Espectrofotometría UV/Vis

Lección interactiva: ESPECTROFOTOMETRÍA UV/VIS

Aplicación de conocimientos químicos en la gestión académica integral en docencia experimentalClave del programa: 2023-12/16-1799

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Servicio socialInstitución y dependencia: Departamento de Química Analítica. Facultad de Química, Universidad Nacional Autónoma de México.Presenta el alumno:Jair Enrique Arenas Bautista Tutora:María Teresa de Jesús Rodríguez Salazar

NOTA: el documento no ha sido aún revisado para su implementación, por el comité académico correspondiente.

Universidad Nacional Autonóma de méxico Facultad de Química / Depto. Química Analítica Lección interactiva: ESPECTROFOTOMETRÍA UV/VIS

Ley de lambert y beer

medición en eluv/vis

curvas decalibración

¡Cómo funciona un espectrofotometro?

AUTOEVALUACIón

¿QUé es espectrofotometría UV-vis?

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REFERENCIAS

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AGRADECIMIENTOS

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Espectrofotometría UV-vis

La espectrofotometría es el conjunto de técnicas que utilizan la luz para medir concentraciones químicas (Harris, 2003). La espectroscopia de absorción molecular en las regiones ultravioleta y visible del espectro se utiliza en su mayor parte para el análisis cuantitativo y posiblemente es aplicada de manera más extensa en los laboratorios químicos y clínicos que cualquier otra técnica (Skoog, 2014).

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En espectroscopia o espectrofotometría UV/Vis, se irradia luz y se mide la energía absorbida.

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Aplicabilidad

características

Espectrofotometría UV-vis

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Sensibilidad

Selectividad

REGIÓN ESPECTRAL

Aplicación en espectrofotometría UV/Vis

En espectrofotometría 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 (Perkampus, 2002). Cuando una molécula absorbe un fotón aumenta la energía de la molécula. Se dice que la molécula ha pasado a un estado excitado . Si una molécula emite un fotón, disminuye la energía de la molécula. (Harris, 2003).

En espectroscopia o espectrofotometría UV/Vis, se irradia luz y se mide la energía absorbida.

Fígura 2. Cuando una molécula absorbe luz, aumenta su energía. Al emitir luz disminuye su energía. (Harris, 2003)

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. La parte de una molécula responsable de la absorción de la luz se llama cromóforo. Toda sustancia que absorbe luz visible aparece coloreada cuando transmite o refleja la luz. (La luz blanca contiene todos los colores del espectro visible.) La sustancia absorbe ciertas longitudes de onda de la luz blanca, y nuestros ojos detectan las longitudes de onda que no se absorben (Harris, 2003)

Figura 3. Percepción del color. (Genially, 2023)

Los análisis espectrofotométricos que emplean radiación visible se llaman análisis colorimétricos

Ley de lambert & beer

Conceptos Clave

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(Skoog, 2014)

La ley de Beer afirma que la absorbancia es proporcional a la concentración de la especie absorbente. Esta ley se aplica a la radiación monocromática, y funciona muy bien con disoluciones diluidas (<0,01 M) de la mayoría de las sustancias. (Harris, 2003).

Instrumentación

Espectrofotométro

Fígura 4. Diagrama esquemático de un experimento espectrofotométrico de haz simple. P,, irradiancia del haz que entra en la muestra; P, irradiancia del haz que sale de la muestra; b, longitud el camino óptico a través de la muestra (Harris, 2003)

Medición en el uv/vis

Principio de medición

En espectrofotómetro UV/Vis la luz procedente de una fuente continua pasa a través de un monocromador, que selecciona una banda estrecha de longitudes de onda del haz incidente. Esta luz «monocromática» atraviesa una muestra de camino óptico b, y mide la irradiancia de la luz que emerge (Harris, 2003).

Haz clic sobre el icono, activa los subitulos y explora en "Beer's Law" de PhET donde podras experimentar con los principios de la la ley de Lambert-Beer y Espectrofotmetría UV-vis.

Detalles del procedimiento

Un primer paso en cualquier análisis, ya sea fotométrico o espectrofotométrico, es el desarrollo de condiciones que producen una relación (de preferencia que sea lineal) reproducible entre la absorbancia y la concentración del analito (Harris, 2003).

CURVAS DE CALIBRACIÓN

Utilizando espectrofotometría UV/Vis

Para determinar la concentración desconocida de una muestra en solución, se debe preparar una curva de calibración. (Harris, 2003)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 Celda

Se calibra a la longitud de onda de máxima absorbancia

Fígura 5. Curvas de calibración (Harris, 2003)

El blanco es la disolución que no contiene el analito, pero sí los demás componentes (solvente y en algunos casos, electrólitos soporte).

Cada solvente tiene una longitud de onda "de corte", donde absorbe toda la luz. Se debe escoger el que absorba la menor cantidad de luz cerca del pico del analito y que sea el mismo en las disoluciones estándar y muestra:

El material de la celda (donde se coloca la muestra) también tiene una longitud de onda de corte. El vidrio absorbe toda la luz en el rango visible, por eso no se utiliza. El cuarzo es el más adecuado:

CURVAS DE CALIBRACIÓN

Utilizando espectrofotoemetría 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).

Fígura 6. Intersecto curva de calibración (Arenas, 2023)

Funcionamiento de un espectrofotometro

Más allá de los cálculos

Pulsa PLAY

Referencias: MrEricsan. (2013, 12 octubre). Espectrofotometro [Vídeo]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=wS0va4G2UMADouglas A. Skoog, F. James Holler, Timothy A. Nieman McGraw-Hill , 2000 pág. 678.

Figura 6. Ilustración y diagrama del funcionamiento de un espectrofotometro. (Hernandez y Gonzalez, 2002)

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Agradecimientos

Agradecimientos académicos:- Proyecto DGAPA PAPIME PE201324-Dr. José Luz González Chávez - Jefe DQA-Dra. Anai Chiken Soriano - Sria. Aux. DQA-Dra. N. Ruth López Santiago-Estudiante QA Dulce Contreras Gonzalez-M. en C. Silvia Citlali Gama Glz.-Q. Juan Sanmartin-Dra. Minerva Monroy B.-DRA. Araceli P. Peña A.-QFB Gloria García Rmz.

Referencias

1. Beer’s Law Lab. (n.d.). Phet.colorado.edu. https://phet.colorado.edu/sims/html/beers-law lab/latest/beers-law-lab_all.html
2. Harris, D. C. (2003). Análisis Químico Cuantitativo. Reverte (3ra ed.)
3. MrEricsan. (2013, 12 de octubre). Espectrofotometro [Vídeo]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=wS0va4G2UMA
4. Perkampus, H.-H. (1992). UV-VIS spectroscopy and its applications. Berlin ; New York : Springer-Verlag
5. Rosco de Palabras: Espectrofotometría UV vis - Adivina la palabra. (s.f.). Es.educaplay.com. Recuperado el 6 de mayo de 2024, de https://es.educaplay.com/recursos-educativos/18991213 espectrofotometria_uv_vis_adivina_la_palabra.html
6. Skoog, D. A., West, D. M., Holler, F. J., & Crouch, S. R. (2014). Fundamentos De Química Analítica (9na ed.). ISBN: 978-0-495-55828-6

Variables que influyen sobre la absorbancia.

Están incluidas la naturaleza del disolvente, el pH de la disolución, la temperatura, las altas concentraciones de electrolito y la presencia de sustancias interferentes. Los efectos de estas variables deben conocerse y las condiciones para la determinación deben seleccionarse de tal forma que la absorbancia no sea afectada materialmente por pequeñas variaciones no controladas (Harris, 2003).

Fígura 1. Espectro electromagnético representativo cuando se absorbe luz en cada una de sus regiones. El espectro visible va desde una longitud de onda de 380 a 780 nm (1 nm = 1072 m). (Harris, 2003)

Relación entre la Absorbancia y la Concentración

Los estándares de calibración para un método espectrofotométrico deben aproximarse tan cerca como sea posible a la compo¬ sición general de las muestras reales y deben abarcar un intervalo razonable de concentra¬ ciones del analito. Para evaluar la relación entre absorbancia y concentración, normalmente se obtiene una curva de calibración de absorbancia contra la concentración de varios estándares (Harris, 2003).

Transmitancia (T): Es la cantidad de luz que atraviesa una disolución y se expresa como:

Transmitancia

Absorbancia Absorbancia (A): Es la cantidad de luz retenida por la sustancia.

Tabla 1. Colores de luz visible. (Harris, 2003)

Amplia aplicabilidad. La mayoría de las especies inorgánicas, orgánicas y bioquímicas absorben radiación ultravioleta y visible y, por lo tanto, son sujetos de determinaciones cuantitativas directas. Varias especies químicas no absorbentes pueden determinarse tras la conversión química a derivados absorbentes. De las determinaciones realizadas en laboratorios clínicos, la gran mayoría se basa en la espectroscopia de absorción ultravioleta y visible.

Harris, 2003

Lo que nos señala que la absorbancia es directamente proporcional a la trayectoria de la radiación a través de la disolución y a la concentración de la muestra:

El coeficiente de absortividad molar o coeficiente de extinción molar es característico de cada una de las sustancias, ya que nos indica la cantidad de luz que absorbe a una determinada longitud de onda. Las unidades de ε son ;por lo que el producto de εbc será adimensional y por ende, la absorbancia.

Coeficiente de Absortividad Molar

(ε): La absortividad molar es una propiedad química que indica cuánta luz puede absorber una especie en solución.

Longitud de onda

Las mediciones de absorbancia espectrofotométrica se realizan a la longitud de onda de máxima absorción para alcanzar la máxima sensibilidad, ya que el cambio en la absorbancia por unidad de concentración es mayor en este punto (Skoog, 2008).

Esta expresión se conoce como ley de absorción o ley de Lambert–Beer, la cual establece que:“Cuando la radiación monocromática atraviesa un medio que contiene una sustancia absorbente, la velocidad de disminución de intensidad con la concentración de la especie absorbente, es directamente proporcional a la intensidad de la radiación“ (Skoog D. A. ,2008)

Sensibilidad alta. Los límites típicos de detección para la espectroscopia de absorción varían entre 10 -4 a 10 -5 M. Este intervalo puede extenderse con frecuencia a 10 -6 o incluso a 10 -7 M con modificaciones en el procedimiento (Harris, 2003)

Selectividad moderada a alta. Con frecuencia se puede encontrar una longitud de onda a la cual el analito absorbe la radiación. Además, donde ocurre una superposición de bandas, las correcciones basadas sobre mediciones adicionales a otras longitudes de onda en ocasiones eliminan la necesidad de un paso de separación (Harris, 2003).