¿Qué es la espectroscopía uv-visible?

La espectroscopia UV-Vis está basada en el proceso de absorción de la radiación ultravioleta-visible (radiación con longitud de onda comprendida entre los 160 y 780 nm) por una molécula. La absorción de esta radiación causa la promoción de un electrón a un estado excitado. Los electrones que se excitan al absorber radiación de esta frecuencia son los electrones de enlace de las moléculas, por lo que los picos de absorción se pueden correlacionar con los distintos tipos de enlace presentes en el compuesto. Debido a ello, la espectroscopia UV-Vis se utiliza para la identificación de los grupos funcionales presentes en una molécula. Las bandas que aparecen en un espectro UV-Vis son anchas debido a la superposición de transiciones vibracionales y electrónicas.

La espectrometría ultravioleta-visible o espectrofotometría UV-Vis implica la espectroscopia de fotones en la región de radiación ultravioleta-visible. Utiliza la luz en los rangos visible y adyacentes (el ultravioleta (UV) cercano y el infrarrojo (IR) cercano. En esta región del espectro electromagnético, las moléculas se someten a transiciones electrónicas.

Esta técnica es complementaria de la espectrometría de fluorescencia, que trata con transiciones desde el estado excitado al estado basal, mientras que la espectrometría de absorción mide transiciones desde el estado basal al estado excitado. La espectrometría UV/Vis se utiliza habitualmente en la determinación cuantitativa de soluciones de iones metálicos de transición y compuestos orgánicos muy conjugados. (Anónimo, espetrometría.com, s.f.)

Se investiga la distribución de electrones, en especial en moléculas que tienen sistemas de electrones π conjugados. La principal aplicación de la espectroscopia de UV-VIS, la cual depende de transiciones entre niveles de energía electrónica, es para identificar sistemas de electrones p conjugados.

¿Cómo se visualiza el registro de la alteración de los electrones?

Compuestos orgánicos

Los compuestos orgánicos, especialmente aquellos con un alto grado de conjugación, también absorben luz en las regiones del espectro electromagnético visible o ultravioleta. Los disolventes para estas determinaciones son a menudo el agua para los compuestos solubles en agua, o el etanol para compuestos orgánicos solubles. Los disolventes orgánicos pueden tener una significativa absorción de UV, por lo que no todos los disolventes son adecuados para su uso en espectrometría UV. El etanol absorbe muy débilmente en la mayoría de longitudes de onda. La polaridad y el pH del disolvente pueden afectar la absorción del espectro de un compuesto orgánico. La tirosina, por ejemplo, aumenta su máximo de absorción y su coeficiente de extinción molar cuando aumenta el pH de 6 a 13, o cuando disminuye la polaridad de los disolventes.

La ley de Beer-Lambert establece que la absorbancia de una solución es directamente proporcional a la concentración de la solución. Por tanto, la espectrometría UV/VIS puede usarse para determinar la concentración de una solución. Es necesario saber con qué rapidez cambia la absorbancia con la concentración. Esto puede ser obtenido a partir de referencias (las tablas de coeficientes de extinción molar) o, con más exactitud, determinándolo a partir de una curva de calibración.

Cada sustancia tiene un espectro de absorción característico que dependerá de la configuración electrónica de la molécula, átomo o ión y de los posibles tránsitos electrónicos que se puedan producir con la radiación que incide sobre ella. (Anónimo, ocw.uc3m.es, s.f.)

Ejemplo:

En la figura 13.37 se muestra el espectro de UV del dieno conjugado cis, trans-1,3-ciclooctadieno, medido en etanol como el disolvente. Como es típico en la mayoría de los espectros de UV, la absorción es bastante ancha y con frecuencia se habla de ella como una “banda” en lugar de como un “pico” o “señal”. La longitud de onda en un máximo de absorción se conoce como la lmáx de la banda. Para el 1,3-ciclooctadieno su lmáx es de 230 nm. Además de la lmáx, las bandas de UV-VIS se caracterizan por su absorbancia (A), la cual sirve para medir la radiación que es absorbida cuando pasa a través de la muestra. Para corregir los efectos de la concentración y la longitud de la trayectoria, la absorbancia se convierte en absortividad molar (P) dividiéndola entre la concentración c en moles por litro y la longitud de la trayectoria l en centímetros.

En la figura se ilustra la transición entre estados de energía electrónica responsables de la banda de UV de 230 nm del cis, trans-1,3-ciclooctadieno. La absorción de la radiación excita un electrón del orbital molecular más alto ocupado (HOMO) al orbital molecular de más bajo desocupado (LUMO). En alquenos y polienos, tanto el HOMO como el LUMO son orbitales tipo p (en lugar de s); el HOMO es el orbital p de mayor energía y el LUMO es el orbital p* de menor energía. La excitación de uno de los electrones p a partir de un orbital p de enlace a un orbital p* de antienlace se conoce como transición p → p*.

Bibliografía:

• Anónimo. (s.f.). espetrometría.com. Recuperado el 18 de 07 de 2017, de http://www.espectrometria.com/espectrometra_ultravioleta-visible
• Anónimo. (s.f.). uc3m.es. Recuperado el 18 de 07 de 2017, de http://ocw.uc3m.es/ingenieria-quimica/quimica-ii/practicas-1/PR-F-Anexos.pdf
• CAREY A. Francis, GUILIANO Robert M., Química Orgánica, novena edición, editorial Mc Graw Hill, 2014.