Espectroscopia

Esquema de un análisis espectroscópico.

La espectroscopia , en física , indica la medición y el estudio de un espectro electromagnético . Un instrumento que le permite medir un espectro se llama espectrómetro , espectrógrafo o espectrofotómetro ; el último término se refiere a un instrumento para medir el espectro electromagnético .

Fondo

Con el descubrimiento de la naturaleza ondulatoria de la luz , el término espectro se refirió a la intensidad de la luz en función de la longitud de onda o frecuencia . Más simplemente, la espectroscopia es la ciencia de medir la intensidad de la luz en diferentes longitudes de onda. Las representaciones gráficas de estas medidas se denominan espectros. Actualmente, el término espectro se ha generalizado aún más y se refiere a un flujo o intensidad de radiación o partículas electromagnéticas ( átomos , moléculas u otras) en función de su energía , longitud de onda , frecuencia o masa .

Descripción

Se sabe que la luz emitida por una fuente se propaga en el espacio en todas direcciones. Si encuentra un cuerpo "opaco" (en el que la radiación no se puede propagar), se genera un cono de sombra. Si la superficie es lisa, los rayos se pueden reflejar , si no es lisa, se pueden difundir . Si, por el contrario, penetran en un cuerpo transparente pero se desvían, entonces se produce el fenómeno de refracción , que provoca la descomposición de la luz policromática en radiaciones de diferentes colores ( longitudes de onda ) que se pueden recoger en una pantalla dando lugar a el espectro. El experimento de dividir la luz en los colores que la componen fue llevado a cabo por Newton en 1666 , sentando las bases para la espectroscopia.

Hay 3 tipos de espectros:

Emisión continua : estudiando la radiación obtenida al calentar un cuerpo negro obtendremos un espectro continuo que contiene todas las ondas electromagnéticas existentes, ya que en él no hay interrupciones entre una radiación y otra.
Emisión rayada o bandeada : obtenida utilizando como fuente un gas enrarecido (baja densidad y presión ) a alta temperatura. El espectro resultante no es continuo sino en líneas o bandas (características de especies poliatómicas). Los gases con diferentes composiciones dan diferentes conjuntos de líneas características, por esta razón es útil para identificar la composición química de un gas.
Absorción : cuando la luz emitida por una fuente pasa a través de un gas a baja presión. Permite identificar la naturaleza química de una sustancia en estado gaseoso.

Por tanto, el análisis espectral no solo es útil para analizar estrellas, sino también para estudiar cualquier otro cuerpo que absorba y refleje la radiación electromagnética .

Teoría de la absorción

Para realizar un análisis espectrofotométrico, el grado de absorción de una radiación luminosa se mide con una muestra colocada frente a una fuente de radiación. Para interpretar los fenómenos que ocurren es necesario conocer las características de las fuentes de luz y la estructura de la materia. La absorción de radiación provoca un aumento de la energía interna de la sustancia que absorbe. Esto implica una excitación de las partículas componentes (electrones, átomos, moléculas, etc.), lo que produce fenómenos característicos de cada sustancia. Según la mecánica cuántica, la energía de las partículas constituyentes de la materia está cuantificada, es decir, solo puede asumir ciertos valores discretos.

En condiciones normales, una partícula se encuentra en estado de mínima energía. Cuando una radiación golpea una partícula, si la energía de los fotones es igual a la diferencia entre la energía del estado excitado de la partícula y la del estado fundamental, la radiación se absorbe y la partícula pasa del suelo al estado excitado. .

Dado que cada sistema molecular está asociado con una distribución característica de niveles de energía (electrónica, vibratoria, rotacional), la absorción de una determinada radiación es una propiedad característica de ese sistema y no de otros. La mecánica cuántica nos permite explicar por qué la absorción de una determinada radiación es específica para cada sustancia y da lugar a un espectro de absorción característico. Además, a través del desarrollo de las reglas de selección , permite establecer qué transiciones están prohibidas y cuáles están permitidas.

La radiacion

Importar

Los espectros de absorción detectan qué frecuencias se han restado de la radiación incidente a su paso por la muestra y permiten medir la intensidad con la que se absorben estas frecuencias.

Herramientas y técnicas

Las técnicas basadas en el estudio de la radiación absorbida que encuentran mayor aplicación en los laboratorios de análisis se dividen según las características de la radiación en:

Aplicaciones analíticas

Cada sustancia absorbe en longitudes de onda características. Esto permite identificar un analito en base a su espectro de absorción, como si fuera su huella dactilar, es decir, para realizar un análisis cualitativo. El perfil del espectro de absorción depende de varios parámetros, como el estado de agregación de la sustancia, la naturaleza del disolvente, el pH de la solución. La absorción a una determinada longitud de onda depende de la naturaleza y concentración del analito.

Analisis cualitativo

Análisis cuantitativo

Tipos de espectroscopia

Radiación electromagnética

Espectroscopia infrarroja : el estudio del espectro de radiación infrarroja.
Espectroscopía UV / visible : el estudio del espectro de radiación óptica y ultravioleta.
Espectroscopía Raman
Espectroscopia astronómica : estudio del espectro de radiación emitida por estrellas y objetos del cielo profundo.
Espectroscopia de campo integral : técnicas espectroscópicas utilizadas para el estudio de objetos astronómicos, especialmente en la frecuencia infrarroja.
Espectroscopia de resonancia magnética nuclear : medición de la absorción resonante de radiación de radiofrecuencia por núcleos atómicos en un campo magnético fuerte
Espectroscopía de Mössbauer : mide la absorción nuclear resonante de fotones sin retroceso
Espectroscopia de absorción de rayos X : mida la absorción de rayos X alrededor de un umbral, indicado por la abreviatura XAS (espectroscopia de absorción de rayos X).
Espectrofotometría XRF : mide la emisión de luz fluorescente de una muestra expuesta a rayos X
Espectroscopia EDX : análisis de rayos X de dispersión de energía, espectroscopia de emisión de rayos X
PIXE - Emisión de rayos X inducida por partículas, espectroscopia de emisión de rayos X
Espectroscopia de reflectancia : mide la reflectancia espectral en función de la longitud de onda de la radiación incidente, que puede ser infrarroja cercana , visible o ultravioleta.
Espectroscopía optogalvánica : mide el cambio en la corriente y el voltaje en relación con la longitud de onda de la radiación utilizada para modificar la conductividad de un gas a través de una descarga autosostenida.

Partículas

Espectrometría de masas : estudio de la masa de átomos, iones o moléculas medida por la desviación de su trayectoria al cruzar un campo magnético.

Varios

Se pueden realizar otras subdivisiones basadas en el principio de funcionamiento de la espectroscopia: espectroscopia de emisión , espectroscopia de fluorescencia , espectroscopia de absorción , espectroscopia de difusión , espectroscopia de fotoelectrones .

Basado en el tipo de análisis de datos: Espectroscopía por transformada de Fourier (método ampliamente aplicado en la medición de varios tipos de espectros para pasar de un espectro registrado en el dominio del tiempo a uno legible en el dominio de la frecuencia, comúnmente aplicado en espectroscopía infrarroja ( FTIR) y en espectroscopia de resonancia magnética nuclear (FTNMR) durante unos veinte años).

Otros proyectos

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Wikimedia Commons contiene imágenes u otros archivos sobre espectroscopia

enlaces externos

( EN ) Espectroscopia , en Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
( EN ) Trabajos sobre espectroscopia , en Open Library , Internet Archive .
( EN ) IUPAC Gold Book, "spectroscopy" , en goldbook.iupac.org .
Introducción a la espectroscopia , en itchiavari.org .

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