Identificación de Líneas Espectrales


Centro de Ciencies de la Materia Condensada
UNAM
Noemi Abundiz Cisneros,
Javier Salinas Luna,
Joaquín Bohigas (IA-UNAM)
y Roberto Machorro

Índice

Bajar programa SelecLineas
Bajar datos de elementos
Lineas del NIST
Molecular spectroscopy del JPL

5. Identificación de líneas espectrales con la utilización del programa SelectLineas
    5.1. Entrando a SelectlLineas
    5.2. Utilizando el menú Convirtiendo
    5.2.1. Andor a (x,y)
    5.2.2. Nist a (x,y)
    5.3. Utilizando menú Ejecuta
    5.3.1. Grafica Exp + Lineas NIST
    5.3.2. Agrupa picos
    5.4. Ajuste Lineal
6. UVP Manual de líneas espectrales

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Sección 5. Identificación de líneas espectrales con la utilización del programa SelecLineas

5.1 El programa Select Lineas sirve para poder superponer las líneas experimentales ya una vez procesadas por Iraf * con las líneas experimentales de NIST**. Para entrar al programa SelectLineas hay que dar doble clic al icono que se muestra en el escritorio de Windows. Ver figura 13.

Icono Seleccionea Lineas
Figura 13.- Icono del programa.

Una vez adentro del programa aparece otra pantalla como se puede ver en la figura 14, en donde muestra distintas posibilidades con que cuenta el usuario, como son: Archivos, Convierte, Ejecuta, Personalizar y Ayuda, en donde la opción de Archivo da la posibilidad de abrir o terminar el programa, así como también el botón que dice Fin que se encuentra en el extremo superior derecho.


Figura 14.- Ventana de entrada.

5.2 En la opción Convierte, puedes convertir un archivo del programa Andor a (x,y) a formato ascii, y la opción de Nist a (x,y) te permite convertir un archivo ascii a dat. Ver figura 15.


Fig. 15 Menú de Convierte


5.2.1. Para convertir un espectro del formato de ascii primero hay que entrar al de Andor y convertir la imagen del formato .sif a .asc, es se hace en el menú de File y export, en la sección de exportar te da la opción de elegir el formato y el nombre que va a llevar. Una vez convertida a ascci el espectro deseado, lo que en realidad se obtiene es una matriz inmensa de 256x1024 datos, en donde hay 256 intensidades relativas para cada una de las 1024 longitudes de onda de un espectro. Entonces en el programa SelectLineas, en el menú de Convierte y en Andor a (x,y), puedes convertir una imagen ascii en un arreglo de x y y, también te da la opción de elegir la posición de la coordenada y que sería uno de los 256 intensidades relativas y el tamaño del arreglo que en nuestro caso es de 1024 longitudes de onda. Ver figura 16

Lectura
Fig.16. La pantalla muestra como se convierte de Andor a (x,y).

5.2.2. En figura 17 muestra la pantalla para convertir de un archivo ascii obtenido de la base de datos de NIST** a un archivo con extensión .dat, aquí el usuario tiene que dar la intensidad, en donde el programa eliminará todos los elementos que estén debajo de esta intensidad.

Lectura
Fig.17. La pantalla muestra como se convierte de Nist a (x,y).

5.3 En la figura 18 que es la opción de Ejecuta puedes utilizar las selecciones de agrupa picos y Grafica Exp+Lineas Nist.

Menu
Fig. 18. Menú de ?Ejecuta?.

5.3.1.Para graficar las líneas de NIST** hay que dar un clic donde dice vacío como se muestra en la imagen de la pantalla 19.a.01 , enseguida aparecerá otra pantalla 19.a.02 la cual cuanta con lo siguiente:

Grafica y comparación
Figura 19.- a) Elección del espectro a graficar, b) Espectro graficado con las líneas del NIST
19.a.03    Botón de examinar : Puedes cambiar de directorio para elegir el archivo.
19.a.04    Eliges las unidades en que deseas trabajar: ángstrom o nanómetros.
19.a.05    Botón de regresar a la pantalla anterior.

Cada archivo se debe ir insertando individualmente, el máximo con los que se pueden trabajar al mismo tiempo es de seis. El 19.a.06 y 19.a.07 te da la opción de multiplicar o disminuir la intensad de las líneas, y el 19.a.08 puedes elegir los archivos que se encuentran previamente cargados trabajar o no con ellos.

Ahora para introducir los espectros a los cuales se les quiere identificar las líneas se da un clic al botón 19.a.10, después aparecerá una pantalla similar a la 19.a.02.

Y una vez cargado todos los archivos se selecciona el botón de Graficar (19.b.11), ver figura 19.b.

Salida grafica
Figura 19.- a) Elección del espectro a graficar, b) Espectro graficado con las líneas del NIST

Nota: es importante decir que los únicos archivos que funcionaran con el programa son los debidamente convertidos en la opción de Convierte.
5.3.2. Antes de utilizar la parte de Agrupa picos es necesario tener las líneas espectrales, así como el espectro problema previamente cargadas en la pantalla de Grafica Exp + Lineas NIST, entonces para utilizar esta subrrutina es necesario tener la pantalla anteriormente mencionada abierta. La opción de Agrupa picos (Figura 20) te permite buscar los picos del espectro problema y a su vez identificar las distintas posibilidades de la líneas espectrales del NIST** que más se le acercan. Esta subrutina tiene la opción de elegir con cuan grade debe ser el rango de búsqueda para las líneas del NIST**, las cuales deben coincidir en los picos del espectro problema. La opción de Delta problema ayuda al programa a suavizar la curva del pico, para que el programa puede identificarlos, entonces el número que escribas aquí te dice cuantos puntos debe tomar.

Busca picos
Fig.20. Se muestra lLa pantalla para la identificación de picos.Fig.20. Se muestra lLa pantalla para la identificación de picos.

5..4 Ajuste Lineal

Al superponer las líneas de NIST** con los espectros de referencia (como NE, Ar y Hg) obtenidos con el espectrógrafo se observó que estas líneas no empataban, entonces para encontrar el tipo de error del espectrógrafo se hizo lo siguiente:

Primero se tomaron los espectros de referencia, para hacer una comparación visual con los espectros de emisión de UVP*** (Ultra Violet Products)*** , para poder identificarlos. Ver figura 21

Espectros UVP
Figura 21. Comparación visual del catágo de UVP y el espectro de referencia de Ne centrado en 610nm.

Para ello se tomó un espectro de referencia de neón con su coordenada central de 610nm. Si se observa con cuidado uno se puede dar cuenta que al comparar el espectro de referencia con los espectros de UVP*** se parecen en la distribución y en la altura de cada línea, por ejemplo: si se observa la línea 1, 2, 3 y 4 de ambos se puede ver que van de manera creciente y al observar la línea 5 se mira que en ambos casos esta baja abruptamente.

Espectro medido
Figura 21. Comparación visual del catágo de UVP y el espectro de referencia de Ne centrado en 610nm.

Después de identificadas las líneas se capturaron las longitudes de onda del espectro de referencia y las longitudes de onda de líneas en UVP***. Ver tabla 1.

Tabla 1. Datos obtenidos de Lineas experimentales y lineas de UVP***
Tabla1

Se sacó una diferencia de las líneas experimentales con las líneas UVP*** , que se muestran en la tabla anterior. Y se puede ver que el error es positivo y va disminuyendo hasta llegar a cero en la coordenada central (610nm) y empieza a ir creciendo pero de manera negativa, en donde se puede ver claramente que el error es casi de cuatro nanómetros. Una vez obtenida la diferencia esta se graficó en ORIGIN 5.0, para ver el tipo de comportamiento que presentaba. Ver figura 22.

Ajuste lineal
Figura 22. Muestra la relación lineal de la diferencia de error contra la longitud de onda experimental

Al graficar el error contra la longitud de onda experimental se puede ver que se comporta linealmente, entonces la pendiente y ordenada al origen encontrado fueron las siguientes:
La ecuación lineal tiene la siguiente forma:

Y= A + B * X (1)

en donde A es la ordenada al origen, B es la pendiente, entonces, X la longitud de onda experimental y Y es el error (diferencia entre líneas experimentales y líneas UVP***);

A = (175.73865 +/- 2.06603)nm
B = -0.2883 +/- 0.00336

Lo que se necesitaba era una subrutina la cual fuera corrigiendo las longitudes de onda para contrarrestar el desfasamiento encontrado. Entonces de la ecuación (1) se necesita encontrar la Y (error) para así restarlo a las líneas experimentales y así encontrar un ajuste aproximado, como se pensó que la pendiente se mantenía casi constante en todo el espectro y en donde no había un desplazamiento era en la coordenada central, es decir en donde se centraba el espectrógrafo, lo que se hizo fue lo siguiente:

Procedimiento
Procedimiento

Ya una vez encontrada la ordenada al origen (A), y con la pendiente aproximadamente de B=-0.2883, se utilizó la ecuación (1), y una vez obtenida Y esta cantidad se restó a las coordenadas experimentales. Pero al sacar el ajuste de las demás intervalos espectrales se encontró que la pendiente iba aumentando de manera creciente, es decir era más pequeña en los azules y más grande en los rojos.

A continuación se muestra como funciona la subrutina para hacer el ajuste lineal, con la utilización del espectro de referencia de neón centrado en la longitud de onda 610nm. Ver figura 23.

Espectro ajustado Figura 23. Muestra la superposición del espectro de referencia y las líneas UVP*** antes de hacer el ajuste

En donde las líneas rojas son las líneas ya conocidas de UVP*** , mientras que la línea azul es el espectro de referencia. Se puede ver claramente que la única línea que empata perfectamente es la que aproxima a la coordenada central (610nm). Entonces el figura 24 que se muestra abajo se le dio la coordenada central y se puso la pendiente correspondiente y al presionar la tecla que dice Corrige error en X, el programa ajustó las demás líneas y se puede ver que ya todas empatan.

Curva espectral linealizada
Figura 24. Muestra la superposición del espectro de referencia y las lineas UVP*** despues de hacer el ajuste

Resumen de los parámetros de ajuste lineal
Color
central (nm)		 Color
min (nm)		 Color
min (nm)
A
B
 Comentario
512 500 535 100.82783 -0.19708 Datos de Mimí
530533 541 106.12893 -0.20023
570 565 590 120.43694 -0.2113
590 585 610 128.53748 -0.21795
610 600 635 136.40207 -0.22377
630 620 655 146.54958 -0.23263

Para longitudes mayores y menores de los valores aquí mostrados, puede consultarse la siguiente gráfica, para extrapolar los valores correspondientes o usar la ecuación:
B = -0.04212xColor -0.00030274

Donde la longitud de onda central del espectro se sustituye para estimar el valor que hay que meter en la ventana de la pendiente en la figura 24 de este manual.