Principios de análisis instrumental

7G.1 Propiedades de las fibras ópticas Las fibras ópticas son finos hilos de vidrio o de plástico que trans– miten radiación a distancias de algunos cientos de metros o más. El diámetro de las fibras ópticas varía de 0.05 f.lm a 0.6 cm. Para la transmisión de imágenes, se utilizan haces de fibras fundidas en los extremos. Una de las principales aplicaciones de estos haces de fibras es en el diagnóstico médico, porque su flexibilidad permite la transmisión de imágenes de órganos a través de accidentados trayectos físicos. Las fibras ópticas se usan para observar no sólo objetos, sino también para iluminarlos. En tales aplicaciones, la aptitud de iluminar sin calentar es con frecuencia una cualidad relevante. La transmisión de luz por medio de fibra óptica se realiza mediante reflexión interna total, como se observa en la figura 7.37. Para que existan reflexiones internas totales, se requiere que la fibra que transmite esté cubierta de un material con un índice de refracción poco menor que el índice de refracción de la fibra. Por consiguiente, una fibra de vidrio convencional tiene un núcleo con índice de refracción de alrededor de 1.6 y una cubierta de vidrio con índice de refracción cercano a 1.5. Las fibras de pl ástico comunes tienen un núcleo de polimetilmetacrilato cuyo índice de refracción es de 1.5 y una cubierta de polímero de índice de refracción de 1.4. Una fibra (figura 7.37) transmitirá radiación contenida en un cono incidente limitado de la mitad del ángulo denominado en la figura. La apertura numérica de la fibra proporciona una medida de la magnitud del llamado cono de apertura. Se pueden fabricar fibras que transmitirán radiación ultra– violeta, visible o infrarroja seleccionando materiales adecuados para su construcción. Encontrará varios ejemplos de su aplicación a instrumentos analíticos ordinarios en los capítulos siguientes. 7G.2 Sensores de fibra óptica Los sensores de fibra óptica, que a veces reciben el nombre de optrodos, están constituidos por una fase reactiva inmovilizada en el extremo de una fibra óptica. 29 La interacción del analito con el reactivo origina un cambio en la absorbancia, la reflectancia, la fluorescencia o la luminiscencia, el cual se transmite luego a un detector por medio de la fibra óptica. Los sensores de fibra óptica por lo general son sencillos y baratos, y se han miniaturizado con facilidad. son muy usados para detectar materiales biológicos, por 29 X. E. Wong y O. S. Wolfbei s, Anal. Chem., 2012, 85, 487, DO!: 10.102 1/ ac303 159b; O. S. Wolfbeis, Anal. Chem., 2008, 80,4269, DO!: 10.1021/ac800473b; M. A. Arnold, Anal. Chem., !992, 64, 1015A, DO!: 10.1021/ac00045a720. })) 7H Tipos de instrumentos ópticos 183 lo que se les conoce como biosensores. 30 De hecho, estos sensores se han miniaturizado a la escala de nanómetros y se les denomi– nan nanobiosensores. 7H TIPOS DE INSTRUMENTOS ÓPTICOS En esta sección se define la terminología para describir varios tipos de instrumentos ópticos. Muchos científicos no están de acuerdo con ella y no la usan. Es simplemente una nomenclatura común que se utilizará en todo el libro. Un espectroscopio es un instrumento óptico que se utiliza para la identificación visual de líneas de emisión atómica. Con– siste en un monocromador, como uno de los que se muestran en la figura 7. 16, en el que la rendija de salida se reemplaza con un ocular que se puede mover a lo largo del plano focal. La longitud de onda de una línea de emisión puede ser determinada luego a partir del ángulo entre los rayos incidente y disperso cuando la línea está centrada en el ocular. Con el término colorímetro se designa un instrumento para medir la absorción; el ojo humano funciona como detector con ayuda de uno o más patrones de comparación de color. Un fotó– metro consta de una fuente, un filtro y un transductor fotoeléc– trico, así como un procesador de señales y una pantalla donde se leen los resultados. Tenga en cuenta que algunos científicos y fabricantes de instrumentos se refieren a los fotómetros como colorímetros o colorímetros fotoeléctricos. Los fotómetros de filtro se encuentran comercialmente para efectuar mediciones de absorción en las regiones ultravioleta, visible e infrarroja, así como emisiones y fluorescencia en las primeras dos regiones de longitud de onda. Los fotómetros diseñados para medir la fluores– cencia también se denominan fluorómetros. Un espectrómetro es un instrumento que provee información sobre la intensidad de radiación en función de la longitud de onda o de la frecuencia. Un espectrofotómetro es un espectrómetro equi– pado con una o más rendijas de salida y transductores fotoeléctri– cos que facilitan la determinación de la relación entre la potencia radiante de dos haces en función de la longitud de onda como en la espectroscopia de absorción. Un espectrofotómetro para análisis de fluorescencia se denomina a veces espectrofluorómetro. Todos los instrumentos mencionados en esta sección usan filtros o monocromadores para aislar una parte del espectro para 30 T. Vo-Di nh , en Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology, Stevenson Ranch, CA: American Scientific Publishers, 2004, 6, 53- 59. ). M. Song, P. M. Kasili, G. D. Griffin, T. Vo-Dinh, Anal. Chem., 2004,76,2591, DO!: 10.1021/ ac0352878. Trayectoria de la lu z Cubierta con índice ~ de refracción 11 , /"" ~~· :·,~ r/~\/ Índice de refracción ---- ~ .......:::::..:----- - __:::..=:?,-- -- del med to = 11 1 . . -------- \' 1 . Fibra con índice ' de refracc ión 11 1 Apertura numérica = 113 si n e = ,¡ 11T + ni 11 1 > 11 2 > n 3 FIGURA 7.37 Esquema de la trayectoria de la luz a través de una fibra óptica.