Curso 2014-2015 Grado de Farmacia ´ TECNICAS INSTRUMENTALES Concepto y Clasificaci´on de las T´ecnicas Instrumentales 1. Generalidades de los M´etodos Espectrosc´opicos Dr. Licesio J. Rodr´ıguez Facultad de Farmacia Universidad de Salamanca http://campus.usal.es/licesio/

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Bibliograf´ıa 1 D.G. Watson, Pharmaceutical analysis: a textbook for pharmacy students and pharmaceutical chemists, Elsevier,; F/543 WAT pha 2 J.M. Gavira, A. Hernanz, T´ecnicas fisicoqu´ımicas en medioambiente, UNED; F/543 GAV tec 3 Douglas A. Skoog, F. James Holler, Timothy A. Nieman, Principios de An´ alisis Instrumental, McGraw-Hill; F/543.06 SKO pri 4 Raymond Chang, Physical chemistry for the chemical and biological sciences, University Science Books; F/544 CHA phy 5 F. Rouessac, A. Rouessac, An´ alisis Qu´ımico: T´ecnicas y M´etodos Instrumentales Modernos, McGraw-Hill; F/543.06 ROU ana 6 David Sheehan, Physical Biochemistry: principles and applications, Wiley; F/577.1 SHE phy 7 David Freifelder, T´ecnicas de Bioqu´ımica y Biolog´ıa molecular, Revert´e; F/577.1 FRE tec 8 Kenneth A. Connors, Curso de An´ alisis farmac´eutico, Revert´e, F/543.5 CON cur 9 Wallace S. Brey, Physical chemistry and its biological applications, Academic Press,; F/544 BRE phy Dr. Licesio J. Rodr´ıguez

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Concepto de T´ecnicas Instrumentales El m´etodo cient´ıfico se basa en la observaci´ on y en la medida. En muchas ocasiones esta operaci´ on ha de llevarse a cabo necesariamente mediante el uso de T´ecnicas Instrumentales. Entenderemos por T´ecnicas Instrumentales: Los m´etodos que, con aplicaci´ on a la medida de magnitudes f´ısicas o fisicoqu´ımicas, requieren la intervenci´on de instrumentos. Las T´ecnicas Instrumentales proporcionan ventajas:  Mayor objetividad, precisi´ on, reproducibilidad, sensibilidad, selectividad  En muchos casos no alteran la muestra  Permiten una menor incidencia del operador en el resultado, etc. En todas las T´ecnicas Instrumentales la medida que se pretende realizar se basa en alguna propiedad f´ısica o fisicoqu´ımica del sistema. Dr. Licesio J. Rodr´ıguez

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Clasificaci´on Propiedad fisicoqu´ımica

T´ ecnica Instrumental

T´ecnicas basadas en la interacci´ on de la radiaci´on electromagn´etica con la materia Emisi´on Espectrometr´ıas de Emisi´on Absorci´on y de Absorci´ on Resonancia magn´etica Dispersi´on Nefelometr´ıa, Turbidimetr´ıa; Espectrometr´ıa Raman Refracci´on Refractometr´ıa, Interferometr´ıa Rotaci´on ´optica Polarimetr´ıa, Dispersi´ on ´ optica rotatoria; Dicro´ısmo circular Difracci´on Rayos X; electrones; neutrones Radiactividad T´ecnicas radioqu´ımicas Dr. Licesio J. Rodr´ıguez

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Propiedad fisicoqu´ımica Adsorci´on, reparto Fricci´on, sedimentaci´on Relaci´on masa/carga ··· Potencial el´ectrico Corriente el´ectrica Resistencia el´ectrica ···

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T´ ecnica Instrumental T´ecnicas de separaci´ on Cromatograf´ıas Centrifugaci´ on; Electroforesis Espectrometr´ıa de masas ··· T´ecnicas electroqu´ımicas Potenciometr´ıa Amperometr´ıa, Polarograf´ıa Conductimetr´ıa ···

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Luz y materia

La luz: fen´omeno energ´etico con aspectos tanto de ´ındole ondulatoria como corpuscular. Como fen´omeno ondulatorio: reflexi´ on, refracci´ on, interferencia, difracci´on, polarizaci´on, etc. Como fen´omeno corpuscular: procesos fotof´ısicos y fotoqu´ımicos,i.e., fotoconductividad, emisi´ on y absorci´ on de luz por ´atomos y mol´eculas, fotos´ıntesis, procesos de ionizaci´ on atmosf´ericos, reacciones fotoqu´ımicas, etc. T´ecnicas espectrosc´opicas: an´alisis de la interacci´on de la luz con ´atomos y mol´eculas .

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La luz como onda

z λ z z −v ·t t ψ(z, t) = A cos 2π = A cos 2π − λ λ T ψ(z) = A cos 2π

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La luz como onda

Caracter´ısticas ondulatorias:

Longitud de onda: λ. Per´ıodo: T . Frecuencia: ν =

1 T,

se mide en Hz (s−1 )

N´ umero de ondas: ν = λ1 , se suele expresar en cm−1

v=

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λ ν =λ·ν = T ν

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Campo electromagn´etico La perturbaci´on, ψ(z, t), est´a f´ısicamente constitu´ıda por: Campo el´ectrico, E Campo magn´etico, B cuya oscilaci´on tiene lugar en sentido transversal a la direcci´on de propagaci´on, z, y de modo perpendicular entre s´ı. Esta perturbaci´on recibe el nombre de: campo electromagn´etico o radiaci´on electromagn´etica

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Campo electromagn´etico Campo el´ectrico, Ex : z

t λ T = Eox cos (2πνz − 2πνt)

Ex (z, t) = Eox cos 2π

−

= Eox cos (kz − ωt) Campo magn´etico, By : t λ T = Boy cos (2πνz − 2πνt)

By (z, t) = Boy cos 2π

z

−

= Boy cos (kz − ωt)

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Velocidad de propagaci´on

En el vac´ıo, la velocidad de la radiaci´ on electromagn´etica es una constante fundamental, simbolizada como: c = 2,99792458 · 108 ms−1 En cualquier medio material, la velocidad de la luz, v, es siempre menor que en el vac´ıo y depende, entre otros factores, del medio, de la frecuencia de la radiaci´ on, de la temperatura, etc. El ´ındice de refracci´on: n = c/v ≥ 1 especifica estas caracter´ısticas.

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Energ´ıa de la luz. Naturaleza corpuscular. El flujo de energ´ıa, E, que acompa˜ na a la radiaci´ on electromagn´etica es proporcional al cuadrado de la amplitud del campo el´ectrico: E ∼ | Eox |2 Un haz de luz est´a constitu´ıdo por un flujo de N corp´ usculos, denominados fotones, transportando cada uno de los cuales una cantidad b´asica de energ´ıa, ε, tal que el flujo de energ´ıa que acompa˜ na a la radiaci´on puede tambi´en expresarse de la forma siguiente: E ∼ Nfotones · εfot´on

donde:

εfot´on = h · ν

Esta es la denominada hip´ otesis de Planck, siendo −34 h = 6,6260755 · 10 J · s, la constante fundamental denominada constante de Planck. Dr. Licesio J. Rodr´ıguez

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Propagaci´on en medios materiales La frecuencia es la caracter´ıstica invariable de la radiaci´on electromagn´etica. Cuando un haz de luz pasa de un medio material a otro, la frecuencia (energ´ıa) no cambia, modific´andose tanto la velocidad de propagaci´on como la longitud de onda. En el vac´ıo c = λ0 · ν En cualquier medio material v=λ·ν