Espectrometría y Ley de Beer-Lambert: absorbancia, transmitancia y espectrofotómetro

Introducción a la Radiación Electromagnética

Ocurre la absorción a temperaturas altas, modificando la energía basal y absorbiendo la radiación.

Interacción con la Materia

Los estudios se basan en la medición de la radiación electromagnética absorbida o emitida:

• Métodos de absorción: Se basan en la disminución o atenuación de la potencia de un haz de luz como consecuencia de la interacción con el analito en estudio.
• Métodos de emisión: Utilizan la radiación emitida cuando se produce un aumento de la energía basal del analito por el incremento de la temperatura.

Asimismo, los métodos ópticos se clasifican según la región del espectro electromagnético que utilizan, basándose principalmente en el infrarrojo (IR), el visible y el ultravioleta (UV).

Modelos de la Radiación

Modelo Corpuscular

El modelo corpuscular considera el flujo de partículas discretas llamadas fotones que interactúan con el soluto de la solución, explicando el comportamiento de absorción y emisión de la radiación electromagnética.

La energía se define mediante la relación donde:

• h: Constante de Planck.
• c: Velocidad de la luz.
• λ: Longitud de onda.

Propiedades de la Onda

• Longitud de onda (λ): Distancia lineal por un ciclo completo de onda, medida generalmente en nanómetros (nm).
• Frecuencia (ν): Número de ciclos completos que ocurren por segundo.

Espectrometría de Absorción

Espectrometría UV-Visible

En la espectrometría de absorción, la relación de energía radiante se define mediante:

• Energía radiante = P - P₀
• Absorbancia (A): A = log(P₀ / P)
• Transmitancia (T): T = P / P₀

La transmitancia o energía se define como la fracción de la radiación incidente transmitida por la solución y se expresa habitualmente en porcentaje (%).

Medición y Equipamiento

La transmitancia y la absorbancia se miden en espectrofotómetros que contienen una cubeta de un grosor determinado (paso óptico), donde se coloca la muestra con una concentración (c) determinada. Para minimizar la pérdida por reflexión, se utiliza preferentemente una cubeta de cuarzo.

La Ley de Beer-Lambert

Al aumentar la energía absorbida, disminuye la transmitida, siendo la concentración de la solución también mayor. Esto se resume en la Ley de Beer:

A = log(P₀ / P) = a · b · c
A = ε · b · c

La Ley de Beer establece que la concentración de una solución es directamente proporcional a la intensidad de la energía radiante absorbida. Sus usos principales incluyen:

• Visible y UV: Las mediciones de la absorción proporcionan información cuantitativa sobre moléculas orgánicas, inorgánicas y bioquímicas.
• Infrarrojo: La absorción en esta región se emplea para la determinación de la estructura de compuestos inorgánicos y orgánicos, teniendo un papel fundamental en la determinación cuantitativa de contaminantes ambientales.

Instrumentación: Espectrometría de Haz Simple

En un espectrómetro de haz simple, la fuente estable de energía radiante está compuesta por una lámpara de filamento de tungsteno, la cual es útil como fuente de un espectro continuo de energía desde los 360 hasta los 950 nm de longitud de onda.

Selectores de Longitud de Onda

A diferencia de los fotocolorímetros, que utilizan filtros de absorción con rangos pequeños de longitudes de onda (fabricados de vidrio o celulosa), los espectrómetros utilizan monocromadores.

En los monocromadores, la energía radiante se dispersa mediante un prisma o una red de difracción en un espectro, del cual la longitud de onda deseada u óptima se puede aislar mediante una ranura de salida.