Eespectrofotometria UV Visible
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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.