Principios Fundamentales de Espectrofotometría UV-Vis y Fotometría de Llama

Espectro Electromagnético: Absorción y Emisión

El estudio del espectro electromagnético en química analítica se centra en dos fenómenos principales:

• Absorción: Mide la absorbancia de un analito, es decir, la cantidad de luz absorbida por este.
• Emisión: Mide la luz emitida por un analito que ha sido previamente excitado.

Absorbancia y Transmitancia

Estos dos conceptos son fundamentales para entender cómo interactúa la luz con una solución:

Absorbancia de una Solución

La absorbancia es la cantidad de luz o energía que absorbe un analito presente en una solución. Es una medida directa de la atenuación de la luz al pasar a través de la muestra.

Transmitancia

La transmitancia es la fracción de luz incidente que una solución permite pasar a través de ella. Es una medida de la luz que atraviesa la muestra sin ser absorbida.

Limitaciones de la Ley de Beer-Lambert

La aplicación de la Ley de Beer-Lambert, que relaciona la absorbancia con la concentración de un analito, debe realizarse bajo condiciones específicas para garantizar su validez:

• Luz Monocromática: Se requiere que la luz incidente sea monocromática, es decir, de una sola longitud de onda.
• Soluciones Diluidas: La ley es más precisa para soluciones diluidas. Si las soluciones están concentradas, las moléculas próximas entre sí pueden interferir en el proceso de absorción de energía, lo que afecta la linealidad de la relación.

Espectro de Absorción

El espectro de absorción es una representación gráfica característica de cada analito, donde se grafican las absorbancias de dicho analito en función de la longitud de onda incidente.

Para elegir la longitud de onda óptima para realizar una espectrofotometría, se seleccionará aquella donde se encuentre la máxima absorbancia más estable, es decir, donde no se muestren variaciones importantes en la absorbancia con pequeños cambios en la longitud de onda.

Componentes de un Espectrofotómetro UV-Vis

Un espectrofotómetro UV-Vis es un instrumento clave para medir la absorbancia de una muestra. Sus componentes principales son:

1. Fuente de Luz: Generalmente policromática, emite luz en el rango ultravioleta y/o visible.
2. Sistema Óptico para Seleccionar Longitud de Onda:
   • Colimador: Unifica las trayectorias de los rayos de luz.
   • Monocromador: Descompone la luz policromática en sus diferentes longitudes de onda (colores).
   • Selector de Onda: Aísla la longitud de onda específica deseada para el análisis.
3. Cubeta con la Solución: Recipiente transparente que contiene la muestra a analizar.
4. Detector: Mide la intensidad de la luz transmitida a través de la muestra.
5. Procesador y Lector de Señal: Interpreta la señal del detector y muestra los resultados (por ejemplo, absorbancia o transmitancia).

Obtención de Luz Monocromática a partir de Luz Policromática

Para obtener luz monocromática a partir de una fuente policromática, se utiliza un monocromador (como un prisma o una red de difracción) que descompone la luz en sus diferentes longitudes de onda. Posteriormente, un filtro o un selector aísla la longitud de onda específica deseada para el experimento.

Cubetas en Espectrofotometría

Las cubetas utilizadas en espectrofotometría deben ser transparentes al rango de longitud de onda de interés para evitar la absorción por el propio material:

• Para el espectro visible, pueden ser de vidrio o plástico.
• Para el espectro ultravioleta (UV), deben ser de cuarzo.

Determinación de Concentración mediante Espectrofotometría

El proceso para determinar la concentración de un analito en una muestra mediante espectrofotometría sigue los siguientes pasos:

1. Obtener la solución de la muestra a analizar.
2. Realizar el espectro de absorción para determinar la longitud de onda a la que el analito presenta la máxima absorbancia. Esta será la longitud de onda óptima para la medición.
3. Establecer la relación entre absorbancia y concentración:
   • Conocer el coeficiente de extinción molar (ε) del analito.
   • O construir una recta patrón: una representación gráfica de la absorbancia en función de la concentración del analito a la longitud de onda óptima ya seleccionada.
4. Utilizar la Ley de Beer-Lambert (A = εbc) para calcular la concentración desconocida de la muestra.

Aplicaciones de la Espectrofotometría

La espectrofotometría es una técnica versátil con amplias aplicaciones en diversos campos:

• Determinación y cuantificación de analitos en diversas matrices.
• Detección y cuantificación de electrolitos y biomoléculas (proteínas, ácidos nucleicos, etc.).
• Detección de marcadores patógenos en muestras biológicas.
• Análisis de reacciones antígeno-anticuerpo en inmunología.
• Control de calidad en la industria farmacéutica, alimentaria y ambiental.
• Investigación en bioquímica, biología molecular y ciencia de materiales.

Fotometría de Llama

La fotometría de llama es una técnica de emisión atómica utilizada para la determinación cuantitativa de ciertos elementos metálicos, especialmente metales alcalinos y alcalinotérreos.

Componentes Principales:

1. Nebulizador: Toma la muestra líquida y la introduce en la llama en forma de finas gotas (aerosol).
2. Sistema de Suministro de Gas: Incluye entradas de aire y gas combustible (como gas natural o propano) para generar y mantener la llama.
3. Llama: Es el medio donde la muestra es atomizada y los átomos son excitados térmicamente, emitiendo luz a longitudes de onda características.
4. Sistema Óptico: Compuesto por un filtro que selecciona la longitud de onda específica de la luz emitida por el elemento de interés, dirigiéndola hacia el detector.
5. Detector: Generalmente un fototubo, que mide la intensidad de la luz emitida.
6. Procesador y Lector: Interpreta la señal del detector y muestra los resultados de concentración.

Requisitos y Limitaciones:

• Se requiere una llama con temperatura uniforme y combustión completa para obtener resultados precisos y reproducibles.
• Esta técnica se utiliza principalmente para la determinación de metales alcalinos y alcalinotérreos debido a sus características de excitación y emisión en las condiciones de la llama.