Principios de análisis instrumental

de este intervalo. Los valores útiles de los fotoconductores se pue– den extender dentro de la región del infrarrojo lejano mediante enfriamiento; el objetivo es suprimir el ruido que surge de las transiciones inducidas térmicamente entre niveles de energía muy cercanos entre sí. Esta aplicación de los fotoconductores es impor– tante para la instrumentación de la transformada de Fourier en el infrarrojo. Los semiconductores cristalinos se forman a partir de sulfuros, seleniuros y antimoniuros de metales como plomo, cadmio, galio e indio. La absorción de la radiación por parte de estos materiales impulsa a algunos de sus electrones de enlace a un estado energético en el cual son libres de conducir electricidad. Este cambio resultante en la conductividad se puede medir con un circuito como el que se ilustra en la figura 3.10a. El sulfuro de plomo es el material fotoconductor más amplia– mente usado que se puede utilizar a temperatura ambiente. Los transductores de sulfuro de plomo son sensibles en la región entre 0.8 y 3 f!m (12 500 a 3300 cm- 1 ). Una capa delgada de este com– puesto se deposita sobre láminas de vidrio o cuarzo para formar la celda. Luego, el ensamble completo se coloca en un recipiente al vacío, y se sella para evitar que el semiconductor reaccione con la atmósfera. La sensibilidad de los transductores de sulfuro de cad– mio, de seleniuro de cadmio y de sulfuro de plomo se muestra mediante las curvas B, D y G de la figura 7.25. 7E.5 Transductores térmicos Los fototransductores que se acaban de estudiar, por lo general no se aplican en el infrarrojo porque los fotones en esta región carecen de energía para producir fotoemisión de electrones. Por consiguiente, se deben usar transductores térmicos o transducto– res fotoconductores tal como se acaban de describir. Sin embargo, ninguno de éstos es tan satisfactorio como los transductores de fotones. En los transductores térmicos, 27 la radiación choca con un pequeño cuerpo negro y es absorbida por éste; y se mide el aumento de temperatura resultante. El nivel de potencia radiante de un haz infrarrojo representativo es muy pequeño (1 0- 7 a 10- 9 W), de modo que la capacidad calorífica del elemento que absorbe debe ser tan pequeña como sea posible, si se quiere detec– tar el cambio de temperatura. Las dimensiones y el espesor del elemento absorbente se reducen al mínimo, y el rayo infrarrojo completo se concentra en la superficie de modo que, en condicio– nes óptimas, los cambios de temperatura se limitan a unas milési– mas de kelvin. El problema de medir la radiación infrarroja por medios tér– micos se debe al ruido térmico que lo circunda. Por esta razón los detectores térmicos se alojan en el vacío y se protegen con sumo cuidado de la radiación térmica emitida por objetos cercanos. Con el fin de reducir al mínimo los efectos posteriores de fuentes caloríficas extrañas, por lo general se hace pasar por un troceador el rayo proveniente de la fuente. De esta manera, la señal del ana– lito, después de la transducción, tiene la frecuencia del troceador y se puede separar electrónicamente del ruido extraño, que por lo regular varía con lentitud con el paso del tiempo. 27 Un buen estudio sobre transductores de radiación óptica de todos los tipos, sin olvidar los detectores térmicos, se encuentra en E. L. Dereniak y G. D. Growe, Opti– cal Radiation Detectors, New York: Wiley, 1984. »> 7E Transductores de radiación 181 Termopares En su forma más sencilla los termopares constan de un par de uniones formadas cuando dos piezas de un metal como el cobre se fusionan por los extremos con un metal distinto como el cons– tantán, según se muestra en la figura 3.13. Entre las dos uniones se desarrolla un voltaje que varía con la diferencia de sus tempe– raturas. La unión del transductor para la radiación infrarroja está for– mada con alambres muy finos de bismuto y antimonio, o bien, mediante la evaporación de metales en un soporte no conductor. De cualquier manera, la unión se ennegrece para mejorar su capa– cidad de absorber calor y se coloca sellada en una cámara al vacío, que contiene una ventana transparente a la radiación infrarroja. La unión de referencia, que por lo regular se aloja en la misma cámara que la unión activa, se diseña para que tenga una capaci– dad calorífica grande y se blinda cuidadosamente para protegerla de la radiación incidente. Como la señal del analito es troceada, sólo importa la diferencia de temperatura entre las dos uniones; por tanto, la unión de referencia no necesita mantenerse a tempe– ratura constante. Para mejorar la sensibilidad, se deben conectar en serie varios termopares para tener la llamada termopila. Un transductor de termopar muy bien diseñado tiene la capacidad de responder a diferencias de temperatura de 10- 6 K, que corresponden a una diferencia de potencial de alrededor de 6 a 8 f1V/f1W. El termopar de un detector infrarrojo es un dispo– sitivo de baja impedancia que casi siempre está conectado a un amplificador de diferencias de alta impedancia, como el amplifi– cador de instrumentación que se ilustra en la figura 7.36, el cual se analiza en la sección 5C.l. Los amplificadores de diferencias, como el de la figura 3.13, se utilizan también para acondicionar la señal en los circuitos de detección del termopar. Bolórnetros Un bolómetro es un tipo de termómetro de resistencia construido con tiras de metales, como platino o níquel, o con un semicon– ductor. Los bolómetros de semiconductor se llaman a menudo Rendija del espectrofotómetro Unión del Amplificador FIGURA 7.36 Termopar y amplificador de instrumentación. El voltaje de salida v 0 es proporcional al voltaje del termopar. La magnitud de v 0 se determina mediante el resistor de ganancia R 9 , que ejecuta la misma función que R¡/a en la figura 5.4.