En esa oportunidad se indicó que los espectros podían ser calibrados y así conocer la longitud de onda de las señales, si se disponía de un espectro de referencia o se podían reconocer al menos dos señales en el mismo.
En esta oportunidad vamos a hacer uso de este último procedimiento para calibrar el espectro de la lámpara de alumbrado de sodio descrita en aquel artículo.
Lo primero que requerimos es identificar al menos dos señales, esto lo podemos hacer pues se encontró en la red espectros de lámparas de sodio en los que se indican las longitudes de onda de los picos principales (Figuras 1,2 y 3).
FIGURA 1: LÁMPARA DE SODIO DE PRESIÓN BAJA
FIGURA 2: LÁMPARA DE SODIO DE PRESIÓN MEDIA
FIGURA 3: LÁMPARA DE SODIO DE PRESIÓN ALTA
De estos espectros se observa que las señales a 515 y 498.2 nm son apropiadas para la calibración pues son picos agudos, de intensidad importante y aparecen en los tres tipos de lámparas lo que permite suponer que deberían estar presentes en el espectro medido en este estudio.
Efectivamente estas dos señales se pueden identificar en nuestro espectro, que incluso muestra la forma general del de una lámpara de sodio de alta presión (Figua 4).
FIGURA 4: ESPECTRO DE LÁMPARA DE SODIO MEDIDO CON ESPECTROSCOPIO CASERO SIN CALIBRAR
De esta forma, haciendo uso de la opción de calibración con dos picos del programa VisualSpec (http://astrosurf.com/vdesnoux/tutorial.html) se puede calibrar todo el espectro de manera tal de poder medir la longitud de onda de los demás picos encontrados (Figura 5).
FIGURA 5: ESPECTRO DE LÁMPARA DE SODIO MEDIDO CON ESPECTROSCOPIO CASERO CALIBRADO UTILIZANDO EL PROGRAMA VISUALSPEC
A manera de comparación y para no basarnos en un solo ejemplo, a la sazón medido por el autor, vamos a repetir el procedimiento de calibración descrito para el espectro de una lámpara de vapor de sodio medido esta vez por otro científico aficionado (Anilandro) utilizando también el procedimiento del CD ( ver "Algunas Pruebas de Espectrometría").
Como se puede ver, la estructura general del espectro obtenido por Anilandro presenta la forma general del espectro que sería de esperar para una lámpara de vapor de sodio de alta presión (Figura 6), siendo la comparación directa de su curva de emisión con la medida en este trabajo lo suficientemente coincidentes como para suponer un tipo de lámpara similar (Figura 7).
FIGURA 6: EJEMPLO INDEPENDIENTE DE ESPECTRO DE LÁMPARA DE SODIO MEDIDO CON ESPECTROSCOPIO CASERO DE CD
FIGURA 7: COMPARACIÓN DE ESPECTROS DE LÁMPARA DE SODIO MEDIDOS DE MANERA INDEPENDIENTE
(AZUL-ANILANDRO, ROSA-ALBERTO)
ANÁLSIS DEL ESPECTRO
De esta forma, con el espectro ya calibrado vamos a proceder a intentar un análisis del mismo para demostrar como se puede obtener información de valor científico a pesar de lo limitado del medio que se utilizó para obtener la información.
Así pues vamos a tratar de correlacionar las longitudes de onda registradas con la presencia de elementos determinados. Por supuesto que al ser la lámpara en estudio una de vapor de sodio, debería verse en primer lugar señales de sodio en forma de un pico muy importante alrededor de 589 nm, la conocida banda D del sodio (en realidad un par de picos muy cercanos).
Sin embargo en lugar de un pico de emisión, alrededor de 589 nm se observa un valle. Igual comportamiento se puede ver en los espectros de referencia para lámparas de alta y media presión (Figuras 2 y 3) pero no para la de baja presión. Esto se explica por un fenómeno conocido como autoabsorción que se da cuando un átomo emite en una atmósfera muy concentrada de el mismo, que es precisamente el caso en las lámparas de presión alta o media.
Ya que la población de átomos en el estado base (no excitado) es generalmente mayor que la población excitada (la que está emitiendo) y puesto que los átomos no excitados pueden absorber la misma radiación que emiten los átomos excitados (radiación de resonancia) se da una disminución de la banda de resonancia, que en el caso del sodio es precisamente la banda D que es la que se observa disminuir en nuestra lámpara.
No obstante lo anterior es posible observar otra señal de emisión característica para el sodio que es el pico centrado alrededor de 568 nm que debería observarse como un doblete delgado (568.8 y 568.2 nm) pero que por efecto de la temperatura sufre ensanchamiento térmico.
Se observan además picos de emisión a 437, 546 y 616 nm que corresponden con tres de los cuatro picos principales de emisión en la región visible del mercurio (435.5, 545.8 y 615.4 nm), lo que está en conformidad con la construcción típica de una lámpara de alta presión de vapor de sodio, en cuya atmósfera no solo hay sodio sino también mercurio y algún gas noble.
Quedan mas bandas sin identificar que podrían ser debidas al material de los electrodos, que son construidos normalmente con materiales cerámicos especiales que contienen bario, calcio y tungsteno, sin embargo a manera de demostración considero suficiente lo expuesto y espero haber demostrado el valor de la técnica de digitalización y calibración de espectros visibles aplicado al campo de la ciencia amateur.
Alberto Villalobos
2 comentarios:
Qué grande. Un artículo chulísimo (y sus enlaces). Muchas gracias por compartir esta experiencia. Espero poder hacer una práctica similar con mis alumnos.
Muy bueno!. Gracias por compartirlo.
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