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Espectrometría de luminiscencia Espectrometría de luminiscencia Espectrometría de luminiscencia Espectrometría de luminiscencia molecularmolecularmolecularmolecular

Cap.15Cap.15Cap.15Cap.15

Luminiscencia• Luz cuyo origen no

radica exclusivamente en las altas temperaturas

• Se da en sustancias que pueden absorber energía, excitándose a niveles mayores y emitirla bajo forma de radiación electromagnética.

Hay 2 tipos de luminiscenciaHay 2 tipos de luminiscenciaHay 2 tipos de luminiscenciaHay 2 tipos de luminiscencia• Fotoluminiscencia: inducida por una

radiación del espectro UV/Visible: fluorescencia y fosforescenciafluorescencia y fosforescenciafluorescencia y fosforescenciafluorescencia y fosforescencia.

• Quimioluminiscencia: originada por una reacción química, incluso de tipo biológico.

Teoría de la fluorescencia y de la fosforescencia

• Tiene lugar en sistemas químicos gaseosos, líquidos y sólidos, sencillos o complejos.

• Proceso en dos etapas:

1.Excitación

2.Relajación:

Principio de exclusión de Pauli

• No pueden haber 2 electrones con los mismos números cuánticos; por lo tanto solo 2 electrones en un mismo orbital con espines opuestos.

• Electrones apareados o no apareados.

• Las moléculas con espines apareados no presentan un campo magnético: son diamagnéticas (no se alteran en un campo magnético).

• Las moléculas con electrones desapareados (radicales libres) presentan un campo magnético: son paramagnéticas(se alteran en un campo magnético).

• Singulete: estado electrónico molecular con todos los espines apareados.

• Doblete: estado electrónico molecular donde el electrón impar puede tomar dos orientaciones.

Diagrama de energía para un sistema fotoluminiscente

La quinina presenta dos bandas de excitación (250 y 350 nm) y una de emisión (450 nm).

Propiedades

• Una molécula es paramagnética en estado triplete y diamagnética en estado singulete.

• Es más probable una transición singulete-singulete que una singulete-triplete.

• Tiempo de vida de un estado triplete excitado desde10-4 a varios segundos.

• Tiempo de vida de un estado singulete excitado es 10-8 a 10-5 segundos.

Es la relación entre el número de moléculas que emiten luminiscencia respecto al número total de moléculas excitadas.

Moléculas altamente fluorescentes (fluoresceína) eficacia cuántica se aproxima a la unidad; en las poco fluorescentes se aproxima a cero.

Rendimiento cuántico o eficiencia cuántica de fluorescencia o de fosforescencia

no presentan fluorescencia.

Las estructuras condensadas con éstas normalmente si

la presentan.

Núcleos heterocíclicos como los siguientes sí presentan

fluorescencia.

• Para recuperar su estado inicial, se desprenden del excedente de energía, emitiendo un fotón, generalmente de longitud de onda en el espectro de la luz visible.

• Fluorescencia: fotoluminiscencia que dura < 0.00000008 (8x10-8) segundos.

• Fosforescencia: fotoluminiscencia que dura > 0.00000008 (8x10-9) segundos.

Teoría de la quimioluminiscencia

• Tiene lugar en pocos sistemas químicos.

La reacción más sencilla puede formularse:

Donde C* representa la especie C en estado excitado.

• Algunos de los compuestos que reaccionan dando quimioluminiscencia son componentes del medio ambiente.

• Alta selectividad, sencillez y extrema sensibilidad son causa del creciente uso del método de quimioluminiscencia.

Bioluminiscencia: se observa en organismos vivos.

Límites de detección• Se encuentran dentro del intervalo de

partes por billón a partes por millón.

• Debido a variaciones de intensidad de la fuente, de la sensibilidad del detector y de otras variables instrumentales, es imposible obtener exactamente las mismas lecturas para una disolución o un conjunto de disoluciones de un día a otro: calibración diaria.

AplicacionesDeterminación de:•Especies inorgánicas (cationes que forman quelatos fluorescentes).•Especies orgánicas y bioquímicas (ácidos nucleicos, aminoácidos, enzimas, hidrocarburos, etc.).•Cromatografía.•Análisis de gases (métodos quimioluminiscentes).•Detección de sangre en ciencias forenses (luminol, hemasceína, etc.)

Descripción de los métodos de medida de O3 y NO2

• Técnicas electro-ópticas son utilizadas como métodos de referencia para la medida de gases en aire.

• El aire muestreado se lleva a una cámara, donde por una reacción química que produzca luz fluorescente, la cual se mide con un detector para que la señal eléctrica proporcione la concentración del gas deseado.

Medida en continuo de ozono: quimioluminiscencia en fase gas

• Se utiliza para medir ozono en aire.• Se basa en la detección de fotones

producidos en la reacción exotérmica entre etileno y ozono:

• C2H4 + O3 +M → productos + hv

• Luz emitida de 350-550 nm proporcional a concentración de ozono.

• Detector: tubo fotomultiplicador.• Rango de detección: 0.001 a 100 ppm.• No existen interferencias conocidas.• Respuesta en el orden de 1 seg.• Precisión: 2% a 50 ppb de ozono.

Medida en continuo de óxidos de nitrógeno

• Reaccción entre NO y ozono produce moléculas excitadas de NO2, éstas emiten quimioluminiscencia.

• Longitud de onda mayores a 600 nm, centrada en 1200 nm.

• Detector: tubo fotomultiplicador.

• El aire muestreado se hace reaccionar con ozono en cámara adyacente a tubo fotomultiplicador.

• Respuesta lineal en amplio rango (hasta 1000 ppm).

• Límite de detección hasta decenas de ppt.• Se enfría para evitar ruido térmico de

fotomultiplicador.

• Catalizadores: acero inoxidable, molibdeno calentado, oro calentado.

Precisión de 0.5 ppb y linealidad de +/- 1 % para tiempo promedio de 60 seg.

InstrumentaciónInstrumentaciónInstrumentaciónInstrumentación