1.4 Absorbancia, transmitancia y reflectancia Proyecto PDF

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ABSORBANCIA, TRANSMITANCIA Y REFLECTANCIA. Fernández de Lara Ferez Daniela (190911) Pacheco Mota Itzia Michelle (190124) Salcedo Pérez Mariano (190271)

FUNDAMENTOS DE FISICA

Tabla de contenido Resumen.............................................................................................................................................2 Introducción.......................................................................................................................................2 Marco Teórico....................................................................................................................................2 Definiciones...................................................................................................................................2 Absorbancia:..............................................................................................................................2 Transmitancia:............................................................................................................................3 Reflectancia:...............................................................................................................................4 Teorías............................................................................................................................................4 LEY DE LAMBERT-BEER.......................................................................................................4 Fenómenos Relacionados...............................................................................................................6 Absorbancia...............................................................................................................................6 Transmitancia:............................................................................................................................6 Reflectancia:...............................................................................................................................6 Aplicaplaciones..............................................................................................................................6 Absorbancia...............................................................................................................................6 Transmitancia:............................................................................................................................6 Fibra Óptica................................................................................................................................6 Reflectancia:...............................................................................................................................9 Prototipo.............................................................................................................................................9 Preguntas de examen........................................................................................................................10 Conclusiones....................................................................................................................................10 Bibliografías.....................................................................................................................................10

Resumen. Absorbancia(A): Se define como la cantidad de energía radiante absorbida por una sustancia pura o en solución. Matemáticamente, corresponde al logaritmo negativo de la transmitancia.T, transmitancia expresada como fracción decimal %T, transmitancia expresada como porcentaje Transmitancia (T) : Es la razón entre la luz monocromática transmitida (P) por una muestra y la energía o luz incidente (Po) sobre ella. Tanto la energía radiante incidente como la transmitida deben ser medidas a la misma longitud de onda. Reflectancia (R) : Es la medida de la cantidad de luz que un evento (conector, empalme o segmento de fibra) refleja de regreso hacia el transmisor, con relación a la potencia que se hace incidir en el mismo evento por el mismo transmisor.

Introducción La espectrofotometría es uno de los métodos de análisis más usados, y se basa en la relación que existe entre la absorción de luz por parte de un compuesto y su concentración. Cuando se hace incidir luz monocromática (de una sola longitud de onda) sobre un medio homogéneo, una parte de la luz incidente es absorbida por el medio y otra transmitida, como consecuencia de la intensidad del rayo de luz sea atenuada desde Po a P, siendo Po la intensidad de la luz incidente y P la intensidad del rayo de luz transmitido. Dependiendo del compuesto y el tipo de absorción a medir, la muestra puede estar en fase líquida, sólida o gaseosa. En las regiones visibles y ultravioleta del espectro electromagnético, la muestra es generalmente disuelta para formar una solución.

Marco Teórico

Definiciones

Absorbancia: La absorbancia es la medida de la atenuación de una radiación al atravesar una sustancia, que se expresa como el logaritmo de la relación entre la intensidad que sale y a la que entra. También puede ser expresada mediante un “logaritmo” que parte desde el vínculo que entre la intensidad que sale y la intensidad que puede ingresar a la sustancia. La absorbancia, a una determinada longitud de onda lambda, se define como:

Donde I es la intensidad de la luz que pasa por la muestra (luz transmitida) y I0 es la intensidad de la luz incidente. La medida de la absorbancia de una solución es usada con mucha frecuencia en laboratorio clínico, para determinar la concentración de analitos tales como colesterol, glucosa, creatinina y triglicéridos en sangre. Cada uno de estos analitos se hace reaccionar químicamente con determinados compuestos, a fin de obtener una solución coloreada. A mayor intensidad de color, mayor será la absorbancia de la solución en una determinada longitud de onda. La absorbancia es entonces directamente proporcional a la concentración del analito en sangre. Para medir esta absorbancia, se hace incidir un haz de luz con determinada intensidad y longitud de onda, sobre la solución, y se mide la luz transmitida al otro lado de la cubeta que contiene dicha solución. Estas técnicas están comprendidas en el área de la espectrofotometría.

Transmitancia: La transmitancia óptica se define como la cantidad de luz que atraviesa un cuerpo, en una determinada longitud de onda. Cuando un haz de luz incide sobre un cuerpo traslúcido, una parte de esa luz es absorbida por el mismo, y otra fracción de ese haz de luz atravesará el cuerpo, según su transmitancia. El valor de la transmitancia óptica de un objeto se puede determinar según la siguiente expresión:

T=

I I0

Ies la cantidad de luz transmitida por la muestra e I0es la cantidad total de luz incidente. Muchas veces encontraremos la transmitancia expresada en porcentaje, según la fórmula:

I T %= ∗100 % I0 Se puede mencionar que la transmitancia térmica es la cantidad de energía en forma de calor que atraviesa un cuerpo, en cierta unidad de tiempo. Se tiene en cuenta un cuerpo con caras planas y paralelas, y entre sus caras hay una diferencia térmica, esta diferencia constituye la transmitancia térmica del cuerpo. La transmitancia térmica es el inverso de la resistencia térmica. Se puede definir según la siguiente fórmula:

U=

W SK

En esta expresión tenemos que

U =transmitancia en W /m 2. Kelvin S=superficie del cuerpo en m 2 . K=diferencia de temperaturas en grados Kelvin . El concepto de este tipo de transmitancia es aplicado en los cálculos para construir aislamientos térmicos y para calcular pérdidas de energía en forma de calor.

También se toman en cuenta estos conceptos al momento de calefaccionar una habitación, ya que hay que calcular qué potencia se necesitará en un determinado período, para lograr una cierta temperatura en la habitación, teniendo en cuenta la pérdida de calor debido a la transmitancia de las paredes de la habitación. Reflectancia: Definimos a la reflectancia como la medida de la cantidad de luz que un evento (conector, empalme o segmento de fibra) refleja de regreso hacia el transmisor, con relación a la potencia que se hace incidir en el mismo evento por el mismo transmisor. Consideremos un haz de luz circular que incide sobre una superficie tal que se produzca una superficie iluminada de área A. Recordemos que la potencia por unidad de área que cruza una superficie en el vacío cuya normal es paralela a S, el vector de Poynting, y su valor promedio, la irradiancia (o densidad de flujo magnético):

I=

C E0 2 Eo 2

Se definen Ii, Ir e It como las densidades de flujo incidente, radiante y transmitido, por lo que las áreas transversales de los rayos incidentes, reflejados y transmitidos serán, respectivamente:

Acosθ , Acosθ , Acosθ , De acuerdo con esto, la energía incidente es I , cosθ ,

Esta es la potencia por unidad de tiempo

que fluye en el rayo incidente y, consecuentemente, la potencia que llega a la superficie A. Del mismo modo, es la potencia que se transmite a través de A. Definimos la reflectancia, R, como el cociente entre la potencia (o flujo) reflejada y la potencia incidente, es decir:

R=

I , Acosθ , I = I , cosθ , I

Así que decimos que la reflectancia de una muestra se expresa como una fracción entre 0 y 1 como un porcentaje entre 0 y 100. El espectro de reflectancia o curva de reflectancia es el gráfico de la reflectividad en función de la longitud de onda. Dadas estas condiciones decimos que la reflectancia se define como

Teorías 1.- Ley de Lambert. : Esta ley establece que cuando pasa luz monocromática por un medio homogéneo, la disminución de la intensidad del haz de luz incidente es proporcional al espesor del medio, lo que equivale a decir que la intensidad de la luz transmitida disminuye exponencialmente al aumentar aritméticamente el espesor del medio absorbente:

La siguiente relación matemática da cuenta de esta ley:

Po: Intensidad de la luz incidente P: Intensidad de la luz transmitida b : Espesor del medio absorbente k : Constante, cuyo valor depende de la naturaleza del soluto, de la longitud de onda de la luz incidente, del espesor del medio absorbente y de la naturaleza del medio.

2.- Ley de Beer: La intensidad de un haz de luz monocromática disminuye exponencialmente al aumentar aritméticamente la concentración de la sustancia absorbente, cuando este haz pasa a través de un medio homogéneo

La relación matemática que da cuenta de esta ley se muestra a continuación:

Donde: Po: Intensidad de la luz incidente P: Intensidad de la luz transmitida c : Concentración de la solución k : Constante, cuyo valor depende de la naturaleza del soluto, de la longitud de onda de la luz incidente, de la concentración de la solución, y frecuentemente, de la naturaleza del medio. Ambas leyes se combinan en una sola, generando la:

LEY DE LAMBERT-BEER Supongamosque un dispositivo experimental disponemos de una fuente emisora de radiación electromagnética (lámpara), unos sistemas de enfoque (rendijas) para hacer que la radiación quebrante perpendicularmente a la muestra, un dispositivo que permita seleccionar la longitud de onda que incide sobre la muestra (red de difracción) y un sistema electrónico de medida de intensidad de luz. Imaginemos también que hacemos dos medidas de la intensidad de luz:

1) La primera medida es aquella muestra que será una disolución con la misma matriz que el analito que deseemos determinar, pero en ausencia de éste (disolución blanca). La intensidad de radiación (luz) que llega al lector será I o 2) La segunda medida se hará en presencia del analito (cromóforo) que deseemos estudiar. En este caso la intensidad de luz que llega al lector será I . Como trabajamos con analitos que absorben radiación a la longitud de onda que selecciona la red de difracción, lógicamente ¿ < ¿ O .

Existen dos maneras de expresar la relación entre I e I O . La relación directa se denomina transmitancia (T), mientras que se denomina absorbancia al logaritmo con signo cambiado de la transmitancia. La absorbancia es un término actualmente mucho más utilizado que la transmitancia.

La expresión matemática de ambos parámetros es:

La ley de Lambert-Beer establece que la absorbancia está directamente relacionada con las propiedades intrínsecas del analito, con su concentración y con la longitud de la trayectoria del haz de radiación al atravesar la muestra. La expresión matemática de la ley de Lambert-Beer es:

A=C . . L Donde: A = Absorbancia de la muestra C = Concentración del cromóforo L = Longitud del paso óptico que contiene la muestra =

Absorptividad molar. Depende del cromóforo en si mismo, de la

y de las condiciones de

medida (pH, T...). Ya que la absorbancia es adimensional las unidades son concentración 1

longitud-1.

Aplicaciones Absorbancia: La medida de la absorbancia de una solución es usada con mucha frecuencia en laboratorio clínico, para determinar la concentración de analitos tales como colesterol, glucosa, creatinina y triglicéridos en sangre. Cada uno de estos analitos se hace reaccionar químicamente con determinados compuestos, a fin de obtener una solución coloreada. A mayor intensidad de color, mayor será la absorbancia de la solución en una determinada longitud de onda. La absorbancia es entonces directamente proporcional a la concentración del analito en sangre. Para medir esta absorbancia, se hace incidir un haz de luz con determinada intensidad y longitud de onda, sobre la solución, y se mide la luz transmitida al otro lado de la cubeta que contiene dicha solución. Estas técnicas están comprendidas en el área de la espectrofotometría.

Transmitancia: Fibra Óptica La habilidad para transmitir información depende principalmente del fenómeno de reflexión interna total. La reflexión interna total es el resultado del paso de la luz a través de un medio para encontrarse con un segundo medio de menor densidad óptica. Una fibra óptica consiste de dos medios de este tipo. El núcleo de la fibra (f) se utiliza como el medio de transmisión, mientras que el recubrimiento (c) sirve para contener la señal transmitida. Esto quiere decir que el núcleo debe tener un índice de refracción

más

elevado

que

el

índice

del

recubrimiento

(n f>nc).

Mientras los haces de luz tengan un ángulo de incidencia igual o mayor que el ángulo crítico de la fibra, la señal quedará confinada en la fibra.

La ecuación que describen el funcionamiento son:

El índice de refracción debe ser mayor o igual en el núcleo de la fibra (f) en relación al recubrimiento

(c),

y

este

último

mayor

que

el

del

medio

exterior

(o).

El ángulo de incidencia al interior de la fibra debe ser el ángulo crítico, de manera que se produzca la reflexión interna total.

Ley de Snell, aplicada a la entrada del rayo de luz, desde el exterior al núcleo de la fibra. Lentes Al colocar una película delgada sobre la lente, se consigue aumentar la Transmitancia por una disminución

de

la

Reflectividad,

mediante

el

fenómeno

de

interferencia.

De acuerdo a lo anterior, es posible determinar el espesor de la película delgada a partir del conocimiento del índice de refracción del material cerámico (n c). La diferencia del camino óptico entre cada par de rayos reflejados está definida como:

Además se sabe por el fenómeno de interferencia, que se produce interferencia destructiva según la relación:

En términos de diseño, se selecciona la longitud de onda del color verde, por la sensibilidad del ojo humano a ese color, y m = 0, el espesor de la película es:

Polarizadores de Luz La luz polarizada es aquella que posee un plano definido de oscilación de las ondas.

La luz se puede polarizar por:

Reflexión

El ángulo de polarización corresponde a aquel ángulo de incidencia complementario al ángulo de refracción:

En una reflexión sobre una superficie, el ángulo de polarización (de incidencia, también llamado ángulo de Brewster) cumple la siguiente relación:

El uso de un polarizador Un polarizador es una lámina transparente que tiene la propiedad de atenuar las oscilaciones del campo eléctrico en una dirección, dejando pasar la luz que oscila en la dirección perpendicular Reflectancia: Aplicaciones da la medida de la reflectancia en la identificación de fases metálicas El estudio de fases metálicas utilizando el microscopio de reflexión o metalográfico, tradicionalmente se ha realizado mediante la observación morfológica de las fases presentes, para lo cual las probetas pulidas sufren un ataque posterior con distintos reactivos químicos que ponen de manifiesto la estructura de la aleación. Normalmente y si el observador posee la suficiente experiencia puede reconocer las fases presentes, ya que generalmente las distintas tonalidades de color o el aspecto del grano dan una indicación suficiente. No obstante, en algunos casos la

identificación no puede realizarse tan fácilmente por lo que se ha intentado mediante la aplicación de los métodos de la microscopía cuantitativa.

Prototipo Espectroscopio casero El espectroscopio es un aparato o instrumento que sirve para medir todas las propiedades de la luz en una determinada porción de un espectro electromagnético. La variable que puede medir generalmente es la intensidad luminosa pero se puede medir también el estado de polarización electromagnética, por ejemplo. La variable independiente generalmente puede ser la longitud de onda de la luz, expresada generalmente en submúltiplos del metro, aunque también puede ser expresada en cualquier unidad directamente proporcional a la energía del fotón, como la frecuencia o los electrón-voltios, que mantienen una relación inversa con la longitud de onda. Se usan los espectrómetros en espectroscopia para hacer líneas espectrales y medir sus longitudes de onda e intensidades. Su poder separador se basa en el fenómeno de la difracción, en este caso es producido por los "espejitos" microscópicos para leer un laser en un compact-disc (CD). En un CD hay 1000 puntos de difracción por cada milímetro de cada disco, lo que permite que se pueda separar muy bien los colores básicos. La denominación de espectroscopio se puede reservar para el instrumento que permite examinar directamente un espectro por medio de las lentes que forman el anteojo. Calibrar el instrumento significa determinar que longitud de onda corresponde a cada división de la escala. Cada línea espectral al atravesar el prisma, se desvía superponiéndose en el campo a una división de la escala, que es lo que se proyecta sobre la cara de emergencia del prisma por el tubo proyector. De esta manera pueden encontrarse algunas líneas espectrales conocidas sobre la escala, trazando una curva de calibración del instrumento. Esta curva determina la longitud de onda de componentes que no se conocen. Materiales: -CD -Cinta aislante -Cinta canela -Tubo de cartón

-Cartulina negra Procedimiento: En el tubo de cartón de forreara por dentro con cartulina negra, con la cinta canela se le quita al cd todo su caratula ya quitado eso se pega con la cinta aislante al tubo pero antes al tubo se le hace un hueco y en ese hueco es donde va el circulito que tiene el disco teniendo eso ya está nuestro espectroscopio. -Resultado Podrás observar cómo cambia la luz al enfocarlo, ya que este experimento hace que se descomponga la luz y se vea de distintos colores. Varía mucho la luz que se esté enfocando...