Espectroscopía molecular UV-Vis (Ultravioleta-Visible)

Treball realitzat per:
Marina Bottino
Mª José González
Lali Mateu
Lourdes Ortiz
Mòdul B - CFGS Química Ambiental
IES MERCÈ RODOREDA - 2002/03

 

És una tècnica analítica que mesura  la absorció de la lum, dependent de les longituds d´ona, en la regió visible o ultravioleta. Es molt útil per a  la caracterizació de una varietat de materials, com per exemple les anilines.

Una mostra en solució és irradiada en el rang del UV-Visible. Certes longituds d´ona són selectivament absorbides per la mostra produint un patró espectral característic, el qual pot ajudar a identificar el material.

L´espectroscopia UV-VIS és una extensió de la colorimetria ja que permet determinar la absorció de llum en una mostra, en l´interval de longituds d´ona comprés entre 190 y 700 nm. Per la determinació en la regió ultravioleta és necessari emprar portamostras de quarz que no absorbeixi en aquesta zona del espectre.

Els components bàsics dels espectrofotòmetres són similars als d´un colorímetre però amb millores i ampliacions que els permetin una major precisió en les mesures. 
Es distingeixen dos tipus fonamentals: els de raig simple i els de raig doble. Aquests últims són més pràctics ja que permeten obtenir directament la absorció relativa de la mostra respecte  la referència en tot l'intèrval de longituds.
 

La colorimetria es un mètode òptic que permet la determinació de la concentració d´una substància que estigui present en una mostra en continguts inferiors a l´1%. La substància a determinar ha de ser susceptible a generar una espècie amb color a partir de l´addició d´uns reactius coneguts com reactius cromogènics. La intensitat de la coloració ha  d´estar relacionada linealment amb la concentració d´analit dins d´un interval determinat. 

Característiques de la tècnica

Amplia aplicabilitat: és apta per determinar una gran quantitat d´analits directament o transformant-los (afegint un reactiu cromogènic per que generi color) per poder-los determinar. 
Elevada sensibilitat: límit de detecció traces o ultrataces. 
Selectivitat moderada/alta: es pot trobar sovint una longitud d´ona on només absorbeix l´analit sent innecessària la separació previa. 
Bona exactitut: error relatiu 1-5%. 
Facilitat i comoditat. 
 
 

Fonament de la tècnica

Quan un feix de llum travessa una dissolució amb un solut absorbent, la intensitat d’aquest feix es disminueix a causa de l’absorció d’una part de l’energia radiant d’una freqüència característica per part de molècules o d’ions del solut quan s’exciten a nivells energètics superiors. En general podem dir que:
 
 

Io= Ia +It +Ir

On Io és la intensitat de llum incident, Ia  és la intensitat de llum absorbida, It és la intensitat de la llum transmesa i Ir pot ser eliminada.

Els nostres ulls detecten longituds d’ona de la llum visible no absorbida, es a dir, la llum que transmesa. Les mesures de la quantitat de llum transmesa es poden fer amb un instrument anomenat colorimetre, un esquema del qual es mostra a la figura i que consta fonamentalment d’una font de llum, un selector de longitud d’ona, una cubeta de material transparent a la radiació i un detector.
 
 

 

L’absorbància (A) de la substància es relaciona amb la intensitat de la llum incident i de la llum transmesa segons l’equació coneguda com a llei de Bouger-Lambert-Beer:
 
 

A  =  -log T = -log It/Io  = e · l · c

On:
A = absorbància
T = transmitància
e = absortivitat molar; és una constant de proporcionalitat que depèn de la substància i de la longitud d’ona. (unitats: mol ^–1)
It = intensitat de la llum transmesa
Io = intensitat de llum incident
l = camí òptic recorregut per la llum dins la dissolució (unitats: cm)
c = concentració de la substància que absorbeix (unitats: mol^–1)

Llei de Bouger-Lambert-Beer: Llei que permet de calcular la disminució de la intensitat d’un raig de llum, o d’una radiació electromagnètica semblant, després d’haver travessat una solució.

La determinació quantitativa de substàncies per espectroscòpia d’absorció o absorciometria es basa en aquesta llei. Aquesta llei va ser formulada inicialmentper Bouger i Lambert, i posteriorment ampliada per Beer. Segons aquesta llei, la quantitat de radiació monocromàtica absorbida per una capa transparent d’una substància és proporcional a la quantitat de radiació incident en aquella capa (Bouger- Lambert) i, en el cas d’una solució, la radiació absorbida és també proporcional a la concentració de la substància absorbent (Beer).
 
 
 

Designem per Io  la intensitat de la radiació monocromàtica incident i suposem que val 100. Suposem que la meitat d’aquesta radiació és absorbida en travessar la primera capa, per tant, la intensitat de la radiació emergent, designada per I1, serà de 50. No és difícil deduir que la radiació emergent de la segona capa tindrà una intensitat I2 =25 i així successivament. Aquest procés de disminució de la intensitat de la radiació s’anomena absorció. L’expressió matemàtica d’aquesta dependència és:
 
 

I  = Io · 10^-k . l

Io  és la intensitat de la radiació incident
I és la intensitat de la radiació emergent
k és una constant de proporcionalitat
l és el gruix de la capa de material absorbent
 
 

 
En aquesta figura s’ha representat d’una forma esquemàtica la variació de l’absorció amb la concentració; és obvi que l’absorció a la cubeta inferior, amb una concentració doble, és la mateixa que la de dues cubetes com la de la part superior col·locades una darrera l’altra. Es dedueix, doncs, que la constant k és proporcional a la concentració, és a dir, k= a · c, on c és la concentració i a el coeficient de proporcionalitat. En conseqüència la llei de Bouger-Lambert-Beer pren la forma:

I  = Io · 10^-abc

On b és el camí òptic.
La constant a s’anomena absorbitat i el seu valor depèn de la capacitat de cada substància per absorbir radiació a cada longitud d’ona.
A la pràctica l’anterior expressió no és del tot convenient ja que la concentració apareix a l’exponent. Aplicant logaritmes s’obté la següent equació que és molt més còmoda i és àmpliament utilitzada en el treball pràctic.
 
 

A = log (Io /I) = a · b · c

On A = log (Io/I) s’anomena absorbància i és directament proporcional a la concentració (en una sèrie de mesures a i b són constants). El tant per u de la concentració transmesa, I/Io, rep el nom de transmitància i es designa per T. En conseqüència l’ absorbància es pot expressar en funció de la transmitància com: 

A  = -log T

Quan la concentració s’expressa en mol/L, aleshores l’absortivitat rep el nom d’absortivitat molar  i es designa per e. En aquest cas l’expressió matemàtica de la llei de Beer adopta la forma:
 
 

A = e· b · c

Aplicacions analítiques de l´espectrofotometria: fer clic aquí
 
 
 

Per anar a l´inici de pàgina fer clic aquí