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Espectrometría de luminiscencia
molecular
Cap.15
Luminiscencia
• Luz cuyo origen no
radica exclusivamente
en las altas
temperaturas
• Se da en sustancias que
pueden absorber
energía, excitándose a
niveles mayores y
emitirla bajo forma de
radiación
electromagnética.
Hay 2 tipos de luminiscencia
• Fotoluminiscencia: inducida por una
radiación del espectro UV/Visible:
fluorescencia y fosforescencia.
• Quimioluminiscencia: originada por una
reacción química, incluso de tipo
biológico.
Teoría de la fluorescencia y de
la fosforescencia
• Tiene lugar en sistemas químicos
gaseosos, líquidos y sólidos, sencillos o
complejos.
• Proceso en dos etapas:
1.Excitación
2.Relajación:
Principio de exclusión de Pauli
• No pueden haber 2 electrones con los
mismos números cuánticos; por lo tanto
solo 2 electrones en un mismo orbital con
espines opuestos.
• Electrones apareados o no apareados.
• Las moléculas con espines apareados no
presentan un campo magnético: son
diamagnéticas (no se alteran en un campo
magnético).
• Las moléculas con electrones
desapareados (radicales libres) presentan
un campo magnético: son paramagnéticas
(se alteran en un campo magnético).
• Singulete: estado electrónico molecular
con todos los espines apareados.
• Doblete: estado electrónico molecular
donde el electrón impar puede tomar dos
orientaciones.
Diagrama de energía para un sistema fotoluminiscente
La quinina presenta dos bandas de excitación (250 y 350 nm) y una
de emisión (450 nm).
Propiedades
• Una molécula es paramagnética en estado
triplete y diamagnética en estado singulete.
• Es más probable una transición singuletesingulete que una singulete-triplete.
• Tiempo de vida de un estado triplete excitado
desde10-4 a varios segundos.
• Tiempo de vida de un estado singulete excitado
es 10-8 a 10-5 segundos.
Rendimiento cuántico o eficiencia cuántica
de fluorescencia o de fosforescencia
Es la relación entre el número de moléculas que
emiten luminiscencia respecto al número total
de moléculas excitadas.
Moléculas altamente fluorescentes (fluoresceína)
eficacia cuántica se aproxima a la unidad; en las
poco fluorescentes se aproxima a cero.
no presentan fluorescencia.
Las estructuras condensadas con éstas normalmente si
la presentan.
Núcleos heterocíclicos como los siguientes sí presentan
fluorescencia.
• Para recuperar su estado inicial, se desprenden
del excedente de energía, emitiendo un fotón,
generalmente de longitud de onda en el
espectro de la luz visible.
• Fluorescencia: fotoluminiscencia que dura <
0.00000008 (8x10-8) segundos.
• Fosforescencia: fotoluminiscencia que dura >
0.00000008 (8x10-9) segundos.
Teoría de la
quimioluminiscencia
• Tiene lugar en pocos sistemas químicos.
La reacción más sencilla puede formularse:
Donde C* representa la especie C en estado
excitado.
• Algunos de los compuestos que
reaccionan dando quimioluminiscencia
son componentes del medio ambiente.
• Alta selectividad, sencillez y extrema
sensibilidad son causa del creciente uso
del método de quimioluminiscencia.
Bioluminiscencia: se observa en organismos vivos.
Límites de detección
• Se encuentran dentro del intervalo de
partes por billón a partes por millón.
• Debido a variaciones de intensidad de la fuente,
de la sensibilidad del detector y de otras
variables instrumentales, es imposible obtener
exactamente las mismas lecturas para una
disolución o un conjunto de disoluciones de un
día a otro: calibración diaria.
Aplicaciones
Determinación de:
•Especies inorgánicas (cationes que forman
quelatos fluorescentes).
•Especies orgánicas y bioquímicas (ácidos
nucleicos, aminoácidos, enzimas, hidrocarburos,
etc.).
•Cromatografía.
•Análisis de gases (métodos quimioluminiscentes).
•Detección de sangre en ciencias forenses
(luminol, hemasceína, etc.)
Descripción de los métodos de
medida de O3 y NO2
• Técnicas electro-ópticas son utilizadas como
métodos de referencia para la medida de gases
en aire.
• El aire muestreado se lleva a una cámara,
donde por una reacción química que produzca
luz fluorescente, la cual se mide con un detector
para que la señal eléctrica proporcione la
concentración del gas deseado.
Medida en continuo de ozono:
quimioluminiscencia en fase gas
• Se utiliza para medir ozono en aire.
• Se basa en la detección de fotones
producidos en la reacción exotérmica
entre etileno y ozono:
• C2H4 + O3 +M → productos + hv
• Luz emitida de 350-550 nm proporcional a
concentración de ozono.
• Detector: tubo fotomultiplicador.
• Rango de detección: 0.001 a 100 ppm.
• No existen interferencias conocidas.
• Respuesta en el orden de 1 seg.
• Precisión: 2% a 50 ppb de ozono.
Medida en continuo de óxidos de
nitrógeno
• Reaccción entre NO y ozono produce
moléculas excitadas de NO2, éstas emiten
quimioluminiscencia.
• Longitud de onda mayores a 600 nm,
centrada en 1200 nm.
• Detector: tubo fotomultiplicador.
• El aire muestreado se hace reaccionar
con ozono en cámara adyacente a tubo
fotomultiplicador.
• Respuesta lineal en amplio rango (hasta
1000 ppm).
• Límite de detección hasta decenas de ppt.
• Se enfría para evitar ruido térmico de
fotomultiplicador.
• Catalizadores: acero inoxidable,
molibdeno calentado, oro calentado.
Precisión de 0.5 ppb y linealidad de +/- 1 %
para tiempo promedio de 60 seg.
Instrumentación