Principios de análisis instrumental

176 Capítulo 7 Componentes de los instrumentos ópticos {(( contra la superficie. Para el tiempo en que este proceso se repi– tió nueve veces, se han formado de 10 6 a 10 7 electrones por cada fotón incidente. Por último, esta cascada de electrones se reúne en el ánodo y la corriente resultante se transforma en un voltaje y se mide. La curva A de la figura 7.25 muestra que los fotomultiplica– dores son muy sensibles a las radiaciones ultravioleta y visible. Además, tienen tiempos de respuesta en extremo rápidos. Con frecuencia la sensibilidad de un instrumento con un fotomul– tiplicador está limitada por su corriente residual. Puesto que la emisión térmica es la principal fuente de electrones de corriente residual, el rendimiento de un fotomultiplicador puede aumen– tar si se le enfría. En efecto, las corrientes residuales térmicas se pueden eliminar enfriando el detector a - 30 oc. Comercialmente se pueden conseguir carcasas de transductores que se someten a enfriamiento por circulación de un refrigerante adecuado. Los tubos fotomultiplicadores están limitados a medir radiación de baja potencia porque la luz intensa ocasiona daños irreversibles en la superficie fotoeléctrica. Por esta razón, el dispo– sitivo está siempre alojado en un compartimiento hermético a la luz, y con todas las medidas precautorias para eliminar la posibi– lidad de que quede expuesto, aunque sea sólo un instante a la luz del día u otro tipo de luz intensa mientras está activado. Si cuen– tan con circuitos externos apropiados, los tubos fotomultiplicado– res se pueden usar para detectar la entrada de fotones individuales al fotocátodo. Los tubos fotomultiplicadores también están disponibles con placas de microcanales en vez de los dinodos convencionales. Estos dispositivos se suelen llamar intensificadores de señal. La placa de microcanales consiste en un gran número de capilares de vidrio enrollados en paralelo para tomar la forma de un disco delgado. Cuando un electrón primario golpea la pared interna de un canal, se emiten electrones secundarios. Éstos se aceleran por acción de un campo eléctrico aplicado a través de la placa y vuelven a gol– pear las paredes del canal, dando origen a electrones secundarios adicionales. Este proceso se repite múltiples veces a lo largo del canal produciendo un gran número de electrones en el ánodo. Las placas de microcanales (PMT, por sus siglas en inglés) se emplean en aplicaciones de captura de imágenes de bajo nivel, en técnicas que requieren respuestas muy rápidas y en aplicaciones con bajo nivel de luz para detectar fotones individuales (conteo de fotones). El voltaje de la placa de microcanales también puede encenderse y apagarse para proveer una compuerta en aplica– ciones que requieren resolución de tiempo (mediciones de vida media de fluorescencia, espectroscopia de rompimiento indu– cida por láser y otras). Las placas de microcanales PMT también están disponibles con múltiples ánodos para permitir detección simultánea en dos dimensiones. Los transductores de las placas de microcanales se utilizan en espectrometría de masas como se expone en la sección liB. l. Transductores de fotodiodos de silicio Un transductor con fotodiodos de silicio se compone de una unión pn de polarización inversa formada por un circuito inte– grado de silicio. Como se observa en la figura 7.30, la polarización inversa crea una capa de agotamiento que reduce la conductan– cia de la unión a casi cero. Si la radiación choca con el circuito integrado, se forman huecos y electrones en la capa de agota- a) + Capa de agotamiento ~ ~ i ~h ~ 1 &-~ Región p Región 11 Polari zación inversa b) Contacto Alambre conductor FIGURA 7.30 a) Esquema de un diodo de silicio. (i) Hueco 8 Electrón b) Formación de una capa de agotamiento, la cual evita el flujo de electricidad en polarización inversa. miento que son barridos a través del dispositivo para producir una corriente proporcional a la potencia radiante. Requieren sólo alimentación de bajo voltaje o pueden funcionar en polarización cero, por ello se pueden usar en instrumentos portátiles que fun– cionen con baterías. Los diodos de silicio son más sensibles que los fototubos al vacío, pero menos sensibles que los tubos fotomultiplicadores (véase la curva F en la figura 7.25). Los fotodiodos tienen interva– los espectrales de alrededor de 190 a más de 2000 nm. El fotodiodo tipo pin posee una región interna no dopada entre las regiones dopadas p- y n por lo que tiene una amplia región de depleción. La mayor parte de la absorción de fotones ocurre en la región interna, que da origen a acarreadores que se colectan de manera eficiente. En comparación con los fotodio– dos ordinarios tipo pn, los foto diodos pin tienen una eficiencia cuántica mayor y un tiempo de respuesta más rápido debido a una capacitancia menor. El fotodiodo de avalancha es un fotodiodo de silicio con ganancia. Al igual que un fotodiodo normal, los fotones inci– dentes crean pares electrón-hueco. El fotodiodo de avalancha es instrumentado con una tendencia reversa relativamente alta, por lo general de decenas o cientos de volts, cercano a un voltaje que podría averiar el dispositivo. El fuerte campo eléctrico interno acelera los electrones a través de un enrejado de silicio, creando electrones secundarios en el proceso por ionización de impacto. La avalancha de electrones resultante puede producir una ganan– cia de varios cientos. Los fotodiodos de avalancha son generalmente mucho menos utilizados que otros tubos fotomultiplicadores clásicos. Sin embargo, se han fabricado adaptaciones con aplicaciones en áreas parecidas a las de los tubos fotomultiplicadores normales. Dichos