Caracterización de materiales PDF

Caracterización de materiales Josue Alejandro Isidro Badillo  Introducción Mi proyecto es la síntesis de Nanopartículas de Aluminio dopadas con Samario y Bismuto por el método de Pechini para la absorbancia de fármacos en aguas contaminadas. A pesar de que l...

Caracterización de materiales Josue Alejandro Isidro Badillo  Introducción Mi proyecto es la síntesis de Nanopartículas de Aluminio dopadas con Samario y Bismuto por el método de Pechini para la absorbancia de fármacos en aguas contaminadas. A pesar de que las aguas residuales suelen ser tratadas antes de su descarga en cuerpos de agua, algunos procesos no eliminan eficazmente ciertos contaminantes como: Farmacéuticos (paracetamol, aciclovir, aspirina, ofloxacin, diclofenaco, ibuprofeno, naproxeno). Estos residuos persisten en el agua, contribuyendo a la contaminación ambiental.  01 La espectrofotometría infrarroja (IR) Es una técnica analítica basada en la interacción de la radiación infrarroja con la materia.  La radiación electromagnética La radiación infrarroja se encuentra ubicada entre 0.70 y 1000 μm (unidades de longitud de onda).  Espectroscopia Su principio clave es que la energía de la radiación que incide sobre un material es diferente a la radiación que se emite después de esa interacción. Esta diferencia energética, conocida como energía de interacción o de absorción, puede causar cambios a nivel atómico o molecular dentro de la muestra. Este proceso permite estudiar las características internas de los materiales a través de la observación de cómo absorben y emiten radiación. La absorción de la radiación infrarroja  Momento dipolar El momento dipolar mide la distribución desigual de las cargas en un enlace entre dos átomos. Esto sucede cuando los átomos tienen diferentes electronegatividades. El átomo más electronegativo atraerá más los electrones, creando una separación de cargas (el átomo más electronegativo tendrá una carga parcial negativa y el otro una carga parcial positiva). Esta diferencia de cargas es lo que genera un momento dipolar en el enlace. El momento dipolar se puede cuantificar multiplicando la magnitud de las cargas que están separadas por la distancia entre ellas. La fórmula básica es: μ=q×d Donde: μ es el momento dipolar, q es la carga parcial, y d es la distancia entre las cargas.  Fenómeno de resonancia La resonancia influye en las vibraciones de las moléculas al permitir que los electrones estén deslocalizados. Esto significa que los enlaces no tienen una longitud o fuerza fija, sino que vibran como en un estado intermedio. Como resultado, estas vibraciones alteran la frecuencia de absorción de radiación infrarroja, afectando así el espectro IR de la molécula.  Los modos normales de vibración Simétrico Asimétrico Radial stretching / tensión stretching / tensión Latitudinal Scissoring / tijera Rocking / balanceo Longitudinal Wagging / aleteo Twisting / torsión ¿Qué información nos da la IR? La espectroscopía infrarroja se utiliza principalmente para el análisis cualitativo, permitiendo la detección de moléculas en un material. En la región del infrarrojo medio (4000 a 1300 cm⁻¹), se observan bandas de absorción relacionadas con vibraciones de enlaces entre dos átomos, especialmente en grupos que contienen hidrógeno o en enlaces dobles y triples. En el infrarrojo lejano (1300 a 400 cm⁻¹), la identificación de bandas de absorción es más compleja, ya que estas resultan de la suma de múltiples absorciones individuales. Esta zona se conoce como la huella dactilar, donde pequeñas variaciones en la estructura de las moléculas pueden generar cambios significativos en los máximos de absorción.  Bandas espectrales esperadas Aluminio: Los compuestos de aluminio generalmente presentan bandas de absorción en el rango de 700-1000 cm⁻¹ que corresponden a vibraciones de los enlaces Al-O o Al-OH. Samario (Sm): Los compuestos dopados con samario pueden mostrar características de vibración en 400-600 cm⁻¹, asociadas con las vibraciones de enlaces metálicos o interacciones entre los átomos de samario y otros elementos de la matriz. Bismuto (Bi): Las bandas típicas asociadas con el bismuto en compuestos pueden aparecer en el rango de 100-400 cm⁻¹, indicando las vibraciones de Bi-O o Bi-OH.  02 Espectroscopía UV-Vis La absorción de radiación electromagnética en las regiones de luz ultravioleta (UV, 200-400 nm) y visible (Vis, 400-800 nm) por parte de las moléculas en una muestra. Principio básico En la espectroscopía UV-Vis, cuando una molécula absorbe luz en las regiones ultravioleta o visible, sus electrones se excitan a niveles de energía más altos. Esta excitación es específica de cada molécula, lo que genera picos de absorbancia en el espectro. Estos picos se pueden utilizar para identificar la molécula o determinar su concentración en una muestra. Ley de Beer- Lambert La ley explica que hay una relación exponencial entre la transmisión de Donde: A=ε⋅c⋅l A es la absorbancia. luz a través de una sustancia y la ε es el coeficiente de extinción concentración de la sustancia, así molar (característico de cada como también entre la transmisión y sustancia). la longitud del cuerpo que la luz c es la concentración de la atraviesa. sustancia en solución. l es la longitud de la celda Si conocemos l y α, la concentración (generalmente 1 cm). de la sustancia puede ser deducida a partir de la cantidad de luz transmitida.  Aplicación en la absorbancia de fármacos en agua Detección de Fármacos en Agua con Espectroscopía UV-Vis 1. Preparación de muestras. 2. Medición del espectro UV-Vis: Paracetamol: Presenta un pico de absorbancia alrededor de 243-250 nm. Ibuprofeno: Su pico se encuentra cerca de 222-230 nm. Naproxeno: Tiene un pico en torno a 272 nm. 1. Usando la Ley de Beer-Lambert para relacionar la absorbancia con la concentración de los fármacos en la muestra de agua. 2. Con los datos de absorbancia y los coeficientes de extinción molar, es posible calcular la concentración exacta de los fármacos.  Ejemplo: La fórmula para encontrar la concentración usando la Ley de Beer-Lambert es: Por ejemplo, si mides una absorbancia de 0.500 a 243 nm c= A / ε⋅l​ para paracetamol, y el coeficiente de absorción molar es donde: 17,000 L/mol·cm, la concentración sería: c es concentración A absorbancia c= 0.500 / (17,000 L/mol·cm ⋅ 1 cm) = 2.94×10−5 mol/L ε es coeficiente de absorción molar de la sustancia (en L/mol·cm) l es la longitud del camino óptico (en cm), que generalmente es 1 cm.  Bibliografía Espectroscopía infrarroja [Internet]. Universidad del País Vasco. Available from: https://www.ehu.eus/imacris/PIE06/web/IR.htm Infrarrojo Cap 3 [Internet]. CIATEJ. 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