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

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

Foton

1

2

3

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.

***

Así todos los elementos existentes poseen un espectro

La luz blanca produce al descomponerla La luz blanca produce al descomponerla lo que se llama un lo que se llama un espectro continuoespectro continuo, que , que

contiene el conjunto de colores que contiene el conjunto de colores que corresponde a la gama de longitudes de corresponde a la gama de longitudes de

onda que la integran.onda que la integran.

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

λ

CARACTERÍSTICAS DE LAS ONDAS

nodo

La longitud y la frecuencia de onda son inversamente proporcionales y se

relacionan mediante la siguiente ecuación

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

U.V.

X

GAMMA

Infrarrojo

Microondas

Radio

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

UV Violeta Azul Verde Amarillo Naranja Rojo IR 4000 A Espectro Visible 7500 A

Ultravioleta Luz visible Infrarrojo

102 -104 ~ 104 104-107

Las longitudes de onda mas largas que las del rojo se les conoce como infrarrojas y las mas cortas que el

violeta, ultravioletas.

Relación entre frecuencia, velocidad y longitud de onda*

= c / Donde c = vel. de la luz en m. por seg.

c = (m-1s-1)

= c / l

Longitud de onda = velocidad de propagación / frecuencia

c

1 0.001 mm 10-6 m

nm = m 0.001 10-9 m

1Å 0.0001nm 10-10 m

Algunas equivalencias

Con base a lo anterior se puede entender que existe una relación inversa entre la longitud de onda y la energía del fotón correspondiente.

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.

Entonces, las energías en el rango ultravioleta-visible excitan los electrones a niveles de energía superiores dentro de las moléculas y las energías infrarrojas provocan solo vibraciones moleculares

Proceso de Absorción

La energía de excitación a una molécula proveniente de un fotón durante el proceso de absorción se representa así:

A + hn A* A + calor donde:A es el absorbente en su estado de energía bajo, A* es el absorbente en su nuevo estado de excitación energética hn representan a la constante de Planck y la frecuencia respectivamente  

• La energía del fotón incidente posee una longitud de onda ()

 • A* es inestable y rápidamente revierte

a su estado energético más bajo, perdiendo así la energía térmica correspondiente.

 • La absorción de determinadas

longitudes de onda depende de la estructura de la molécula absorbente (absortividad, “a”)

Luz incidente (I0) Luz absorbida Luz emergente (I)

Longitud del medio absorbente o ancho de la celda

I0

c = concentración. (número de partículas por

cm3)

I

a = absortividad

Cuando un rayo de luz monocromática con una intensidad I0 pasa a través de una solución, parte de la luz es absorbida resultando que la luz emergente I es menor que I0

b

a

Absortividad (a)

a es una constante de proporcionalidad que comprende las características químicas de cada compuesto, o molécula y su magnitud depende de las unidades utilizadas para b y c.

Cuando se expresa la concentración en moles por litro y la trayectoria a través de la celdacelda en centímetros, la absortividad se denomina absortividad molar y se representa con el símbolo e .

En consecuencia cuando b se expresa en centímetros y c en moles por litro.

A = e bc

Donde A representa la absorbancia del compuesto

o los fundamentos de la interrelación de la luz que se absorbe y la que se transmite

Las leyes de Lambert y Beer *

Ley de Lambert: cuando un rayo de luz monocromática (I0) pasa a través de un medio absorbente, su intensidad disminuye exponencialmente (I) a medida que la longitud del medio absorbente aumenta

I = I0e-ab

1 cm. 2 cm. 3 cm.

I0 I I0 I0I I

Ancho de la celda

Ley de Beer: Cuando un rayo de luz monocromática pasa a través de un medio absorbente, su intensidad disminuye exponencialmente a medida que la concentración del medio absorbente aumenta

I = I0e-ac

I0 I0 I0I I I

Lo que significa que combinando ambas leyes se crea la Ley de Beer-Lambert donde la fracción de luz incidente que es absorbida por una solución es proporcional a la concentración de soluto y al espesor de la sustancia atravesada por la luz. La relación entre la luz incidente (I0) y la reflejada (I) dará una idea de la cantidad de radiación que ha sido absorbida por la muestra.

La Transmitancia (T) es la relación entre la intensidad de luz transmitida por una muestra problema (I) con la intensidad de luz incidente sobre la muestra (Io):

T = I / I0

Se expresa como % T

La absorbancia es directamente proporcional a la longitud del recorrido b a través de la solución y la concentración c del color absorbente. Estas relaciones se dan como:

A = a·b·c

• A menudo b es dada en términos de cm. y c en gramos por litro, entonces la absortividad tiene unidades de l·g–1·cm–1.

I0 I

LUZ A B S O R B I D A

Luz transmitida

¿Qué relación guardan la transmitancia y la absorbancia?

De acuerdo a las características de la sustancia analizada, la luz que no se absorbe atraviesa la solución

T = I/I0

Por lo tanto la absorbancia es reciproca de la transmitancia

Absorbancia contra concentración (comportamiento lineal)

% Transmitancia contra concentración (pendiente con signo negativo y comportamiento exponencial)

Concentración

Absorbancia

Concentración

% Transmitancia

De lo anterior se desprende que la Absorbancia (A) o luz que es absorbida por la muestra es igual al logaritmo en base diez del recíproco de la transmitancia (T) o bien al -log10 de la transmitancia, en el que el disolvente puro o (“blanco”) es el material de referencia; esto es:

A = log10 1/T = log101- log10 T = 0 – log10 T = – log10 T

mg

A

Absorbancia

Absorbancia y TransmitanciaAbsorbancia y Transmitancia

Absorbancia

A = Log I o/ I

Lámpara Celda de muestra

Selector

Io I

Transmitancia

T = I / Io

Absorbancia y transmitancia

A = Log 1/TAbsorbancia y transmitancia

A = - Log T

La representación gráfica correspondiente a absorbancia y transmitancia en un gradiente de concentraciones es la siguiente:

Concentración

Obtención de TRANSMITANCIA utilizando valores de Absorbancia

Con base en la relación: T = 10-abc

y considerando que T se menciona en porcentaje (%)

%T = 10-abc x 100.

Aplicando logaritmos a la expresión anterior

log10 %T = -abc log 10 10 + log10 100

Invirtiendo términos

log %T = log10 100 -abc log 10 10 = 2 – abc * 1

log10 %T = 2 – abc

Como abc = Absorbancia = A

log10 %T = 2 – A.

¿Cómo se puede medir la radiación que emiten o absorben los cuerpos?.

Un aparato capaz de obtener el espectro de una radiación, es decir, de separar la radiación en sus componentes, se llama un espectroscopio.

Si el aparato es capaz de fotografiarla se llama un espectrógrafo, y

Si es capaz de medirla diremos que se trata de un espectrómetro.

Cuando es capaz de medir también la intensidad de la radiación, se llama espectrofotómetro.espectrofotómetro.

Espectrofotómetro (doble haz)

Lámpara

computadora

Detector

Celda de muestra

Celda de referencia

IR IM

Absorbancia y Transmitancia A

= Log I /Io A= -

log T A= - log (%T/100)

I = Intensidad

A= Absorbancia

T= transmitancia

Log IR/IM= A

Selector

Un espectrofotómetro es un instrumento que descompone un haz de luz (haz de radiación electromagnético), separándolo en bandas de longitudes de onda específicas, formando un espectro atravesado por numerosas líneas oscuras y claras, semejante a un código de barras del objeto, con el propósito de identificar, calificar y cuantificar su energía