Introducing Energy States
Em torno de um átomo, existem 7 conchas de electrões diferentes1. Quando os electrões recebem a quantidade necessária de energia, saltam de um estado para outro (chamado “estado de terra” e “estado excitado”), como se pode ver na imagem abaixo:
A figura (gerada por POV-Ray) mostra excitações de orbitais de cobre 3d no plano CuO2 de um supercondutor de Tc elevado; O estado de terra (azul) é orbital x2-y2; os orbitais excitados estão a verde; as setas ilustram espectroscopia de raios X inelástica;
Quando uma molécula absorve luz na região UV-vis (Ultra-Violeta-Visível) entre 400nm e 780nm de comprimento de onda, um electrão é promovido de uma orbital de menor energia ocupada para uma orbital vazia de maior energia, resultando numa molécula de estado excitado. Um requisito para que uma molécula absorva a luz é que a energia do fotão tenha de corresponder à diferença de energia entre os orbitais.
Os fotões com energia insuficiente serão transmitidos. Portanto, as cores da luz absorvida provaram-nos com informação experimental sobre o espaçamento de energia entre orbitais.
Fonte: Scott Cummings, 2008; The Chemistry of Excited States _
Introducing Spectroscopy
Newton tiveram primeiro ideias sobre espectroscopia e mais tarde, William Wollaston e Joseph von Fraunhofer construíram os primeiros espectrómetros e descobriram as assinaturas espectrais.
Como diferentes elementos têm diferentes espaçamentos entre orbitais de electrões, a energia necessária para absorver ou emitir fótons é diferente e, portanto, são absorvidos ou emitidos 2 fótons de diferentes comprimentos de onda. Isto resulta numa assinatura espectral específica de uma molécula, um conjunto de linhas espectrais.
A espectroscopia é realmente importante para os astrónomos porque pode dizer-lhes sobre a composição molecular de planetas, estrelas e nebulosas.
Leitura adicional: _Fraknoi, Andrew; Morrison, David (13 de Outubro de 2016). Introdução da Hemoglobina e da Oxi-hemoglobina
Os glóbulos vermelhos contêm hemoglobina, uma proteína que contém ferro (por isso as hemoglobinas oxigenadas são vermelhas), que facilita o transporte de oxigénio ligando-se de forma reversível a este gás respiratório e aumentando grandemente a sua solubilidade no sangue. A hemoglobina oxigenada é denominada oxihemoglobina.
** Esquerda** : Gráfico molecular de uma oxihemoglobina humana (HHO) , dois dos quatro módulos de oxigénio que esta hemoglobina totalmente saturada transporta actualmente são circulados a azul por mim (o “pau” vermelho representa a molécula de oxigénio neste gráfico).
Direito : A mesma molécula na mesma resolução, desta vez com uma superfície acessível a solventes em destaque.
Colocando tudo junto
Felizmente para a medicina moderna, a absorção da luz nos comprimentos de onda de 660 nm e 940 nm difere significativamente entre a hemoglobina carregada com oxigénio (oxihaemoglobina) e a hemoglobina sem oxigénio.
O ponto isobestic é o ponto em que duas substâncias absorvem um determinado comprimento de onda de luz na mesma medida. Na oximetria, os pontos isobesmáticos da oxihemoglobina (HbO) e da desoxi-hemoglobina (Hb) ocorrem a 590 nm e 805 nm. Estes pontos podem ser utilizados como pontos de referência quando a absorção da luz é independente do grau de saturação. Alguns oxímetros anteriores corrigidos para a concentração de hemoglobina utilizando o comprimento de onda nos pontos isobesmáticos.
Assim, a comparação das absorvências em diferentes comprimentos de onda permite estimar as concentrações relativas de HbO (oxi-hemoglobina) e Hb (haemoglobina) (ou seja, saturação). Os oxímetros de pulso modernos podem utilizar dois ou mais comprimentos de onda, não incluindo necessariamente um ponto isobestic.
Fonte: Anaesthesia.uk _
Basicamente, é assim que a oximetria de pulso funciona. Pode distinguir entre hemoglobina saturada e insaturada, utilizando diferentes absorções de luz devido a diferentes configurações de electrões nas moléculas. Abaixo está um extracto sobre os aspectos técnicos da oximetria de pulso:
Existem dois métodos de envio de luz através do local de medição: transmissão e reflectância. No método de transmissão, como mostrado na figura da página anterior, o emissor e o fotodetector são opostos um do outro com o local de medição no meio. A luz pode então passar pelo local de medição. No método da reflectância, o emissor e o fotodetector estão um ao lado do outro no topo do local de medição. A luz salta do emissor para o detector através do local de medição. O método de transmissão é o tipo mais comum usado e para esta discussão o método de transmissão será implicado.
Após os sinais vermelhos ® e infravermelhos (IR) transmitidos passarem pelo local de medição e serem recebidos no fotodetector, a razão R/IR é calculada. O R/IR é comparado com uma tabela “look-up” (composta por fórmulas empíricas) que convertem a razão para um valor SpO2. A maioria dos fabricantes tem as suas próprias tabelas de controlo baseadas em curvas de calibração derivadas de sujeitos saudáveis a vários níveis de SpO2 (Peripheral Oxygen Saturation). Normalmente, uma razão R/IR de 0,5 equivale a aproximadamente 100% SpO2, uma razão de 1,0 a aproximadamente 82% SpO2, enquanto uma razão de 2,0 equivale a 0% SpO2.
Fonte: Oximetria. org _
The Dangers of Carbon Monoxide Poisoning
A assinatura espectral da carboxihemoglobina (hemoglobina saturada com CO) é tão semelhante à da oxihemoglobina que os oxímetros padrão confundem um com o outro, como vários estudos têm demonstrado:
Este relatório confirma que a oximetria de pulso pode ser enganadora durante o envenenamento por monóxido de carbono, uma vez que o oxímetro de pulso não diferencia entre HbO (oxi-hemoglobina)e HbCO (carboxihemoglobina). O diagnóstico do envenenamento por monóxido de carbono baseia-se, portanto, em provas clínicas e deve ser confirmado através da medição da concentração de HbCO com um oxímetro de CO de banda múltipla (Carboxy-oximeter).
Carboxihemoglobinaemia e oximetria de pulso, British Journal of Anaesthesia, 1991
Actualmente, existem oxímetros de CO que podem diferenciar entre oxihemoglobina, carboxihemoglobina e metemoglobina.
1: Uma explicação para o facto de este ser o caso levaria demasiado longe. Tem a ver com o dualismo onda-partícula da mecânica quântica e uma boa analogia pode ser encontrada em esta resposta em Physics.SE .
2: A energia de um fóton é proporcional à sua frequência e, portanto, inversamente proporcional ao comprimento de onda. Todos os outros factores na equação de Planck-Einstein são constantes. Mais informação pode ser encontrada em Physics.SE
