Espectroscopia De Emision Molecular.docx

La fosforescencia es un fenómeno similar al de fluorescencia, en el cual ciertos electrones son excitados por la luz, pasando a una órbita de mayor energía, y cuando vuelven a su estado de reposo, liberan parte de esta energía en forma de luz. La diferencia entre ambos fenómenos es que en la fosforescencia la liberación de energía por medio de fotones sucede con retraso, aún cuando la fuente estimulante ya no está presente, al contrario de la fluorescencia, en el cual la liberación de fotones es casi inmediata a su absorción. En el caso de la fosforescencia, la sustancia puede seguir emitiendo luz aun horas después de eliminado el estímulo, ya que la liberación de energía sucede muy lentamente. Podemos decir entonces, que las sustancias fosforescentes tienen la capacidad de almacenar energía electromagnética, aunque sea por un periodo no demasiado prolongado. En la fosforescencia, la energía aportada por el fotón trasladaría al electrón a un estado de excitación de energía fundamental, en el cual permanece por un cierto tiempo, ya que no puede regresar inmediatamente a su estado de reposo. Cuando una determinada cantidad de tiempo pasa, el electrón vuelve a su estado original, emitiendo luz en el proceso. Abajo tenemos un diagrama del fenómeno de fosforescencia. Fosforimetría Los fenómenos de luminiscencia molecular son aquellos en los que tiene lugar la absorción de energía por parte de la molécula y un proceso posterior de emisión de radiación electromagnética en el que intervienen, básicamente, los estados electrónicos moleculares excitados y fundamentales. Dichos fenómenos de luminiscencia se clasifican según la fuente de excitación o forma de generar la energía que excusa en: fotoluminiscencia (fluorescencia y fosforescencia). Estas técnicas se basan en la medida de la radiación electromagnética y a pesar de que su campo de aplicación de es más restringido que el de otras técnicas ópticas como son las de absorción, es fácil demostrar que las técnicas luminiscentes presentan una serie de ventajas. Entre estas se pueden destacar la sensibilidad inherente, con limites de detección que suelen ser tres órdenes de magnitud menores que las técnicas de absorción, los intervalos lineales de concentraciones suelen ser superiores y especialmente la selectividad. Las dos técnicas espectroscópicas luminiscentes más importantes son la fluorimetría y la fosforimetría. Ambas basadas en la detección y análisis de la emisión de radiación electromagnética de una especie excitada por absorción de fotones. La diferencia entre ambas, desde el punto de vista de su fundamento físico-químico, son las transiciones electrónicas implicadas en la emisión que confieren a la fosforimetría características especiales por ejemplo: tiempos de vida largos y longitudes de onda de emisión mayores con respecto a la fluorescencia.

La fosforimetría presenta una serie de ventajas analíticas frente a la fluorimetría, entre las que se puede destacar la sensibilidad, linealidad de la respuesta y especialmente la selectividad. La fosforimetría es capaz de detectar cantidades en algunos inferiores a los ng/ml. Esto se debe, principalmente, a que los efectos debidos a la luz dispersada no se dan apenas en fosforimetría y esto permite trabajar en esta técnica con rendijas más anchas. La fosforimetría proporciona un mayor intervalo de linealidad que la fluorimetría, lo cual resulta muy interesante en gran número de análisis. Este intervalo está comprendido entre 4 y 6 órdenes de magnitud de fosforimetría, extendiéndose desde los pocos ng/ml a 1000 ug/ml. Otra ventaja es la selectividad. Intrínsecamente la fosforimetría posee, una mayor selectividad que la fluorimetría dado que no todas las moléculas que presentan fluorescencia son fosforescentes, lo que conlleva, una disminución en el número de posibles interferencias en la puesta a punto un determinado método de análisis. Influencia del entorno químico en la fosforescencia: -

Efecto de la temperatura

Cuanto menor es la temperatura, el rendimiento cuántico de fosforescencia tiende a ser mayor como resultados de la restricción a las libertades vibracionales, rotacionales y difusionales. Es decir menores eficacias en la conversión interna. De hecho, estudios comparativos entre metodologías a baja temperatura y a temperatura ambiente concluyen que la resolución espectral es peor conforme aumenta la temperatura así como la intensidad de emisión fosforescente. -

Efecto del disolvente

Aunque la capacidad de emitir fosforescencia depende fundamentalmente de la estructura, el entorno químico y particularmente el disolvente en que la molécula se encuentra disuelta, tiene una importante influencia. La dirección del cambio espectral hacia longitudes de onda mayores o menores en disolventes no polares es dependiente de la naturaleza del estado electrónico. El efecto del disolvente es a menudo una herramienta eficaz para confirmar la naturaleza de las transiciones electrónicas. En la transición -*, el estado electrónico estará mas estabilizado por la salvatacion en el estado fundamental como resultado de un desplazamiento de carga debida a la transición electrónica y por tanto, permitirá un desplazamiento de la banda hacia el rojo con un incremento de la polaridad disolvente. La transición n-*, el momento dipolar de la molécula de soluto decrece con la transición electrónica, las correspondientes bandas de absorción se desplazaran hacia longitudes de onda más corta con el incremento de la polaridad del disolvente.

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Efectos del pH

La influencia de la acidez y basicidad de una solución en el espectro de fosforescencia se deriva de la disociación de grupos funcionales ácidos o de la protonación de grupos funcionales básicos los cuales están íntimamente asociados con partes aromáticas de las moléculas fosforescentes. Dicha protonación o disociación puede alterar la naturaleza y velocidades de los proceso no radiantes que compiten con la fotoluminiscencia. -

Atenuación de fotoluminiscencia

La fosforescencia de especies luminiscentes puede ser reducida, e incluso eliminada, por medio de interacciones con otras especies moleculares en solución, esto se conoce como atenuación de fosforescencia. Existen dos clases diferentes, la estatica y la dinámica. Metodología fosforescente a temperatura ambiente En las escalas de tiempo relativas a muchos procesos físico- químicos que ocurren en la naturaleza, la fosforescencia tiene una vida media bastante larga lo cual permite que otros proceso compitan con ella para la desactivación del estado triplete excitado más bajo. Los instrumentos utilizados para estudios de fosforescencia tienen dos componentes adicionales: 1. Dispositivo que alterna excitar (irradiando la muestra) y medir la intensidad de fosforescencia (después de un retraso de tiempo adecuado). Esto es necesario para separar de emisión fosforescencia de larga vida de la fluorescencia. 2. Normalmente las medidas de fosforescencia se realizan a T de nitrógeno líquido (77K) para prevenir la degradación de salida por desactivación colisional. Por lo que se requiere un recipiente Dewar con ventanas de cuarzo. El analito existe en forma de n soluto en un disolvente solido. INSTRUMENTACIÓN En la siguiente figura se muestra un esquema general de un espectrofluorímetro.

Un monocromador selecciona una longitud de onda de excitación, y la fluorescencia se examina con un segundo monocromador el cual se coloca de manera que forme un ángulo de 90º con la luz incidente. Manteniendo fija la λex y haciendo un barrido de la radiación emitida, se obtiene un espectro de emisión. Si la λem se mantiene constante y se hace variar la λex, se obtiene el espectro de excitación. Fuentes: En la mayoría de las aplicaciones se necesita una fuente más intensa que las lámparas de volframio o de deuterio utilizadas para la medida de absorción. Esto se debe, como quedó demostrado con anterioridad a que la magnitud de la señal de salida, y por tanto la sensibilidad, es directamente proporcional a la potencia de la fuente P0. Normalmente se utiliza una lámpara de arco de xenón o de mercurio. Filtros y monocromadores: En los fluorímetros se utilizan tanto los filtros de interferencia como los de absorción, mientras que los espectrofluorímetros están equipados con monocromadores de red. Detectores: La señal de fluorescencia típica es de baja intensidad, por tanto, se necesitan factores de amplificación altos para estas medidas. Los tubos fotomultiplicadores son los más utilizados como detectores en instrumentos de fluorescencia sensibles. Cubetas: Para medidas de fluorescencia se utilizan tanto cubetas cilíndricas como rectangulares fabricadas con vidrio o más normalmente con sílice.