Sistemas Ópticos usados en Espectroscopía - Parte 2

[0:00]Estimados estudiantes, continuemos analizando las características de los sistemas ópticos utilizados en espectroscopia. En el video anterior nosotros establecimos las características generales de los selectores de longitud de onda. Para culminar este componente, vamos a definir un parámetro importante asociado a la calidad del mismo, ¿sí? La resolución de un selector de longitud de onda es es un parámetro que nos indica su capacidad de dispersar la radiación. Como ya vimos en el video anterior, tanto los eh selectores de filtro como los de interferencia, no son capaces de discriminar adecuadamente más que regiones del espectro electromagnético en la región ultravioleta visible, ¿sí? En cambio, un monocromador tiene componentes ópticos que le permiten dispersar la radiación en una mayor cantidad de longitudes de onda, ¿sí? Para cuantificar la resolución de un monocromador, nosotros vamos a obtener el promedio entre las dos líneas, tomando como un ejemplo de todas las varias líneas que discrimina este monocromador, vamos a escoger dos, ¿sí? Y tomaremos el promedio y lo dividiremos para la diferencia entre la longitud de onda de estas dos líneas. Mientras menor sea la diferencia entre las dos líneas que puede discriminar este monocromador, mayor será su resolución. Recordemos también que los monocromadores tenían componentes ópticos, si el monocromador tiene un componente óptico de tipo prisma. El poder resolutorio de un prisma va a ser igual al grosor de la base del prisma, multiplicado por una razón. Esta razón está en función del índice de refracción del material del prisma, dividido asimismo por la diferencia de las longitudes de onda. Entonces, evidentemente si nosotros colocamos como parámetro el índice de refracción, la resolución de un prisma va a estar asociada al material del cual está hecho. El índice de refracción depende del material que constituye este prisma. En el caso en cambio de las redes de difracción, ya habíamos establecido que la calidad de una red de difracción está asociada en cambio al número de surcos que han sido cavados en este componente óptico, ¿sí? Por consiguiente, la resolución de una red de difracción va a estar asociada al orden de difracción, que es un parámetro óptico, multiplicado por el número de surcos. A mayor cantidad de surcos, mejor va a ser la resolución de una red de difracción. Habiendo ya establecido este parámetro de calidad, podemos continuar con los componentes de los equipos de espectroscopia óptica. Y uno muy importante, en el cual debemos tener conocimientos sobre todo para diseñar técnicas y para aplicar correctamente tanto para espectroscopia cuantitativa como cualitativa, son los tipos de recipientes portamuestras. En espectroscopia ultravioleta visible, normalmente utilizamos celdas, dado que la medición de la absorción o emisión de radiación se hace en soluciones. Nuestro analito debe estar a una solución de concentración conocida, como nosotros ya sabemos. Entonces, la celda estándar utilizada para este tipo de aplicaciones, normalmente tiene un espesor de un milímetro, ¿sí? Y los materiales pueden ser cuarzo, en el caso de que se quiera trabajar exclusivamente en la región ultravioleta, ¿sí? O vidrio si se quiere trabajar exclusivamente en la región del visible, ¿sí? Nosotros miramos esta esta imagen y vemos que la celda tiene dos lados transparentes y dos lados opacos. Normalmente nosotros manipulamos la celda, la tomamos de los lados opacos y colocamos esta región, que es totalmente transparente para que por aquí atraviese la radiación. Esta región transparente no debe tener ninguna mancha, ninguna defecto que pueda producir la difracción de la radiación. Así mismo, otro error que puede suceder es que yo no tenga disponibles los 4 ml de solución y la llene a la mitad. Ahí es posible que al atravesar la radiación por el cambio entre el medio que es el aire y la solución, genere dispersión de radiación. Entonces, no se aconseja utilizar las celdas a medio volumen, siempre totalmente llenas, siempre manipularlas por los lados opacos y asegurarse que los lados transparentes sean absolutamente limpios y sin ningún defecto óptico. Si hay pisaduras, si hay algún problema, hay que desechar las celdas, sean estas de cuarzo o de vidrio. Las celdas de plástico tienen la ventaja de que son mucho más baratas y deben ser desechables. Yo he visto algunos laboratorios en que reciclan las celdas de plástico y eso no es conveniente, porque ya en su uso pueden quedar con con residuos de otra muestra, etcétera. Y las celdas de vidrio también se utilizan exclusivamente en la región visible, ¿sí? Esta celda que está en esta imagen tiene la ventaja que su volumen es reducido. Si ustedes se fijan, aquí se ha hecho un cabado central, ¿sí? Que permite colocar menos cantidad de muestra, no obstante, las dimensiones de esta celda son las mismas que de la celda estándar. Entonces, esto es una alternativa en el caso de que nuestras investigaciones, de nuestro trabajo, dispongamos de poca cantidad de muestra, ¿sí? Y esta celda cilíndrica, en cambio, es una celda característica para obtener parámetros, como justamente el índice de refracción o el ángulo de dispersión de la luz en polarimetría. En cambio, en la región del infrarrojo se utilizan otros eh otras técnicas para preparar la muestra, que las vamos a ver detalladamente cuando veamos tipo de espectrometría. Solamente vamos a adelantar que compuestos como el cloruro de sodio y el bromuro de potasio permiten justamente el paso de energía en esta región y se utilizan como eh medios para preparar las muestras en espectroscopia infrarroja. Ahora, ya hemos logrado establecer una energía estable a las longitudes de onda características. Ha atravesado nuestra muestra y se ha generado ya el fenómeno de absorción o emisión de radiación. Ahora lo importante es tener un componente que sea capaz de detectar esta corriente de fotones, resultado del fenómeno de absorción o emisión de radiación. Entonces, el detector es un componente muy importante y debe tener ciertas características. En primer lugar, tiene que ser capaz de detectar la energía en un intervalo amplio de longitudes de onda. Debe ser muy sensible, tiene que discriminar la señal del ruido que todos los equipos lo producen, ¿sí? Debe tener una respuesta constante y rápida y además la señal tiene que ser directamente proporcional a la radiación que está incidiendo en el detector. Aquí está un esquema muy general de un detector de tipo fototubo, en el cual, justamente, los rayos, la corriente de fotones emitida, luego de haber atravesado la muestra, se libera en el polo positivo de este detector y se amplifica, justamente, en este juego o en este set de superficies tipo dinodos. Entonces, estas van a amplificar proporcionalmente la corriente de fotones hasta que sea capaz de generar una lectura que permita traducir justamente la absorción en nuestro dato que necesitamos para el análisis, ¿sí? Otros tipos de detectores se conoce como detector de fotones, en este también el fenómeno es similar. El fotón ingresa a este detector y se va amplificando justamente en este juego o en este set de superficies tipo dinodos. Entonces, estas van a amplificar proporcionalmente la corriente de fotones hasta que sea capaz de generar una lectura que permita traducir justamente la absorción en nuestro dato que necesitamos para el análisis, ¿sí? En el caso del espectroscopia infrarroja, como nosotros tenemos un fenómeno que está asociado a otra región del espectro electromagnético que no permite justamente la generación de chorros de fotones, ¿sí? Aquí la absorción de energía se detecta en forma de calor, ¿sí? Entonces, para resumir, aquí tenemos este cuadro, donde están todos los detectores, los de tipo fototubos van a trabajar en la región del ultravioleta visible, ¿sí? Y pueden ser los que estamos revisando aquí, fototubos, fotomultiplicadores, fotodiodos o celdas fotoconductoras. En cambio, los detectores térmicos van a ser termocuplas o termopares, bolómetros, celdas neumáticas o celdas piroeléctricas. Y, como pueden ver, los rangos de longitudes de onda son mayores, es decir, corresponden al infrarrojo. El último paso que nosotros necesitamos es que esta señal amplificada se transforme en una señal que permita interpretar el fenómeno de absorción o emisión, ¿sí? Entonces, evidentemente, los lectores nos van a decir cuánta energía ha sido absorbida o emitida por nuestra muestra, ¿sí? En el caso de los equipos de espectroscopia ultravioleta visible, los lectores pueden ser, incluso, como vimos en el primer video del equipo tan clásico, el Spectronic 20, puede ser un sistema como el que estamos viendo en esta imagen con una aguja que se, que se detenga, justamente, en el punto donde se marque la absorbancia o la transmitancia correspondiente. O puede ser un display que me dé la lectura, ¿sí? Y esto me permite, pues, saber cuánta absorbancia o cuánta transmitancia ha generado el analito de interés, ¿sí? Y también existe una salida gráfica en el caso de la espectroscopia infrarroja y del ultravioleta también, si es el caso de nuestro interés, podemos generar un espectro que nos va a dar mucha información en el caso de la infrarroja de de grupos funcionales de las moléculas y en el caso de la ultravioleta del máximo de absorción de nuestro analito, ¿sí? Por último, vamos a hacer una discriminación entre dos tipos de óptica que se pueden generar en los equipos de espectroscopia ultravioleta visible, ¿sí? Está la óptica mono haz versus la óptica de doble haz. Si ustedes recuerdan, al iniciar el video uno, nosotros habíamos visto un esquema de un equipo mono haz. Y, justamente, los equipos mono haz se caracterizan porque la lámpara emite una sola corriente, un solo haz de luz, ¿verdad?, que incide en la muestra. Estos son, normalmente, este diseño de equipos normalmente se utiliza para los métodos de emisión, ¿sí? Entonces, la, el haz de luz incide directamente en la muestra, ¿sí? En cambio, la óptica doble haz tiene una característica importante. La radiación desde la fuente se divide en dos haces de igual intensidad, la luz de referencia y la luz de muestra. Una luz atraviesa la muestra y otra una celda idéntica con el solvente. La combinación de estos dos haces corrige variaciones de intensidad de la luz. Aquí hay que establecer algo muy importante, la celda de muestra y la celda de referencia tienen que ser exactamente iguales. Si yo tengo un equipo de doble haz, tengo dos receptáculos para muestras, uno va a ser atravesado justamente por el haz de muestra y el haz de referencia tengo que colocar en los dos la misma celda de la misma marca, exactamente iguales, para que no haya diferencias por temas de construcción de las celdas, ¿sí? Y en una de las muestras, una de las celdas, perdón, va a ir la muestra, obviamente, y en otra va a ir el solvente en el cual yo diluí la muestra, ¿sí? Entonces, la ventaja de este tipo de sistema es que al hacer atravesar, justamente, al dividir estos dos eh este haz de luz en estos dos componentes, cualquier perturbación de la radiación va a ser balanceado, digamos, así, por este sistema de doble irradiación. Nosotros tenemos en el laboratorio de análisis instrumental un equipo de doble haz que cuando estemos juntos lo vamos a trabajar y ustedes van a ver estas características de este equipo. Yo les agradezco mucho su atención y estamos en contacto para desarrollar más actividades en este curso. Que tengan ustedes un excelente día. Gracias.