Espectrometría: Principios y Aplicaciones en Química Analítica

Técnicas Espectrométricas

Las técnicas espectrométricas se basan en la medición de radiaciones electromagnéticas por sus propiedades de interacción con la muestra. Ejemplos de estas radiaciones son VIS, IR y UV.

Radiaciones

Las radiaciones se componen de partículas (fotones) que se comportan como ondas.

• Amplitud: Desviación máxima de la onda con relación a su valor medio.
• Longitud de onda: Distancia entre dos crestas.
• Frecuencia: Número de oscilaciones de la onda por unidad de tiempo. Es inversamente proporcional a la longitud de onda. E = constante de Planck x velocidad de la luz.

Espectro Electromagnético

El espectro electromagnético es el conjunto de radiaciones electromagnéticas que existen en la naturaleza. Se ordena según la longitud de onda: gamma, X, UV, IR, radar, TV, FM, AM.

Interacciones de la Radiación con la Materia

• Transmisión: La radiación no pierde energía ni dirección.
• Absorción: Pérdida de la intensidad de la radiación (a nivel molecular y atómico).
• Emisión: Moléculas o átomos liberan energía y vuelven al estado de reposo (emisión molecular y atómica).
• Dispersión: La radiación choca contra una partícula y cambia de dirección (turbidimetría y nefelometría).
• Refracción: La radiación se desvía al pasar por un medio con diferentes propiedades (refractometría).
• Reflexión: El haz incide sobre una superficie y se produce un efecto rebote (fotometría de reflectancia).
• Difracción: El haz se desvía al pasar por una rendija.

Partes de un Espectrómetro

• Fuente de luz: Tungsteno (wolframio), espectro de líneas (mercurio, sodio, hueco) o luz láser.
• Monocromador: Selecciona y transmite una radiación monocromática a partir de la luz emitida.
  • Ancho de banda: Intervalo de longitud de onda medido en la mitad de un pico del flujo detectado. Redes de difracción <0.5nm o prismas ancho entre 0.5 y 1.5.
• Cubetas: No absorben la longitud de onda. Plástico para VIS, cuarzo para UV.
• Detector: Basado en el efecto fotoeléctrico.
  • 1) Fototubo: fotocátodo, ánodo y dínodos.
  • 2) Fotodiodos y detector de carga acoplada.
• Sistema de registro y lectura: Amplifican la señal eléctrica y la transforman en señal digital.

Absorción Molecular

• Cuantitativo: UV-VIS. Ley de Lambert-Beer (A=ε·b·c). El más usado.
• Cualitativo: IR, cálculos urinarios.

En la absorción molecular, la transición cambia la estructura electrónica global por absorción de energía. UV-VIS: transición electrónica entre átomos. IR: vibración molecular.

Transmitancia y Absorbancia

Transmitancia: Cociente entre la intensidad de luz transmitida e incidente. T=It/I0 y A= -log T.

Espectro de absorción: Conjunto de bandas que indican la cantidad de luz absorbida por una sustancia a diferentes longitudes de onda.

A= ε·b·c, donde:

• ε: depende de la composición química de la molécula.
• Cromóforos: Absorben radiación VIS-UV. Tienen doble enlace.
• Auxocromos: No absorben luz. Desvían la longitud de onda a un grupo cromóforo.
• Linealidad: Intervalo de concentraciones donde existe una relación lineal entre la concentración y la absorbancia. Se cumple la Ley de Lambert-Beer.

Errores

• Instrumentales: Alteraciones de la luz, error de la rendija de salida, cubeta o detector.
• Químicos: Variaciones de pH.

Ejemplo de Espectrómetro

Dos lámparas (UV y VIS). Ancho de banda 4nm. Haz simple. Difracción 1200 líneas/mm. Detector de fotodiodos. Cubetas de 10mm.

• Selección de longitud de onda, modo de medida (A o T) y lámpara.

Calibración

Se calibra para corregir la interferencia de otras moléculas. Se necesitan medidas de corriente oscura (0% T) y blanco (100% T).

Métodos

• Colorimétricos: La absorbancia es proporcional a la concentración del analito. Ejemplo: Calcio.
• Enzimáticos: La concentración del producto coloreado es proporcional a la concentración del analito. Ejemplo: Hexoquinasa. Se mide la velocidad de reacción a partir de la cantidad de sustrato que desaparece o producto que se forma. La medición ha de ser a dos puntos, no a un punto.
• Cinéticos: Se mide la velocidad de la reacción. Ejemplo: Peroxidasa.

Espectrometría de Absorción Atómica

La espectrometría de absorción atómica se basa en la capacidad de los electrones de un elemento de pasar de su estado de valencia a uno de mayor energía. Las líneas espectrales de la longitud de onda que absorbe son estrechas.