Espectroscopio
03 Dec, 2012
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PRESENTACIÓN: A luz que emite un obxecto é característica e singular. Analizando esta luz cun espectroscopio podemos identificar diferentes elementos.
- Imaging Emission Spectra with Handheld and Cellphone Cameras, David Sitar, Phys. Teach. 50, 524 (2012)
- Overhead spectroscopy, George A. Burman, Phys. Teach. 29, 470 (1991)
9 responses to "Espectroscopio"
La espectroscopía tiene una enorme multitud de aplicaciones en diversos campos como la medicina, la biología o la química. Una cosa muy importante a señalar, es que la espectroscopía no se limita a trabajar en el espectro visible. Podemos trabajar también con espectroscopía infrarroja, ultravioleta, de rayos x…
Si queréis saber prácticamente todo acerca de los distintos tipos de espectrometría, podéis visitar la siguiente página, con información muy abundante.
La espectroscopia es una técnica analítica experimental, muy usada en química y en física, que se basa en 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. De esta forma, se pueden hacer análisis cuantitativos o cualitativos de una enorme variedad de sustancias. Éstos, conocidos como análisis espectrales consisten específicamente en el estudio de una luz previamente descompuesta en radiaciones monocromáticas mediante un prisma o una red de difracción.
Gracias al análisis espectral es que, por ejemplo, se descubrió el helio en 1868, tras identificar las rayas obtenidas en un espectro luego de un eclipse solar. Desde entonces, el análisis espectral de los cuerpos celestes ha revelado que todos se componen de los elementos que conocemos en la Tierra y que figuran en la tabla periódica de Mendeleiev. Más información sobre espectroscopia astronómica en el siguiente enlace.
En Biología se utiliza mucho un aparato similar, aunque por supuesto mucho más preciso y caro, denominado espectrofotómetro. Concretamente, es muy utilizado en biología molecular. Durante el Grado en Biología lo utilizamos, sin excepción, en todas las prácticas de Bioquímica, principalmente para medir la actividad enzimática y por ejemplo para demostrar empíricamente la cinética de las reacciones enzimáticas definida por Michaelis y Menten. Obviamente este tipo de experimentos es imposible de realizarlos con materiales caseros, de todos modos considero interesante exponer una de las aplicaciones de la espectrometría, llevándolo o mi terreno, y así mientras aprendo de física, los físicos que visiten esta web podrán aprender algo de biología también. A continuación, os dejo un enlace de un guión de prácticas universitarias similar a las que yo mismo realicé en su momento:
Esta actividad manipulativa resulta muy útil dado que con el estudio y conocimiento de la espectroscopía no solo se trabajan conceptos de física sino que también se pueden incluír contenidos de química, además de otras disciplinas a las que se puede aplicar tales como astronomía o biología.
En primer lugar, da pie a explicar los métodos de análisis de substancias mediante espectroscoía y espectometría que se trabajan en el bloque 2 (aspectos cuantitativos de química) de 1º de bachillerato de física y química.
Además, permite no solo explicar sino también profundizar en contenidos del bloque 4 (Ondas) de 2º de bachiller de física (B4.16,B4.17 y B4.18). En este bloque se trabajan aspectos tales como la naturaleza y propiedades de las ondas electromagnéticas, fenómenos como la dispersión, absorción, relexión, refracción, difracción e interferencia de la luz, el color, el espectro electromagnético, etc. Con este experimento se ponen de manifiesto todos los conceptos recogidos en ambos bloques de los cursos de 1º y 2º de bachiller mencionados.
Además, este experimento puede complementarse con el de la película de jabón para profundizar en el concepto de interferencia. Por último, me resulta muy interesante llevar este experimento al aula, pues a partir del estudio de la luz, pueden analizarse múltiples aplicaciones de este fenómeno en la industria y en la ciencia.
Gustav Robert Kirchhoff fue un físico alemán con relevantes contribuciones científicas, entre las que se encuentra la espectroscopía. De hecho, junto con Robert Bunsen descubrió el rubidio y el cesio, basándose en el estudio de los espectros de emisión que emitían al ser calentados. Ellos partían del hecho de que el vapor de cualquier elemento químico que se encuentre sometido a la acción de las llamas, origina la aparición de rayas espectrales características como consecuencia de la descomposición espectral de luz. Otra de las contribuciones que hizo fueron las tres leyes de la espectroscopia de Kirchhoff:
-Un objeto sólido caliente produce luz en un espectro continuo.
-Un gas tenue produce luz con líneas espectrales en longitudes de onda discretas que dependen de la composición química del gas.
-Un objeto sólido a alta temperatura rodeado de un gas tenue a temperaturas inferiores produce luz en un espectro continuo con huecos en longitudes de onda discretas cuyas posiciones dependen de la composición química del gas.
Posteriormente el físico Niels Bohr, justificaría estas leyes para dar pie por primera vez a la mecánica cuántica.
Realizar la construcción de un espectroscopio, como una actividad manipulativa a realizar por los alumnos, es desde mi punto de vista ideal, tanto por la facilidad de construcción, como por lo comunes y baratos que son los elementos que se necesitan. Esta actividad nos serviría para trabajar diversos contenidos como la naturaleza de la luz y sus propiedades, el fenómeno de la refracción, el espectro electromagnético, etc. Totalmente recomendable. Para su construcción el vídeo explicativo del principio está muy bien, pero también se puede construir un modelo que podamos acoplar a la cámara de nuestro móvil, para grabar la imagen. Adjunto este enlace donde puedes guiarte para su construcción.
En este link se puede seguir un curso de espectrometría del MIT.
Siguiendo con el hilo que ya presenté en otro proyecto, es muy interesante comprobar como esto se ha llevado ya más allá del laboratorio y se pueden encontrar en aplicaciones industriales. Por ejemplo, son interesantes las máquinas basadas en NIR que hay para usar en una industria alimentaria. Lo mismo ocurre con la tecnología hiperespectral, cámaras que en vez de sacar una foto en 3 puntos del espectro (RGB) lo hacen en muchos puntos par un rango del espectro electromagnético, lo que permite a través de una foto obtener información química. El problema de todos estos sistemas son el precio que es muy alto y la necesidad de calibraciones, una vez baje el precio sustituirán a los sistemas de visión existentes en multitud de aplicaciones. Dejo link a la web de FOSS, uno de los principales fabricantes de equipos NIR y que tienen multitud de información acerca de como funciona. También link a una de las máquinas más innovadoras que ofrecen para que podáis ver las posibilidades que ofrece.