Eespectrofotometria UV Visible

ESPECTROFOTOMETRÍA

UV VISIBLE

ESPECTROFOTOMETRÍA UV - Vis

• Introducción• Definiciones básicas• Sistemas absorbentes• Sistemas conjugados• Influencia del disolvente en las transiciones• Instrumentación. El espectrofotómetro

– Fuente de energía radiante– Monocromadores– Celdas de muestras– Detectores de radiación

• Aplicaciones analíticas• Bibliografía

INTRODUCCIÓN

• Método que se aplica para:– Análisis cuantitativo de sustancias– Determinación de estructuras moleculares

• Zonas del Espectro– UV lejano (10 a 200 nm) “al vacío”– UV próximo (200 a 400 nm)– Visible (400 a 800 nm)

• Método de Absorción Molecular – La absorción de REM provoca “salto” de los e-

exteriores a niveles de energía superiores

Espectro Visible < Frecuencia

longitud de onda (nm)

INTRODUCCIÓN

> Frecuencia

Violeta: 400 - 420 nm

Indigo: 420 - 440 nm

Azul: 440 - 490 nm

Verde: 490 - 570 nm

Amarillo: 570 - 585 nm

Naranja: 585 - 620 nm

Rojo: 620 - 780 nm

DEFINICIONES BÁSICAS

• Espectro– Representación gráfica de Absorbancia frente a λ

• Cromóforo– Cualquier grupo de átomos que absorbe R.E.M.

• Auxocromo– Grupo saturado que cuando se une a un

cromóforo desplaza la λ a valores mayores y aumenta intensidad de absorción (OH-, NH2, S=).

DEFINICIONES BÁSICAS

• Efecto Batocrómico– Cambio en la absorción de energía hacia una λ

mayor.• Efecto Hipsocrómico

– Cambio en la absorción de energía hacia una λmenor.

• Efecto Hipercrómico– Aumento en la intensidad de absorción.

• Efecto Hipocrómico– Disminución en la intensidad de absorción.

SISTEMAS ABSORBENTES

• Pueden absorber en UV Vis :• Electrones de un enlace entre átomos

– Orbital enlazante (baja energía o estado fundamental)

– Orbital antienlazante (alta energía o excitado)• Electrones no compartidos (N2, O2, S2 y X)

SISTEMAS ABSORBENTES

• La radiación aporta la energía suficiente para que se den las transiciones electrónicas entre orbitales:

σ - σ∗

π - π∗

η - σ∗

η - π∗

Tipos de Transiciones

σ σ*

Dos orbitales atómicos s se combinan paradar orbitales moleculares σ y σ∗

Compuestos SATURADOSLa energía requerida es muy elevadaUV lejanoC – H (125 nm)C – C (135 nm)

Tipos de Transiciones

n σ*

Compuestos orgánicos saturados con pares de e- no compartidos-C-O, -C-S, -C-N, -C-Cl150 a 200 nm

Tipos de Transiciones

π π* , n π*

Compuestos orgánicos INSATURADOSAlquenos, carbonilo, alquinosπ a π∗ (160 – 200 nm)n a π∗ (280 – 700 nm)

SISTEMAS CONJUGADOS

• Poseen enlaces dobles y sencillos alternos– C=C-C=C-– C=C-C=O

• Presentan transiciones π a π∗ y n a π∗

• Absorben a λ > que no conjugado

• Debido a interacción entreorbitales de cada enlace

• Todas las sustancias coloreadas tienen un sistema de enlaces πconjugados.

O

O

OH

HOOH

CH3

OH

CO2H

ácido carmínico

NH

HN

O

Oíndigo

EFECTO DEL DISOLVENTE

• El disolvente no ha de presentar absorción en UV próximo o Visible, pero sí en el UV lejano– Hidrocarburos saturados– Metanol– Eter dietílico

• Un aumento de la polaridad del disolvente desplaza la λ 10 a 20 nm (Efecto Batocrómico o desplazamiento al rojo)

• Cuando hay e- no compartidos, el disolvente polar (agua, alcohol) desplaza la λ a valores < (Efecto Hipsocrómico o desplazamiento al azul)

EFECTO DEL DISOLVENTE

• Efecto Batocrómico (desplazamiento al rojo)– En las transiciones π a π∗ los estados excitados son más

polares que los fundamentales– Un aumento en la polaridad del disolvente hace que por la

interacción dipolo – dipolo, disminuya más la energía del estado excitado que la del fundamental

– Lo cual produce un desplazamiento de las λ a valores mayores (10 ó 20 nm)

• Efecto Hipsocrómico (desplazamiento al azul)– En el caso de e- no compartidos se forman puentes de H

con los H+ del disolvente polar (agua, alcohol) y los e- no compartidos

– La transición requiere mayor energía

DISOLVENTES

Disolvente λ mínima (nm)

Acetonitrilo 190

Agua 191

Ciclohexano 195

Hexano 195

Metanol 201

Etanol 204

Eter 215

Metil Cloruro 220

Cloroformo 237

Tetracloruro de C 257

INSTRUMENTACIÓN

• Tipos– Colorímetro– Fotómetro– Espectrofotómetro

• Componentes • Fuentes de radiación• Selectores de longitud de onda• Recipientes para muestras• Detectores de radiación

COLORÍMETRO

• Instrumento muy simple• Ojo humano como sistema de detección• Compara la intensidad de color de una

disolución problema con disoluciones patrón de concentraciones conocidas

• A partir de la cual se determina la concentración de la muestra problema.

FOTÓMETRO

• Dispositivo que permite medir la intensidad de una radiación electromagnética

• Dispone de un "filtro", que selecciona una zona estrecha de longitudes de onda

• Fotocélula o fototubo para medir la intensidad de la radiación.

ESPECTROFOTÓMETRO

• A diferencia del fotómetro dispone de un "monocromador“

• En lugar de filtros, hace una selección más exacta de λ

• Ello permite hacer un barrido en una zona amplia de λ

• El sistema de detección está constituido por un fototubo o fotomultiplicador de mayor sensibilidad.

FUENTE DE RADIACIÓN

• Térmicas– Lámpara de filamento de wolframio

que emite en la zona del visible.

• Descarga eléctrica a través de gases. – En la región UV se usan fuentes de

descarga eléctrica tales como la lámpara de hidrógeno o la de deuterio.

MONOCROMADORES

• Sistemas para dispersar la radiación policromática y aislar una radiación monocromática (una sola λ).

• Filtro– Absorbe las λ que no interesan

• Monocromador– Produce una anchura de banda más estrecha.– Ranura de entrada– Espejo colimador (haz paralelo)– Prisma o red de difracción– Elemento de enfoque.

• Poder de resolución, R– Capacidad de separación de dos λ. R= λ /∆λ

RECIPIENTE MUESTRA

• Permite el paso de la radiación sin absorberla o dispersarla.

• Cuarzo o sílice fundida• La longitud es de 1 cm

DETECTORES

• Miden la intensidad de radiación del haz emergente.

• Fotoeléctricos. • Los fotones tienen suficiente energía para

excitar a los electrones exteriores del cátodo, produciendo su ionización

• Se genera una corriente de electrones proporcional a la intensidad de la radiación que llega al detector.

DETECTORES

• Fototubo de vacío – Cubeta de vidrio con entrada de cuarzo, transparente a la

radiación UV.– En su interior hay un cátodo de un compuesto ionizable y un

ánodo central.– Al chocar la radiación con la superficie del cátodo, los

fotones son absorbidos por el material que lo recubre– La energía se comunica a los electrones exteriores de los

óxidos que hay sobre la superficie. – Estos electrones son atraídos por el ánodo y se produce una

corriente eléctrica que es proporcional a la potencia de la radiación incidente.

DETECTORES

• Tubo fotomultiplicador– Similar a un fototubo de

vacío– Respuesta rápida– Sensibilidad muy elevada– Los electrones son

arrastrados por un campo eléctrico, adquiriendo mayor energía.

– Al chocar con un dínodotransmite su energía y desplaza más electrones y así sucesivamente.

– Cada dínodo está a un potencial eléctrico mayor que el anterior.

APLICACIONES

• Análisis cualitativo. – El espectro de absorción Vis-UV permite

identificar especies a partir de las bandas de absorción de mayor intensidad

– Sin embargo, la región IR es mejor para ello

APLICACIONES

• Análisis cuantitativo. – Es una de las técnicas más útiles para

realizar determinaciones cuantitativas– Muchas especies inorgánicas y orgánicas

absorben selectivamente en esta zona – Sustancias con grupos cromóforos o

coloreadas.

APLICACIONES

• Gran sensibilidad• Puede analizar sustancias en

concentraciones entre 10-4 y 10-5 M. • Es una técnica selectiva. • Se puede encontrar una banda de λ en la

que solo absorba el componente deseado. • Buena precisión y facilidad de manejo.• Las especies no absorbentes pasan a serlo

cuando reaccionan y dan productos coloreados.

PROCESO

1. Elección de λ = máximo de absorción de la muestra 2. Preparación de patrones de concentraciones

conocidas3. Medición de la absorbancia de los patrones4. Construcción de la recta de calibrado5. Ley de Lambert-Beer (concentración – absorbancia)6. Lectura de la absorbancia de la muestra problema 7. Interpolación en la recta de calibrado8. Determinación de la concentración desconocida.