Práctica de espectrometría
mayo 23, 2011 on 11:37 am | In matemáticas | No CommentsSergio Torres Alonso | La espectrometría permite conocer la naturaleza de una sustancia o cuerpo a partir del análisis de las ondas que emite. Todos los elementos químicos, sustancias o cuerpos de nuestro universo tienen una “huella” electromagnética cuántica que les hace inconfundibles. Las aplicaciones de la espectrometría y sus técnicas son múltiples, aunque los principios son básicamente los mismos: El objeto o sustancia a analizar se expone a una fuente de energía. A continuación, los electrones de los átomos que componen la muestra absorben esta energía y alcanzan un nivel energético superior para, posteriormente, volver a su estado energético natural emitiendo -en el transcurso- una onda electromagnética cuántica que registramos y nos permite conocer de qué sustancia se trata.
La utilidad de la espectrometría es muy grande porque permite analizar en los laboratorios sustancias desconocidas a partir de la radiación atómica de sus niveles energéticos (analizando la longitud de onda de su espectro atómico). Así es posible determinar el tipo de sustancia objeto de análisis. Es lo que utiliza la policía científica (el televisivo CSI) y, por supuesto, en laboratorios de investigación de la NASA o en técnicas médicas de radiodiagnóstico, como la resonancia magnética nuclear.
Pongamos un ejemplo: Una piedra cae del cielo y un buen hombre la recoge y decide llevarla a su laboratorio. Allí somete a la piedra a un bombardeo de fotones de silicio generados por una lámpara de gas de iones de silicio (Si2+). Estos fotones excitan a los electrones de los átomos de la piedra elevando su carga e incrementando así su nivel energético. Los electrones, al alcanzar a su nivel energético máximo, tienden a volver a su estado natural emitiendo la energía excedente en forma de ondas que son captadas por un sensor registrando su longitud o huella electromagnética. De esta forma es posible conocer los elementos que constituyen la piedra y así averiguar si ésta es un trozo de meteorito o, él del pueblo de al lado, ha intentado darle una pedrada.
Hagamos una pequeña práctica
Como en casa no disponemos de un espectrómetro, vamos a trabajar con las lecturas realizadas en un laboratorio con un equipo de lámpara de silicio programado para hacer lecturas cada 500 milisegundos.
- Descarga el software EspView.exe para el análisis de espectros
- Una vez tengas el programa funcionando, le das a «leer datos» y seleccionas el siguiente archivo intervalo.txt. Si eres curioso lo puedes editar en word o bloc de notas y verás las longitudes de onda que ha registrado el espectrómetro.
- El siguiente paso es la calibración. Con las flechas cursoras desplázate al máximo a la izquierda e introduce la siguiente cantidad en la calibración: 2200 (que se corresponde con el inicio de la toma de medidas por parte del espectrómetro de 2200 Armstrong). A continuación desplázate hasta la derecha e introduce en la calibración 2220 (que se corresponde con la finalización de las medidas en el laboratorio)
Tras la calibración, mediante interpolación de medidas, el programa representa claramente 5 niveles energéticos máximos (picos) asociados a ciertas longitudes de onda. Como conocemos la huella electromagnética de todos los elementos de la tabla periódica llegamos a la conclusión de que lo que acabamos de medir se corresponde con el silicio y, por lo tanto, han intentado escalabrarnos…
El programa es muy fácil de usar, sólo necesitas las flechas y la tecla de Alt Shift junto con las flechas para dar o quitar zoom. En la parte superior del programa vas obteniendo en Armstrong la longitud de onda donde te encuentras.
Para resumir la teoría de lo que hemos visto podemos concluir que los átomos irradian energía, la energía son ondas, medibles, con una longitud y frecuencia. Dependiendo de la longitud de onda en la que lo hagan y lo excitados qué estén esos átomos podemos diferenciar si se trata de una sustancia u otra. Con la ecuación de E=hf (de Einstein), el espectrómetro recoge diferentes longitudes de onda de una lámpara de silicio y el ordenador se encarga de tomar datos en un canal de entrada a unos 0,29 armstrong/segundo.
Espero que os haya sido interesante esta aproximación al mundo de la Física de partículas.
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