El documento describe la espectrofotometría y varias técnicas espectroscópicas relacionadas como la espectroscopía de rayos X y la fluorescencia de rayos X. La espectrofotometría mide la absorción o transmisión de radiación por sustancias químicas y es útil para determinar concentraciones desconocidas. La espectroscopía de rayos X utiliza rayos X para analizar la estructura electrónica de materiales mediante técnicas como la difracción de rayos X en cristales

1. La espectrofotometría es el método de análisis óptico más usado en las investigaciones químicas y
bioquímicas. El espectrofotómetro es un instrumento que permite comparar la radiación absorbida
o transmitida por una solución que contiene una cantidad desconocida de soluto, y una que
contiene una cantidad conocida de la misma sustancia.
Principio de espectrofotometria
Todas las sustancias pueden absorber energía radiante, aun el vidrio que parece ser
completamente transparente absorbe radiación de longitudes de ondas que no pertenecen al
espectro visible; el agua absorbe fuertemente en la región del infrarrojo.
La absorción de las radiaciones ultravioletas, visibles e infrarrojas depende de la estructura de las
moléculas, y es característica para cada sustancia química.
Cuando la luz atraviesa una sustancia, parte de la energía es absorbida; la energía radiante no
puede producir ningún efecto sin ser absorbida.
El color de las sustancias se debe a que éstas absorben ciertas longitudes de onda de la luz
blanca que incide sobre ellas y solo dejan pasar a nuestros ojos aquellas longitudes de onda no
absorbidas.
La espectrofotometría ultravioleta-visible utiliza haces de radiación del espectro electromagnético,
en el rango UV de 80 a 400 nm, principalmente de 200 a 400 nm y en el de la luz visible de 400 a
700 nm , por lo que es de gran utilidad para caracterizar los materiales en la región ultravioleta y
visible del espectro.
Al campo de luz uv de 200 a 400 nm se le conoce también como rango de uv cercano , la
espectrofotometría visible solamente usa el rango del campo electromagnético de la luz visible , de
400 a 700 nm.
Además, no está de más mencionar el hecho de que la absorción y trasmitancia de luz depende
tanto de la cantidad de la concentración como de la distancia recorrida.

2. La Ley de Beer declara que la cantidad de luz absorbida por un cuerpo depende de la
concentración en la solución.
Por ejemplo, en un vaso de vidrio tenemos agua con azúcar disuelta y en otro vaso tenemos la
misma cantidad de agua pero con mayor cantidad de azúcar en solución. El detector es una celda
fotoeléctrica, y la solución de azúcar es la que se mide en su concentración.
Según la ley de Beer, si hiciéramos que un rayo de luz atravesara el primer vaso, la cantidad de luz
que saldría del otro lado seria mayor que si repitiéramos esto en el segundo; ya que en el
segundo, las ondas electromagnéticas chocan contra un mayor número de átomos o/y moléculas y
son absorbidos por estos.
En la Ley de Lambert se dice que la cantidad de luz absorbida por un objeto depende de la
distancia recorrida por la luz.
Por ejemplo, retomando el ejemplo de los vasos, pero ahora, pensemos que ambos tiene la misma
cantidad de agua y la misma concentración de azúcar, pero, el segundo tiene un diámetro mayor
que el otro.
Según la ley de Lambert, si hiciéramos que un rayo de luz atravesara el primer vaso, la cantidad de
luz que saldría del otro lado seria mayor que si repitiéramos esto en el segundo; ya que en el
segundo, las ondas electromagnéticas chocan contra un mayor número de átomos o/y moléculas y
son absorbidos por estos; de la misma forma que se explicó en la ley de Beer.

3. La espectroscopia de rayos X es un nombre genérico que abarca todas aquellas
técnicas espectroscópicas utilizadas para determinar la estructura electrónica de los materiales
mediante excitación por rayos X. La espectroscopia de rayos X tiene una amplia gama de
aplicaciones, en especial en la determinación de estructuras cristalinas y muestras sólidas.
Los rayos X son un tipo de radiación electromagnética con una energía muy superior a la radiación
ultravioleta que permite su absorción por loselectrones de core. Los rayos X son especialmente
capaces de penetrar estructuras cristalinas: su longitud de onda, de un orden de magnitud igual al
de las distancias interatómicas, hace que se difracten, produciendo los patrones de difracción del
cristal.
Técnicas espectroscópicas de rayos X
La absorción, difracción, emisión, fluorescencia y dispersión de los rayos X se utilizan en muchas
técnicas espectroscópicas que nos aportan información sobre la estructura y la composición de la
materia:
La difracción de rayos X en materiales cristalinos se utiliza para obtener su estructura
cristalina.
La fluorescencia de rayos X nos aporta información sobre la superficie de la muestra.
Emisión electrónica Auger.
DIFRACCION DE RAYOS X:
La cristalografía de rayos X es una técnica experimental para el estudio y análisis de materiales,
basada en el fenómeno de difracción de los rayos X por sólidos en estado cristalino.
METODO:
Los rayos X interactúan con los electrones que rodean los átomos por ser su longitud de onda del
mismo orden de magnitud que el radio atómico. El haz de rayos X emergente tras esta interacción
contiene información sobre la posición y tipo de átomos encontrados en su camino. Los cristales,
gracias a su estructura periódica, dispersan elásticamente los haces de rayos X en ciertas
direcciones y los amplifican por interferencia constructiva, originando un patrón de difracción.
Existen varios tipos de detectores especiales para observar y medir la intensidad y posición de los
rayos X difractados, y su análisis posterior por medios matemáticos permite obtener una
representación a escala atómica de los átomos y moléculas del material estudiado.

4. HISTORIA:
Max von Laue realizó los primeros experimentos de cristalografía de rayos X en 1912. Von Laue,
William Henry Bragg y William Lawrence Bragg desarrollaron inicialmente la teoría de difracción
de cristales, tarea a la que pronto se sumaron otros científicos.
LIMITACION:
La mayor limitación de este método es la necesidad de trabajar con sistemas cristalinos, por lo que
no es aplicable a disoluciones, a sistemas biológicos in vivo, a sistemas amorfos o a gases. En
algunos casos, los rayos X pueden romper los enlaces químicos que mantienen la integridad
estructural, lo que resulta en un modelo distorsionado de la molécula estudiada. Este problema
afecta especialmente a los materiales de interés biológico.
Ley de Bragg
La difracción se debe esencialmente a la relación entre las fases de todas las ondas reflejadas por
cada celda unidad del cristal. Los rayos que han atravesado distintos puntos del cristal siguen
caminos ópticos de diferente longitud y esta diferencia da lugar a un cambio en la amplitud de la
onda resultante: Cuando las ondas están completamente desfasadas se anulan entre sí. Por el
contrario, cuando las ondas están en fase, la amplitud de la onda final es la suma de las amplitudes
para cada onda. Puesto que un cristal está compuesto de miles de celdas unidad, la interferencia
constructiva entre todas ellas resulta en un haz lo suficientemente intenso para poder ser medido
con un detector de rayos X.

5. La condición para que las ondas estén en fase es que la diferencia de sus caminos ópticos sea cero
o un múltiplo entero n de la longitud de onda. En un cristal, la diferencia en el camino óptico entre
átomos situados en posiciones equivalentes en distintas celdas unidad es 2dsen0 donde d s la
distancia entre los planos imaginarios que unen los puntos equivalentes de la red cristalina. Es
decir, para que se observe difracción de rayos X a un ángulo de observación 20 , se debe cumplir
la expresión conocida como Ley de Bragg
n@=2dsino
como en el caso de la dispersión elástica por un átomo, la difracción cristalina se puede interpretar
como la reflexión especular de los rayos X por todos los planos del cristal paralelos entre sí
separados por la distancia d que cumple la ley de Bragg. Por este motivo, los puntos del patrón de
difracción se denominan «reflexiones
Ley de Bragg: Los átomos o grupos de átomos en la red cristalina están representados por esferas (para simplificar
el diagrama, la tercera dimensión del cristal no se representa). Las esferas se sitúan sobre planos imaginarios
paralelos, perpendiculares al diagrama, separados por D. En la imagen de la izquierda, la diferencia en el camino
recorrido por las ondas de rayos X dispersadas por los dos planos es un múltiplo entero de la longitud de onda; por
lo tanto, las ondas emergentes están en fase y se observa difracción. A la derecha, con un ángulo de incidencia
diferente, la Ley de Bragg no se cumple para esta familia de planos cristalinos; las ondas emergentes están
desfasadas y no se observa difracción.
FLUORESCENCIA DE RAYOS X
La fluorescencia de rayos X (XRF, sigla en inglés) consiste en emisión de rayos X secundarios (o
fluorescentes) característicos de un material que ha sido excitado al ser «bombardeado» con rayos

6. X de alta energía o rayos gama. Este fenómeno es muy utilizado para análisis elemental y análisis
químico, particularmente en la investigación de metales, vidrios, cerámicos y materiales de
construcción, así como en la de geoquímica, ciencia forense y arqueología.
PROPIEDADES FISICAS
Al exponer un material a rayos X de longitudes de onda cortas o a rayos gama,
pueden ionizarse los átomos que constituyen el material. La ionización consiste en eyección de
uno o más electrones desde el átomo. Puede ocurrir si a éste se le expone
a radiación cuya energía exceda la del potencial de ionización.
Tanto los rayos X como los gama pueden ser suficientemente energéticos para desprender
electrones fuertemente ligados en los orbitales internos del átomo. Tal remoción electrónica deja
en condición inestable a la estructura electrónica del átomo, y los electrones de orbitales más
elevados «caen» hacia el orbital más bajo, que luego ocupan los huecos de los electrones internos
desprendidos.
En esta caída, o transición, se genera energía mediante emisión de un fotón. El valor de la energía
de este corpúsculo es igual a la diferencia de energía entre los dos orbitales involucrados. Por lo
tanto el material emite radiación cuya energía es característica de los átomos componentes del
material. El término fluorescencia se usa para denominar el fenómeno por el cual la absorción de
radiación de una energía específica genera reemisión de radiación de una energía diferente,
generalmente menor.
Radiación característica[editar · editar código]
Cada elemento posee orbitales electrónicos de energías características. Al producirse la remoción
de un electrón de una capa interior por un fotón energético proveniente de una fuente primaria de
radiación, un electrón de una capa exterior se desplaza y ocupa el hueco que se había formado.
Existe una cantidad finita de variantes de esta transición, tal como se muestra en la figura 1. A las
transiciones principales se les han asignado nombres:
Transición L→K: Kα
Transición M→K: Kβ
Transición M→L: Lα, y así sucesivamente.
Cada una de estas transiciones produce un fotón fluorescente dotado de una energía característica
que es igual a la diferencia de energía entre los orbitales inicial y final. La longitud de onda de esta
radiación fluorescente se puede calcular a partir del postulado de Planck:
La radiación fluorescente se puede clasificar mediante análisis de las energías de los fotones
(análisis dispersivo de energía) o por separación de las longitudes de onda de la radiación (análisis
dispersivo de longitud de onda).

7. Una vez ordenadas, la intensidad de cada radiación característica se relaciona directamente con la
cantidad de cada elemento químico del material de la muestra. Esto aporta la base de una
poderosa técnica utilizada en química analítica. En la figura 2 se muestra la forma típica de las
agudas líneas espectrales fluorescentes obtenidas mediante el método dispersivo de energía
Detección[editar · editar código]
En análisis de energía dispersiva, la dispersión y la detección se realizan en una sola operación. Se
usan contadores proporcionales o varios tipos de detectores de estado sólido: diodos PIN, Si(Li),
Ge(Li) y detectores de deriva de silicio (SDD). Comparten el mismo principio de detección: un fotón
de rayos X incidente ioniza cuantiosos átomos del detector. La cantidad de carga generada es
proporcional a la energía del fotón incidente.
Luego esta carga se colecta y el proceso se repite en el fotón siguiente. Obviamente, la velocidad
del detector es crítica. Como todos los portadores de carga medidos, para cuantificar
correctamente la energía del fotón debe provenir del mismo fotón (se usa discriminación de
longitud pico para eliminar posibles eventos generados por dos fotones de rayos X de incidencia
casi simultánea). Luego se construye el espectro dividiendo su energía en compartimientos
discretos y contando los pulsos registrados dentro de cada compartimiento de energía.
Los tipos de detectores de espectroscopia de rayos X dispersivos de longitud de onda varían en
resolución, velocidad y medios de enfriamiento (en los detectores de estado sólido es crítico un
bajo número de portadores de carga): los contadores proporcionales con resoluciones de varios
cientos de eV (electronvoltios) funcionan en el extremo bajo del desempeño del espectro. Los
detectores de diodos PIN operan en el rango intermedio. Los de Si(Li), Ge(Li) y SDD ocupan el
extremo alto de la escala de desempeño.
En análisis dispersivo de longitud de onda, la radiación de la sola longitud de onda generada por el
monocromador pasa al interior de un fotomultiplicador: detector similar a un contador Geiger,
que cuenta fotones individuales a medida que lo atraviesan. El contador es una cámara que
contiene un gas ionizado por fotones de rayos X. Un electrodo central se carga a (típicamente) +1
700 V con respecto a las paredes de la cámara conductora, y cada fotón provoca una cascada
semejante a pulsos de corriente a través del campo. La señal se amplifica y transforma dentro de
una cuenta digital acumulativa. Luego estas cuentas se procesan para obtener datos analíticos.
Intensidad de rayos X[editar · editar código]
El proceso de fluorescencia es ineficiente, y la radiación secundaria es mucho más débil que el haz
primario. En elementos más ligeros la energía de esta radiación es relativamente baja (longitud de
onda larga), de escaso poder de penetración. Si el haz atraviesa algo de aire se atenúa
gravemente. Por estos motivos, para análisis de alto desempeño, la trayectoria tubo–muestra–
detector se mantiene bajo alto vacío: a una presión residual aproximada de 10 Pa (pascales).

8. Esto implica que la mayoría de las partes operativas del instrumento se han de ubicar en una
cámara de vacío grande. Los problemas de mantener partes móviles en vacío y de introducción y
retiro rápidos de la muestra sin pérdida de esa propiedad plantean grandes retos de diseño del
dispositivo. Para aplicaciones menos demandantes o cuando la muestra se daña por el vacío (p. ej.
una muestra volátil), se puede substituir una cámara de rayos X de barrido de helio, aunque con
alguna pérdida de intensidades de Z bajo (Z = número atómico).
Emisión de AUGER
La emisión electrónica Auger es un fenómeno físico en el cual la desaparición de un electrón
interno de un átomo causa la emisión de un segundo electrón. El segundo electrón emitido es
llamado electrón Auger.
PROCESO DE EMISION
Cuando un electrón es arrancado de una de las capas internas de un átomo, dejando una vacante
o hueco, un electrón de un nivel de energía externo puede caer en esta vacante, resultando en un
exceso de energía. Este exceso de energía es frecuentemente liberada por la emisión de un fotón
(fluorescencia de rayos X), aunque también puede ser transferida a otro electrón, el cual es
emitido del átomo. La energía del electrón Auger corresponde a la diferencia entre la energía de la
transición electrónica primaria y la energía de ionización para la capa de la cual el electrón Auger
fue emitido. Esos niveles electrónicos dependen del tipo de átomo y del ambiente químico en el
cual se encontraba el átomo.
La energía cinética del electrón Auger expulsado depende exclusivamente de los tres niveles de
energía involucrados en el proceso:
ECIN= (E2-E1)-E3-EWF
Donde:
E1: es la energía del átomo con una vacante en un nivel interno. Este es un estado altamente
inestable.
E2: es la energía del nivel energético ocupado por el segundo electrón.
E3: es la energía del electrón que será expulsado en el efecto Auger.
EWF: es la función trabajo. Es la energía necesaria para que el electrón deje la superficie del
sólido.
La espectroscopia de electrones Auger es una técnica analítica usada en la ciencia de superficies y
en la ciencia de materiales. Se basa en el proceso emisión Auger por medio del bombardeo de una
muestra con rayos X o electrones energéticos en el rango de 2-50 keV.

9. DEL LIBRO
Emisión de rayos x:
Cuando se trata para fines analíticos, los rayos x se obtienen de 4 maneras
1. Por bombardeo de un blanco metálico con un haz de electrones de elevada energía.
2. Por exposición de una sustancia a un haz primario de rayos x con el objetivo de generar un
haz secundario de florescencia de rayos x.
3. Utilizando una fuente radiactiva cuyo proceso de desintegración da lugar a una emisión de
rayos x2.
4. A partir de una fuente de radiación, producir una radiación sincrotrón de rayos x3
LAS FUENTES DE RAYOS X, al igual que los emisores de radiación ultravioleta y visible
puede n producir espectros continuos y de líneas, ambos tienen interés en el análisis. La
radiación continua se denomina también radiación blanca o Bremsstrahlung significa
radiación que surge del frenado de las partículas, esta radiación es generalmente, de
naturaleza continua.