Aspectos teóricos de la espectrofotometría

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O-
O
C
S O 3-
Taller de
Espectrofotometría
7 al 10 de julio de 2014
Alberto Rojas Hernández
María Teresa Ramírez Silva
UAM-Iztapalapa
XII Semana de la Química
Adaptado de: http://rabfis15.uco.es/lvct/tutorial/30/informacion%20web/761frame1.htm
Modelo ondulatorio de la luz
¿Qué
es la
La luz está
formada
por luz?
campos electromagnéticos
oscilantes en el espacio y en el tiempo
(ondas de radiación electromagnética).
La luz policromática está formada por la
superposición de diferentes tipos de onda (ondas de
diferente longitud de onda (), frecuencia () y
velocidad (c ó v)).
La luz monocromática está formada por la
superposición de ondas del mismo tipo (ondas de
igual , , c(ó v)).
Modelo cuántico de la luz
La luz está formada por paquetes de energía
electromagnética llamados quanta o fotones.
Einstein, 1905.
La luz policromática transporta fotones de diferentes
energías.
La luz monocromática transporta fotones de igual
energía.
Einstein postuló que cada fotón tiene una energía
igual a: Efotón = h = hc/. En esta ecuación h es la
constante de Planck.
La intensidad luminosa de un rayo de luz (I) se
define como la derivada de la energía total que el
rayo de luz transporta con respecto al tiempo. Así,
para un rayo de luz monocromática:
I = d(Etotal)/dt = d(NEfotón)/dt = Efotón[dN/dt]
velocidad de propagación (c ó v): distancia recorrida
por la onda en la unidad de tiempo, c = v  .
En la figura sólo se está representando luz polarizada
plana.
Luz no polarizada
Luz polarizada plana
siendo N el número de fotones del rayo de luz
monocromática que pasan por cierto sector.
Cuando un sistema absorbe luz, el rayo pierde
intensidad.
4.0 x 10-5 cm
400 nm
longitud de onda
X 105 cm
1 Ångstrom
ultravioleta
visible
infrarrojo
1 nanómetro
500 nm
metro
microondas
anaranjado
600 nm
Espectro electromagnético
(completo)
7.0 x 10-5 cm
700 nm
Región visible
Positivo.
Por ejemplo, color del rayo de luz incidente
en la disolución.
•Un rayo de luz violeta incide sobre una
•Un rayo de luz azul incide sobre una
•Un rayo de luz verde incide sobre una
•Un rayo de luz amarilla incide sobre una
•Un rayo de luz anaranjada incide sobre una
•Un rayo de luz grana incide sobre una
Negativo (colores complementarios).
Por ejemplo, color de la disolución en donde
incide el rayo de luz para ser absorbido.
disolución dorada que lo absorbe en parte.
disolución amarilla que lo absorbe en parte.
disolución roja que lo absorbe en parte.
disolución azul que lo absorbe en parte.
disolución celeste que lo absorbe en parte.
disolución aguamarina que lo absorbe en parte.
Espectrofotómetro de un solo haz.
Diagrama de bloques.
Fuente de luz
policromática
Portamuestras
Monocromador
Registro,
Detector
almacenamiento,
(a 180 del
procesamiento
rayo incidente)
de la
información
Tres tipos de
monocromación.
Rayo de luz incidente
(blanca)
Filtro de absorción
(de color verde)
Rayo de luz transmitida
(verde)
“Descomposición” de la luz blanca por refracción
Distribución de energías en una partícula (nivel microscópico)
e = etotal = ecinética + epotencial = ecinética + einterna = t + u
u = urotacional + uvibracional + uelectrónica estrcutural + uelectrónica de espín+
+ unuclear estructural + unuclear de espín =
= urot + uvib + uele-est + uele-esp + unuc-est + unuc-esp
Todos los términos de energía de la partícula están cuantizados;
esto es, cada tipo de energía cuenta con niveles energéticos
discretos (contables con números naturales) en estado estacionario.
La diferencia de energía entre dos niveles consecutivos se da en el
siguiente orden:
t < uele-esp < unuc-esp < urot < uvib < uele-est < unuc-est
Y como la uele-est = uele-val + uele-ker, por los electrones de
valencia y los del kernel:
t < uele-esp < unuc-esp < urot < uvib < uele-val < uele-ker < unuc-est
Distribución de energías en una partícula con niveles de energía
discretos en estado estacionario
unuc-est
( MeV)
t
t
uele-esp 
unuc-esp
urot  uvib
(eV—meV)
uele-val
( eV)
uele-ker
( keV)
(neV)
uele-esp  unuc-esp
urot
uvib
uele-val
uele-ker
unuc-est
Sí hay absorción de luz (It < Io)
0% < PT  100%{(It)/(Io)} < 100%)
Io , 
It , 
Rayo incidente
Rayo transmitido
l , longitud de paso óptico
El fenómeno de absorción de radiación
electromagnética (nivel macroscópico)
Propiedades comunes que cuantifican la absorción de luz
por sistemas materiales
Sí hay absorción de luz (It < Io)
0% < PT  100%{(It)/(Io)} < 100%)
Io , 
It , 
Rayo incidente
Rayo transmitido
l , longitud de paso óptico
El fenómeno de absorción de radiación
electromagnética (nivel macroscópico)
Transmitancia (T)
0  T  {(It)/(Io)}  1)
Porcentaje de Transmitancia (PT)
0%  PT  100%(T) = 100%{(It)/(Io)}  100%)
Absorbancia (A)
0  A  log{(Io)/(It)} < 
A = -log(T) = 2  log(PT)
(Partícula: Einterna = u)
Partícula:
Ebasal = uo
Partícula:
Eexcitado = u1 = uo + h
¡Colisión!
Fotón:
Efotón = h
El fenómeno de absorción de radiación
electromagnética (nivel microscópico)
implica una interacción de corto alcance
Partícula:
Ebasal = uo
Fotón:
Efotón = h
Diferentes técnicas espectroscópicas
Luz de ondas de radio (muestra en campo magnético):
resonancias magnéticas electrónica y nuclear
Luz infrarroja:
espectroscopia vibracional (acoplada a niveles
rotacionales)
Luz visible y ultravioleta:
espectrofotometría, espectroscopia de
electrones de valencia
Luz de rayos X: espectroscopia de electrones del kernel

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