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La espectroscopia es una subdisciplina de la óptica que estudia la interacción de la radiación electromagnética y la materia, mediante el análisis del espectro, a través de un sistema óptico. En física el espectro es la descomposición de la radiación electromagnética en sus diferentes frecuencias y/o longitudes de onda. Un ejemplo de espectro es el arcoíris (Figura 1) en donde se descompone la luz blanca del sol en sus colores debido a la refracción de la luz por las gotas de lluvia. Otro ejemplo de espectro es el que se obtiene al refractarse la luz blanca por medio de un prisma. Hay otros ejemplos en donde se necesita poner más atención para ver el espectro de la luz como observar una lámpara a través de una malla con agujeros muy pequeños, el reflejo de la luz en un disco compacto, entre otros.

El estudio del espectro se remonta al siglo XVII, cuando Isaac Newton descubrió por primera vez que enfocar una luz a través del vidrio la dividía en los diferentes colores del arco iris (conocido como espectro de luz visible). Llevó siglos de investigación desarrollar el estudio de este fenómeno en un campo coherente que pudiera usarse para sacar conclusiones útiles con aplicaciones en la vida cotidiana. Generalmente, el análisis espectral se basa en detectar la absorción y/o emisión de radiación electromagnética por la materia. En la absorción se da el proceso por el cual dicha radiación es captada por la materia, es decir se gana energía. En la emisión, proceso contrario, la radiación es emitida por la materia, es decir se pierde energía. Esta energía pudo haber sido ganada previamente bajo ciertas circunstancias experimentales controladas o no controladas. La producción y el análisis de un espectro generalmente requiere lo siguiente: (1) una fuente de luz (u otra radiación electromagnética), (2) un elemento dispersor para separar la luz en las longitudes de onda que la componen, y (3) un detector para percibir la presencia de luz después de la dispersión. El sistema óptico utilizado para separar la luz en sus longitudes de onda y detectar el espectro se llama espectrómetro. El objetivo de la espectroscopia es obtener información de la materia por medio de sus espectros tales como estructura interna, temperatura, identificar sus átomos o moléculas, etc. La espectroscopia tiene aplicaciones en casi todas las áreas científicas como: ciencias físico matemáticas y químicas, ciencias de cómputos e ingeniería, ciencias biológicas, ciencias de la salud, ciencias agrícolas o ambientales, ciencias terrestres y atmosféricas, ciencias interdisciplinarias, ciencias sociales, entre otras. Por ejemplo, en astronomía la espectroscopia permite explorar la luz de las estrellas hasta el punto de conocer muchas de sus características y propiedades por medio del espectro de estas, tales como su temperatura, composición química y movimiento.

En medicina se usa para conocer diversas variables fisiológicas. Involucrando el procesamiento de alimentos y bebidas, seguridad y empaque. Así mismo, ya que el espectro es como si fuera algo así como la huella digital del material, la espectroscopia se usa en controles de calidad. En este sentido, en el laboratorio de Espectroscopia Raman del CIO unidad Aguascalientes se ha estado realizando investigación básica y aplicada, principalmente, en el área de biofotónica y caracterización óptica de materiales. En el sector Agro-alimentario se han analizado diversos tipos de muestras como embutidos, quesos, miel de abeja, ceras, frutos, etc. En el caso de las mieles y ceras es necesario tener controles de calidad espectroscópicos debido a que las variedades de mieles (Figura 2) son muy amplias ya que las flores de cada planta, de las cuales las abejas recolectan néctar, tienen un efecto en el sabor, la consistencia y el color de la miel; así mismo, dependiendo del origen de la planta, la miel puede cristalizar rápidamente, como es el caso de la miel de mezquite, y/o permanecer líquida durante más tiempo como es el caso de la miel de aguacate. También se ha trabajado en el análisis de plantas, como las cactáceas, en donde mediante espectroscopia Raman se analizó que tipo de cristales de oxalato sintetiza cada especie (Figura 3). Debido a que las técnicas espectroscópicas son no destructivas también se pueden aprovechar para analizar otro tipo de muestras como es el caso de piezas de arte y piedras preciosas. En el caso de piezas de arte es necesario tener la huella espectroscópica de los materiales originales que la componen en dado caso que se necesite una restauración. En este sentido en el laboratorio se trabajó en identificar los pigmentos usados en las acuarelas (Figura 4) de la obra gráfica de Alfredo Dugès. En el caso de piedras preciosas en el laboratorio se analizó el ámbar de Chiapas (Figura 5). El ámbar es una piedra preciosa de origen vegetal, y por lo tanto pertenece al grupo de piedras preciosas orgánicas, al igual que las perlas o los corales entre otras. Algo que se debe tener en cuenta tratándose de una gema escasa y muy demandada es que a menudo intenta ser falsificada con cierto tipo de plásticos y vidrios, por lo tanto, como control de calidad, la espectroscopia es muy útil en estos y otros casos.

Figura 3. Ejemplar de Stenocactus multicostatus y cristales de oxalato de calcio presentes en la células de esta con su correspondiente espectro Raman.