Espectrofotometría UV-Vis: Componentes, Principios y Ley de Lambert-Beer

Espectrofotometría UV-Vis: Componentes, Principios y Aplicaciones

1. Fuente de Energía Radiante

Las fuentes de energía radiante en espectrofotometría UV-Vis emiten radiación en las regiones ultravioleta (UV) y visible (Vis) del espectro electromagnético.

• Visible: Se utilizan principalmente lámparas de filamento de wolframio (tungsteno).
• Ultravioleta: Se emplean fuentes de descarga eléctrica, como las lámparas de hidrógeno o deuterio. En estas lámparas, una corriente de electrones atraviesa un gas a baja presión. Las colisiones entre los electrones y las moléculas del gas provocan la excitación molecular a niveles de energía electrónica, vibracional y rotacional más altos. Cuando los electrones regresan a su estado fundamental, emiten radiación.

2. Monocromadores

Los monocromadores dispersan la radiación policromática (luz de múltiples longitudes de onda) y permiten aislar la radiación monocromática (luz de una sola longitud de onda) deseada.

• Filtro: Se basa en la absorción selectiva de las longitudes de onda que no interesan.
• Componentes de un monocromador típico:
  • Ranura de entrada.
  • Espejo colimador (produce un haz de radiación paralelo).
  • Prisma o red de difracción: Dispersa la radiación policromada.
  • Elemento de enfoque.
• Dispersión mediante prisma: Las caras del prisma cambian la dirección del haz refractado. La velocidad de propagación de la luz en un medio diferente al vacío varía para cada longitud de onda, lo que resulta en diferentes ángulos de refracción.
• Dispersión mediante red o rejilla: Consiste en surcos finamente espaciados sobre una superficie de vidrio o metal pulido. La radiación se refleja en una cara del surco, que actúa como una nueva fuente de radiación.

3. Detectores de Radiación

Los detectores miden la intensidad de la radiación del haz emergente. En la región UV-Vis, se utilizan comúnmente detectores fotoeléctricos. Los fotones UV-Vis poseen suficiente energía para excitar los electrones externos de las moléculas que componen el cátodo, provocando su ionización. Esto genera una corriente de electrones proporcional a la intensidad de la radiación que llega al detector.

Absorción y Transmitancia

Cuando un haz monocromático incide perpendicularmente sobre una disolución absorbente de concentración [c], se observa una disminución en la potencia (intensidad) de la radiación al atravesar la solución. Se define:

• P_o: Potencia inicial.
• P: Potencia final.
• T = P / P_o: Transmitancia.

Consideraciones:

• T = 1 (o 100%): Blanco (no hay absorción).
• T = 0 (o 0%): Negro (absorción total).

La absorbancia (ABS) y la transmitancia (T) son adimensionales; miden el porcentaje de radiación absorbida por la molécula. La energía se transfiere de la radiación a la materia, lo que se manifiesta como una disminución de T y un aumento de ABS.

Para asegurar que la absorbancia se deba únicamente a la absorción de radiación por la disolución, se calibra el instrumento con un blanco. El blanco contiene todos los reactivos presentes en las muestras patrón, excepto el analito que se va a medir. De esta forma, se eliminan los efectos de reflexión y difracción de la radiación.

Requisitos para la Ley de Lambert-Beer

La ley de Lambert-Beer establece una relación lineal entre la absorbancia y la concentración del analito. Para que esta ley se cumpla, se deben satisfacer los siguientes requisitos:

• Radiación monocromática.
• Haz de luz paralelo y perpendicular a la cubeta.
• Material homogéneo.
• Ausencia de fenómenos distintos a la absorción (se corrige con el blanco).
• Concentración del analito generalmente menor a 0.01 M para mantener la linealidad. Si la concentración es muy alta, la relación deja de ser lineal.