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 comerciales. Puesto que todas las moléculas absorben en esta región, es de esperar que vaya aumentando la importancia de los estudios moleculares esta región.

• Espectroscopia ultravioleta

Utiliza la radiación del espectro electromagnético cuya longitud de onda está comprendida entre los 100 y los 800 nm (energía comprendida entre las 286 y 36 Kcal/mol) y su efecto sobre la materia orgánica, es producir transiciones electrónicas entre los orbitales atómicos y/o moleculares de la sustancia.

• Espectroscopia de resonancia magnética nuclear

Se ha convertido en los ultimos anos en la tecnica analitica mas util en Quimica Organica. El fenomeno de la resonancia magnetica nuclear se basa en el hecho de que ciertos nucleos giran alrededor de su eje, es decir, poseen espín nuclear (I). El movimiento de giro de estas especies cargadas, provoca que lleven asociados un campo magnetico debil (momento magnetico), pudiendo considerarse como pequenos imanes. El espin nuclear puede tener valores enteros o fraccion de dos. Asi, nucleos como 1H, 19F y 13C tienen valores de espin nuclear ., el 14N tiene 1, el 11B tiene 3/2 y el 73Ge tiene 9/2. Sin embargo, otros nucleos como 12C y 16O tienen un valor cero de espin nuclear y, por tanto, son inactivos en esta tecnica. En Quimica Organica los mas estudiados son el 1H y el 13C.

Espectroscopia infrarroja

Se trata de una técnica de análisis, para obtener información acerca de los procesos de absorción y emisión sobre las moléculas que se encuentran en la materia, empleada tanto en análisis cualitativos como cuantitativos y con longitudes de onda de 2,5 a 15,4 um.

• Espectroscopia visible

Se le llama un espectro visible a la región del espectro electromagnético que el ojo humano es capaz de percibir. A la radiación electromagnética en este rango de longitudes de onda se le llama luz visible o simplemente luz. No hay límites exactos en el espectro visible; un típico ojo humano responderá a longitudes de onda desde 400 a 700 nm aunque algunas personas pueden ser capaces de percibir longitudes de onda desde 380 a 780 nm.

También permite medir la cantidad de energía radiante absorbida o emitida por un medio transparente en algunas regiones del espectro electromagnético.

8. ESPECTRÓMETRO

El Espectrómetro

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