Fundamentos de Espectrometría y Técnicas de Espectroscopia Atómica y Molecular
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¿Qué es la Espectrometría?
La espectrometría es el estudio de la interacción entre la radiación electromagnética y la materia con el fin de:
- Identificar sustancias: Mediante el estudio cualitativo.
- Determinar cantidades: Mediante el estudio cuantitativo.
El Espectro Electromagnético (EEM)
El Espectro Electromagnético (EEM) es el conjunto de todas las radiaciones electromagnéticas, ordenadas según su longitud de onda (λ), tipo de radiación, frecuencia (ν) y la energía de un fotón (eV).
- Longitud de onda grande: Equivale a poca energía.
- Longitud de onda pequeña: Equivale a mucha energía.
Orden del espectro (de menor a mayor energía)
Radio (0.6-10 m) → Microondas (0.75-375 mm) → Infrarrojo (0.78-300 µm), el cual provoca vibraciones moleculares → Visible → Ultravioleta (180-780 nm) → Rayos X (0.1-100 Å) → Rayos Gamma (0.005-0.4 Å).
Principales Técnicas Espectroscópicas
| Técnica | ¿Qué estudia? | ¿Para qué sirve? |
|---|---|---|
Emisión atómica (cualitativa) | Luz emitida por átomos | Identificar elementos. |
Absorción atómica (cuantitativa) | Luz absorbida por átomos | Medir metales. |
Infrarrojo (IR) | Vibraciones moleculares | Identificar grupos funcionales. |
UV/Visible | Absorción de luz UV/Visible | Determinar concentraciones. |
Emisión de Luz en los Elementos
¿Por qué cada elemento emite una luz diferente?
Cada elemento posee una distribución única de niveles de energía. Esto implica que la diferencia de energía entre sus niveles también es única.
Como consecuencia, cada elemento emite una longitud de onda específica, y esa longitud de onda corresponde a un color característico:
- Sodio (Na): Amarillo
- Potasio (K): Lila / Violeta
- Litio (Li): Rojo
- Cobre (Cu): Verde-azulado
Conceptos e Instrumentación Básica
- Estado fundamental: Es el estado donde el átomo posee la menor energía posible.
- Instrumentación básica: Se compone de una lámpara catódica (fuente de luz), el nebulizador y la llama (donde se sitúa la muestra), un selector de longitud de onda y el fotómetro.
- Lámparas de Cátodo Hueco: Son fuentes de luz diseñadas específicamente para emitir el espectro del elemento que se desea medir.
Tipos de llamas y sus temperaturas
- Mezcla Aire/Acetileno: Alcanza temperaturas de 2000-2400 °C.
- Óxido nitroso/Acetileno: Llega a los 2800 °C, ideal para elementos más difíciles de atomizar.
Tipos de Espectros
- Espectro Continuo: Es una banda que muestra un arcoíris completo sin interrupciones.
- Espectro de Absorción: Se visualiza como un fondo de arcoíris (continuo) atravesado por una serie de líneas negras verticales.
- Espectro de Emisión: Es el opuesto visual del anterior; muestra un fondo totalmente negro con líneas de colores brillantes en posiciones específicas.
Fundamentos de la Espectroscopia Infrarroja (IR)
Esta técnica estudia cómo la luz infrarroja interactúa con las moléculas de una muestra. La absorción de energía provoca un cambio en el momento dipolar de las moléculas. Como consecuencia de dicho cambio, se producen vibraciones moleculares específicas que permiten identificar grupos funcionales orgánicos.
Energía de Fotones en Regiones UV y Visible
Rangos de longitud de onda:
- Región Ultravioleta (UV): 160-375 nm.
- Región Visible: 375-700 nm.