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ESPECTROFOTOMETRIASe refiere a la medida de cantidades relativas
de luz absorbida por una muestra, en funcion de la longitud de
onda.
Cada componente de la solucion tiene su patron de absorcion de
luz caracteristico. Comparando lalongitud de onda y la intensidad
del maximo de absorcion de luz de una muestra versus
solucionesstandard, es posible determinar la identidad y la
concentracion de componentes disueltos en la muestra (solucion
incognita).
Las ventajas de la espectrofotometria sobre otros metodos
analiticos de laboratorio son varias: es rapida, precisa, versatil,
facil de usar y eficiente en costo. Los espectrofotomentros se han
mejorado en precision y versatilidad en los ultimos aos con los
avances de tecnologia, y hoy se consideran indispensables en un
laboratorio de quimica analitica.
Un espectrometro posee cuatro componentes basicos: una fuente de
radiacion que tiene intensidad constante en el rango de longitud de
onda que cubre ( usualmente es lampara de tungsteno para luz
visible,y deuterio para ultravioleta), un compartimiento para la
muestra, un monocromador que separa la banda de longitud de onda
deseada del resto del espectro y la dispersa al compartimiento de
la muestra, y un fotodetector, que mide cuantitativamente la
radiacion que pasa por la muestra.
En general, los espectrometros miden en % de transmitancia (T) y
absorbancia (A). El porciento de transmitancia se refiere a la
cantidad de radiacion que pasa a traves de la muestra y alcanza
eldetector. Una solucion limpida, no absorbente, mostrara una
lectura de 100% de transmitancia en un espectrofotometro calibrado.
Las unidades de absorbancia van de 0 a 2. La absorbancia se
relaciona con la transmitancia como
A = log 1/T, (logaritmo decimal).
A= 2 log T%
Tipos de espectrometra
ESPECTROMETRA DE ABSORCIN
ESPECTROMETRA DE FLUORESCENCIA
La espectrometra de fluorescencia usa fotones de energa ms
elevada para excitar una muestra,que emitir entonces fotones de
inferior energa. Esta tcnica se ha hecho popular en
aplicacionesbioqumicas y mdicas, y puede ser usada con microscopa
confocal, transferencia de energaentre partculas fluorescentes, y
visualizacin de la vida media de fluorescencia.
ESPECTROMETRA DE RAYOS X
La espectrometra de absorcin es una tcnica en la cual la energa
de un haz de luz se mide antes ydespus de la interaccin con una
muestra. Cuando se realiza con lser de diodo ajustable, se laconoce
como espectroscopia de absorcin con lser de diodo ajustable. Tambin
se combina amenudo con una tcnica de modulacin, como la
espectrometra de modulacin de longitud deonda, y de vez en cuando
con la espectrometra de modulacin de frecuencia a fin de reducir
el
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ruido en el sistema.Cuando los rayos X con suficiente frecuencia
(energa) interaccionan con unasustancia, los electrones de las
capas interiores del tomo se excitan a orbitales vacos externos,
obien son eliminados completamente, ionizndose el tomo. El
"agujero" de la capa interior se llenaentonces con electrones de
los orbitales externos. La energa disponible en este proceso
deexcitacin se emite como radiacin (fluorescencia) o quitar otros
electrones menos enlazados deltomo (efecto Auger). La absorcin o
frecuencias de emisin (energas) son caractersticas de cadatomo
especfico. Adems, para un tomo especfico se producen pequeas
variaciones defrecuencia (energa) que son caractersticas del enlace
qumico. Con un aparato apropiado puedenmedirse estas frecuencias de
rayos X caractersticas o energas de electrones Auger. La absorcinde
rayos X y la espectroscopia de emisin se usan en qumica y ciencias
de los materiales paradeterminar la composicin elemental y el
enlace qumico.
La cristalografa de rayos X es un proceso de dispersin. Los
materiales cristalinos dispersan rayosX en ngulos bien definidos.
Si la longitud de onda de los rayos X incidentes es conocida,
sepueden calcular las distancias entre planos de tomos dentro del
cristal. Las intensidades de losrayos X dispersados dan informacin
sobre las posiciones atmicas y permiten calcular laorganizacin de
los tomos dentro de la estructura cristalina.
ESPECTROMETRA DE LLAMA
Las muestras de solucin lquidas son aspiradas en un quemador o
una combinacin denebulizador/quemador, desolvatadas, atomizadas, y
a veces excitadas a un estado electrnico deenerga ms alta. El uso
de una llama durante el anlisis requiere combustible y
oxidante,tpicamente en forma de gases. Los gases combustibles
comunes que se usan son el acetileno(etino) o el hidrgeno. Los
gases de oxidante suelen ser el oxgeno, el aire, o el xido nitroso.
Estosmtodos son a menudo capaces de analizar elementos metlicos en
partes por milln, billones, oposiblemente rangos ms bajos de
concentracin. Son necesarios detectores de luz para detectarla luz
con informacin que viene de la llama.
* Espectrometra de emisin atmica. Este mtodo usa la excitacin de
la llama; los tomos sonexcitados por el calor de la llama para
emitir luz. Este mtodo suele usar un quemador de consumototal con
una salida de incineracin redonda. Se utiliza una llama de
temperatura ms alta que lausada en la espectrometra de absorcin
atmica para producir la excitacin de tomos de analito. Yaque los
tomos de analito estn excitados por el calor de la llama, no es
necesaria ninguna lmparaelemental especial. Puede usarse un
policromador de alta resolucin para producir una intensidadde
emisin contra el espectro de longitud de onda por encima de un
rango de longitudes de ondaque muestran lneas de excitacin de
elementos mltiples. O bien puede usarse un monocromadoren una
longitud de onda determinada para concentrarse en el anlisis de un
solo elemento en unacierta lnea de emisin. La espectrometra de
emisin de plasma es una versin ms moderna deeste mtodo.
* Espectrometra de absorcin atmica (a menudo llamada AA). Este
mtodo usa un nebulizadorpre-quemador (o cmara de nebulizacin) para
crear una niebla de la muestra, y un quemador enforma de ranura que
da una llama de longitud de ruta ms larga. La temperatura de la
llama es lobastante baja como para no excitar los tomos de la
muestra de su estado basal. El nebulizador yla llama se usan para
desolvatar y atomizar la muestra, pero la excitacin de los tomos de
analitose realiza mediante lmparas que brillan a travs de la llama
en varias longitudes de onda paracada tipo de analito. En la
absorcin atmica, la cantidad de luz absorbida despus de pasar por
lallama determina la cantidad de analito en la muestra. Suele
usarse un horno de grafito paracalentar, desolvatar y atomizar la
muestra con el fin de obtener una mayor sensibilidad. El mtododel
horno de grafito tambin puede analizar algn slido o muestras
mezcladas. A causa de subuena sensibilidad y selectividad, es un
mtodo que todava se usa para el anlisis de ciertos
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microelementos en muestras acuosas (y otros lquidos).
* Espectrometra de fluorescencia atmica. Este mtodo usa un
quemador con una salida deincineracin redonda. La llama se usa para
solvatar y atomizar la muestra, y una lmpara emite luza una
longitud de onda especfica en la llama para excitar los tomos de
analito. Los tomos deciertos elementos pueden entonces fluorescer,
emitiendo luz en diferentes direcciones. Laintensidad de esta luz
fluorescente sirve para cuantificar la cantidad del elemento
analizado en lamuestra. Tambin puede usarse un horno de grafito
para laespectrometra de fluorescencia atmica.Este mtodo no es tan
comn como el de absorcin atmica o el de emisin de plasma.
ESPECTROMETRA DE EMISIN DE PLASMA
Es similar a la emisin atmica por llama, y la ha sustituido en
gran parte.
* Espectrometra de plasma de corriente contnua (DCP). Un plasma
de corriente contnua se creapor una descarga elctrica entre dos
electrodos. Es necesario un gas de apoyo al plasma, y el mscomn es
el argn. Las muestras pueden ser depositadas en uno de los
electrodos.
* Espectrometra de emisin ptica por descarga luminiscente
(GD-OES)
* Espectrometra de emisin plasma-atmica acoplada inductivamente
(ICP-AES)
* Espectrometra de ruptura inducida por lser (LIBS), tambin
llamada espectrometra de plasmainducida por lser (LABIOS)
* Espectrometra de plasma inducida por microondas(MIP)
ESPECTROMETRA DE CHISPA O ARCO
Se usa para el anlisis de elementos metlicos en muestras slidas.
Para materiales noconductores, se usa polvo de grafito para hacer
conductora la muestra. En los mtodos deespectroscopia de arco
tradicionales se usa una muestra slida que es destruida durante
elanlisis. Un arco elctrico o chispa se pasan por la muestra,
calentndola a alta temperatura paraexcitar los tomos. Los tomos de
analito excitado emiten luz en varias longitudes de onda quepueden
ser detectadas mediante mtodos espectroscpicos comunes. Ya que las
condiciones queproducen la emisin por arco no son controladas
cuantitativamente, el anlisis de los elementos escualitativo. Hoy
da, las fuentes de chispa con descargas controladas bajo una
atmsfera de argnpermiten que este mtodo pueda ser considerado
eminentemente cuantitativo, y su uso est muyextendido en los
laboratorios de control de produccin de fundiciones y aceras.
ESPECTROMETRA VISIBLE
Muchos tomos emiten o absorben la luz visible. A fin de obtener
un espectro lineal fino, los tomosdeben estar en fase gaseosa. Esto
significa que la sustancia tiene que ser vaporizada. El espectrose
estudia en absorcin o emisin. La espectroscopia de absorcin visible
a menudo se combinacon la de absorcin ultravioleta (espectroscopia
UV/Vis). Aunque esta forma pueda ser poco comnal ser el ojo humano
un indicador similar, todava se muestra til para distinguir
colores.
ESPECTROMETRA ULTRAVIOLETA
Todos los tomos absorben en la regin ultravioleta (UV) ya que
estos fotones son bastanteenergticos para excitar a los electrones
externos. Si la frecuencia es lo bastante alta, se produce
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la fotoionizacin. La espectrometra UV tambin se usa para la
cuantificacin deprotenas yconcentracin de ADN, as como para la
proporcin de protenas y ADN en una solucin. En lasprotenas se
encuentran generalmente varios aminocidos, como el triptfano, que
absorben la luzen el rango de 280nm. El ADN absorbe la luz en el
rango de 260nm. Por esta razn, la proporcinde absorbancia 260/280nm
es un buen indicador general de la pureza relativa de una solucin
entrminos de estas dos macromolculas. Tambin pueden hacerse
estimaciones razonables de laconcentracin de ADN o protenas
aplicando la ley de Beer.
ESPECTROMETRA INFRARROJA
La espectrometra infrarroja ofrece la posibilidad de medir tipos
diferentes de vibraciones en losenlaces atmicos a frecuencias
diferentes. En qumica orgnica, el anlisis de los espectros
deabsorcin infrarroja indica qu tipo de enlaces estn presentes en
la muestra.
ESPECTROMETRA RAMAN
La espectrometra Raman usa la dispersin inelstica de la luz para
analizar modos vibracionales yrotatorios de las molculas. Las
"huellas digitales" que resultan son una ayuda para el anlisis.
ESPECTROMETRA DE RESONANCIA MAGNTICA NUCLEAR (RMN)
La espectrometra de resonancia magntica nuclear analiza las
propiedades magnticas de ciertosncleos atmicos para determinar
diferentes ambientes locales electrnicos del hidrgeno,carbono, u
otros tomos en un compuesto orgnico u otro compuesto. Se usa para
determinar laestructura del compuesto.
ESPECTROMETRA DE FOTOEMISIN
La fotoemisin puede referirse a: * Emisin de electrones a partir
de la materia despus de la absorcin de fotones energticos(efecto
fotoelctrico).* Emisin de fotones a partir de los semiconductores y
metales cuando los electrones que fluyen enel material pierden
energa mediante deceleracin o recombinacin.
ESPECTROMETRA MSSBAUER
La espectrometra de transmisin o conversin electrnica (CEMS) de
Mssbauer prueba laspropiedades de los ncleos de istopos especficos
en ambientes atmicos diferentes, analizandola absorcin resonante de
rayos gamma de energa caracterstica, lo que se conoce como efectode
Mssbauer.
OTROS TIPOS DE ESPECTROMETRA Fotoacstica. Mide las ondas sonoras
producidas por la absorcin de radiacin.* Fototermal. Mide el calor
desarrollado por la absorcin de radiacin.* De dicroismo circular.*
De actividad ptica Raman. Usa los efectos de la actividad ptica y
la dispersin para revelarinformacin detallada sobre los centros
quirales de las molculas.* De terahertzios. Usa longitudes de onda
por encima de la espectrometra infrarroja y por debajode las
microondas o medidas de onda milimtricas.* De dispersin inelstica
de neutrones, como la espectroscopia Raman pero con neutrones en
vezde fotones.* De tnel de electrones inelsticos. Usa los cambios
de corriente debidos a la interaccin devibraciones electrnicas
inelsticas a energas especficas que tambin pueden medir
transiciones
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pticamente prohibidas.* Auger. Se usa para estudiar superficies
de materiales a microescala. A menudo se usa en relacincon la
microscopa de electrones.* De cavidad en anillo.* De transformacin
de Fourier. La transformacin Fourier es un mtodo eficiente para
tratar datosde espectros obtenidos usando interfermetros. Casi toda
la espectrometra infrarroja (FTIR) y laresonancia magntica nuclear
(RMN) se realizan con la transformacin de Fourier.* De tiempo
resuelto. Se usa en situaciones donde las propiedades cambian con
el tiempo.* Mecnica. Implica interacciones con vibraciones
macroscpicas, como los fotones. Un ejemplo esla espectrometra
acstica, que implica ondas sonoras.* De fuerza. Usa una tcnica
analtica basada en AFM.* Dielctrica.* Infrarroja termal. Mide la
radiacin termal emitida por materiales y superficies, y se usa
paradeterminar el tipo de enlaces presentes en una muestra, as como
su ambiente reticular. Estastcnicas son muy usadas por los qumicos
orgnicos, mineralogistas y gelogos.
Transmitancia y absorbancia
La transmitancia se define como la cantidad de energa que
atraviesa un cuerpo en determinada cantidad de tiempo.
Existen varios tipos de transmitancia, dependiendo de qu tipo de
energa consideremos.
La transmitancia ptica se refiere a la cantidad de luz que
atraviesa un cuerpo, en una determinadalongitud de onda. Cuando un
haz de luz incide sobre un cuerpo traslcido, una parte de esa luz
esabsorbida por el mismo, y otra fraccin de ese haz de luz
atraversar el cuerpo, segn su transmitancia. Elvalor de la
transmitancia ptica de un objeto se puede determinar segn la
siguiente expresin:
I es la cantidad de luz transmitida por la muestra e I0 es la
cantidad total de luz incidente.Muchas veces encontraremos la
transmitancia expresada en porcentaje, segn la frmula:
Podemos hablar de transmitancia trmica como la cantidad de
energa en forma de calor que atraviesa uncuerpo, en cierta unidad
de tiempo. Si tenemos en cuenta un cuerpo con caras planas y
paralelas, y entresus caras hay una diferencia trmica, esta
diferencia constituye la transmitancia trmica del cuerpo.
Latransmitancia trmica es el inverso de la resistencia trmica. Se
puede definir segn la siguiente frmula:
En esta expresin tenemos que
U = transmitancia en W/m2. KelvinS = superficie del cuerpo en
m2.K = diferencia de temperaturas en grados Kelvin.
El concepto de este tipo de transmitancia es aplicado en los
clculos para construir aislamientos trmicosy para calcular prdidas
de energa en forma de calor.
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Tambin se toman en cuenta estos conceptos al momento de
calefaccionar una habitacin, ya que hayque calcular qu potencia se
necesitar en un determinado perodo, para lograr una cierta
temperatura enla habitacin, teniendo en cuenta la prdida de calor
debido a la transmitancia de las paredes de lahabitacin.
AbsorbanciaCuando un haz de luz incide sobre un cuerpo
traslcido, una parte de esta luz es absorbida por el cuerpo,y el
haz de luz restante atraviesa dicho cuerpo. A mayor cantidad de luz
absorbida, mayor ser laabsorbancia del cuerpo, y menor cantidad de
luz ser transmitida por dicho cuerpo. Como se ve, laabsorbancia y
la transmitancia son dos aspectos del mismo fenmeno. La
absorbancia, a una determinadalongitud de onda lambda, se define
como:
Ley de Beer-Lambert
En ptica, la ley de Beer-Lambert, tambin conocida como ley de
Beer o ley de Beer-Lambert-Bouguer es
una relacin emprica que relaciona la absorcin de luz con las
propiedades del material atravesado.
La ley de Beer fue descubierta independientemente (y de
distintas maneras) por Pierre Bouguer en
1729, Johann Heinrich Lambert en 1760 y August Beer en 1852. En
forma independiente, Wilhel Beer y Johann
Lambert propusieron que la absorbancia de una muestra a
determinada longitud de onda depende de la
cantidad de especie absorbente con la que se encuentra la luz al
pasar por la muestra.
DIFERENCIAS ENTRE ESPECTROFOTOMETRIA Y ESPECTROCOPIALa
espectrofotometria es el estudio mas detallado de la absorcion de
energia radiante por las especiesquimicas que permite su
caracterizacion y cuantificacion. La espectrofotometria requiere de
laespectroscopia ya que esta ultima es la que genera el espectro de
las especies quimicas para que luegose estudie y se detecten grupos
funcionales, se identifiquen compuestos y se analizen mezclas.
La espectrofotometria es el estudio mas detallado de la
absorcion de energia radiante por lasespecies quimicas que permite
su caracterizacion y cuantificacion. La espectrofotometria requiere
dela espectroscopia ya que esta ultima es la que genera el espectro
de las especies quimicas para queluego se estudie y se detecten
grupos funcionales, se identifiquen compuestos y se
analizenmezclas.
Patron de Referencia: Material o sustancia en la cual uno o ms
valores de sus propiedadesson suficientemente homogneos y estn bien
definidos para permitir utilizarlos para la calibracinde un
instrumento, la evaluacin de un mtodo de medicin, o la asignacin de
valores a losmateriales.NOTA:Un material de referencia puede
presentarse bajo la forma de un gas, un lquido oun slido, puro o
compuesto. Ejemplos: el agua para la calibracin de viscosmetros, el
zafiro quepermite calibrar la capacidad trmica en calorimetra y las
soluciones utilizadas para la calibracin enlos anlisis qumicos.
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Curva de calibracion
trata de una curva de referencia construida con cantidades
conocidas de una sustancia (por ejemplola albminasrica bovina que
vimos antes) que se utiliza para determinar la cantidad de esta
sustancia(protenas) presenteen una muestra incgnita.En muchas
determinaciones se cumple una relacin proporcional entre la
magnitudo intensidad decolor que da una reaccin y la cantidad del
reactivo que la provoca. Por ejemplo: si la presenciade 10ug de
protenas en una solucin genera la aparicin de un color azul plido
cuando es agregadaa unamezcla reactiva, la presencia de 20 ug de
protena dar lugar a que la solucin se torne azul msoscuro yas
sucesivamente.La relacin entre intensidad de color y concentracin
de la sustancia (una medida de lacantidad de esasustancia) es
proporcional y as, si se grafica el valor de intensidad de color
medido con unaparatoadecuado (espectrofotmetro o colormetro) en
funcin de las concentraciones crecientes de lasustanciase obtiene
una recta. Es decir, a mayor cantidad de protena, mayor cantidad de
producto dereaccin y por lotanto, mayor intensidad de color
Tipos de espectrometraESPECTROMETRA DE ABSORCINESPECTROMETRA DE
FLUORESCENCIAESPECTROMETRA DE RAYOS XESPECTROMETRA DE
LLAMAESPECTROMETRA DE EMISIN DE PLASMAESPECTROMETRA DE CHISPA O
ARCOESPECTROMETRA VISIBLEESPECTROMETRA ULTRAVIOLETAESPECTROMETRA
INFRARROJAESPECTROMETRA RAMANESPECTROMETRA DE RESONANCIA MAGNTICA
NUCLEAR (RMN)ESPECTROMETRA DE FOTOEMISINESPECTROMETRA MSSBAUEROTROS
TIPOS DE ESPECTROMETRA
Transmitancia y absorbancia
