INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS
Espectroscopia Espectroscopia Molecular y Atómica
“Partes del espectrofotómetro”
Alumno Sánchez Márquez Sajid
Profesora. Jiménez Vieyra María Elena Grupo: 3IM74
PARTES DEL ESPECTROFOTOMETRO
La mayoría de los equipos de espectroscopia que se utilizan en las regiones UV-Visible tienen los siguientes componentes: 1. Una fuente estable de energía radiante. 2. Un selector de longitudes de onda que aísla una región limitada dl espectro para su medida. 3. Uno o varios recipientes de muestras 4. Un detector de radiación que convierte la energía radiante en una señal eléctrica medible 5. Una unidad de procesamiento y lectura de señales que habitualmente consiste en un equipo electrónico y un computador. FUENTES ESPECTROSCÓPICAS
Una fuente apropiada para estudios espectroscópicos debe generar un haz de radiación suficientemente energético para que su detección y medida sean fáciles de realizar. Existen dos tipos de fuentes: Fuentes continuas: emiten una radiación cuya intensidad varía de manera gradual en función de la longitud de onda Fuentes lineales: emiten un numero limitado de líneas espectrales, cada una de las cuales abarca un rango de longitudes de onda muy limitado. Las fuentes también se pueden clasificar como: Fuentes continuas: emiten una radiación constante con respecto al tiempo. Fuentes pulsantes: emiten radiación en forma interrumpida a modo de r áfagas. Fuentes continuas mas empleadas para el rango UV/visible Regiones de longitud de Fuente onda, nm
Tipo de espectroscopia
Lámparas de arco de Xenón
250-600
Fluorescencia molecular
Lámpara de H2 y D2
160-380
Absorción molecular UV
Lámpara de Tungsteno/halógeno
240-2500
Absorción molecular UV/ visible/ IR cercano
Lámpara de Tungsteno
350-2200
Absorción molecular visible/ IR cercano
Lampara de Nernst
400-20000
Absorción molecular IR
Alambre de nicromo
750-20000
Absorción molecular IR
Globar
1200-40000
Absorción molecular IR
SELECTORES DE LONGITUDES DE ONDA
Estos dispositivos refuerzan tanto la selectividad como la sensibilidad de un instrumento. Muchos instrumentos utilizan un monocromador o filtro para aislar las longitudes de onda deseada para que solo la banda de interés sea detectada y medida, este generalmente tiene una rejilla de difracción para dispersar la radiación en sus longitudes de onda. El intervalo de longitudes de onda que pasan por un monocromador son denominadas paso de banda espectral o ancho de banda efectiva. Otros instrumentos utilizan un espectrógrafo para desdoblar o dispersar las longitudes de onda en forma que puedan ser captadas por un detector de multicanales. Otros instrumentos que se utilizan en espectroscopia de emisión contienen un dispositivo llamado policromador qu tiene varias rendijas de salida y multiples detectores. Esto permite la medida simultánea de muchas longitudes de onda discretas. REJILLAS
La rejilla maestra consta de una superficie dura, pulida y ópticamente plana, en la que mediante una herramienta de diamante con forma adecuada se hace un buen numero de surcos paralelos muy cercanos entre si. Comúnmente la rejilla para la región UV y visible contiene entre 300 y 2000 surcos/mm siendo entre 1200 y 1400 el mas común Rejilla escalonada. Esta ranurada o abrillantada para que tenga caras relativamente anchas en las que se produzca la reflexión y también caras estrechas que no se utilizan. Esta geometría permite una difracción muy eficaz de la radiación. La dispersión de la radiación a lo largo del plano focal es lineal. Rejillas cóncavas. Permite diseñar un monocromador sin espejos o lentes auxiliares de colimación y enfoque, porque la superficie cóncava dispersa la radiación y la enfoca también en la rendija de salida. Rejilla holográfica Debido a su mayor perfección en cuanto a la forma y las dimensiones de las líneas, producen espectros más libres de radiación parásita y fantasmas. FILTROS
Filtros de radiación. El funcionamiento de los filtros consiste en absorber toda la radiación de una fuente continua, con excepción de una banda restringida. En espectrografía se utilizan dos tipos de filtro: filtros de interferencia y filtros de absorción y en general, transmiten una fracción de radiación mucho mayor a sus longitudes de ondas nominales, que los filtros de absorción. Filtros de interferencia. Se utilizan con la radiación ultravioleta y visible, asi como con longitudes de onda de hasta 14 µm en la región infrarroja. Se basa en la interferencia óptica para proporcionar una banda de radiación estrecha que suele tener de 5 a 20 nm de ancho. Consta de una capa de material dieléctrico revestida por ambas caras con una película de metal que transmite casi la mitad de la radiación que incide en ella y reflejan la otra mitad. Filtros de absorción. Solo pueden emplearse en la región visible. Constan de una placa de vidrio de color que suprime parte de la radiación incidente por la absorción, tienen anchos de banda que varían entre 30 y 250 nm. Pero sus características de rendimiento son claramente inferiores a las de los filtros de interferencia.
DETECTORES.
Un detector es un dispositivo que indica la existencia de algún fenómeno físico. En los instrumentos modernos la información buscada se codifica y se procesa como una señal eléctrica. El término transductor se emplea para indicar el tipo de detector que convierte cantidades, tales como intensidad luminosa, pH, masa y temperatura, en señales eléctricas que después pueden ser amplificadas, manipuladas y convertidas en números proporcionales a la magnitud de la cantidad original. Propiedades de lo transductores de radiación. El transductor ideal responde a niveles bajos de energía radiante en una amplia gama de longitudes de onda, produce una señal eléctrica amplificable y tiene bajo nivel de ruido eléctrico. Es esencial que la señal eléctrica producida por el transductor sea directamente proporcional a la potencia radiante P del rayo. Hay dos tipos generales:uno de ellos responde a los fotones y el otro al calor. Todos los detectores de fotones se basan en la interacción de radiación con una superficie reactiva, ya sea para producir electrones (fotoemisión) o para promover electrones a estados de energía en los que pueden conducir electricidad (fotoconducción). PROCESADORES DE SEÑALES E INDICADORES.
Son dispositivos electrónicos que amplifican la señal eléctrica procedente del detector, además, pueden modificar la señal cc a ca, cambiar la fase de la señal y filtrarla para suprimir los componentes no deseados. RECIPIENTES PARA MUESTRAS.
Generalmente reciben el nombre de celdas o probetas, deben tener ventanas que sean transparentes a la región del espectro que se desea detectar. Las mejores tienen ventanas perpendiculares a la dirección del rayo a fin de minimizar las perdidas por reflexión.
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Un espectrofotómetro o colorímetro hace uso de la transmisión de la luz a través de una solución para determinar la concentración de un soluto dentro de la solución. Un espectrofotómetro difiere de un colorímetro en la manera en la cual la luz es separada en sus longitudes de onda componentes. Un espectrofotómetro usa un prisma y un colorímetro utiliza filtros. Ambos se basan en un diseño simple en el cual la luz de una determinada longitud de onda pasa a través de una muestra y se mide la cantidad de luz que es transmitida. Esto es realizado colocando una fotocelda del otro lado de la muestra. Todas las moléculas absorben energía radiante en una longitud de onda u otra. Esas que absorben energía dentro del espectro visible son conocidos como pigmentos. Las proteínas y los ácidos nucleicos absorben luz en el rango ultravioleta. La transmitancia es el porcentaje de luz que pasa a través de una muestra. Lo que hace a todo esto fácil de aplicar, es la conversión de esa información de porcentaje de transmitancia en una función logarítmica conocida como absorbancia (o densidad óptica). La Ley de Beer-Lambert Definición La absorbancia: Es el negativo del logaritmo en base 10 de la transmitancia. A = - log10 T A=absorbancia T=transmitancia La relación de la absorbancia con la concentración se encontró por dos bioquímicos que tiene la ecuación para una línea recta, y= mx +b, dónde la m es la pendiente de la línea y b es la intercepción de la recta con el eje y. Si la medición se realiza de tal manera que b = 0 (es decir, una solución que no contiene colorante no tiene absorbancia), y si substituimos a absorbancia por y, entonces la concentración por x, m, llegamos a la formulación de la Ley de Beer-Lambert: A = ε Cl
Donde A = absorbancia C = concentración molar ε = el coeficiente de extinción molar para una determinada longitud de onda
l = distancia que atraviesa la luz por la muestra en centímetros Los equipos y las celdas están diseñados de tal manera que l siempre es 1 cm y por tanto es ignorado.
Para utilizar un espectrofotómetro hay que preparar una serie de diluciones con concentración conocida. Una de estas muestras no contendrá soluto y es conocido como el “BLANCO”. Se usa para ajustar el instrumento para leer transmitancia del 100 % o 0 de absorbancia. En la práctica, un valor de transmitancia (la absorbancia infinita) de 0 % es establecido colocando un objeto opaco la fuente de luz y la fotocelda. El control electrónico es accionado a fin de que muestre una lectura de transmitancia de 0 %.. La muestra “BLANCO” (no contiene soluto o colorante) es colocada en el porta celda, y el espectrofotómetro reajustado para leer transmitancia de 100 %. Todas la demás medidas serán hechas solo por introducir las muestras en el porta celdas y medir el % de transmitancia. La mayoría de espectrofotómetros tienen sistema de conversión del % de transmitancia en absorbancia. Después de registrar la absorbancia para una serie de muestras de concentración conocida (estándares), se hace una gráfica del valor de absorbancia (el eje vertical o Y) vs la concentración (el eje de las abscisas o X). La pendiente de la línea es el coeficiente de extinción (ε).
Note que esto puede ser computado directamente por rearreglo de la ley de BeerLambert, así: ε = A/C
Este valor puede calcularse para cada lectura y el promedio asumida como el valor de la pendiente. Recuerde que este valor es una constante. Así, una vez que se calcula, subsiguientemente puede usarse para determinar una concentración desconocida por un nuevo rearreglo de la ley del Beer-Lambert C=A/ε
Cualquier valor de absorbancia puede ser fácilmente convertido a una concentración correspondiente solamente div idiendo la absorbancia por ε. Tanto longitudes de onda en el infrarrojo o ultravioleta (UV) pueden ser medidas. La UV es muy útil para los biólogos debido a que muchas moléculas (todas las proteínas y todos ácidos nucleicos) absorben luz ultravioleta. Los únicos cambios que se necesita hacer es el uso de celdas de cuarzo en lugar de celdas o tubos de vidrio o plástico. El vidrio y el plástico absorben la luz UV y por lo tanto son inapropiados para el uso en un espectrofotómetro UV. Un equipo capaz de utilizar luz visible (usualmente con una lámpara de tungsteno o halógeno) y luz UV es conocido como un espectrofotómetro UV/Vis.
BLIBLIOGRAFIA
*Análisis químico cuantitativo, Daniel C. Harris, 3ra Edición, Editorial REVERTÉ, pág. 461 *Métodos ópticos de Análisis, Eugene D. Olsen, Editorial REVERTÉ 1990, pág. 114 *http://elblogdeadepi.blogspot.mx/p/resumen-analisis-bioquimico-fundamentos.html
*http://cristiancarvajalmayo.blogspot.mx/2011/05/espectrofotometro.html
