Principios de análisis instrumental

172 Capítulo 7 Componentes de los instrumentos ópticos {(( sinton ización ocurre muy rápidamente (microsegundos) cam– bian la frecuencia de la RF. La resolución espectral varía desde los nanómetros a las decenas de nanómetros. El sintonizado rápido sin partes móviles es una de sus más grandes ventajas sobre otros dispositivos móviles (rejillas y prismas). Esto permite un escaneo espectral rápido o un cambio rápido entre una o más longitudes de onda. El AOTF posee un campo de visión amplio, que lo hace útil para aplicaciones relacionadas con imágenes como la microsco– pia de fluorescencia (véase la sección 15C.6). Estos dispositivos también se han utilizado en la excitación de fluorescencia y en la espectroscopia de emisión, así como en las mediciones de escaneo sincrónico por fluorescencia (véase la sección 15A.5). La espec– troscopia en el IR cercano (véase la sección 17D.l) es un área en la que los dispositivos AOTF han demostrado ser sumamente útiles. Su velocidad y durabilidad ha permitido que con ellos se desarro– llen muchas aplicaciones diagnósticas y analíticas nuevas. 7D RECIPIENTES PARA LAS MUESTRAS Se requieren recipientes para las muestras para todos los estu– dios espectroscópicos, excepto para la espectroscopia de emi– sión. Las celdas o cubetas donde se colocan las muestras deben ser de un material transparente a la radiación en la región espectral de interés. Por consiguiente, como se ilustra en la figura 7.2, el cuarzo o el silicio fundido se usan para trabajar en la región UV, abajo de 350 nm. Estas dos sustancias son trans– parentes en la región visible y también por arriba de casi 3 f.!m en la región infrarroja. Los vidrios de silicato pueden usarse en la región entre 350 y 2000 nm. Los contenedores de plástico se utilizan también en la región visible. El cloruro de sodio crista– lino es la sustancia más usada para las ventanas de las celdas en la región infrarroja; los otros materiales transparentes al infra– rrojo que se en listan en la figura 7.2 también podrían emplearse para este propósito. 7E TRANSDUCTORES DE RADIACIÓN 7E.1 Introducción Los detectores para los primeros instrumentos espectroscópicos eran el ojo humano o una placa o película fotográficas. Los trans– ductores que convierten la energía radiante en una señal eléctrica han reemplazado casi por completo a estos dispositivos de detec– ción, y de los cuales sólo se analizarán los transductores modernos. Propiedades del transductor ideal El transductor ideal debe tener una alta sensibilidad, una alta rela– ción señal-ruido y una respuesta constante a un amplio intervalo de longitudes de onda. Además, debe tener un tiempo de res– puesta rápido y una señal de salida cero si no hay iluminación. Para terminar, la señal eléctrica producida por el transductor ideal debe ser directamente proporcional a la potencia radiante P. Es decir, S= kP (7.18) donde S es la salida de corriente o voltaje del transductor y k es la sensibilidad de calibración (sección 1E.2). Muchos transductores reales manifiestan una respuesta pequeña constante, conocida como corriente residual cuando no hay radiación. En este caso, la respuesta se expresa mediante la relación S= kP + kd (7.19) donde kd representa la corriente residual, la cual suele ser cons– tante en periodos de medición cortos. Por lo regular, los instru– mentos con transductores que producen una corriente residual están equipados con un circuito de compensación que reduce kd a cero; entonces se aplica la ecuación 7.18. Tipos de transductores de radiación Como se puede ver en la figura 7.3b, hay dos tipos generales de transductores de radiación. Un tipo responde a fotones y el otro al calor. Todos los transductores de fotones, también conocidos como detectores fotoeléctricos o de quantum, tienen una superficie activa que absorbe la radiación. En algunos tipos, la energía absorbida causa emisiones de electrones y hace que se produzca una corriente fotoeléctrica. En otros, la radiación impulsa a los electrones a las bandas de conducción. Aquí, la detección se basa en la conducti– vidad resultante mejorada (jotoconducción) . Los transductores de .fotones se usan ampliamente en las mediciones de radiaciones UV, visible e infrarroja cercana. Cuando se utilizan en radiación con longitud de onda mucho mayor que 3 flill estos transductores deben ser enfriados con hielo seco o a temperatura de nitrógeno líquido para evitar la interferencia del ruido térmico de fondo. Los trans– ductores fotoeléctricos producen una señal eléctrica que es resultado de una serie de fenómenos individuales (la absorción de fotones simples), cuya probabilidad se puede describir mediante estadís– tica. En cambio, los transductores térmicos, de uso recurrente en la detección de radiación infrarroja, son sensibles a la potencia prome– dio de la radiación incidente. La distinción entre transductores de fotones y transductores térmicos es importante porque el ruido de disparo limita con fre– cuencia el comportamiento de los transductores de fotones y el ruido térmico restringe a menudo a los transductores térmicos. Como se muestra en la sección 5B.2, los errores indeterminados asociados con los dos tipos de transductores son en esencia dife– rentes. En la figura 7.25 se ilustra la respuesta espectral relativa de las varias clases de transductores que son útiles para las espectros– copias UV, visible e infrarroja. La función de las ordenadas guarda una relación inversamente proporcional con el ruido de los trans– ductores y directamente proporcional con la raíz cuadrada de su área superficial. Observe que la sensibilidad relativa de los trans– ductores térmicos (curvas He I) es independiente de la longitud de onda, pero significativamente inferior a la sensibilidad de los transductores fotoeléctricos. Por otra parte, los transductores de fotones están a menudo lejanos del ideal respecto a la respuesta constante en función de la longitud de onda. Tutorial: Aprenda más acerca de los transductores de radia– ción en www.tinyurl.com/skoogpia7* 'Este material se encuentra disponible en (nglés.