Principios de análisis instrumental

cuántica se utiliza para detectar metano mediante el barrido a través de varias de sus líneas de rotación en la región de 3.3 ¡.Lm. Ambos láseres se utilizan en el espectrómetro láser sintonizable de dos canales (TLS, por sus siglas en inglés) de Curiosity que puede lograr una resolución espectral de 0.00002 cm - I. El metano se determina por la diferencia en las señales de absorción obte– nidas de una celda de muestra cerrada llena con la atmósfera de Marte y la misma celda evacuada por medio de una bomba tur– bo-molecular. La cantidad de metano detectado proveniente de una fuente química en la atmósfera marciana y cuánto proviene del mismo móvil sigue siendo una pregunta abierta. 16C.2 Transductores de infrarrojo Los transductores de infrarrojo son de tres tipos generales: l) transductores piroeléctricos, 2) transductores fotoconductores y 3) transductores térmicos. Por lo común, el primero está ins– talado en fotómetros, espectrofotómetros IR de transformada de Fourier y en espectrofotómetros dispersivos. Los transductores fotoconductores están en muchos instrumentos IR de transfor– mada de Fourier. Los viejos instrumentos dispersivos están equi– pados con detectores térmicos, los cuales son muy lentos para usarlos en espectrofotómetros IR de transformada de Fourier. Transductores piroeléctricos Los transductores piroeléctricos se construyen con láminas cris– talinas ( wafers) de materiales piroeléctricos, que son aislantes (materiales dieléctricos) con propiedades térmicas y eléctricas especiales. El sulfato de triglicina (NH 2 CH 2 COOHh- H 2 S0 4 por lo general deuterado o con una fracción de glicina reemplazada con alanina, es el material piroeléctrico más importante que se utiliza en los sistemas de detección infrarroja. Cuando se aplica un campo eléctrico a un material dieléctrico tiene lugar la polarización eléctrica, cuya magnitud es función de la constante dieléctrica del material. Para la mayoría de los dieléc– tricos esta polarización inducida disminuye a cero cuando se eli– mina el campo externo. En cambio, las sustancias piroeléctricas conservan una fuerte polarización dependiente de la temperatura después de eliminar el campo. Por consiguiente, al colocar el cris– tal piroeléctrico entre dos electrodos, uno de los cuales es trans– parente a la radiación infrarroja, se obtiene un condensador que depende de la temperatura. Al cambiar su temperatura mediante la radiación infrarroja se modifica la distribución de carga a tra– vés del cristal, lo que se puede detectar como una corriente en un circuito eléctrico externo que conecta las dos caras del conden– sador. La magnitud de esta corriente es proporcional al área de la superficie del cristal y a la razón de cambio de la polarización respecto a la temperatura. Los cristales piroeléctricos pierden su polarización residual cuando al calentarse alcanzan una tempera– tura denominada punto de Curie. Para el sulfato de triglicina el punto de Curie es 47 oc. Los transductores piroeléctricos manifiestan tiempos de respuesta que son suficientemente rápidos para facilitar el rastreo de los cambios en la seflal en el dominio del tiempo procedente de un interferómetro. Por esta razón, muchos espec– trómetros IR de transformada de Fourier para la región IR inter– media utilizan este tipo de transductor. )}) 16( Fuentes y transductores de infrarrojo 399 Transductores fotoconductores Los transductores fotoconductores de IR constan de una delgada película de un material semiconductor, como sulfuro de plomo, telururo de cadmio-telururo de mercurio o antimoniuro de indio, depositada sobre una superficie de vidrio no conductora y sellada, colocada en una cámara al vacío para proteger al semi– conductor contra la atmósfera. En estos materiales, la absorción de radiación impulsa electrones de valencia no conductores hacia estados conductores de mayor energía, disminuyendo así la resis– tencia eléctrica del semiconductor. Por lo común, un fotocon– ductor se coloca en serie con una fuente de voltaje y un resistor de carga, y la caída de voltaje en el resistor de carga sirve como medida de la potencia del haz de radiación. Los fotoconductores de sulfuro de plomo son los transduc– tores que más se utilizan para la región espectral del infrarrojo cercano de 10 000 a 333 cm- 1 (del a 3 ¡.Lm). Pueden funcionar a temperatura ambiente. Los transductores fotoconductores de telururo de cadmio-telururo de mercurio se utilizan para la radia– ción del infrarrojo medio y lejano. Estos detectores se deben de enfriar con nitrógeno líquido (77 K) para reducir al mínimo el ruido térmico. Las longitudes de onda de corte y otras muchas propiedades de estos transductores dependen de la relación telururo de mercurio-telururo de cadmio, la cual se puede modi– ficar en forma continua. El transductor de telururo de cadmio-telururo de mercu– rio es más rápido y más sensible que el transductor de sulfato de triglicina que se trató en la sección anterior. Por esta razón, el transductor de telururo de cadmio-telururo de mercurio se aplica también en los espectrómetros IR de transformada de Fourier, en particular en los que requieren tiempos de respuesta rápidos, como los espectrómetros para cromatografía de gases y aquellos para mediciones cinéticas. Transductores térmicos Los transductores térmicos, cuya respuesta depende del efecto calorífico de la radiación, forman parte de los antiguos espec– trómetros dispersivos para detectar las longitudes de onda del infrarrojo, excepto para las más cortas. Con estos dispositivos, un pequeño cuerpo negro absorbe la radiación y se mide la tem– peratura resultante. La potencia radiante del haz de un espectro– fotómetro es muy baja (10 - 7 a 10 - 9 W), por lo que la capacidad calorífica del elemento absorbente debe ser lo más pequeña posi– ble para producir un cambio de temperatura detectable. En las mejores circunstancias, los cambios de temperatura se limitan a unas pocas milésimas de kelvin. El problema de medir la radiación infrarroja por medios tér– micos se complica por el ruido térmico del medio circundante. Por esta razón los transductores térmicos se mantienen al vacío y se protegen con cuidado contra la radiación térmica emitida por otros objetos cercanos. Para reducir al mínimo los efectos de fuentes caloríficas extrañas, el haz de la fuente se divide mediante un troceador. De esta forma, la señal del analito, después de la transformación, tiene la frecuencia del troceador y se puede sepa– rar por medios electrónicos de las seflales de ruido extrañas, las cuales son de ordinario de banda ancha o varían solo con lentitud respecto al tiempo.