Los espectros de absorción UV-visible no están formados de picos como en espectroscopía atómica o en fluorescencia de rayos X, sino de bandas más o menos anchas. La anchura de estas señales, su posición en el espectro, su intensidad e incluso su número dependen de diversos factores, como el estado físico (más estrechas en gases), la naturaleza del disolvente, la temperatura, el pH… El hecho de que aparezcan pocas bandas y que sean tan dependientes de variables externas hace que esta técnica sea poco adecuada para la identificación, si bien sí suele ser posible adscribir la especie a la familia química correspondiente o averiguar la presencia en la molécula de grupos químicos absorbentes o cromóforos.

1. Espectroscopía UV-visible

2. Espectroscopía atómica y molecular
• Espectroscopías atómicas
• emisión, absorción y fluorescencia atómica
• fluorescencia de rayos X…
• Espectroscopías moleculares
• UV-visible (absorción y fluorescencia)
• IR y Raman…
• Espectroscopías atómico-moleculares
• difracción de rayos X
• resonancia magnética nuclear
• espectrometría de masas…
La espectroscopía UV-visible se encuadra dentro de las llamadas
espectroscopías moleculares porque, en general, su objeto de
estudio son moléculas, no átomos (con alguna excepción)
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3. Energía y estructura molecular
Para entender su fundamento, consideremos cómo se forma
una molécula. El dibujo representa un átomo de oxígeno
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4. Dos átomos de oxígeno
(O) forman la molécula
O2 (oxígeno molecular)
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5. Lo hacen mezclando sus
orbitales atómicos para
dar orbitales
moleculares, los cuales
reciben nombres
basados en el alfabeto
griego (σ, …) para
distinguirlos de los
atómicos (s, p…)
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6. Al igual que los orbitales
atómicos, los moleculares
tienen energías bien
definidas. Por eso, una
molécula puede estar en
distintos estados
energéticos (según en qué
orbitales moleculares se
hallen sus electrones en
cada momento), pudiendo
cambiar de estado por
absorción de energía, o
sea, de fotones.
Posteriormente puede
reemitir estos fotones
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7. Estudiaremos
primero el
fenómeno de la
absorción. Nos
fijaremos en esta
región del dibujo,
que representa
orbitales
moleculares y sus
energías
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8. triplenlace.com
ABSORCIÓN UV-VISIBLE
Veamos qué posibles
transiciones
electrónicas se pueden
producir entre estos
niveles, cuyas
diferencias de energía
son del orden de la
energía de la radiación
UV-visible

9. Esta es una de las posibles transiciones (absorciones)
entre niveles electrónicos moleculares. Si la molécula se
irradia con un fotón que tenga la energía adecuada, un
electrón puede saltar desde el nivel π al nivel σ*

10. Otra posible transición es
esta. Igualmente, para
producirla se necesita un
fotón de energía UV-visible

11. Y estas
La energía necesaria para producir tránsitos electrónicos
moleculares es la de la radiación UV-visible

12. El espectro UV-visible
Cada transición electrónica
produce una banda en el
espectro de absorción UV-
visible. Después
explicaremos por qué se
obtienen bandas y no picos

13. Fuente
Monocromador
Muestra
El espectro se obtiene
iluminando la muestra
con la fuente apropiada
(lámpara de W, de
deuterio…)

14. Fuente
Monocromador
Muestra
Un monocromador irá seleccionando
secuencialmente los fotones de
diferentes longitudes de onda
contenidos en la fuente policromática

15. Fuente
Monocromador
Muestra
Supongamos que
seleccionamos fotones
de este tipo (rojos)

16. Fuente
Monocromador
Muestra
Llamaremos P0 la
potencia del haz
luminoso seleccionado

17. Fuente
Monocromador
Muestra
De la muestra saldrá una radiación de
potencia P igual o menor a P0, ya que parte
de la radiación habrá sido absorbida

18. Fuente
Monocromador
Muestra
Detector
El valor de P lo
medirá un detector

19. Fuente
Monocromador
Muestra
T = P / P0
Se define la
transmitancia
como P/P0
Detector

20. Fuente
Monocromador
Muestra
T = P / P0 A = – log T
Y la absorbancia
como – log T
Detector

21. Más sobre energía molecular:
vibraciones y rotaciones

22. Antes de proseguir, haremos un inciso: las moléculas no son
entidades estáticas, sino que vibran. Cada molécula puede
vibrar de distintos modos. Aquí se pueden ver los tres
modos posibles de vibración de la molécula de agua
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23. triplenlace.com
Por otra parte, para cada modo de vibración, la molécula puede
estar en distintos estados de vibración, según el valor de la
energía de la vibración (debido a la mayor o menor amplitud del
movimiento de vibración). Recibiendo fotones de energía en el
infrarrojo, las moléculas pueden pasar de estados de vibración
bajos a estados superiores

24. triplenlace.com
CV
CV
CV
Además, las moléculas pueden rotar en diferentes estados de
rotación, de modo que una molécula que se encuentre en un
estado de vibración concreto puede estar en alguno de varios
estados rotacionales posibles. Representamos esos estados
rotacionales con líneas más finas en el dibujo

25. triplenlace.com
Pues bien, cada estado electrónico lleve asociado un conjunto de estados
vibracionales y cada estado vibracional lleva asociado un conjunto de
estados rotacionales. En el dibujo se han representado dos estados
electrónicos (E0 y E’), cada uno de ellos con cuatro niveles vibracionales
(líneas gruesas) y cada uno de estos con varios rotacionales (líneas finas)

26. triplenlace.com
Por lo tanto, una molécula determinada que se halle en (por ejemplo) el estado
rotacional más bajo del estado vibracional más bajo del estado electrónico más
bajo (E0) podría tener accesibles, por absorción de fotones, muchos estados,
dependiendo de la energía del fotón que absorba; en la imagen se muestran
cuatro transiciones posibles

27. El espectro UV-vis
Por esa razón, en espectroscopía UV-
visible los espectros consisten en
bandas (no en picos como en
espectroscopía atómica). Cada banda
recoge todas las transiciones roto-
vibracionales correspondientes a una
transición electrónica. Es decir, todas
estas transiciones, solapadas, forman
una banda
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28. Este espectro UV-visible
corresponde a dos
transiciones electrónicas
con sus respectivos
componentes
rotovibracionales; cada
una da lugar a una banda
de absorción UV-visible)
Tetrafenilciclopentadienona
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29. En este espectro también se
aprecian dos transiciones
electrónicas, pero una de las
bandas aparece como
“hombro” de la otra
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30. MnO4
-
En el espectro de
absorción UV-visible
del permanganato se
observan varias
bandas de absorción.
El color del
compuesto es el
complementario de
los colores
absorbidos y es
debido a los fotones
no absorbidos, es
decir, a los que se
reflejan o transmiten
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31. CoCl2 CoCl2·6H2O
La estructura electrónica de una
molécula se ve afectada por el entorno
químico. Eso explica los distintos colores
del CoCl2 según este seco o hidratado
(en cada caso dará un espectro
diferente; se muestra un de ellos)
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32. Distintos complejos de Co. Todos los colores se deben al Co,
pero varían según los átomos que lo acompañan en cada caso
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33. Pequeños cambios en la estructura
molecular pueden cambiar
bastante el espectro
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34. El espectro depende
del estado físico. En
gases hay menos
interacciones y están
mejor resueltos los
niveles roto-
vibracionales, lo que
permite ver la
estructura de picos de
algunas bandas
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benceno
disuelto
en hexano
benceno en
estado de
vapor

35. En algunas especies el espectro UV-visible
es fuertemente dependiente del pH de la
disolución porque según el pH la sustancia
puede presentar distintas formas químicas
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36. Disolvente Límite inferior (nm)
Acetonitrilo 190
Cloroformo 240
Ciclohexano 205
Etanol (95%) 205
n-Hexano 195
Metanol 205
Agua 190
Disolventes habituales en espectroscopía UV-Vis
También afecta el disolvente. Además, algunos disolventes absorben
radiación UV-visible en ciertas regiones. Por ejemplo, no se deben registrar
espectros de sustancias disueltas en acetonitrilo por debajo de 190 nm
porque las bandas del compuesto se confundirán con las del acetonitrilo
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37. triplenlace.com
Moléculas de
series homólogas
tienen espectros
correlacionables

38. La interpretación cualitativa de los espectros UV-visible
se basa en la consulta de tablas o en la comparación
informática con espectros guardados en bases de datos
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Interpretación del espectro UV-vis

39. Compuesto l(nm) Intensidad/e transición
CH4 122 intensa s-s* (C-H)
CH3CH3 130 intensa s-s* (C-C)
CH3OH 183 200 n-s* (C-O)
CH3SH 235 180 n-s* (C-S)
CH3NH2 210 800 n-s* (C-N)
CH3Cl 173 200 n-s* (C-Cl)
CH3I 258 380 n-s* (C-I)
CH2=CH2 165 16000 -* (C=C)
CH3COCH3 187 950 -* (C=O)
273 14 n-* (C=O)
CH3CSCH3 460 débil n-* (C=S)
CH3N=NCH3 347 15 n-* (N=N)
Algunas bandas típicas de compuestos
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Existen tablas que
permiten identificar
sustancias por sus
bandas

40. triplenlace.com
Cromóforo
Grupo de átomos de una molécula responsables de la principal o principales
absorciones observadas
Otro modo de interpretar un espectro es identificar
bandas debidas a los cromóforos de la molécula. Estos
son grupos de átomos (CO, NH2, OH, COOH…) que
absorben aproximadamente a la misma longitud de
onda en toda molécula que contenga al cromóforo. Así,
si una molécula contiene tres cromóforos, en el
espectro deberían aparecer al menos tres bandas.
Midiendo las longitudes de onda de las bandas y
consultando tablas podrían identificarse los cromóforos

41. triplenlace.com
También influyen en el espectro los
llamados grupos auxócromos, que son
aquellos que modifican algo la longitud
de onda de absorción de un cromóforo
Cromóforo
Grupo de átomos de una molécula responsables de la principal o principales
absorciones observadas
Auxócromo
Grupo de átomos de una molécula que alteran la longitud de onda o la
intensidad de la banda del cromóforo

42. Cromóforo
Grupo de átomos de una molécula responsables de la principal o principales
absorciones observadas
Auxócromo
Grupo de átomos de una molécula que alteran la longitud de onda o la
intensidad de la banda del cromóforo produciendo efectos:
• Batocrómico (Desplazamiento de una banda a mayor longitud de onda)
• Hipsocrómico (Desplazamiento de una banda a menor longitud de onda)
• Hipercrómico (Aumento de la intensidad de una banda)
• Hipocrómico (Disminución de la intensidad de la banda)
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43. triplenlace.com
Algunos cromóforos típicos y longitudes de onda aproximadas de sus
bandas de absorción características (más adelante se explica qué es e)

44. Cromóforo Transición lmax log e
nitrilo  * 160 <1.0
alquino  * 170 3.0
alqueno   * 175 3.0
alcohol  s* 180 2.5
éter   s* 180 3.5
cetona
 * 180 3.0
  * 280 1.5
aldehído
  * 190 2.0
  * 290 1.0
amina   s* 190 3.5
ácido   * 205 1.5
éster   * 205 1.5
amida  * 210 1.5
tiol   s* 210 3.0
nitro   * 271 <1.0
Absorciones típicas UV/Vis para cromóforos aislados
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45. Reglas de Woodward-Fieser para
dienos transoides
Grupo sustituyente l /nm
R– (alquilo) +5
RO– (alcoxi) +6
X– (Cl– o Br–) +10
RCO2– (acilo) 0
RS– (sulfuro) +30
R2N– (amino) +60
–C=C– (doble enlace) +30
–C6H5 (fenilo) +60
Valor base: 215 nm
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Existen reglas empíricas o teóricas para “predecir” la l de un cromóforo en función
del auxócromo que influya sobre él. Por ejemplo, estas reglas indican en qué
medida distintos auxócromos cambian la l del cromóforo característico C=C–C=C

46. Especies que se pueden estudiar por UV-Vis
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Se pueden estudiar las
sustancias que absorben
radiación UV y/o visible

47. triplenlace.com

48. triplenlace.com

49. ¿Y las sustancias que no
absorben radiación UV-Vis?
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50. ¿Y las sustancias que no
absorben radiación UV-Vis?
Muchas se pueden estudiar a pesar de eso.
La condición es que formen con otras sustancias
complejos absorbentes de esta radiación
La espectroscopía UV-visible no se aplica en Química Analítica
solo a compuestos coloreados o que absorben en UV. Aunque
no absorban en visible o UV, casi siempre pueden dar con los
reactivos adecuados productos que sí sean absorbentes
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51. Instrumentos en absorción UV-vis
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Espectrofotómetro UV-visible: este puede registrar
un espectro completo entre 200 y 700 nm…
ESPECTROFOTÓMETRO

52. triplenlace.com
Fotómetro de filtros:
solo mide la absorbancia
a algunas longitudes de
onda (las de los filtros de
los que se disponga)
FOTÓMETRO

53. triplenlace.com
FOTÓMETRO
Filtros

54. triplenlace.com
En este ejemplo solo se ha
registrado la región visible
Espectro visible de clorofila registrado con espectrofotómetro
λ
A

55. Espectro visible de clorofila registrado con fotómetro de filtros
λ
× ×
×
×
× ×
×
Con un fotómetro de filtros solo podemos medir ciertos valores de
absorbancia (según los filtros de que dispongamos). Es decir, se pueden
obtener algunos puntos del espectro, pero no el espectro completo
A

56. triplenlace.com
Esquema de un espectrofotómetro. Este es de doble haz y
resta automáticamente la contribución del disolvente (o
“blanco”) a la absorbancia total de la disolución

57. A = - log T = - log P/P0

58. triplenlace.com
La matriz de diodos es un
detector de UV-visible que detecta
todas las radiaciones al mismo tiempo

59. Cuantificación en absorción UV-Visible
Ley de Beer
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60. triplenlace.com
P0
P Cuando se hace pasar
radiación de potencia
incidente P0 por una
disolución que
contiene una sustancia
absorbente, la
sustancia absorbe
parte de la radiación (o
toda, en el caso
extremo), de modo
que por el otro lado de
la cubeta la radiación
sale con una potencia
P que es menor que P0

61. triplenlace.com
P0
Se define absorbancia
como el logaritmo con
signo negativo del
cociente entre la
potencia de salida y la
potencia incidente (a
este cociente se le
llama transmitancia, T)
A = - log P/P0 = - log T
P

62. P0
l
e
c
El científico August Beer comprobó
que la absorbancia es proporcional
a la concentración de la especie
absorbente, c, y a la longitud del
camino óptico (es decir, la longitud
de la cubeta, l). A la constante de
proporcionalidad, e, se le llama
coeficiente de absortividad molar
triplenlace.com
P
A = - log P/P0 = - log T
Ley de Beer
A = e l c

63. triplenlace.com
La ley de Beer se
puede comprobar
registrando espectros
de una especie
absorbente a varias
concentraciones.
Como la longitud de
la cubeta (l) es
constante y también
lo es el coeficiente de
absortividad (e), la
absorbancia
dependerá
linealmente de la
concentración. Así se
comprueba en los
espectros
l
Ley de Beer
A = e l c

64. triplenlace.com
Ley de Beer
A = e l c
Por otra parte, como se observa en cualquier espectro, la absorbancia (líneas
rojas) depende de la longitud de onda (líneas azules). Para hacer medidas
cuantitativas conviene elegir una l para la que la absorbancia sea alta
l
A depende de l

65. triplenlace.com
Si tenemos los valores
de A (a una l) para
varias concentraciones c
conocidas de un analito
y representamos A
frente a c obtendremos
una recta, ya que la ley
de Beer, A = e l c, tiene
la forma matemática de
una recta (e l es la
pendiente; en las rectas
experimentales aparece
una ordenada en el
origen A0 debida a la
absorbancia del blanco
–disolvente– y a
errores)
A = e l c + A0

66. 
triplenlace.com
Cuando este tipo de
rectas de
absorbancia frente a
concentración se
construyen a partir
de datos de
patrones se llaman
rectas de
calibración. Una
recta de calibración
permite calcular la
cantidad de analito
en una muestra
problema a partir de
la absorbancia de
dicha muestra
Recta de calibración
A = e l c + A0

67. Sustancia a Sustancia b
Cuantificación en mezclas: aditividad de A
triplenlace.com
Supongamos que tenemos
sendas disoluciones de
dos sustancias
absorbentes, a y b

68. triplenlace.com
εa
ca
εb
cb
Para cierto valor de la longitud
de onda, l, la primera sustancia
tiene un coeficiente de
absortividad εa;
y la segunda un coeficiente de
absortividad εb. Las
concentraciones de las
sustancias absorbentes en las
disoluciones son ca y cb
Sustancia a Sustancia b

69. triplenlace.com
εa
ca
εb
cb
Aa ca
εa
= l Ab cb
εb
= l
Sustancia a Sustancia b
Se puede plantear la
ley de Beer para ambas
disoluciones

70. triplenlace.com
εa
ca
εb
cb
Aa ca
εa
= l Ab cb
εb
= l
εa = Aa / l ca εb = Ab / l cb
Sustancia a Sustancia b
Y si
experimentalmente
medimos la
absorbancia de cada
una de ellas a una
longitud de onda
determinada l, a
partir de le ley de
Beer podremos
calcular los
coeficientes de
absortividad de
ambas sustancias a
esa longitud de onda

71. Mezcla de las sustancias a y b
=
triplenlace.com
Aa ca
εa
= l Ab cb
εb
= l
εa
ca
εb
cb
εa = Aa / l ca εb = Ab / l cb
+
Sustancia a Sustancia b
Si mezclamos ambas
disoluciones…

72. =
triplenlace.com
ca’
cb'
Aa ca
εa
= l Ab cb
εb
= l
εa
ca
εb
cb
εa = Aa / l ca εb = Ab / l cb
+
Sustancia a Sustancia b
las concentraciones de ambas sustancias absorbentes
variarán. (Por ejemplo, si mezclamos volúmenes iguales
de ambas disoluciones, como el volumen se dobla, las
concentraciones de las sustancias disminuirán a la mitad)
Mezcla de las sustancias a y b

73. =
triplenlace.com
ca’
εa
εb
Aa ca
εa
= l Ab cb
εb
= l
εa
ca
εb
cb
εa = Aa / l ca εb = Ab / l cb
+
Sustancia a Sustancia b
Pero supongamos que los coeficientes de absortividad para la longitud de
onda que estamos considerando son iguales en la mezcla que en las
disoluciones puras. (De hecho, no deberían cambiar si no se producen
interacciones químicas entre las sustancias a y b ni varían otros factores que
influyen en e , como p y T)
Mezcla de las sustancias a y b
cb'

74. Ab’= εbl cb ’
=
triplenlace.com
ca’
εa
εb
Aa ca
εa
= l Ab cb
εb
= l
εa
ca
εb
cb
εa = Aa / l ca εb = Ab / l cb
+
Sustancia a Sustancia b
La aplicación de la ley de
Beer para cada una de las
sustancias en la mezcla es así
Aa’= εal ca’
Mezcla de las sustancias a y b
cb'

75. =
triplenlace.com
Ley de aditividad de absorbancias:
ca’
εa
εb
Aa ca
εa
= l Ab cb
εb
= l
εa
ca
εb
cb
εa = Aa / l ca εb = Ab / l cb
+
At = A’a + A’b
Sustancia a Sustancia b
Pues bien, en esa suposición de que no hay
interacción entre las sustancias, la ley de
aditividad de las absorbancias establece que la
absorbancia total de la mezcla a la longitud de
onda que se esté considerando será la suma de las
absorbancias individuales de ambas sustancias
Ab’= εbl cb ’
Aa’= εal ca’
Mezcla de las sustancias a y b
cb'

76. =
triplenlace.com
Ley de aditividad de absorbancias:
La expresión anterior se
puede desarrollar así
ca’
εa
εb
Aa ca
εa
= l Ab cb
εb
= l
εa
ca
εb
cb
εa = Aa / l ca εb = Ab / l cb
+
At = A’a + A’b
Sustancia a Sustancia b
At = εal ca’ + εbl cb’
Ab’= εbl cb ’
Aa’= εal ca’
Mezcla de las sustancias a y b
cb'

77. =
triplenlace.com
Ley de aditividad de absorbancias:
Para cubetas de espesor unidad:
ca’
εa
εb
Aa ca
εa
= l Ab cb
εb
= l
εa
ca
εb
cb
εa = Aa / l ca εb = Ab / l cb
+
At = A’a + A’b
Sustancia a Sustancia b
Ab’= εbl cb ’
Aa’= εal ca’
At = εal ca’ + εbl cb’
Mezcla de las sustancias a y b
cb'

78. triplenlace.com
La ley de aditividad de las
absorbancias implica que los
espectros UV-visibles de dos o más
sustancias son “sumables”

79. triplenlace.com
espectro de a
A
l
Por ejemplo, si este es el
espectro de un analito a …

80. triplenlace.com
espectro
de b
A
espectro de a
l
…y este es el espectro
de un analito b…

81. triplenlace.com
espectro
de b
A
l
espectro de a
espectro de la
mezcla a + b (*)
el espectro de una mezcla de a y b será la suma de los espectros individuales de a
y de b (suponiendo que las concentraciones de estas sustancias en la mezcla son
iguales que sus concentraciones respectivas en sus disoluciones individuales)
(*) Para concentraciones de a y b en la mezcla iguales a las que tienen en sus disoluciones individuales

82. triplenlace.com
espectro
de b
A
l
espectro de a
Aa,1
l1
Esto es así porque, por la ley de
aditividad, si medimos la
absorbancia de una disolución de
a a una longitud de onda l1…
espectro de la
mezcla a + b

83. triplenlace.com
espectro
de b
A
l
espectro de a
Aa,1
Ab,1
Ab,1
l1
…y la absorbancia de una
disolución de b a la misma
longitud de onda l1…
espectro de la
mezcla a + b

84. triplenlace.com
espectro
de b
A
l1 l
espectro de a
Ab,1
Aa,1
…la suma de las dos
absorbancias (Aa,1 + Ab,1) …
espectro de la
mezcla a + b

85. triplenlace.com
espectro
de b
A
l
espectro de a
At,1
l1
…da una absorbancia total de ambas sustancias que es la misma que la que se
mide en una mezcla de las mismas que contiene las mismas concentraciones
que en las disoluciones puras (esto se cumple siempre que no haya
interacciones entre las sustancias en la mezcla)
espectro de la
mezcla a + b

86. triplenlace.com
espectro
de b
A
l
espectro de a
At,1
Ab,2
Aa,2
l1 l2
Lo mismo se puede argumentar para
cualquier otra longitud de onda
espectro de la
mezcla a + b

87. triplenlace.com
espectro
de b
A
l
espectro de a
At,2
At,1
l1 l2
espectro de la
mezcla a + b

88. triplenlace.com
La propiedad de la aditividad de las absorbancias se
puede emplear para determinar las concentraciones
de dos analitos a y b (o más) en una mezcla
ca’ cb’
a+ b

89. triplenlace.com
ca cb
a b
Para ello, se preparan sendas disoluciones de los
analitos puros en concentraciones bien conocidas
ca’ cb’
a+ b

90. triplenlace.com
A
l
espectro de a
Aa,1 = εa,1 ca
l1 Ab,1 = εb,1 cb
ca cb
a b
ca’ cb’
a+ b
Se registran los espectros de
ambas disoluciones patrón
de los analitos, se escoge
una longitud de onda y se
miden las absorbancias a
dicha longitud de onda.
Estas absorbancias
cumplirán la ley de Beer (en
cuya expresión A = ε l c
hemos supuesto, por
simplicidad, l = 1)
espectro de b
Aa,1
Ab,1
l1

91. triplenlace.com
A
l
Aa,1 = εa,1 ca
l1 Ab,1 = εb,1 cb
ca cb
a b
ca’ cb’
a+ b
espectro de a
espectro de b
Aa,1
Ab,1
l1
Ab,2
Aa,2
l2
Y lo mismo a otra longitud
de onda
Aa,2 = εa,2 ca
l2 Ab,2 = εb,2 cb

92. triplenlace.com
A
l
Aa,1 = εa,1 ca
l1 Ab,1 = εb,1 cb
Aa,2 = εa,2 ca
l2 Ab,2 = εb,2 cb
ca cb
a b
ca’ cb’
a+ b
espectro de a
espectro de b
Aa,1
Ab,1
l1
Ab,2
Aa,2
l2
Esto permite determinar los
coeficientes de absortividad de
las sustancias a y b a las dos
longitudes de onda de trabajo

93. triplenlace.com
A
l
At,1 = εa,1 ca’ + εb,1 cb’
At,2 = εa,2 ca’ + εb,2 cb’
Aa,1 = εa,1 ca
l1 Ab,1 = εb,1 cb
Aa,2 = εa,2 ca
l2 Ab,2 = εb,2 cb
Espectro
de a y b
mezclados ca’
a b
ca cb cb’
a+ b
espectro de a
espectro de b
Aa,1
Ab,1
l1
Ab,2
Aa,2
l2
Ahora se registra el espectro de la muestra problema (en la que están mezcladas a y b en
concentraciones desconocidas ca’ y cb’) y se miden las absorbancias a las mismas
longitudes de onda l1 y l2. Bastará plantear la ecuación de Beer para cada absorbancia
para resolver las incógnitas ca’ y cb’ mediante el sistema de ecuaciones correspondiente,
empleando los valores de ε ya determinados, pues suponemos que no varían
At,1
At,2

94. triplenlace.com
A
l
At,1 = εa,1 ca’ + εb,1 cb’
At,2 = εa,2 ca’ + εb,2 cb’
Aa,1 = εa,1 ca
l1 Ab,1 = εb,1 cb
Aa,2 = εa,2 ca
l2 Ab,2 = εb,2 cb
Espectro
de a y b
mezclados ca’
a b
ca cb cb’
a+ b
espectro de a
espectro de b
Aa,1
Ab,1
l1
Ab,2
Aa,2
l2
De este sistema de
ecuaciones se calcula ca’ y cb’
At,1
At,2

95. Valoraciones fotométricas
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Una aplicación interesante de la técnica, que sirve para
cuantificar analitos que formen compuestos absorbentes
con determinados reactivos (o ben analitos que sean
absorbentes y formen compuestos no absorbentes), es la
valoración fotométrica

96. Valoración fotométrica de minoxidilo con KMnO4
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Veamos, por ejemplo, cómo se valora minoxidilo con
permanganato (o viceversa). El permanganato es
absorbente; el complejo que forma con minoxidilo, no

97. Valoración fotométrica de minoxidilo con KMnO4
 Detector
Monocromador
o
filtro
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Usamos este dispositivo experimental. En la
bureta hay minoxidilo; en el vaso,
permanganato. Un detector mide los fotones
que llegan a él (el monocromador selecciona
estos fotones, que deben corresponder a una de
las bandas de absorción del permanganato; es
decir, deben ser fotones que el permanganato
pueda absorber; habitualmente es una buena
elección seleccionar los fotones de 550 nm)

98. Valoración fotométrica de minoxidilo con KMnO4
 Detector
Antes de añadir el
minoxidilo, en la disolución
de permanganato se mide
un valor determinado de
absorbancia a la longitud de
onda elegida (550 nm)
Monocromador
o
filtro

99. Valoración fotométrica de minoxidilo con KMnO4
 Detector
triplenlace.com
Conforme vamos añadiendo minoxidilo, va
disminuyendo la absorbancia del permanganato
porque la concentración de este va cayendo al
reaccionar con el minoxidilo y formarse un
complejo no absorbente
Monocromador
o
filtro

100. Valoración fotométrica de minoxidilo con KMnO4
 Detector
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Monocromador
o
filtro
Cuando todo el permanganato ha reaccionado, ya no cambiará más la
absorbancia aunque sigamos añadiendo minoxidilo. Sabiendo cuánto
minoxidilo hemos añadido (unos 5 mL en el ejemplo) podemos averiguar
cuánto permanganato había por cálculos estequiométricos, ya que se conoce
la estequiometría de la reacción entre el minoxidilo y el permanganato

101. FLUORESCENCIA UV-VISIBLE
Hasta aquí hemos estudiado la absorción UV-
visible. Ahora trataremos el fenómeno
contrario: la emisión de esta radiación una
vez que ha sido absorbida. La emisión puede
ser por fluorescencia o por fosforescencia;
ambos mecanismos de emisión se engloban
bajo el término “luminiscencia”

102. triplenlace.com
Muchas especies químicas son fluorescentes o
fosforescentes, aunque no todas presentan una
luminiscencia tan vistosa como la de la imagen
Fluorescencia y fosforescencia

103. triplenlace.com

104. triplenlace.com
También existen la quimioluminiscencia
(fluorescencia o fosforescencia
generada por una reacción química) y
la bioluminiscencia (lo mismo, pero en
los seres vivos)

105. triplenlace.com
Fluorescencia y
fosforescencia
son modos de
emisión de la
radiación UV-
visible tras ser
absorbida. Son
procesos
complejos
cuyos espectros
se comparan
aquí

106. Dos tipos de espectros de luminiscencia
triplenlace.com

107. Dos tipos de espectros de luminiscencia
De emisión
De excitación
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Los espectros de fluorescencia (y fosforescencia) se
pueden registrar en dos modos: emisión y excitación.
Explicaremos gráficamente la diferencia entre ambos

108. Dos tipos de espectros de luminiscencia
De emisión

triplenlace.com
Fuente de
radiación
policromática

109. l (max. abs.)
Dos tipos de espectros de luminiscencia
De emisión

Monocr.
excitación
Muestra
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Un monocromador (llamado de
excitación) selecciona una sola longitud
de onda (normalmente, la que más
absorbe el analito que se va a analizar) y
la envía a la muestra

110. Muestra
Dos tipos de espectros de luminiscencia
De emisión

Monocr.
excitación
triplenlace.com
Esta emite sus fotones
característicos…
l (max. abs.)

111. Muestra
Dos tipos de espectros de luminiscencia
De emisión

Monocr.
excitación
Monocr.
emisión
triplenlace.com
..que un monocromador
(“de emisión”) …
l (max. abs.)

112. Muestra Detector
Monocr.
emisión
Dos tipos de espectros de luminiscencia
De emisión

Monocr.
excitación
triplenlace.com
l (max. abs.)
…va seleccionando y enviando
secuencialmente al detector…

113. Muestra Detector
Monocr.
emisión
Dos tipos de espectros de luminiscencia
De emisión

Monocr.
excitación
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…para que este mida la intensidad de
las radiaciones en función de la
longitud de onda y registre el
correspondiente espectro
l (max. abs.)

114. Muestra Detector
Monocr.
emisión
Monocr.
excitación
Muestra
Monocr.
emisión
Detector
Dos tipos de espectros de luminiscencia
De emisión
De excitación


Monocr.
excitación
triplenlace.com
En el modo de excitación se va excitando la
muestra con distintas longitudes de onda
sucesivamente gracias al primer monocromador
l (max. abs.)

115. Muestra Detector
Monocr.
emisión
Monocr.
emisión
Detector
Dos tipos de espectros de luminiscencia
De emisión
De excitación


Monocr.
excitación
Monocr.
excitación
Muestra
triplenlace.com
l (max. abs.)

116. Muestra Detector
Monocr.
emisión
Monocr.
excitación
Muestra
Monocr.
emisión
Detector
Dos tipos de espectros de luminiscencia
De emisión
De excitación


Monocr.
excitación
triplenlace.com
l (max. abs.)

117. Muestra Detector
Monocr.
emisión
Monocr.
excitación
Muestra
Monocr.
emisión
Detector
Dos tipos de espectros de luminiscencia
De emisión
De excitación


Monocr.
excitación
triplenlace.com
Y cada vez que se excita con una longitud
de onda, se deja que la muestra emita
l (max. abs.)

118. Muestra Detector
Monocr.
emisión
Monocr.
excitación
Muestra
Monocr.
emisión
Detector
Dos tipos de espectros de luminiscencia
De emisión
De excitación


Monocr.
excitación
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De todas las l que
emite la muestra, un
2o monocromador (de
emisión) filtra solo
una (normalmente la
de mayor
luminiscencia de la
muestra) a lo largo de
todo el experimento
l (max. abs.)
l (max. lum.)

119. Muestra Detector
Monocr.
emisión
Monocr.
excitación
Muestra
Monocr.
emisión
Detector
Dos tipos de espectros de luminiscencia
De emisión
De excitación


Monocr.
excitación
triplenlace.com
Cada vez que el monocromador de excitación se mueve
para dejar pasar una l, el monocromador de emisión
deja pasar siempre la misma lmax. lum y el detector mide
la absorbancia correspondiente. De ese modo registra el
espectro de excitación para esa longitud de onda
l (max. abs.)
l (max. lum.)

120. Muestra Detector
Monocr.
emisión
Monocr.
excitación
Muestra
Monocr.
emisión
Detector
Dos tipos de espectros de luminiscencia
De emisión
De excitación


Monocr.
excitación
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l (max. abs.)
l (max. lum.)
En el modo de emisión, en el eje X del espectro figuran las l que va
seleccionando el monocromador de emisión; en el modo de
excitación, las que va seleccionando el monocromador de excitación

121. Dos tipos de espectros de luminiscencia
De emisión
De excitación
(espectros de fluorescencia de una
proteína roja del coral Discosoma)
triplenlace.com
Los espectros luminiscentes de emisión y de excitación no son
iguales; cada cual proporciona su propia información

122. triplenlace.com
Otros ejemplos

123. triplenlace.com
Esquema
instrumental de un
espectrofluorímetro
El espectrofluorímetro

124. triplenlace.com
Cuantificación en luminiscencia

125. F = k c
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Se basa en la existencia de una relación lineal (*) entre la
potencia de emisión fluorescente, F, y la concentración, c
Análisis cuantitativo
(*) lineal en un intervalo de hasta seis órdenes de magnitud
siempre que la concentración sea muy pequeña

126. F = k c
triplenlace.com
Se basa en la existencia de una relación lineal (*) entre la
potencia de emisión fluorescente, F, y la concentración, c
Análisis cuantitativo
(*) lineal en un intervalo de hasta seis órdenes de magnitud
siempre que la concentración sea muy pequeña
Curva de calibración
de patrones de Zn
medidos por
fluorescencia de un
complejo de este
metal con un
compuesto orgánico.
La ordenada en el
origen, F0, da cuenta
de la fluorescencia
residual debida al
blanco y/o a otros
factores

127. F = k c
triplenlace.com
Se basa en la existencia de una relación lineal (*) entre la
potencia de emisión fluorescente, F, y la concentración, c
Análisis cuantitativo
(*) lineal en un intervalo de hasta seis órdenes de magnitud
siempre que la concentración sea muy pequeña
Curva de calibración
de patrones de Zn
medidos por
fluorescencia de un
complejo de este
metal con un
compuesto orgánico.
La ordenada en el
origen, F0, da cuenta
de la fluorescencia
residual debida al
blanco y/o a otros
factores
En general, los límites de
detección en fluorescencia son
mucho más bajos que en
absorción UV-vis

128. triplenlace.com
Solo una mínima parte de las especies químicas son fotoluminiscentes
por competir el fenómeno con otros modos de relajación no radiativa
(desactivación o quenching)

129. Pero el quenching no siempre es un inconveniente…
Sensor de fluorescencia de oxígeno:
Basado en el que el O2 desactiva la fluorescencia de un complejo de
rutenio (molécula de reconocimiento del sensor)
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Solo una mínima parte de las especies químicas son fotoluminiscentes
por competir el fenómeno con otros modos de relajación no radiativa
(desactivación o quenching)

130. Analizador de SO2 por fluorescencia
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131. Absorción UV-visible
• moléculas orgánicas en disolución
• aniones (nitratos, nitritos, fosfatos, cloruros, fluoruros…)
• cationes (coloreados o no)
• gases atmosféricos (SO2, NO2, CO2) (también por detección remota: COSPEC…)
Luminiscencia
• O2 , SO2 y otros gases
• cationes lantánidos y actínidos
• moléculas orgánicas
Quimioluminiscencia
• moléculas orgánicas e inorgánicas en disolución
• ozono y otros gases
• aniones (nitratos, nitritos, fosfatos, cloruros, fluoruros…)
• cationes (coloreados o no)
• gases atmosféricos (SO2, NO2, CO2)
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Aplicaciones de la absorción y la luminiscencia

132. Refractometría
Turbidimetría
Nefelometría
Espectroscopía fotoacústica
Polarimetría
Dispersión óptica rotatoria
Dicroísmo circular
…
triplenlace.com
Otras técnicas basadas en las propiedades de la luz

133. Estas explicaciones están tomadas del libro
Técnicas Fisicoquímicas en Medio Ambiente
(En el enlace anterior se puede encontrar información
adicional sobre las técnicas instrumentales)

134. Más teoría, ejercicios y prácticas de
Química General, Química Inorgánica Básica,
Química Orgánica Básica, Química Física,
Técnicas Instrumentales…
en
triplenlace.com/en-clase