Os espectrofotómetros UV-Vis son instrumentos sofisticados moi empregados en varios campos científicos. A pesar da súa importancia, moitas persoas non entenden plenamente cales son estes dispositivos, as súas aplicacións e o seu funcionamento. Este artigo pretende proporcionar unha explicación en profundidade dos espectrofotómetros UV-Vis, cubrindo os seus principios, usos e as circunstancias nas que se empregan.
Que é un espectrofotómetro UV-vis?
Un espectrofotómetro UV-Vis é un dispositivo analítico usado para medir a intensidade da luz nas rexións ultravioleta (UV) e visibles (VIS) do espectro electromagnético. Estes instrumentos son cruciais para analizar as propiedades ópticas das substancias, determinar a súa concentración e comprender o seu comportamento en diferentes condicións de luz.
Como funciona un espectrofotómetro UV-vis?
O funcionamento dun espectrofotómetro UV-Vis implica varios compoñentes e pasos clave:
Fonte de luz:
O espectrofotómetro contén unha fonte de luz, normalmente unha combinación dunha lámpada de deuterio (para luz UV) e unha lámpada de tungsteno (para luz visible). Estas lámpadas emiten luz a través dos espectros UV e visibles.
Monocromador:
A luz emitida pola fonte pasa por un monocromador, que a separa en lonxitudes de onda individuais. Normalmente faise usando un prisma ou reixa de difracción.
Titular de mostra:
A luz monocromática está dirixida a través do soporte da mostra, onde a solución da mostra está colocada nunha cubeta, un pequeno recipiente feito de vidro ou cuarzo.
Detector:
Despois de pasar pola mostra, a luz chega a un detector. O detector mide a intensidade da luz transmitida e convérteo nun sinal eléctrico.
Análise de datos:
O sinal eléctrico é procesado por un ordenador ou microprocesador, que xera un espectro que mostra a absorbancia ou a transmisión da mostra a diferentes lonxitudes de onda.
Principios da espectrofotometría UV-Vis
O principio fundamental detrás da espectrofotometría UV-vis é a lei de Beer-Lambert, que relaciona a absorbancia da luz coas propiedades do material polo que viaxa a luz. A lei exprésase como:
= ⋅⋅
Onde:
A é a absorbancia (sen unidades, xa que é unha relación).
é o coeficiente de absorción molar (L/mol · cm), unha constante que indica o fortes que a sustancia absorbe a luz nunha determinada lonxitude de onda.
é a concentración da especie absorbente na mostra (mol/L).
é a lonxitude do camiño pola que a luz viaxa na mostra (cm).
A absorbancia é directamente proporcional á concentración e á lonxitude da ruta, o que converte a espectrofotometría UV-Vis nunha poderosa ferramenta para a análise cuantitativa.
Aplicacións de espectrofotómetros UV-Vis
Os espectrofotómetros UV-vis teñen unha ampla gama de aplicacións en diferentes campos:
1. Química
Determinación da concentración:
Os espectrofotómetros UV-Vis úsanse habitualmente para determinar a concentración de solutos nunha solución. Por exemplo, a concentración de ADN, proteínas ou outras biomoléculas pódese medir pola súa absorbancia a lonxitudes de onda específicas.
Cinética de reacción:
Estes instrumentos axudan a estudar as taxas de reaccións químicas controlando o cambio na absorbancia de reactivos ou produtos ao longo do tempo.
Análise química:
Úsanse para a análise cualitativa e cuantitativa de compostos químicos, axudando a identificar substancias en función dos seus espectros de absorbancia.
2. Bioquímica e bioloxía molecular
Cuantificación de proteínas e ácido nucleico:
A espectrofotometría UV-Vis é esencial na bioquímica para medir a concentración e pureza de ácidos nucleicos (ADN e ARN) e proteínas.
Actividade enzimática:
A actividade dos encimas pódese estudar medindo a absorbancia de substratos ou produtos implicados en reaccións enzimáticas.
3. Ciencias ambientais
Probas de calidade da auga:
Os espectrofotómetros UV-Vis úsanse para detectar e cuantificar contaminantes en auga, como nitratos, fosfatos e metais pesados.
Monitorización da calidade do aire:
Axudan a controlar os contaminantes do aire medindo a absorbancia de gases como o ozono e o dióxido de nitróxeno.
4. Análise clínica e farmacéutica
Proba e desenvolvemento de drogas:
Na industria farmacéutica, os espectrofotómetros UV-Vis úsanse para analizar a concentración e pureza dos fármacos e para estudar a estabilidade e a degradación dos compostos farmacéuticos.
Diagnóstico clínico:
Estes instrumentos axudan en diagnósticos clínicos medindo a concentración de varias substancias en fluídos corporais, como a glicosa, o colesterol e a bilirrubina.
5. Industria de alimentos e bebidas
Control de calidade:
A espectrofotometría UV-vis úsase para garantir a calidade e seguridade dos alimentos e bebidas medindo a concentración de aditivos, conservantes e contaminantes.
Análise nutricional:
Pódese determinar a concentración de vitaminas, minerais e outros nutrientes nos produtos alimentarios mediante esta técnica.
Tipos de espectrofotómetros UV-vis
Spectrofotómetros UV-Vis co
Eu en varias configuracións, cada unha adecuada para aplicacións específicas:
Espectrofotómetros de raio único:
Estes teñen unha única ruta de luz, é dicir, as medicións de referencia e mostra tómanse secuencialmente. Son máis sinxelos e rendibles, pero poden ser menos precisos debido ás potenciais flutuacións na intensidade da fonte da luz.
Espectrofotómetros de dobre raio:
Estes instrumentos dividiron a luz en dous camiños, un pasando pola mostra e o outro a través dunha referencia. Esta configuración permite a medición simultánea, compensando as flutuacións na intensidade da luz e proporcionando resultados máis precisos.
Lectores de microplacas:
Deseñados para o cribado de alto rendemento, os lectores de microplacas poden medir múltiples mostras simultaneamente usando microplacas con múltiples pozos, usados habitualmente en biotecnoloxía e industrias farmacéuticas.
Espectrofotómetros UV-Vis portátiles:
Estes dispositivos compactos e portátiles úsanse para o traballo de campo e a análise in situ, ofrecendo comodidade e flexibilidade para o control ambiental e o control de calidade.
Técnicas e variacións avanzadas
A espectrofotometría UV-vis evolucionou para incluír técnicas e variacións avanzadas:
1. Espectrofotometría derivada
Esta técnica consiste en calcular a derivada do espectro de absorbancia, mellorar a resolución de picos solapados e mellorar a precisión das medicións de concentración en mesturas complexas.
2. Espectrofotometría de fluxo parado
Utilízase para estudar a cinética de reacción rápida, a espectrofotometría de fluxo de parada mestura reactantes rapidamente e mide os cambios de absorbancia en tempo real, proporcionando información sobre procesos bioquímicos e químicos rápidos.
3. Espectroscopia fotoacústica
Este método mide as ondas sonoras producidas pola absorción de luz modulada, ofrecendo alta sensibilidade para estudar mostras sólidas e opacas onde a espectrofotometría tradicional UV-Vis pode non ser efectiva.
Vantaxes e limitacións
Vantaxes
Non destrutivo:
A espectrofotometría UV-Vis é xeralmente non destrutiva, conservando a mostra para unha análise posterior.
Alta sensibilidade e precisión:
A técnica ofrece alta sensibilidade e precisión, tornándoa adecuada para detectar e cuantificar baixas concentracións de analitos.
Versatilidade:
Pode analizar unha ampla gama de substancias, incluíndo compostos orgánicos e inorgánicos, en varios estados (sólido, líquido e gas).
Rápido e sinxelo:
As medicións son normalmente rápidas e sinxelas, permitindo unha análise eficiente e rutineira.
Limitacións
Interferencias:
A presenza de substancias interferidas que absorben a lonxitudes de onda similares pode complicar a análise.
Preparación da mostra:
Algunhas mostras poden requirir unha ampla preparación ou dilución, potencialmente introducindo erros.
Información limitada:
A espectrofotometría UV-Vis proporciona principalmente información sobre a concentración e absorbancia de compostos, pero carece de ideas estruturais detalladas, que requiren técnicas complementarias como a espectrometría de masas ou a RMN.
Os espectrofotómetros UV-Vis son ferramentas indispensables na ciencia moderna, ofrecendo un método versátil e potente para analizar unha ampla gama de substancias. As súas aplicacións abarcan en varios campos, incluíndo química, bioquímica, ciencias ambientais, diagnósticos clínicos e a industria alimentaria. Comprender os principios, operacións e usos da espectrofotometría UV-Vis permite aos científicos e profesionais aproveitar todo o seu potencial de investigación e desenvolvemento, control de calidade e fins analíticos. A pesar das súas limitacións, o espectrofotómetro UV-Vis segue sendo unha pedra angular dos laboratorios analíticos, contribuíndo significativamente aos avances en ciencia e tecnoloxía.
