Configuraciones de Instrumentos de Análisis y Fenómenos Estudiados
De las tres posibles configuraciones en las que se pueden ensamblar los componentes de los instrumentos de análisis para algunas de las técnicas que se estudian en este curso, indique qué fenómenos se estudian con cada una de ellas.
Configuración A: Medición de Fenómenos de Absorción
Se utiliza para medir fenómenos de absorción. En esta configuración, la radiación de la fuente atraviesa la muestra, parte de ella es absorbida por la muestra, y la radiación restante pasa al detector para ser medida.
Configuración B: Estudio de Fluorescencia, Fosforescencia y Dispersión
Es fundamental para estudiar fenómenos de fluorescencia, fosforescencia y dispersión. La disposición en ángulo de 90 grados en esta configuración evita que la radiación de la fuente contamine la radiación emitida o dispersada por la muestra. La dispersión, en este contexto, se utiliza para medir el tamaño de partículas en suspensión en un líquido.
Configuración C: Medición de Emisión y Quimioluminiscencia
Se emplea para medir fenómenos de emisión y quimioluminiscencia. En esta configuración, no se utiliza una fuente de radiación externa. La muestra se excita por calentamiento (con una llama, plasma o arco eléctrico) o mediante una reacción química que provoca la emisión de radiación. Esta radiación emitida por la muestra es la que se detecta.
Funcionamiento de un Detector Tipo Fotomultiplicador
Indique cómo funciona un detector tipo fotomultiplicador. Ayúdese de un diagrama (Nota: el diagrama no puede ser generado en este formato).
Un fotomultiplicador funciona amplificando una señal muy débil de luz mediante una cascada de electrones, utilizando el efecto fotoeléctrico.
Proceso de Funcionamiento del Fotomultiplicador:
- Un fotón incide sobre un fotocátodo, provocando la emisión de un electrón (fotoelectrón).
- Ese electrón es acelerado hacia un primer dínodo (placa metálica con voltaje positivo).
- Al chocar con el dínodo, se liberan varios electrones secundarios.
- Estos electrones son acelerados hacia el siguiente dínodo, donde el proceso se repite sucesivamente, generando una multiplicación de electrones en cada etapa.
- Finalmente, la gran cantidad de electrones llega al ánodo, donde se recoge como una corriente eléctrica proporcional a la intensidad de la luz recibida.
Cada tubo suele tener 9 o 10 dínodos, y un solo fotón puede generar entre 10⁶ y 10⁷ electrones.
Papel de la Llama en Emisión y Absorción Atómica
Indique si el papel de la llama es el mismo o no en las técnicas de emisión atómica y absorción atómica. Explique su respuesta.
No, el papel de la llama no es el mismo en las técnicas de emisión atómica y absorción atómica.
- En absorción atómica, la llama actúa como fuente de atomización: convierte la muestra en una nube de átomos libres (estado atómico) para que luego puedan absorber la radiación proveniente de una fuente externa. La radiación que se mide es la que no ha sido absorbida por los átomos.
- En emisión atómica, la llama no solo atomiza, sino que también excita los átomos. Estos, al regresar a su estado fundamental, emiten radiación característica, la cual es la que se detecta. En este caso, no se utiliza una fuente de radiación externa.
Por tanto, en absorción la llama sirve solo para atomizar, mientras que en emisión sirve para atomizar y excitar.
Diferencia entre Absorción y Emisión Atómica
¿Qué diferencia existe entre la Absorción Atómica y la Emisión Atómica?
La diferencia entre absorción atómica y emisión atómica radica en el origen de la radiación detectada. En absorción atómica, se usa una fuente externa de luz que atraviesa la muestra atomizada; los átomos absorben parte de esa radiación y eso es lo que se mide. En cambio, en emisión atómica, la muestra se excita térmicamente (sin fuente externa), y al volver sus electrones al estado fundamental, emite luz, que es la que se detecta. En resumen: en absorción se mide lo que la muestra absorbe, y en emisión, lo que emite.
Forma de Picos en Espectros: Ensanchamiento de Líneas Espectrales
¿Por qué las señales en los espectros tienen forma de picos y no se observan bandas a una única longitud de onda?
Debido a varios factores que provocan el ensanchamiento de las líneas espectrales:
- Anchura natural: Se basa en el principio de incertidumbre de Heisenberg, ya que los estados excitados no tienen una energía definida de forma exacta, lo que genera una pequeña dispersión en la energía de la transición y, por tanto, un ancho en la línea espectral.
- Ensanchamiento por efecto Doppler: Se debe al movimiento relativo entre la fuente y el observador (o entre moléculas), lo cual provoca que la frecuencia de la radiación percibida varíe, ensanchando la señal. Es de origen relativista.
- Ensanchamiento por presión o colisión: Los choques entre moléculas modifican los estados energéticos, acortando su vida media y ensanchando la línea espectral. Es más frecuente a presiones altas.
Estos factores hacen que, en lugar de una única longitud de onda perfectamente definida, se observe una distribución en torno a una longitud de onda central, generando picos con un cierto ancho en el espectro.
Aplicaciones de las Técnicas Instrumentales en Farmacia
Indique tres sectores de la Farmacia en los que tengan aplicación directa las Técnicas Instrumentales.
1. Desarrollo de Fármacos
- Se utilizan para la identificación y caracterización de nuevos compuestos.
- Las técnicas espectroscópicas y la espectrometría de masas permiten determinar la estructura química y pureza de principios activos.
2. Control de Calidad
- Analizan materias primas y productos terminados mediante cromatografía, espectroscopía y técnicas electroanalíticas.
- Permiten detectar impurezas y degradantes que podrían afectar la seguridad y eficacia del medicamento.
3. Análisis Clínico
- Se emplean para la monitorización de fármacos en fluidos biológicos como la sangre.
- Técnicas como HPLC y espectrometría de masas se usan para ajustar dosis y asegurar la eficacia y seguridad de los tratamientos.
Fuentes de Emisión Continua y Discontinua
¿Qué diferencia hay entre una fuente de emisión continua y una de tipo discontinuo? Mencione 3 ejemplos de cada tipo de fuentes de emisión.
- Las fuentes de emisión continua son aquellas que emiten radiación en un rango amplio de longitudes de onda al mismo tiempo. Es decir, aportan muchas longitudes de onda de manera simultánea. La intensidad de la radiación es estable en función de la longitud de onda.
Ejemplos de Fuentes de Emisión Continua:
- Lámpara de deuterio (D₂)
- Lámpara de tungsteno (W)
- Emisor de Nernst o Globar
- Las fuentes de emisión discontinua son aquellas que emiten radiación en valores específicos de longitud de onda, es decir, en líneas concretas. Suelen ser más selectivas y emitir solo radiación característica de ciertos elementos.
Ejemplos de Fuentes de Emisión Discontinua:
- Lámpara de cátodo hueco
- Lámpara de descarga de gas
- Láser (Light Amplification by Stimulated Emission Radiation)
Diferencia entre Filtros de Banda y Filtros de Corte
La diferencia entre un filtro de banda y un filtro de corte se basa en cómo permiten el paso de la radiación.
Los filtros de banda dejan pasar solo un rango específico de longitudes de onda y bloquean el resto. Son útiles cuando se quiere trabajar con una franja concreta del espectro.
En cambio, los filtros de corte permiten el paso de toda la radiación por encima o por debajo de una longitud de onda determinada, bloqueando las demás. Se utilizan cuando se quiere eliminar parte del espectro y dejar pasar el resto.
En resumen, el filtro de banda selecciona un intervalo estrecho de radiación, mientras que el filtro de corte deja pasar todas las longitudes de onda a partir de un valor límite.
Monocromador vs. Filtros: Logrando un Haz con Menor Rango de Longitudes de Onda
¿Con qué sistema se puede lograr un haz con menor rango de longitudes de onda, con un monocromador o con un arreglo de filtros de corte y de banda?
Un haz con menor rango de longitudes de onda se consigue mejor con un monocromador que con un sistema de filtros.
Esto es porque el monocromador permite seleccionar de forma más precisa y continua una longitud de onda específica, logrando una mayor resolución. En cambio, los filtros de banda y de corte son menos precisos y dejan pasar rangos más amplios de radiación.
Características Esenciales de las Fuentes en Instrumentos Espectroscópicos
Enumere 3 características que deben tener las fuentes utilizadas en instrumentos espectroscópicos y desarrolle cada una de ellas explicando el por qué las ha enumerado.
1. Potencia
Es fundamental que la fuente tenga suficiente potencia, es decir, que emita una cantidad adecuada de fotones por unidad de tiempo. Esto es importante porque garantiza que la radiación emitida sea detectable y medible por el instrumento, permitiendo obtener resultados precisos y fiables en el análisis.
2. Estabilidad
La fuente debe mantener una emisión constante a lo largo del tiempo. Una fuente inestable podría provocar variaciones en la señal y alterar los resultados del análisis, afectando a la precisión y reproducibilidad de las medidas.
3. Selectividad
Es deseable que la fuente emita radiación de manera selectiva en la región del espectro que se desea estudiar. Esto es especialmente importante en técnicas espectroscópicas donde se busca trabajar con longitudes de onda específicas, evitando interferencias y mejorando la calidad del análisis.
Estas tres características (potencia, estabilidad y selectividad) son esenciales porque permiten que los instrumentos espectroscópicos funcionen de manera eficiente, precisa y adaptada a las necesidades del análisis que se quiere realizar.
Diagrama y Función de los Componentes de un Monocromador
Dibuje el diagrama de un monocromador y explique la función de sus componentes (Nota: el diagrama no puede ser generado en este formato).
Un monocromador es un dispositivo que permite seleccionar una longitud de onda específica de la radiación que recibe. Sus componentes principales son:
- Rendija de entrada: Es por donde entra la radiación. Su función es limitar el haz de luz que va a ser descompuesto, formando una imagen óptica adecuada.
- Lente o espejo colimador: Sirve para que la radiación que entra no se disperse y viaje de forma paralela hacia el siguiente componente.
- Elemento dispersante: Es la parte fundamental del monocromador. Puede ser un prisma o una red de difracción, y su función es descomponer la luz en sus diferentes longitudes de onda.
- Lente o espejo focalizador: Reúne las diferentes longitudes de onda dispersadas y las enfoca hacia la salida.
- Rendija de salida: Permite que salga solo la longitud de onda deseada, bloqueando las demás.
Funcionamiento de una Lámpara de Cátodo Hueco
¿Cómo funciona una lámpara de cátodo hueco? Ayude su explicación con un diagrama y diga si es una fuente continua o discontinua (Nota: el diagrama no puede ser generado en este formato).
La lámpara de cátodo hueco es una fuente de radiación discontinua, ya que emite una radiación muy específica, correspondiente a longitudes de onda concretas del elemento que constituye el cátodo.
Funcionamiento:
En su interior tiene un gas inerte (como neón o argón) a baja presión y un cátodo fabricado con el material del elemento que se quiere analizar (por ejemplo, sodio o calcio).
Cuando se aplica una corriente eléctrica, los átomos del gas inerte se ionizan y esos iones bombardean el cátodo, arrancando átomos de ese material. Estos átomos, al volver a su estado fundamental, emiten radiación característica con longitudes de onda específicas del elemento del cátodo.
Conexión entre el Prospecto de un Medicamento y las Técnicas Instrumentales
¿Qué conexión puede existir entre el prospecto de un medicamento y las Técnicas Instrumentales? Desarrolle su respuesta.
Gracias a las Técnicas Instrumentales se pueden identificar y cuantificar los principios activos de un fármaco, asegurar su pureza, detectar impurezas o contaminantes, y verificar que cumple con las especificaciones que luego se reflejan en el prospecto.
En otras palabras, toda la información que aparece en un prospecto —como la composición, dosis, forma de conservación, posibles impurezas, estabilidad y condiciones de uso— es resultado de estudios analíticos realizados con técnicas como espectroscopia, cromatografía, técnicas electroquímicas o técnicas térmicas. Por tanto, las Técnicas Instrumentales garantizan que el medicamento es seguro, eficaz y de calidad, permitiendo que la información del prospecto sea fiable y esté científicamente respaldada.