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ESPECTRO DE ABSORCIÓN DE LUZ
INFRARROJA, VISIBLE Y ULTRAVIOLETA
CERCANA EN AGUA LÍQUIDA DE LOS
DESHIELOS DEL VOLCÁN CHIMBORAZO
Talia Tene
1,2
, Jenny Orbe
1,2
, Magdy Echeverría
1,2
.
1
Facultad de Ciencias-ESPOCH
2
Comunidad LAGO-Ecuador
Autor para correspondencia: taliatene2012@gmail.com
Fecha de recepción: 1 de abril de 2013 - Fecha de aprobación: 25 de julio de 2013
La presente investigación describe la aplicación de la absorción de los fotones de luz ultravioleta cercana, visible e infrarrojo
en agua pura líquida, tratada mediante 3 tipos de puricación: termo destilación, ósmosis inversa y cloración por choque.
Se detalla el método que se utilizó para obtener el espectro de absorción en la región de longitud de 315 a 900 nm, indicando
las especicaciones del equipo (espectrofotómetro UV-Vis) y las características físico químicas y micro biológicas del agua
utilizada.
Además se realiza un cálculo de fotones producidos en el agua, debido a la trayectoria de partículas cósmicas cargada,
denominado efecto Cherenkov.
Los datos demuestran que el mejor tratamiento para disminuir la absorción del luz visible (350-750) nm es la cloración por
choque.
Palabras claves: Radiación UV, Radiación IR, Deshielos, Chimborazo
Keywords: UV radiation, IR radiation, Melting ice, Chimborazo
The present investigation describes the application of absorption of near ultraviolet, visible and infrared photons light, in
pure liquid water application. Water was tried by 3 kinds of purication: term distilled inverse osmosis and chlorination for
crash.
It is detailed the method that it was used to get the absorption spectrum in 900 to 315 nm region wavelength, indicating the
equipment’s specications (spectrophotometer UV Vis) and the physique chemical and micro biological water characteristic.
Besides there is a calculation of produced photons in water, due to the trajectory of charged cosmic particle, called Cherenkov
effect.
Data demonstrate, the best treatment to decrease the absorption of the visible light (350-750 ) nm is the chlorination for
crash.
Imagen ilustrativa: Ascenso al Chimborazo. Fuente: Autoras.
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1. INTRODUCCIÓN
La porción de luz que incide sobre un cuerpo de agua no logra penetrar
completamente la supercie del agua, ya que una parte de la luz inciden-
te es reejada o disipada inmediatamente dependiendo de la composi-
ción del agua [14].
Desde el año de 1891 se registran datos obtenidos mediante diferentes
técnicas para cuanticar la absorción de la luz ultravioleta cercana, luz
visible y luz infrarroja [10], por ejemplo: celdas duales con un diferencial
de longitud recorrida, corregidas por reectancia; celdas individuales;
espectroscopia opto acústica; calorímetro laser adiabático; espectrógrafo
y bolómetro; técnicas de espectroscopia, El agua utilizada como me-
dio de absorción en estas investigaciones es agua puricada mediante
distintos procesos: tri-destilación, bi-destilación; destilación simple; des
ionización mediante sistemas orgánicos; ltración; precipitación [10].
Observando el patrón de absorción de luz incidente en una columna de
agua (g 1-1), se tiene un espectro de absorción diferencial de las dife-
rentes longitudes de onda que componen el espectro de la luz visible.
Este patrón de absorción variará para cada cuerpo de agua dependiendo
de la cantidad de materia particulada en suspensión y la materia disuelta
que contenga [14].
Las partículas cósmicas que ingresan a nuestro
planera generan cascadas electromagnéticas (fo-
tones, muones, neutrinos) [1], al interactuar con
las partículas presentes en la atmósfera. Los fo-
tones más energéticos mediante producción de
pares crean electrones y positrones que pueden
ser detectados en la supercie terrestre mediante
la técnica Cherenkov [2].
El agua puricada dentro del prototipo del tan-
que Cherenkov es utilizada como medio detector
de partículas cargadas (electrones y positrones).
Las partículas cargadas con velocidad mayor a la
velocidad de la luz en el agua, producen una onda
de choque lumínica, denominada: luz Cherenkov
[7], esta luz se encuentran en el espectro de luz
visible (350-750) nm [6].
La luz Cherenkov, es reejada por un material
interno que recubre el tanque y captada por un
fotomultiplicador de 9 pulgadas, colocado en el
centro del tanque en la parte superior (Fig. 1-3).
La señal que se genera es digitalizada por una
electrónica local y los datos son enviados a una
PC [8].
2. MATERIALES Y MÉTODOS
2.1 Materiales
i. Espectrofotómetro Aquamate Vis (Fig. 1-2).
ii. Termodestilador
La determinación de cuánta luz visible y ultravioleta absorbe el agua
tiene diferentes campos de aplicación, es de interés ecológico para deter-
minar cuánta radiación incide sobre un cuerpo acuático, cuánto penetra
esa radiación en el agua y por último cómo es utilizada esa radiación o
cómo afecta los organismos acuáticos [14].
Otro campo importante relacionado con la absorción de fotones de luz
visible y ultravioleta cercano, es la Detección de Rayos cósmicos [4],
especialmente la detección de Gamma Ray Burst, explosiones de rayos
gamma [11].
La Escuela Superior Politécnica desde el año 2012 viene desarrollando la
detección de partículas cómicas, mediante la instalación en las inmedia-
ciones de la Escuela de Física y Matemática, de un prototipo del tanque
Cherenkov que registra el paso de partículas cósmicas.
Figura 1-1: Patrón de absorción [14]
Figura 1-2: Rayos cósmicos que ingresan a la at-
mósfera terrestre [9]
Figura 1-3: Esquema del prototipo del tanque Che-
renkov [8]
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iii. Hipoclorito de sodio (NaClO) al 5%
iv. Vasos de precipitación
2.2 Métodos
i. Recolección de las muestras
Las muestras de agua natural fueron tomadas en
los deshielos volcán Chimborazo, en la fuente
ubicada a 40 m del primer refugio de la Reserva
Faunística Chimborazo a 4530 msnm. Las mues-
tras fueron tomadas en este lugar ya que a futuro
se pretende instalar un tanque Cherenkov detec-
tor de partículas cósmicas en las faldas del Volcán
Chimborazo.
ii. Aplicación de los métodos de puricación
DESTILACIÓN: Se aplicó este proceso que
consiste en calentar el agua hasta que sus com-
ponentes más volátiles pasan a la fase de vapor
y, a continuación, enfriar el vapor para recuperar
dichos componentes en forma líquida por medio
de la condensación. La nalidad principal de la
destilación es obtener el componente más volátil,
el agua, en forma pura [3]. Para aplicar este tra-
tamiento se utilizó un equipo de destilación por
termo comprensión disponible en la Facultad de
Ciencias - ESPOCH. [3]
ÓSMOSIS INVERSA: El proceso de ósmosis
inversa utiliza una membrana semipermeable
que separa y elimina del agua sólidos, sustancias
orgánicas, virus y bacterias disueltas en el agua
[14]. Dado que no se posee un equipo de osmosis
inversa, para aplicar este método de puricación
se opto por adquirir el servicio de puricación en
una empresa envasadora de Agua.
CLORACIÓN POR CHOQUE: La cloración
por choque es un método utilizado para mejorar
la calidad y sanidad del agua almacenada en tan-
ques [16]. Es denominado de choque ya se utiliza
una gran concentración de Cloro, hasta 200 mg/L
de agua con un posterior tiempo de acción de 12
a 24 horas, antes de ser usada. Los productos de
la familia del cloro más habituales para realizar la
desinfección son: cloro gaseoso, hipoclorito sódi-
co e hipoclorito cálcico. Además de su aplicación
como desinfectante, el cloro y sus derivados han
demostrado ser útiles también en: control de olo-
res y sabores, prevención de crecimiento de algas,
eliminación de hierro y manganeso y destrucción
de ácido sulfhídrico [13].
Los detalles de los métodos de puricación apli-
cados se describen en la tabla 2.
iii. Análisis de Absorbancia de las diferentes muestras de agua puricada.
Para los análisis de absorbancia del agua puricada se utilizaron los ser-
vicios del Centro De Servicios Técnicos Y Transferencia Tecnológica
Ambiental (CESTTA). Se puede observar las especicaciones del equi-
po en la tabla 2-2.
Tabla 2- 1: Dosis de Cloración [12]
Figura 2-1: Esquema Espectrofotómetro AQUAMATE 7000 Vis.
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iv. Cálculo Teórico del número de fotones Cherenkov producidos por una partícula
cargada en las diferentes muestras de agua.
Para realizar el cálculo se utilizó la siguiente fórmula [5]:
Ultravioleta cercano (315-400) nm
La absorción en la región del ultravioleta cer-
cano (315-400) nm, gráca 2, es variable para
cada una de las muestras de agua conforme la
longitud de onda disminuye, se tiene que para
la muestra de agua sin tratar la absorción es alta,
mientras que para la muestra de agua purica-
da con ósmosis inversa la absorción disminuye
considerablemente.
Los datos concuerdan con la teoría, la luz ultra-
violeta interactúa con las impurezas orgánicas
presente en el agua no tratada, con mucha fre-
cuencia las impurezas orgánicas actúan como sis-
temas de electrones deslocalizados [9].
Además se observa un dato negativo a 315 nm,
esto se daría por un error de medida y que está en
el límite de detección del detector.
Visible (400-750) nm
Tenemos que β es igual 0,87, ya que la velocidad de los electrones en
agua es 259807621.1 m/s, y la velocidad de la luz ≈ 3x108 m/s.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Aplicando los diferentes métodos se obtuvo las propiedades físico quí-
micas y microbiológicas que se muestran en la tabla 3-1.
La gráca 1 muestra los resultados de absorción obtenidos. Los datos
indican la absorbancia del agua de las diferentes muestras de agua para
las diferentes longitudes de onda.
Tabla 2-3: Métodos de Puricación aplicado a las muestras de agua de los deshielos del Volcán Chimborazo
dN
dx n
=−
−
21
111
22
12
πα
βλ
λ
Tabla 3-1: Detalle del método utilizado: Espectrofotometría UV-Vis. [15]
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En esta región, la absorción del agua tiene un
comportamiento similar, existiendo diferencias
en milésimas entre las muestras, gráca 3. Las
muestras de agua que absorben en menor canti-
dad son: el agua tratada con ósmosis inversa y el
agua tratada con cloración por choque.
Si se observa la gráca1 podemos ver que existe
un valle en este rango en todo el espectro de ab-
sorción. Esto puede darse ya que a mayor longi-
tud de onda menor dispersión se produce.
Infrarrojo (750-900) nm
El espectro de absorción en el rango de (750-
900) nm, tiene un comportamiento bastante
uniforme, las 5 muestras de agua presentan
un incremento de la absorción graca 4. Los
fotones infrarrojos son absorbidos en mayor
cantidad debido a la disipación de los fotones en
forma de calor.
Número de fotones producidos por un electrón
o positrón en un milímetro de recorrido en el
agua puricada.
En la tabla 3-2 se puede observar con detalle el
número de fotones Cherenkov por unidad de
recorrido, producidos por una partícula cargada
sea un electrón o positrón, que llega al agua con
una energía umbral, en cada una de las muestras
de agua.
El número de fotones producidos por un electrón en el agua de los
deshielos del volcán Chimborazo puricada mediante 4 procesos de pu-
ricación depende de su longitud de onda y de la calidad del agua.
Existe una mayor producción de fotones violetas, azules, verdes y rojos,
los fotones naranja y amarillos son producidos en menor cantidad. En la
teoría se dice que los fotones rojos son absorbidos en distancias cortas
de recorrido en agua, esto debido a su baja energía y la alta absorción del
agua en este rango de luz visible. Con esto se corrobora la teoría Che-
renkov ya que la radiación que percibe el ojo humano es azul y violeta
4. CONCLUSIONES
4.1 De los tratamientos aplicados: destilación, cloración y
ósmosis inversa. Se deduce lo siguiente:
- La destilación mediante termocompresión aumenta la absorbancia del
agua en el rango de (315 a 900) nm, esto se debe posiblemente a que el
equipo no estuvo en las óptimas condiciones.
- Las muestras de agua con menor absorbancia son las pertenecientes
al agua tratada mediante ósmosis inversa y al agua clorada por choque.
4.2 Dependiendo del tratamiento aplicado varía el índice
de refracción, un mejor tratamiento se traduce en un índice de re-
fracción más alto. Conforme el índice de refracción aumenta, el valor
de la energía umbral que un electrón/positrón necesita para producir
radiación Cherenkov disminuye.
4.3 La cloración por choque, es un tratamiento invasivo,
que al aplicarlo introduce un elemento extraño, el cloro, que al com-
binarse con diferentes elementos presentes en el agua, hace que estos
se reduzcan, eliminen o precipiten, esto representa un aumento de la
reectividad, lo que se traduce en un número mayor de fotones no ab-
sorbidos y en el caso del tanque detector Cherenkov, un mayo número
de fotones producidos
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