13/09/2023
La gráfica de absorbancia vs. longitud de onda, también conocida como espectro de absorción, es una herramienta fundamental en diversas áreas científicas, como la química, la física y la biología. Esta gráfica representa la cantidad de luz absorbida por una muestra en función de la longitud de onda de la luz incidente. Su análisis proporciona información crucial sobre la composición, la estructura y las propiedades ópticas de la muestra.
¿Qué Significa Absorbancia Versus Longitud de Onda?
En la espectroscopia de absorbancia, un espectrómetro mide la cantidad de luz absorbida por una muestra a diferentes longitudes de onda. Esta técnica se basa en el principio de que las moléculas absorben la luz a longitudes de onda específicas que corresponden a las transiciones electrónicas entre diferentes niveles de energía. La absorbancia es una medida de la cantidad de luz absorbida, mientras que la longitud de onda indica el color o la energía de la luz.
La relación entre la absorbancia y la longitud de onda se representa gráficamente, donde la absorbancia se muestra en el eje Y y la longitud de onda en el eje X. El resultado es un espectro de absorción que muestra picos y valles que corresponden a las longitudes de onda donde la muestra absorbe o transmite la mayor cantidad de luz.
Teoría de la Absorbancia
Dentro de un átomo, los electrones existen en regiones alrededor del núcleo conocidas como orbitales. Dependiendo de la estructura electrónica, estos orbitales pueden estar completamente llenos, parcialmente llenos o vacíos. Cuando se unen átomos para formar una molécula, sólido o solución, esto modifica sus orbitales, distribución electrónica y, por lo tanto, sus propiedades ópticas y electrónicas.
La absorbancia indica la cantidad de luz absorbida por una muestra. Al medir las longitudes de onda de la luz absorbida, se pueden investigar estos diferentes niveles de energía y estudiar cómo se mueven los electrones entre ellos, lo que proporciona información útil sobre la muestra.
Para muchos materiales, la absorción ocurre cuando la energía de un fotón incidente (E fotón) es igual o mayor que la diferencia de energía (ΔE) entre el orbital molecular ocupado más alto (HOMO) y el orbital molecular desocupado más bajo (LUMO). Si su energía es suficientemente alta, un fotón incidente puede ser absorbido por un electrón en el nivel HOMO y excitado a un estado de mayor energía. Esta luz no se transmitirá a través de la muestra; por lo tanto, ha sido absorbida.
Algunos materiales solo pueden absorber luz a energías muy específicas, a menudo descritas en términos de la longitud de onda del fotón (λ). Las longitudes de onda de la luz absorbida corresponden a la energía a través de la siguiente ecuación:
E = hc/λ
donde:
- E es la energía
- h es la constante de Planck
- c es la velocidad de la luz
- λ es la longitud de onda
Los tipos de transiciones electrónicas permitidas a menudo varían con las diferentes propiedades del material. La medición de las longitudes de onda en las que se produce la absorbancia proporciona información sobre las propiedades electrónicas de un material, molécula o película delgada.
Medición de la Absorbancia
La medición de la absorbancia requiere una fuente de luz de banda ancha y un espectrómetro con un rango espectral apropiado. Los valores de absorbancia están estrechamente relacionados con las mediciones de transmisión, ya que en ambos casos se mide la luz transmitida. La luz atraviesa la muestra y es registrada por el espectrómetro.
A medida que la luz se mueve a través de una muestra, es más probable que sea absorbida. Por lo tanto, la intensidad de la luz transmitida disminuirá exponencialmente con la distancia. La absorbancia se puede calcular comparando el espectro de luz de referencia, I 0, con la luz detectada que ha pasado a través de la muestra, I, utilizando esta ecuación:
A = log 10(I 0/I)
Definición de Absorbancia
La absorbancia es una medida relativa y, por lo tanto, adimensional. Sin embargo, las propiedades de absorción de diferentes muestras se pueden definir de varias maneras.
Coeficiente de Atenuación Molar
Al medir el espectro de absorbancia de una solución, un factor importante es la longitud de onda donde ocurre la absorbancia máxima. La identificación de estas longitudes de onda puede ayudar a determinar ciertas propiedades moleculares de la muestra. También se puede observar la intensidad de la absorbancia a estas longitudes de onda.
Al observar estos picos, se puede establecer el coeficiente de atenuación molar, ε (también conocido como coeficiente de extinción molar o absortividad molar). Esto proporciona información sobre los tipos de transiciones electrónicas que ocurren dentro de la muestra. Para las transiciones permitidas, ε > 1000, mientras que para las transiciones prohibidas, ε < 100.
El coeficiente de atenuación molar, ε, aparece en la ley de Beer-Lambert:
A = εcl
donde:
- A es la absorbancia
- c es la concentración molar de la molécula en solución
- l es la longitud de trayectoria a través de la muestra (a menudo el ancho de la cubeta o el grosor de la película)
Esta ecuación se puede utilizar para medir la concentración de una molécula en una película delgada.
Coeficiente de Absorción
Para sólidos a granel, la absorbancia se puede definir en términos de un coeficiente de absorción, α(λ). Esta es una propiedad del material sólido y depende de la longitud de onda. El coeficiente de absorción, α(λ), se relaciona con las mediciones de absorbancia mediante la siguiente ecuación:
A = α(λ)d
donde d es la distancia que la luz ha recorrido dentro (o a través) del sólido a granel.
Unidades de Absorbancia
Las unidades de absorbancia varían según el tipo de muestra:
| Propiedad | Unidades | Tipo de Muestra |
|---|---|---|
| Absorbancia | Adimensional | General |
| Coeficiente de Absorción | m -1 | Sólido a granel |
| Coeficiente de Atenuación Molar | m 2 M -1 | Molécula en solución |
Usos de la Absorbancia
La espectroscopia de absorbancia se utiliza para investigar la idoneidad de un material para fines específicos. Por ejemplo:
- Los colorantes orgánicos requieren una alta absorbancia en un rango pequeño de longitudes de onda para que solo se emita luz del color correspondiente.
- Los materiales que convierten la luz visible en diferentes formas de energía (como las células solares y los fotosensores) requieren una alta absorción, idealmente en la región visible.
- Los materiales transparentes deben absorber la menor cantidad posible de luz visible.
- En compuestos orgánicos, la espectroscopia UV-Vis puede ayudar a determinar la cantidad de enlaces pi conjugados en una molécula.
La gráfica de absorbancia vs. longitud de onda es una herramienta poderosa para el análisis de materiales, proporcionando información valiosa sobre sus propiedades ópticas y electrónicas. Su aplicación se extiende a diversas áreas de la ciencia y la tecnología, desde la química analítica hasta la investigación de nuevos materiales.