita o dispersa.

8.5.- INSTRUMENTACIN PARA ESPECTROSCOPIA DE ABSORCIN UV-VIS

FOTMETROS * Instrumento sencillo utilizado para medir la absorbancia y que emplea filtros de absorcin o interferencia para seleccionar la longitud de onda. * Suelen usarse prcticamente en la regin del Visible. * Ventajas: Son sencillos, bastante econmicos, robustos y facilidad en cuanto a mantenimiento. Pueden transportarse, lo que lo convierte en un aparato til para realizar anlisis espectroscpicos de campo. * Inconvenientes: No puede utilizarse para obtener espectros de absorcin.

8.5.- INSTRUMENTACIN PARA ESPECTROSCOPIA DE ABSORCIN UV-VIS

ESPECTROFOTMETROS * Instrumento empleado para medir la absorbancia que utiliza un selector monocromtico para seleccionar la longitud de onda. * Puede usarse en la regin UV, Vis e IR. * Pueden ser de un solo haz o de doble haz.Diseos instrumentales para fotmetros y espectrofotmetros

8.6.- ESPECIES ABSORBENTES A) Absorcin por compuestos orgnicos Dos tipos de e- son responsables de que las molculas absorban radiacin UV-Vis: - e- compartidos que participan directamente en la formacin de enlaces y que estn asociados a ms de un tomo. - e- externos no compartidos, localizados preferentemente entorno a tomos como O, S, N y halgenos.(e situados en orbitales no enlazantes n) P a la que absorbe una molcula depende de la fuerza con que retiene a sus distintos e-. Enlaces sencillos C-C o C-H: P de la regin del UV de vaco (P 1000), circunstancia que conduce a una gran sensibilidad.

8.7.- APLICACIONES CARACTERSTICAS DE LOS MTODOS ESPECTROFOTOMTRICOS - Amplia aplicabilidad. - Elevada sensibilidad: los lmites deteccin 10-4 a 10-5 M. - Selectividad de moderada a alta. - Buena exactitud: errores de concentracin 1-5% o incluso menores. - Facilidad y comodidad en las medidas espectrofotomtricas. - Se prestan a una fcil automatizacin. CAMPO DE APLICACIN - Especies absorbentes: compuestos orgnicos que contengan grupos cromforos y especies inorgnicas como son los metales de transicin. - Especies no absorbentes: los analitos reaccionan con un reactivo para producir un compuesto absorbente.

8.7.- APLICACIONES APLICACIONES MEDIOAMBIENTALES

8.7.- APLICACIONES MEZCLAS DE ANALITOS

8.7.- APLICACIONES VALORACIONES FOTOMTRICAS Y ESPECTROFOTOMTRICAS

Las medidas espectrofotomtricas son tiles para localizar puntos de equivalencia en valoraciones siempre que uno o ms de los reactivos o productos absorban la radiacin. Curva fotomtrica: representacin de la absorbancia (corregida por la variacin de volumen) en funcin del volumen de valorante.

Valoradore fotomtricos con fibras opticas Son hebras finas de materiales como el vidrio, silice fundido o plstico. Su diametro oscila entre 0,05Qm y 0,6cm. Son muy utilizados en medicina. La trasmisin de la luz se produce por reflexin interna, para que sea total se recubre la fibra con material de indice de refraccin menor que el de la fibra. Tambin existen los sensores de fibra ptica(optrodos). Esto permite instrumentos para la medida in-situ. Si queremos detectar la contaminacin de la bahia de Cdiz. Tenemos una fuente de radiacin que se trasmite traves de la fibra ptica, al final se encuentra un reactivo que va a reaccionar con el analito en cuestin, esta reaccin va a provocar una variacin de la radiacin incidente, que se va a recoger a travs de otra fibra ptica hasta el detector.

fuente

A = a . b. C

detector

El espectrofotmetro convencional Un espectrofotmetro convencional enfoca la luz policromtica de la fuente en un monocromador. Este tiene como componentes principales una ranura de entrada, un elemento que dispersa la luz en sus longitudes de onda componentes (en general una red de difraccin), y una ranura de salida que permite seleccionar la longitud de onda deseada. Esa luz monocromtica atraviesa la muestra, y llega al detector. Las mediciones fotomtricas se hacen en base a la relacin entre la potencia de luz que alcanza al detector cuando est interpuesta la muestra (P) y cuando no lo est (P0) o cuando est interpuesto un blanco .

El espectrofotmetro de dispositivo de diodos El espectrofotmetro de dispositivo de fotodiodos (diode array, de diodos fue introducido a mediados de los 70. Utiliza una ptica invertida respecto del convencional: toda la luz de la fuente atraviesa la muestra, luego es dispersada en un monocromador que en lugar de una ranura de salida tiene en el plano focal un dispositivo que integra en un pequeo circuito varios cientos de detectores tipo fotodiodo de silicio. El nmero de elementos vara actualmente entre 64 y 4096, siendo los ms comunes de 512 y 1024 elementos.

Cada elemento del dispositivo recibe luz de un rango particular de longitudes de onda, y un ordenador procesa los datos recibidos. Las principales ventajas del espectrofotmetro de dispositivo de fotodiodos son que para obtener un espectro no hace falta mover ningn elemento, y los espectros se obtienen en forma casi instantnea.

diodos

0.1nm de resolucin

2 nm de resolucin

Resolucin espectralPara nuestro propsito, nos concentraremos en los aspectos prcticos, y aqu lo ms importante es saber qu resolucin necesitamos para nuestro trabajo, y esa resolucin est expresada en general como ancho espectral del instrumento (spectral bandwidth). Como regla general, el ancho de media banda instrumental debe ser como mximo 1/10 del ancho de media banda espectral de la banda de absorcin a medir. Dado que la mayora de las molculas en solucin presentan en fase lquida bandas de absorcin con anchos medios entre 20 y 40nm, un instrumento con resolucin de 2nm es generalmente adecuado. A veces encontramos casos particulares (Ej.: cianocobalamina vitamina B12) con bandas de anchos del orden de 10nm. En este caso, la cuantificacin con un instrumento de 2nm dara un error por defecto del orden del 2-3%, mientras que con un equipo de 1nm de ancho de banda el error sera despreciable. En el caso de medicin de gases o vapores, las interacciones son menores y por lo tanto las bandas de absorcin tambin, por lo que en general se requieren instrumentos de alta resolucin (0,1nm). Hay dos parmetros que afectan directamente la resolucin de un monocromador: la densidad de lneas de la red y la distancia focal. La resolucin es directamente proporcional a cada uno de estos parmetros. Sin embargo, al aumentar la densidad de lneas de la red aumenta la dispersin y disminuye la eficiencia reflectiva aparente, lo que se corrige aumentando el ancho de ranura (lo que disminuye la resolucin). Aumentar la distancia focal tambin tiene su costo: el monocromador se hace ms grande, disminuyen las tolerancias pticas y mecnicas y las especificaciones para el alineamiento se hacen ms estrictas. Por supuesto tambin aumenta el precio.

Avantes es la empresa lder, con la serie AvaSpec, en el diseo y fabricacin de espectrmetros miniaturizados con entrada por fibra ptica para aplicaciones en el UV, VIS, y NIR.Estos espectrmetros estn basados en un diseo de ptica integrada, sin partes mviles, recogiendo la luz mediante fibra ptica , dispersndola por medio de una red de difraccin , en un detector lineal CCD , CMOS, PDA Array de InGaAs. Proporcionan una resolucin de hasta 0,04 nm dependiendo de la red de difraccin y de la rendija de entrada seleccionada. En la serie AvaSpec 2048 el espectrmetro est basado en un monocromador simtrico del tipo Cerny-Turner, de 75 mm de distancia focal , con un detector lineal CCD de 2048 pixels conectado a una tarjeta electrnica con un convertidor A/D de 14 bits y una interfase USB/RS232. Incorpora un conector SMA que permite acoplar un amplia lnea de fuentes de luz y sondas por fibra ptica , sensores qumicos y otros accesorios.