Un Repaso de la espectroscopia visible y ultravioleta

La espectroscopia es el estudio de la reacción de los materiales a la energía irradiada. La luz es una energía irradiada. La mayoría de los espectrómetros que maneja Cole-Parmer utiliza luz como fuente de energía irradiada. La “luz” excede el espectro de color visible para el ojo humano. Como se muestra en la siguiente tabla, la luz blanca visible se descompone en colores separados y únicos: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta. Estos colores, y lo que puede ver el ojo humano, son un rango muy pequeño y limitado del espectro electromagnético de energías irradiadas.

Breakdown of visible/white light

Cuando la luz visible brilla en una camisa azul, el tinte azul de la camisa refleja la luz azul y absorbe todos los demás colores que podemos ver. Este es un ejemplo simple de cómo reacciona a la luz un material, en este caso, una camisa. Con el tiempo, el tinte puede desteñirse y reducirse su concentración en la tela. La pérdida de concentración del tinte es percibida como el aclaramiento del color. Si viéramos la camisa usando un espectrómetro ajustado en el rango de la longitud de onda azul, la transmitancia (transmisión de energía radiante) se incrementaría y la absorbancia (la capacidad de absorber luz) se reduciría. La ley en que se basa la espectroscopia se llama ley de Beer y se expresa de este modo:

A = e l c

Donde “A” significa absorbancia, “e” es capacidad de absorción molar (también llamado coeficiente de extinción), “l” es la longitud de la trayectoria y “c” es la concentración.

Todos los espectrómetros se basan en esta ley de una manera u otra. Dada la ecuación, la absorción está directamente relacionada con el coeficiente de extinción, la longitud de trayectoria y la concentración. Si aumenta cualquiera de las variables del lado derecho de la ecuación, la absorbancia también aumenta.

Visible y ultravioleta (espectrómetros UV-VIS)

Como implica su nombre, la fuente de energía irradiada de estos espectrómetros es la luz visible, o bien, la luz visible y la ultravioleta. Generalmente, la ultravioleta (UV) cubre el rango de longitud de onda de 190 a 400 nm y la visible (VIS) cubre el rango de 400 a 800 nm. Algunas moléculas reaccionan a la luz dentro del rango UV o tienen enlaces que reaccionan a la luz en el rango de luz UV, por lo que necesitan el rango UV adicional del espectrómetro.

A continuación hay una lista de tipos de espectrómetros UV-VIS y sus ventajas y desventajas.

a: De haz simple o doble

Los espectrómetros pueden tener una configuración ya sea de haz sencillo o de haz doble o separado. En una unidad de haz sencillo, la muestra estándar, la referencia, se mide primero para tener una lectura de base. Después de eso se analizan las muestras. Conforme envejece la fuente de luz, aun en cuestión de minutos, hay ligeros cambios en los resultados. En muchos casos hay que volver a analizar la referencia entre un muestreo y otro para asegurarse de que las lecturas sean lo más precisas posibles. La unidad de haz doble toma en cuenta la desviación en el tiempo, dividiendo la luz de la lámpara en dos trayectorias de luz. Una trayectoria va a la cámara de la muestra y la otra se usa para tomar mediciones de la muestra de referencia. Ya que la muestra de referencia se está monitoreando al mismo tiempo y a la misma luz, el usuario no tiene que recalibrar, volver a poner en cero el espectrómetro, repetidamente a lo largo de muchas muestras. Vea a continuación un diagrama simplificado del proceso y observe que la luz se desplaza a través de la muestra y de la referencia.

Light travelling through sample and reference

Aunque la configuración de haz doble o dividido permite mediciones más precisas, no deja de tener algunas desventajas. Hay dos espejos en una unidad de doble haz: un espejo para dirigir la luz a la referencia y otro para dirigirla a la muestra. El polvo, la suciedad y otros desechos pueden cubrir los espejos de manera dispareja, causando lecturas erráticas. Adicionalmente, al cambiar los espejos hay que hacerlo en pares pues el revestimiento debe estar parejo a fin de obtener lecturas similares. Ya que el reemplazo o la reparación debe hacerse en pares, el costo de la reparación también puede ser doble, pues se necesita el doble de trabajo y de materiales.

b. Escanear o no escanear

Los espectrofotómetros UV-VIS de escaneo son capaces de exponer rápidamente la muestra a toda la gama (o a una serie) de longitudes de onda, y obtener la medición de absorbancia en todas las longitudes de onda dentro de ese rango. Las unidades UV-VIS sin escaneo no tienen esa capacidad y el usuario debe cambiar manualmente la longitud de onda para obtener una sola medición de absorbancia. Los espectrofotómetros de escaneo también pueden usarse como espectrofotómetros de una sola longitud de onda sin escaneo, ofreciéndole mayor flexibilidad al usuario. Pueden usarse las unidades de escaneo para determinar el pico más grande de una muestra a lo largo del rango UV-VIS, por lo que las muestras subsecuentes pueden probarse en una sola longitud de onda. O bien, pueden usarse para probar la calidad. Por ejemplo, la forma pura de una muestra debe tener escaneos similares. Si la muestra contiene un contaminante, pueden aparecer picos en otras longitudes de onda, que indican la presencia de otra cosa en la muestra.

    c. Colorímetros

Los colorímetros son espectrómetros de luz visible, normalmente unidades de haz sencillo, usados para exponer las muestras a longitudes de onda específicas y obtener su absorbancia, pero también están programados para arrojar valores de concentración más que solo lecturas de absorbancia. Estos comúnmente se usan para pruebas de calidad de agua en combinación con reactivos específicos. Los reactivos producen cambio de color según la cantidad y concentración del ion disuelto que se quiere analizar. El colorímetro puede medir la diferencia en color basándose en la absorbancia, y tiene programadas ecuaciones que relacionan la lectura de absorbancia con la concentración del ion analizado. La prueba de concentración de cloro generalmente se obtiene usando reactivos y un colorímetro, y se usa en la industria de tratamiento de aguas. Específicamente, esta prueba asegura que el agua enviada a las casas esté dentro de límites saludables, para mantenerla libre de bacterias y no sea dañina para los consumidores.

    d. Nano-espectrómetros de volumen

Los nano-espectrómetros también usan la luz visible y la UV como fuente de energía irradiada. Sin embargo, en lugar de usar grandes volúmenes de una muestra (generalmente se necesita más de 1 ml en cubetas con un espectrómetro estándar UV-VIS), los nano-espectrómetros de volumen solo necesitan una gotita. Esta pequeña gota (de unos 20 ul) de referencia o muestra puede colocarse en una plataforma. Cuando se cierra la cámara, la gota se suspende a una distancia fija, creando una trayectoria para que la luz la atraviese. En este tipo de espectrómetro se usa luz en fibra óptica, en lugar de una lámpara de destello, para enfocar la luz con más precisión a través de una muestra tan pequeña. Regresando a la ley de Beer, podemos ver que si se reduce la longitud de trayectoria, la absorbancia también se reduciría; sin embargo, este método suele usarse en muestras muy concentradas. Usando una pequeña cantidad de muestra concentrada no hay necesidad de diluirla (contaminarla) como lo haríamos en un espectrofotómetro estándar.

Fuente: http://www.coleparmer.com/TechLibraryArticle/6722?utm_campaign=050216-CPSP&utm_medium=email&utm_source=Eloqua&referred_id=21344&elqCampaignId=2132&elqTrackId=6e00b9dc38e44b88b21fcb43d38de5d5&elq=b4de998693f645c7b5d5f6d3916de9d4&elqaid=3907&elqat=1&elqCampaignId=2132

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