Absorbancia

Este artículo trata sobre una expresión cuantitativa. Para conocer el proceso en sí, consulte Absorción (radiación electromagnética) .

La "densidad óptica" vuelve a dirigir aquí. Para otros usos, consulte Índice de refracción , Cuantificación de ácido nucleico y Filtro de densidad neutra .

En óptica , la absorbancia o absorbancia decádica es el logaritmo común de la relación entre la energía radiante incidente y la transmitida a través de un material, y la absorbancia espectral o la absorbancia decádica espectral es el logaritmo común de la relación entre la energía radiante incidente y la transmitida a través de un material. ^[1] La absorbancia no tiene dimensiones y, en particular, no es una longitud, aunque es una función que aumenta monótonamente de la longitud de la ruta y se acerca a cero cuando la longitud de la ruta se acerca a cero. Se desaconseja el uso del término "densidad óptica" para absorbancia. ^[1]

El término absorción se refiere al proceso físico de absorber la luz, mientras que la absorbancia no siempre mide la absorción: mide la atenuación (de la energía radiante transmitida). La atenuación puede deberse a la absorción, pero también a la reflexión, la dispersión y otros procesos físicos.

Definiciones matemáticas

Absorbancia

La absorbancia de un material, denotado A , viene dada por ^[1]

${\displaystyle A=\log _{10}{\frac {\Phi _{\text{e}}^{\text{i}}}{\Phi _{\text{e}}^{\text{t}}}}=-\log _{10}T,}$

dónde

${\displaystyle \Phi _{\text{e}}^{\text{t}}}$es el flujo radiante transmitido por ese material,

${\displaystyle \Phi _{\text{e}}^{\text{i}}}$es el flujo radiante recibido por ese material,

${\displaystyle T=\Phi _{\text{e}}^{\text{t}}/\Phi _{\text{e}}^{\text{i}}}$es la transmitancia de ese material.

La absorbancia es una cantidad adimensional . Sin embargo, la unidad de absorbancia o AU se usa comúnmente en espectroscopía ultravioleta-visible y sus aplicaciones de cromatografía líquida de alto rendimiento , a menudo en unidades derivadas como la unidad de mili-absorbancia (mAU) o mili-unidad de absorbancia-minutos (mAU × min) , una unidad de absorbancia integrada en el tiempo. ^[2]

La absorbancia está relacionada con la profundidad óptica por

${\displaystyle A={\frac {\tau }{\ln 10}}=\tau \log _{10}e\,,}$

donde τ es la profundidad óptica.

Absorbancia espectral

La absorbancia espectral en frecuencia y la absorbancia espectral en la longitud de onda de un material, denotadas A _ν y A _λ respectivamente, están dadas por ^[1]

${\displaystyle A_{\nu }=\log _{10}{\frac {\Phi _{{\text{e}},\nu }^{\text{i}}}{\Phi _{{\text{e}},\nu }^{\text{t}}}}=-\log _{10}T_{\nu },}$

${\displaystyle A_{\lambda }=\log _{10}{\frac {\Phi _{{\text{e}},\lambda }^{\text{i}}}{\Phi _{{\text{e}},\lambda }^{\text{t}}}}=-\log _{10}T_{\lambda },}$

dónde

Φ _{e, ν} ^t es el flujo radiante espectral en frecuencia transmitido por ese material,

Φ _{e, ν} ⁱ es el flujo radiante espectral en frecuencia recibido por ese material,

T _ν es la transmitancia espectral en frecuencia de ese material,

Φ _{e, λ} ^t es el flujo radiante espectral en longitud de onda transmitido por ese material,

Φ _{e, λ} ⁱ es el flujo radiante espectral en longitud de onda recibido por ese material,

T _λ es la transmitancia espectral en longitud de onda de ese material.

La absorbancia espectral se relaciona con la profundidad óptica espectral por

${\displaystyle A_{\nu }={\frac {\tau _{\nu }}{\ln 10}}=\tau _{\nu }\log _{10}e\,,}$

${\displaystyle A_{\lambda }={\frac {\tau _{\lambda }}{\ln 10}}=\tau _{\lambda }\log _{10}e\,,}$

dónde

τ _ν es la profundidad óptica espectral en frecuencia,

τ _λ es la profundidad óptica espectral en longitud de onda.

Aunque la absorbancia no tiene unidades propias, a veces se informa en "unidades arbitrarias" o AU. Muchas personas, incluidos los investigadores científicos, declaran erróneamente los resultados de los experimentos de medición de absorbancia en términos de estas unidades inventadas. ^[3]

Relación con la atenuación

Atención

La absorbancia es un número que mide la atenuación de la potencia radiante transmitida en un material. La atenuación puede ser causada por el proceso físico de "absorción", pero también por reflexión, dispersión y otros procesos físicos. La absorbancia de un material es aproximadamente igual a su atenuación ^{[ aclaración necesaria ]} cuando tanto la absorbancia es mucho menor que 1 y la emitancia de ese material (que no debe confundirse con la salida radiante o emisividad ) es mucho menor que la absorbancia. En efecto,

${\displaystyle \Phi _{\text{e}}^{\text{t}}+\Phi _{\text{e}}^{\text{att}}=\Phi _{\text{e}}^{\text{i}}+\Phi _{\text{e}}^{\text{e}},}$

dónde

Φ _e ^t es la potencia radiante transmitida por ese material,

Φ _e ^att es la potencia radiante atenuada por ese material,

Φ _e ⁱ es la potencia radiante recibida por ese material,

Φ _e ^e es la potencia radiante emitida por ese material,

que es equivalente a

${\displaystyle T+{\text{ATT}}=1+E,}$

dónde

T = Φ _e ^t / Φ _e ⁱ es la transmitancia de ese material,

ATT = Φ _e ^att / Φ _e ⁱ es la atenuación de ese material,

E = Φ _e ^e / Φ _e ⁱ es la emitancia de ese material,

y de acuerdo con la ley de Beer-Lambert , T = 10 ^−A , entonces

${\displaystyle {\text{ATT}}=1-10^{-A}+E\approx A\ln 10+E,\quad {\text{if}}\ A\ll 1,}$

y finalmente

${\displaystyle {\text{ATT}}\approx A\ln 10,\quad {\text{if}}\ E\ll A.}$

Coeficiente de atenuación

La absorbancia de un material también está relacionada con su coeficiente de atenuación decádica por

${\displaystyle A=\int _{0}^{l}a(z)\,\mathrm {d} z,}$

dónde

l es el grosor de ese material a través del cual viaja la luz,

a ( z ) es el coeficiente de atenuación decádica de ese material en z .

Si a ( z ) es uniforme a lo largo de la trayectoria, se dice que la atenuación es una atenuación lineal , y la relación se vuelve

${\displaystyle A=al.}$

A veces, la relación se da utilizando el coeficiente de atenuación molar del material, es decir, su coeficiente de atenuación dividido por su concentración molar :

${\displaystyle A=\int _{0}^{l}\varepsilon c(z)\,\mathrm {d} z,}$

dónde

ε es el coeficiente de atenuación molar de ese material,

c ( z ) es la concentración molar de ese material en z .

Si c ( z ) es uniforme a lo largo de la trayectoria, la relación se convierte en

${\displaystyle A=\varepsilon cl.}$

Se desaconseja el uso del término "absortividad molar" para el coeficiente de atenuación molar. ^[1]

Medidas

Medidas logarítmicas frente a medidas directamente proporcionales

La cantidad de luz transmitida a través de un material disminuye exponencialmente a medida que viaja a través del material, de acuerdo con la ley de Beer-Lambert (A = (ε) (l)). Dado que la absorbancia de una muestra se mide como un logaritmo, es directamente proporcional al espesor de la muestra y a la concentración del material absorbente en la muestra. Algunas otras medidas relacionadas con la absorción, como la transmitancia, se miden como una relación simple, por lo que varían exponencialmente con el espesor y la concentración del material.

Absorbancia: −log 10 (Φ e t / Φ e i )	Transmitancia: Φ e t / Φ e i
0	1
0,1	0,79
0,25	0,56
0,5	0,32
0,75	0,18
0,9	0,13
1	0,1
2	0,01
3	0,001

Rango de medición del instrumento

Cualquier instrumento de medición real tiene un rango limitado sobre el cual puede medir con precisión la absorbancia. Un instrumento debe calibrarse y compararse con estándares conocidos si se va a confiar en las lecturas. Muchos instrumentos se volverán no lineales (no seguirán la ley de Beer-Lambert) a partir de aproximadamente 2 AU (~ 1% de transmisión). También es difícil medir con precisión valores de absorbancia muy pequeños (por debajo de 10 ⁻⁴ ) con instrumentos disponibles comercialmente para análisis químicos. En tales casos, se pueden utilizar técnicas de absorción basadas en láser , ya que han demostrado límites de detección que superan a los obtenidos por instrumentos convencionales no basados ​​en láser en muchos órdenes de magnitud (las detecciones se han demostrado hasta 5 × 10 ^{- 13}). La mejor precisión teórica para la mayoría de los instrumentos no basados ​​en láser disponibles comercialmente se alcanza en el rango cercano a 1 AU. Entonces, cuando sea posible, la longitud de la trayectoria o la concentración deben ajustarse para lograr lecturas cercanas a este rango.

Método de medición

Normalmente, la absorbancia de una sustancia disuelta se mide mediante espectroscopia de absorción . Esto implica hacer brillar una luz a través de una solución y registrar cuánta luz y qué longitudes de onda se transmitieron a un detector. Con esta información, se pueden determinar las longitudes de onda que fueron absorbidas. ^[4]Primero, las mediciones en un "blanco" se toman usando solo el solvente como referencia. Esto es para que se conozca la absorbancia del solvente, y luego cualquier cambio en la absorbancia cuando se mide la solución completa se realiza solo con el soluto de interés. Luego se toman las medidas de la solución. El flujo radiante espectral transmitido que atraviesa la muestra de solución se mide y se compara con el flujo radiante espectral incidente. Como se indicó anteriormente, la absorbancia espectral a una longitud de onda dada es

${\displaystyle A_{\lambda }=\log _{10}\!\left({\frac {\Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }^{\mathrm {i} }}{\Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }^{\mathrm {t} }}}\right)\!.}$

El espectro de absorbancia se representa en un gráfico de absorbancia frente a la longitud de onda. ^[5]

Un espectrofotómetro UV-Vis hará todo esto automáticamente. Para utilizar esta máquina, las soluciones se colocan en una cubeta pequeña y se insertan en el soporte. La máquina se controla a través de una computadora y, una vez que se ha "borrado", muestra automáticamente la absorbancia trazada frente a la longitud de onda. Obtener el espectro de absorbancia de una solución es útil para determinar la concentración de esa solución usando la ley de Beer-Lambert y se usa en HPLC .

Número de sombra

Algunos filtros, en particular el vidrio de soldadura , se clasifican según el número de tono (SN), que es 7/3 veces la absorbancia más uno: ^[6]

${\displaystyle {\text{SN}}={\frac {7}{3}}A+1,}$

o

${\displaystyle {\text{SN}}={\frac {7}{3}}(-\log _{10}T)+1.}$

Por ejemplo, si el filtro tiene 0.1% de transmitancia (0.001 transmitancia, que es 3 unidades de absorbancia), su número de tono sería 8.

Ver también

• Absorción
• Espectroscopía de absorción de láser de diodo sintonizable (TDLAS)
• Densitometria
• Filtro de densidad neutra
• Descripciones matemáticas de opacidad

Referencias

1. IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) " Absorbancia ". doi : 10.1351 / goldbook.A00028
2. Atención médica de GE. Sistemas de cromatografía a escala de laboratorio ÄKTA: manual de gestión de instrumentos. GE Healthcare Bio-Sciences AB, Uppsala, 2015. https://cdn.gelifesciences.com/dmm3bwsv3/AssetStream.aspx?mediaformatid=10061&destinationid=10016&assetid=16189
3. Kamat, Prashant; Schatz, George C. (2013). "Cómo hacer que su próximo trabajo sea científicamente eficaz". J. Phys. Chem. Lett . 4 (9): 1578-1581. doi : 10.1021 / jz4006916 . PMID  26282316 .
4. Reusch, William. "Espectroscopia visible y ultravioleta" . Consultado el 29 de octubre de 2014 .
5. Reusch, William. "Reglas empíricas para longitudes de onda de absorción de sistemas conjugados" . Consultado el 29 de octubre de 2014 .
6. Russ Rowlett (1 de septiembre de 2004). "¿Cuántos? Un diccionario de unidades de medida" . Unc.edu . Consultado el 20 de septiembre de 2010 .