ANALISIS ESPECTROSCÓPICO

INTRODUCCIÓN

Antes de comenzar a ver las herramientas complementarias al análisis espectroscópico que nos ayudarán a analizar lo que escuchamos en forma objetiva, haremos una breve introducción a algunos temas relacionados con la matemática y la física de los espectros.

Para ello hemos consultado diferentes fuentes bibliográficas y apuntes para desarrollar un trabajo acorde a las necesidades del lector y sobre el interés del tema.

No es el objetivo del trabajo profundizar en complicados cálculos y algoritmos. Sin embargo, analizaremos algunos conceptos claves que nos serán de gran utilidad para comprender el comportamiento de algunos fenómenos físicos y su forma de medirlos mediante este interesante análisis.

OBJETIVOS

1. Definir de manera argumentada lo que es análisis espectroscópico.

2. Identificar cuáles son los principales campos de estudio del análisis espectroscópico.

3. Destacar las principales aplicaciones que se le pueden dar al análisis espectroscópico.

ANALISIS ESPECTROSCÓPICO

1. DEFINICIÓN.- Es una técnica instrumental ampliamente utilizada por los físicos y químicos para poder determinar la composición cualitativa y cuantitativa de una muestra, mediante la utilización de patrones o espectros conocidos de otras muestras. El análisis espectral permite detectar la absorción o emisión de radiación electromagnética de ciertas energías, y relacionar estas energías con los niveles de energía implicados en una transición cuántica.

2. ORIGEN

La luz visible es físicamente idéntica a todas las radiaciones electromagnéticas. Es visible para nosotros porque nuestros ojos evolucionaron para detectar esta estrecha banda de radiación del espectro electromagnético completo. Esta banda es la radiación dominante que emite nuestro Sol. Desde la antigüedad, científicos y filósofos han especulado sobre la naturaleza de la luz.

3. EXPERIMENTO DE NEWTON

El que comprobó que cualquier haz incidente de luz blanca, no necesariamente procedente del Sol, se descompone en el espectro del arcoíris del rojo al violeta. Newton tuvo que esforzarse en demostrar que los colores no eran introducidos por el prisma, sino que realmente eran los constituyentes de la luz blanca. Posteriormente, se pudo comprobar que cada color correspondía a un único intervalo de frecuencias o Longitud de onda.

4. HERRAMIENTAS USADAS

En los siglos XVIII y XIX, el prisma usado para descomponer la luz fue reforzado con rendijas y lentes telescópicas con lo que se consiguió así una herramienta más potente y precisa para examinar la luz procedente de distintas fuentes.

5. EXPERIMENTO DE FRAUNHOFER

Fraunhofer utilizó este espectroscopio inicial para descubrir que el espectro de la luz solar estaba dividido por una serie de líneas oscuras, cuyas longitudes de onda se calcularon con extremo cuidado. Por el contrario, la luz generada en laboratorio mediante el calentamiento de gases, metales y sales mostraba una serie de líneas estrechas, coloreadas y brillantes sobre un fondo oscuro. La longitud de onda de cada una de estas bandas era característica del elemento químico que había sido calentado. Surgió la idea de utilizar estos espectros como huella digital de los elementos observados. A partir de ese momento, se desarrolló una verdadera industria dedicada exclusivamente a la realización de espectros de todos los elementos y compuestos conocidos.

También se descubrió que si se calentaba un elemento lo suficientemente (incandescente), producía luz blanca continua, un espectro completo de todos los colores, sin ningún tipo de línea o banda oscura en su espectro. En poco tiempo llegó el progreso: se pasó la luz incandescente de espectro continuo por una fina película de un elemento químico elegido que estaba a temperatura menor. El espectro resultante tenía líneas oscuras, idénticas a las que aparecían en el espectro solar, precisamente en las frecuencias donde el elemento químico particular producía sus líneas brillantes cuando se calentaba. Es decir, cada elemento emite y absorbe luz a ciertas frecuencias fijas características del mismo.

Las líneas oscuras de Fraunhofer, que aparecían en el espectro solar, son el resultado de la absorción de ciertas frecuencias características por los elementos químicos presentes en las capas más exteriores de nuestra estrella. Aún había dudas: en 1878, en el espectro solar se detectaron líneas que no casaban con las de ningún elemento conocido. De ello, los astrónomos predijeron la existencia de un elemento nuevo, llamado helio. En 1895 se descubrió el helio terrestre.

6. TEORÍA UNIVERSAL DE LA GRAVITACIÓN DE NEWTON

De igual forma que la teoría universal de la gravitación de Newton probó que se pueden aplicar las mismas leyes tanto en la superficie de la Tierra como para definir las órbitas de los planetas, la espectroscopia demostró que existen los mismos elementos químicos tanto en la Tierra como en el resto del Universo.

7. CAMPOS DE ESTUDIO

• Espectroscopia astronómica

• Espectroscopia de absorción atómica

• Espectroscopia de fluorescencia

• Espectroscopia de rayos X

Es un nombre genérico que abarca todas aquellas técnicas espectroscópicas utilizadas para determinar la estructura electrónica de los materiales mediante excitación por rayos X. La espectroscopia de rayos X tiene una amplia gama de aplicaciones, en especial en la determinación de estructuras cristalinas y muestras sólidas.

Los rayos X son un tipo de radiación electromagnética con una energía muy superior a la radiación ultravioleta que permite su absorción por los electrones de core. Los rayos X son especialmente capaces de penetrar estructuras cristalinas: su longitud de onda, de un orden de magnitud igual al de las distancias interatómicas, hace que se difracten, produciendo los patrones de difracción del cristal.

• Espectroscopia ultravioleta al vacio.

Comprende la región del espectro desde 200 nm hasta 0,1 nm (1 A), o desde el ultravioleta próximo hasta los rayos x. Aunque existen numerosos estudios en esta región, la espectroscopia ultravioleta al vacio no ha llegado a ser una técnica analítica, debido principalmente a problemas de instrumentación y a la no existencia de instrumentos

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