Principios de Espectrofotometría: Naturaleza de la Luz y Componentes del Espectrofotómetro
2. Naturaleza de la Luz: Conceptos Previos
La luz es una radiación electromagnética, un tipo de energía radiante junto con los rayos X, las transmisiones de radio y televisión. Se transmite mediante cuantos de energía o fotones, paquetes discontinuos de energía que se desplazan con un movimiento ondulatorio.
La interacción de un campo eléctrico y otro magnético (que cambian en el tiempo) originan una perturbación electromagnética que permite a los fotones propagarse de una región a otra del espacio (aunque no haya materia en la región) mediante un movimiento ondulatorio.
Parámetros de la Luz
Como radiación electromagnética, la luz viene definida por los siguientes parámetros:
- Ciclo: Es la mínima porción no repetitiva de la onda.
- Longitud de onda (λ): Distancia entre dos máximos de un ciclo completo del movimiento ondulatorio.
- Frecuencia (ν): Número de ciclos realizados por unidad de tiempo, generalmente un segundo.
- Periodo (T): Tiempo, en segundos, que tarda una partícula en realizar un ciclo completo.
- Amplitud (A): Relacionada con la altura de la onda según el eje de ordenadas.
Correspondencia entre Parámetros de las Ondas y Características Físicas de la Radiación
Existe una correspondencia entre algunos parámetros de las ondas y las características físicas de la radiación:
- El color de la radiación se asocia con su longitud de onda (o con su frecuencia), de tal manera que cada color del espectro visible corresponde a una determinada longitud de onda.
- La intensidad de la radiación, es decir, lo fuerte o tenue que se percibe el color, se asocia con la amplitud.
- La energía de un fotón depende de su frecuencia y de su longitud de onda. La energía de las radiaciones electromagnéticas es inversamente proporcional a la longitud de onda de la radiación (cuando menor longitud de onda las radiaciones son más penetrantes, es decir, más energéticas) y, directamente proporcional a su frecuencia.
Espectro Electromagnético
Cuando las ondas electromagnéticas se ordenan de acuerdo con su frecuencia o su longitud de onda, la disposición ordenada se llama espectro electromagnético.
El conjunto de radiaciones electromagnéticas se puede dividir en varias regiones o bandas espectrales según su longitud de onda o energía, aunque no existen divisiones o límites estrictos para separar una región de otra en el espectro electromagnético. Los límites son arbitrarios y se han escogido de acuerdo con la instrumentación utilizada para su medición.
Por orden decreciente de frecuencias o creciente de longitudes de onda, el espectro electromagnético está formado por:
- Rayos cósmicos
- Rayos gamma
- Rayos X
- Ultravioleta
- Visible
- Microondas
- Ondas de radio
3.1. Proceso de Absorción de Energía
En la partícula se producen cambios que dependen de las características de la partícula (tipo de enlaces, etc.) y de la energía (longitud de onda) de la luz que interacciona. Los cambios que pueden producirse son:
- Transición de electrón a un nivel electrónico superior.
- Cambios vibracionales en los enlaces covalentes.
- Cambios rotacionales en los enlaces covalentes.
La partícula en estado excitado tiende a regresar espontáneamente a su estado fundamental, desprendiendo la energía absorbida.
3.2. Proceso de Emisión
El proceso de emisión se produce cuando los átomos o moléculas, previamente excitados, vuelven a su estado fundamental cediendo su exceso de energía en forma de radiación electromagnética de distinta longitud de onda a la energía de excitación y que podemos cuantificar.
Técnicas de Absorción
- Espectrofotometría de absorción
- Espectroscopia de absorción atómica
- Dispersión Raman
- Nefelometría y turbidimetría
Técnicas de Emisión
- Espectroscopia de emisión
- Fotometría de llama
- Fotoluminiscencia (fluorescencia y fosforescencia)
5. Leyes de la Absorción
5.1. Ley de Lambert-Beer
La ley de Lambert-Beer relaciona matemáticamente la intensidad de una radiación (Io) que incide sobre una cubeta que contiene una solución coloreada, con la intensidad de la radiación transmitida (It) después de que la radiación electromagnética atraviese la solución.
La solución coloreada absorbe parte de la radiación incidente (Io) – de una longitud de onda determinada – y el haz de luz que atraviesa la solución sale con una intensidad menor (It).
Se denomina transmitancia a la relación entre la intensidad de la luz incidente y la transmitida.
5.2. Aplicación de la Ley de Lambert-Beer al Cálculo de Concentraciones
La ley de Lambert-Beer tiene como aplicación práctica la determinación de la concentración de una sustancia en una solución, basándose en la relación lineal entre absorbancia y concentración.
5.2.3 Curva de Calibración
El método de trabajo con curva de calibración consiste en ensayar varias soluciones de concentraciones conocidas y determinar sus absorbancias; a continuación, se construye la curva de calibración, representando gráficamente las concentraciones – en el eje de abscisas- frente a sus absorbancias -eje de ordenadas-.
6. Componentes Básicos de un Espectrofotómetro
Todos constan de:
- Fuente de luz o de radiación
- Rendijas de entrada y de salida
- Sistema de selección de longitud de onda
- Compartimento para situar la muestra (cubeta)
- Sistemas de detección
- Sistema de registro de datos
1. Fuente de Luz o de Radiación
La fuente de luz emite la radiación que posteriormente interactuará con la muestra. Si la fuente de luz emite la radiación electromagnética con un intervalo amplio de longitudes de onda, recibe el nombre de fuente continua. Si irradia luz solo en ciertas longitudes de onda específicas, recibe el nombre de fuente de líneas.
2. Rendijas de Entrada y de Salida
La rendija de entrada tiene como misión evitar que luz dispersa entre en el sistema de selección de longitud de onda; la rendija de salida tiene como función aislar la banda espectral deseada e impedir que luz difusa atraviese la cubeta – generaría desviaciones a la ley de Lambert-Beer-.
3. Sistema de Selección de Longitud de Onda
Mediante el sistema de selección de longitud de onda, se obtiene un haz de luz no estrictamente monocromático, es decir con una sola longitud de onda, sino que comprende un intervalo de longitudes de onda que se denomina ancho de banda, y que contiene la longitud de onda nominal que es donde se halla la máxima intensidad de luz.
Filtros
Construidos con un material que transmite selectivamente una longitud de onda y absorbe todas las demás. Pueden ser:
- Filtros de vidrio
- Filtros de interferencia
Monocromadores
Permiten seleccionar, a partir de una fuente de luz, un haz de energía radiante con una determinada anchura de banda (intervalo de longitudes de onda), identificada con un valor promedio de las longitudes de onda que componen el ancho de banda, denominado longitud de onda nominal.
4. Compartimento para Situar la Muestra (Cuneta)
La cubeta es el recipiente donde se coloca la muestra y los reactivos.
5. Sistemas de Detección
Un detector consiste en dispositivos que permiten detectar y observar la radiación después de pasar por la muestra, en las medidas de absorción y la originada por la muestra en el caso de medidas de emisión de radiación.
6. Sistema de Registro de Datos
:Mide la energia electrica suministrada por el detector y la cuantifica en una escala de absorbancia, transmitancia o directamente de concentración del analito (mediante estandares ocurvas de calibracion registradas en el microprocesador). Pueden ser galvanómetros o sistemas de lectura digital. Tambien pueden procesarse en un ordenador y pasar a la impresora.-.-.-.-.Fenomenos de deriva i ruido. La deriva es una inclinacion hacia una lectura mas alta o mas baja durante un periodo de tiempo, si la presenta el fotometro se recomienda de cada tres determinaciones volver a realizar el blanco. El ruido, es la falta de estabilidad en los valores proporcionados por el fotometro.Un espectrofotometro para funcionar correctamente, no debe presentar ni deriva ni ruido.