espectroscopia uv-visible e ir[1]
DESCRIPTION
Espectroscopia UV-VisibleTRANSCRIPT
Introducción a la espectrometría de absorción molecular ultravioleta/visible
Es espectroscopia de absorcion de la radiación en la región de 160 nm a 780 nm.
Se basa en la medida de transmitancia (T) o absorbancia (A) de disoluciones colocadas en cubetas transparentes con un camino óptico de b centímetros.
La concentración c de un analito absorbente está relacionado linealmente con la absorbancia:
Espectroscopia de absorcion UV / Visible
Cuando un haz de radiacion incide sobre la cubeta ocurren reflexiones en las interfases ( un 8.5 % del haz se pierde por reflexion).Tambien, ocurre dispersion y absorcion de la radiacion.
Para compensar estos efectos, la potencia del haz transmitido por la disolucion analizada se compara con la potencia del haz transmitido por una cubeta igual que contiene solo disolvente.
Así se obtienen la transmitancia y absorbancia experimentales
Ley de Beer
Limitaciones:Es una ley limite (describe correctamente la absorcion de disoluciones de baja concentracion, < 0.01 M)A concentraciones > 0.01 M, la relacion entre absorbancia y concentracion ya no es lineal.ε depende del indice de refraccion del medio, en ocasiones esto genera desviaciones de la ley de Beer
Desviaciones Instrumentales debidas a Radiacion Policromatica
La ley de Beer se cumple solo cuando la radiacion es monocromatica.
En practica es imposible obtener radiacion monocromatica, lo comun es tener un banda de longitudes de onda simetrica en torno a la deseada.
Idealizacion
Efecto de la ranura del monocromador en las medidas de absorbancia
La ranura que enfoca el haz de radiacion en el monocromador (selector de λ) afecta la resolucion del espectro obtenido:
Ranuras angostas producen espectros bien resueltos.
Ranuras anchas producen perdida de resolucion del espectro
Anchuras grandes de ranura producen picos mas anchos y bajos.
Precaucion: ranuras demasiado angostas producen una reduccion de la energia radiante y producen perdidas de detalles por el aumento de la relacion señal/ruido.
Efecto de la anchura de la ranura en la altura de los picos. La muestra es una disolucion de cloruro de praseodimio
Anchura = 1 nm Anchura = 0.5 nm Anchura = 0.1 nm
INSTRUMENTACION
Existen mas de 100 modelos de instrumentos UV/Visible. El costo de un espectrofotometro UV/Visible varia de unos cientos de dolares a 30000 dolares.
Componentes
1) Fuente2) Selector de longitud de onda3) Recipiente para la muestra4) Detectores de radiacion5) Procesadores de señal y dispositivos de lectura
FUENTES
Requisito: fuente continua cuya potencia sea estable en un intervalo grande de λ
1. Lámparas de Deuterio e Hidrógeno:
Excitacion electrica del H2 o D2 produce un espectro continuo en la región UV.
Actualmente se prefiere la de D2 (proporciona una esfera de radiación mas grande e intensa que la de H2)
Ambas producen un espectro continuo útil de 160 – 375 nm.
Señal de salida de la lámpara de Deuterio
Importante: Las lámparas de Deuterio e Hidrógeno requiere celdas de cuarzo porque el vidrio absorbe fuertemente a λ < 350 nm
2. Lámpara de filamento de Wolframio (envoltura de vidrio)
Sirve para la región visible
La temperatura del filamento de wolframio es 2870 K
Emite radiación entre 350 y 2500 nm
Para que la señal sea estable la fuente requiere transformadores de potencial constante o reguladores de potencial.
Alternativa: lámpara de wolframio/halógeno. Mas duración , requieren una envoltura de cuarzo porque funciona a mayor temperatura (3500 K)
3. Lámpara de arco de xenónSe pasa corriente a traves de gas xenón, produce radiacion intensa entre 200 y 1000 nm.
Recipientes para la Muestra
Celdas o cubetas de material que permita el paso de la radiacion.
Depende de la region donde se desea trabajar:
< 350 nm cuarzo o silice fundida 350 – 2000 nm vidrio
silicatadoAncho mas común: 1 cm
Importante: el mantenimiento de la cubeta es crucial en los resultados. Es indispensable limpiarlas escrupulosamente antes y despues de usarla.
TIPOS DE INSTRUMENTOS
1. De haz simple2. De doble haz espacial3. De doble haz temporal4. Multicanal
HAZ SIMPLE
HAZ DOBLE SEPARADO ESPACIALMENTE
HAZ DOBLE SEPARADO TEMPORALMENTE
ESQUEMA DE HAZ SIMPLE
ESQUEMA DE DOBLE HAZ ESPACIAL
ALGUNOS INSTRUMENTOS CARACTERISTICOS
1. Fotómetros
Sencillos y baratos
Faciles de mantener
Alto rendimiento energético
Produce analisis cuantitativos de similar calidad que los obtenidos con equipos mas sofisticados
Poseen varios filtros para transmitir en diferentes zonas del espectro visible.
En general, el filtro mas apropiado es aquel con color complementario al de la disolución analizada.
EspectrofotómetrosGran variedad de estos instrumentos.
Algunos sirven solo para la region visible, otros para la region UV/Visible y otros incluso llegan al infrarrojo cercano.
1. Espectrofotómetros para region visible
Trabajan en la region de 380 a 800 nm
De un solo haz, baratos y sencillos
Costo 1000 – 3000 USD
Resistentes y transportables
El mas popular es el Spectronic 20:
Fuente de wolframio, cubeta y detector, lector de escala metrica (14 cm de largo) graduado en absorbancia y transmitancia
Espectrofotometros de haz simple para UV/Visible
Trabajan entre 200 y 1000 nm
Fuente: lamparas de wolframio y deuterio intercambiables
Detector: fotomultiplicador
Elemento dispersante: rejilla de difraccion
Lector digital
Precio: 2000 – 8000 USD
Anchuras de banda del haz: 2- 8 nm
Espectrofotometros de doble haz para UV/Visible
Gran variedad de modelos.
Más caros: 4000 – 15000 USD (sin registrador)
Trabajan entre 195 – 850 nm
Especialmente apropiados para análisis cuantitativo
Introducción a la Espectrometría Infrarroja
La región IR del espectro: 12800 a 10 cm-1
0.78 a 1000 μmSe divide en IR cercano, IR medio e IR lejano
La región del IR medio es tradicionalmente las más utilizada:
IR medio: 2.5 a 50 μm o 4000 a 200 cm-1
Fotones con λ en el rango IR medio tienen energías bajas: 1 – 15 kcal/molNo provocan transiciones electrónicas, pero inducen vibraciones de los enlaces covalentes.Enlaces covalentes = resortes flexibles que pueden ser estirados o doblados.Las moléculas orgánicas absorben radiación IR y sufren una amplia variedad de movimientos vibratoriosLos espectrómetros IR registran el espectro de absorción de un compuesto, distintivo de su estructura molecular.
Ejemplo:Espectro IR de la Vainillina
La escala usada en abcisas es dada en centímetros recíprocos (cm-1), una magnitud asociada directamente a la frecuenciaLos espectros IR pueden obtenerse de muestras en cualquier fase (líquidos, sólidos y gaseosos). Los líquidos se registran como una película fina atrapada entre 2 ventanas de NaCl (el vidrio absorbe radiación IR)Se deben usar solventes que no disuelvan las ventanas (CHCl3 y CCl4)Los sólidos pueden(a) incorporar en una fina pastilla de KBr preparada a presión o(b) mezclarse con un líquido no volátil y molerlo hasta formar una pasta
Ventana de NaCl
Ensamble de la celda IR
Una molécula compuesta de n átomos tiene 3n grados de libertad:6 son traslaciones y rotaciones Entonces hay 3n – 6 grados de libertad vibratoriosLos modos vibratorios son estiramiento, deformación, movimiento de tijera, balanceo y torsionEjemplo: La molécula de formaldehído H2C=O tiene 6 modos vibratorios que se traducen en 6 absorciones en su espectro IR