1.
Espectro electromagnético
El espectro electromagnético(o simplemente espectro) es el
rango de todas las radiaciones electromagnéricas posibles. El espectro de un
objeto es la distribución característica de la radiación electromagnética de
ese objeto.
El espectro electromagnético se extiende desde las bajas frecuencias usadas para la radio moderna (extremo de la onda larga) hasta los rayos gamma (extremo de la onda corta), que cubren longitudes de onda de entre miles de kilómetros y la fracción del tamaño de un átomo.
El espectro electromagnético se extiende desde las bajas frecuencias usadas para la radio moderna (extremo de la onda larga) hasta los rayos gamma (extremo de la onda corta), que cubren longitudes de onda de entre miles de kilómetros y la fracción del tamaño de un átomo.
La energía electromagnética en una
longitud de onda particular λ (en el vacío) tiene una frecuencia asociada f y
una energía fotónica E. Así, el espectro electromagnético puede expresarse en
términos de cualquiera de estas tres variables, que están relacionadas mediante
ecuaciones.
Generalmente, la radiación electromagnética se clasifica por la longitud de onda: ondas de radio, microondas, infrarroja y región visible, que percibimos como luz, rayos ultravioleta, rayos X y rayos gamma.
Generalmente, la radiación electromagnética se clasifica por la longitud de onda: ondas de radio, microondas, infrarroja y región visible, que percibimos como luz, rayos ultravioleta, rayos X y rayos gamma.
2. Rayos gamma
La radiación gamma o rayos gamma (γ) es un tipo de radiación electromagnética, y por
tanto constituida por fotones,
producida generalmente por elementos radiactivos o
por procesos subatómicos como la aniquilación de
un parpositrón-electrón.
También se genera en fenómenos astrofísicos de
gran violencia.
Debido
a las altas energías que poseen, los rayos gamma constituyen un tipo de radiación ionizante capaz de penetrar
en la materia más profundamente que la radiación alfa y
la beta. Pueden causar grave daño al núcleo de las
células, por lo cual se usan para esterilizar equipos médicos y alimentos.
3.
Rayos X
La
denominación rayos X designa
a una radiación electromagnética,
invisible para el ojo humano, capaz de atravesar cuerpos opacos y de imprimir
las películas fotográficas.
Los actuales sistemas digitales permiten la obtención y visualización de la
imagen radiográfica directamente en una computadora (ordenador) sin necesidad
de imprimirla. Los rayos X son una radiación electromagnética de
la misma naturaleza que las ondas de radio,
las ondas de microondas, los rayos infrarrojos,
la luz visible, los rayos ultravioleta y los rayos gamma.
La diferencia fundamental con los rayos gamma es
su origen: los rayos gamma son radiaciones de origen nuclear que se producen
por la des excitación de un nucleón de
un nivel excitado a otro de menor energía y en la desintegración de isótopos
radiactivos, mientras que los rayos X surgen de fenómenos extra nucleares, a
nivel de la órbita electrónica, fundamentalmente producidos por desaceleración
de electrones.
4.
Rayos ultravioleta
La radiación solar
ultravioleta o radiación UV es una parte de la energía radiante (o energía de
radiación) del sol, se transmite en forma de ondas electromagnéticas en
cantidad casi constante (constante solar), su longitud de onda fluctúa entre
100 y 400 nm y constituye la porción más energética del espectro electromagnético
que incide sobre la superficie terrestre.
Se dividen en tres tipos en función de su longitud de onda. Cuanto mayor sea ésta, menos energía tendrá, y viceversa.
Se dividen en tres tipos en función de su longitud de onda. Cuanto mayor sea ésta, menos energía tendrá, y viceversa.
5. Región visible
Se
llama 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 de
400 a 700 nm, aunque algunas personas pueden ser capaces de percibir
longitudes de onda desde 380 hasta 780 nm. Los arcoíris son
un ejemplo de refracción del espectro visible.
6.
ESPECTROSCOPÍA INFRARROJA
La espectrometría
de infrarrojos (espectroscopia IV) es un tipo de espectrometría
de absorción que utiliza la región infrarroja del espectro
electromagnético. Como las demás técnicas espectroscópicas, puede ser utilizada
para identificar un compuesto o investigar la composición de una muestra.
La espectrometría infrarroja se basa en el hecho de que los enlaces químicos de las sustancias tienen frecuencias de vibración específicas, que corresponden a los niveles de energía de la molécula. Estas frecuencias dependen de la forma de la superficie de energía potencial de la molécula, la geometría molecular, las masas atómicas y, posiblemente, el acoplamiento vibracional.
Si la molécula recibe luz con la misma energía de esa vibración, entonces la luz será absorbida si se dan ciertas condiciones. Para que una vibración aparezca en el espectro infrarrojo, la molécula debe someterse a un cambio en su momento dipolar durante la vibración.
La espectrometría infrarroja se basa en el hecho de que los enlaces químicos de las sustancias tienen frecuencias de vibración específicas, que corresponden a los niveles de energía de la molécula. Estas frecuencias dependen de la forma de la superficie de energía potencial de la molécula, la geometría molecular, las masas atómicas y, posiblemente, el acoplamiento vibracional.
Si la molécula recibe luz con la misma energía de esa vibración, entonces la luz será absorbida si se dan ciertas condiciones. Para que una vibración aparezca en el espectro infrarrojo, la molécula debe someterse a un cambio en su momento dipolar durante la vibración.
7.
AM
La
amplitud modulada es un tipo de modulación lineal que consta de dos señales, la
señal portadora o mensaje y la señal envolvente o de transmisión.
La señal
portadora o mensaje está compuesta por una frecuencia baja. La señal envolvente
tiene una frecuencia mayor que la portadora.
Ambas
frecuencias se hacen pasar por un dispositivo que se hace llamar multiplicador,
que se encarga de combinar las características de ambas señales para obtener
como resultado la señal modulada
FM
La
frecuencia modulada es una modulación angular que transmite información a
través de una onda portadora, variando su frecuencia.
La
frecuencia la encontramos en la radio, donde los receptores emplean un detector
fm y el sincronizador es capaz de recibir la señal más fuerte de las que
transmite la misma frecuencia. FM puede transmitir señales estereofónicas.
TV
La televisión es
un sistema para la transmisión y recepción de imágenes en movimiento y sonido a
distancia que emplea un mecanismo de difusión. La transmisión puede ser
efectuada por medio de ondas de radio, por redes de televisión
por cable, televisión por satélite o IPTV, de los que existen en
modalidades: abierta y paga. El receptor de las señales es
el televisor.
La señal
traducida de la imagen contiene la información de ésta, pero es necesario, para
su recomposición, que haya un perfecto sincronismo entre la deflexión de
exploración y la deflexión en la representación.
8.
ELECTRICIDAD
La electricidad o energía
eléctrica se produce porque la materia se puede cargar
eléctricamente. Es decir, los electrones poseen una carga negativa y los
protones una carga positiva. Estas cargas se contrarrestan unas a otras para
que el objeto resulte neutro (no cargado). Pero al frotar, por ejemplo, un
globo sobre un polerón los electrones saltan del polerón al globo y éste se
carga de electricidad. El globo pasa a tener más electrones que protones y se
carga negativamente; mientras el polerón, con más protones que electrones, se
carga positivamente.
Ahora
bien, la electricidad se puede trasmitir de un punto a otro
conduciéndola a través de distintos objetos o materiales.
9. COLORIMETRIA
La colorimetría es
la ciencia que estudia la medida de los colores y que desarrolla
métodos para la cuantificación del color, es decir la obtención de valores
numéricos del color.
Procedimiento de la
medida del color: El procedimiento utilizado en la medida del color consiste
sustancialmente en sumar la respuesta de estímulos de colores y su
normalización a la curva espectral de respuesta del fotorreceptor sensible
al color. Como referencia, se utiliza la curva espectral codificada de la
Comisión Internacional de Iluminación, (conocida por sus siglas CIE en
francés), la llamada función colorimétrica. Debe notarse que el color es una
característica subjetiva, pues solo existe en el ojo y en
el cerebro del observador humano, no siendo una característica propia
de un objeto.
10. Fotometría
Fotometría
(Óptica). Es la ciencia que se encarga de la medida de la luz, como el
brillo percibido por el ojo humano. Es decir, estudia la capacidad que
tiene la radiación electromagnética de estimular el sistema visual. No debe
confundirse con la Radiometría, encargada de la medida de la luz en términos de
potencia absoluta. Mide:
·
Fuentes
luminosas
·
Flujo
luminoso
·
Reflexión
y Refracción de la luz
·
Uso de la
energía lumínica del Sol
·
Los
cuerpos y la luz
11.
ESPECTROSCOPIA
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.
Tiene diversas ramas que estudian en específico un espectro:
·
Espectroscopia IV
·
Espectroscopia IR
·
Espectroscopia de luminiscencia molecular
·
Espectroscopia de resonancia magnética nuclear
·
Espectroscopia de absorción atómica
·
Espectroscopia de emisión atómica
·
Espectroscopia de rayos X
12.
ESPECTOFOTOMETRIA
La espectrofotometría es el método
de análisis óptico más usado en las investigaciones biológicas. El
espectrofotómetro es un instrumento que permite comparar la radiación absorbida
o transmitida por una solución que contiene una cantidad desconocida de soluto,
y una que contiene una cantidad conocida de la misma sustancia.
Todas las sustancias pueden absorber
energía radiante, aun el vidrio que parece ser completamente transparente
absorbe longitud de ondas que pertenecen al espectro visible; el agua absorbe
fuertemente en la región del infrarrojo.
13. Espectro de
Emisión Atómica
Es un conjunto de frecuencias de las ondas
electromagnéticas emitidas por átomos de ese elemento, en estado gaseoso,
cuando se le comunica energía. El espectro de emisión de cada elemento es único
y puede ser usado para determinar si ese elemento es parte de un compuesto desconocido.
Las características del espectro de emisión de algunos elementos son claramente
visibles a ojo descubierto cuando estos elementos son calentados. Por ejemplo,
cuando un alambre de platino es bañado en una solución de nitrato de estroncio
y después es introducido en una llama, los átomos de estroncio emiten color
rojo. De manera similar, cuando el Cobre es introducido en una llama, ésta se
convierte en luz verde. Estas caracterizaciones determinadas permiten
identificar los elementos mediante su espectro de emisión atómica.
14. Espectro de
Absorción
El espectro de absorción de un material
muestra la fracción de la radiación electromagnética incidente que un material
absorbe dentro de un rango de frecuencias. Es, en cierto sentido, el opuesto de
un espectro de emisión. Cada elemento químico posee líneas de absorción en
algunas longitudes de onda, hecho que está asociado a las diferencias de
energía de sus distintos orbitales atómicos. De hecho, se emplea
el espectro de absorción para identificar los elementos componentes de algunas
muestras, como líquidos y gases; más allá, se puede emplear para determinar la
estructura de compuestos orgánicos.
15. Concepto de
color
El color es el efecto de las radiaciones
visibles que forman parte del espectro electromagnético. Este espectro está
formado por todo el conjunto de ondas existentes, rayos X, rayos ultravioleta,
infrarrojos, ondas de radio, etc. Todas estas ondas se miden tomando en
consideración su longitud que es la distancia que separa una cresta de onda de
otra. En los colores esta distancia se mide en milimicras, o nanómetros.
Como experiencia sensorial el color se
produce gracias a tres factores:
1. A la emisión de energía luminosa. El
color está directamente relacionado con la luz. Sin luz no se perciben los
colores. Dependiendo de las características de la luz, tendremos distintas
apreciaciones de los colores de los objetos.
2. A la respuesta o modulación física que
las superficies de los objetos hacen de esa energía.
3. De la participación de un receptor
específico: la retina. El ojo humano contiene tres tipos distintos de
receptores del color, que son sensibles a la luz roja, verde y azul.
16. Métodos
colorimétricos directos
Los métodos colorimétricos directos son
aquellos que se pueden observar gracias al medio del organismo; es decir el
ojo, este sistema nos permites ver el grado de colorimetría de una manera
directa , sin necesidad de un medio.
17. Comparación
18. Compensación
(Colorímetro de dubosc)
El funcionamiento
del colorímetro de Dubosc puede apreciarse en los espesores activos, a efectos
de la igualdad o desigualdad de iluminación en las dos mitades del campo del
ocular, correspondientes respectivamente al líquido de referencia y al problema
objeto de valoración, son los espacios situados por debajo de sendas barras
transparentes de vidrio que penetran más o menos en el interior de cada
líquido. La medida de espesores se realiza sobre una escala vertical provista
de nonius adecuados. El campo de observación aparece dividido en dos mitades
gracias al desdoblamiento del haz luminoso incidente por medio de sendos
prismas romboidales.
19. Métodos Colorimétricos indirectos
Los métodos
colorimétricos identifican de una manera más o menos cuantitativa la presencia
de un gas. Este necesita de un medio como son las celdas electroestáticas, Es
posible usar Parches o Tubos colorimétricos.
Parches.-Los parches son
piezas de cartón de un solo uso recubiertas con un plástico cubierto con un
compuesto químico que cambia de color cuando se expone a un gas que se va a
medir. Tanto la cantidad de tiempo de exposición como la intensidad de cambio
de color son importantes. Los Parches dan un valor medio e integrado pero no
muy preciso.
Tubos colorimétricos.- Se
encuentran disponibles diferentes tipos de tubos colorimétricos para medir un
amplio rango de gases. Los tubos colorimétricos son tubos de vidrio con ambos
extremos cerrados. Para realizar una lectura con un tubo colorimétrico, se
rompen las puntas de ambos extremos y el tubo se acopla en una bomba de mano.
La bomba hace pasar a través del tubo un volumen de gas oloroso conocido. El
medio reacciona en el tubo y cambia de color según el tipo de gas que haya en
la muestra.
20. Experimento de
Lambert
Trata sobre la
iluminancia de una superficie situada a una cierta distancia de una fuente de
luz. Determina que la iluminación producida por una fuente luminosa sobre una
superficie es directamente proporcional a la intensidad de la fuente y al
coseno del ángulo que forma la normal a la superficie con la dirección de los
rayos de luz y es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia a dicha
fuente.
21. Experimento de beer
Es una relación
empírica que relaciona la absorción de luz con las propiedades del material
atravesado. La absorbancia de una muestra a determinada longitud de onda
depende de la cantidad de especie absorbente con la que se encuentra la luz al
pasar por la muestra.
22. Transmitancia
Se define como la
cantidad de energía que atraviesa un cuerpo en determinada cantidad de tiempo.
La transmitancia óptica se refiere a la cantidad de luz que atraviesa un
cuerpo, en una determinada longitud de onda. Cuando un haz de luz incide sobre
un cuerpo traslúcido, una parte de esa luz es absorbida por el mismo, y otra
fracción de ese haz de luz atravesará el cuerpo, según su transmitancia
23. Absorbancia
Cuando
un haz de luz incide sobre un cuerpo traslúcido, una parte de esta luz
es absorbida por el cuerpo, y el haz de luz restante atraviesa dicho cuerpo. A
mayor cantidad de luz absorbida, mayor será la absorbancia del cuerpo, y menor
cantidad de luz será transmitida por dicho cuerpo. Como se ve, la absorbancia y
la transmitancia son dos aspectos del mismo fenómeno.
24. Absortividad y
Absortividad Molar
La absorbancia es directamente proporcional a la longitud del
camino b a través de la solución y la concentración c de la especie absorbente.
Estas relaciones se dan como: A = a·b·c Siendo a una constante de
proporcionalidad llamada absortividad. La magnitud de a dependerá de las
unidades empleadas para b y c. A menudo b es dada en términos de cm y c en
gramos por litro, entonces la absortividad tiene unidades de l·g–1 ·cm –1.
Cuando la concentración se expresa en moles por litro y la longitud de la celda
en centímetros, la absortividad se llama absortividad molar, se designa como ε
y tiene unidades de l·mol–1 ·cm –1, entonces la absorbancia es: A = ε·b·c
25. Espectrofotómetro
26. Curva Espectral Transmitancia-Concentración
La
intensidad de un haz incidente decae exponencialmente a medida que pasa a
través del absorbente. Esta relación cuando se expresa como Ley de Lambert
es:
T = 10-εcd or T = 10-A
|
||||||||||||
|
||||||||||||
En un enfoque simplificado, la transmitancia puede ser expresada como la intensidad de la radiación incidente, Io, que divide a la luz emergente de la muestra, I. Se refiere a la relación I/Io como transmitancia o sencillamente T. |
||||||||||||
27. Curva Espectral Absorbancia-Concentración
Denominamos espectro de una sustancia a la
representación de absorbancia (A) en función de longitud de onda (λ),este
gráfico presenta ondulaciones con máximos y mínimos. Para hacer las
determinaciones cuantitativas se elige, en general, la longitud de onda
correspondiente a un máximo, pues el error de medición es mínimo y la
sensibilidad máxima.
Para verificar el cumplimiento de la ley de
Beer, se debe realizar la curva de calibración; absorbancia (A) en función de
concentración (c), para lo cual se preparan soluciones de la sustancia de
concentraciones conocidas y se mide la absorbancia a la longitud de onda
elegida.
28. LEY
DE BEER
La absorbancia de una solución es directamente proporcional
ala concentración y a la longitud del paso de la luz.
A = e . b. c
Siendo:
A: absorbancia. No tiene
unidades.
e: el coeficiente de extinción
molar, también llamado coeficiente de absorción. Es constante para un compuesto
dado siempre que se fijen condiciones de longitud de onda, de pH, de
temperatura, de solventes, etc. Sus unidades son 1/ (mol/cm).
b: es la longitud de paso de la
luz, en cm.
c: es la concentración del
absorbente. Se mide en mol/L.
29. Desviaciones de la Ley de
Beer
Presencia de electrolitos
Se acepta como regla que la presencia de pequeñas cantidades de electrolitos incoloros que no reaccionan químicamente con los componentes de color no afecta en la absorción de luz. Sin embargo, grandes cantidades de electrólitos pueden afectar el espectro de absorción tanto cualitativa como cuantitativamente. Esto es debido a la interacción física entre los iones del electrolito y los iones o moléculas absorbentes. Esta interacción causa un cambio en su propiedad de absorción de luz.
Concentración de iones de hidrógeno
Hay un número de sustancias cuyo estado iónico en solución está muy influenciado por la presencia de iones de hidrógeno.
En algunos casos, dos especies absorbentes están en equilibrio y tienen un valor común de absortividad en una cierta longitud de onda. Por ejemplo, en el caso del azul de bromotimol los espectros de absorción a diferentes valores de pH son diferentes.
Se acepta como regla que la presencia de pequeñas cantidades de electrolitos incoloros que no reaccionan químicamente con los componentes de color no afecta en la absorción de luz. Sin embargo, grandes cantidades de electrólitos pueden afectar el espectro de absorción tanto cualitativa como cuantitativamente. Esto es debido a la interacción física entre los iones del electrolito y los iones o moléculas absorbentes. Esta interacción causa un cambio en su propiedad de absorción de luz.
Concentración de iones de hidrógeno
Hay un número de sustancias cuyo estado iónico en solución está muy influenciado por la presencia de iones de hidrógeno.
En algunos casos, dos especies absorbentes están en equilibrio y tienen un valor común de absortividad en una cierta longitud de onda. Por ejemplo, en el caso del azul de bromotimol los espectros de absorción a diferentes valores de pH son diferentes.
·
Desviaciones Químicas Aparentes
Surgen cuando un analito se
disocia, se asocia, o reacciona con el solvente para producir un producto
teniendo un espectro de absorción diferente del analito. Por ejemplo CrO4 2- en
función del pH va a absorber diferente.
·
Desviaciones Instrumentales
Aparentes con Radiación Policromática
Se observa una adhesión estricta a
la ley de Beer solamente cuando la radiación es monocromática verdadera; esta
observación es otra información del carácter limitante de la ley. El uso de
radiación que está restringida a una longitud de onda simple es raro porque los
elementos que aíslan porciones de la salida de una fuente continua producen una
banda más o menos simétrica de longitudes de onda alrededor de la deseada
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