thumb|400px|Una visión general de la absorción de radiación electromagnética. Este ejemplo discute el principio general utilizando luz visible. Un haz blanco fuente -que emite luz de múltiples longitudes de ondas- se enfoca sobre una muestra (los pares de colores complementarios están indicados por las líneas de puntos amarillas). Al incidir sobre la muestra, los fotones que coinciden con el hueco energético de las moléculas presentes (luz verde en este ejemplo) son absorbidos para excitar la molécula. Los demás fotones se transmiten sin ser afectados y, si la radiación se encuentra en la región visible (400-700 nm), el color de la muestra es el color complementario de la luz absorbida. Comparando la atenuación de la luz transmitida con la incidente, se puede obtener un espectro de absorción.|alt= thumb|400px|Primera detección directa y análisis químico de la atmósfera de un exoplaneta, en 2001. El sodio de la atmósfera filtra la luz estelar de HD 209458 cuando el planeta gigante pasa por delante de la estrella.
El espectro de absorción de una materia muestra la fracción de la radiación electromagnética incidente que un material absorbe dentro de un rango de frecuencias. Es, en cierto sentido, el opuesto de un espectro de emisión. Cada elemento químico posee líneas de absorción en algunas longitudes de onda, hecho que está asociado a las diferencias de energía de sus distintos orbitales atómicos. De hecho, se emplea el espectro de absorción para identificar los elementos componentes de algunas muestras, como líquidos y gases; más allá, se puede emplear para determinar la estructura de compuestos orgánicos. Un ejemplo de las implicaciones de un espectro de absorción es que aquel objeto que lo haga con los colores azul, verde y amarillo aparecerá de color rojo cuando incida sobre la luz blanca. Cuando incide una luz a un metal al superar su energía umbral saca un electrón, si la energía es superior la energía que sobra se convierte en energía cinética.
La espectroscopia de absorción se emplea como una herramienta de química analítica para determinar la presencia de una sustancia en particular en una muestra y, en muchos casos, para cuantificar la cantidad de sustancia presente. La espectroscopia infrarroja y la ultravioleta-visible son particularmente comunes en aplicaciones analíticas. La espectroscopia de absorción también se emplea en estudios de física molecular y atómica, espectroscopia astronómica y teledetección.
Existe una amplia gama de enfoques experimentales para medir los espectros de absorción. La disposición más común es dirigir un haz de radiación generado hacia una muestra y detectar la intensidad de la radiación que pasa a través de ella. La energía transmitida se puede utilizar para calcular la absorción. La fuente, la disposición de la muestra y la técnica de detección varían significativamente según el rango de frecuencia y el propósito del experimento.
Los siguientes son los principales tipos de espectroscopia de absorción: +Sr. NoRadiación electromagnética Spectroscopic type1Rayos XEspectroscopia de absorción de rayos X2Ultravioleta–visibleEspectroscopia de absorción UV-vis3Infrarrojoespectroscopia de absorción IR4MicroondasEspectroscopia de absorción de microondas5Ondas de radioResonancia paramagnética electrónica Espectroscopía de resonancia magnética nuclear
Espectro de absorción thumb|right|320px|Espectro solar con líneas Fraunhofer tal como aparece visualmente El espectro de absorción de un material es la fracción de radiación incidente absorbida por el material en un rango de frecuencias de radiación electromagnética. El espectro de absorción se determina principalmenteModern Spectroscopy (Paperback) by J. Michael Hollas Symmetry and Spectroscopy: An Introduction to Vibrational and Electronic Spectroscopy (Rústica) de Daniel C. Harris, Michael D. Bertolucci Spectra of Atoms and Molecules de Peter F. Bernath por la composición atómica y molecular del material. Es más probable que la radiación se absorba a frecuencias que coincidan con la diferencia de energía entre dos estados mecánicos cuánticos de las moléculas. La absorción que se produce debido a una transición entre dos estados se denomina línea de absorción y un espectro suele estar compuesto por muchas líneas.
Las frecuencias a las que se producen las líneas de absorción, así como sus intensidades relativas, dependen principalmente de la electrónica y estructura molecular de la muestra. Las frecuencias también dependerán de las interacciones entre las moléculas de la muestra, de la cristalina en los sólidos y de varios factores ambientales (por ejemplo, temperatura, presión, campo eléctrico, campo magnético). Las líneas también tendrán un ancho y forma que vienen determinados principalmente por la densidad espectral o la densidad de estados del sistema. Teoría Las líneas de absorción se clasifican típicamente por la naturaleza del cambio mecánico cuántico inducido en la molécula o átomo. Las líneas de rotación, por ejemplo, ocurren cuando se cambia el estado de rotación de una molécula. Las líneas de rotación se encuentran típicamente en la región espectral de microondas. Las líneas vibratorias corresponden a cambios en el estado vibratorio de la molécula y se encuentran típicamente en la región infrarroja. Las líneas electrónicas corresponden a un cambio en el estado electrónico de un átomo o molécula y se encuentran típicamente en la región visible y ultravioleta. Las absorciones de rayos X están asociadas con la excitación de los electrones de la capa interna en los átomos. Estos cambios también se pueden combinar (por ejemplo, transiciones de rotación-vibración), dando lugar a nuevas líneas de absorción a la energía combinada de los dos cambios.
La energía asociada con el cambio de la mecánica cuántica determina principalmente la frecuencia de la línea de absorción, pero la frecuencia puede cambiar mediante varios tipos de interacciones. Los campos eléctricos y magnéticos pueden provocar un cambio. Las interacciones con moléculas vecinas pueden provocar cambios. Por ejemplo, las líneas de absorción de la molécula en fase gaseosa pueden cambiar significativamente cuando esa molécula está en una fase líquida o sólida e interactúa más fuertemente con moléculas vecinas.
El ancho y la forma de las líneas de absorción están determinados por el instrumento utilizado para la observación, el material que absorbe la radiación y el entorno físico de ese material. Es común que las líneas tengan la forma de una distribución gaussiana o lorentziana. También es común que una línea se describa únicamente por su intensidad y ancho en lugar de caracterizar la forma completa.
La intensidad integrada, obtenida al integrar el área debajo de la línea de absorción, es proporcional a la cantidad de sustancia absorbente presente. La intensidad también está relacionada con la temperatura de la sustancia y la interacción mecánica cuántica entre la radiación y el absorbente. Esta interacción se cuantifica por el momento de transición y depende del estado inferior particular desde el que comienza la transición y del estado superior al que está conectada.
El ancho de las líneas de absorción puede ser determinado por el espectrómetro utilizado para registrarlo. Un espectrómetro tiene un límite inherente sobre qué tan estrecha puede resolver una línea y, por lo tanto, el ancho observado puede estar en este límite. Si el ancho es mayor que el límite de resolución, entonces está determinado principalmente por el entorno del absorbedor. Un absorbedor líquido o sólido, en el que las moléculas vecinas interactúan fuertemente entre sí, tiende a tener líneas de absorción más amplias que un gas. El aumento de la temperatura o la presión del material absorbente también tenderá a aumentar el ancho de la línea. También es común que varias transiciones vecinas estén lo suficientemente cerca entre sí como para que sus líneas se superpongan y, por lo tanto, la línea general resultante sea aún más amplia.
Relación con el espectro de transmisión Los espectros de absorción y transmisión representan información equivalente y uno puede calcularse a partir del otro mediante una transformación matemática. Un espectro de transmisión tendrá sus intensidades máximas en las longitudes de onda donde la absorción es más débil porque se transmite más luz a través de la muestra. Un espectro de absorción tendrá sus intensidades máximas en las longitudes de onda donde la absorción es más fuerte. Relación con el espectro de emisión thumb|400px|Espectro de emisión del hierro La emisión es un proceso por el cual una sustancia libera energía en forma de radiación electromagnética. La emisión puede producirse a cualquier frecuencia a la que pueda producirse la absorción, lo que permite determinar las líneas de absorción a partir de un espectro de emisión. Sin embargo, el espectro de emisión suele tener un patrón de intensidad bastante diferente al del espectro de absorción, por lo que ambos no son equivalentes. El espectro de absorción puede calcularse a partir del espectro de emisión utilizando coeficientes de Einstein. Relación con los espectros de dispersión y reflexión Los espectros de dispersión y reflexión de un material están influidos tanto por su índice de refracción como por su espectro de absorción. En un contexto óptico, el espectro de absorción se cuantifica típicamente por el coeficiente de extinción, y los coeficientes de extinción e índice están cuantitativamente relacionados a través de las relaciones de Kramers-Kronig. Por lo tanto, el espectro de absorción puede derivarse de un espectro de dispersión o reflexión. Esto suele requerir supuestos o modelos simplificadores, por lo que el espectro de absorción derivado es una aproximación.
Usos thumb|300px|El espectro de absorción de infrarrojos de la NASA laboratorio dióxido de azufre hielo se compara con los espectros de absorción infrarroja de hielos en la luna Io de Júpiter, crédito NASA, Bernard Schmitt, y UKIRT. La espectroscopia de absorción es útil en el análisis químicoJames D. Ingle Jr. and Stanley R. Crouch, Spectrochemical Analysis, Prentice Hall, 1988, debido a su especificidad y su naturaleza cuantitativa. La especificidad de los espectros de absorción permite que los compuestos se distingan entre sí en una mezcla, lo que hace que la espectroscopia de absorción sea útil en una amplia variedad de aplicaciones. Por ejemplo, los analizadores de gases infrarrojos se pueden utilizar para identificar la presencia de contaminantes en el aire, distinguiendo el contaminante del nitrógeno, oxígeno, agua y otros componentes esperados.
La especificidad también permite identificar muestras desconocidas comparando un espectro medido con una biblioteca de espectros de referencia. En muchos casos, es posible determinar información cualitativa sobre una muestra incluso si no está en una biblioteca. Los espectros infrarrojos, por ejemplo, tienen bandas de absorción características que indican si están presentes enlaces carbono-hidrógeno o carbono-oxígeno.
Un espectro de absorción se puede relacionar cuantitativamente con la cantidad de material presente usando la ley de Beer-Lambert. La determinación de la concentración absoluta de un compuesto requiere el conocimiento del coeficiente de absorción del compuesto. El coeficiente de absorción de algunos compuestos está disponible en fuentes de referencia y también se puede determinar midiendo el espectro de un estándar de calibración con una concentración conocida del objetivo.
Teledetección