“MÉTODOS ESPECTROSCÓPICOS”

La espectroscopia es la ciencia que estudia las distintas interacciones de la radiación con la materia.

Los métodos espectrométricos son un amplio grupo de métodos que se basan:

Históricamente, las interacciones de interés se producían entre la radiación electromagnética y la materia, sin embargo, en la actualidad este término se ha ampliado para incluir las interacciones entre la materia y otras formas de energía; como lo son: las ondas acústicas y los haces de partículas como iones o electrones.

La espectrometría y los métodos espectrométricos hacen referencia a la medida de la intensidad de la radiación mediante un detector fotoeléctrico o con otro tipo de dispositivo electrónico.

Los métodos espectrométricos más ampliamente utilizados son los relacionados con la radiación electromagnética, que es un tipo de energía que toma varias formas, de las cuales las más fácilmente reconocibles son la luz y el calor radiante. Mediante las manifestaciones más reconocidas como lo son los rayos gamma, X, así como las radiaciones ultravioleta, de microondas y radiofrecuencia.

Características de la radiación electromagnética.

La radiación electromagnética está constituida por ondas que se propagan en el espacio a la velocidad c. Las ondas están constituidas por componentes eléctricos y magnéticos perpendiculares entre sí, como se muestra en la ilustración 2, donde se presenta una onda polarizada que se propaga del eje X.

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Espectroscopía

Atómica

Molecular

Ilustración 1. Tipos de espectroscopias.

Ilustración 2. Radiación electromagnética polarizada en un plano.

Interacción materia-radiación electromagnética

Cuando coincide radiación electromagnética sobre una muestra material puede ser absorbida por ella (forma parcial), transformándose, en muchas ocasiones, en energía térmica. Sin embargo, otras veces, parte de la radiación puede ser dispersada o re-emitida, con o sin cambio de longitud de onda.

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Ilustración 3. Equivalencias de unidades.

Ilustración 4. Relación Einstein-Plack. Donde h es la constante de Planck (6.63x10-34Js).

Es posible que como consecuencia de la radiación, sin necesidad de producirse absorción y emisión. Por otra parte la muestra puede emitir radiación electromagnética si se excita bajo determinadas condiciones.

Cuando la materia interacciona con energía térmica o electromagnética los átomos y las moléculas pueden pasar a un estado activado en el que permanecen durante un periodo de tiempo muy corto regresando a su estado fundamental.

En este proceso ceden la energía previamente absorbida a su entorno en forma de calor, o en forma de fotones, de la misma longitud de onda o menor.

Ultravioleta:Lámpara de Argón

DiafragmaIris

Filtro Celda con ventanas de LiF

Fototubo multiplicador

Electrónico Microamperímetro

Lámpara de Xenón Peine Cuña de interferencia

Celda de Cuarzo Fototubo Cerebro humano (el detector es el

ojo)

GalvanómetroPuente

Lámpara de hidrógeno

Cuña neutral Monocromador:De prisma, rejilla

o ambos

Celda de vidrio Celda fotovoltaica

Potenciómetro

Visible:Lámpara de tungsteno

Dispositivo polarizador

Celda con ventanas de NaCl, CsBr, o

AgCl

Placa fotográfica

Cerebro humano (el detector es el ojo)

Luz de día

Diafragma del sector

Suspensiones en KBr (Pastilla)

OjoOsciloscopioInfrarroja:

GlobarFuente de Nernst Celda de PbS

TermoparBolómetro

Celda Neumática

Potenciómetro de registro autoequilibrado

La función de los elementos mencionados en la tabla, pueden designarse en términos generales de la manera siguiente.

1) La fuente; proporciona una radiación continua de energía sobre la región de longitud de onda deseada, una lámpara con filamento de tungsteno proporciona un espectro continuo visible y se mantiene en una energía casi constante mediante un transformador de voltaje.

2) Los controles de intensidad permiten un ajuste preciso de la energía del haz.

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3) El dispositivo para aislar una banda espectral debe transmitir una región de longitudes de onda claramente limitada, se trata de un filtro de vidrio que pasa una banda de unos cuantos cientos o algo menos, de angstroms de amplitud.4) El recipiente, que es celda de corte transversal rectangular, proporciona un espesor de muestra conocido y "constante" en la dirección del haz. 5) El transductor-detector tiene una salida proporcional a la energía de la radiación incidente en cada longitud de onda, es una fotocelda que genera una corriente directamente proporcional a la energía de radiación.6) El amplificador aumenta las señales débiles lo suficiente para ser registradas.7) El dispositivo de computación realiza las operaciones necesarias para convertir la señal a una forma en la que proporcione informaciones útiles. Finalmente, el dispositivo de presentación produce la señal.

Existen distintos tipos de aparatos para detectar diferentes propiedades, se mencionan a continuación:

Espectrofotómetros de un solo haz

Un espectrofotómetro se produce con la incorporación de un monocromador como dispositivo para aislar la frecuencia de longitud de onda en un fotómetro. El monocromador permite una variación continua en la selección de longitudes de onda sobre una porción del espectro y proporciona un haz cuya amplitud de banda es con frecuencia ajustable y puede ser tan angosta que mida 1 angstrom.

Diseño de doble haz

En este tipo de arreglo, un haz proporciona la señal de referencia y la otra una de medición. El testigo se coloca en el primer haz y la muestra en el segundo. Utilizando referencias intermitentes o continuas al haz de referencia cuando se hacen las mediciones, se eliminan en gran parte los errores que pueden resultar de fluctuaciones y cambios en el voltaje aplicado, la intensidad de la fuente, la respuesta del detector y en el incremento del amplificador, así como otras irregularidades como los errores del blanco quedan compensados gracias a su diseño.Espectrofotómetros de registro

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Los instrumentos que pertenecen a este tipo son espectrofotómetros de precisión, cuyo funcionamiento se hace automáticamente en su totalidad. Una vez que una muestra y una referencia se colocan en su sitio y que los controles se ajustan, el espectrofotómetro de registro determinará y registrará la curva de absorción de la muestra sobre una o más regiones espectrales. Ofreciendo grandes ventajas para los estudios analíticos cualitativos. No se pierde ningún detalle como podría suceder en una operación manual, en donde las lecturas se toman a intervalos. Los estudios cuantitativos, sobre todo los de mezclas, se facilitan al tener los registros de las transmitancias en diferentes longitudes de onda.

Espectrofotómetros de exploración rápida

Utilizando un detector con un tiempo de respuesta muy corto y un prisma dispersor que tenga un espejo que pueda oscilar rápida y repetidamente a lo largo de un arco dado, es posible explorar alcances de longitud de onda limitados, varias veces por segundo. Puesto que comúnmente se usa una anchura de rendija fija, la resolución varía con la longitud de onda. Un instrumento de este tipo se adapta bien a los análisis continuos de un sistema químico para uno o quizá varios componentes.

Fotómetros no dispersores

Un analizador infrarrojo negativo no dispersor típico. 1, fuente infrarroja; 2, espejo esférico de enfoque; 3, celda de interferencia; 4, celda de muestra; 5 celda de referencia (celda de filtro); 6, celda compensadora; 8, bolómetros de incorporación de puente (7) como los brazos; 9,

registrador.

En un tipo de fotómetro no dispersor, un arreglo de doble haz permite que la energía total transmitida por la celda de muestra, se compare con la de un haz idéntico que pasa a través de la celda de muestra y de una de referencia llena con la sustancia que se busca. La radiación transmitida en cada haz, es entonces absorbida por un par de receptores que forman los brazos de un puente de Wheatstone. El punto de equilibrio es indicativo de la concentración del constituyente buscado en la muestra.

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