Instrumentación Básica en Espectroscopía: Componentes y Aplicaciones

Instrumentación Básica en Espectroscopía

1. Fuente de Radiación

Las fuentes de radiación pueden ser:

• Continuas: La potencia de variación no varía bruscamente con la longitud de onda.
  • Lámparas de Wolframio: Están constituidas por un filamento de Wolframio (W). Este filamento se calienta hasta la incandescencia mediante energía eléctrica. Se calienta hasta 2500K y emite desde una longitud de onda de 1350 a 2200 nm.
  • Lámparas de Wolframio-Halógeno: Poseen una cubierta de cuarzo con un poco de yodo que protege al Wolframio. Alcanzan temperaturas de hasta 3500K, lo que les permite emitir luz con intensidades más elevadas.
  • Lámpara de arco de Deuterio (W): Consiste en un tubo cilíndrico inmerso en una atmósfera de deuterio a baja presión. Una descarga eléctrica hace que el deuterio se disocie y emita radiación entre 160 y 400 nm.
• Discontinuas:
  • Lámparas de cátodo hueco: Emiten radiación monocromática con una intensidad muy elevada (superior a la de otras fuentes). Emiten radiación cromatográfica a una longitud de onda específica, siendo válidas para una sola especie.

2. Selector de Longitud de Onda

• Monocromadores o filtros: El monocromador aísla la banda de longitud de onda deseada (intervalo) y solo se detecta a esa longitud de onda. Emplean una rejilla para dispersar la longitud de onda y aislar la que nos interese. Se utilizan rejillas de difracción (prisma o red de reflexión). Los filtros de interferencia son capaces de transmitir un ancho de banda entre 2 y 20 nm, pero cada filtro solo aísla una banda concreta. Para otra longitud de onda, se cambia el filtro.
• Espectrógrafos: Son capaces de dispersar las longitudes de onda para que después incidan en un detector multicanal compuesto por distintos detectores.

3. Portamuestras

Se utilizan celdas que tienen 1 cm de ancho, usualmente fabricadas en cuarzo o en vidrio. Las de cuarzo son adecuadas para UV, ya que el vidrio no deja pasar la radiación UV, solo la visible. Si la disolución tiene un pH mayor a 7, se usan celdas de plástico. Se utilizan para medir absorción si la celda tiene dos caras ópticas pulidas. Para emisión, se requieren cuatro caras ópticas pulidas.

4. Detector

• Tubos fotomultiplicadores: Son series de fototubos constituidos por un cátodo semicilíndrico y un ánodo de alambre. Ambos están sellados al vacío dentro de una cubeta transparente de cuarzo o de vidrio. La superficie cóncava del cátodo está recubierta de una sustancia fotoemisora (metal alcalino). Cuando sobre el cátodo incide radiación, la superficie emite electrones que emigran hacia el ánodo, generando una corriente eléctrica.
• Filtros de diodos (fotodiodos): Son semiconductores (serie de dispositivos semiconductores) formados por uniones de dos tipos de semiconductores: un semiconductor P y otro semiconductor N (unión PN). El semiconductor N está normalmente contaminado con elementos del grupo V, mientras que en los semiconductores P, el silicio está contaminado con elementos del grupo II. Ambos tienen bastante silicio. Cuando sobre una unión PN se establece una diferencia de potencial, aparece una corriente eléctrica que se relaciona con la radiación incidente con una longitud de onda. Están formados por uniones grandes de detectores PN, que suelen tener 1000 o más fotodiodos. Forman un circuito donde cada longitud de onda puede incidir en una unión PN.

5. Tipos de Haz

• Haz simple: Son adecuados para hacer medidas cuantitativas a una longitud de onda.
• Doble haz: Se usa un haz que atraviesa la muestra y un haz de referencia. Están constituidos por un sistema de espejos sincronizados que permiten dividir el haz en dos y compararlos. Se utiliza cuando es importante eliminar la radiación parásita.

Espectroscopía de Emisión Molecular

Puede ser no radiante o radiante. Si hay emisión, se utilizan métodos donde hay absorción previa, y el proceso se llama fotoluminiscencia.

• Métodos fotoluminiscentes:
  • Fluorescencia: Tiempo de vida de 5 a 10 nanosegundos.
  • Fosforescencia: Tiempo de vida de minutos a horas.

Fluorímetros: Como selector de longitud de onda, usan un monocromador. La fuente de radiación suele ser una lámpara de Xenón o un láser. El detector está a 90 grados de la fuente de radiación.