Espectrofotometría UV/Vis

ESPECTROFOTOMETRÍA UV/VIS

reGIÓNESPECTRAL

tRANSICIONESELECTRÓNICAS

curvas decalibración

medición en eluv/vis

APLICACIONESy EXPLICACIÓN DE PRÁCTICA EN CASA

evaluaciónde mi aprendizaje

pOR: bRIAN lÓPEZ cAMPOS, PARA lfq2

Región espectral

A menor longitud de onda, mayor es la energía

La región visible abarca desde los 400 nm hasta los 800 nm del espectro electromagnético. La región ultravioleta por su parte, corresponde a longitudes de onda más cortas y a energías mucho más altas que las infrarrojas (100 nm a 400 nm). Los métodos espectroquímicos que emplean no solo la radiación visible, sino también ultravioleta se llaman métodos ópticos.

El espectro electromagnético es la distribución energética del conjunto de las ondas magnéticas

Región espectral

Región ultravioleta-visible (UV/Vis)

El espectro en la región ultravioleta-visible está asociado a transiciones electrónicas entre los niveles energéticos de ciertos grupos o átomos de la molécula. Los grupos de átomos que dan origen a la absorción en el UV cercano, se conocen como grupos cromóforos. La mayoría de los grupos insaturados y heteroatómicos (con N, O, S) que tienen pares de electrones no compartidos, son cromóforos potenciales y son la base de la elucidación de grupos estructurales en las moléculas activas en el UV cercano (> 200 nm).

REGIÓN ESPECTRAL

Aplicación en espectroscopia UV/Vis

Espect. UV/Vis

La espectroscopia ultravioleta (UV) detecta las transiciones electrónicas de los sistemas conjugados y ofrece información acerca de la longitud y estructura de la parte conjugada de una molécula. En espectroscopia UV/Vis se irradia con luz de energía suficiente como para provocar transiciones electrónicas, es decir, promover que un electrón desde un orbital de baja energía salte a uno vacante de alta energía.

En espectroscopia o espectrofotometría UV/Vis se irradia luzy se mide la energía absorbida

Transiciones electrónicas

Recordando los tipos de enlaces...

Las longitudes de onda de la luz UV absorbida por una molécula se determinan mediante las diferencias en energía electrónica entre los orbitales en la molécula.

• Los enlaces sigma son muy estables y los electrones en los enlaces sigma por lo regular no se ven afectados por longitudes de onda de luz UV arriba de los 200 nm.

• Los enlaces pi tienen electrones que se excitan de manera más fácil a orbitales de mayor energía.

Otro ejemplo:

Transiciones electrónicas

Suceden en los orbitales frontera

Cuando una molécula interactúa con la luz, esta absorbe energía. La molécula se excita y ocurre una transición de un estado de energía a otro. Las transiciones más favorecidas son entre el orbital ocupado de energía más alta (HOMO) y el orbital desocupado de energía más baja (LUMO), llamados orbitales frontera. Los sistemas conjugados (patrón de enlace simple, enlace doble, enlace simple, ...) que tienen orbitales vacíos de baja energía promueven transiciones electrónicas hacia estos orbitales y producen absorciones características en el ultravioleta.

Otro ejemplo:

Transiciones electrónicas

Los tipos de transiciones electrónicas

La diferencia en energía entre el HOMO y el LUMO disminuye a medida que la longitud de la conjugación aumenta, resultando en una absorción de menor energía y una mayor longitud de onda óptima.

Transiciones n-σ*

Transiciones σ-π* y π-σ*

Transiciones σ-σ*

Presentes en heteroátomos (O, N, S, halógenos), cerca de los 200 nm.

De gran energía e intensidad (UV de vacío) y presentes en todos los compuestos orgánicos.

Posibles solo en grupos insaturados, de baja intensidad en el UV lejano. Carecen de interés práctico.

Transiciones π-π*

Transiciones n-π*

Presentes solo en compuestos insaturados, dan lugar a bandas intensas que pueden aparecer en el UV cercano si hay insaturaciones conjugadas.

Presentes en compuestos insaturados con heteroátosmo (grupos C=O, nitro, azo, tiocarbonilo) y dan lugar a bandas débiles en la región UV-cercana.

Ground state = estado basal; Excited state = estado excitado

Medición en el uv/vis

Absorción de luz como herramienta analítica

Espectroscopia UV/Vis es una técnica basada en la absorción de luz de una sustancia. Se ilumina la muestra con un haz de luz de diferentes longitudes de onda en el visible (varios colores), UV y una parte del infrarrojo cercano (NIR). Dependiendo de la sustancias, parte de la energía es parcialmente absorbida. La porción no absorbida (transmitida) se mide como función de la longitud de onda. Dado que cada sustancia absorbe luz en diferentes formas, existirá una relación única entre la sustancia y su espectro UV/Vis.

Se absorbió naranja y amarillo

El espectro UV/Vis puede usarse para identificar o cuantificar una sustancia

Medición en el uv/vis

Principio de medición

Un espectrofotómetro UV/Vis mide la intensidad de luz que pasa a través de la cubeta con la muestra y la compara con la intensidad de luz irradiada. Los componentes se pueden observar en: La fracción de luz recolectada por el detector se llama intensidad transmitida (I). La intensidad de la luz irradiada (antes que la muestra absorba la luz), se llama intensidad transmitida original (I0). La fracción entre estas dos se denomina transmitancia (T).

La absorbancia representa la cantidadde luz absorbida por la muestra

Medición en el uv/vis

Recordando la ley de Lambert-Beer

La ley de Lambert-Beer relaciona la cantidad de luz absorbida (A) con la concentración de la sustancia en la muestra. Esta ecuación permite determinar la concentración de una muestra a partir de la medición de la absorbancia. Para mediciones óptimas, el rango de medición recomendado es aquel donde la concentración brinde absorbancias de 0.3 < A < 2.5. Más allá de 2.5 y por debajo de 0.3 ya no siguen una relación lineal como la de Lambert-Beer.

Soluciones muy concentradas, altas fuerzas intermoleculares (índice de refracción) pueden resultar problemáticas en estas mediciones.

Por eso los polímeros se prefieren identificar en la técnica de FTIR

Medición en el uv/vis

¿Por qué se mide el espectro UV/Vis?

• El espectro permite identificar los picos de absorción que son característicos de una sustancia.
• Los picos de absorción permiten cuantificar la muestra investigada (concentración).
• Se pueden determinar propiedades físicas de una molécula: coeficiente de absortividad, punto de fusión de proteínas, monitorear la cinética de una reacción.
• La posición de los picos brinda información de los grupos funcionales de la molécula.

Clorofila absorbe en rojo y azul, pero no en verde

A mayor concentración, mayor absorbancia

CURVAS DE CALIBRACIÓN

Utilizando espectroscopia UV/Vis

Para determinar la concentración desconocida de una muestra en solución, se debe preparar una curva de calibración.Para ello se mide la luz absorbida de diferentes soluciones estándar de diferentes concentraciones conocidas, a una longitud de onda fija. La muestra de concentración desconocida debe estar a las mismas condiciones que las soluciones estándar (solvente, temperatura). Se debe tomar en cuenta: Blanco Solvente Cubeta

Se calibra a la longitud de onda de máxima absorbancia

CURVAS DE CALIBRACIÓN

Utilizando espectroscopia UV/Vis

Utilizando el modelo de la curva de calibración de las disoluciones estándar del analito:A = m*C+b (tipo y = m*x+b) Se mide la absorbancia de la muestra desconocida y se determina su concentración a partir de la ecuación de la curva (despejando).

APLICACIONES DE LA REGIÓN UV/VIS

Más allá de los cálculos

Colorantes naturales

Muchos colorantes naturales presentan estructuras poliénicas. Entre ellos se encuentran los carotenos, presentes en plantas (zanahorias, papas, calabazas) y asociados a los mecanismos de la visión en los animales (retinol). Observe las conjugaciones en la estructura del beta caroteno.

foto

APLICACIONES DE LA REGIÓN UV/VIS

Más allá de los cálculos

RETINA DEL OJO

Un ejemplo de transición π-π* es el mecanismo fotoquímico de la visión. La retina del ojo contiene una proteína combinada con 11-cis-retinal. El 11-cis-retinal actúa como un cromóforo y es el principal receptor de los fotones que entran en el ojo. Una disolución de 11-cis-retinal absorbe cerca de los 380 nm, pero en combinación con la proteína el máximo de absorción se desplaza hacia los 500 nm y cae en el azul.

Los dobles enlaces conjugados son los responsables de la capacidad de la molécula para absorber en toda la región del visible

ESPECTROFOTOMETRÍA EN CASA

Determinando la absorbancia a partir de la reflectancia

cOLORES COMPLEMENTARIOS

Si las longitudes de onda de una región del espectro son absorbidas por un material, entonces refleja el color complementario (el que se percibe). Por ejemplo, si un objeto absorbe luz violeta de 400 nm, el material se verá amarillo. La tabla de colores complementarios se muestra en:

Rodamina B absorbe verde, pero vemos rojo

ESPECTROFOTOMETRÍA EN CASA

Fundamento de la práctica

En casa, se utilizará el principio de la ley de Lambert-Beer para medir la absorbancia de la muestra. Se utilizan como fuente de luz los rayos solares y se medirá la intensidad transmitida antes de colocar la muestra (pared verde, agua como blanco) (G0) y la intensidad transmitida por la muestra (G). El fondo verde posee el color complementario de la muestra, por ello el valor G indica la intensidad de luz que pasa a través de la muestra.

Sistema de montaje

A partir de la medición de diferentes soluciones de concentración conocida del colorante rojo alimenticio, se preparará la curva de calibración respectiva.

Rojo allura AC

Quiz

Pregunta 1

¿Cuáles son las transiciones electrónicas más importantes para espectrofotometría UV/Vis?

Transiciones n-pi*

Transiciones pi-pi*

Transiciones sigma-pi

¡Correcto!

SIGUIENTE

Quiz

Pregunta 2

¿Cómo se denominan los grupos que absorben en el rango UV/Vis?

Enlaces conjugados

Auxócromos

Cromóforos

¡Correcto!

SIGUIENTE

Quiz

Pregunta 2

¿En espectroscopia UV/Vis se aprovechan...?

Transiciones electrónicas HOMO-LUMO

Vibracionesmoleculares

Pérdidasde electrones

¡Correcto!

SIGUIENTE

Quiz

Pregunta 2

¿En la práctica se mide la absorbancia a partir de...?

Ley deLambert-Beer

Un espectrofotómetroUV/Vis

Aplicación RGBde mi smartphone

¡Correcto!

SIGUIENTE

¡Quiz completado!

SIGUIENTE