Fundamentos de Espectrofotometría

1. Trabajo publicado en www.ilustrados.com La mayor Comunidad de difusión del conocimiento Fundamentos de Espectrofotometría Por: M. en C. de Educ. Guadalupe E. Daleth Guedea Fernández daleth.guedea@gmail.com

2. Introduccion • En ocasiones al ver una serie en la t.v.; de las policíacas o de médicos donde se hacen análisis a pequeñas muestras para averiguar si hay DNA y si este coincide con el de la “víctima” o con el “malo”, o si cierta sustancia puede afectar a la salud, etc.., entonces uno ve que los investigadores hacen una serie de estudios con las muestras, que en ocasiones son muy pequeñas, y dan resultados; en la vida real sucede algo similar; cuando se tiene en el laboratorio, en una solución, presencia de color, o cuando se sabe que hay ciertas cantidades de algún elemento pero no se sabe cuanto, se genera la inquietud de saber que elemento es, en que cantidad está y es entonces que se producen una serie de preguntas, tales como: ¿COMO LO MIDO? y otras más, entre ellas pueden estar: ¿Qué es la luz?, ¿qué es longitud de onda, ¿cómo se mide?, ¿que relación hay entre luz y color?; ¿para que sirve esto?, ¿de qué manera se mide una solución coloreada?. • En este trabajo se propone de orientar de manera sencilla, sobre este tema tratando de dar una idea fundamental de las preguntas anteriores y otras más que se hacen en torno al tema que se está presentando; espero este trabajo sea útil tanto a profesores como alumnos para orientarse y poder entender más acerca de la espectrofotometría a nivel laboratorio de ciencias biológicas.

3. Contenido • Espectroscopía • Características de la Luz • Colores • ¡Qué es longitud de Onda? • Relación entre frecuencia, velocidad y longitud de onda • Absorción / Absorbitividad • Las leyes de Lambert y Beer • Espectrofotometría

4. Colorimetría y Espectrofotometría como procedimientos analíticos • Fotocolorímetro • ESPECROFOTÓMETRO • Curva Patrón • Referencias e Imágenes

5. ESPECTROSCOPÍA La espectroscopia es el estudio del espectro de la luz que emiten los cuerpos, sustancias y elementos. De este estudio se puede conocer la composición, temperatura, densidad, velocidad de desplazamiento y otros factores que les son propios y componen a estos cuerpos, sustancias o elementos

6. Características de la LUZ

7. La luz tiene una naturaleza dual: • Como onda • Como una corriente de partículas o paquetes de energía (fotones)

8. Albert Einstein desarrolló en 1905 la teoría de que la luz estaba compuesta de unas partículas denominadas fotones, cuya energía era inversamente proporcional a la longitud de onda de la luz.

9. 3 1 Foton 2

10. La teoría electromagnética de la luz propuesta por Maxwell: La perturbación que se propaga como ondas de luz está formada por fuerzas eléctricas y magnéticas, y la perturbación se produce en cargas eléctricas en movimiento.

11. “Efecto de la emisión electromagnética”

12. El efecto fotoeléctrico demuestra el comportamiento de la luz como partícula (gránulos o corpúsculos)

13. La naturaleza corpuscular de la luz se observa en fotos de objetos iluminados muy débilmente. La imagen se forma punto a punto, y muestra que la luz llega a la película fotográfica por unidades separadas que los producen.

14. Estos descubrimientos dieron origen a toda la tecnología moderna de telecomunicacionescomo latelevisión

15. En estas imágenes se puede apreciar, debido a la toma fotográfica los elementos “puntuales “ que apoyan a esta teoría

16. COLORES

17. Los seres humanos (y algunos animales) apreciamos una amplia gama de colores que, por lo general, se deben a la mezcla de luces de diferentes longitudes de onda. Se conoce como color puro al color de la luz con una única longitud de onda o una banda estrecha de ellas. COLORES

18. Cuanto más larga la longitud de onda de la luz visible tanto más rojo el color. Asimismo las longitudes de onda corta están en la zona violeta del espectro. COLORES

19. Así todos los elementos existentes poseen un espectro *** COLORES

20. Hay varios tipos de espectros, los más comunes son los espectros continuos, espectros de emisión y los espectros de absorción. Si es colocado frente al espectroscopio se podrá ver, un elemento: En situaciones en las que se le somete altas temperaturas y presiones y no se presentan líneas obscuras se trata de un espectro continuo. En situaciones normales y se observan unas líneas de colores frente a un fondo negro, se trata de un espectro de emisión. Y por último si sucede la primer situación y entre el elemento afectado y el espectroscopio se coloca un elemento a menor temperatura que el primero, se obtiene el espectro de absorción COLORES

21. COLORES

22. La luz blanca produce al descomponerla lo que se llama un espectro continuo, que contiene el conjunto de colores que corresponde a la gama de longitudes de onda que la integran. COLORES

23. Todos los elementos poseen un espectro propio, que se puede medir al someterse a temperaturas elevadas ya que producen espectros discontinuos . **Para ver espectros de la tabla periódica buscar en esta página http://site.ifrance.com/okapi/quimica.htm ** COLORES

24. ¿Qué es longitud de onda?

25. ONDA

26. La distancia entre dos picos (o dos valles) de una onda se llama longitud de onda (λ = lambda). λ

27. nodo CARACTERÍSTICAS DE LAS ONDAS

28. La longitud y la frecuencia de onda son inversamente proporcionales y se relacionan mediante la siguiente ecuación

29. U.V. X GAMMA La luz visible es sólo una pequeña parte del espectro electromagnético con longitudes de onda que van aproximadamente de 350 nanómetros hasta unos 750 nanómetros <nanómetro, nm = milmillonésimas de metro>. Luz visible 350 nm 750 nm Infrarrojo Microondas Radio

31. La luz blanca está compuesta de ondas de diversas frecuencias. Cuando un rayo de luz blanca pasa por un prisma se separa en sus componentes de acuerdo a la longitud de onda

32. Así la luz blanca es una mezcla de todas las longitudes de onda visibles. En el espectro visible, las diferencias en longitud de onda se manifiestan como diferencias de color.

33. La distribución de los colores se determina por la longitud de onda de cada uno de ellos.

34. Las longitudes de onda mas largas que las del rojo se les conoce como infrarrojas y las mas cortas que el violeta, ultravioletas. Longitud de Onda

35. Relación entre frecuencia, velocidad y longitud de onda*

36. Frecuencia natural Cualquier objeto oscilante tiene una 'frecuencia natural',(vibración en ausencia de perturbación).

37. frecuencia es el Número de vibraciones por segundo Así Frecuencia, es número de veces que la onda se repite por segundo. La Frecuencia se mide en Hertz (Hz)

38. ¿Quién es HERTZ? HEINRICH HERTZ (1857-1894), Investigador alemán que construyó un dispositivo para generar y detectar en un laboratorio ondas electromagnéticas, demostrando su existencia así como, se reflejan estas ondas, se refractan y se comportan como las ondas de luz Estimó que la frecuenciaf de la onda era de alrededor de 3 x 107 Hz. Y determinó que su longitud l era de 10 m. Con estos valores estableció que la velocidad v de la onda es v = f l = (3 X 107 Hz) X (10 m) = 3 X 108 m/s = 300 000 km/s o sea, la velocidad de la luz.

39. 1 Hz (o hercio) es igual a 1 ciclo u oscilación por segundo. (1 Hertz = 1 ciclo/seg) • Un kilohercio (kHz) = mil de ciclos por segundo • Un megahercio (MHz) = un millon de ciclos por segundo • Un gigahercio (GHz) = mil millones de ciclos por segundo

40. Un péndulo de 1 m de longitud presenta una frecuencia de 0,5 Hz, es decir que el péndulo va y vuelve una vez cada 2 segundos.

41. Longitud de onda = velocidad de propagación / frecuencia lcu l= c / u Donde c = vel. de la luz en m. por seg. c = l . u (m-1s-1) u= c / l

42. Como la luz viaja a una velocidad de3 x 108 m/s Frec = Vel /l Freclimite luz visible = 3x108 (m/s) / 10-6 (m)= 3x1014 Hz Es decir: 300 000 000 000 ciclos por segundo

44. Relación entre Medidas en valores Hertz y Metros

45. Las ondas electromagnéticas de frecuencias extremadamente elevadas, como la luz o los rayos X, suelen describirse mediante sus longitudes de onda, que frecuentemente se expresan en nanómetros. • Un ejemplo es: Una onda electromagnética con una longitud de onda de 1 nm tiene, aproximadamente una frecuencia de 300 millones de GHz.

46. l= vel / u El sonido se propaga a una velocidad de 340 m cada segundo La nota La tiene una frecuencia de 440 Hz l = 340 (m/s) / 440 Hz (ciclos por seg) = 0.77 m • 4 x 10-5 cm = 400 nm (luz violeta) • 7 x 10-5 cm = 700 nm (luz roja)

47. Algunas equivalencias

48. Comparación de las mediciones de las longitudes de onda con la luz visible.

49. El color de un cuerpo depende de la luz que recibe, refleja o transmite. Por ejemplo, elcolor rojose dá cuando absorbe en casi sutotalidad, todas las radiaciones menos las rojas, las cuales refleja o deja pasar dependiendo su estructura (sólida o transparente).

50. La energía UV es mayor que, cualquier color del espectro visible. Sin embargo los rayos X son más energéticos que la luz UV, como se puede apreciar por su longitud de onda. Con base a lo anterior se puede entender que existe una relación inversa entre la longitud de onda y la energía del fotón correspondiente.