4.1: Datos analógicos y digitales

La figura\(\PageIndex{1}\) muestra un registrador xy que podemos usar para proporcionar un registro permanente de un experimento de voltametría cíclica. En este experimento en particular, aplicamos un potencial variable a una celda electroquímica y medimos la corriente que fluye en respuesta a este potencial (ver Capítulo 25 para una discusión sobre voltamperometría cíclica). El potencial y la corriente, que se convierte en voltaje con el propósito de registrar el voltamograma cíclico, se alimentan a la grabadora utilizando los cables del lado derecho de la grabadora. Los controles Rango Y1 y Rango X nos permiten ajustar las escalas de los ejes.

Figura\(\PageIndex{1}\). Fotografía (a) de una grabadora xy y (b) vista en primer plano de los controles de la grabadora.

La barra vertical en la grabadora xy se mueve hacia la izquierda o derecha de la grabadora en función del potencial aplicado, y una pluma unida a la barra vertical se mueve hacia la parte superior o inferior de la grabadora en función de la corriente medida. El potencial aplicado y la corriente son variables continuas dentro del rango del instrumento; el voltamograma cíclico resultante en la Figura\(\PageIndex{2}\) es un registro analógico del experimento.

Figura\(\PageIndex{2}\). Ejemplo del tipo de salida obtenida con el registrador xy para un experimento de voltametría cíclica.

Aunque la traza analógica en la Figura\(\PageIndex{2}\) proporciona un registro permanente de un experimento, no es en la forma la que nos da acceso a los datos brutos. Podemos tomar la imagen y usar software de digitalización (ver aquí un digitalizador de código abierto) para extraer una versión digital de los datos, o podemos diseñar nuestros instrumentos para recopilar los datos en forma digital muestreando la señal analógica a intervalos preestablecidos y luego guardando los datos. Dichos archivos suelen estar en un formato que incluye metadatos que explican cómo extraer los datos del archivo. Por ejemplo, los datos de coordenadas xy para una amplia variedad de experimentos de espectroscopía a menudo se almacenan digitalmente utilizando un formato establecido por el Comité Conjunto de Datos Físicos Atómicos y Moleculares (JCAMP). Dichos archivos tienen la extensión .jdx y se pueden abrir utilizando una variedad de programas de software diferentes.

La figura\(\PageIndex{3}\) es una captura de pantalla que ilustra cómo podemos trabajar con datos digitalizados utilizando software de análisis de datos, como R y RStudio. El panel superior izquierdo muestra algunos de los contenidos de un archivo.jdx que contiene el espectro IR del metanol (en este caso, digitalizado por NIST a partir de una copia impresa analógica). Las líneas precedidas por hashtags dobles (##) son metadatos que proporcionan información sobre la escala del eje x (límites mínimos y máximos e incrementos entre valores), la escala del eje y (valores mínimos y máximos) y el número de puntos de datos. A esto le siguen múltiples líneas de datos digitalizados. Cada línea de datos contiene un valor de x y cinco valores de y. Se utilizó el paquete R readJDx para extraer la información del archivo.jdx y almacenarla en una variable dada el nombre metanol (ver panel superior derecho). Se utilizó código escrito en R (ver panel inferior izquierdo) para trazar (ver panel inferior derecho) el espectro.

Figura\(\PageIndex{3}\): Captura de pantalla de RStudio que muestra el análisis de un espectro digitalizado. Ver texto para más detalles.

Aunque el espectro para metanol en la Figura\(\PageIndex{4}\) —con su línea suave y continua— parece un espectro analógico, esto es el resultado de elegir trazar los datos como una secuencia de líneas que conectan puntos individuales sin mostrar realmente los puntos individuales en sí mismos. La figura\(\PageIndex{4}\), en la que trazamos solo los puntos de datos individuales, nos muestra que el espectro en realidad consiste en datos discretos y digitalizados.

Figura\(\PageIndex{4}\). El espectro IR para metanol a partir de los datos .jdx en la Figura\(\PageIndex{2}\) se graficó aquí usando puntos individuales en lugar de una línea que conecta los puntos individuales.