Què és un espectroscopi?
l'espectroscopi és una eina que es fa servir per poder efectuar una anàlisi de la llum, per mitjà de la qual es poden obtenir dades sobre la quantitat de particularitats físiques o les particularitats dels objectes, inclusivament de les Estrelles. Són utilitzats en una gran varietat d'àrees que van des dels estudis teòrics en ciències com la química o la física quàntica, així com en usos industrials o en camps de la medicina. En aquest sentit, conèixer els mètodes científics és clau per entendre'n el funcionament i les aplicacions.
Origen de l'espectroscopi
En els seus orígens, els espectroscopis tenien al seu interior formes prismàtiques de vidre, amb les quals es podia obtenir la dispersió de les emissions lluminoses, perquè s'aprofitaven per això els diferents angles de la refracció que tenen els diferents colors, avui sabem que són observables per les longituds d'ona de llum blanca.
Igualment, s'utilitzava per a aquesta mateixa finalitat les zones de difracció, que és una altra particularitat amb què es pot aconseguir la divisió de les emanacions que s'irradien en forma de llum blanca.
Es diu que la invenció del primer espectroscopi es deu a dos investigadors alemanys, Robert Bunsen i Gustav Kirchhoff, a mitjans del segle XIX. Però la veritat és que diversos científics van elaborar aparells molt semblants en anys anteriors, alguns dels quals van constituir assajos que es van utilitzar en experiments per analitzar els espectres resultat de les anàlisis químiques.
Joseph Von Fraunhofer
Una prova és que a inicis del segle XIX, Joseph Von Fraunhofer (1787-1826) va fer rellevants aportacions en la investigació de l'espectre solar i la Estructura del Sol, amb què va poder veure una quantitat de línies negres que avui porten el seu nom. Aquests experiments de Fraunhofer van ser producte de la seva curiositat per trobar una font de llum homogènia per al funcionament adequat dels seus instruments òptics.
Gràcies a l'activitat de tots aquests investigadors, es va aconseguir donar un impuls a l'estudi dels espectres o emanacions pels investigadors que tenien interès en les noves teories sobre l'ondulació de la llum i les característiques de les espurnes elèctriques.
William Talbot
L'ús dels espectres a l'anàlisi de les substàncies químiques va tenir la intervenció d'alguns precursors com William Talbot (1800-1877) que, després d'haver estudiat les diverses emanacions de les flames, les seves conclusions el van portar a asseverar que sempre que el prisma mostri que un raig homogeni de qualsevol color és present en una flama, aquest raig mostra l'existència d'un element químic definit.
Tot i la quantitat d'aquests experiments pioners, la seva aplicació va ser molt limitada, principalment pels problemes teòrics i pràctics que encara no s'havien pogut resoldre. Un és que diversos espectres de les flames tenien una aparença més complexa del que inicialment s'havia conclòs. De fet, les emanacions o línies de Fraunhofer encara no tenien una explicació científica plausible.
William Swan
A la dècada dels anys cinquanta, diversos factors es van unir perquè augmentés exponencialment els experiments científics respecte als espectres de la llum, incloent els efectuats per William Swan, qui fos professor de la Scottish Naval and Millitary Academy, amb els quals va col·legiar la gran sensibilitat de l'anàlisi espectral, permetent detectar quantitats molt petites d'alguns elements químics com el sodi.
Aquests experiments li van permetre donar una explicació a la presència usual de la línia D del sodi i establir la necessitat de treballar amb precaució extrema, en relació amb la puresa de les mostres i les flames que s'utilitzaven. Un instrument que va ajudar a resoldre alguns d'aquests problemes va ser l'encenedor creat per Bunsen en aquells anys.
Constitució i Parts
El espectroscopi està compost d'un prisma, un col·limador i un telescopi, l'òptima del qual és de disseny acromàtic, cosa que li facilita l'accés a una observació diàfana de tot l'espectre. Aquestes parts estan adherides en forma rígida al cos central de l'aparell, vinculant-ho a una base metàl·lica, emprant una columna d'alçada graduable. A la secció inferior central trobarem un dispositiu que subministra llum a escala. És interessant notar que aquests instruments poden ser part d'un espectroscopi casolà.
L'Espectroscopi ECYT 12-810
Els elements d'aquest espectroscopi són els següents:
- Prisma triangular equilàter de vidre Flint (n=1.65)
- Col·limador compost per una ranura fixa (0.2mm) i un sistema de lents acromàtics disposats sobre tub d'alumini de 25x100mm.
- Telescopi d´observació, format per un objectiu acromàtic disposat sobre el tub d´alumini i objectiu muntat sobre un tub de bronze cromat amb escala inclosa.
- Cos central o cilíndric, de 90mm de diàmetre, 50mm de gruix.
- Base suport, rectangular 100x150mm, amb sistema de fre per a fixació de columna, de ferro colat pintat.
- Columna cilíndrica de ferro cromat de 15x130mm.
- Il·luminador d'escala, amb pantalla difusora
Principi de funcionament
Hi ha gran varietat de mètodes, estratègies i tècniques vinculades a la utilització del espectroscopi, per això, han estat creades una gran varietat de tipus, que tenen particularitats molt diferents entre si, de manera que pot tenir certes dificultats reconèixer l'existència d'algunes característiques o principis comuns.
El espectroscopi té la funció de descompondre la llum que incideix, separant-la en radiacions o emissions monocromàtiques diferents, amb això és possible observar de forma directa l'espectre lumínic d'un determinat element. La dispersió o descomposició es pot obtenir per mitjà de la refracció, com passa en el cas del espectroscopi de prisma o per difracció, que és el que passa amb el espectroscopi de xarxa.
Espectroscopi de Prisma
La conformació del espectroscopi de prisma consisteix en una escletxa per on passa la llum, a través d'unes lents agrupades, cap a un prisma i una lent ocular. La llum que entra per ser analitzada incideix primer a través d'una lent col·limadora, que provoca un feix de llum estret i paral·lel, i després passa pel prisma, on se separa aquest feix en les diferents radiacions monocromàtiques que el componen.
Gràcies a la lent ocular s'aconsegueix enfocar una imatge a l'escletxa. Així, les línies espectrals que formen l'espectre no són realment sinó una sèrie d'imatges de l'escletxa. Aquest fenomen és similar al que es pot observar als arc de Sant Martí que es mostra en lapses de pluja però amb presència de llum solar adequada, de manera que les gotes de pluja executen la funció de petits prismes que separen les diferents radiacions.
Espectroscopi de Xarxa
El espectroscopi de xarxa és aquell que aconsegueix dispersar la llum mitjançant una xarxa de difracció, en comptes de fer servir un prisma. La xarxa de difracció és una superfície especular, que pot ser de metall o de vidre, on s'han dibuixat amb un diamant moltes línies paral·leles molt fines. Lavantatge daquest tipus de espectroscopi és que té un poder de dispersió més gran que un prisma, per la qual cosa afavoreix una observació més detallada dels espectres.
Tipus d'Espectroscopis a la Història
Hi ha molts tipus d'espectroscopis, però esmentarem els més rellevants per períodes històrics:
- Espectroscopi dissenyat pel fabricant francès Jules Duboscq
- Espectròmetre d'Anders Jonas Angstrom (1814-1874) que va emprar per a l'estudi de l'espectre del Sol aparegut el 1868.
- Espectroscopi del Kew Observatory, utilitzat per a l'estudi de l'espectre solar
- Espectroscopi de desviació constant fabricat per l'empresa londinenca Adam Hilger
