Espectroscopia UV-Vis aplicada a polímeros

 Jéssica González Mejía | Emanuel Montealegre Viales | Mónica Brenes Ortiz

Espectroscopia UV-Vis

La espectroscopía UV-Vis es una técnica la cual utiliza las interacciones de la radiación con la materia para obtener información del analito en cuestión. Inicialmente, los electrones de la muestra se encuentran en su estado basal, o sea, en su estado más bajo de energía, por lo que son sometidos a un estímulo como por ejemplo, el calor, la luz o la energía eléctrica (Figura 1.a). Esto genera que dichos electrones pasen por un estado de transición hacia un estado más energético (estado excitado). Por medio de la medición de la radiación electromagnética emitida por los electrones al retornar a su estado basal, o por medio de la radiación electromagnética absorbida como resultado de la excitación, se obtiene información del analito en estudio (Figura 1.b) [1].

a.      b.

Figura 1. (a)  Muestra excitada por medio de la aplicación de energía. (b) proceso de excitación y pérdida de enegía por emisión de fotones [1].

 

Equipos utilizados

Para el análisis de espectroscopia UV-Vis, normalmente se utiliza un espectrómetro UV-Vis (Figura 2). Éste al ser un instrumento espectroscópico típico (Figura 3), cuenta con cinco componentes básicos: (1) una fuente estable de energía radiante, en este caso normalmente se utiliza la lámpara de H2 o D2 para el análisis UV y la lámpara Xe tanto para el análisis UV como para el Vis; (2) un portaobjetos transparente llamado celda, su material puede ser de vidrio silicato y/o cuarzo; (3) monocromador (puede encontrarse antes o después del porta objetos); (4) detector; y (5) una unidad de procesamiento de señal y despliegue de resultados. Cabe destacar, que para el espectrómetro UV-Vis, existen diferentes tipos de instrumentación, los cuales presentan diferentes beneficios, así como presenta diferentes contras. Dentro de estos tipos se encuentran: (1) Instrumento de haz sencillo; (2) Instrumento de doble haz en el espacio; (3) Instrumento multicanal de haz sencillo (Figura 4). [2]

Figura 2. Espectrómetro UV-Vis.

Figura 3. Componentes típicos de un instrumento espectroscópico.

(a)

(b)

(c)

Figura 4. Tipos de instrumentos para el análisis espectrométrico UV-Vis. (a) Instrumento de haz sencillo, (b) Instrumento de doble Haz en el espacio y (c) Instrumento Multicanal de haz sencillo.

Información obtenida de esta técnica

En el caso de la información obtenida por el equipo a la hora de brindar resultados, se tiene dos tipos. El primero, se basa en la cuantificación de la concentración del analito de una muestra, dependiendo de la energía absorbida por de este; esta cuantificación se basa en la ley de Beer la cual define una relación proporcionalmente lineal entre la absorción de luz y la concentración del analito por medio de la Ecuación 1 [1,2].

A=Ɛbc    (Ecuación 1)

Donde “A” es la absorbancia, “Ɛ” el coeficiente de extinción molar, “b” la longitud de paso de la cubeta y “c”, la concentración del analito. Ésta se puede relacionar con la ecuación de identidad lineal, donde la variable dependiente se vuelve la absorbancia, la variable independiente se convierte en la concentración y la pendiente corresponde al producto de la longitud y el coeficiente de excitación. Con base a ello, se puede realizar una curva de calibración de absorbancia en función de la concentración, y así poder cuantificar la concentración de las muestras [1,2].

La otra información que brinda la espectroscopia UV-Vis, son los espectros de máximo de absorbancia de UV-Vis para la determinación cualitativa de la muestra. Este a nivel de ciencias poliméricas, es de mayor uso, ya que cada polímero presenta transiciones distintas, dentro de las cuales, si el analito presenta máximos de absorción en estas transacciones, se puede determinar la similitud entre el patrón y el analito [3].

Polímeros analizados por espectroscopía UV-Vis

Esta técnica permite caracterizar diferentes polímeros, como es el caso del poli (3,4-etilendioxitiofeno) (PEDOT) y el poli-(4-metil-1-fenilpenta-1,4-dien-ona).

El PEDOT es un polímero de gran interés, debido a sus propiedades electro-ópticas. Este es sintetizado a partir de 3,4-etilendioxitiofeno (EDOT), bajo condiciones altamente oxidantes y pH muy bajos. Para su caracterización, se conoce que el PEDOT presenta transiciones de electrones del orbital n→π* y de n→π, transición característica de la formación de un polarón, quien se encarga de la conductividad eléctrica de los polímeros conjugados. En la Figura 5 se observa un espectro obtenido para una caracterización de este polímero, en donde se observan dos bandas de absorción, la mayor a 275 nm, mientras que la segunda se encuentra cercana a los 770 nm.

Tras una comparación con espectros obtenidos del PEDOT en otras síntesis, se observa que son similares a los reportados [3].

Figura 5. Espectro UV-Vis del polímero PEDOT, el cual ha sido sintetizado bajo diferentes tiempos de reacción [3].  

El poli-(4-metil-1-fenilpenta-1,4-dien-ona) es un polímero semiconductor fluorescente de producto de una condensación aldólica. En este caso, la técnica se puede utilizar más a modo cualitativo, detectando la presencia del polímero por el máximo de absorbancia que se obtenga en el espectro. Tras un estudio para la síntesis y caracterización de nanocompósitos de óxido de hierro en un polímero semiconductor, se analizaron 3 muestras con concentraciones de polímero diferentes. Se obtuvo el espectro observado en la Figura 6, en donde se aprecia que la muestra de composición "100 % polímero" presenta un máximo de absorbancia a una longitud de onda de aproximadamente 394 nm. Asimismo, a composiciones más bajas de este, también se encuentran máximos a una similar longitud de onda aunque además, se apreció un segundo máximo a 492 nm , el cuál se puede considerar producto de un nuevo cromóforo, o nuevas transiciones electrónicas en el cromóforo del polímero [4].

Figura 6. Espectro UV-Visible de las muestras: a) polímero, b) 75P-25Fe3O4, c)90P-10Fe3O4 [4].

Referencias bibliográficas

[1] Skoog, D. A., West, D. M., Holler, J. F., & Crouch, S. R. (2013). Fundamentals of Analytical Chemistry. (9th ed. ed.). Cengage Learning.

[2] Skoog, D., Holler, J. & Crouch, S. (2008). Principios de análisis instrumental. (6ta edición). Cengage Learning.

[3] Galindo, M., & Flores, L. (2012). Polimerización biomimética de PEDOT/PSS catalizada por hematita inmovilizada en sílica mesoporosa (MCM-41). Química Hoy, 2(4_Especial), 46–49. https://doi.org/10.29105/qh2.4_Especial-146

[4] Gómez, P., González, V., Garza, M., & Esquivel, R. (2011). Síntesis y caracterización de nanocompósitos de óxido de hierro en un polímero semiconductor. Ingenierías, 14(50), 9-16. 50 Parte II.indd (uanl.mx)