¡Descarga 2.3. Espectroscopia UV-visible y más Apuntes en PDF de Química Analítica solo en Docsity!
2.3. Espectroscòpia d’absorció molecular UV-visible
2.3.1. Fonaments
L’espectroscòpia d’absorció molecular es basa en la mesura de la transmitància (T) o de
l’absorbància (A) de solucions que es troben a cel·les transparents, amb una longitud de
trajectòria b.
La transmitància és la radiació que emet una substància per tornar al seu estat
fonamental.
L’ absorbància és la radiació que absorbeix una substància quan passa de l’estat
fonamental a l’estat excitat.
L’espectroscòpia UV-visible té dos tipus d’aplicacions:
- Anàlisi qualitativa: Identificació de grups funcionals (pics d’absorció que es
poden correlacionar amb els tipus d’enllaç de les
espècies.
- Anàlisi quantitativa: Normalment, la
concentració d’un analit absorbent es relaciona
de forma lineal amb l’absorbància per la llei de
Lambert Beer:
𝐴 = − log 𝑇 = log
)
Té aplicacions analítiques per a la determinació quantitativa de compostos amb grups
absorbents segons els tipus de transicions electròniques possibles. Els compostos amb
bona absorció (𝜀>1000) s’utilitza la llei de Lambert Beer, quan 𝜀 es troba entre 10 i 100,
hi ha baixa sensibilitat i aplicabilitat.
Tenen una gran absorció alguns ions i molècules orgàniques i complexos metall - lligand
inorgànics.
ABSORCIÓ DE MOLÈCULES ORGÀNIQUES
Els compostos orgànics tenen absorció rem (electrons de valència). Si les E exc
són altes
es produeix absorció a l < 185 nm, no té aplicació analítica (UV de biut).
Aplicació analítica: Presència de grups cromòfors
En la zona de treball de l’UV-visible (200-800 nm) hi ha un conjunt (limitat)de gruos
funcionals que tenen electrons d’enllaç amb energies suficientment baixes per produir
absorció.
Grups cromòfors (de tipus n ®s
o Compostos saturats amb electrons no enllaçants (amb heteroàtoms)
A = absorbància
T= transmitància
I 0
, I = intensitat de la radiació
C = concentració (M)
b = camí òptic (cm)
e = absortivitat molar (L/mol·cm)
Determina la sensibilitat del
mètode, sòn preferibles e>
o Regió 150-250 nm , té poques aplicacions analítiques, per tant funcionen
com a bons dissolvents de treball.
o Intensitat de l’absorció baixa o moderada: absotivitat molar < 2500
Grups cromòfors (de tipus n ®p *, p®p *)
o Compostos amb grups funcionals no saturats (enllaços múltiples)
o Compostos amb electrons no enllaçants (S, N, O, halògens)
o Regió 250-700 nm
o Transicions n®p* generalment menys absorbents que les p®p*
§ n
®p ***** intensitat d’absorció baixa (e<100)
§ p®p ***** intensitat d’absorció moderada (e>10000)
Les transicions d’interès analític són:
Per tant, substàncies amb dobles/triples enllaços conjugats (p) i/o amb heteroàtoms (n).
Tipus de compostos útils analíticament
Són els que absorbeixen moderada o fortament (e>100 i l>200 nm), idealment e>
i l>250 nm, ens interessa molta conjugació i/o aromaticitat.
ABSORCIÓ DE SUBSTÀNCIES INORGÀNIQUES
Formació de complexos acolorits metall – lligand. Es realitza la transferència d’un electró
des del donador fins a un orbital associat al receptor. Procés redox intern. e max
L/mol·cm
2.3.2. Lleis quantitatives i les seves limitacions
Es calibra amb una recta de calibratge externa, la pendent és la e. Si existeixen varies
espècies absorbents:
-.-/
1
3
5
-.-/
1
1
3
3
5
5
Limitacions de la Llei de Lambert Beer
- Limitacions intrínseques: llei per dissolucions diluïdes, no es compleix a
concentracions elevades. Vàlida per C anàlit
≤ 0,01 M, quan la concentració és
superior les interaccions intermoleculars provoquen desviacions de la linealitat
(canvis en la distribució de càrregues i en la capacitat d’absorció). Succeeix el
mateix efecte amb concentracions d’electròlit elevades i amb canvis en l’índex
de refracció del medi.
- Desviacions químiques: Equilibris entre l’anàlit i altres espècies: anàlit-anàlit,
analit-espècies, analit-solvent, àcid-base. Degut a canvis químics de l’anàlit
absorbent (dissociacions, reaccions amb el dissolvent...) s’originen espectres
d’absorció diferent. Si no tenim el pH ben controlat les mesures seran erràtiques
(és el cas dels indicadors de pH com la fenoftaleïna).
- Desviacions instrumentals
a. Radiació policromàtica
b. Radiació paràsita:
2.3.3. Tipus d’instruments
INSTRUMENTACIÓ
Fonts
- Làmpades de deuteri (160 – 375 nm),
o H 2
o D 2
a baixa pressió.
o Escombratges molt ràpids (200 – 820 nm en 0,1s)
o Contenen pocs elements òptics i cap element mòbil (l’acumulació
millora la relació S/N)
o Resolució d’aproximadament 2 nm en tot l’interval de l
o Detecció simultània de totes les l (espectres)
o Instrument de feix simple (possible correcció a l no analítiques)
CONFIGURACIÓ
o Instrument senzill
o Més soroll de fons
o Possibles derives amb el temps (fluctuacions de corrent, intensitat
làmpada...)
- Doble feix (temps: un únic detector)
o Sistema que permet enviar feix a la mostra i a la cel·la de referència
o Sincronització electrònica amb el detector
o No corregeix fluctuacions a l’energia de la font
- Doble feix (espai: dos detectors)
o Dos detectors equivalents (difícil control)
ESPECTOFOTÒMETRES
Instruments per a la regió visible
- l: 380 – 800 nm
- Una sola làmpada: filament de tungstè/halògen
- Un sol feix
- Senzills, relativament barats, robustos i fàcilment transportables
- Útils per a l’anàlisi quantitativa (l fixa) o adquisició ràpida d’espectres (l
variable)
Instruments per a la regió UV-visible
- l: 190 a 210 – 800 a 1.000 nm
- Dues làmpades bescanviables: filament de tungstè/halogen i deuteri (o
hidrogen)
- Un feix o doble feix
- Més sofisticats i cars
- Útils per a l’anàlisi quantitativa (l fixa), i adquisició ràpida d’espectres (l
variable)
o Espècies absorbents (amb grups cromòfors amb electrons d’enllaç)
o Complexos metall-lligand (absorbents)
o Espècies no absorbents: reaccions de derivatització
De quin color són els compostos? El color de la mostra depèn del color de la radiació
que absorbeix, el seu complementari.
Procediment d’anàlisi
- Condicions de treball
a. Selecció de la longitud d’ona i interval de linealitat
b. Control de les variables que influeixen a l’absorbància
Ex: solvent, pH, T, concentració d’electròlit, derivatització,
interferències...
c. Neteja i manipulació de les cubetes (contrastades i netes)
- Determinació de la relació etre absorbància i concentració
a. Mètode de la recta de calibratge (matrius senzilles)
b. Mètode de l’addició estàndard (matrius complexes)
Exemples d’aplicacions
- Quantificació d’anàlits orgànics i inorgànics (important: anàlit i matriu)
- Altres aplicacions:
o Determinació de la composició de mescles d’anàlits. Determinacions
multicomponents.
o Valoracions espectroscòpiques: detecció del punt final.
o Determinació del pKa d’una substància (i altres constants
termodinàmiques)
EXEMPLES
Determinació d’hidroxiprolina en carns i derivats
- Trituració i homogeneïtzació de la mostra
- Hidròlisi àcida amb H 2
SO
4
a 105ºC (extracció del col·làgen)
- Oxidació amb cloramina-T
- Formació del compost acolorit p-dimetilaminobezaldehid (10% p/v)
- Mesura d’absorció a l=560 nm (vermell-violeta)
Determinació de Fe
3+
en aigua potable amb SCN
-
89
?
C
8?
- l=480 nm
- Interval de treball: 1 – 5 mg/L Fe
3+
0,1 M
Interferències: Ag, BI, Cu, Hg(I), Mo, Ti, U, oxàlic, F
Caracterització de greixos i olis
- Envellit: augmenta la proporció de diens conjugats, bandes entre 230 – 240 nm
- Envellit i refinat: Isòmers d’àcids grassos amb triens i tetraens conjugats,
bandes entre 258 – 279 nm
o 0,25 – 0,5 g d’oli
o Dissolució amb isooctà
o Espectre de 232 – 276 nm
o Ens informa de la qualitat de l’oli, l’estat de conservació i efecte de
processos
Determinació de cafeïna en begudes de cola
- Mostra complexa, conté diversos analits absorbents que provenen dels extractes
naturals de la mostra, caldrà eliminar/separar les interferències.
Anàlisi de mescles
- Es determina e a partir de patrons de M i N
- Només vàlid si M i N es comporten de manera independent
- Millors resultats com més diferents siguien les e a les l seleccionades
- Cal mesurar a un nombre de l igual al nombre d’espècies a determinar
Valoracions fotomètriques
- Identificació del punt d’equivalència d’una valoració
- L’anàlit, el valorant o el producte han d’absorbir (si no, es pot afegir un
indicador)
Determinació del pKa d’un indicador àcid-base
, e ,max
de HIn i In
(pH molt àcid, pH molt bàsic)
Determinació de la proporció HIn/ In
a diferents pH
o Solucions amb igual concentració a diferents
pH (solucions reguladores)
o Mesura d’absorbàncies als diferents pH ®
concentració de HIn i In
® càlcul K a
