Principios de análisis instrumental

360 Capítulo 15 Espectrometña molecular por luminiscencia ({( La falta de rigidez de una molécula tal vez cause un aumento de la velocidad de conversión interna (k¡c de la ecuación 15.1), y el correspondiente aumento en la probabilidad de desactivación sin radiación. Una parte de una molécula no rígida puede sufrir vibraciones de baja frecuencia respecto a sus otras partes. Dichos movimientos explican sin duda ciertas pérdidas de energía. Efectos de la temperatura y del disolvente La eficacia cuántica de la fluorescencia disminuye en la mayoría de las moléculas al subir la temperatura porque al aumentar la frecuen– cia de las colisiones cuando la temperatura es elevada, aumenta la probabilidad de desactivación por conversión externa. Una dismi– nución en la viscosidad del disolvente aumenta también la probabi– lidad de conversión externa y ocasiona el mismo resultado. La fluorescencia de una molécula disminuye en presencia de disolventes que contienen átomos pesados o de solutos con dichos átomos en su estructura; algunos ejemplos son el tetrabromuro de carbono y el yoduro de etilo. El efecto es similar al que ocurre cuando se introducen por sustitución átomos pesados en com– puestos fluorescentes. Las interacciones espín-orbital dan como resultado un aumento en la velocidad de formación del triplete y en la correspondiente disminución de la fluorescencia. Con fre– cuencia, cuando se desea resaltar la fosforescencia, se incorporan a los disolventes compuestos que contienen átomos pesados. Efecto del pH en la fluorescencia Por lo regular, la fluorescencia de un compuesto aromático con sustituyentes ácidos o básicos en el anillo depende del pH. Es pro– bable que tanto la longitud de onda como la intensidad de emi– sión sean diferentes en las formas protonadas y no protonadas del compuesto. En la tabla 15.1 se ilustra este efecto con datos para el fenol y la anilina. Los cambios en la emisión de compuestos de este tipo surgen del número distinto de especies resonantes que están relacionadas con las formas ácidas y básicas de las molécu– las. Por ejemplo, la anilina tiene varias formas de resonancia, pero el ion anilinio solo tiene una. Es decir, H H H H "'-+/ "'-+/ N N ó ó-6 formas de resonancia de anilina H H 1 H "'-/ N+ ó ion anilinio Las formas de resonancia adicionales conducen a un primer estado excitado más estable; la consecuencia es una fluorescencia en la región ultravioleta. La fluorescencia de ciertos compuestos en función del pH se ha utilizado para detectar puntos finales en titulaciones áci– do-base. Por ejemplo, la fluorescencia de la forma fenólica del ácido 1-naftol-4-sulfónico no es detectable por el ojo humano, porque ocurre en la región ultravioleta. Sin embargo, cuando el compuesto se convierte en ion fenolato con la adición de una base, la banda de emisión se desplaza hacia longitudes de onda de la región visible donde puede verse con claridad. Es interesante resaltar que este cambio ocurre a un pH diferente del pronosti– cado a partir de la constante de disociación ácida del compuesto. La explicación de esta discrepancia es que la constante de diso– ciación ácida para la molécula excitada difiere de la constante de la misma especie en el estado fundamental. Los cambios en las constantes de disociación de ácidos y bases con la excitación son comunes, y algunas veces son mayores hasta en cuatro o cinco órdenes de magnitud. Estas observaciones sugieren que los pro– cedimientos analíticos basados en la fluorescencia requieren a menudo un control estricto del pH. Con frecuencia, la presencia de oxígeno disuelto reduce la intensidad de la fluorescencia de una disolución. Este efecto puede ser el resultado de una oxidación inducida fotoquímicamente de las especies fluorescentes. Pero lo más común es que la supresión (quenching) se presente como una consecuencia de las propie– dades paramagnéticas del oxígeno molecular, lo cual impulsa el cruce entre sistemas y la conversión de moléculas excitadas en el estado triplete. Otras especies paramagnéticas tienden también a atenuar la fluorescencia. Efecto de la concentración en la intensidad de fluorescencia La potencia de la emisión fluorescente Fes proporcional a la potencia radiante del haz de excitación absorbido por el sistema. Es decir, F = 1>rK"(P 0 - P) = K'(P 0 - P) (15.2) donde P 0 es la potencia del haz que incide sobre la solución, Pes su potencia después de atravesar una longitud b del medio, 1>r es la eficacia cuántica del proceso de fluorescencia y K" es una constante que depende de las características geométricas y otros factores. La eficacia cuántica de la fluorescencia es una constante de un sistema dado, y de este modo el producto 1>rK" se agrupa en una nueva constante K' en el segundo miembro de la ecuación 15.2. Con el objetivo de relacionar F con la concentración e de la especie fluorescente, se escribe la ley de Beer p _ = 10-ebc Po (15.3) donde e es la absortividad molar de las moléculas fluorescentes y e be es la absorbancia A. Si se sustituye la ecuación 15.3 en la ecua– ción 15.2, se obtiene (15.4) El término exponencial de la ecuación 15.4 se puede desarrollar como una serie de Maclaurin en [ (2 .303ebc)2 F = K'P 0 2.303ebc - -'----'- 2! (2 .303ebc) 3 ] + + .. . (15.5) 3! Siempre que 2.303ebc = A < 0.05, todos los términos posteriores entre corchetes son pequeños respecto al primer término. En estas condiciones, el error relativo máximo cometido al ignorar todos los términos excepto el primero es de 0.13%. Por tanto, es posible escribir F = 2.303 K'ebcP 0 (15.6) ~ Simulación: Aprenda más acerca de la espectroscopia por _ luminiscencia en www.tinyurl.comjskoogpia 7* 'Este material se encuentra disponible en inglés.