Espectrometría

Espectrometría

Dispersión de luz en un prisma triangular

La espectroscopia surgió con el estudio de la interacción entre la radiación y la materia como función de la longitud de onda (λ). En un principio se refería al uso de la luz visible dispersada según su longitud de onda, por ejemplo por un prisma. Más tarde el concepto se amplió enormemente para comprender cualquier medida en función de la longitud de onda o de la frecuencia. Por tanto, la espectroscopia puede referirse a interacciones con partículas de radiación o a una respuesta a un campo alternante o frecuencia variante (ν). Una extensión adicional del alcance de la definición añadió la energía (E) como variable, al establecerse la relación E=hν para los fotones. Un gráfico de la respuesta como función de la longitud de onda (o más comúnmente la frecuencia) se conoce como espectro.

La espectrometría es la técnica espectroscópica para tasar la concentración o la cantidad de especies determinadas. En estos casos, el instrumento que realiza tales medidas es unespectrómetro o espectrógrafo.

La espectrometría a menudo se usa en física y química analítica para la identificación de sustancias mediante el espectro emitido o absorbido por las mismas.

La espectrometría también se usa mucho en astronomía y detección remota. La mayoría de los telescopios grandes tienen espectrómetros, que son usados para medir la composición química y propiedades físicas de los objetos astronómicos, o para medir sus velocidades a partir del efecto Doppler de sus líneas espectrales.

Se denomina espectro electromagnético a la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas. Referido a un objeto se denomina espectro electromagnético o simplemente espectro a la radiación electromagnética que emite (espectro de emisión) o absorbe (espectro de absorción) una sustancia. Dicha radiación sirve para identificar la sustancia de manera análoga a una huella dactilar. Los espectros se pueden observar mediante espectroscopios que, además de permitir ver el espectro, permiten realizar medidas sobre el mismo, como son lalongitud de onda, la frecuencia y la intensidad de la radiación.

Diagrama del espectro electromagnético, mostrando el tipo, longitud de onda con ejemplos, frecuencia y temperatura de emisión de cuerpo negro.

El espectro electromagnético se extiende desde la radiación de menor longitud de onda, como los rayos gamma y los rayos X, pasando por la luz ultravioleta, la luz visible y los rayos infrarrojos, hasta las ondas electromagnéticas de mayor longitud de onda, como son las ondas de radio. Se cree que el límite para la longitud de onda más pequeña posible es la longitud de Planck mientras que el límite máximo sería eltamaño del Universo (véase Cosmología física) aunque formalmente el espectro electromagnético es infinito y continuo.

Índice

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• 1 Rango energético del espectro

• 2 Bandas del espectro electromagnético

o 2.1 Radiofrecuencia

o 2.2 Microondas

o 2.3 Infrarrojo

o 2.4 Espectro visible

o 2.5 Ultravioleta

o 2.6 Rayos X

o 2.7 Rayos gamma

• 3 Véase también

• 4 Notas

• 5 Referencias

• 6 Bibliografía

• 7 Enlaces externos

Rango energético del espectro[editar • editar código]

El espectro electromagnético cubre longitudes de onda muy variadas. Existenfrecuencias de 30 Hz y menores que son relevantes en el estudio de ciertasnebulosas.1 Por otro lado se conocen frecuencias cercanas a 2,9×1027 Hz, que han sido detectadas provenientes de fuentes astrofísicas.2

La energía electromagnética en una particular longitud de onda λ (en el vacío) tiene una frecuencia f asociada y una energía de fotón E. Por tanto, el espectro electromagnético puede ser expresado igualmente en cualquiera de esos términos. Se relacionan en las siguientes ecuaciones:

, o lo que es lo mismo

, o lo que es lo mismo

Donde (velocidad de la luz) y es la constante de Planck, .

Por lo tanto, las ondas electromagnéticas de alta frecuencia tienen una longitud de onda corta y mucha energía mientras que las ondas de baja frecuencia tienen grandes longitudes de onda y poca energía.

Por lo general, las radiaciones electromagnéticas se clasifican basándose en su longitud de la onda en ondas de radio, microondas, infrarrojos, visible –que percibimos como luz visible– ultravioleta, rayos X y rayos gamma.

El comportamiento de las radiaciones electromagnéticas depende de su longitud de onda. Cuando la radiación electromagnética interactúa con átomos y moléculas puntuales, su comportamiento también depende de la cantidad de energía por quantum que lleve. Al igual que las ondas de sonido, la radiación electromagnética puede dividirse en octavas.3

La espectroscopia puede detectar una región mucho más amplia del espectro electromagnético que el rango visible de 400 a 700 nm. Un espectrómetro de laboratorio común y corriente detecta longitudes de onda de 2 a 2500 nm.

Bandas del espectro electromagnético[editar • editar código]

Para su estudio, el espectro electromagnético se divide en segmentos o bandas, aunque esta división es inexacta. Existen ondas que tienen una frecuencia, pero varios usos, por lo que algunas frecuencias pueden quedar en ocasiones incluidas en dos rangos.

Banda Longitud de onda(m)

Frecuencia(Hz)

Energía (J)

Rayos gamma

< 10x10−12m > 30,0x1018Hz > 20•10−15 J

Rayos X

< 10x10−9m > 30,0x1015Hz > 20•10−18 J

Ultravioleta extremo

< 200x10−9m > 1,5x1015Hz > 993•10−21 J

Ultravioleta cercano

< 380x10−9m > 7,89x1014Hz > 523•10−21 J

Luz Visible

< 780x10−9m > 384x1012Hz > 255•10−21 J

Infrarrojo cercano

< 2,5x10−6m > 120x1012Hz > 79•10−21 J

Infrarrojo medio

< 50x10−6m > 6,00x1012Hz > 4•10−21 J

Infrarrojolejano/submilimétrico < 1x10−3m > 300x109Hz > 200•10−24 J

Microondas

< 10−2m > 3x108Hzn. 1

> 2•10−24 J

Ultra Alta Frecuencia - Radio

< 1 m > 300x106Hz > 19.8•10−26 J

Muy Alta Frecuencia - Radio

< 10 m > 30x106Hz > 19.8•10−28 J

Onda Corta - Radio

< 180 m > 1,7x106Hz > 11.22•10−28J

Onda Media - Radio

< 650 m > 650x103Hz > 42.9•10−29 J

Onda Larga - Radio

< 10x103m > 30x103Hz > 19.8•10−30 J

Muy Baja Frecuencia - Radio

> 10x103m < 30x103Hz < 19.8•10−30 J

Radiofrecuencia[editar • editar código]

Artículo principal: Radiofrecuencia.

En radiocomunicaciones, los rangos se abrevian con sus siglas en inglés. Los rangos son:

Nombre Abreviatura inglesa BandaITU

Frecuencias Longitud de onda

Inferior a 3 Hz

> 100.000km

Extra baja frecuencia

ELF 1 3-30 Hz 100.000–10.000 km

Super baja frecuencia

SLF 2 30-300 Hz 10.000–1000 km

Ultra baja frecuencia

ULF 3 300–3000 Hz 1000–100 km

Muy baja frecuencia

VLF 4 3–30 kHz

100–10 km

Baja frecuencia

LF 5 30–300 kHz 10–1 km

Media frecuencia

MF 6 300–3000 kHz 1 km – 100 m

Alta frecuencia

HF 7 3–30 MHz

100–10 m

Muy alta frecuencia

VHF 8 30–300 MHz 10–1 m

Ultra alta frecuencia

UHF 9 300–3000 MHz 1 m – 100mm

Super alta frecuencia

SHF 10 3-30 GHz

100-10 mm

Extra alta frecuencia

EHF 11 30-300 GHz 10–1 mm

Por encima de los 300 GHz < 1 mm

• Frecuencias extremadamente bajas: Llamadas ELF (Extremely Low Frequencies), son aquellas que se encuentran en el intervalo de 3 a 30 Hz. Este rango es equivalente a aquellas frecuencias del sonido en la parte más baja (grave) del intervalo de percepción del oído humano. Cabe destacar aquí que el oído humano percibe ondas sonoras, no electromagnéticas, sin embargo se establece la analogía para poder hacer una mejor comparación.

• Frecuencias

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