CENTRO DE FORMACIÓN TÉCNICA TÉCNICO EN ANÁLISIS QUÍMICOSANTO TOMÁS ANÁLISIS INSTRUMENTAL

Profesora Carmen Marín Naranjo

ESPECTROSCOPIA DE ABSORCIÓN MOLECULARCUESTIONARIO Nº 1

1. ¿Cuáles son los componentes básicos de un instrumento analítico? Señal de entrada o input signal Transductor Procesador de señal Medidor o sistema lector Señal de salida o output signal

2. ¿Qué características presenta la REM? Como particula, como onda, como dualidad onda particula propagacion en el espacio a alta velocidad no necesitan de un medio de apoyo para transmitirse (vacío)

3. ¿A qué región espectral corresponde el visible?, el UV?, el IR?, rayos X? Espectro visible Se denomina espectro visible a la región del espectro electromagnético que

el ojo humano es capaz de percibir. A la radiación electromagnética en este rango de longitudes de onda se le llama luz visible o simplemente luz. No hay límites exactos en el espectro visible; un típico ojo humano responderá a longitudes de onda desde 400 a 700 nm aunque algunas personas pueden ser capaces de percibir longitudes de onda desde 380 a 780 nm.

UV 180nm 400 nm IR 0.78 um 300um Rx 0.1 100 amstrom

4. ¿Qué interacciones se pueden presentar entre la REM-Materia, si la consideramos como onda? Cambio de direccion Polarizacion Alguna dispersión Difracción Dispersión refraccion

5. ¿Qué interacciones se pueden presentar entre la REM-Materia, si la consideramos como partícula? Intercambio de energia Absorción emision U tipo de dispersión llamada cuando la particula es mas pequeña dispersión de raman Luminiscencia ( fluorescencia o fosforescencia) Electromagnetica Rayos x

6. Dé ejemplos de cada interacción. El cielo cuando es azul difraccion El efecto tyndal: dispersión El cd de musica la difracción El espejo la refleccion A la interaccion electromagnetica Como particula Examenes rayos x

7. ¿Qué transiciones ocurren en la materia cuando se les hace incidir radiación Microondas, IR, VIS, UV, rayos X? IR rotacion y vibracion de moleculas VISIBLE electrones de enlaces UV e de enlaces RX electrones internos

8. Defina: frecuencia, longitud de onda, número de onda, colimación, reflexión, refracción, absorción, espectro magnético, rayos X, índice de refracción, onda, transductor, resolución, difracción, velocidad de la luz.

longitud de onda distancia lineal entres dos puntos equivalentes de ondas sucesivas o entre dos crestas.

Numero de onda. es una magnitud de frecuencia que indica el número de veces que vibra una onda en una unidad de distancia.

Colimación: el objetivo es hacer que el eje optico de cada lente o espejo coincida con el rayo central del sistema..

Reflexión es el cambio de dirección de un rayo o una onda que ocurre en la superficie de separación entre dos medios, de tal forma que regresa al medio inicial. Ejemplos comunes son la reflexión de la luz, el sonido y las ondas en el agua. Al insidir la luz en un cuerpo la materia de la que esta constitiuido retiene por unos instantes su energi y después la reemite en todas direcciones ejemplo el espejo

Resolución R= la longitud de onda promedio que queremos partido por la diferencia de los valores de longitudes de onda.

Refracción : es el cambio brusco de direccion que sufre la luz al cambiar de medio ley de snell

Rayos X se define como la radiación electromagnética de longitud de onda corta producida por la desaceleración de electrones de elevada energía o por transiciones electrónicas que implican electrones de los orbitales internos de los átomos. Radiación electro magnetica invisible capas de atravesar cuerpos opacos

9. ¿Cómo se clasifican los métodos analíticos instrumentales? Métodos clásicos Métodos instrumentales Métodos de separación

10. ¿Qué propiedades presentan los métodos instrumentales de análisis al compararlos con los tradicionales? Mejorar la sensibilidad de los metodos instrumental Disminuimos las concentración que se desee determinar Mejorar la exactitud Minimizar los tiempos de analisis Permite el numero de muestras que se quiere analisar bajando los costos de producción Control de los riesgos

11. ¿Qué es un espectro de absorción? uno de emisión?, ¿cómo se obtienen?Espectro de absorción: El espectro de absorción de un material muestra la fracción de la radiación electromagnética incidente que un material absorbe dentro de un rango de frecuencias. Es, en cierto sentido, el opuesto de un espectro de emisión. Cada elemento químico posee líneas de absorción en algunas longitudes de onda,y se obtiene por el fenomeno que ocurre cuando una radiación electro magnetica interactua con la materia traspasando parte de su energia a los atomos o moleculas presentes en la materia que pasan de un estado energetico menor a uno mayor o estado exitado.Espectro de Emicion : es un conjunto de frecuencias de las ondas electromagnéticas emitidas por átomos de ese elemento, en estado gaseoso, cuando se le comunicaenergía. El espectro de emisión de

cada elemento es único y puede ser usado para determinar si ese elemento es parte de un compuesto desconocido. Se obtiene:La etapa de emicion produce una distribución estadistica de estados exitados cuando la especie quimica es sometida a un proceso termico, que se mantiene en equilibrio. La frecuencia de las radiaciones emitidas corresponden a energias discretas correspondiente a la difereencia de energia entre los niveles.

12. ¿Qué factores influyen en la precisión de la medida espectrofotométrica? El ruido instrumental La forma y tamaño de las cubetas o si estan bien limpias etc La preparación del analito condiciones quimicas de la muestra La variación de la fuente radiante Error devido al instrumento devidos por la variación de la medida ( la escala) corriente oscura

corriente dispersa…el ruido va asociado a esto

13. ¿Qué parámetros de calidad se ven afectados por el ruido instrumenta aumenta la cantidad menor de analito que pueda ser detectada, aumenta el limite de

detección afecta directamente al limite de detección el limite inferior de la curva es la minina

cantidad de confianza 95% de confianza relación señal ruido

14. ¿Qué significado tiene el término Espectroscopia? ¿espectrofotometría? Espectroscopia : observación y el estudio del espectro o registro que se tiene de una especie

tal como una molécula un ion o un atomo, cuando estas especies son exitadas por alguna fuente de energia que sea apropiada para el caso.

Espectrofotometria: para medir la absorción de radiación uv y visible que interactua con la materia ( atomo y molecula) es considerada un tecnica cuali y cuantitativa basandoce en la medicion del color o de la longitud de onda de una radiación e intensidad de la misma

15. Defina Calibración Conjunto de operaciones que establese en unas condiciones especificadas la relacion que

existe entre los valores indicados por un instrumento o sistema de medida. ( según su condicion especifica)

16. ¿Qué tipos de calibración existen? ¿cuál es su diferencia?

Indirecto o calibración externa Adición estándar o calibración interna

Patrón interno

Util para gran cantidad de muestras,

no debe existir interferencia entre la muestra y la matriz

se puede interpolar y se obtiene la concentración

los patrones deben ser cercanos en concentración , ej: curvas de 5ppm- 10ppm-15ppm.

es recta y completamente lineal

se cumple con la ley

una calibración para cada muestra

cada muestra necesita una curva

si una es paralela a la otra no existe interferencia con la matriz

se puede extrapolar y su uso es para

minimizar interferencias

es para eliminar la existencia de errores generados por el efecto de la matriz.

Curva para cada molecula

Puede tener patrones no necesariamente tan sercanos, ej: curvas de 10ppm-20ppm-40ppm.

Se prepara el patron directamente en el lab.

La matriz es la m,isma de la muestra!!

de beer una calibración para

gran cantidad de muestra

17. ¿Qué se denomina Curva de calibración? Representación grafica de la relación entre la señal y la concentración de la magnitud del

analito en una línea recta donde se puede interpolar los datos obtenidos. De concentración conocida.

18. ¿Cómo se prepara una curva de calibración externa? Se prepara la curva con 5 soluciones patrones mas el blanco y depende de la tecnica

instrumental que se aplique. 19. Proporcione las propiedades, ventajas y desventajas de la curva de calibración externa y la curva de

adición estándar. Calibración externa ventajas: sirve para una gran cantidad de muestra una sola curva de calibración Desventajas: tiene un matriz distinta que la de la muestra y el efecto que pueda dar esa

distinta matriz da errores.

Calibración adición estándar

ventajas: que elimina interferencia por matriz

desventaja: es una desventaja practica que cada muestra requiere una curva de calibración

20. ¿Cómo se obtiene la concentración de una muestra problema en las técnicas espectrofotométricas? Si es absorción es con la ley de Lamber-Beer Poner la curva Interpolar y llevar a la curba final (mediante una curva mas procesos de absorción y emicion se interpola y se lleval a resultados y se compara con la original.)

21. ¿Cómo se define ruido instrumental? ¿de donde proviene el ruido instrumental? Ejemplifique Es el grado de incertidumbre que tiene toda medida instrumental. Depende de la señal, el transductor el detector por el sistema monocromador por la rejilla que

puede provocar distintitos ordenes de radiación ruido por la corriente oscura Por el calentamiento de óptica por la cubeta Efecto de las desviación instrumental.

22. ¿Cómo se puede disminuir el ruido instrumental? Mediante mantiones del equipo Calibraciones externa e internas La cubeta no debe interfir en la arbsorcion de radicion emita.

23. ¿A qué se denomina espectroscopia de absorción?

Fenomeno que ocurre cuando una radiación electromagnetica interactua con la materia traspasando parte de su energia a moleculas en la materia de menor a mayor energia estado exitado.

Se denomina espectrofotometría a la medición de la cantidad de energía radiante que absorbe un sistema químico en función de la longitud de onda de la radiación, y a las mediciones a una

determinada longitud de onda24. ¿Qué requisitos se deben cumplir para que ocurra un proceso de absorción?

Se requiere de un equipo que pueda realizar este proceso ( espectrofotometro) Una fuente de luz o energia ( radiación) La muestra que absorberá esa radiación Un medidor que mida los resultados y entregue los datos obtenidos por el proceso

25. ¿Cómo se obtiene una medida de la absorción que presenta una especie química? Cuando una muestra absorbe luz, la potencia radiante del haz de luz disminuye La potencia radiante es la energia por un segundo y por unidad de area del haz de luz, La luz se hace pasar atraves de un monocromador para seleccionar una longitud de onda. La

radiación es monocromatica. La luz monocromatica con una potencia radiante Po incide en una muetra de longitud de onda

b, la potencia radiante del haz que emerge por el lado opuesto de la muestra es P. como la muestra puede haber absorvido algo de luz, P < Po

26. ¿Qué propiedades presenta la medida espectrofotométrica de absorción?

Cada atomo o molecula absorbe energia a una longitud de onda determinada La energia radiantee es especifica para cada elelmto

-Todo atomo puede absorver luz-La longitud de onda de la luz absorbida es especifica para un elemento quimico en particular-La cantidad de luz absorbida es proporcional a la concentración de la espcia atomica absorbente

27. ¿A qué se denomina sistema monocromador y que propiedades presenta?

Es la de proporcionar un haz de energia radiante con una longitud de onda nominal y una anchura de banda dada

tiene propiedades de resolución poder de captación de la luz pureza de la radiación de salida

28. ¿Qué tipos de cubeta se usan generalmente? Describa las propiedades que deben cumplir las cubetas.

Rectangulares y cilindricas ( cubetas comunes) Microceldas, de flujo y con tapas (especiales) Propiedades:

Fabricado de material transparente a la región espectral de interés Con ventanas perfectamente perpendiculares a la dirección del haz En caso de las celdas cilíndricas debe cuidarse la posición de esta respecto al haz para

que sea reproducible De fácil limpieza y manutención Dependiendo de la radiación que se incida a la muestra va ser el material de la cubeta

( cuarzo, vidrio) 29. ¿Qué importancia tiene la Ley de Lambert?, ¿qué variables relaciona?, ¿cuáles son los requisitos de

ésta Ley?

Variable : la intensidad o potencia de luz monocromatica transmitida disminuye exporencialmente al aumentar aricmeticamente el espesor del medi.

30. ¿Qué variables relaciona la Ley de Beer?, ¿qué requisitos deben cumplirse para que sea aplicada la Ley? ¿Cuál es la importancia de la Ley de Beer? Requisitos la absorbancia es proporcional a la concentración de la especie absorbente a una determinada concentración se cumple para una radiación monocromática que atraviesa una disolución dividida cuando la especie absorbente no participa en un equilibrio que depende de su concentración. Importancia Variables que relaciona La ley afirma que la a es proporcional a la concentración de la especie absorvente a una determinada concentración La ley de beer se cumple para una radiación monocromatica que atravieza un disolución diluida, cuando la especie absorvente no participa en un equilibrio que depende de su concentración-

31. ¿Cuáles son las limitaciones reales de la Ley de Beer?, ¿se pueden presentar desviaciones a la Ley de Beer? Limitaciones solo para soluciones diluidas (< 0,01 M) de la mayoría de las sustancias, para

soluciones de bajo contenido iónico, para soluciones con bajo contenido de grandes especies moleculares de gran tamaño que puedan afectar electrostacticamente a la especie absorbente, para soluciones cuyas concentraciones no modifiquen grandemente el índice de refracción de las soluciones.

Desviaciones químicas por asociaciones, disiociaciones, y/o reacciones entre los componentes de la muestra con el analito, entre el analito y el solvente, por cambio de equilibrio químico de la especie absorbente, por efectos de cambio de pH, temperatura, solubilidad, normalmente por causas de las diluciones.

Desviaciones instrumentales por el no cumplimiento de hacer incidir sobre la muestra un haz verdaderamente monocromático como la contempla la ley, efecto del ancho de la banda, por la presencia de radiaciones parasitas, radiación que contamina la radiación separada por el sistema selector de longitud de onda, esta radiación se produce por efecto de dispersión de los diferentes componentes ópticos del sistema monocromador.

32. ¿Qué fortalezas presentan las técnicas de absorción? para realizar esta tecnica se requiere de bajas cantidad de muestra la muestra no requiere un tratamiento de preconcentración de concentraciones relatiuvamente

bajas ppm Son mas rapidos de menor gasto de tiempo, menor gasto de insumo y en poco tiempo se puede

analizar una gran cantidad de muestras en comparación a los metodos clasicos 33. ¿Por qué la Ley de Beer es una ley límite?

solo para soluciones diluidas (< 0,01 M) de la mayoría de las sustancias, para soluciones de bajo contenido iónico, para soluciones con bajo contenido de grandes especies moleculares de gran tamaño que puedan afectar electrostacticamente a la especie absorbente, para soluciones cuyas concentraciones no modifiquen grandemente el índice de refracción de las soluciones.

34. ¿Qué fuentes de radiación tienen los espectrofotómetros de absorción molecular? Uv visibles Ir cercano

35. ¿De qué factores depende la resolución de un prisma y de una rejilla?

Depende del material de fabricación si se aumenta la base del prisma se dispersa lo que se emite, mejorando la resolución del prisma

La resolución de una rejilla depende da la longitud y en las lineas que esta compuesta36. ¿Qué importancia tiene el ancho de banda de la radiación que incide en la muestra?

37. Señale los tipos de selectores de longitud de onda usados en EAM.

38. ¿Qué desventajas presentan las rejillas de difracción?

Los defectos en el rallado producen espectros no deseado, mas debiles, que aparecen acompañando a una línea mas intensa

Corresponden a radiaciones de segundo y tercer orden que acompañan a la radiaciones de primer orden

Dentro de un sistema optico posee un filtro que detiene las longitudes de onda de 800 nm

39. ¿Qué detectores fotónicos usan los espectrofotómetros de absorción molecular UV-VIS? Tubo fotomultiplicador Celdas fotovoltaicas Fototubos o tubos fotoemisores Fotodiodos de silicio Fotoconductores De tranferencia de carga

40. Dibuje un fotomultiplicador, señale sus partes y describa su uso.

Son detectores de luz puntuales, esto es captan la presencia o ausencia de luz en un punto, para poder captar la luz de una superficie debe hacerse un barrido punto a punto a través de una línea y a su vez línea a línea hasta que se complete el área a detectar. Se emplean en los microscopios confocales donde gracias al sistema óptico (que emplea un láser) la luz que recogen proviene de un único punto.

La eficiencia cuántica de los foto multiplicadores es entre el 20 y 30%, siendo generalmente mayor para los azules y menor para los rojos, no obstante existen fotomultiplicadores optimizados para tener una mayor eficiencia cuántica en determinados rangos del espectro (ultravioletas, verdes, rojos, etc.).

el encargado de dividir ek haz de luz

para seleccionar el haz correspondiente

41. Identifique los componentes instrumentales responsables del funcionamiento de un espectrofotómetro de absorción molecular monohaz. Fuente de luz Selector de longitud de onda Suter Celdillas de muestra Detector lectura

42. ¿Cuál es el sistema óptico de un espectrofotómetro doble haz?

43. ¿Qué ventajas tiene un espectrofotómetro doble haz al compararlo con un monohaz? Se puede desdoblar el haz a intervalos regulares con la ayuda de un shopper La mitad de la luz atraviesa la muestra y la otra un blanco La absorbancia medida tiene en cuenta la razón de absorción muestra/blanco La velocidad de cambio del shopper es una limitacion a la intensidad que puede seleccionar el

instrumento El doble haz puede corregir la desviación en el detector y en la fuente de energia

44. ¿Qué ventajas tiene un espectrofotómetro monohaz al compararlo con un doble haz? Para cada longitud de onda hay que tener en cuenta las variaciones sufridas en el detector y en

la salida de la fuente Es un buen instrumento cuando se trabaja con metodos que usan una sola longitud de onda y un

solo tipo de analito 45. ¿Qué características presenta un espectrofotómetro multicanal?

46. Analice e interprete los siguientes sistemas ópticos de dos espectrofotómetros; describa, establezca

diferencias, ventajas, etc., de uno con respecto al otro.

47. Analice, interprete y obtenga el máximo de información analítica a partir de las siguientes curvas de

calibración para dos elementos A y B, medidas en un mismo espectrofotómetro a la misma longitud de onda.

48. a)Analice la siguiente familia de espectros; b) si el máximo de A de la disolución menos concentrada es 0,120, el peso molecular del compuesto es 320,4 y la cubeta usada tiene 2,0 cm de paso óptico,c)¿cuál es el valor de la absortividad molar del compuesto? 1,873x10-4 M-1cm-1d)¿cuál es el valor de la absortividad del compuesto en µg-1L cm-1?e)¿cuál es el valor de la sensibilidad del ensayo en unidades de A mol-1L?

49. Dos sustancias que forman complejos absorbentes, A (58,93 g/mol) y B (65,55 g/mol), que cumplen con la Ley de Beer, se determinan espectrofotométricamente.a. Para ello 0,500 g de la mezcla se someten a extracción con 50,0 ml de extractante.b. 20,0 ml del extracto obtenido, se vierten en un volumétrico de 50,0 ml, se acondicionan

químicamente para eliminar interferentes y formar los complejos coloreados y se diluyen a volumen con agua destilada.

c. Una alícuota de 25,0 ml de la solución coloreada se diluye a 100 y se registran los espectros de absorción, conjuntamente con las soluciones patrones de A de concentración 1*10 -5M y de B de concentración 1*10-4M.

d. A partir de los espectros y los datos entregados determine los mg de cada componente presente en 100 g de mezcla.

50. Para determinar el contenido de Fe en una muestra de arroz; se pesan 1,0000 g de muestra pulverizada en un crisol de cuarzo que se somete a calcinación por 4 horas a 700°C, proporcionando 0,1478 g de cenizas, las que se digieren con mezcla HNO3 – HCl – H2O (1+1+3) hasta sequedad, el residuo se disuelve en 10 mL de agua caliente, se filtra y el filtrado se recoge en

un volumétrico de 25 mL, antes de enrasar el Fe es reducido a Fe2+, finalmente se lleva a volumen con agua desionizada.A 5,00 mL de mineralizado se agrega 3,00 mL de una solución de Fe2+ de 5,00 µg/ mL y 1,00 mL de solución de o-fenantrolina para formar el complejo absorbente, la solución presentó una A de 0,151 medida a 510 nm y en cubetas de 2,0 cm.Una segunda alícuota de 5,00 mL de mineralizado fue tratada con 3,00 mL de una solución de Fe2+

de 10,00 µg/ mL y 1,00 mL de solución de o-fenantrolina para formar el complejo absorbente, la solución presentó una A de 0,251 medida en las mismas condiciones que la alícuota anterior.Determine el contenido de Fe, en mg/100 g, presente en la muestra de arroz.

51. a) Una muestra de 1,256 g de un mineral fue disuelta y el Cr (VI) fue reducido a Cr (III), la solución fue diluida a 100 mL. Paralelamente un blanco fue tratado de la misma manera.b) Un estándar primario de Cr III se obtuvo por reducción de 10,00 mL de K2Cr2O7 3,000 N y dilución a 100 mL.c) La escala de trabajo fue preparada transfiriendo exactamente: 2,00 – 4,00 – 6,00 – 8,00 mL de la solución patrón preparada en b) a diferentes matraces volumétricos de 100 mL y diluyendo a volumen con agua bidestilada.d) Se midieron las A tanto de la muestras como los patrones, usando como referencia agua bidestilada. Los valores obtenidos fueron los siguientes:

mL solución estándar A a 490 nm0,002,004,006,008,00Blanco-muestraSolución de muestra

0,0000,1040,2130,3160,4250,0160,322

e) Obtener el % de Cr en el mineral. PA: Cr = 52,0 K = 39,1 O = 16,0

N= nº de lineas de la rejillan = orden de la redb = base del prismadn = d longitud de onda=