Principios Fundamentales de Espectrometría y Espectroscopia

Espectrometría de Masas

La espectrometría de masas es una técnica eficaz, tanto cualitativa como cuantitativa, y se basa en:

1. Vaporizar la muestra: Se emplean micromuestras que pueden estar formadas por distintos isótopos de un elemento, por diferentes elementos o compuestos.
2. Fuente de ionización: Un haz de electrones de alta energía produce, al chocar contra las partículas de la muestra, una variedad de fragmentos ionizados. Una vez ionizada la muestra, se utiliza una placa con carga positiva para repeler los iones y expulsarlos.
3. Analizador: Midiendo el radio, podemos calcular la relación m/Q, que coincide con la propia masa del ion. Como M tiene la misma masa que M, la espectrometría de masas es el método exacto para determinar masas atómicas y moleculares.
4. Detector: Es el elemento final del espectrómetro y encargado de mostrar el número de iones de cada clase que se han formado. Está constituido por un cátodo emisor.

El poder de resolución de un espectrómetro de masas es la capacidad del mismo para separar dos partículas de masas muy próximas.

La Regla del Número Entero

La Regla del Número Entero dice que las masas atómicas de todos los isótopos son números aprox. enteros, por lo que, cuando un elemento tiene masa fraccionaria, es debido a que contiene una mezcla de isótopos.

Conceptos Cuánticos Fundamentales

Hipótesis de Planck

• Los átomos se comportan como pequeños osciladores armónicos de frecuencia (mum).
• Cada oscilador puede absorber o emitir energía en forma de radiación en una cantidad proporcional a (mum). Su energía aumenta o disminuye en una cantidad hv, donde h es una cte universal, conocida como constante de Planck.

Efecto Fotoeléctrico

Emisión de electrones por parte de ciertos metales cuando sobre ellos incide una luz de pequeña longitud de onda. La ecuación es: hv = hv0 + 1/2 mv².

Principio de Incertidumbre de Heisenberg

Es imposible conocer con precisión la posición y la velocidad de un electrón en el átomo. Cuanto mejor se conozca la posición, más error se conocerá la velocidad que lleva.

Tipos de Espectroscopia

Espectroscopia de Absorción Atómica

Es una técnica que nos permite descubrir y determinar cuantitativamente los elementos químicos existentes en una muestra. Los átomos absorben radiación a longitudes de onda muy específicas, donde la diferencia de energía entre niveles coincide con la energía del fotón incidente.

Espectroscopia Infrarroja

Es un tipo de espectroscopia que utiliza la región infrarroja del espectro electromagnético como medio para identificar la composición molecular de una muestra. La energía absorbida por la muestra está relacionada con la frecuencia de vibración de los enlaces covalentes de las moléculas que la forman. Cuando esta frecuencia coincide con alguna frecuencia de la radiación, se produce absorción.

Espectros de Emisión

Cada elemento químico genera su propio espectro de emisión característico por el que puede ser reconocido, hecho que convierte a la espectroscopia de emisión atómica en un excelente método cualitativo para gases monoatómicos y también cuantitativo, ya que la intensidad de una línea concreta nos da una idea de lo concentrada que está la muestra.

Espectros de Absorción

Conjunto de rayas negras que deja una sustancia sobre una banda coloreada después de absorber la radiación proporcionada por una fuente luminosa externa.

Series Espectrales

• Serie Lyman: 1-..
• Serie Balmer: 2-..
• Serie Paschen: 3-..
• Serie Brackett: 4-..
• Serie Pfund: 5-...
• Serie Humphreys: 6-..