La espectrometría es un campo de la ciencia analítica dedicado al estudio y la medición de espectros, que se generan cuando la materia interactúa con alguna forma de energía. Dentro de este amplio campo, que incluye técnicas tan diversas como la espectrometría de masas o la espectrometría atómica, se encuentra la espectrofotometría, una de las técnicas más fundamentales y ampliamente utilizadas.
La espectrofotometría se enfoca específicamente en la interacción de la radiación electromagnética (principalmente luz ultravioleta, visible e infrarroja) con la materia para determinar concentraciones o identificar sustancias.
En este artículo, veremos que es la espectrometría, mecanismos, tipos, usos en la industria y ventajas, así que quédate porque empezamos:
¿Qué es la Espectrometría?
La espectrometría UV-visble es una técnica analítica que estudia la composición de sustancias químicas. Se utiliza para la medición de diferentes especies químicas (cationes, aniones, compuestos) en solución.
Ley de Beer-Lambert
El pilar de la espectrofotometría cuantitativa es la Ley de Beer-Lambert. Esta ley física establece una relación directa y lineal entre la cantidad de luz absorbida por una solución (Absorbancia) y dos factores clave: la concentración del analito (la sustancia de interés) y la longitud del camino óptico que la luz recorre a través de la muestra.
(Aclaración terminológica: A menudo se usa “espectroscopía” para el estudio teórico de los espectros y la interacción energía-materia, mientras que “espectrometría” se refiere más específicamente a los métodos y mediciones cuantitativas de dichos espectros. La espectrofotometría es, por tanto, una técnica de medición).
Por ejemplo: La ley de Beer-Lambert relaciona la intensidad de la luz entrante (Io) con la intensidad de la luz saliente (I en la figura, I1 en el texto) y la concentración de la sustancia que absorbe la luz (c).
Principios de la espectrometria
La espectrometría se basa en la interacción de la radiación electromagnética con la materia. Cuando una sustancia absorbe radiación en una determinada longitud de onda, los electrones de sus átomos o moléculas pueden excitarse a niveles de energía más altos. Al retornar a su estado fundamental, estos electrones emiten energía en forma de luz, que puede ser medida y analizada para obtener información sobre la composición y estructura de la sustancia.
Mecanismo: ¿Cómo Funciona un Espectrómetro?
El espectrómetro es el instrumento que separa y mide los componentes espectrales de una característica física. Diseñado para realizar mediciones espectrofotométricas. Sus componentes esenciales trabajan en secuencia:
- Fuente de Luz: Genera radiación electromagnética en el rango de interés (ej., lámparas de tungsteno para visible, deuterio para UV).
- Monocromador: Actúa como un filtro de alta precisión. Selecciona una longitud de onda específica (o una banda muy estrecha) de la luz policromática de la fuente. Utiliza elementos dispersivos como prismas o redes de difracción.
- Compartimento de Muestra: Contiene la muestra, usualmente en una cubeta transparente (de cuarzo para UV, vidrio o plástico para visible). La luz monocromática seleccionada incide y atraviesa la muestra.
- Detector: Mide la intensidad de la luz que no fue absorbida por la muestra y la logra atravesar (luz transmitida). Convierte esta intensidad lumínica en una señal eléctrica medible (ej., usando fotodiodos, fotomultiplicadores).
- Sistema de Lectura/Procesador: Transforma la señal eléctrica en un valor numérico útil, como Absorbancia (A) o Porcentaje de Transmitancia (%T). La Absorbancia es preferida para análisis cuantitativo por su relación lineal con la concentración.
(Concepto general en Espectrometría: Aunque los detalles tecnológicos varían enormemente, la estructura básica de Fuente → Selector/Analizador → Detector es un paradigma común en muchos tipos de espectrómetros, no solo en los ópticos).
Tipos de Espectrofotometría y su Contexto en la Espectrometría General
La espectrofotometría se puede clasificar según la región del espectro electromagnético utilizada:
- Espectrofotometría UV-Visible (UV-Vis): La más común para cuantificación. Opera en las regiones ultravioleta (190-400 nm) y visible (400-800 nm). Ideal para moléculas con sistemas de electrones conjugados o no enlazantes, y complejos coloreados.
- Espectrofotometría Infrarroja (IR): Utiliza radiación infrarroja para excitar vibraciones moleculares. Es primordial para la identificación de grupos funcionales y la elucidación de la estructura molecular, más que para la cuantificación rutinaria. A menudo se denomina Espectroscopía IR.
Estas técnicas (UV-Vis, IR) pertenecen a la espectrometría óptica molecular. Es importante distinguirlas de otras ramas importantes de la espectrometría general:
Espectrometría de Masas (MS):
Una técnica muy potente y diferente. No mide la absorción de luz, sino que ioniza las moléculas y luego separa y detecta estos iones según su relación masa/carga (m/z). Es fundamental para determinar masas moleculares exactas, identificar compuestos desconocidos y elucidar estructuras.
Espectrometría Atómica:
Se enfoca en el análisis de átomos individuales. Incluye:
Espectrofotometría de Absorción Atómica (AA): Mide la absorción de luz por átomos libres en estado gaseoso. Muy sensible para cuantificar elementos metálicos. (Comparte el principio de absorción con la espectrofotometría molecular).
- Espectrometría de Emisión Atómica (AE): Mide la luz emitida por átomos excitados (ej., en una llama o plasma, como en ICP-OES). También usada para análisis elemental cuantitativo.
- Otras: Existen muchas otras, como la Espectrometría de Resonancia Magnética Nuclear (RMN), Espectrometría Raman, Espectrometría de Rayos X (XRF), etc., cada una basada en principios de interacción energía-materia diferentes.
Usos y Aplicaciones de la Espectrometría
La espectrofotometría (principalmente UV-Vis) es indispensable en:
- Química Analítica: Cuantificación de analitos, estudios cinéticos, determinación de pKa y constantes de equilibrio.
- Bioquímica y Biología Molecular: Cuantificación de ADN/ARN (A260), proteínas (A280, Bradford, Lowry), seguimiento de reacciones enzimáticas.
- Diagnóstico Clínico: Análisis de componentes sanguíneos y urinarios (glucosa, colesterol, bilirrubina, etc.).
- Control de Calidad Industrial: Verificación de fármacos, aditivos en alimentos, colorantes, pureza de reactivos.
- Ciencias Ambientales: Monitorización de la calidad del agua (nitratos, fosfatos, metales).
- Ciencia de Materiales: Caracterización óptica de filtros, recubrimientos, semiconductores.
- Medicina Forense: Detección de sustancias tóxicas o drogas en muestras biológicas.
- Industria Farmacéutica: Control de calidad de medicamentos y análisis de impurezas.
- Astrofísica: Análisis de la composición química de estrellas y galaxias a través de la luz que emiten.
Ventajas de la Espectrometría
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Sensibilidad: Capacidad para detectar bajas concentraciones de analitos.
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Especificidad: Identificación precisa de compuestos basándose en sus características espectrales únicas.
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Rapidez: Obtención de resultados en tiempos relativamente cortos.
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No Destructiva: Muchas técnicas espectrométricas permiten analizar muestras sin alterarlas significativamente.
Conclusión
La espectrometría es una herramienta analítica, basada en la medición de la absorción o transmisión de luz. Su capacidad para cuantificar sustancias de forma relativamente sencilla y económica la hace fundamental en innumerables laboratorios.
Si bien técnicas como la espectrometría de masas o la RMN ofrecen información estructural o de masa más detallada, la espectrofotometría sigue siendo un pilar insustituible para análisis cuantitativos rápidos y fiables en ciencia, medicina e industria.
Esperamos que este artículo te haya resultado útil.