Principios de análisis instrumental

278 Capítulo 12 Espectrometría atómica de rayos X «< e: '0 ~ 108 o o. "' " e: o ~ 10 6 " ..., " "O 2 <!) E 10 4 ':::l z Rayos X de 0.6 Á Región Geiger Región -----+---- de conteo 1 1 1 1 1 v3 v4 Región de la cámara de ionización 0~------~------L-----~L_----~ o 400 800 1200 1600 Voltaje aplicado, V FIGURA 12.11 Amplificación gaseosa de varios tipos de detectores . de gas. En la región de conteo proporcional entre V 3 y V 4 , la cantidad de electrones aumenta con rapidez con el voltaje apl icado. Este aumento es resultado de la producción de pares iónicos secunda– rios a causa de los choques entre los electrones acelerados y las moléculas de gas. En estas condiciones se amplifica la corriente iónica (amplificación gaseosa). En el intervalo Geiger de V 5 a V 6 , la amplificación del pulso eléctrico es enorme, pero está limitada por la carga espacial posi– tiva creada por el movimiento más rápido de los electrones que se alejan de los iones positivos más lentos. Debido a este efecto, la cantidad de electrones que alcanza el ánodo es independiente del tipo de radiación que llega y de su energía, pero sí está determi– nada por la forma del tubo y la presión del gas en éste. En la figura 12.11 se muestra también que la radiación más energética de 0.6 Á produce un número mayor de electrones que los rayos X de longitud de onda más larga de 5 Á. Por con– siguiente, el tamaño del pulso (es decir, su altura) es mayor para rayos X de alta frecuencia que para rayos X de baja frecuencia. Tubo Geiger El tubo Geiger es un transductor de gas que opera en la región de potencial comprendida entre V 5 y V 6 de la figura 12.11. En este caso, la amplificación gaseosa es superior a 10 9 . Cada fotón pro– duce un alud de electrones y cationes; por lo que las corrientes resultantes son grandes y relativamente fáciles de detectar y medir. La conducción de la corriente eléctrica a través de una cámara que opera en la región Geiger, así como en la región pro– porcional, no es continua porque la carga espacial que se men– cionó antes interrumpe el flujo de electrones hacia el ánodo. El efecto neto es un pulso de corriente momentáneo seguido de un intervalo durante el cual el tubo no conduce. Antes de que rei– nicie la conducción, esta carga espacial se tiene que disipar con la migración de los cationes hacia las paredes de la cámara. Durante el tiempo muerto, en el que el tubo no es conductor, es imposi– ble que se dé una respuesta a la radiación; por tanto, el tiempo muerto representa el límite inferior en el tiempo de respuesta del tubo. El tiempo muerto de un tubo Geiger oscila entre 50 y 200 f1S. Por lo general, los tubos Geiger están llenos de argón; tam– bién está presente una pequeña concentración de un gas de extin– ción orgánico, a menudo alcohol o metano, para reducir al mínimo la producción de electrones secundarios cuando los cationes cho– can contra las paredes de la cámara. El tiempo de vida de un tubo está limitado a unos 10 8 a 10 9 conteos, que es cuando el gas se agota. Con un tubo Geiger la intensidad de la radiación se deter– mina mediante el conteo de los pulsos de corriente. El dispositivo se puede aplicar a todos los tipos de radiación-X y nuclear. Sin embargo, carece del amplio intervalo de conteo de otros detec– tores debido a su tiempo muerto relativamente largo. Este hecho limita su uso en los espectrómetros de rayos X. Las aplicaciones cuantitativas de los transductores de tubo Geiger disminuyeron, pero es frecuente encontrarlos todavía en los instrumentos por– tátiles. Contadores proporcionales El contador proporcional es un transductor lleno de gas que fun– ciona en la región de potencial entre v3 y v4 de la figura 12.11. En esta región, el pulso producido por un fotón se amplifica por un factor de 500 a 10 000, pero el número de iones positivos pro– ducido es tan pequeño que el tiempo muerto es de sólo 1 f1S. En general, los pulsos de un tubo contador proporcional se tienen que amplificar antes de ser contados. La cantidad de electrones por pulso, que es proporcional a la altura del pulso, producida en la región proporcional, depende directamente de la energía y, por tanto, de la frecuencia de la radia– ción que llega. Un contador proporcional se puede hacer sensible a un intervalo restringido de frecuencias de rayos X mediante un analizador de alturas de pulso, el cual cuenta un pulso sólo si su amplitud está dentro de ciertos límites. De hecho, un analizador de alturas de pulsos permite seleccionar de manera electrónica la radiación; su función es parecida a la de un monocromador. Los contadores proporcionales se han utilizado mucho como detectores en los espectrómetros de rayos X. Cámaras de ionización Las cámaras de ionización trabajan en el intervalo de potencial comprendido entre V 1 y V 2 de la figura 12.1l.En este caso, las corrientes son pequeñas (10 - 13 a 10 - 16 Á casi siempre) y relativa– mente independientes del voltaje aplicado. Las cámaras de ioni– zación no son útiles en la espectrometría de rayos X debido a que carecen de sensibilidad. Sin embargo, se usan en las mediciones radioquímicas, que se tratan en el capítulo 32. Contadores de centelleo La luminiscencia que se produce cuando la radiación choca con una sustancia luminiscente, también llamada luminóforo o cente-