Principios de análisis instrumental

})) 1( Instrumentos para análisis 5 Fototransductor Rayo láser Flujo de información Emisión de fluorescencia Agua tónica (analito) Intensidad Intensidad de - fluorescencia de la fuente del analito Resistor Voltímetro digital óptico a) Corriente [-------- eléctrica [-------- Potencial [-------- Número 1 V b) Regido por Leyes de la quími ca y la física Función de transferencia del transductor Ley de Ohm V= IR Función de transferencia del medidor e) FIGURA 1.3 Diagrama de bloques de un fluorímetro en el que se observa a) un diagrama general del instru– mento, b) una representación esquemática del flujo de información a través de varios dominios de datos en el instrumento y e) las reg las que rigen las transformaciones de los dominios de los datos durante el proceso de medición. molecular de una muestra de agua tónica que contiene trazas de quinina; también, de manera general, algunas de las conversio– nes de los dominios de los datos que son necesarias para llegar a conocer una cantidad relacionada con la intensidad. La intensidad de la fluorescencia es importante en este con– texto porque es proporcional a la concentración de la quinina en el agua tónica, la cual es en última instancia la información que buscamos. La información empieza en la resolución del agua tónica como la concentración de la quinina. Esta información se extrae de la muestra aplicando un estímulo en la forma de ener– gía electromagnética mediante el rayo láser de la figura 1.3. La radiación interactúa con las moléculas de quinina que están en el agua tónica, con lo cual se produce una emisión de fluorescencia en una región del espectro característica de la quinina y de una magnitud que es proporcional a su concentración. La radiación que no se relaciona con la concentración de la quinina se elimina del haz luminoso mediante un filtro óptico, como se puede ver en la figura 1.3. La intensidad de la emisión de fluorescencia, que es información no eléctrica, se codifica en una señal eléc– trica mediante un dispositivo especial que se llama transductor de entrada. El tipo particular de transductor que se utiliza en este experimento es un fototransductor, del cual hay numerosos tipos. Algunos se tratan en los capítulos 6 y 7. En este ejemplo, el trans– ductor de entrada transforma la fluorescencia del agua tónica en una corriente eléctrica I, proporcional a la intensidad de la radia– ción. La relación matemática entre la salida eléctrica y la energía radiante de entrada que choca sobre la superficie se llama función de transferencia del transductor. La corriente proveniente del fototransductor pasa enton– ces por la resistencia R, que, según la ley de Ohm, produce un voltaje o potencial V que es proporcional a J, la cual es a su vez proporcional a la intensidad de la fluorescencia. Por último, V se mide con el voltímetro digital para obtener una lectura que es proporcional a la concentración de la quinina contenida en la muestra. Los voltímetros, las pantallas alfanuméricas, los motores eléctricos, las pantallas de los monitores y muchos otros dispo– sitivos que sirven para convertir datos de los dominios eléctricos en datos de los dominios no eléctricos se llaman transductores de salida. El voltímetro digital del fluorímetro de la figura 1.3 es un transductor complejo que transforma el potencial o voltaje V en un número que aparece en una pantalla de cristal líquido, de modo que lo pueda leer e interpretar el usuario del instrumento. Se estudiarán en forma minuciosa los voltímetros digitales y otros circuitos diversos y señales eléctricas de los capítulos 2 a 4. Señales del dominio analógico La información del dominio analógico se codifica como la mag– nitud de una de las cantidades eléctricas: voltaje, corriente, carga o potencia. Estas cantidades son continuas en amplitud y tiempo, como se puede ver en las señales analógicas características de la figura 1.4. Las magnitudes de las cantidades analógicas son medí– bies en forma continua, o bien, se pueden muestrear en puntos específicos en el tiempo de acuerdo con las necesidades de un experimento particular o método instrumental, como se discute en el capítulo 4. Aunque los datos de la figura 1.4 se registran en función del tiempo, cualquier variable, como longitud de onda, potencia del campo magnético o temperatura podría ser la varia– ble independiente en circunstancias determinadas. La correlación de dos señales analógicas que resultan de la medición correspon– diente de propiedades físicas o químicas es importante en una amplia variedad de técnicas instrumentales, como la espectros– copia de resonancia magnética, la espectroscopia IR y el análisis térmico diferencial.