ESPECTROSCOPA ASPECTOS BSICOS

INTRODUCCIN A LA ESPECTROSCOPALa Espectroscopia estudia las interacciones de la radiacin con la materia. Los mtodos analticos espectroscpicos se fundamentan en medir la cantidad de radiacin que producen o absorben las especies moleculares de intersEl trmino espectroscopia ha ampliado su significado para incluir tcnicas que no abarcan el espectro electromagntico como espectroscopia acstica, de masas y de electronesLos mtodos espectroscpicos se clasifican segn la regin del espectro electromagntico utilizado para la medida (rayos gamma, rayos X, radiacin UV, radiacin infrarroja, microondas y radiofrecuencias)METODOS NO ESPECTROSCOPICOSMiden interacciones radiacin-materia que provocan un cambio en la direccin o las propiedades fsicas de la radiacinMETODOS NO ESPECTROSCOPICOS METODOS ESPECTROSCOPICOS REFRACCIONREFLEXIONDISPERSIONDIFRACCIONPOLARIZACIONEMISIONABSORCIN

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Dualidad ONDA-PARTCULA

La RADIACIN ELECTROMAGNTICA puede describirse como una ONDA con propiedades como longitud de onda, frecuencia, velocidad y amplitud

Propiedades de la radiacin ElectromagnticaLa RADIACIN ELECTROMAGNTICA puede describirse como paquetes discretos de energa o partculas, llamados FOTONES o CUANTOSVISIN CLSICA

VISIN CUNTICAAmbas visiones no son contradictorias, sino complementarias. La visin clsica sirve para explicar fenmenos como reflexin, refraccin, interferencia y difraccin, mientras que no es til para explicar fenmenos como la absorcin y la emisinINTRODUCCIN A LA ESPECTROSCOPA

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Propiedades ondulatoriasPropiedades de la radiacin ElectromagnticaLa RADIACIN ELECTROMAGNTICA no requiere un medio de soporte para su transmisin, por lo que se transmite fcilmente en el vacoLONGITUD DE ONDA es la distancia entre dos puntos mximos o mnimos sucesivosINTRODUCCIN A LA ESPECTROSCOPA

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Propiedades ondulatoriasPropiedades de la radiacin ElectromagnticaLONGITUD DE ONDA es la distancia entre dos puntos mximos o mnimos sucesivosINTRODUCCIN A LA ESPECTROSCOPA

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Propiedades ondulatoriasPropiedades de la radiacin ElectromagnticaVelocidad (distancia/tiempo)Frecuencia (ciclos/segundos)Longitud de onda (distancia)Nmero de ondaPropiedades de las partculas de la luz: FOTONESfoton es la partcula de radiacin electromagntica con masa cero y energa hLa potencia (P) de la radiacin en vatios (W) es la energa de un haz que llega a un rea dada por unidad de tiempo.INTRODUCCIN A LA ESPECTROSCOPA

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Espectro ElectromagnticoINTRODUCCIN A LA ESPECTROSCOPA

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INTRODUCCIN A LA ESPECTROSCOPA

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INTRODUCCIN A LA ESPECTROSCOPA

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Normalmente la muestra se estimula al aplicar energa en forma de calor, energa elctrica, luz, partculas, o una reaccin qumicaLa Espectroscopia estudia las interacciones de la radiacin con la materia. Los mtodos analticos espectroscpicos se fundamentan en medir la cantidad de radiacin que producen o absorben las especies moleculares de inters en la muestraAs, el analito pasa de su estado fundamental a un estado de mayor energa o estado excitadoSe obtiene informacin sobre el analito al medir la radiacin electromagntica emitida al volver al estado fundamental o al cuantificar la radiacin electromagntica que se absorbe como consecuencia de la excitacin.La teora ondulatoria que sirve para explicar fenmenos como reflexin, refraccin, interferencia y difraccin, no es til para explicar fenmenos como la absorcin y la emisin

VISIN CUNTICAPROPIEDADES CUNTICAS DE LA RADIACIONLa teora cuntica fue propuesta por primera vez en 1900 por Max Planck, y explica los procesos de absorcin y emisin que no pueden ser justificados por la teora ondulatoriaLa RADIACIN ELECTROMAGNTICA puede describirse como paquetes discretos de energa o partculas, llamados FOTONES o CUANTOSINTRODUCCIN A LA ESPECTROSCOPA

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Los tomos, iones y molculas slo pueden existir en ciertos estados discretos, caracterizados por cantidades definidas de energa. Cuando una especie cambia su estado, absorbe o emite una cantidad de energa exactamente igual a la diferencia de energa entre los estadosPostulados de la teora cuntica de Max PlanckEl estado de energa ms bajo de un tomo, ion o molcula es el estado fundamental, mientras que los estados de energa superiores son los estados excitados. 12Cuando los tomos, iones y molculas absorben o emiten radiacin al realizar la transicin de un estado de energa a otro, la frecuencia o la longitud de onda de la radiacin se relaciona con la diferencia de energa entre los estados por la ecuacin

Para tomos o iones en estado elemental, la energa de cualquier estado proviene del movimiento de electrones alrededor del ncleo cargado positivamente. Los estados de energa se llaman estados electrnicos Para molculas existen los estados electrnicos y los estados vibracionales, debido a la energa de las vibraciones interatmicas, y los estados rotacionales, que vienen de la rotacin de la molcula alrededor de los centros de gravedad.Donde E1 es la energa en estado superior y Eo la energa en estado inferior. Los trminos c y h son la velocidad de la luz y la constante de Planck, respectivamenteINTRODUCCIN A LA ESPECTROSCOPA

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Como consecuencia de la interaccin de la radiacin electromagntica con la materia (slido, lquido o gas), ocurren distintos procesos, como dispersin o reflexin de la radiacin. Pero una parte de la radiacin incidente se puede ABSORBER y por tanto estimular la especie analito a un estado excitadoLa absorcin es el proceso en el que la energa electromagntica se transfiere a los tomos, iones o molculas constitutivas de la muestra. La absorcin promueve a estas partculas desde su estado fundamental a uno o varios estados excitados. ABSORCIN de la radiacin ElectromagnticaComo consecuencia de la absorcin de la radiacin electromagntica por la materia, ciertas frecuencias de la radiacin se eliminan selectivamenteComo las diferencias de energas entre estado fundamental y excitado son caractersticos de cada especie, el estudio de las frecuencias de la radiacin absorbida proporciona una forma de caracterizar los constituyentes de una muestraSe representa la absorbancia en funcin de la longitud de onda o de la frecuencia . Estas grficas se denominan ESPECTROS DE ABSORCINPara que se produzca la absorcin de la radiacin, la energa de los fotones excitadores debe coincidir exactamente con la diferencia de energa entre el estado fundamental y uno de los estados excitados de las especies absorbentesINTRODUCCIN A LA ESPECTROSCOPA

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ABSORCIN de la radiacin ElectromagnticaLa apariencia de los espectros de absorcin vara ampliamente y depende de variables como la complejidad, el estado fsico y el entorno de las especies adsorbentes. La diferencia entre los espectros de absorcin de los tomos (picos agudos) y los espectros de absorcin de las molculas (suaves curvas continuas) son ms profundas. INTRODUCCIN A LA ESPECTROSCOPA

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ABSORCIN de la radiacin ElectromagnticaLa radiacin de la energa radiante incidente P0 puede ser absorbida por el analito, lo que produce un haz de menor energa radiante, PPara que pueda ocurrir la absorcin, la energa del haz incidente debe corresponder a una de las diferencias de energa que se muestran en la figuraEspectro de absorcin resultante.INTRODUCCIN A LA ESPECTROSCOPA

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La emisin se origina cuando las partculas excitadas (tomos, iones o molculas) se relajan a niveles de menor energa cediendo su exceso de energa en forma de fotones, pasando desde un estado excitado a su estado fundamental.EMISIN de la radiacin ElectromagnticaSe representa la energa radiante emitida en funcin de la longitud de onda o de la frecuencia . Estas grficas se denominan ESPECTROS DE EMISINLa excitacin se produce por: bombardeo con electrones u otras partculas elementales la exposicin a chispas de corriente alterna de potencial elevadoel tratamiento trmico en un arco o una llamala absorcin de radiacin electromagntica

La apariencia de los espectros de emisin, al igual que los de absorcin, varan ampliamente y dependen de variables como la complejidad, el estado fsico y el entorno de las especies adsorbentes. INTRODUCCIN A LA ESPECTROSCOPA

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EMISIN de la radiacin ElectromagnticaESPECTRO DE EMISIN DE LINEAS o ESPECTRO DISCONTINUO. Se obtiene con partculas elementales radiantes (tomos o iones atmicos) que estn muy separadas entre s, como en el estado gaseoso. Estas partculas se comportan como cuerpos independientes y producen radiacin que contiene slo unas pocas longitudes de onda especficasESPECTRO DE EMISIN CONTINUO. todas las estn presentes dentro de un intervalo apreciable, o las estn tan prximas entre s, que la resolucin no es factible

Resultan de la excitacin de: slidos o lquidos (tomos apiados, es imposible que tengan comportamiento independiente)molculas complicadas que tienen muchos estados de energa estrechamente relacionados

Los espectros de emisin son caractersticos y permite la identificacin y determinacin de las especies emisorasINTRODUCCIN A LA ESPECTROSCOPA

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La muestra se excita con la aplicacin de energa trmica, elctrica o qumica. En estos procesos no participa energa radiante, por tanto son procesos no radiantes. La energa incidente P0 no radiante puede ser absorbida por el analito, lo que produce un haz de energa radiante emitida, PEEspectro de emisin en el que se grafica la energa radiante emitida, PE, en funcin de la longitud de onda, Diagrama de nivel de energa, donde se muestra como flechas hacia arriba los procesos de excitacin hacia niveles energticos superiores, mientras que las lneas continuas con flechas hacia abajo indican que el analito pierde su energa con la emisin de un fotnEMISIN de la radiacin ElectromagnticaINTRODUCCIN A LA ESPECTROSCOPA

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Cuando la muestra se excita mediante una reaccin qumica, se habla de quimioluminiscencia. La energa incidente P0 puede ser absorbida por el analito, lo que produce un haz de energa radiante emitida, PEEMISIN de la radiacin ElectromagnticaINTRODUCCIN A LA ESPECTROSCOPA

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EMISIN de la radiacin ElectromagnticaINTRODUCCIN A LA ESPECTROSCOPA

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Espectros de absorcin y emisin atmicaEMISIN y ABSORCIN de la radiacin ElectromagnticaSencillos, reducido nmero de niveles energticos. Espectros de lneas. Cada lnea corresponde a un nivel electrnico bien definidoINTRODUCCIN A LA ESPECTROSCOPA

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Espectros de absorcin molecularEMISIN y ABSORCIN de la radiacin ElectromagnticaMs complicados y complejos, dado por transiciones electrnicas, vibratorias y rotacionalesE= E electrnica + E vibratoria + E rotatoriaINTRODUCCIN A LA ESPECTROSCOPA

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Espectros de absorcin molecular. Tipos de vibracin molecularEMISIN y ABSORCIN de la radiacin ElectromagnticaMs complicados y complejos, dado por transiciones electrnicas, vibratorias y rotacionalesE= E electrnica + E vibratoria + E rotatoriaINTRODUCCIN A LA ESPECTROSCOPA

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