1. INTRODUCCIÓN
La asignatura de Técnicas Experimentales
en Espectroscopía presentada en el proyecto docente es una asignatura
optativa de 6 créditos (correspondientes a 60 horas de clases teóricas
y prácticas) del último curso de la licenciatura de Ciencias
Físicas y forma parte de un conjunto de asignaturas inscritas en
el área de la Física de Materiales (dentro de la orientación
de Física Aplicada). Es una asignatura eminentemente práctica
y con un contenido muy relacionado con el resto de las asignaturas de su
entorno.
La palabra ‘espectroscopía’ abarca
en sí una dimensión muy amplia. Deriva de la palabra del
Latín ‘Spectrum’ (Espectro), que significa vulgarmente “aparición”,
“simulacro”, ... El significado científico es también lo
suficientemente amplio como para poder dar una definición precisa
de una manera sencilla.
Históricamente el origen de la Espectroscopía
como rama de la ciencia se remonta al siglo XVII con un famoso experimento
llevado a cabo por Newton y publicado en 1672, donde se estudiaba la descomposición
de la luz solar al pasar a través de un prisma de vidrio en una
serie de rayas de distintos colores, a las que precisamente denominó
’Spectrum’.
De una manera muy general puede decirse
que la ciencia que hoy se conoce como Espectroscopía constituye
el estudio de las radiaciones emitidas, absorbidas o difundidas por una
sustancia. Aunque el término radiaciones abarca fundamentalmente
a las radiaciones electromagnéticas (fotones), también incluye
diversos tipos de partículas (neutrones, electrones, protones, ...).
2. CONSIDERACIONES GENERALES
Es fácil imaginar que existan
un número ciertamente elevado de espectroscopías, tanto como
las posibles clasificaciones según el tipo de radiación o
también según el tipo de materia (sólido, líquido
o gas) con la que dicha radiación interacciona. Por otra parte,
el constante desarrollo y sofisticación de la instrumentación
va dando lugar a nuevas técnicas espectroscópicas. Sin embargo
todas ellas se basan en un principio básico común: “Absorción,
Emisión o Dispersión de un rango selectivo de energías
por parte de la materia bajo ciertas condiciones”. En la asignatura
de técnicas experimentales en espectroscopía nos limitaremos
a analizar las técnicas espectroscópicas básicas centradas
en el rango óptico, es decir aquellas técnicas que analizan
los procesos de interacción radiación-materia en el rango
del ultravioleta a infrarrojo cercano (200 nm a 3 micras).
El programa que se propone para esta asignatura
de cuarto curso tiene mucha relación con los contenidos de otras
asignaturas de la licenciatura. De esta forma, cabe destacar asignaturas
troncales u obligatorias como Optica I y Optica II (en la que los alumnos
han estudiado redes de difracción e instrumentos ópticos),
física estadística I (radiación de un cuerpo negro),
física del estado sólido I (fonones y defectos cristalinos),
electrónica básica (diodos) y física atómica
(emisión y absorción de fotones por átomos y moléculas).
Además, es de destacar la gran relación que tiene la
asignatura de técnicas experimentales en espectroscopía con
las asignaturas optativas de la misma orientación de física
aplicada, destacando las asignaturas de Ampliación de Óptica
(propiedades ópticas de sólidos y física del láser),
técnicas experimentales en crecimiento y caracterización
estructural (crecimiento de cristales usando el método de Czochralski
que pueden ser analizados por los alumnos en las prácticas propuestas)
y técnicas experimentales en propiedades de los materiales (espectroscopía
de resonancia magnética nuclear, de masas, dieléctrica, ...).
3. ESQUEMA DEL PROGRAMA
El programa de teoría que se detalla a continuación
consta de 16 temas, agrupados en 5 unidades. Se necesita un total de 60
horas de clases, entre teoría, problemas y sesiones prácticas,
para impartirlas.
Las unidades y temas que componen el programa
son las siguientes:
UNIDAD I. INTRODUCCIÓN
-
Tema 1. Introducción (1 hora)
-
Tema 2. Modos de Cavidad. Ley de Planck. Densidad espectral de modos
(1 hora)
-
Tema 3. Probabilidades de transición radiativas y no radiativas
(2 horas)
Absorción y Emisión Inducida. Emisión Espontánea.
Decaimiento no radiativo. Tratamiento Termodinámico de Einstein
para la Radiación.
-
Tema 4. Fórmula Fundamental para la Espectroscopía
de Absorción (1 hora)
UNIDAD II. INSTRUMENTACIÓN
-
? Tema 5. Tipos de Fuentes de Luz: Lámparas y Láseres (3
horas)
Lámparas de incandescencia y Lámparas de descarga de baja
y alta presión. Láseres. Condición umbral para un
láser.
-
Tema 6. Equipos Dispersores (1 hora)
Prismas y redes de difracción. Espectrómetros.
-
Tema 7. Equipos de Detección (2 horas)
Detectores térmicos y directos o cuánticos. Métodos
de Detección (contaje de fotones).
UNIDAD III. TÉCNICAS DE MEDIDA
-
Tema 8. Absorción Óptica (1 hora)
-
Tema 9. Luminiscencia (1.5 horas)
-
Tema 10. Resolución Temporal (1.5 horas)
UNIDAD IV. PRÁCTICAS DE LABORATORIO
-
Tema 11. Práctica del Fotomultiplicador (4 horas)
-
Tema 12. Práctica de Absorción Óptica y Fotoluminiscencia
(12 horas)
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Tema 13. Práctica de Resolución Temporal (12 horas)
-
Tema 14. Práctica de Termoluminiscencia (10 horas)
-
Tema 15. Práctica de Resonancia de Spin Electrónico
(2 horas)
UNIDAD V. SEMINARIOS
-
Tema 16. Seminarios (5 horas)
Programa y Bibliografía
Programa Desarrollado
Bibliografía desarrollada y Links
de interés
Prácticas
Autoevaluación