Espectrofotometría UV-VIS
Conceptos básicos
El espectro electromagnético:
La radiación
ultravioleta (UV) y visible comprende sólo una pequeña parte del espectro
electromagnético, que incluye otras formas de radiación como radio, infrarrojo
(IR), cósmica y rayos X (Figura 1).
Figura 1
La energía asociada con la radiación
electromagnética se define por la siguiente ecuación:
donde E es la energía (en
julios), h es la constante de Planck (6.62 × 10-34 Js) y ν es la frecuencia (en
segundos).
Longitud de onda y frecuencia:
La radiación
actúa como una onda, puede clasificarse según la longitud de ésta o la
frecuencia, relacionadas por:
donde ν es la frecuencia (en segundos),
c es la velocidad de la luz (3 × 108 ms-1) y λ es la longitud de onda (en
metros). En espectroscopía UV-visible, la longitud de onda normalmente se
expresa en nanometros (1 nm = 10-9 m).
Cuando la
radiación interacciona con la materia, pueden ocurrir varios procesos como
reflexión, dispersión, absorbancia, fluorescencia/fosforescencia (absorción y
reemisión) y una reacción fotoquímica (absorbancia y rotura de enlaces). En
general, cuando se miden espectros UV-visible, sólo es deseable que ocurra
absorbancia.
Cuando la
radiación interacciona con la materia, pueden ocurrir varios procesos como
reflexión, dispersión, absorbancia, fluorescencia/fosforescencia (absorción y
reemisión) y una reacción fotoquímica (absorbancia y rotura de enlaces). En
general, cuando se miden espectros UV-visible, sólo es deseable que ocurra
absorbancia.
Transmitancia y absorbancia
Cuando la luz atraviesa o se refleja en
la muestra, la cantidad de luz absorbida es la diferencia entre la radiación
incidente (Io) y la transmitida (I). La cantidad de luz absorbida
se expresa como transmitancia o absorbancia. La transmitancia normalmente se da
en términos de una fracción de 1 o como porcentaje, y se define como se indica
a continuación:
La absorbancia se define:
Para la mayoría de las aplicaciones se
utilizan valores de absorbancia, ya que la relación entre ésta y tanto la concentración
como el paso óptico es, normalmente, lineal.
La mayor parte
de la absorción de los compuestos orgánicos resulta de la presencia de enlaces
π (es decir, insaturados). Un cromóforo es un grupo molecular que, normalmente,
contiene un enlace π.
Analisis
Cualitativo
La espectroscopía UV-visible puede
utilizarse para determinar muchas características físico-químicas de los
compuestos y por tanto, puede proporcionar información como la identidad.
Color
El color es una propiedad importante de
una sustancia. El color de la materia está relacionado con su absortividad o
reflexividad. El ojo humano ve el color complementario al que se absorbe, como
se observa en la Figura 7 y la Figura 8.
Análisis
cuantitativo
Ley de Beer
Si 100 fotones de luz entran en una
cubeta y sólo 50 salen por el otro lado, la transmitancia es 0.5, o del 50 %.
Si estos 50 fotones atraviesan, entonces, una cubeta idéntica, sólo saldrán 25,
etc. La Figura 9 muestra la representación de la transmitancia frente a la
concentración.
Generalmente se piensa que Lambert
(1760) formuló la primera ecuación matemática sobre este efecto, aunque ahora
parece que se le adelantó Bouguer en 1729.
Donde Io es la intensidad incidente, I
es la intensidad transmitida, e es la base de los logaritmos naturales, k es una
constante y b es el paso óptico (normalmente en centímetros).
La ley de Beer es idéntica a la ley de
Bouguer, excepto porque está expresada en términos de la concentración. La cantidad
de luz absorbida es proporcional al número de moléculas absorbentes por las que
pasa la luz.
Combinando las
dos leyes se obtiene la ley
Beer-Bouguer-Lambert:
donde c es
la concentración de las especies absorbentes (normalmente expresada en gramos
por litro o miligramos por litro). Esta ecuación puede transformarse en una
expresión lineal tomando el logaritmo y normalmente se expresa en la forma
decádica:
donde e
es la absorción molar o coeficiente de extinción. Esta expresión se conoce como
ley de Beer.
El coeficiente
de extinción (ε) es característico de una sustancia en condiciones definidas de
longitud de onda, disolvente y temperatura.
Problemas para que resuelvan
1.- El Mg2+
forma un complejo estable colorido, el cual presenta un máximo de absorción a
636.3 nm. Este resultado permite determinarlo cuantitativamente por
Espectroscopia UV-Vis en una muestra de roca de volcán. Para la curva de
calibración se prepararon una serie de diluciones de diferente concentración
adicionándoles la cantidad necesaria de reactivo para formar el complejo
colorido. Después de pasado el tiempo suficiente para alcanzar el equilibrio de
la reacción (determinado con anterioridad) se analizaron a 636.3 nm y se
obtuvieron los siguientes resultados:
A la muestra
de volcán se le realizó la extracción del Mg2+, 5 mL de la
disolución resultante se transfirieron a un matraz aforado de 25 mL se le
adicionó el mismo volumen que a las disoluciones estándar del reactivo para
formar el complejo y el aforo es con el disolvente ya utilizado. La respuesta
obtenida para la muestra a 636.3 nm es de 0.5 Determina la concentración de
Mg2+en la muestra problema.
2. El Pt (II)
y el Tl (III) son dos metales que se pueden determinar por espectrofotometría
de UV con Metromeprazina (C19H24N2S2).
El complejo de PtM presenta una lmáx a 545 nm y el de TlM a lmáx
de 621 nm. A 25 ml de la muestra con exceso de reactivo M, se diluyeron a 50 mL
con el disolvente apropiado. Calcular la concentración de Pt y Tl en la muestra
problema con los siguientes datos.
La longitud
del paso óptico es de 1 cm y la concentración del analito HX es de 5 E-4 M.
Calcula los coeficientes de absortividad molar de cada analito a las dos
longitudes de onda.
