Espectrofotómetro: definición, usos y partes

¿Qué es un espectrofotómetro?

Un arco iris es algo muy hermoso de contemplar, pero si no fuera por la luz y cómo se comporta, no podríamos verlo. Las gotas de lluvia actúan como un prisma, dividiendo la luz blanca combinada del sol en todos los colores visibles del espectro de luz.

Pero incluso los colores de cosas simples, como una hoja por ejemplo, tienen que ver con longitudes de onda de luz. Cada color de la luz tiene una longitud de onda diferente, por lo que cuando la luz llega a un objeto, algunas longitudes de onda se absorben y otras se reflejan. Solo vemos los colores reflejados. Una hoja verde solo aparece verde porque todos los demás colores han sido absorbidos.

Es este mismo principio de color y longitud de onda en el que se basa un espectrofotómetro. Un espectrofotómetro es un instrumento especial que mide la cantidad de luz que absorbe una sustancia. Cada sustancia transmitirá (reflejará hacia atrás) y absorberá la luz de manera ligeramente diferente. Al igual que la forma en que una huella dactilar identifica a cada ser humano individual, saber exactamente cuánto rojo (o verde, o azul, etc.) se absorbe nos permite identificar y cuantificar diferentes materiales.

Partes

Entonces, ¿cómo funciona un espectrofotómetro? ¿Qué pasa dentro de la caja?

1. Se coloca una solución de muestra dentro del espectrofotómetro.
2. Una fuente de luz ilumina la muestra.
3. Un dispositivo llamado monocromador divide la luz en cada color, o más bien, en longitudes de onda individuales (al igual que una gota de lluvia forma un arco iris). Una rendija ajustable permite que solo una longitud de onda de luz específica pase a la solución de muestra.
4. La longitud de onda de la luz incide en la muestra, que se mantiene en un pequeño recipiente llamado cubeta . Debemos tener cuidado al manipular las cubetas; incluso una pequeña huella dactilar puede interferir con los resultados.
5. Cualquier luz que pase a través de la muestra se lee y se muestra en la pantalla de salida.

Usos

Antes de que se desarrollara el espectrofotómetro, los científicos no tenían un método rápido y confiable para determinar la composición química de una sustancia. El espectrofotómetro cambió radicalmente todo eso. Puedes imaginar lo útil que podría ser saber qué hay en una sustancia.

Un espectrofotómetro se utiliza en muchas áreas de la ciencia, incluida la microbiología, la bioquímica, la medicina forense, la física y la salud médica. Puede usarlo para medir ciertos ingredientes en un medicamento para asegurarse de que sea efectivo y seguro para los consumidores. Puede medir el crecimiento bacteriano o diagnosticar a un paciente en función de la cantidad de ácido úrico presente en la orina. Incluso los no científicos usan espectrofotómetros. Los enólogos, por ejemplo, los utilizan para determinar la cantidad de ácido málico (azúcares reductores) que contiene un vino en particular.

Los científicos también pueden usar el espectrofotómetro para ver cómo ha progresado una reacción. Digamos que está estudiando la deficiencia de hierro, una condición que afecta a más de 2 mil millones de personas. Se sabe que los antioxidantes, las vitaminas y otros agentes ayudan en la deficiencia de hierro, pero no tienen una composición química específica, por lo que no pueden medirse directamente. Sin embargo, se sabe que reducen el hierro férrico en hierro ferroso, una forma más valiosa para el cuerpo humano.

El hierro ferroso tendrá un color azul, mientras que el hierro férrico no. Mezcle hierro férrico en su solución de muestra de cualquier producto y luego mida la intensidad del azul creado con un espectrofotómetro. Al establecerlo en 593 nanómetros (la longitud de onda exacta del color azul que refleja el hierro ferroso puro) y medir cuántas ondas pasan, puede saber qué tan concentrados estaban los antioxidantes en la mezcla.

Medición de la absorbancia

La cantidad de luz que atraviesa la sustancia se muestra en la pantalla de salida y se denomina absorbancia. Para que este número signifique algo, necesitamos una curva estándar. Una curva estándar se determina registrando la absorbancia de concentraciones conocidas de un material.

Digamos que tenemos tres soluciones conocidas de hierro ferroso. Uno tiene 5 partes por millón (ppm) de hierro ferroso, el segundo 10 partes por millón y el tercero 15 partes por millón. Las 5 partes por millón dieron una absorbancia de 0,5, las 10 partes por millón dieron una absorbancia de 0,8 y las 15 partes por millón dieron una absorbancia de 1,1. Podemos hacer una gráfica con cada uno de estos puntos y luego dibujar una línea que conecte los tres puntos.

Curva estándar

Si nuestra muestra desconocida da una absorbancia de 0.9, podemos mirar nuestra línea y saber que cae entre 10 partes por millón y 15 partes por millón. Otros cálculos pueden determinar con mayor precisión cuánto hierro ferroso hay en esta muestra.

Otros tipos

El espectrofotómetro básico solo usa el espectro de luz visible, longitudes de onda de aproximadamente 400 a 700 nanómetros. Pero algunos materiales se entienden mejor fuera de ese rango. El ADN, por ejemplo, es mejor para absorber longitudes de onda de 260 nanómetros (luz ultravioleta).

Los espectrofotómetros ultravioleta e infrarrojo tienen dos o tres fuentes de luz y pueden emitir y leer un espectro más amplio. La espectroscopia UV es importante para el análisis de etanol. El etanol absorbe muy débilmente las longitudes de onda de la luz visible, pero puede absorber fácilmente la luz ultravioleta. La espectroscopia infrarroja es útil en muchos entornos orgánicos, como la determinación de materiales en la sangre humana.

Resumen de la lección

Un espectrofotómetro mide la cantidad de luz transmitida a través de una sustancia y es un instrumento invaluable en la ciencia. Sin él, la determinación de la composición química de los materiales sería muy difícil y no muy precisa. Utiliza una luz, un monocromador (que separa la luz en colores individuales) y un recipiente llamado cubeta para mostrar la absorbancia resultante en un monitor. Dado que cada material refleja una longitud de onda específica de manera diferente, podemos identificar y cuantificar materiales desconocidos en una muestra o medir cambios en una reacción.

Algunos espectrofotómetros también pueden emitir y leer longitudes de onda ultravioleta e infrarroja. Estos asombrosos dispositivos se utilizan en una amplia gama de ciencias, incluida la salud médica, la física, la ciencia forense, la microbiología y la bioquímica.

Vocabulario del espectrofotómetro

• Espectrofotómetro : instrumento que mide la cantidad de luz transmitida a través de una sustancia.
• Monocromador : dispositivo que separa la luz en longitudes de onda o colores individuales
• Cubetas : pequeños recipientes que contienen muestras en un espectrofotómetro; muestran la absorbancia en un monitor

Los resultados del aprendizaje

Cuando se complete esta lección, los estudiantes deberían poder:

• Describir el propósito de un espectrofotómetro e identificar sus partes.
• Discutir los usos de los espectrofotómetros en la ciencia.
• Recuerde cómo medir la absorbancia