Principios de análisis instrumental

120 Capítulo 6 Introducción a los métodos espectrométricos ((( -.:: "' "C. E <( o v=6.0X JQ1 4 Hz A= 500 nm Aire v = 6.0X JQ1 4 Hz ¡A = 330 nm 1 Vidrio Distancia 11=6.0 X 10 14 Hz A= 500 nm Ai re FIGURA 6.2 Ca mbio en la longitud de onda a medida que la radiación pasa del aire a un vidrio denso y re gresa al aire. Observe que la longitud de onda se acorta en alrededor de 200 nm, o más de 30%, cuando pasa al vidrio; un cambio inve rso ocurre cuando la radiación entra de nuevo en el aire. efecto se ilustra en la figura 6.2 para un haz monocromático de radiación visible. 3 Observe que la longitud de onda se acorta casi 200 nm, o más de 30%, cuando pasa al vidrio; ocurre un cambio inverso cuando la radiación entra de nuevo en el aire. El número de onda v, que se define como el recíproco de la longitud de onda en centímetros, es otra forma de describir la radiación electromagnética. La unidad para ¡;;es cm- 1 • El número de onda se usa ampli amente en la espect roscop ia infrarroja. Es una unidad útil porque, en contraste con la longitud de onda, es directamente proporcional a la frecuencia y, por tanto, a la energía de rad iación. Así, se puede escribir ¡;; = kv (6.3) donde la constante de proporcionalidad k depende del medio y es igual al recíproco de la velocidad (ecuación 6.1). La potencia P de la radiación es la energía del haz que alcanza un área determinada por segundo, mientras que la intensidad 1 es la potencia por ángulo sólido unitario. Estas cantidades están relacionadas con el cuadrado de la amplitud A (véase la figura 6. 1). Aunque en rigor no es correcto proceder así, la potencia y la intensidad se usan de manera indistinta. 68.2 EL espectro electromagnético Como se muestra en la figura 6.3, el espect ro electromagnét ico abarca una enorme gama de longitudes de onda y frec uencias (y, por tanto, de energías). De hecho, el intervalo es tan grande que se requiere una escala logarítmica. En la figura 6.3 se ilustran tam– bién de modo cualitativo las regiones espectrales principales. Las divisiones se basan en los métodos usados para generar y detec– tar las distintas clases de radiación. Varios traslapes son eviden– tes. Note que la porción del espectro vis ible para el ojo humano es pequeña comparada con otras regiones espectrales. Observe también que los métodos espectroquímicos que emplean no solo radiación visible, sino también ultravioleta se ll aman métodos ópticos, a pesar de la incapacidad del ojo humano para detectar cualqui era de los dos tipos de radiación. Esta terminología un 3 Un haz monocromático es un haz de radiación compuesto por rayos con idénticas lon– gitudes de onda. Un haz policrornático está formado por rayos con diferentes longi– tudes de onda. poco ambigua surge de las muchas características comunes de los instrumentos para las tres regiones espectrales y las similitudes en cómo se ven las interacciones de los tres tipos de radiación con la materia. En la tabla 6.1 se enlistan los valores de la longitud de onda y los intervalos de frecuencia para las regiones del espectro que son importantes para propósitos analíticos; también se proporcionan los nombres de los distintos métodos espectroscópicos relacionados con cada una. En la última columna de la tabla se en umeran los tipos de transiciones nucleares, atómicas o cuánticas moleculares que sirven como base para las diversas técnicas espectroscópicas. 68.3 Descripción matemática de una onda Con el tiempo como variable, la onda de la figura 6.1 b se puede describir mediante la ecuación para una onda seno. Es decir, y = A sen(wt + cjJ) (6.4) donde y es la magnitud del campo eléctrico en el tiempo t, A es la amplitud o valor máximo para y, y cjJ es el ángulo de jase, un término que se definió en la sección 2B.l, página 30. La velocidad angular del vector w se relaciona con la frecuencia de la radiación v mediante la ecuación w = 27TJJ La sustitución de esta relación en la ecuación 6.4 produce y= A sen(27Tvt + cp) (6.5) 68.4 Superposición de ondas El principio de superposición es tablece qu e cuando dos o más ondas atraviesan el mismo espacio, ocurre una perturbación que es la suma de las perturbaciones causadas por las ondas indivi– duales. Este principio se apl ica a las ondas electromagnéticas en las que dichas perturbaciones involucran un campo eléctrico, así tQI Ejercicio: Aprenda más acerca del espectro electromag– _LL.J __ nético en www.tinyurl. com/skoog pia7* Este matenal se encuentra disponible en mglés.