Polarización, haz sencillo y doble, Ley de Beer-Lambert y procesos ópticos en espectroscopía

Polarización, haz sencillo, haz doble y procesos ópticos en espectroscopía

Polarización

Polarización: Puede producirse en las ondas electromagnéticas, como la luz, por la cual el campo eléctrico oscila solo en un plano determinado, llamado plano de polarización. Se pueden considerar dos vectores: uno que indica la dirección de propagación de la onda y otro, perpendicular a esa dirección, que indica la orientación del campo eléctrico.

Haz sencillo

Haz sencillo: Un montaje típico de haz sencillo incluye una fuente (por ejemplo, una fuente de cátodo hueco), un atomizador, un monocromador (por ejemplo, una red de difracción), un detector y, en algunos casos, un contador o una fuente de alimentación de impulsos. El haz proveniente de la fuente pasa directamente a través de todos los componentes del instrumento hasta llegar al detector.

Haz doble

Haz doble: Igual que el haz sencillo, salvo que el haz proveniente de la fuente (cátodo hueco) se divide mediante un divisor de haz o un espejo reflectante; una mitad pasa a través de la muestra (por ejemplo, la llama) y la otra se envía por un recorrido óptico interno que sirve como referencia.

Ley de Beer-Lambert-Bouguer

La ley de Beer-Lambert-Bouguer relaciona la intensidad de luz incidente en un medio con la intensidad saliente después de que en dicho medio se produzca absorción.

Ley de Lambert

La Ley de Lambert puede enunciarse así: la intensidad de luz monocromática que incide perpendicularmente sobre una muestra decrece exponencialmente con el aumento del camino óptico de la muestra.

Ley de Beer

La Ley de Beer establece que la intensidad de un haz de luz monocromática, que incide perpendicularmente sobre una muestra, decrece exponencialmente con la concentración de la muestra. La relación entre ambas intensidades puede expresarse mediante las siguientes expresiones:

Expresión en forma exponencial:

I₁ = I₀ · e^−α·l

o, en términos molares,

I₁ = I₀ · e^−ε·c·l

Para no trabajar con exponenciales (forma logarítmica):

A = −log₁₀(I₁/I₀) = ε · c · l

Donde:

• I₀ e I₁ son las intensidades incidente y transmitida, respectivamente.
• α y α′ son coeficientes de absorción (en la práctica se suele usar la absortividad molar ε).
• l es el camino óptico (longitud de la celda, en cm).
• ε es el coeficiente de extinción molar (absortividad molar), y c la concentración (si c se expresa en mol·L⁻¹).
• La fracción I₁/I₀ se denomina transmitancia y A es la absorbancia.

Electrodo de referencia e indicador

Electrodo de referencia e indicador: Ambos son semiceldas electroquímicas que actúan como electrodos en una celda. Difieren en que, mientras el electrodo de referencia tiene un potencial prácticamente constante, el electrodo indicador presenta una variación de su potencial con la concentración de la especie electroactiva. Por ejemplo, el electrodo de plata/cloruro de plata (Ag/AgCl) se utiliza habitualmente como electrodo de referencia (aunque puede funcionar como indicador en ciertas configuraciones) y el electrodo de hidrógeno (electrodo estándar de hidrógeno) es una referencia para protones. Cuando un dispositivo tiene ambos electrodos integrados se habla de electrodo combinado.

Refracción y reflexión

Refracción y reflexión: Ambos son procesos de interacción entre la materia y la radiación electromagnética (luz) que implican un cambio en la dirección de la misma y están subordinados al principio de Fermat. La reflexión es el cambio de dirección de una onda al entrar en contacto con la superficie que separa dos medios diferentes, regresando al medio donde se originó con un ángulo de reflexión igual al ángulo de incidencia (respecto a la normal). La refracción es el cambio de dirección y velocidad que experimenta una onda al pasar de un medio a otro con distinto índice de refracción; solo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y ambos tienen índices de refracción diferentes. Estos fenómenos siguen las leyes de Snell y las condiciones de contorno electromagnéticas.

Fluorescencia y fosforescencia

Fluorescencia y fosforescencia: Ambos procesos son reemisiones fotónicas por las que ciertas sustancias absorben luz (a menudo en el ultravioleta) y la reemiten a mayor longitud de onda, típicamente en la región visible. La diferencia principal radica en las escalas de tiempo y en los estados electrónicos involucrados:

• Fluorescencia: El tiempo entre la absorción y la reemisión es muy corto (< 10⁻⁸ s), por lo que la emisión se considera prácticamente instantánea respecto a la excitación.
• Fosforescencia: La emisión ocurre en tiempos mucho mayores; suele implicar un cruce intersistema (intersystem crossing) y un cambio en el estado de spin, lo que retrasa la reemisión.

En ambos casos puede darse quenching (apagamiento) por procesos no radiativos que disminuyen la intensidad de la señal emitida.