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Ley de Lambert Beer - Coggle Diagram
Ley de Lambert Beer
Espectrofotometría
Es uno de los métodos de análisis más
usados, y se basa en la relación que existe entre la absorción de luz por parte de un compuesto y su concentración.
Absorbancia, por la sustancia en cada longitud de onda del espectro electromagnético, es decir, a una determinada longitud de onda de la energía radiante.
1.- Ley de Lambert. :
Esta ley establece que cuando pasa luz monocromática por un medio
homogéneo, la disminución de la intensidad del haz de luz incidente es proporcional al espesor del medio, lo que equivale a decir que la intensidad de la luz transmitida disminuye exponencialmente al aumentar aritméticamente el espesor del medio absorbente
Po : Intensidad de la luz incidente
P: Intensidad de la luz transmitida
b : Espesor del medio absorbente
k : Constante, cuyo valor depende de la naturaleza del soluto, de la longitud de onda de la luz incidente, del espesor del medio
absorbente y de la naturaleza del medio
La intensidad de un haz de luz monocromática disminuye exponencialmente al aumentar aritméticamente la concentración de la sustancia absorbente,
La relación matemática que da cuenta de esta ley se muestra a continuación :
Ambas leyes se combinan en una sola, generando la Ley de Lambert-Beer
a : Absortividad
b : Longitud o espesor del medio (longitud de la cubeta)
c : Concentración de la solución
P/Po= T : Transmitancia
Transmitancia (T) :Es la razón entre la luz monocromática transmitida (P) por una muestra y la energía o luz incidente (Po) sobre ella.Tanto la energía radiante
Se acostumbra a considerar la transmitida como la razón de la luz transmitida por
la muestra y la luz transmitida por un estándar arbitrario. Este estándar puede ser el liquido (solvente) en que esta disuelta la muestra, aire, blanco analítico (solución
que contiene todos los componentes de la solución problema menos la sustancia problema) u otra sustancia elegida arbitrariamente.
Absorbancia(A) : Se define como la cantidad de energía radiante absorbida por una sustancia pura o en solución
Matemáticamente, corresponde al logaritmo negativo de la transmitancia.T, transmitancia expresada como fracción decimal. %T, transmitancia expresada como porcentaje
Esta ecuación indica que la absorbancia es una función
lineal de la concentración, donde a es una constante de proporcionalidad llamada absortividad. La magnitud de a depende de las unidades de b y c.
Desviaciones de la Ley de LambertBeer
Experimentalmente se comprueba que la ley de Lambert-Beer se cumple
particularmente cuando la solución es diluida. No obstante son comunes las desviaciones debidas a factores de orden físico, químico o instrumental.
La principal causa física de desviación es que la absortividad varía con el
índice de refracción de la solución, lo que se pone en evidencia a concentraciones elevadas.
Como factor de orden químico se puede citar la variación de algunas
estructuras en función de la concentración; como por ejemplo al diluir una solución de dicromato se verifica el siguiente equilibrio:
Los iones dicromato presentan absorción máxima a 450 nm, en tanto que los iones
cromato lo hacen a 375 nm, por lo que al efectuar las diluciones de soluciones de dicromato se debe mantener el nivel de acidez a fin de no variar la estructura
química.
En lo referente a desviaciones de índole
instrumental debe mencionarse que las radiaciones que llegan a la cubeta se apartan
en mayor o menor grado de la condición de ser “cuasi” monocromáBcas, como lo
establece la ley de L. Beer. Cada instrumento, según su calidad, hace llegar a la cubeta una
banda de longitudes de onda, conocida como banda instrumental; cuanto más estrecha es
ésta la desviación que se produce es menor.
A concentraciones elevadas la gráfica se inclina hacia este eje, dando lugar a desviaciones
negativas, que son indeseables pues conducen a un error relativo en concentración cada vez
más grande.
Fuente de energía
Las fuentes de radiación utilizadas en
espectroscopía son continuas o de líneas. Las primeras tienen amplio campo de aplicación
en métodos espectroscópicos basados en absorción molecular. Las fuentes de línea son
empleadas en espectroscopia de absorción atómica
FUENTES DE RADIACIÓN ULTRAVIOLETA
Las lámparas de hidrógeno y deuterio son las fuentes más comunes de radiación UV.
Estas consisten de un par de electrodos en un
tubo de vidrio con ventanas de cuarzo, y que además contiene hidrógeno o deuterio
gaseoso. Cuando se aplica un alto voltaje a los electrodos, ocurre una descarga de
electrones, lo cual excita las moléculas de gas y éstas pasan a niveles energéticos
superiores.
Para UV es posible también utilizar la lámpara
de xenón, la cual emite una radiación más intensa, sin embargo ésta no es tan estable
como la lámpara de hidrógeno y de deuterio además de que emite radiación visible lo cual
i n t e r fi e r e e n l a s a p l i c a c i o n e s e n espectroscopia UV.
FUENTES DE RADIACIÓN VISIBLE
La lámpara de tungsteno es la fuente
más barata y más satisfactoria en espectroscopia visible e infrarroja.
El filamento de tungsteno es
calentado por medio de una fuente de corriente directa o por una
bateria.Los filamentos de tungsteno,
los cuales alcanzan una temperatura de aproximadamente 2900oC, emiten
radiación continua de 350 a 2500 nm.
El arco de grafito emite una radiación
más intensa, sin embargo es muy raro que ésta fuente sea uBlizada en
éste Bpo de espectroscopía.
FUENTES DE RADIACIÓN INFRARROJA
El Globar y la lámpara de Nernst son las fuentes
primarias de radiación infrarroja. El Globar es una barra de carburo de silicio que se calienta
aproximandamente a 1200oC. Este emite radiación en el rango de 1 a 40 μm y es muy
estable. La lámpara de Nernst es una barra hueca de óxidos de itrio y de zirconio calentados
aproximadamente a 1500oC. Esta lámpara emite radiación conBnua entre 0.4 y 20 μm y no es tan
estable como el Globar, pero éste último requiere de enfriamiento con agua.
Espectrofotometría ultravioleta visible. Ley de Lambert-Beer.
Los métodos espectroscópicos de análisis están basados en la
medida de la radiación electromagnética que es absorbida o emitida por una sustancia. En función de ello se clasifican
fundamentalmente en:
Métodos de absorción:
Se basan en la disminución de la potencia
de un haz de radiación electromagnética al interaccionar con una sustancia.
Métodos de emisión:
Se basan en la radiación que emite una
sustancia cuando es excitada previamente por medio de otro tipo de energía (térmica, eléctrica...).
Métodos de fluorescencia:
La fluorescencia es un tipo particular de
luminiscencia, que caracteriza a las sustancias que son capaces de absorber energía en forma de radiaciones electromagnéticas y
luego emitir parte de esa energía en forma de radiación electromagnéBca de longitud de onda diferente
ESPECTROSCOPIA VISIBLE Y ULTRAVIOLETA
El rango visible se considera de los 380 a los 750 nm. El rango del Ultravioleta cercano o del Cuarzo
es de 190 a 380 nm
La base de la espectroscopia Visible y Ultravioleta consiste en medir la intensidad del color (o de la
radiación absorbida en UV) a una longitud de onda específica comparándola con otras soluciones de concentración conocida (soluciones estándar) que contengan la misma especie absorbente.
Para tener esta relación se emplea la Ley de Lamber-Beer, que establece que para una misma especie absorbente en una celda de espesor constante, la absorbancia es directamente
proporcional a la concentración
La coloración de la solución se debe a la especie absorbente y esta coloración puede ser natural o
inducida. La coloración natural puede ser la base de la cuanBficación de una especie, como por emplo: la clorofila en ciertas plantas, los complejos metálicos que se encuentran presentes en
solución acuosa, como son los iones de Cobre (II), Manganeso (VII), Cobalto (III), etc
DISEÑOS GENERALES DE INSTRUMENTOS ÓPTICOS
Los métodos espectroscópicos ópticos se apoyan en seis fenómenos
1) absorción, 2) fluorescencia, 3)
fosforescencia, 4) dispersión, 5) emisión y 6) quimioluminiscencia.
Los instrumentos espectroscópicos opticos están compuestos por cinco componentes:
1) una fuente estable de energía radiante.
2) un recipiente transparente en donde se coloca la muestra
3) un dispositivo que aísla una región restringida del espectro
para efectuar las mediciones
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MONOCROMADORES
Las fuentes de radiación emiten en forma
continua sobre un determinado rango de longitudes de onda.
El uso de
bandas angostas de longitudes de onda de radiación tienen las siguientes ventajas:
a) La radiación en bandas angostas permite la resolución de bandas de
absorción que son muy cercanas entre sí.
b) Con bandas angostas un pico puede ser medido a su máximo de absorción incrementando así la sensibilidad.
c) Las bandas angostas de absorción Benden a seguir en mayor aproximación
la Ley de Beer.
LENTES Y ESPEJOS
La radiación es colimada y enfocada por lentes y
espejos. El material de los lentes debe ser por supuesto trasparente a la radiación utilizada.
En el Infrarrojo se utilizan espejos, ya que la
mayoría de los materiales no son suficientemente trasparentes a la radiación Infrarroja y causan
significantes pérdidas de energía. También en espectroscopía Visible y UV se emplean con
frecuencia los espejos como elementos o partes del monocromador.
