Fuente: Gabinete de Comunicación de la UVa

Todos los átomos y las moléculas tienen su propia “huella dactilar”. Tanto átomos como moléculas tienen la capacidad de emitir o absorber luz, y es ese grado de emisión o absorción de luz, su espectro, la “huella” que permite descifrar su estructura y sus propiedades con un margen de error mínimo.

La espectroscopía es el conjunto de métodos que utilizan la luz para la investigación de la materia. Esta técnica instrumental ha evolucionado enormemente desde finales del siglo XIX, cuando permitió descubrir el helio en el espectro del sol antes de que se hubiera descubierto en la tierra.

Hoy en día la espectroscopía utiliza todo tipo de radiación, desde las ondas de radio, de infrarrojo, visibles, ultravioletas o rayos X, y tiene aplicación en la práctica totalidad de disciplinas y ámbitos de conocimiento: permite estimar desde el nivel de colesterol en un análisis de sangre a medir la calidad del agua de un río. 

Un grupo de investigación de la Universidad de Valladolid (UVa), el Grupo de Espectroscopía de Plasmas y Chorros Supersónicos (GEPCS), trabaja desde hace casi cuatro décadas en la aplicación de técnicas espectroscópicas al diagnóstico de plasmas (gases altamente ionizados) y al estudio de la estructura molecular.

El grupo ha obtenido la calificación de Unidad de Investigación Consolidada por parte de la Junta de Castilla y León, un distintivo que reconoce a los equipos con mayor calidad y nivel de producción científica de la comunidad. 

Su origen se encuentra en la confluencia de dos equipos de trabajo, dirigidos por Alberto Lesarri Gómez y Marco Antonio Gigosos Pérez, al que se han unido otros investigadores. “Teníamos muchos elementos comunes y compartíamos el uso de técnicas de espectroscopía, métodos teóricos y métodos instrumentales, por lo que decidimos unirnos. Los dos hacemos cálculos de estructura que nos permiten desarrollar una simulación por computador de lo que vamos a ver en el laboratorio y registrar los espectros. En un caso concluimos cómo es la estructura de las moléculas -su geometría, enlaces, etc.- y en otro se reconstruye lo que está sucediendo en el plasma -cuántos electrones libres hay, cuántas colisiones por unidad de tiempo, cómo se producen esas colisiones, qué temperatura tiene el gas, etc.-”, detallan ambos investigadores. 

Las técnicas que se utilizan para el estudio de átomos y moléculas son muy diferentes. “Los espectros que permiten identificar la estructura molecular necesitan que la molécula esté aislada y a temperaturas cercanas al cero absoluto (por debajo de los 2 grados kelvin, el equivalente a unos -271 grados centígrados), lo que requiere expandir la muestra en un chorro gaseoso. Por el contrario, en los espectros para el diagnóstico de plasmas los átomos presentan unas interacciones tremendamente fuertes con su entorno, para lo que se necesitan gases a altísimas temperaturas”, precisan.

En este último caso, se extrae información útil para otros equipos científicos que investigan, por ejemplo, la diagnosis de plasmas estelares o sistemas de reactores en los que interviene el plasma. Por otro lado, los estudios sobre moléculas han posibilitado determinar la estructura de diferentes familias de compuestos de interés estructural o biológico.

Por otro lado, avanzan, “el año pasado iniciamos una línea aplicada en colaboración con algunos profesionales del Hospital Clínico Universitario de Valladolid para utilizar la espectrometría de masas (se detectan masas de fragmentos moleculares) con fines de caracterización biológica”. 

En la actualidad, la Unidad de Investigación Consolidada está formada no solo por Alberto Lesarri y Marco Antonio Gigosos sino también por los investigadores de la UVa Juan Carlos López Alonso y Susana Blanco Rodríguez, que aportan una amplísima experiencia e interesantes líneas de investigación como el estudio de la microsolvatación para revelar los cambios producidos en los sistemas moleculares en las primeras etapas de la disolución.

A estos se les unen también los investigadores de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU) José Andrés Fernández González y Emilio José Cocinero Pérez, que utilizan técnicas espectroscópicas basadas en fuentes láser. Se trata de un equipo multidisciplinar de científicos que combina experiencias procedentes de las áreas de la Física Atómica y Molecular y la Química Física.

Publicaciones de calidad e internacionalización
El Grupo de la UVa es referente en su campo de conocimiento como demuestran sus numerosas publicaciones de calidad y su alto nivel de internacionalización. En los últimos cinco años, sus trabajos han sido cinco veces portada en algunas de las revistas más prestigiosas tanto en los ámbitos de la Química pluridisciplinar (‘Angewantde Chemie’) como de la Química Física y la Física molecular (‘Physical Chemistry Chemical Physics’).

Estas publicaciones se han dedicado a estudios estructurales de alta resolución, bien de moléculas de interés biológico o estructural (por ejemplo la detección de la ribosa en fase gas en 2012), o de agregados intermoleculares (como el hexámero del propofol en 2013 o el dímero de piridina y metano en 2014).

En estos y otros trabajos, el grupo mantiene colaboraciones internacionales con universidades como la de Leibniz (Alemania), Bolonia (Italia), Virginia (Estados Unidos), Lille y Aix-Marseille (Francia), el Instituto Kurchatov (Rusia), Belgrado y Novi Sad (Serbia), el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (Estados Unidos) o el Instituto de Ciencias Weizmann (Israel).

En lo referente a la financiación, el grupo ha contado a lo largo de su trayectoria con múltiples proyectos del Plan Nacional de I+D+i del Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO) y de la Junta de Castilla y León. Asimismo, en 2014 promovieron un proyecto de infraestructura por un valor cercano a los 500.000 euros que fue financiado.

Entre sus equipamientos más destacados se encuentra un equipo de cálculo masivo formado por más de 120 computadoras en red y varios equipos de espectroscopía en chorro supersónico.