El espectrofotómetro representa la aportación tecnológica que permitió a las biociencias avanzar con pasos agigantados a partir de los años cuarenta del siglo pasado.
Antes de su creación se podían hacer análisis cualitativos sin mayor inconveniente, pero no existía un método preciso para analizar cuantitativamente la composición molecular en sustancias líquidas o gaseosas.
El funcionamiento del espectrofotómetro se basa principalmente en dos dispositivos que nacieron gracias a los descubrimientos de dos físicos tremendos como Isaac Newton y Albert Einstein.
Historia del Espectrofotómetro, científicos implicados
Es bueno mencionar que cada uno de estos genios dedicó buena parte de su trabajo al estudio de la luz, cosa que durante toda la historia de la humanidad fue y sigue siendo él objetivo de muchos investigadores. Los dispositivos en cuestión son él monocromador de luz y la celda fotoeléctrica.
Isaac Newton es considerado por muchos como el científico más influyente de la humanidad porque, sobre todas las cosas, puso orden. Puso orden en el universo a través de las leyes de la mecánica clásica y la ley de gravitación universal. Puso orden en los fluidos al desarrollar la ley de la viscosidad.
Puso orden en la ciencia cuando, siendo miembro de la Royal Society, se enfrentó con la comunidad científica de la época hasta imponer el uso de las matemáticas como método imprescindible para la comprobación de cualquier teoría sobre un fenómeno físico. Sin comprobación no se puede establecer nada como cierto.
Fue además el primero en describir de forma rigurosa el comportamiento de la luz como un ente corpuscular, es decir, compuesto de partículas que más adelante Einstein llamaría fotones, siendo la luz blanca una suerte de ramillete de muchos corpúsculos que (según Newton) definían un color según fuese su tamaño, luego se demostraría que en esa parte Newton estaba equivocado. Con un par de prismas de vidrio comprados en una feria de Cambridge, Newton diseñó un experimento en el que interponía uno de los prismas a la línea de luz blanca que entraba por un orificio de la pared en una habitación a oscuras. Como un extraño sortilegio, la luz que salía del prisma iba a proyectarse en la pared contraria mostrando los colores de un perfecto arcoíris. Newton contó primero 5 colores, luego contaría 7.
Nació así la técnica de descomposición de la luz en distintas longitudes de onda y sus correspondientes colores, ya no por obra de la llovizna sino de la mano de un hombre. Luego vinieron las descripciones geométricas acompañadas de la mejor herramienta de Newton, la matemática. Tales descripciones fueron publicadas en su libro Opticks; así que hasta en la luz puso orden.
También puso orden en la Real Casa de la Moneda de Inglaterra, pero esa historia (aparte de un poco estrambótica) no es la que nos ocupa. El prisma de Newton se convertiría entonces en el precursor del monocromador que hoy usan los espectrofotómetros para sacar de la luz blanca – proveniente de una bombilla – la longitud de onda que pasará a través de una muestra líquida. Esa muestra, si está bastante concentrada, se quedará con buena parte de los fotones o, si por el contrario, está muy diluida entonces dejará que la mayoría de esos fotones sigan su recorrido dentro del espectrofotómetro.
Pasaron casi tres siglos de perfecta armonía entre la física y el universo, todo estaba atado y en sana paz entre los cuerpos celestes que había dejado el soberano Newton. Luego apareció Albert Einstein con tres teorías bajo el brazo y un combo de amiguetes con la física cuántica como ariete para la muralla de la física clásica. Una de esas teorías de Einstein habla sobre el Efecto Fotoeléctrico y fue motivo del premio Nobel.
Un par de teorías más sobre la relatividad seguían teniendo al fotón de luz como principal implicado en la que se venía. El orden en el universo se lo cargó Einstein al describir la luz como un fenómeno de comportamiento dual, tanto corpuscular como ondulatorio y con energía (¡!). La que se montó a partir de ahí, ya merece otro artículo.
A pesar del nuevo desorden cósmico de principios del siglo XX, las prácticas newtonianas son para siempre, por lo que la teoría del Efecto Fotoeléctrico
Tuvo que pasar por el inexorable tamiz de la comprobación.
¿Y cómo se demostró semejante teoría? Creando la Celda Fotovoltaica, dispositivo que aplicándole alto voltaje es capaz de generar una corriente eléctrica siempre y cuando lleguen fotones a su superficie, tal y como lo había predicho Einstein en una pizarra. Así nació la celda fotoeléctrica, que evolucionó en el fotomultiplicador y hoy es parte esencial del espectrofotómetro.
Como he mencionado antes, cuanto más concentrada esté la muestra menos fotones podrán atravesarla, por lo tanto, menos fotones llegarán hasta él fotomultiplicador y menor será la señal eléctrica que este produzca.
El Espectofotómetro
Así entonces podemos describir al espectrofotómetro como un instrumento compuesto de una fuente de luz blanca, un colimador (lo que sería él orificio en la pared de Newton) para concentrar esa luz en un solo haz, un monocromador (lo que fue el prisma) para escoger la longitud de onda que corresponda con la muestra a estudiar, un divisor de haz para tener un haz que vaya directamente a un fotomultiplicador de referencia, el otro haz irá a la muestra que absorberá una parte de los fotones dejando al resto que llegue hasta el otro sensor o fotomultiplicador de muestra, obteniendo al final dos señales eléctricas: una de referencia y otra de muestra, cuyos valores serán operados mediante una resta simple y la resultante pasará por ecuaciones para espectrofotometría como la de Beer-Lambert y muchas otras. Con todo esto es entonces posible conocer la concentración de prácticamente cualquier compuesto. Los actuales espectrofotómetros cuentan con un sistema de registro electrónico e informático, lo mismo que complejos programas para interpretación y análisis de resultados.
El espectrofotómetro es un equipo de medición imprescindible en cualquier laboratorio de análisis bioquímico o químico simplemente. Desde su creación se ha diseñado todo un abanico de variantes que incluye UV-VIS, Absorción Atómica, Plasma Acoplado por Inducción, Fluoroespectrofotómetro y muchos más. Su origen es tan fascinante como pintoresco gracias a los personajes
involucrados.
