Espectroscopia Analítica
La espectroscopia analítica mide cómo la materia absorbe, emite o dispersa la radiación electromagnética para identificar y cuantificar especies químicas.
Definition
La espectroscopia analítica es la rama de la química analítica que utiliza la interacción entre la radiación electromagnética y la materia para determinar la identidad y la cantidad de analitos en una muestra.
Scope
Esta área abarca los métodos espectroquímicos utilizados rutinariamente en laboratorios analíticos: absorción y emisión en las regiones ultravioleta, visible e infrarroja, espectrometría atómica para análisis elemental, dispersión Raman y luminiscencia molecular. Trata la instrumentación (fuentes, selectores de longitud de onda, detectores), la base física de la señal del analito y las relaciones cuantitativas que conectan una señal medida con la concentración. Excluye los métodos de resonancia magnética y de rayos X que pertenecen a la química estructural, y los métodos basados en la masa cubiertos por separado en la espectrometría de masas.
Sub-topics
Core questions
- ¿Cómo se relaciona cuantitativamente una señal óptica medida con la concentración del analito?
- ¿Qué región espectral y transición (atómica, vibracional, electrónica) es la más adecuada para analizar un analito dado?
- ¿Cómo se calibran los métodos espectroscópicos y qué limita su límite de detección y rango lineal?
- ¿Cómo se pueden reconocer y corregir las interferencias y los efectos de matriz en las mediciones espectroquímicas?
Key theories
- Ley de Beer-Lambert
- La absorbancia es proporcional a la absortividad molar, la longitud del paso óptico y la concentración del analito, proporcionando la relación cuantitativa fundamental para la espectroscopia de absorción; las desviaciones surgen a alta concentración, por luz dispersa y por equilibrios químicos.
- Absorción y emisión atómica
- Los átomos gaseosos libres absorben y emiten radiación en longitudes de onda definidas con precisión por sus niveles de energía electrónica; las poblaciones de los estados fundamental y excitado, gobernadas por la distribución de Boltzmann, determinan si la absorción o la emisión produce la señal analítica más fuerte.
Mechanisms
Un analito interactúa con los fotones a través de transiciones cuantificadas: transiciones electrónicas en el UV-visible, transiciones vibracionales en el infrarrojo y en la dispersión Raman, y transiciones electrónicas atómicas en fuentes de llama y plasma. Los instrumentos aíslan una banda de longitud de onda, hacen pasar la radiación a través de la muestra o la recogen de ella, y convierten la señal óptica en una eléctrica con un fotomultiplicador, una matriz de fotodiodos o un detector térmico. La cuantificación se basa en una calibración que relaciona la señal con la concentración, con mayor frecuencia a través de la ley de Beer-Lambert para la absorción o una curva de trabajo para la emisión y la luminiscencia.
Clinical relevance
Los métodos espectroscópicos son los pilares del análisis cuantitativo rutinario: los ensayos de química clínica, la monitorización de metales en el agua potable y el medio ambiente, la uniformidad del contenido farmacéutico y las pruebas de alimentos y agricultura dependen en gran medida de la espectrometría UV-visible, atómica e infrarroja porque son sensibles, rápidas y, a menudo, económicas.
History
El análisis espectroquímico surgió del descubrimiento en el siglo XIX por Bunsen y Kirchhoff de que cada elemento emite un espectro de líneas característico, lo que fundó el análisis espectral cualitativo. La medición cuantitativa de la absorción se basó en el trabajo fotométrico anterior de Bouguer, Lambert y Beer. La introducción de la espectrometría de absorción atómica por Alan Walsh en 1955 transformó el análisis elemental en una técnica cuantitativa rutinaria.
Key figures
- August Beer
- Robert Bunsen
- Gustav Kirchhoff
- Alan Walsh
Related topics
Seminal works
- skoog2017
- harris2020
- ingle1988
Frequently asked questions
- ¿Cuál es la diferencia entre la espectroscopia atómica y la molecular?
- La espectroscopia atómica analiza átomos gaseosos libres, produciendo espectros de líneas nítidas utilizados para cuantificar elementos individuales; la espectroscopia molecular analiza moléculas intactas y produce espectros de bandas más amplias que reflejan transiciones electrónicas, vibracionales o rotacionales.
- ¿Por qué la ley de Beer-Lambert falla a altas concentraciones?
- A alta concentración, las moléculas del analito interactúan, el índice de refracción cambia y la luz dispersa y las limitaciones instrumentales se vuelven significativas, por lo que la absorbancia ya no es estrictamente proporcional a la concentración y la curva de calibración se desvía.