Comentario espectro electromagnético

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Espectro electromagnético (NASA) 
 
La radiación electromagnética son ondas que están distribuidas en un amplio espectro 
desde los rayos gamma muy cortos, a los rayos X, rayos ultravioleta, ondas de luz visible, 
las más largas ondas infrarrojas, microondas, a las ondas de radio que pueden medir más 
que una cadena montañosa y es la base de la era de la información y de nuestro mundo 
moderno. 
 
Las ondas electromagnéticas (o las ondas EM) son similares a las olas del mar en el que 
ambas son ondas de energía que transmiten energía. Las ondas EM son producidas por la 
vibración de las partículas cargadas y tienen propiedades magnéticas y eléctricas. Pero a 
diferencia de las olas del mar que requieren agua. Las ondas electromagnéticas viajan a 
través del vacío del espacio a la velocidad constante de la luz. Las ondas EM tienen crestas 
y depresiones como las olas del mar. 
 
La distancia entre las crestas es la longitud de onda. Mientras que algunas longitudes de 
ondas EM son muy largas y se miden en metros, muchas son pequeñas y se miden en 
nanómetros. El número de estas crestas que pasan por un punto determinado en un 
segundo se describe como la frecuencia de la onda. 
 
Las ondas EM largas, tales como ondas de radio, tienen la frecuencia más baja y llevan 
menos energía. Al añadir energía aumenta la frecuencia de la onda y hace que la longitud 
de onda sea más corta. Los rayos gamma son las ondas más cortas, y con energía más 
alta del espectro. Los objetos parecen tener colores porque las ondas electromagnéticas 
interactúan con sus moléculas. Algunas longitudes de onda en el espectro visible se reflejan 
y otras longitudes de onda son absorbidas. 
 
Los datos de múltiples longitudes de onda ayudan a los científicos a estudiar todo tipo de 
fenómenos sorprendentes en la Tierra, por el cambio estacional de hábitats específicos. 
 
Todo lo que nos rodea emite, refleja y absorbe la radiación electromagnética de manera 
diferente sobre la base de su composición. Un gráfico que muestra estas interacciones a 
través de una región del espectro electromagnético se denomina firma espectral. 
 
Los patrones característicos, como las huellas dactilares, dentro de los espectros permiten a 
los astrónomos identificar la composición química de un objeto y determinar tales 
propiedades físicas como la temperatura y la densidad. 
 
Ver el Sol en varias longitudes de onda con el satélite SOHO permite a los científicos 
estudiar y comprender las manchas solares que se asocian con las llamaradas solares y las 
erupciones perjudiciales para los satélites, astronautas y las comunicaciones en la Tierra. 
 
¿Qué son los espectros de emisión y absorción? 
 
Si la luz procedente de un foco se hace pasar por un prisma de cuarzo se obtiene un 
espectro continuo apareciendo colores, es decir radiaciones de todas las longitudes de 
onda. Por el contrario si se encierra gas en un tubo y se pasa por una descarga eléctrica, la
luz que emite contiene unas pocas longitudes de onda a lo que esto se le llamará “espectro 
de emisión”. Este espectro de emisión es característico de cada elemento. 
 
Si en el paso de un haz de luz blanca se interpone un recipiente con gas, en el espectro 
continuo obtenido faltan una serie de longitudes de onda y por tanto se obtiene un espectro 
de absorción del gas correspondiente. El espectro de absorción también es característico de 
cada elemento. 
 
Si se compara el espectro de emisión con el de absorción de un mismo elemento, se observa 
una gran coincidencia: las radiaciones emitidas en el espectro de emisión son exactamente 
las mismas que faltan en el espectro de absorción y se encuentra en el espectro de cualquier 
elemento. 
 
 
Teoría atómica: Espectros atómicos 
 
Los espectros atómicos nos dan información sobre los niveles de energía de los átomos, 
estos han sido muy importantes para el desarrollo de los modelos teóricos como el de Bohr 
entre otros donde ayudan a comprender la composición del átomo. La radiación 
electromagnética son ondas producidas por la oscilación o la aceleración de una carga 
eléctrica, las ondas electromagnéticas tienen componentes eléctricos y magnéticos; la 
radiación electromagnética se puede ordenar en un espectro que es desde ondas de 
frecuencia muy elevadas, longitudes de ondas pequeñas hasta longitudes de frecuencia 
muy bajas o altas. El espectro electromagnético es el conjunto de todas las variaciones 
electromagnéticas desde muy bajas longitudes de onda (rayos gamma) hasta kilómetros 
(ondas radio). 
 
En el siglo XVII Isaac Newton demostró que la luz blanca visible procedente del sol puede 
proponerse de diferentes colores mediante un prisma, el espectro que se tiene es continuo 
ya que contiene todas las longitudes de onda desde el rojo hasta el violeta (400-700 nm). 
Pasando a otro tema el cual son los espectros de emisión, un ejemplo claro es al calentar 
un elemento gaseoso hasta que llega a la incandescencia se produce una emisión de luz 
que al hacerla pasar por un prisma se descompone en forma de un espectro discontinuo 
que consta de líneas o rayas emitidas a longitudes de onda específicas, el conjunto de 
estas es lo que se le conoce como espectros de emisión, cada elemento posee un espectro 
característico que se puede identificar, uno más sencillo y más importante es el H, cuando 
los átomos de gas H absorben energía por medio de una descarga de alto voltaje, emiten 
radiaciones que dan lugar a 5 líneas en la región visible del espectro. 
 
Los espectros de absorción se debe a la obtención por medio de iluminar con luz blanca 
que presenta las frecuencias una muestra de gas de forma que se observará unas líneas 
presencias oscuras sobre el fondo iluminado correspondientes a las longitudes de onda al 
que el elemento absorbe la energía. En 1913 Bohr publica una explicación teórica para el 
espectro atómico del H basándose en las ideas de Max Planck sobre la discontinuidad de la 
energía (teoría de los cuantos). Bohr supuso que el átomo sólo tiene ciertos niveles de 
átomos definidos. 
Espectros a la llama 
 
Los átomos son capaces de absorber energía en sus diferentes formas (luminosa, térmica, 
eléctrica). 
 
Cuando se absorbe energía térmica de la flama, cada elemento presenta un espectro de 
emisión único con una longitud de onda específica. 
 
El color que se presenta, se debe a que los átomos absorben energía, pasando a un estado 
sobreexcitado, este exceso se equilibra en forma de luz, lo que deja un espectro. 
 
La radiación electromagnética emitida en los tránsitos electrónicos, coincide con la del fotón; 
cuya longitud de onda corresponde con la asociada al color de la llama. 
 
La energía que intercambia el electrón es directamente proporcional a la frecuencia de la 
radiación, y ese valor coincide con la diferencia de energía correspondiente a las órbitas 
entre las que se produce la transición electrónica. 
 
Por ejemplo para Litio (Li): 
 
 
Equipo de AAS 
 
El espectro de absorción atómica, AAS por sus siglas en inglés; fue inventado por Alan 
Walsh en Australia, en 1952. 
 
El AAS sirve para determinar las concentraciones de muchos elementos químicos, sin 
embargo normalmente se usa para cuantificar metales, silicón, arsénico y germanio. 
 
Es más eficaz y menos riesgoso que otros métodos, por ejemplo; la determinación de oro 
en metales, el cual tarda 1 mes, en cambio, con el AAS se puede realizar el análisis en diez 
minutos. Otras ventajas que presenta son su exactitud con un margen de error máximo del 
3%, y sus límites de detección en ppm y mg/kg. 
 
El AAS ha sido descrito como uno de los grandes avances del siglo 20 en cuanto a métodos 
químicos, actualmente sus principales áreas de aplicación son: 
 
· Medicina y bioquímica 
 
· Industria alimenticia 
 
· Análisis ambiental 
 
· Metalurgia 
 
· Industria minera 
 
 
Figura 1. Esquema del AAS 
 
La muestra en estado líquido se aspiraa través de un tubo capilar, se conduce a un 
nebulizador, en el cual se desintegra y forma pequeñas gotas. Las gotas son conducidas a 
una flama, donde se produce la formación de átomos. Esos átomos absorben la radiación 
emitida por la lámpara y la cantidad de radiación absorbida está en función de su 
concentración. La señal de la lámpara, una vez que pasa por la flama, llega al 
monocromador, que discrimina las señales que acompañan la línea de interés; esta señal 
de radiación electromagnética llega al detector y pasa a un amplificador; para finalmente, 
ser leído. 
Equipo de absorción atómica 
 
La absorción atómica es una técnica que permite visualizar la mayoría de elementos de la 
tabla periódica, permite la determinación de metales y minerales en muestras como agua, 
suelos agrícolas, suelos mineralógicos, fluidos como sangre y alimentos. El equipo consta 
de 3 partes, una es la atomización por llama, horno de grafito y el generador de hidruros. La 
primera se utiliza para el proceso de atomización, las muestras son digestivas con ácidos 
fuertes para eliminar cualquier cosa que estropee la lectura, en la segunda parte lo que 
hace es que permitir las trazas de los elementos en todas las muestras mencionadas 
anteriores, aquí ocurre dos procesos la pirolisis donde seca la muestra y encalzinarla a altas 
temperaturas por un minuto, y luego ocurre el proceso de atomización de la muestra donde 
una gota de la muestra se deposita en el tubo y se atomiza, se puede programar para que 
trabaje un fin de semana por sí sola, ette mide en trazas y es más sensible, la última parte el 
generador de hidruros lee 3 elementos básicos como el arsénico, mercurio y el selenio, 
utiliza reactivos como el NaBH4 sus unidades son ppm. Se ocupan dos, las lámparas de 
cátodo hueco, esta tiene un máximo de 90 de energía y las lámparas de descarga sin 
electrodos esta tiene un máximo de energía de 50 y son más sensibles. También se usan 
gases de alta pureza grado 5, para llama utiliza acetileno y aire para todos los metales a 
excepción del aluminio. Para el horno utiliza Argón. Para su procedimiento primero el 
Analista prepara una serie de concentraciones estándares a partir de la estándar madre, el 
equipo tiene su propio programa. Se debe de encender la lámpara de metal que se vaya a 
usar, y acondicionar las calibraciones según el metal a utilizar. Cabe mencionar que el 
analista toma cualquier cantidad de concentraciones todo depende de cuanto se quiera 
calcular. Una vez que estén listas las lámparas, se selecciona si la llama estará apagada o 
encendida, se procede hacer la lectura de los estándares, cuando haya una presencia más 
grande del metal la llama se vuelve más grande, y de otro color. El tiempo de lectura que 
hace la llama demora unos minutos, se lee de menor a mayor concentración. Se puede 
determinar la cantidad exacta de muestra en los metales. Después se apaga la llama y 
aparece una curva de calibración. El horno agarra 10 uL de las muestras y se realiza el 
procedimiento. Cabe mencionar que para cada mental hay una lámpara. Se grafica la 
constancia y la absorbancia de las muestras para comprobar que las muestras que se 
prepararon están en buenas condiciones. 
 
 
Fundamentos 
 
Cuando los electrones son excitados, se mueven a diferente órbita para esto es necesaria 
energía para excitarlos, en cambio cuando los electrones regresan a su órbita normal una 
luz es emitida, a este efecto se le conoce como la emisión. Orígenes del espectro atómico, 
esta longitud de onda es específica al elemento basado y a la configuración de electrones, 
los cambios orbitales diferentes puede exhibir longitudes de onda diferentes. La teoría de 
absorción atómica habla sobre que el átomo puede alcanzar diferentes estados (E1, E2, E3, 
…) y de cada uno de ellos emitir una radiación (λ1, λ2, λ3, …) característica, obteniéndose 
así un espectro atómico, caracterizado por presentar un gran número de líneas discretas. 
Para analizar los constituyentes atómicos de una muestra es necesario utilizarla. La muestra 
debe ser iluminada por la luz. Finalmente, la luz es transmitida y medida por un detector. Con 
el fin de reducir el efecto de emisión del atomizador (por ejemplo, la radiación de cuerpo 
negro) o del ambiente, normalmente se usa un espectrómetro entre el atomizador y el 
detector. 
La absorbancia atómica es relevante solamente aquella longitud de onda correspondiente a 
una transición entre el estado fundamental de un átomo y el primer estado excitado y se 
conoce como longitud de onda de resonancia. Los componentes que contiene el 
espectrofotómetro son: 
- Pinnacle 99 
- Lámparas de cátodo hueco; estos son cilindros de vidrio o cuarzo llenos de gas 
inerte a baja presión con un cátodo hecho del elemento del analito. La manera de 
como funciona es que los átomos excitados del gas de relleno bombardean a los 
átomos del metal del cátodo y los excita vía transferencia de energía cinética. 
- Proceso de la flama AA 
- Nebulizador (el más recomendable es el AANALIST 200/400 debido a que 
proporciona una excelente sensibilidad, precisión y resistencia a la corrosión) para 
su elección tiene que ser de acero inoxidable (menos del 5% de ácido), Pt/Rh o Pt/Ir 
(ácidos concentrados), Ta (resiste agua regia), plástico (resistente a ácidos 
concentrados, al HF y agua regia). 
- Esfera de impacto (esta rompe las gotas en gotas mucho más pequeñas). Para su 
selección es recomendable a menos que sea requerido para sensibilidad extra, 
estas esferas mejoran la sensibilidad y mejor DLs en matrices limpias. 
- Dispersión de Flujo spoiler (Este separa las gotas más grandes). Estos son menos 
interferencias químicas, mejoran la precisión, tienen un bajo efecto de memoria y 
son químicamente inertes. 
- Sistema del quemador. Para seleccionar la cabeza puede ser de 10 cm (para 
trabajos generales en operación aire-acetileno), cabeza de 5cm (para operaciones 
con óxido nitroso o para un paso corto en aire), cabezas de 3cm (para altos sólidos 
disueltos). 
- Cámara de rocío y End cap 
- Monocromador; se usa para dispersar la luz policromática en sus varias longitudes 
de onda y también permite que longitudes de onda específicas sean aisladas y 
enfocadas en el detector. 
- Abertura espectral 
- Detectores; estos convierten la luz en energía eléctrica. 
 
La ley de Beer afirma que la totalidad de luz que emana de una muestra puede disminuir. 
Para calcularlo se utiliza la fórmula: 
A= a x b x c 
Donde: 
A= absorbancia 
a = coeficiente de absorción (constante) 
b = longitud del paso ¿(constante) 
c = concentración 
 
Entre menos concentración se tenga menos absorbancia habrá. Para elegir los estándares 
de calibración siempre se debe usar un estándar más alto que el del rango esperado de la 
muestra, se debe usar un algoritmo de calibración lineal cuando trabaje dentro del rango 
lineal e instrumentos modernos pueden determinar con exactitud muestras que están 5-6 
veces arriba del rango lineal usando el algoritmo de calibración no lineal. En lo que es la 
calibración no lineal, para una curva de calibración de curvatura extrema se debe usar un 
mínimo de 3 estándares (EMA), S1 cerca del tope del rango lineal, S2 a una concentración 
de 2-3 x la concentración de S1 y S3 a una concentraciones aprox de 2X la concentración 
de S2. 
La concentración característica fije la magnitud de la señal de absorbancia, es una 
herramienta útil para evaluar la actuación del instrumento, debe estar dentro del 20% del 
valor del “cookbook” y si es baja es usualmente más óptima (más alta en sensibilidad). Esta 
está definida como la concentración del analito que da 1% absorción o 0.0044 absorbancia 
para sacarlo se utiliza la fórmula siguiente: 
 
Conc.Caract. = 0.0044 x Conc de Std (mg/L)/Abs de Std 
 
El límite de detección se debe cuando la concentración más pequeña medida (relación 
señal a ruido), el límite de detección puede serdefinido de muchas maneras, la 
aproximación más cercana es la concentración de un analito que produce una señal de 3x 
el nivel del ruido. Es a menudo calculada usando 3x la desviación estándar de un blanco a 
un estándar de bajo nivel adecuado. 
 
Las condiciones de flama (aire - acetileno) son pobres en combustible, tiene un color azul 
claro, flama caliente esto en el aspecto oxidante y en el reductor es rica en combustible, 
color amarillento, de flama fría y posibles interferencias químicas. De acuerdo al Óxido 
nitroso- acetileno reductor es rica en combustible, tiene un halo rosa de longitudes de 2-5 
cm de altura, y la flama es muy rica si es blanca. El elemento ideal de ajuste para cobre es 
que no es sensitivo a condiciones de flama, la longitud de onda es de 324.8 nm, la 
aspiración de una solución de 4.0 mg/L de Cu debe producir una señal de 0.200 de 
absorbancia usando un nebulizador estándar, un deflector de flujo spoiler (y una cabeza de 
quemador de 10 cm). 
 
 
Referencias 
 
- Universidad Técnica particular de Loja. 2013. Equipo de Absorción Atómica utpl. 
(Video). Recuperado de: 
https://www.youtube.com/watch?v=QQaFwvQs30M&feature=youtu.be 
- Herrera Angie. 2018. Fundamentos de absorción atómica. (Video). Recuperado de: 
https://www.youtube.com/watch?v=YkHynayzuNI&feature=youtu.be 
- Traful. 2017. Química: Teoría Atómica 7: Espectros Atómicos. (Video). Recuperado 
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- Química IES Miguel Catalán. (2018). Qué son los espectros de emisión y absorción. 
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- IES. (2016). Espectros a la llama (Un espectáculo de colores). Obtenido de: 
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