Espectroscopia y sus aplicaciones

¿Qué es la espectroscopia?

Es una técnica de análisis, basada en la interacción de la luz con la materia, que proporciona información, cualitativa y cuantitativa, de una sustancia objeto de estudio.

Las ondas electromagnéticas y su espectro

En 1881, J. Ritter encontró otra radiación solar invisible más allá del violeta; no generaba calor, pero ennegrecía el cloruro de plata. Era la luz ultravioleta, UV.

Hacia 1870, Max Well y Hertz demostraron que las ondas luminosas no son ondas materiales, como el sonido, sino electromagnéticas. Su estudio permitió descubrir otros tipos de radiaciones electromagnéticas no visibles: las microondas, los rayos X y los rayos Gamma.

La frecuencia de una onda, F, es el numero de oscilaciones o ciclos que dicha onda realiza por unidad de tiempo en el medio por el que se propaga.

Todas las o.e.m. , se propagan el vacío a la misma velocidad, c.

Tipos de espectroscopia 

Espectroscopia atómica

Cuando los átomos son excitados con una fuente de energía externa, por ejemplo térmica, emiten luz. Al descomponer y analizar esa luz se obtiene un espectro de emisión atómica, si por el contrario, se ilumina una muestra y se analiza el espectro de la luz que ha atravesado los átomos, se obtiene un espectro de absorción atómica.

Así analizando las líneas de un espectro atómico detectamos qué elementos están presentes en la muestra (análisis químico cualitativo). Si, además, medimos la intensidad de las líneas obtenemos con gran precisión la proporción elemental (análisis químico cuantitativo).

Espectroscopia de la chispa o del arco (emisión)

Esto se utiliza para analizar los elementos metálicos sólidos o las muestras en metálico hechas conductores por ser esmerilado con el polvo del grafito. El análisis requiere el paso de una chispa eléctrica con él para producir un calor que excite los átomos. Los átomos emocionados emiten la luz de las longitudes de onda características que se pueden descubrir usando un monocromador.

El análisis de estos elementos metálicos en muestras sólidas a través de datos cualitativos hace que las condiciones de la chispa no sean bien vigiladas en general, sin embargo, el uso recientemente introducido de las fuentes de la chispa implican datos cuantitativos controlados de los rendimientos de los licenciamientos.

Visible/ultravioleta (UV)

Esto utiliza el hecho de que muchos átomos pueden emitir o absorber la luz visible. Los átomos deben estar en una fase gaseosa para obtener un espectro como esos (obtenidos en espectroscopia de la llama). Para que la espectroscopia de amortiguación sea visible tiene que ser combinada con espectroscopia de amortiguación ULTRAVIOLETA en espectroscopia de UV/Vis.

La espectroscopia ULTRAVIOLETA se puede utilizar para cuantificar la concentración de proteína y de DNA en una solución. Muchos aminoácidos (triptófano incluyendo) absorben la luz en el alcance de 280 nanómetro mientras que la DNA absorbe la luz en el alcance de 260 nanómetro. Usando este conocimiento indica el índice de 260/280 absorción del nanómetro como buen indicador de la pureza relativa de una solución en términos de estas entidades. La espectroscopia ULTRAVIOLETA se puede también utilizar para analizar fluorescencia de una muestra en una forma de la espectroscopia de amortiguación.

Infrarrojo (IR) infrarrojo y cercano (NIR)

La espectroscopia del IR se utiliza para mostrar qué tipos de ligazones están presentes en una muestra midiendo diversos tipos de vibraciones en enlace interatómicas en diversas frecuencias. Confía en el hecho de que las moléculas absorben frecuencias específicas que es relacionado en su estructura química. Esto es determinado por factores tales como las masas de los átomos.

NIR muestra una mayor profundidad de penetración en una muestra que la radiación mediados de-infrarroja. Esto indica una sensibilidad inferior pero también eso permite que las muestras grandes sean medidas en cada exploración por espectroscopia de NIR con poca (eventualmente) preparación de la muestra. Tiene usos prácticos numerosos como: productos farmacéuticos del diagnóstico médico, biotecnología, diversos análisis (genómica, proteomic) y proyección de imagen química de organismos intactos, de materias textiles, del uso forense del laboratorio y de diversos usos militares.

De resonancia magnética nuclear

Esto es un método prominente para analizar composiciones orgánicas porque explota las propiedades magnéticas de ciertos núcleos atómicos para determinar las propiedades (substancia química y comprobación) de estos átomos o de las moléculas que las contienen.

Espectrometría de masas

La Espectrometría de masas es una técnica analítica que permite estudiar compuestos de naturaleza diversa: orgánica, inorgánica o biológica (incluyendo biopolímeros y macromoléculas naturales o artificiales) y obtener información cualitativa o cuantitativa. Mediante el análisis por Espectrometría de masas es posible obtener información de la masa molecular del compuesto analizado así como obtener información estructural del mismo, o simplemente detectar su presencia y/o cuantificar su concentración. Para ello es necesario ionizar las moléculas, utilizando si fuera preciso una separación cromatográfica (UPLC, GC) previa, y obtener los iones formados en fase gaseosa. Este proceso tiene lugar en la fuente de ionización. Los iones generados son acelerados hacia un analizador y separados en función de su relación masa/carga (m/z) mediante la aplicación de campos eléctricos, magnéticos o simplemente determinando el tiempo de llegada a un detector. Los iones que llegan al detector producen una señal eléctrica que es procesada, ampliada y enviada a un ordenador. El registro obtenido se denomina Espectro de masas y representa las abundancias iónicas obtenidas en función de la relación masa/carga de los iones detectados.

Aplicaciones

Elucidación estructural  y análisis cuantitativo de compuestos orgánicos y organometálicos, biopolímeros y macromoléculas orgánicas. Determinación de masa exacta.

Aplicaciones de la espectroscopia

-Espectroscopia en análisis ambiental. Los métodos espectroscópicos visibles y ultravioletas han sido utilizados por años por los científicos ambientales.

-Espectroscopia en ciencias biomédicas

El uso biomédico de la luz comprende usos diagnósticos y terapéuticos numerosos. La espectroscopia de la hora de vuelo del fotón puede ayudar a ciertos métodos terapéuticos (tales como terapia fotodinámica) suministrándolos los datos sobre las propiedades ópticas que regulan la reacción del tejido.

-Otros usos

La espectroscopia también encuentra aplicaciones en astronomía de obtener la información sobre la composición, la densidad, la temperatura, y otros procesos físicos principales de cierto objeto astronómico.

Webiografía

https://www.news-medical.net/life-sciences/Spectroscopy-Applications-(Spanish).aspx

https://www.news-medical.net/health/Spectroscopy-Types-(Spanish).aspx