Métodos ópticos de análisis

688 Pages·2010·137.38 MB·Spanish

by  Olsen E D

MÉTODOS
ÓPTICOS
ANÁLISIS
DE
Eugene D. Olsen

MÉTODOS
ÓPTICOS
ANÁLISIS
DE
Eugene D. Olsen
Profesor de Química
Universidad de South, Florida
EDITORIAL
REVERTE
Barcelona · Bogotá · Buenos Aires · Caracas · México
Título de la obra original:
Modern Optical Methods of Analysis

Edición original en lengua inglesa publicada por
McGraw-Hill Book Company, New York
Copyright © McGraw-Hill Inc.

Edición en español:
© Editorial Reverté, S. A., 1990

Edición en papel
ISBN: 978-84-291-4324-9

Edición ebook (PDF)
ISBN: 978-84-291-9074-8

Versión española coordinada y traducida por:
Dr. Elisabeth Bosh
Dr. Ma. Teresa Galcerán
Dr. Ma. Dolors Prat.
Profesoras de Química Analítica de la Universidad de Barcelona

Propiedad de:
EDITORIAL REVERTÉ, S. A.
Loreto, 13-15. Local B
Tel: [phone]
08029 Barcelona. España
[email protected]
www.reverte.com

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# 765
Prologo
Lautilizationdelatecnicainstrumentaladecuada, para unandlisisquimicode-
terminado,requiereconocerqueesloquesevaamedirycomosevaamedir,yaque
unicamentepuedeconseguirselamaximainformacidndeuninstrumentodadosise
conocen suficientementelasteoriasfisico-quimicas en lasquesebasalamediday
los principiosinstrumentalesqueintervienen.Asi,elpropositodeestetextoessumi-
nistrar al lectoruna introduction a los metodos dpticos deandlisis,queabarque
ambostiposde problemas,a un niveladecuado para losestudiantesdeloscursos
superioresdelicenciatura,paralosrecien licenciadosy paralosprofesionalesque
trabajan en este campo.
Hablandoenterminosampliosymodernospuededecirsequelosmetodosdpti-
cossonaquellosquesebasan enlainteraccidndela materiaconlaradiationsea
cualsealazonadelespectroelectromagneticoqueseutilice,desdelosrayosgamma
.
hastalasondasderadio Enlosmetododpticosseincluyentantolasdenominadas
tecnicasclasicas,comosonlarefractometria,lainterferometria,lapolarimetria,la
turbidimetria ylanefelometria,comolosllamados metodosespectroscopicos,que
sonlosquesetratanconmayorextensionenestetextoyentrelosqueseincluyenla
espectrofotometria en el ultravioleta y visible,la espectroscopia de absorcidnatd-
mica,laespectrofotometriadeinfrarrojoylaespectroscopiaderesonanciamagne-
ticanuclear.Tambienseincluyeneneltextolosmasrecientesavancesenlainstru-
-
mentation que han permitido actualmenteaumentary ampliarelinteresdealgu
nos de los metodos ya establecidos. En los ultimos ados, por ejemplo, se han
fabricadoinstrumentscomercialesquepermitentrabajarenelultravioletalejano
(alvacio)yenelinfrarrojolejano,ademassehanidoaclarandolospuntososcuros
quequedaban en elconocimientodelespectroelectromagnetico. Losnuevosequi-
poshanaumentadoademaslaimportanciadelaespectroscopia Ramanyladela
espectrofotometria en el infrarrojo cercano. Se ha demostrado tambienque la es-
pectroscopiaMossbaueresdegranutilidadsobretodosisecomplementaconlareso-
nanciadespinelectronicoyconlaresonanciadespinnuclear,yaunquepor.ahora
esdeaplicacidn limitada,esdeesperarquesuusoaumentard notablementeenel
futuro.
Teniendo en cuenta la gran variedad de tecnicas espectroscopicos que se es-
tudian en este texto, no resulta sorprendente que el concept de andlisis que se
utilizaseatambienmoderno(aunquenoesnuevo)yquedehechoabarquetantoel
andlisiscualitativoyelcuantitativocomolaelucidationdeestructurasyladeter-
minacidn de propiedades fisicas de la materia.
V
VI Prdlogo
Enlapresentationdelasbases tedricas nosehaeliminadototalmenteeltrata-
miento matemdtico, sin embargo las deducciones y operaciones complicadas se
incluyen unicamente en aquellos casos en los que su conocimiento se con—sidera
esencial. En algunos casos un determinado tema se estudia a dos niveles en el
mismo texto y en el Apendice A—. En el texto se encuentran loselementos nece-
sariospara unconocimientoclasicoofundamentalmientrasqueenelApendiceA
se han reunidoalgunaspruebas, detallesy ampliacionesdeltextoque nosonim-
.
prescindibles En elestudiodel diseho instrumentalse han introducidoconceptos
electronicosaunque unicamentecon el detalleimprescindible paracomprenderel
funcionamientodelinstrumento.Ellectorencontraraenlabibliograjiaalfinalde
.
cada capitulo una relation de textos mas avanzados
Losdisehosfundamentalesdeinstrumentsseilustranutilizandoaparatosco-
merciales.Ahorabien,la utilization deun determinadoinstrumentoencualquier
comentariodeestetextonodebetomarsecomounaafirmaciondesusuperioridad;
esevidentequeuncomentariodetodoslosinstrumentsadquiriblestransformaria
estetextoenunodeproporcionesinadecuadas.Noexisteningunlibrodetextoque
puedanidebaeliminarlanecesidaddeestudiarcondetenimientolosmanualesde
los instruments que se encuentran en los laboratorios.
Estetextoestapensadotantoparaserutilizadoenuncursodemetodosopticos
deanalisis(analisisespectroquimico)comoen uncursodeanalisisinstrumental,
-
enesteultimocasojuntoconuntextodeelectroquimica.Lamayorpartedelosca
pituloscontienenejemplosrelacionadosconlosprincipioscomentadosyalfinalde
cada uno de ellos se da una serie de ejercicios.El primer capitulo contiene defi-
nitionsgeneratesyprincipioscomunesatodoslosmetodosopticos,mientrasque
losdemdstratandecadaunadelastecnicasreuniendoseenalgunoscasosenununi-
co capitulodos o trestecnicas muy relacionadasentresi.Los diferentescapitulos
-
sonindependientesentresiysolodependendelprimero;demodoqueelordendis
puestonoescriticoypuedeomitirseuntemasiseconsideraoportuno.Siinteresael
estudiodeunatecnicainstrumentaldeterminadoantesqueunestudioprofundode
todasellas,serecomiendaunarapidalecturadelprimercapitulo,parainiciarasiel
estudio, y volver a el posteriormente para una lectura mas cuidadosa.
Elautorconsideraqueestetextocontieneunacantidaddemateriasuperiorala
querazonablementepuedeformarpartedeuncursodeunsemestre;ahorabien,la
inclusion en el mismo de algunas materias que podriamos llamar subsidiarias,
como sonlaturbidimetria,lanefelometria,larefractometria,etc.,loconviertenen
un texto que puede ser un buen libro de referenda para quimicos y biologos.
-
Quisiera agradecerlos valiososcomentariosy sugerencias recibidosde nume
rosos estudiantes y colegas yen particularal Dr.WalterJ. Blaedel, querevisoel
Cap. 1; al Dr. Marion T. Doig III, que reviso los capitulos del 2 al 5 y el 10;a
MichaelG.Heyl,que seencargoderevisarelcapitulo8;alDr.JeffC.Davis,Jr.,
querevisopartesdelcapitulo13;alDr.David S.Wilkinson,queseencargodere-
visar partes del capitulo 14, y al Dr. Galen W. Ewing, que reviso todo el ma-
.
nuscrito Loserroresyomisionesquepuedanencontrarsesonresponsabilidaddel
.
autor
Eugene D. Olsen
r
Indice analftico
Prologo V
1 Introduction y principiosgenerales 1
2 Espectrofotometria ultravioleta y visible 87
3 Espectrofotometriade infrarrojo 163
4 Espectroscopia deemision 259
5 Fotometria de llama y espectroscopias de absorcion atomica y de
fluorescencia atomica 293
6 Espectroscopia Raman 333
7 Espectroscopia de microondas 381
8 Fluorimetria y fosforimetria 405
9 Refractometriae interferometria 437
10 Espectropolarimetria yespectrometria dedicroismocircular 459
11 Turbidimetria y nefelometria 481
12 Metodosde rayos X: absorcion,emision y difraccion 495
13 Espectroscopiasderesonanciamagneticanuclearyderesonanciadespin 521
electronico
14 Espectroscopia de rayosgamma y espectroscopia Mossbauer 619
Apendices
A Definiciones y principiosfundamentales 653
B Tablas 661
indice alfabetico 663
VII

1
CAPITULO
Introduccion
y principios
generales
Enestecapitulosedefinen yclasificanlosmetodosopticosdeanalisisyseexponen
los principios fundamentals en los que se basan todos los metodos opticos.
1-1 DEFINICION Y CLASIFICACION
DE LOS METODOS OPTICOS DE ANALISIS
Para losobjetivosdeeste texto,se definencomo metodos opticosdeanalisisaque-
llos que miden la radiacion electromagnetica que emana de la materia o que in-
teraccionaconella.Seincluyen,porlotanto,todosloscamposdelespectroelectro-
magnetic©desdelosrayosgammaalasondasderadio.Tambienseestudiantodaslas
formasd—eobtencionde radiacion electromagnetica, asicomosu interaccioncon la
materia incluyendosela emision,laabsorcion,ladispersion(«scattering»),la re-
fraccion,ladispersionrefractiva(«dispersion»),lareflexion,lasinterferencias,ladi-
fraccion ylapolarization,ysedescriben losmetodosbasadosencada unodeestos
mecanismos.
Resulta adecuado dividir los metodos opticos deanalisisen dos tipos funda-
mentales, los espectroscopicos y los no espectroscopicos. Los metodos espectros-
cdpicossebasanenla medidadela intensidadylalongituddeondadelaenergiara-
diante. La caracteristica comun a todos los metodos espectroscopicos es que se
midenespectrosyademas,queestosespectrossondebidosatransicionesentreesta-
dos de energia caracteristicos. Por otro lado, los metodos no espectroscopicos no
miden espectros niestan relacionadosconlas transicionesentreestadosde energia
i
2 Introduction y principles generates
caracteristicossino quese basan en una interaction entrela radiationelectromag-
netica y la materia que producecomo resultado uncambioenladirection oen las
propiedadesfisicasdelaradiationelectromagnetica.Losmecanismosespecificosde
interactionqueintervienenen losmetodosnoespectroscopicossonla refraction,la
reflexion,la dispersion refractiva,ladispersion, lasinterferencias,ladifraccionyla
polarization.Sonejemplosdetecnicas noespectroscopicasla refractometria,la di-
fraccion de rayos X y la polarimetria. Los metodos opticos mas utilizadosson los
espectroscopicosyenlamayoriadeelloselmecanismodeinteractionsebasaenla
absorcion o emision de energia. Los metodos espectroscopicos se identifican facil-
mente yaque llevanel prefijoespectro.Enell'ndicedeeste libro puedeencontrarse
una lista de estos metodos. Podriamos decir que dos de los metodos espectrosco-
picossonexcepcionalesenelsentidodequeelprincipalmecanismodeinteractionno
esnilaabsorcion nilaemision,estossonlaespectroscopiaRaman,quesebasaenun
tipoespecialdeinteractiondedispersion,ylaespectropolarimetriaquemidelapola-
rizacidn en funcion de la longitud de onda.
1-2 PROPIEDADES DE LA RADIACION ELECTROMAGNETICA
Enterminossencillospodemosdefinirlaradiationelectromagneticacomolapropa-
gation de energia a traves del espacio sin el soporte de materia. Clasicamente el
comportamientode la radiation se ha atribuido a su naturalezaondulatoria, ahora
bien,existenfenomenos,comoelefectofotoelectrico,quenopuedenexplicarseporla
teoria ondulatoria, y que requieren que la radiation se comporte como pequenos
.
haces de energia o como particulas, llamadasfotones Existen algunos fenomenos,
comoson la propagationdela luzen linea recta,la reflexion,la refraction yladis-
persion de Rayleigh, que pueden explicarse por ambas teorias, ondas o fotones.
1-2A Propiedades ondulatorias
Lafisicaclasicadefinelaradiationelectromagneticacomouncampodefuerzasenel
espacioconsufrecuenciacaracteristica,suvelocidadysuintensidad.Seproducera-
diationsiemprequeseaceleraunaparticulaqueseencuentraenuncampoelectrico
y/omagnetico.Elcampoproduceentoncesunaperturbationquesemueveenelvacio
conlavelocidaddelaluzyenotrosmediosconunavelocidadalgomenor.Enlafigu-
ra1-1serepresentaeltipomassencillodetrendeondaselectromagnetico,quecorres-
pondeaunoqueestapolarizadoenunpianoydeunaunicafrecuencia.Elqueseapo-
larizadoen un pianosignificaqueelvectordelcampoelectricoEvibraenununico
pianoyqueelvectordelcampomagneticoHvibraenotropianoperpendicularaldel
.
campoelectrico Enla practicala mayor partedela radiationelectromagnetica no
estapolarizada,estosignificaquepresentavectoreselectricosymagneticosentodas
.
lasdireccionesperpendicularesaladirectiondepropagation Alatravesarlamateria