Cuestionario resuelto de analisis instrumental UV-Vis

1. ¿A qué se debe que la materia puede interaccionar con la energía? Debido a que la energía puede modificar el movimiento y estructura de las moléculas, pero para esto la energía debe de tener la frecuencia exacta y la molécula debe de estar de igual manera en una posición exacta para que estas puedan interactuar. 2. Justifique por qué se dice que la luz presenta un comportamiento dual de partícula y onda. La luz presenta en su movimiento el compartimiento de una onda, así como fenómenos propios de estas, como la reflexión, refracción, dispersión, polarización, difracción etc.; sin embargo, en ciertos fenómenos como el efecto fotoeléctrico las ondas electromagnéticas pueden alterar el momento de partículas pequeñas como los electrones; de acuerdo con la ley de conservación del momento, para que esto ocurra, las ondas de luz deberían tener comportamiento de partículas. 3. Ubique los diferentes tipos de transiciones que se dan en la región de energía electromagnética y correlaciónelas con las técnicas espectroscópicas correspondientes. Tipo de transición Ultravioleta bajo vacío Ultravioleta Visible Infrarrojo cercano Infrarrojo Infrarrojo lejano Microondas Ondas de radio

Técnica espectroscópica Espectroscopia UV/Visible Transiciones electrónicas Espectroscopia Infrarrojo Vibraciones moleculares Rotacional Spin nuclear

4. Contraste los conceptos de absorción y emisión, así como la importancia que tienen en el desarrollo de métodos analíticos. Los términos absorción y emisión tienen el mismo significado que el del uso cotidiano: absorción significa tomar y emisión significa dar. Las radiaciones absorbidas o emitidas dependen de la naturaleza del analito y son específicas para cada uno, por lo cual, la cantidad de luz absorbida o emitida dependerá de la cantidad de analito presente en la muestra. 5. ¿Qué tipos de transiciones se dan en las regiones ultravioleta visible y cuál es su importancia en términos analíticos? Transiciones npi*. Lambda entre 200-700nm. La energía en estas transiciones es baja, en estas transiciones la espectroscopia se irradia con luz de energía suficiente para promover un electrón desde un orbital de baja energía a uno vacante de alta energía.

En términos analíticos registra las longitudes de onda donde se registra y cuantifica la absorción. 6. ¿Qué tipo de transiciones se dan en el ultravioleta bajo vacío y que problemas se presentan en esta región? En el ultravioleta bajo vacío, el ultravioleta y visible pueden causar radiaciones dispersas que pueden ser de mayor intensidad que la radiación refractada. 7. Explique por qué la espectroscopia es una herramienta analítica muy eficiente. Los métodos espectroquímicos han aportado las herramientas más utilizadas para elucidar estructuras moleculares; así como para identificar y obtener la composición cualitativa y cuantitativa de sustancias orgánicas e inorgánicas. 8. Explique la contribución de las leyes de: Bourger-Lambert, Beer y Lambert Beer, así como su utilidad práctica. La ley de Lambert-Beer, o simplemente ley de Beer, da información cuantitativa de cómo es que la atenuación de la radiación depende de la concentración del analito y de la distancia recorrida por la luz en un medio absorbente. Mediante la ley de Beer, pueden calcularse las absortividades molares de especies si se conoce su concentración. 9. Explique el porqué de la apariencia de los espectros moleculares Los espectros moleculares implican las transformaciones como transiciones electrónicas, vibraciones y rotacionales en todo el espectro de luz desde UV hasta infrarrojo. 10. Explique qué se entiende y a que se deben los espectros de bandas anchas y los espectros de bandas finas. ¿Qué es lo que se requiere para lograr uno u otro? Es una técnica modulada empleada en telecomunicaciones para la transición de datos digitales y por radio de frecuencia. Bandas finas: Solo es observable en moléculas de dos o tres átomos o en sustancias que por su rigidez disminuye los grados de libertad de la molécula impidiendo así muchas posibilidades de vibración. Solo se pueden observar mediante disolventes no polares o corriendo el espectro en fase de vapor en instrumentos de alto poder de resolución. La solvatación incrementa apreciablemente la interacción del cromorfo con moléculas vecinas, así se produce la perdida de bandas finas atribuidas a transición rotacional y vibracional.

El ancho de la banda debe ser mayor de lo que se necesita estrictamente para la transmisión de la información. Esto puede obtenerse de 2 maneras. 1) Codificar la información con una señal pseudoaleatoria. La información codificada se transmite en la frecuencia en que funciona el emisor para lo que el ancho de banda debe ser mayor al que se usa sin codificación. 2) Codificarse una frecuencia de trabajo con una señal (pseudoaleatoria) por lo que la frecuencia de trabajo cambia permanentemente. 11.Explique los conceptos de absortividad y absortividad molar, así como su importancia práctica. Es una medida de la intensidad de la absorción del analito, la cual es una constante de proporcionalidad de la absorbancia cuya magnitud depende de las unidades usadas para b y c. Si la concentración se expresa en moles/litro la constante de proporcionalidad se expresa como Ɛ y se denomina absortividad molar. Mientras mayor sea Ɛ, más probable será la transición, por lo tanto, mayor será la intensidad de la banda de absorción. 12. Discuta la conveniencia de utilizar las siguientes gráficas para fines analíticos a) %T versus concentración A las correlaciones en escalas aritméticas el tanto por ciento de transmitancia vs concentración se obtiene una curva de exponencial de relación inversa y en este tipo de curvas en la exponencial se nota que a porcentajes grandes de transmitancia un error fotométrico del 10% produce una pequeña variación en la lectura de la concentración. si por el contrario son bajos la misma magnitud de error espectrofotométrico conduce a una gran variación de la lectura de la concentración. b) Absorbancia Vs concentración. Al correlacionarlas en escalas aritméticas se obtiene una gráfica de relación directa lineal, con una sola pendiente. Este tipo de gráfica es la más apropiada para realizar la calibración espectrofotométrica. 13. Resuma los requisitos para medir la absorbancia de una muestra. Que un compuesto absorba luz, disuelto en una proporción determinada, elección de un solvente adecuado y una celda de referencia. 14. Explique la importancia, así como la aplicación que tiene la selección de la longitud de onda analítica.

Debido a que las distintas reaccionan con los compuestos de diferente manera y hacen que la absorbancia disminuya o aumente de acuerdo con la molécula, además se busca el pico más alto del espectro. 15. Explique la importancia que tiene la selección del disolvente en UV Vis. Si el solvente no es transparente en la banda que se prueba puede actuar como interferente. 16. ¿Qué factores afectan la estabilidad de reactivos y estándares? Polaridad del disolvente, pH, temperatura, fuerza iónica, la interferencia de otras especies absorbentes, el tiempo y la densidad. 17. Explique qué es, qué problemas produce y como se controla la luz parásita. La radiación parásita es un tipo de desviación instrumental ocurre cuando el haz de luz que sale del monocromador en un espectrofotómetro, está contaminado con pequeñas cantidades de radiación mayormente originada por la reflexión de los distintos componentes ópticos. El problema de este tipo de radiación, es que puede alterar la longitud de onda inicial, y en ocasiones la luz puede llegar al detector sin haber atravesado la muestra. Este tipo de radiación se puede evitar o reducir, mediante el uso de una barrera de blindaje que absorbe de modo eficiente estas radiaciones, dichos materiales pueden ser plomo, hierro, hormigón, etc. 18. Explique el concepto de punto isosbéstico, así como se utiliza para el control del equilibrio químico. Desarrolle un ejemplo. El punto isosbéstico es el punto donde los espectros se cruzan. Un punto isosbéstico nos indica que el equilibrio que hay se distribuye en solo dos especies absorbentes. Si la absorbancia y la longitud de onda en un punto isosbéstico varían, es porque dentro de la sustancia analizada hay en existencia tres o más especies. 19. Explique cómo se puede determinar el pKa usando como herramienta la espectroscopia UV Vis. El pKa se determina con la variación de la absorbancia en función del pH, en el lugar donde se presenta la longitud de onda máxima de absorción. 20. Explique el método de adición estándar, en qué casos se requiere y cuál es su interpretación.

El método de adición estándar es una manera para poder evadir el problema que surge si la presencia de otros componentes en la muestra influye sobre la señal analítica. En este caso, se calcula la concentración desconocida por extrapolación, fuera de la parte de la recta definida por los puntos de calibrado y en una zona de gran anchura de banda. Para preparar una adición estándar: Colocar en 4 matraces volumétricos, alícuotas iguales de la muestra. 1er matraz: aforar con agua desionizada. A los demás matraces, añadir cantidades progresivas equidistantes de la solución estándar del analito. Después de aforar con agua desionizada, homogeneizar las soluciones y obtener absorbancias. Construcción de la gráfica: En las abscisas, del lado derecho, escribir las concentraciones adicionadas a la muestra, del lado izquierdo, los valores con la misma escala, en el eje de las ordenadas, escribir la lectura de las absorbancias. 21. ¿Qué métodos existen para efectuar cuantificación de analitos en las muestras? ¿Para que casos de recomiendan? Espectroscopia de absorción UV-vis, se utiliza para la determinación cuantitativa de soluciones de iones metálicos de transición y compuestos orgánicos muy conjugados; para muestras transparentes siempre y cuando estén tratadas con un agente complejante que les dé color. Espectrometría de fluorescencia, utilizada en análisis médicos, bioquímicos y de investigación de compuestos orgánicos. Espectrometría de rayos X, utilizada para la determinación de la estructura electrónica de materiales mediante la excitación por rayos X. 22. Desarrolle y explique un ejemplo para la determinación de la concentración de un analito mediante la técnica de determinación a un punto. 23. Desarrolle y explique un ejemplo para la determinación de la concentración de un analito mediante el empleo de una curva de calibración externa.

Patrón Patrón 1 Patrón 2 Patrón 3 Patrón 4 Patrón 5 Muestr a

Concentraci ón (mg/L) (X) 100 125 150 175 200 ¿?

Áre a (Y) 245. 8 325. 6 382. 5 450. 3 501. 2 398. 7

24. Desarrolle y explique un ejemplo para la determinación de la concentración de un analito mediante el empleo de un método de adición estándar. 25. Desarrolle un ejemplo del método cuantificación simultánea de dos analitos (x y z) dado el hecho de que el compuesto x en su landa máxima de absorción no presente interferencias de absorción por el compuesto z, mientras que a la lambda máxima de absorción de z si ocurren interferencias por el compuesto x. 26. Desarrolle un ejemplo del método cuantificación simultánea de dos analitos (x y z) cuando ambos compuestos interfieren en las landas máximas de absorción del otro compuesto. 27. En qué se basa, en que consiste y que aplicaciones tiene el método de la primera derivada en UV vis. Es una técnica que se basa en el cálculo de la primera o demás derivadas de orden superior entre la absorbancia y la longitud de onda. Funciona como una herramienta para magnificar la estructura fina de las curvas espectrales. Así, la primera derivada nos permite analizar bandas de absorción superpuestas, debido a que es muy sensible a las pendientes o cambios en la curvatura de la banda. Entre sus aplicaciones importantes, se encuentra por ejemplo determinar metales traza en muestras. También permite conocer la concentración de los analitos de forma más sencilla y exacta, incluso con cierta interferencia; de la misma forma, esta técnica permite determinar de manera simultánea dos o más componentes en las mezclas. 28.

Explicar los términos cromóforo, auxocromo. a) Cromóforos: son los grupos responsables de la absorción de radiación electromagnética. Los cromóforos poseen cuando menos

alguno de los siguientes enlaces: C=C, C=O, C=N, C=S, N=N, N=O. b) Auxocromos: son grupos que por sí mismos no absorben, pero son auxiliares para la absorción de radiación electromagnética. 29. Explicar los términos hipsocrómico, bactocrómico, hipercrómico e hipsocrómico. Qué producen estos cambios de absorción en las moléculas. a) Hipsocrómico: Sucede cuando las longitudes de onda de absorción de una sustancia se desplazan hacia longitudes de onda menores o de mayor energía por efecto del solvente o sustituyentes. Este tipo de desplazamientos ocurre en las transiciones n-π*. b) Batocrómico: Sucede cuando la longitud de onda de una sustancia se desplaza hacia longitudes de onda mucho más grandes o de menor energía. Esto es gracias a que aumenta la polaridad del disolvente, ya que las fuerzas de polarización atractivas entre disolvente y absorbente tienden a disminuir los niveles de energía en ambos estados (excitado y no excitado). c) Hipercrómico: Incrementa la intensidad de absorción, por lo cual aumenta la magnitud del coeficiente de absortividad molar para una longitud de onda dada. Este incremento se da gracias a la adición de auxócromos a la sustancia. d) Hipocrómico: Disminuye la intensidad de absorción, es decir, disminuye la magnitud del coeficiente de absortividad molar. Este decremento se da gracias a la adición de disolventes polares, ya que aumentan la simetría molecular y disminuye el momento dipolar, lo que reduce la intensidad de las bandas de absorción. 30. ¿Qué tipos de desplazamientos producen en la longitud de onda los solventes polares y los apolares? Cuando la longitud de onda de una sustancia se desplaza debido al efecto de un solvente polar o no polar hacia longitudes de onda elevadas o de menor energía se trata de un desplazamiento batocrómico. Cuando este efecto ocurre de modo que la longitud de onda es desplazada hacía ondas menores o de mayor energía, se le conoce como desplazamiento batocrómico y esta ocurre debido al solvente. 31. ¿Qué son, a qué se deben y cuál es la importancia de los espectros de desplazamiento de carga? Son gráficos espectrales de una sustancia, que varían dependiendo del tipo de solvente que se utilice para solubilizar a esta. Estas variaciones son ocasionadas por las fuerzas intermoleculares provocadas por solventes polares y no polares, ya que ocurren cambios en la localización de las cargas de la especie absorbente. Estos espectros son importantes debido a que la posición de la altura máxima varía en función de la polaridad del solvente, por lo tanto, es

importante tener en cuenta estos cambios para la determinación y cuantificación de la especie absorbente. 32. Explicar que diferencias existen entre la nefelometría y la turbidimetría. Para explicar las diferencias, es necesario definir brevemente ambos conceptos. El primero, la nefelometría, es un proceso analítico que ayuda a determinar la cantidad de radiación dispersada por las partículas sólidas suspendidas o por las suspensiones coloidales contra un fondo cero. Por otra parte, la turbidimetría, se encarga de evaluar a relación de la luz que llega al detector después de pasar por la muestra en un estado específico (suspensión coloidal o con partes sólidas) contra a radiación que incide a pasar a través del blanco. Poseen varias diferencias que distinguen una de la otra. Por ejemplo, la nefelometría tiene la fuente de radiación en ángulo o perpendicular, mientras que la lámpara y el detector están en línea recta uno con respecto al otro. Además, la nefelometría se utiliza primordialmente para el estudio de muestras diluidas, mientras que para muestras que dispersan mucha luz, se procura utilizar la turbidimetría. La nefelometría, permite mayor sensibilidad con concentraciones menores, lo que propicia que sea un método más exacto para medir opacidad. Sirve también para medir concentraciones específicas de colonias de bacterias en algún medio de cultivo o de muchas proteínas. La turbidimetría permite la valorización cuantitativa, sin separar el producto de la solución; se usa para análisis de fibrinógenos, triglicéridos, complejos Ag-Ac, etc. 33. ¿En qué se basan los métodos de fluorescencia? Consiste en excitar a la muestra con un haz de luz, para que esta absorba los fotones (energía) desde el estado basal a uno de los estados vibracionales de mayor energía. Después de un tiempo, la molécula desciende de nuevo a uno de los estados vibracionales de baja energía, o sea regresa a su estado basal, emitiendo un fotón en el proceso. Dado que pueden caer en cualquiera de los niveles de vibración del estado basal, pueden emitir diversos fotones con diversas energías, o frecuencias. En la espectroscopía de fluorescencia se estudia precisamente esto mediante un espectro de emisión para determinar la estructura de los niveles vibracionales. 34. ¿Cuál es la transición principal responsable de los fenómenos de fluorescencia? Corresponde principalmente a la transición π* π y en menor grado π* n. 35. ¿Qué características estructurales presentan los compuestos que fluorecen? La fluorescencia más intensa y la que es

de mayor utilidad es la de los compuestos con grupos funcionales aromáticos en sus cadenas. Los compuestos que contienen estructuras alifáticas y alicíclicas de carbonilo o los que cuentan con estructuras de dobles enlaces pueden presentar el fenómeno de la fluorescencia. Por otra parte, los hidrocarburos aromáticos no sustituidos, en su mayoría, presentan fluorescencia cuando se encuentran en disolución. 36. ¿Qué efecto tienen los grupos donadores y sustractores de electrones en la fluorescencia? En la fluorescencia normalmente se absorbe radiación ultravioleta con longitudes de onda superiores a 250 nm, y los tipos de transiciones asociados a este tipo de longitud son ππ* y nπ*. Cuando un electrón es excitado, este adopta una posición singlete, es decir, tanto el electrón excitado como el no excitado se encuentran apareados en sus respectivos orbitales.

37. ¿Cuál es el efecto de la temperatura y la viscosidad en la fluorescencia? La disminución de la temperatura o el incremento de la viscosidad del disolvente disminuyen la probabilidad de las colisiones moleculares, y debido a que mientras menos choques se den, menor será la desactivación, cualquier cambio en este sentido incrementa la fluorescencia. 38. Resuma la influencia de los solventes en la fluorescencia. Usando la misma radiación de excitación y el analito solubilizado en diferentes solventes, la fluorescencia se presenta a diferentes longitudes de onda. Al aumentar la polaridad del disolvente, la fluorescencia se desplaza batocrómicamente. Se puede afirmar que los disolventes polares favorecen la fluorescencia. La fluorescencia del solvente y la dispersión de la luz producen señales que hasta cierto punto ocultan la fluorescencia del analito. Por tal motivo, en los métodos luminiscentes es imprescindible emplear disolventes grado espectroscópico. 39. ¿Cuál es la influencia del pH en la fluorescencia? La fluorescencia de muchas moléculas depende del pH. Dependiendo del valor de pH en que se encuentre la sustancia puede transformarse en su catión o anión correspondiente, sin embargo, ninguno de los dos fluorecen. 40. Defina los términos: filtro interno, excímero y extinción química.

Filtro interno: una especie cromogénica que se encuentre en la solución de la sustancia fluorescente puede interferir absorbiendo la radiación fluorescente. El K2CrO7 presenta un pico de absorción a 348nm que se superpone al pico de emisión de florescencia del triptófano a 350nm, por consiguiente, interfiere en su determinación. En las determinaciones fluorescentes del triptófano se debe evitar limpiar el material de vidrio con mezcla crómica. Excímero: es la formación de un complejo entre una molécula en estado excitado y otra en estado basal. Al regresar el complejo al estado basal se disocia en dos moléculas y produce emisión fluorescente de longitud más larga que la fluorescencia normal. La formación de excímero puede producirse a concentraciones grandes. Extinción química: es la reducción de la fluorescencia debida a los cambios químicos que ocurren en la sustancia fluorescente. Esto es lo que sucede con la anilina y sus iones. 41. Comparar la sensibilidad de los métodos fluorescentes a los de absorción molecular. Los métodos fluorométricos presentan una extremada sensibilidad por lo que son de 100 a 1000 veces más sensibles que los métodos de absorción molecular.

42. ¿Qué ventajas presenta la fluorescencia sobre los métodos fluorescentes? Una de las ventajas es poder analizar las muestras aun cuando los compuestos tengan espectros de absorción solapados. 43. Establecer la diferencia entre fotofluorémetros y espectrofotómetros. En los fotofluorémetros los filtros permiten el paso de radiación de varias longitudes de onda. La luz incidente en los fluorémetros posee bastante intensidad; por esta razón, estos instrumentos son más sensibles que los espectrofotómetros. Igualmente, la fuente de radiación y el detector generalmente se encuentran en una disposición perpendicular o angular a 37°. La energía emitida por la lámpara pasa a través de un filtro primario (F1), que permite el paso de longitud de onda adecuada para la excitación de la molécula y retiene a las radiaciones de otras longitudes de onda. La luz que incide sobre la muestra produce radiación de longitud de onda más larga; esta se hace pasar a través de un filtro secundario (F2) que retiene a las radiaciones indeseadas y permite que la luz seleccionada llegue al detector. 44. ¿Cómo se obtienen los espectros de excitación y de fluorescencia?

Excitación: Con los espectroflourometros es posible fijar la longitud de onda de emisión de fluorescencia en un sitio que posea bastante intensidad (monocromador secundario fijo), y variar la longitud de onda de excitación (barrido con el monocromador primario). Graficando la intensidad de fluorescencia vs. La longitud de onda de excitación, se puede determinar y seleccionar la longitud de onda que presento la máxima fluorescencia. Fluorescencia: se fija la longitud de onda de excitación al valor determinado en el inciso anterior, y se varia la longitud de onda de la fluorescencia (barrido con el monocromador secundario). Graficando la intensidad de la fluorescencia vs. La longitud de onda de la fluorescencia, se puede determinar y seleccionar la longitud de onda que presento la máxima fluorescencia. 45. ¿Cuál es la importancia de obtener los espectros de excitación y de fluorescencia? Para emplear los datos en futuros estudios con longitud de onda para la excitación del analito y como la longitud de onda de fluorescencia del analito. 46. Indique qué tipos de celdas se utilizan en la región ultravioleta y en la visible. En la región ultravioleta solo se pueden emplear cubetas de cuarzo o de sílice vítrea de calidad óptica.

47. Resumir en una tabla las características principales de las lámparas de deuterio, tungsteno, xenón y de mercurio. Tipo de lámpara Deuterio.

Filamento incandescente de Tungsteno. Arco de Xenón.

Características Esta fuente emite radiación continua de intensidad suficiente para propósitos analíticos entre 175nm y 375nm. Esta clase de lámpara emite radiación continua de suficiente intensidad para los propósitos analíticos entre 350nm y 3000nm. Producen emisión continua entre 250nm y 650nm y presentan un máximo a 470nm. Su potencia emisora es adecuada para producir la excitación en los métodos de fluorescencia molecular que

Mercurio.

poseen bandas de absorción anchas. Esta fuente produce un espectro discontinuo. Sus líneas de 253,7, 435 y 546.1 nm son fuertes, las emisiones de 313, 365, 404.7, 577 y 579.1 nm son de mediana intensidad. Su uso es muy limitado para espectrofotometría uv-vis debido a su discontinuidad.

48. ¿Qué es, como queda constituido y cuál es la función de un monocromador? 49. ¿Por qué es importante regular el ancho de banda de los monocromadores? 50. ¿Qué diferencia hay en la aplicación de primas y rejillas de difracción? 51. ¿Qué problemas se presentan con longitudes de onda relacionadas por un número entero? 52. ¿Qué es el poder de resolución de un monocromador, cómo se calcula? 53. ¿Cuál es la función secundaria de un monocromador y como se regula? 54.

¿Cómo funciona un tubo fotomultiplicador?

55.

¿Qué ventaja presenta un equipo con control de ganancia?

56. Resuma las características (ventajas y desventajas) de los siguientes espectrofotómetros de un haz, de doble haz, computarizado de un haz. 57. ¿Qué criterio se usa para seleccionar el ancho de rendija y como puede confirmarse la decisión?

Casares, W., Quiñones, M. & Acereto, P., (2007). Análisis ultravioleta visible. La teoría y la práctica en el ejercicio profesional., Yucatán, México: Universidad Autónoma de Yucatán. Rubinson, K. A., & Rubinson, J. F. (2000). Análisis instrumental. Pearson educación, SA. Skoog, D. A., Holler, F. J., & Nieman, T. A. (2001). Principios de análisis instrumental. España.: McGraw-Hill.