Se ha preguntado alguna vez ¿Qué es un espectroscopio? ¿Para qué sirve?, pues le invitamos a leer en este blog para que conozca sus orígenes, sus usos, los tipos que existen y alguna información adicional de utilidad que le permitirá tener los conocimientos de un experto en la materia, así que quédese con nosotros y aprenda a utilizarlo.
¿Qué es un espectroscopio?
El espectroscopio es una herramienta que se utiliza para poder efectuar un análisis de la luz, por medio del cual se pueden obtener datos sobre la cantidad de particularidades físicas o las particularidades de los objetos, inclusive de las Estrellas. Son utilizados en una gran variedad de áreas, que van desde los estudios teóricos en ciencias como la química o la física cuántica, así como en usos industriales o en campos de la medicina
Origen del espectroscopio
En sus orígenes, los espectroscopios tenían en su interior formas prismáticas de vidrio, con las que se podía obtener la dispersión de las emisiones luminosas, en razón de que se aprovechaban para ello los distintos ángulos de la refracción que tienen los distintos colores, hoy sabemos que son observables por las longitudes de onda de luz blanca.
Igualmente, se utilizaba para esta misma finalidad las zonas de difracción, que es otra particularidad con la que se puede lograr la división de las emanaciones que se irradian en forma de luz blanca.
Se dice que la invención del primer espectroscopio se debe a dos investigadores alemanes, Robert Bunsen y Gustav Kirchhoff, a mediados del siglo XIX. Pero lo cierto es que varios científicos elaboraron aparatos muy parecidos en años anteriores, algunos de los cuales constituyeron ensayos que se utilizaron en experimentos para analizar los espectros resultado de los análisis químicos.
Joseph Von Fraunhofer
Una prueba de ello es que a inicios del siglo XIX, Joseph Von Fraunhofer (1787-1826) hizo relevantes aportes en la investigación del espectro solar y la Estructura del Sol, con los que pudo ver una cantidad de líneas negras que hoy llevan su nombre. Estos experimentos de Fraunhofer fueron producto de su curiosidad por encontrar una fuente de luz homogénea para el adecuado funcionamiento de sus instrumentos ópticos.
Gracias a la actividad de todos estos investigadores, se logró dar un impulso al estudio de los espectros o emanaciones por los investigadores que tenían interés en las nuevas teorías sobre la ondulación de la luz y las características de las chispas eléctricas.
William Talbot
El empleo de los espectros al análisis de las sustancias químicas tuvo la intervención de algunos precursores como William Talbot (1800-1877) que, luego de haber estudiado las diversas emanaciones de las llamas, sus conclusiones le llevaron a aseverar que siempre que el prisma muestre que un rayo homogéneo de cualquier color está presente en una llama, tal rayo muestra la existencia de un elemento químico definido.
A pesar de la cantidad de estos experimentos pioneros, su aplicación fue muy limitada, principalmente por los problemas teóricos y prácticos que aún no habían podido resolverse. Uno de ellos es que varios espectros de las llamas tenían una apariencia más compleja de lo que inicialmente se había concluido. De hecho, las emanaciones o líneas de Fraunhofer no tenían aún una explicación científica plausible.
William Swan
En la década de los años cincuenta, varios factores se unieron para que aumentara exponencialmente los experimentos científicos respecto a los espectros de la luz, incluyendo los efectuados por William Swan, quien fuera profesor de la Scottish Naval and Millitary Academy, con los que coligió la gran sensibilidad del análisis espectral, permitiéndole detectar cantidades muy pequeñas de algunos elementos químicos como el sodio.
Esos experimentos le permitieron dar una explicación a la presencia usual de la línea D del sodio y establecer la necesidad de trabajar con extremada precaución, con relación a la pureza de las muestras y las llamas que se utilizaban. Un instrumento que ayudó a resolver algunos de esos problemas fue el mechero creado por Bunsen en esos años.
Constitución y Partes
El espectroscopio está compuesto de un prisma, un colimador y un telescopio, cuya óptima es de diseño acromático, lo que le facilita el acceso a una observación diáfana de todo el espectro. Estas partes están adheridas en forma rígida al cuerpo central del aparato, vinculándolo a una base metálica, empleando una columna de altura graduable. En su sección inferior central encontraremos un dispositivo que suministra luz a escala.
El Espectroscopio ECYT 12-810
Los elementos de este espectroscopio son los siguientes:
- Prisma triangular equilátero de vidrio Flint (n=1.65)
- Colimador compuesto por una ranura fija (0.2mm) y un sistema de lentes acromáticos dispuestos sobre tubo de aluminio de 25x100mm.
- Telescopio de observación, formado por un objetivo acromático dispuesto sobre el tubo de aluminio y objetivo montado sobre un tubo de bronce cromado con escala incluida.
- Cuerpo central o cilíndrico, de 90mm de diámetro, 50mm de espesor.
- Base soporte, rectangular 100x150mm, con sistema de freno para fijación de columna, de hierro fundido pintado.
- Columna cilíndrica de hierro cromado de 15x130mm.
- Iluminador de escala, con pantalla difusora
Principio de funcionamiento
Hay gran variedad de métodos, estrategias y técnicas vinculadas a la utilización del espectroscopio, por esa razón, han sido creadas una gran variedad de tipos, que poseen particularidades muy distintas entre sí, de manera que puede tener ciertas dificultades reconocer la existencia de algunas características o principios comunes.
El espectroscopio tiene la función de descomponer la luz que incide, separándola en distintas radiaciones o emisiones monocromáticas, con ello es posible observar de forma directa el espectro lumínico de un determinado elemento. La dispersión o descomposición se puede obtener por medio de la refracción, como ocurre en el caso del espectroscopio de prisma o por difracción, que es lo que ocurre con el espectroscopio de red.
Espectroscopio de Prisma
La conformación del espectroscopio de prisma consiste en una rendija por la que pasa la luz, a través de unos lentes agrupados, hacia un prisma y una lente ocular. La luz que entra para ser analizada incide primero a través de una lente colimadora, que provoca un haz de luz estrecho y paralelo, y luego pasa por el prisma, donde se separa este haz en las diferentes radiaciones monocromáticas que lo componen.
Gracias a la lente ocular se logra enfocar una imagen en la rendija. Así, las líneas espectrales que forman el espectro no son realmente sino una serie de imágenes de la rendija.
Si deseamos encontrar un proceso natural en el que ocurra este fenómeno, el caso típico es el arco iris que se muestra en lapsos de lluvia pero con presencia de luz solar adecuada, de manera que las gotas de lluvia ejecutan la función de pequeños prismas que separan las diferentes radiaciones.
Espectroscopio de Red
El espectroscopio de red es aquel que logra dispersar la luz por medio de una red de difracción, en vez de utilizar un prisma. La red de difracción es una superficie especular, que puede ser de metal o de vidrio, en la se han dibujado con un diamante muchas líneas paralelas muy finas. La ventaja de este tipo de espectroscopio es que tiene un mayor poder de dispersión que un prisma, por lo que favorece una observación más detallada de los espectros.
Tipos de Espectroscopios en la Historia
Existen muchos tipos de espectroscopios, pero mencionaremos los más relevantes por períodos históricos:
- Espectroscopio diseñado por el fabricante francés Jules Duboscq
- Espectrómetro de Anders Jonas Angstrom (1814-1874) que empleó para el estudio del espectro del Sol aparecido en 1868.
- Espectroscopio del Kew Observatory, utilizado para el estudio del espectro solar
- Espectroscopio de desviación constante fabricado por la empresa londinense Adam Hilger