Els espectrofotòmetres UV-Vis són instruments sofisticats àmpliament utilitzats en diversos camps científics. Malgrat la seva importància, molta gent no entén plenament què són aquests dispositius, les seves aplicacions i el seu funcionament. Aquest article pretén proporcionar una explicació en profunditat dels espectrofotòmetres UV-Vis, que abasta els seus principis, usos i les circumstàncies en què s’utilitzen.
Què és un espectrofotòmetre UV-Vis?
Un espectrofotòmetre UV-Vis és un dispositiu analític utilitzat per mesurar la intensitat de la llum a les regions ultraviolades (UV) i visibles (Vis) de l’espectre electromagnètic. Aquests instruments són crucials per analitzar les propietats òptiques de les substàncies, determinar la seva concentració i comprendre el seu comportament en diferents condicions de llum.
Com funciona un espectrofotòmetre UV-Vis?
El funcionament d’un espectrofotòmetre UV-Vis implica diversos components i passos clau:
Font de llum:
L’espectrofotòmetre conté una font de llum, normalment una combinació d’una làmpada de deuteri (per a llum UV) i una làmpada de tungstè (per a la llum visible). Aquestes làmpades emeten llum a través dels espectres UV i visibles.
Monocromador:
La llum emesa per la font passa per un monocromador, que la separa en longituds d'ona individuals. Normalment es fa mitjançant un prisma o una reixa de difracció.
Porta de mostra:
La llum monocromàtica es dirigeix a través del suport de la mostra, on la solució de mostra es col·loca en una cuveta, un petit contenidor de vidre o quars.
Detector:
Després de passar per la mostra, la llum arriba a un detector. El detector mesura la intensitat de la llum transmesa i la converteix en un senyal elèctric.
Anàlisi de dades:
El senyal elèctric és llavors processat per un ordinador o un microprocessador, que genera un espectre que mostra l'absorbància o la transmitància de la mostra a diferents longituds d'ona.
Principis de l’espectrofotometria UV-vis
El principi fonamental de l’espectrofotometria de la UV-Vis és la llei de cervesa-Lambert, que relaciona l’absorbància de la llum amb les propietats del material a través de la qual viatja la llum. La llei s’expressa com:
= ⋅⋅
On:
A és l’absorbància (no hi ha unitats, ja que és una proporció).
És el coeficient d’absortivitat molar (L/mol · cm), una constant que indica la força que la substància absorbeix la llum a una longitud d’ona particular.
és la concentració de les espècies absorbents a la mostra (mol/l).
és la longitud del camí a través de la qual la llum viatja a la mostra (cm).
L’absorbància és directament proporcional a la concentració i la longitud del camí, cosa que fa que l’espectrofotometria UV-vis en una eina potent per a l’anàlisi quantitativa.
Aplicacions d’espectrofotòmetres UV-vis
Els espectrofotòmetres UV-Vis tenen una àmplia gamma d'aplicacions en diferents camps:
1. Química
Determinació de la concentració:
Els espectrofotòmetres UV-Vis s’utilitzen habitualment per determinar la concentració de soluts en una solució. Per exemple, la concentració d’ADN, proteïnes o altres biomolècules es pot mesurar per la seva absorbança a longituds d’ona específiques.
Cinètica de reacció:
Aquests instruments ajuden a estudiar les taxes de reaccions químiques mitjançant el seguiment del canvi d’absorbància de reactants o productes al llarg del temps.
Anàlisi química:
S’utilitzen per a l’anàlisi qualitativa i quantitativa de compostos químics, ajudant a identificar substàncies basades en els seus espectres d’absorbància.
2. Bioquímica i biologia molecular
Quantificació de proteïnes i àcids nucleics:
L’espectrofotometria UV-Vis és essencial en la bioquímica per mesurar la concentració i la puresa d’àcids nucleics (ADN i ARN) i proteïnes.
Activitat enzimàtica:
L’activitat dels enzims es pot estudiar mesurant l’absorbància de substrats o productes implicats en reaccions enzimàtiques.
3. Ciències ambientals
Prova de qualitat de l’aigua:
Els espectrofotòmetres UV-Vis s’utilitzen per detectar i quantificar contaminants en aigua, com ara nitrats, fosfats i metalls pesants.
Monitorització de la qualitat de l’aire:
Ajuden a controlar els contaminants de l’aire mesurant l’absorbància de gasos com l’ozó i el diòxid de nitrogen.
4. Anàlisi clínica i farmacèutica
Prova i desenvolupament de fàrmacs:
A la indústria farmacèutica, els espectrofotòmetres UV-Vis s’utilitzen per analitzar la concentració i la puresa dels fàrmacs i per estudiar l’estabilitat i la degradació dels compostos farmacèutics.
Diagnòstic clínic:
Aquests instruments ajuden en el diagnòstic clínic mesurant la concentració de diverses substàncies en líquids corporals, com la glucosa, el colesterol i la bilirubina.
5. Indústria d'aliments i begudes
Control de qualitat:
L’espectrofotometria UV-Vis s’utilitza per assegurar la qualitat i la seguretat dels aliments i les begudes mesurant la concentració d’additius, conservants i contaminants.
Anàlisi nutricional:
La concentració de vitamines, minerals i altres nutrients en productes alimentaris es pot determinar mitjançant aquesta tècnica.
Tipus d’espectrofotòmetres UV-vis
Espectrofotòmetres UV-vis
jo en diverses configuracions, cadascuna adequada per a aplicacions específiques:
Espectrofotòmetres de feix únic:
Aquests tenen una única ruta de llum, és a dir, les mesures de referència i mostra es prenen seqüencialment. Són més simples i rendibles, però poden ser menys precises a causa de possibles fluctuacions en la intensitat de la font de llum.
Espectrofotòmetres de doble feix:
Aquests instruments dividien la llum en dos camins, un passant per la mostra i l’altre mitjançant una referència. Aquesta configuració permet la mesura simultània, compensant les fluctuacions en intensitat de la llum i proporcionant resultats més precisos.
Lectors de microplaques:
Dissenyat per a un cribratge d’alt rendiment, els lectors de microplaques poden mesurar diverses mostres simultàniament mitjançant microplaques amb diversos pous, que s’utilitzen habitualment en les indústries de biotecnologia i farmacèutica.
Espectrofotòmetres portàtils UV-vis:
Aquests dispositius compactes i de mà s’utilitzen per al treball de camp i l’anàlisi in situ, oferint comoditat i flexibilitat per al control ambiental i el control de qualitat.
Tècniques i variacions avançades
L’espectrofotometria UV-Vis ha evolucionat fins a incloure tècniques i variacions avançades:
1. Espectrofotometria derivada
Aquesta tècnica consisteix en calcular el derivat de l’espectre d’absorbància, millorar la resolució de pics superposats i millorar la precisió de les mesures de concentració en barreges complexes.
2. Espectrofotometria de flux aturat
S'utilitza per estudiar la cinètica de reacció ràpida, l'espectrofotometria de flux aturada barreja reactants ràpidament i mesura els canvis d'absorbància en temps real, proporcionant informació sobre processos bioquímics i químics ràpids.
3. Espectroscòpia fotoacústica
Aquest mètode mesura les ones sonores produïdes per l’absorció de la llum modulada, oferint una alta sensibilitat per estudiar mostres sòlides i opaces on l’espectrofotometria tradicional d’UV-vis pot no ser efectiva.
Avantatges i limitacions
Avantatges
No destructiu:
L’espectrofotometria UV-Vis és generalment no destructiva, conservant la mostra per a una anàlisi posterior.
Alta sensibilitat i precisió:
La tècnica ofereix una alta sensibilitat i precisió, cosa que la fa adequada per detectar i quantificar concentracions baixes d’analits.
Versatilitat:
Pot analitzar una àmplia gamma de substàncies, incloent compostos orgànics i inorgànics, en diversos estats (sòlids, líquids i gas).
Ràpid i senzill:
Les mesures són normalment ràpides i senzilles, cosa que permet una anàlisi eficient i rutinària.
Limitacions
Interferències:
La presència de substàncies interferides que absorbeixen a longituds d’ona similars pot complicar l’anàlisi.
Preparació de mostres:
Algunes mostres poden requerir una preparació o una dilució extenses, que poden introduir errors.
Informació limitada:
L’espectrofotometria UV-Vis proporciona principalment informació sobre la concentració i l’absorbància de compostos, però no té visions estructurals detallades, que requereixen tècniques complementàries com l’espectrometria de masses o la RMN.
Els espectrofotòmetres UV-Vis són eines indispensables en la ciència moderna, que ofereixen un mètode versàtil i potent per analitzar una àmplia gamma de substàncies. Les seves aplicacions abasten diversos camps, com ara química, bioquímica, ciències ambientals, diagnòstic clínic i la indústria alimentària. Comprendre els principis, l’operació i els usos de l’espectrofotometria UV-Vis permet als científics i professionals aprofitar tot el seu potencial per a la investigació i el desenvolupament, el control de qualitat i els propòsits analítics. Malgrat les seves limitacions, l’espectrofotòmetre UV-Vis segueix sent una pedra anàlisis dels laboratoris analítics, contribuint significativament als avenços en ciència i tecnologia.
