MÉTODOS ÓPTICOS
La espectroscopia de absorción de visible y ultravioleta es la más empleada por su sencillez y el bajo coste
de los aparatos más sencillos capaces de llevarla a cabo: los colorímetros.
Esta técnica especialmente cuantitativa se fundamenta en la disminución de
intensidad que sufre un rayo de luz monocromática al atravesar una disolución
que contenga un constituyente que absorba parte de la radiación. Este método
presenta gran cantidad de aplicaciones cuantitativas tanto orgánicas como inorgánicas.
También se utiliza como indicadora del punto final de una titulación.
La espectroscopia de absorción infrarroja se emplea con profusión para fines cualitativos en química orgánica,
pues permite el análisis sencillo de los grupos funcionales de una molécula.
Ello es debido a que la radiación infrarroja interacciona con los estados de
energía vibracional de los enlaces y éstos son característicos de los átomos
que los forman.
La espectroscopia de absorción de microondas estudia los niveles rotacionales de las moléculas,
pero éstos no dependen, en general, del tipo de los átomos que las forman,
sino del conjunto. A pesar de ser una técnica reciente ha demostrado ser de
gran utilidad para el estudio de estructuras, ya que permite determinar con
precisión ángulos de enlace, distancias internucleares y conformaciones.
La espectroscopia de absorción atómica se emplea en la determinación cuantitativa de metales en disolución
y se basa en la absorción de radiación generada en una lámpara, que contiene
el propio metal sometido a estudio, cuando atraviesa una llama en la que se
halla pulverizada la disolución problema que contiene dicho metal. Es una técnica
muy empleada por su sencillez de manejo y por la cantidad de elementos que puede
detectar.
La espectroscopia de absorción de rayos X es también de tipo atómico,
como la anterior, y por ello se emplea en la detección cualitativa y
cuantitativa de elementos pesados, especialmente cuando éstos se hallan
presentes en moléculas en las que los demás átomos son ligeros. La excitación
en este caso tiene lugar por un desplazamiento de un electrón de los niveles
menos energéticos de un átomo y su sustitución por otro perteneciente a un
nivel de energía superior.
La fluorimetría es
una técnica de emisión de radiación; ésta se produce después de la absorción
de un fotón por parte del constituyente, seguida por la pérdida de la energía
adquirida por un mecanismo de intercambio de calor (choques moleculares) y por
emisión de un nuevo fotón. Las sustancias orgánicas de moléculas grandes y rígidas
son las que presentan esta importante cualidad analítica cuantitativa. La
fluorimetría utiliza en general la radiación ultravioleta como agente de
excitación y la radiación emitida cae frecuentemente en la zona visible.
La fosforimetría, sólo
se diferencia de ésta en que la molécula excitada queda después de los
choques en un estado metaestable y no emite el fotón inmediatamente, sino lo
que retiene un cierto tiempo. Se aplica a sustancias orgánicas con dobles
enlaces conjugados y en general se debe hacer a bajas temperaturas.
La espectrografía de emisión se utiliza en la investigación cualitativa y cuantitativa de metales.
La excitación de la muestra se logra por la descarga eléctrica de un arco sobe
la misma.
La espectroscopia de llama
es otro método de emisión basado en la excitación a través de la
energía de una llama. Por ser una técnica de bajo costo y apta para metales
ligeros, se utiliza profusamente en analítica clínica. Sus resultados son
cuantitativos.
La espectroscopia de emisión de rayos X es de hecho una técnica
fluorimétrica cuando la muestra se excita con el mismo tipo de radiación,
aunque de longitud de onda menor (otro tipo de excitación sería la realizada
con un cañón electrónico). Es un potente método de análisis elemental para
átomos de masa atómica superior a 30 unidades.
La turbidimetría y la
nefelometría son dos técnicas complementarias que se utilizan
para el análisis cuantitativo de disoluciones coloidales, emulsiones, humos o
nieblas. En general se utiliza radiación en la zona visible, que al atravesar
la cubeta con el problema es dispersada por las pequeñas partículas de éste.
En la turbidimetría se compara la intensidad del rayo de luz que emerge con la
del que llega a la disolución. En cambio, en la nefelometría la medida de la
intensidad de luz se hace con un ángulo de 90º con respecto a la radiación
incidente.
La espectroscopia Raman
se basa en un fenómeno específico de dispersión de luz que presenta alguna
similitud con la fluorescencia (V. RAMAN, EFECTO). El desplazamiento de las
emisiones Raman de una molécula con respecto a la longitud de onda incidente es
una importante arma analítica complementaria en cuanto a aplicaciones a la
espectroscopia de absorción infrarroja. El haz excitante debe ser de elevada
energía y altamente monocromático, razón por la cual se utiliza el láser
como fuente de energía en esta técnica analítica.
La espectroscopia de difracción de rayos X utilizada para determinar
la estructura cristalina de distintos sólidos es una herramienta cualitativa
para el análisis, ya que cada cristal presenta características geométricas
distintas de los demás. Su principio se fundamente en las figuras de
interferencia en forma de zonas circulares típicas de la difracción.
La refractometría
suministra un rápido método de análisis
que si bien resulta específico para fines cualitativos, puesto que la mayor
parte de compuestos orgánicos tienen índices de refacción que oscilan entre
1’25 y 1’80, se han utilizado para fines cuantitativos en análisis de
mezclas de dos componentes. El principio del método se basa en la medición de
los ángulos de incidencia y refracción de un haz luminoso al pasar por la
frontera de separación de los medios. Los refractómetros diferenciales
detectan la variación de la composición de una muestra frente a un líquido de
referencia.
La polarimetría se
fundamenta en el hecho de que algunas materias orgánicas son susceptibles de
provocar la rotación del plano de polarización de la luz que las atraviesa. La
extensión de esta rotación depende de la naturaleza de la sustancia y de su
concentración.
La espectroscopia de dispersión óptica rotatoria empleada en investigaciones estructurales consiste
en el estudio de la dependencia de la actividad óptica de un compuesto variando
la longitud de onda de la luz incidente.