COMIC. Comissió d'Instruments Científics

Els espectroscopis són instruments destinats a l'anàlisi de la llum. Amb aquesta anàlisi es pot obtenir informació sobre un gran nombre de fenòmens físics o propietats dels cossos; per això, avui dia s'empren en una gran diversitat d'àrees, que inclouen des de la investigació teòrica en química o física quàntica fins a la indústria química o la medicina. També hi ha una gran diversitat de mètodes i tècniques relacionades amb l'espectroscòpia i, a conseqüència d'això, un gran nombre de dissenys d'espectroscopis amb característiques molt diferents entre si, de manera que és difícil reconèixer l'existència d'uns fonaments teòrics comuns. Per contra, el fonament dels primers espectroscopis és molt senzill d'entendre, ja que es basaven en un procés que separava la llum blanca visible en els diferents colors. Un procés natural en què es produeix aquesta situació és en l'arc iris que apareix en moments de pluja amb presència de prou llum solar, de manera que les gotes d'aigua actuen com a petits prismes que separen les diverses radiacions. Els primeres espectroscopis contenien prismes de vidre per a dur a terme aquesta dispersió de les radiacions lluminoses, gràcies als diversos angles de refracció que tenen els diferens colors (o longituds d'ona) de la llum blanca. També s'empraren per a aquest mateix objectiu xarxes de refracció, un altre fenomen que permet la separació de les radiacions que formen la llum blanca (James 1985).

Se sol atribuir als alemanys Robert Bunsen i Gustav Kirchhoff la creació del primer espectroscopi a mitjan segle xix. En realitat, diversos autors feren instruments semblants en períodes anteriors i fins i tot es feren, en alguns casos, propostes per a l'ús dels espectres en l'anàlisi química. Al començament del segle xix, Joseph von Fraunhofer (1787-1826) va fer importants investigacions sobre l'espectre solar que li permeteren observar una sèrie de línies negres que ara en duen el nom. Els estudis de Fraunhofer van ser el resultat del seu interès per l'obtenció de llum homogènia per al correcte funcionament dels seus instruments òptics. També altres autors impulsaren estudis sobre els espectres, interessats en la nova teoria ondulatòria de la llum o les propietats de l'espurna elèctrica. L'aplicació dels espectres a l'anàlisi química comptà amb alguns pioners com William Talbot (1800-1877) que, després d'estudiar diversos espectres de flama, va afirmar que "sempre que el prisma mostra que un raig homogeni de qualsevol color existeix en la flama, aquest raig indica la formació o la presència d'un compost químic definit" (McGucken 1969). Tanmateix, aquests intents pioners van tenir una aplicació limitada a causa de problemes teòrics i pràctics; molts espectres de flama semblaven més complexos del que inicialment s'havia cregut i les línies de Fraunhofer continuaven sense comptar amb una explicació acceptable. Als anys cinquanta, diversos factors confluïren perquè es multiplicassen els estudis sobre espectres, com els duts a terme per William Swan, professor de la Scottish Naval and Military Academy, que permeteren la constatació de la gran sensibilitat de l'anàlisi espectral, que permetia detectar quantitats molt menudes de certs elements com el sodi. Tot això, li va permetre explicar la presència generalitzada de la línia D del sodi i remarcar la necessitat de treballar amb grans precaucions respecte a la puresa de les mostres i les flames usades (McGucken 1969). El bec introduït per Bunsen en aquest període permeté solucionar alguns d'aquests problemes.

L'instrument proposat el 1860 en la revista Annalen der Physik und Chemie per Bunsen i Kirchhoff presentava alguns avantatges respecte als que l'havien precedit. Constava d'un colimador que rebia la llum emesa per la mostra que era refractada en un prisma situat al centre d'una caixa de color negre. El prisma permetia separar els diversos colors de la radiació que eren convenientment dirigits cap a l'objectiu des d'on es podien observar. Aquests científics i el fabricant d'instruments de Munic Carl August Steintheil (1801-1870) van modificar l'aparell als anys següents (Hentschel 2002). La principal novetat va ser la introducció d'un tercer braç que produí un model d'espectroscopi que va assolir gran popularitat. De fet, el gravat d'aquest va ser, potser, un dels més difosos en els llibres de text del segle xix. També es van introduir sistemes amb diversos prismes que permetien una separació més gran de les línies espectrals, ja que multiplicaven el poder de refracció. D'aquesta manera fou possible la descoberta d'una sèrie d'elements desconeguts mitjançant les seues línies espectrals característiques i alguns d'aquests, com el cesi, el rubidi o el tal·li, s'anomenaren segons el color d'aquestes línies.