ANÁLISIS INSTRUMENTALUAGRMUAGRM
MÉTODOS ESPECTROSCÓPICOS MÉTODOS ESPECTROSCÓPICOS DE ANÁLISISDE ANÁLISIS
ANÁLISIS INSTRUMENTALUAGRMUAGRM
El proceso analítico generalEl proceso analítico general
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MUESTRA
RESULTADOS
Medición de la Medición de la propiedadpropiedadanalíticaanalítica
Adquisición yAdquisición ytratamiento de tratamiento de datos datos
OperacionesOperacionespreviasprevias
ETAPAS BÁSICASETAPAS BÁSICAS DELDELPROCESO ANALÍTICOPROCESO ANALÍTICO
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El proceso analítico generalEl proceso analítico general
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Análisis : proceso que proporciona información física o química acerca de los componentes de una muestra o de la propia muestra
Analitos : Componentes que interesan de una muestra.
Matriz: Todos los componentes de una muestra que no son analitos
Determinación : Análisis de una muestra para identificar la identidad, concentración o propiedades del analito.
Medida : Determinación experimental de las propiedades químicas o físicas de una analito
Análisis, determinación y medida
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Técnica : Principio físico o químico que puede emplearse para analizar una muestra.
Método : Medio para analizar una muestra a fin de hallar un analito dado en una matriz específica
Procedimiento : Instrucciones escritas que señalan la forma de analizar una muestra.
Protocolo: conjunto de instrucciones escritas especificadas por un organismo para analizar una muestra
Técnicas, métodos, procedimientos y protocolos
El proceso analítico generalEl proceso analítico general
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Clasificación de los métodos analíticosClasificación de los métodos analíticos
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Los métodos analíticos producen información químicaLos métodos analíticos producen información química
INFORMACION ANALITICA: Declaración relacionada con cualquier propiedadpropiedad química, física, o biológica denominada propiedad analíticapropiedad analítica, producida en conexión con la información químicainformación química del material analizado
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Punto de vista históricométodos clásicos e instrumentales
Clasificación de los métodos analíticosClasificación de los métodos analíticos
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Métodos clásicosMétodos clásicos
Métodos instrumentales
Gravimetría
Volumetría
Espectroscópicos
Térmicos
Electrométricos
Separación
Clasificación de los métodos analíticosClasificación de los métodos analíticos
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Elección de un método analíticoElección de un método analítico
1. ¿Qué exactitud se requiere?
2. ¿Cuántas muestras se tiene?
3. ¿Cuál es el intervalo de concentración del analito?
4. ¿Qué componentes de la muestra podrían causar interferencia?
5. ¿Cuáles son las propiedades físicas y químicas de la matriz de la muestra?
6. ¿Cuántas muestras se analizarán?
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Calibración de métodos instrumentalesCalibración de métodos instrumentales
• Comparación con estándares• Calibración de un estándar externo• Métodos de adición estándar• Método del patrón interno
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Conceptos básicos de Conceptos básicos de espectroscopíaespectroscopía
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1. La luz y el espectro electromagnético
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• Onda Electromagnética• Radiación electromagnética• Energía de radiación • Espectro electromagnético• Unidades
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E
M
Onda electromagnéticaOnda electromagnética
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Energía de la Radiación
λ
A
E = hCλνE = h
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frecuencia
Longitud de onda
velocidad
h= = 6,6262 . 10 -34 joule . segundo , es la constante de Planck.Energía
asociada a un fotón
Número de onda
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CARACTERÍSTICAS DE LAS ONDAS CARACTERÍSTICAS DE LAS ONDAS
nodo
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Unidades :Unidades :
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Amgstrom : Aº = 10 m
Nanómetro : nm = 10 m
-10
- 9
Micrómetro : µ m = 10 m- 6
cm - 1
Número de onda, ν:
= 10 cm- 4
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Problemas
• Calcular la energía y la frecuencia de la luz con la longitud de onda de
• Cuál es la frecuencia de la luz verde con una longitud de onda de 500 nm
2.0 x 105 cm
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Espectro electromagnéticoEspectro electromagnético
Longitud de Onda
Energía
Rayos XMicro-ondas
Ondas deradioRayos γ
0.02-300cm0.01-0.1Å 3-300m1-10Å
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Longitud de Onda
Energía
Ultravioleta Visible InfrarrojoVacio
ultravioleta
200-380nm 385-750nm 10-2000Å 0.75-200µm
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Espectro electromagnéticoEspectro electromagnético
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Longitud de Onda
Energía
Infrarrojo
0.75-200µm
IRC : 0.75 – 2.5 µm (13333-4000 cm-1)
IRM : 2.5 – 50 µm (4000-200 cm-1)
IRL : 50 – 1000 µm (200-10 cm-1)
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Espectro electromagnéticoEspectro electromagnético
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Conceptos básicos de Conceptos básicos de espectroscopíaespectroscopía
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2. Interacción de la radiación con la materia
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Cuando un haz de luz incide sobre un medio puede ser transmitido
(refractado), reflejado, difundido (sobre una superficie rugosa o por
pequeñas partículas), absorbido o puede provocar la emisión de luz
(normalmente en una frecuencia distinta). El color y el brillo son algunas de
las sensaciones que resultan de estos fenómenos en el rango de
frecuencias del espectro visible, pero existe instrumentación para
estudiarlos en un amplio margen del espectro electromagnético
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Interacción de la radiación con la materiaInteracción de la radiación con la materia
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Refracción y reflexiónRefracción y reflexión
Cuando un haz luminoso llega a la
superficie que separa dos medios
distintos, parte del mismo es reflejado
hacia el medio de procedencia, y parte
refractado hacia el otro medio. Si la
superficie que separa ambos medios es
completamente plana y sin rugosidades,
los fenómenos tienen lugar siguiendo la
geometría prevista en las leyes de
Descartes
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Interacción de la radiación con la materiaInteracción de la radiación con la materia
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DifusiónDifusión
Este proceso tiene lugar debido a la
presencia de partículas en suspensión en un
medio transparente (el caso del
humo de un cigarrillo, por ej), o por
vibraciones de las moléculas que forman el
propio medio, en cuyo caso la
intensidad de la radiación difundida depende
de las interacciones de estas moléculas
entre ellas, y por tanto el fenómeno suele ser
de mayor intensidad en gases que en sólidos
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Interacción de la radiación con la materiaInteracción de la radiación con la materia
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AbsorciónAbsorción
La absorción de las ondas electromagnéticas requiere considerar que los
electrones ocupan orbitales con niveles discretos de energía, separados
entre ellos por cantidades discretas de energía.
Cuando un medio es alcanzado por una onda electromagnética formada por
radiaciones de diversas energías, alguna de ellas puede coincidir con la de
uno de los saltos energéticos posibles entre un nivel completamente
ocupado por electrones y uno vacío o parcialmente ocupado, entonces un
electrón es excitado al nivel energético superior y la energía de la frecuencia
correspondiente, absorbida
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Interacción de la radiación con la materiaInteracción de la radiación con la materia
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EmisiónEmisión
La emisión de luz por parte de un medio puede ocurrir si cierta energía es
absorbida por los electrones de los átomos del medio considerado, de modo
que algunos de éstos son promovidos a niveles superiores y dejan un hueco
en su posición original. En estas condiciones la configuración del átomo es
inestable y electrones de niveles energéticos superiores pasan a
ocupar el hueco, liberando parte de su energía en forma de radiación
electromagnética de la energía correspondiente al salto efectuado
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Interacción de la radiación con la materiaInteracción de la radiación con la materia
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Interacción de la radiación con la materiaInteracción de la radiación con la materia
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Métodos espectrales Métodos no espectrales
Moleculares Atómicos TurbidimetriaNefelometria
RefractometriaPolarimetria
Absorción UV-visIR
Fluorescencia Fosforescencia
Absorción atómicaEmisión atómicaRayos X (A,E)
Clasificación básica de los métodos ópticos
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Absorción de la Radiación
Emisión de la Radiación
Refracción de la Radiación
Rotación de la Radiación
Dispersión de la Radiación
Espectrofotometría UV-visEspectrofotometría IREspectrofotometría RX
Emisión atómicaFotometria de llama
Fluorescencia
Refractometría
Polarimetría
Turbidimetría Nefelometría
Clasificación básica del los métodos ópticos en función al tipo de interacción radiación- materia
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Conceptos básicos de Conceptos básicos de espectroscopíaespectroscopía
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3. Origen de los espectros moleculares
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Origen de los espectros molecularesOrigen de los espectros moleculares
Las moléculas de una sustancia poseen una energía relativa dadaenergía relativa dada, esto es,
pueden existir sólo en niveles de energía fijosniveles de energía fijos. Ello se debe a una serie de
factores, de los cuales son de nuestro interés los siguientes:
1) Energía debida a los niveles electrónicos.1) Energía debida a los niveles electrónicos.
2) Energía debida a vibraciones entre los átomos que la componen.2) Energía debida a vibraciones entre los átomos que la componen.
3) Energía debida a rotación molecular.3) Energía debida a rotación molecular.
Un espectro de absorción es el resultado de que un átomo o molécula se
excita a un nivel de energía superior mediante la absorción de un cuanto de
energía.
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Excitación : Excitación :
-hν1
E
Eo
E1
q +hν2∆ E
∆ E = E1 Eo
27/03/13 31Luis Adolfo Mercado R., Ph.D
ANÁLISIS INSTRUMENTALUAGRMUAGRMen
erg
ía
transiciones energéticas
estadoelectrónico
uvvisible
estadovibracional
IR
estadorotacional
IRM
E4
E1
E2
E3
E = h ν h cλ=
ν4
ν1
ν2
ν3
λ1
λ2
λ4
λ3
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27/03/13 Luis Adolfo Mercado R., Ph.D 33
transiciones energéticas
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Conceptos básicos de Conceptos básicos de espectroscopíaespectroscopía
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3. Clasificación de los métodos espectroscópicos de análisis
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RadiaciónRadiación EfectoEfecto
Rayos X y cósmicos Ionización de moléculas
UV-visible Transiciones electrónicas entre los OA y OM
Infrarrojo Deformación de los enlaces químicos
microondas Rotaciones de los enlaces químicos
radiofrecuencias Transiciones de spín electrónico o nuclear en los átomos de la
molécula
Métodos espectroscópicos de análisisMétodos espectroscópicos de análisis
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TÉCNICA TÉCNICA ESPECTROSCÓPICA ESPECTROSCÓPICA
INFORMACIÓN OBTENIDA INFORMACIÓN OBTENIDA
Rayos X Estructura total de la molécula incluida la estereoquímica de la misma a partir de las posiciones relativas de los átomos.
Ultravioleta-Visible Existencia de cromóforos y/o conjugación en la molécula a partir de las absorciones observadas.
Infrarrojo Grupos funcionales a partir de las absorciones observadas.
Espectrometría de masas (*)
Fórmula molecular y subestructuras a partir de los iones observados.
Resonancia magnética nuclear
Grupos funcionales, subestructuras, conectividades, estereoquímica, etc. a partir de datos de desplazamiento químico, áreas de los picos y constantes de acoplamiento observadas
(*) No es una técnica espectroscópica en el sentido que estamos viendo pues no existe irradiación electromagnética de la sustancia y no se produce absorción de dicha radiación.
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Conceptos básicos de Conceptos básicos de espectroscopíaespectroscopía
27/03/13 Luis Adolfo Mercado R., Ph.D 37
3. Leyes de la espectroscopía
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Leyes de la FotometríaLeyes de la Fotometría
Primera Ley de Lambert :
Po Pt
h
Pt = k Po
T = Pt / Po
Espectroscopía basada en absorciónEspectroscopía basada en absorción
27/03/13 38Luis Adolfo Mercado R., Ph.D
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Segunda Ley de Lambert :
Pt = Po e
C = cte.
- k1h
Pt = Po e - K c
2
Ley de Beer :Ley de Beer :
h = cte.
27/03/13 39Luis Adolfo Mercado R., Ph.D
Leyes de la FotometríaLeyes de la Fotometría
Espectroscopía basada en absorciónEspectroscopía basada en absorción
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Ley de Lambert - Beer:Ley de Lambert - Beer:
Pt = Po e - K c h
A = log PoPt
log PtPo
= K c h
A = K c h
o
27/03/13 40Luis Adolfo Mercado R., Ph.D
Leyes de la FotometríaLeyes de la Fotometría
Espectroscopía basada en absorciónEspectroscopía basada en absorción
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AT,λ = logP0
P= ε h c
absorbancia total medida a la
longitud de onda λ
concentración molar de las
especies absorbentes
absortividad
camino óptico
potencia del haz luego de
atravesar la muestra
potencia del haz antes de
atravesar el blanco
P
P0
= Transmitancia (T) A = -logT
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Espectroscopía basada en absorciónEspectroscopía basada en absorción
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A = K c h
A = a c h
A = e c h
A = E c h1% cm
A = 2 - log (% T)
C en g/L h en cm
C en mol/L h en cm
C en g/% h en cm
27/03/13 42Luis Adolfo Mercado R., Ph.D
Ley de Lambert - Beer:Ley de Lambert - Beer:Leyes de la FotometríaLeyes de la Fotometría
Espectroscopía basada en absorciónEspectroscopía basada en absorción
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Definiciones Definiciones
E : E : 1%
cm
a :a : absorbancia de una disolución de concentra-ción gramo por litro en celda de un
centímetro
absorbancia de una disolución de concentra-ción gramo por litro en celda de un
centímetro
e :e : absorbancia de una disolución de concentra-ción mol por litro en celda de un
centímetro
absorbancia de una disolución de concentra-ción mol por litro en celda de un
centímetro
absorbancia de una disolución de concentra- ción gramo por 0.1 litro en celda de un
centímetro
absorbancia de una disolución de concentra- ción gramo por 0.1 litro en celda de un
centímetro
27/03/13 43Luis Adolfo Mercado R., Ph.D
Espectroscopía basada en absorciónEspectroscopía basada en absorción
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La representación gráfica correspondiente a absorbancia y transmitancia en un gradiente de concentraciones es la siguiente:
Concentración
27/03/13 44Luis Adolfo Mercado R., Ph.D
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La absorbancia total de una muestra a una longitud de onda determinada es la suma de las absorbancias de cada uno de sus constituyentes a dicha longitud de onda.
Propiedad aditiva de la absorbanciaPropiedad aditiva de la absorbancia
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
0 200 400 600 800
longitud de onda (nm)
A
¡esto obliga a seleccionar muy bien la λdel analito!
27/03/13 Luis Adolfo Mercado R., Ph.D 45
Espectroscopía basada en absorciónEspectroscopía basada en absorción
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Absortividad molar
ProblemaProblema
Una disolución de un analito de concentración 5.00 x 10-4M es puesta en una celda de muestras la cual tiene una longitud de 1.00 cm. Cuando se mide a una longitud de 490 nm, la absorbancia de la solución es 0.338. ¿Cuál es la absortividad molar del analito a esta longitud de onda?
depende de: • características del disolvente• especie absorbente• longitud de onda de trabajo
Solución:
27/03/13 Luis Adolfo Mercado R., Ph.D 46
Espectroscopía basada en absorciónEspectroscopía basada en absorción
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27/03/13 Luis Adolfo Mercado R., Ph.D 47
Las absorbancias de las disoluciones que contienen Cr como Cr2O72- en 1.0 M
de H2SO4se midieron a 440 nm en una celda de 1 cm. Se obtuvieron los siguientes resultados:
Conc. de Cr, μg/mL
Abs. a 440 nm
10.00 0.034
25.00 0.085
50.00 0.168
75.00 0.252
100.00 0.335
200.00 0.669
Determine la absortividad del dicromato (Lg-1cm-1) y la absortividad molar en (L mol-1 cm-1) a 440 nm
ProblemaProblema
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27/03/13 Luis Adolfo Mercado R., Ph.D 48
Los datos siguientes se tomaron de un espectrofotómetro de diodos en serie en un experimento para medir el espectro del complejo Co(II)-EDTA. La columna llamada Psolución es la señal relativa que se obtiene con una disolución de la muestra en la celda después de la sustracción de la señal oscura. La columna Psolvente es la señal de referencia que se obtiene cuando sólo está el solvente en la celda después de la sustracción de la señal oscura. Determine la transmitancia a cada longitud de onda y la absorbancia en cada longitud de onda. Grafique el espectro del compuesto
ProblemaProblemaWavelength, nm Psolvent Psolution
350 0.002689 0.002560
375 0.006326 0.005995
400 0.016975 0.015143
425 0.035517 0.031648
450 0.062425 0.024978
475 0.095374 0.019073
500 0.140567 0.023275
525 0.188984 0.037448
550 0.263103 0.088537
575 0.318361 0.200872
600 0.394600 0.278072
625 0.477018 0.363525
650 0.564295 0.468281
675 0.655066 0.611062
700 0.739180 0.704126
725 0.813694 0.777466
750 0.885979 0.863224
775 0.945083 0.921446
800 1.000000 0.977237
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Limitaciones de la ley de Lambert- BeerLimitaciones de la ley de Lambert- BeerDe acuerdo a la ley de Lambert-Beer, una curva de calibración de absorbancia versus la concentración del analito en una serie de soluciones estándar debe ser una recta, con ordenada en el origen en O y una pendiente ab o εb. En muchos casos, sin embargo, se encuentran curvas de calibración no-lineales.
Estas desviaciones de la linealidad están divididas en 3 categorías: Fundamentales, Fundamentales, químicas e instrumentalesquímicas e instrumentales
27/03/13 Luis Adolfo Mercado R., Ph.D 49
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La mayor parte de las especies cumplen con la ley en un determinadointervalo de concentraciones. Fuera de él, experimentan desviacionespositivas o negativas. Esto se observa bien en el calibrado:
absorbancia
concentración
Es preciso asegurar que se está trabajando en el intervalo lineal!!
respuesta debidaa la autoabsorcióno a la luz escasa queatraviesa la cubeta
respuesta del blanco,interferencias o escasasensibilidad
27/03/13 Luis Adolfo Mercado R., Ph.D 50
Limitaciones de la ley de Lambert- BeerLimitaciones de la ley de Lambert- Beer
ANÁLISIS INSTRUMENTALUAGRMUAGRM
selección de la longitud de onda de trabajo
A
λ
A
concentración
banda B
banda A
banda Abanda Bbanda C
banda C
Se debe de procurar medir las absorbancias en el entorno más próximoa la λ max. de absorción en el espectro (se minimizan errores) y se logranmáximas sensibilidades.
Midiendo lejos de ese punto de máxima absorción:Midiendo lejos de ese punto de máxima absorción:pequeñas variaciones en la medida se traducen en grandes errores.pequeñas variaciones en la medida se traducen en grandes errores.
27/03/13 Luis Adolfo Mercado R., Ph.D 51
Limitaciones de la ley de Lambert- BeerLimitaciones de la ley de Lambert- Beer
ANÁLISIS INSTRUMENTALUAGRMUAGRM
Es conveniente ajustar el intervalo óptimo de transmitancias en lasque el error de concentración es mínimo. Es fácilmente demostrableque calibrando concentraciones que supongan un 20-80% de transmitancia,el error es mínimo.
pequeños ∆ C ocasionangrandes ∆ %T
pequeños ∆ %T ocasionangrandes ∆ C
concentración% T
errorrelativo
27/03/13 Luis Adolfo Mercado R., Ph.D 52
Limitaciones de la ley de Lambert- BeerLimitaciones de la ley de Lambert- Beer
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Conceptos básicos de Conceptos básicos de espectroscopíaespectroscopía
27/03/13 Luis Adolfo Mercado R., Ph.D 53
4. Componentes básicos de los instrumentos espectroscópicos
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Componentes básicos de losComponentes básicos de los instrumentos espectroscópicosinstrumentos espectroscópicos
1. Fuente2. Selector3. Muestra4. Detector5. Transductor6. Registro
12
3
4
5
6
A
λ
27/03/13 54Luis Adolfo Mercado R., Ph.D
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FuentesFuentes
UV : lámpara de cuarzo- hidrógeno lámpara de cuarzo - deuterio
VIS : filamento de tungsteno
200 - 350 nm
350 - 750 nm
IR : emisor de Nerst globar filamento incandescente arco de mercurio fuentes láser
27/03/13 55Luis Adolfo Mercado R., Ph.D
Componentes básicos de los instrumentos espectroscópicosComponentes básicos de los instrumentos espectroscópicos
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Fuentes de radiación electromagnéticaFuentes de radiación electromagnética
Componentes básicos de los instrumentos espectroscópicosComponentes básicos de los instrumentos espectroscópicos
27/03/13 Luis Adolfo Mercado R., Ph.D 56
ANÁLISIS INSTRUMENTALUAGRMUAGRM
Fuentes comunes de radiación electromagnética en espectroscopíaFuentes comunes de radiación electromagnética en espectroscopía
Fuentes de energía térmicaFuentes de energía térmica
Las fuentes de energía térmica más comunes son llamas y plasmas. Las llamas
se originan por combustión de un combustible y un oxidante tales como
acetileno y aire, con lo cuál se alcanzan temperaturas entre 2000 y 3400 K. Los
plasmas, los cuáles están a altas temperaturas, son gases ionizados que
proveen temperaturas entre 6000 y 10000 K.
Componentes básicos de los instrumentos espectroscópicosComponentes básicos de los instrumentos espectroscópicos
27/03/13 Luis Adolfo Mercado R., Ph.D 57
ANÁLISIS INSTRUMENTALUAGRMUAGRM
Fuentes comunes de radiación electromagnéticaFuentes comunes de radiación electromagnética
Fuentes de energía químicaFuentes de energía química
Las reacciones exotérmicas pueden también servir como fuente de energía. En
quimioluminiscencia, el analito es elevado a un estado de alta energía por medio
de una reacción química, emitiendo radiaciones características cuando retorna
al estado de baja energía.
Componentes básicos de los instrumentos espectroscópicosComponentes básicos de los instrumentos espectroscópicos
27/03/13 Luis Adolfo Mercado R., Ph.D 58
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Componentes básicos de losComponentes básicos de los instrumentos espectroscópicosinstrumentos espectroscópicos
1. Fuente2. Selector3. Muestra4. Detector5. Transductor6. Registro
12
3
4
5
6
A
λ
27/03/13 59Luis Adolfo Mercado R., Ph.D
ANÁLISIS INSTRUMENTALUAGRMUAGRM
Selección de la longitud de ondaSelección de la longitud de onda
Un selector de longitud de onda
deja pasar una banda estrecha de
radiación caracterizada por una
longitud de onda nominal, un
ancho de banda efectivo y una
máxima potencia de radiación. El
ancho de banda efectivo se define
como el ancho de la banda a la
mitad de la máxima potencia de
radiación
Componentes básicos de los instrumentos espectroscópicosComponentes básicos de los instrumentos espectroscópicos
27/03/13 Luis Adolfo Mercado R., Ph.D 60
Anchode banda
Long. de onda In
ten
sid
ad
Características espectrales de un sistemaselector de longitud de onda
ANÁLISIS INSTRUMENTALUAGRMUAGRM
Selección de la longitud de ondaSelección de la longitud de onda
Componentes básicos de los instrumentos espectroscópicosComponentes básicos de los instrumentos espectroscópicos
Ancho de banda efectivo= 0.25 nmAncho de banda efectivo= 0.25 nm
Ancho de banda efectivo= 1.0 nmAncho de banda efectivo= 1.0 nm
Ancho de banda efectivo= 2.0 nmAncho de banda efectivo= 2.0 nm
Ancho de banda efectivo= 4.0 nmAncho de banda efectivo= 4.0 nm
27/03/13 Luis Adolfo Mercado R., Ph.D 61
ANÁLISIS INSTRUMENTALUAGRMUAGRM
Selección de la longitud de ondaSelección de la longitud de onda
Componentes básicos de los instrumentos espectroscópicosComponentes básicos de los instrumentos espectroscópicos
Para análisis cualitativo, la resolución es generalmente más importante que la máxima potencia de radiación; así, pequeños anchos de banda efectivos son deseables.
En análisis cuantitativo una alta potencia de radiación es usualmente deseable
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ANÁLISIS INSTRUMENTALUAGRMUAGRM
Selector :
Prisma de difracción
rendijaFiltro
Rejilla
filtro, prisma o rejilla
27/03/13 63Luis Adolfo Mercado R., Ph.D
Componentes básicos de losComponentes básicos de los instrumentos espectroscópicosinstrumentos espectroscópicos
ANÁLISIS INSTRUMENTALUAGRMUAGRM
Monocromadores
espejo colimador
espejo focalizador
lente colimadora
λ1
con red dedifracción
λ1
λ2
rendija de entrada
rendija de salida
lente focalizadora
elemento dispersante
λ2con prisma
27/03/13 64Luis Adolfo Mercado R., Ph.D
ANÁLISIS INSTRUMENTALUAGRMUAGRM
27/03/13 Luis Adolfo Mercado R., Ph.D 65
ANÁLISIS INSTRUMENTALUAGRMUAGRM
Componentes básicos de losComponentes básicos de los instrumentos espectroscópicosinstrumentos espectroscópicos
1. Fuente2. Selector3. Muestra4. Detector5. Transductor6. Registro
12
3
4
5
6
A
λ
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ANÁLISIS INSTRUMENTALUAGRMUAGRM
Area de la muestra : celdas
UV : cuarzo, sílice
VIS : vidrio, cuarzo, sílice
IR : cloruro de sodio, bromurode potasio, yoduro de cesio
27/03/13 67Luis Adolfo Mercado R., Ph.D
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ANÁLISIS INSTRUMENTALUAGRMUAGRM
Celda para gases en IR :
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Componentes básicos de los instrumentos espectroscópicosComponentes básicos de los instrumentos espectroscópicos
ANÁLISIS INSTRUMENTALUAGRMUAGRM
Celda desmontable para IR :
27/03/13 69Luis Adolfo Mercado R., Ph.D
Componentes básicos de los instrumentos espectroscópicosComponentes básicos de los instrumentos espectroscópicos
ANÁLISIS INSTRUMENTALUAGRMUAGRM
Componentes básicos de losComponentes básicos de los instrumentos espectroscópicosinstrumentos espectroscópicos
1. Fuente2. Selector3. Muestra4. Detector5. Transductor6. Registro
12
3
4
5
6
A
λ
27/03/13 70Luis Adolfo Mercado R., Ph.D
ANÁLISIS INSTRUMENTALUAGRMUAGRM
Detectores :
De fotones (fotoeléctricos) celda fotovoltaica (VIS) fototubo (UV-VIS) fotodiodos de silicio
De calor (térmicos) termopar termocupla neumático
27/03/13 71Luis Adolfo Mercado R., Ph.D
Componentes básicos de losComponentes básicos de los instrumentos espectroscópicosinstrumentos espectroscópicos
Al final la luz seleccionada tiene que ser detectada y cuantificada.*Esto se consigue con el empleo de detectores cuyo cometido es convertir la respuesta del instrumento en una señal medible.*Dependiendo del tipo de luz con el que se trabaja existen distintos tipos de detectores:
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FOTOTUBOS Y FOTOMULTIPLICADORES
Están basados en el efecto fotoeléctrico, en el que la incidencia de unhaz fotónico sobre un metal es capaz de generar energía eléctrica
En el caso de los fotomultiplicadores, la señal se amplifica mediante el uso de diodos en serie.
FOTOTUBO
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Componentes básicos de losComponentes básicos de los instrumentos espectroscópicosinstrumentos espectroscópicos
colector
FOTOMULTIPLICADOR
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27/03/13 73Luis Adolfo Mercado R., Ph.D
Componentes básicos de losComponentes básicos de los instrumentos espectroscópicosinstrumentos espectroscópicos
En la actualidad es el detector espectrofotométrico mas utilizado acoplado a un sistema cromatográfico líquido
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Requisitos de los detectores
deben tener bajo nivel de ruido
la señal debe ser proporcional a la potencia radiante
deben producir señal eléctrica fácilmente amplificable
deben ser sensibles a bajos niveles de radiación
deben dar respuesta rápida
deben responder a un amplio rango de longitudes de onda
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Componentes básicos de losComponentes básicos de los instrumentos espectroscópicosinstrumentos espectroscópicos
ANÁLISIS INSTRUMENTALUAGRMUAGRM
Componentes básicos de losComponentes básicos de los instrumentos espectroscópicosinstrumentos espectroscópicos
1. Fuente2. Selector3. Muestra4. Detector5. Transductor6. Registro
12
3
4
5
6
A
λ
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ANÁLISIS INSTRUMENTALUAGRMUAGRM
La señal eléctrica generada por el transductor es enviada a un procesador de
señal donde se muestra de la forma más conveniente para el analista. El
procesador de señal también puede ser usado para calibrar la respuesta del
detector, para amplificar la señal del detector, para eliminar el ruido por
filtración o por transformación matemática de la señal.
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Procesador de señal y lectura
Es el último componente básico de instrumentación
Todo espectrofotómetro ha de disponer de:1. Sistema de amplificación propia que produzca una señal medible2. Un sistema procesador de la señal, que permita eliminar, promediar datos, proporcionar salida de lectura, dirigir la salida de la señal..etc3. Una salida de la señal: digital,registrador..etc4. Tener cierta capacidad de procesar números /FTIR
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Componentes básicos de losComponentes básicos de los instrumentos espectroscópicosinstrumentos espectroscópicos
ANÁLISIS INSTRUMENTALUAGRMUAGRM
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Limitaciones instrumentales
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Especificaciones y parámetros óptimos de trabajoEspecificaciones y parámetros óptimos de trabajo
Se denomina exactitud y reproducibilidad fotométricaexactitud y reproducibilidad fotométrica a la exactitud de las
determinaciones de transmitancia o absorbancia y a la reproducibilidad de las mismas
respectivamente.
La exactitud y reproducibilidad de longitud de ondaexactitud y reproducibilidad de longitud de onda en general son sumamente
importantes en determinaciones cualitativas porque afectan la certeza del dato de la
longitud de onda del máximo o mínimo espectral y la posibilidad de su comparación con
otros espectros, particularmente si se trata de sustancias con máximos o mínimos
próximos
a) el ancho de banda espectral (que gobierna la resolución);
b) la luz espuria («stray light» o «luz dispersa»);
c) la relación señal a ruido;
d) la respuesta y energía.
Limitaciones instrumentalesLimitaciones instrumentales
ANÁLISIS INSTRUMENTALUAGRMUAGRM
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Limitaciones instrumentalesLimitaciones instrumentales
Ancho de banda
espectral
Cuanto más estrecho sea
este rango más cerca se
estaría, en principio, del
valor real,
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Luz espuria o parásita
En general, esta radiación «contaminante» no deseada, que se denomina
consecuentemente luz espuria («stray light», luz dispersa o luz falsa) es sólo
una pequeña cantidad respecto de la radiación del intervalo deseado o «luz
genuina», si el espectrofotómetro está en condiciones razonablemente buenas.
Por ello bajo condiciones normales, no muy severas, los errores debidos a la luz
espuria no son muy graves, pero hay situaciones en las que el error ocasionado
puede ser de consideración.
Limitaciones instrumentalesLimitaciones instrumentales
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Luz espuria
Limitaciones instrumentalesLimitaciones instrumentales
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Luz espuria o parásita
Limitaciones instrumentalesLimitaciones instrumentales
ANÁLISIS INSTRUMENTALUAGRMUAGRM
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Luz espuria o parásita
Limitaciones instrumentalesLimitaciones instrumentales
Se aprecia la señal del detector en función de la real longitud de onda (curva superior). Si la muestra absorbe fuertemente en la zona de longitudes de onda seleccionada, como se representa en la segunda curva, al detector llegará muy poca luz «genuina» y, por lo tanto, una cantidad relativamente grande de luz espuria, lo que se ilustra en la figura inferior. El resultado naturalmente es una señal detectada total mayor que la que correspondería, esto es, error por defecto en absorbancias (y por tanto en concentración). Supongamos que la muestra ha absorbido 99% de la luz «genuina», o sea, pasa un 1% (absorbancia 2,0). Si la luz espuria del espectrofotómetro en esa zona es de 0,5%, al detector llega la suma de ambas, 1,5%, lo que significa 50% de error en transmitancia, si bien sólo menos de un 18% en términos de absorbancia o concentración.
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