ESPECTROSCOPIA ESPECTROSCOPIA OPTICAOPTICA

Análisis InstrumentalLic. Rodolfo Orozco

Componentes Opticos de los Componentes Opticos de los instrumentosinstrumentos

Fuentes de radiaciónFuentes de radiación Selectores de longitud de ondaSelectores de longitud de onda

Recipientes para muestrasRecipientes para muestras Detectores de radiaciónDetectores de radiación

Fuentes de radiaciónFuentes de radiación

CARACTERISTICASCARACTERISTICAS

Suficiente potenciaSuficiente potencia (en especial (en especial para para fluorescenciafluorescencia))

Estable. (estabilizador que corrEstable. (estabilizador que corrííge las ge las variaciones de la radiación, o variaciones de la radiación, o unun sistema sistema de doble hazde doble haz,, corrige las fluctuaciones) corrige las fluctuaciones)

Fuentes de radiación

CLASIFICACIONCLASIFICACION

Fuentes continuasFuentes continuas: Emiten radiación : Emiten radiación cuya intensidad varia de forma gradual cuya intensidad varia de forma gradual con la longitud de onda.con la longitud de onda.

Permiten hacer barridos para Permiten hacer barridos para seleccionar la longitud de ondaseleccionar la longitud de onda

Utilizadas en espectroscopía de Utilizadas en espectroscopía de absorción y de fluorescencia molecular. absorción y de fluorescencia molecular.

UUV = Deuterio o hidrógenoV = Deuterio o hidrógeno

Visible = Tungsteno o WolframioVisible = Tungsteno o Wolframio

IIR = Sólido incandescente. R = Sólido incandescente.

Lámpara de deuterio

+

ÁnodoCátodo

D2

Lámpara Rango (nm)

Deuterio 190-340

Tungsteno 340-1100

Lámpara de tungsteno

Fuentes de líneasFuentes de líneas:: Emiten un numero Emiten un numero limitado de bandas de radiación limitado de bandas de radiación abarcando un intervalo muy reducido de abarcando un intervalo muy reducido de longitudes de onda (casi monocromática).longitudes de onda (casi monocromática).

Son mas especificas, y se usan Son mas especificas, y se usan ampliamente en espectroscopía de ampliamente en espectroscopía de absorción atómica y fluorescencia absorción atómica y fluorescencia atómicaatómica (se utiliza (se utiliza una lamparuna lamparaa para cada para cada elementoelemento))Ej. Cátodo hueco y descarga sin Ej. Cátodo hueco y descarga sin electrodos)electrodos)

SELECTORES DE SELECTORES DE LONGITUD DE ONDALONGITUD DE ONDA

Idealmente la radiacion debe ser monocromaticaIdealmente la radiacion debe ser monocromatica

No existe ningun selector que lo cumplaNo existe ningun selector que lo cumpla Banda:Banda: grupo limitado y continuo de grupo limitado y continuo de

longitudes de onda estrechaslongitudes de onda estrechas

• Entre más estrecha, mayor es la sensibilidad, la Entre más estrecha, mayor es la sensibilidad, la selectividad y la linealidad del método: selectividad y la linealidad del método: mejor resolución.mejor resolución.

Filtros de absorciónFiltros de absorción• Región visibleRegión visible• + baratos+ baratos• Absorben ciertas zonas del espectro Absorben ciertas zonas del espectro

(Coloreados)(Coloreados) Vidrio coloreado (mayor estabilidad Vidrio coloreado (mayor estabilidad

termica)termica) Suspension de colorante en gelatina dentro Suspension de colorante en gelatina dentro

de placas de vidriode placas de vidrio• Anchos de banda entre 30 y 250 nmAnchos de banda entre 30 y 250 nm

Filtros de Filtros de InterferenciaInterferencia

* * Producen bandas estrechas de radiación 15 – 45 AProducen bandas estrechas de radiación 15 – 45 Aoo, trabajan , trabajan enla región UV-VIS e IRenla región UV-VIS e IR

• Dielectrico transparente (CaFDielectrico transparente (CaF22 o MgF o MgF22) dentro de dos peliculas ) dentro de dos peliculas metalicas semitransparentes cubiertas de vidrio u otro material metalicas semitransparentes cubiertas de vidrio u otro material transparentetransparente

• Al incidir sobre el filtro, la longitud de onda deseada se refleja Al incidir sobre el filtro, la longitud de onda deseada se refleja en fase con la radiación incidente (interferencia destructiva)en fase con la radiación incidente (interferencia destructiva)

Filtros de interferencia en forma de cuña (UV-visible)

La longitud de onda transmitida depende del espesor. Ancho de banda = 10-20 nm

Par de placas especulares, transparentes, separadas por material dielectrico en forma de cuña

Las placas tienen una longitud de 50- 200mm

Hay cuñas para las regiones visible e IR

MonocromadoresMonocromadoresBarrido de espectroBarrido de espectro:: “variación de la longitud de onda “variación de la longitud de onda de forma continua y en un amplio intervalo”.de forma continua y en un amplio intervalo”.

• Monocromadores seleccionan la longitud de onda Monocromadores seleccionan la longitud de onda (banda) requerida y pueden realizar el barrido del (banda) requerida y pueden realizar el barrido del espectro para seleccionar la longitud de trabajo.espectro para seleccionar la longitud de trabajo.

Los monocromadores están diseñados en base a los Los monocromadores están diseñados en base a los fenómenos ópticos de refracción y difracción de la luzfenómenos ópticos de refracción y difracción de la luz. .

1 2 ....

1

2

1 2 3...

1

MONOCROMADOR DE PRISMA - TIPO BUNSEN

MONOCROMADOR DE RED - TIPO CZERNEY-TURNER

Tipos de Monocromadores

Las rendijas son dos piezas de metal de bordes agudos colocados paralelamente y en el mismo plano

Monocromador de Red

Se basan en que la radiación puede dispersarse dirigiendo el haz a traves de una red de transmisión o una superficie de una red de reflexion.Estas se fabrican a partir de una red patrón (Red Holográfica)La dispersion angular produce difracción

Redes de DifracciónRedes de Difracción

*Consisten en una superficie pulida que posee una serie de hendiduras ograbados en paralelo en su interior:Se caracterizan por el número de líneas o grabados/mm:300-2000 líneas/mm (UV-VIS)10-200 (IR)Cuanto mas juntas estén las líneas, mejor dispersión de luz seobtiene y mejor será la separación de longitudes de onda

•De prismaDe prisma

Los prismas dispersan la radiacion de la Los prismas dispersan la radiacion de la region UV, vis o IR.region UV, vis o IR.

Las regiones que dispersan dependen del Las regiones que dispersan dependen del material del que esten constituidos.material del que esten constituidos.

La refracción en las dos caras da lugar a la La refracción en las dos caras da lugar a la dispersion angular de la radiación.dispersion angular de la radiación.

Selectores de longitud de onda

Selector Ancho de banda (nm) Barrido espectral

Filtro de absorción 50-80 No

Filtro de interferencia caras paralelas

5-20 No

Fitro de interferencia cuña

5-20 Sí

Prisma 0.1-5 Sí

Red de difracción 0.1-5 Sí

MONOCROMADORES

RECIPIENTES PARA MUESTRASRECIPIENTES PARA MUESTRAS

La mayor parte de las aplicaciones La mayor parte de las aplicaciones espectrofotométricas utiliza las muestras en espectrofotométricas utiliza las muestras en solución líquida, por esta razón se requieren solución líquida, por esta razón se requieren recipientes para colocar la muestra (recipientes para colocar la muestra (celdasceldas o o cubetascubetas))

No deberán tener defectos ópticos y se No deberán tener defectos ópticos y se deben colocar en la misma posición para deben colocar en la misma posición para compensar las irregularidades de la celdacompensar las irregularidades de la celda

La celda debe transmitir el 100% de la La celda debe transmitir el 100% de la energía radiante en la zona espectral de energía radiante en la zona espectral de trabajo.trabajo.

Región UV = cuarzoRegión UV = cuarzo ó sílice fundida ó sílice fundida

(200–2,000 nm)(200–2,000 nm)

Región VIS = vidrioRegión VIS = vidrio ó plástico ó plástico (350–2000 nm)(350–2000 nm)

• Región IR = NaCl, KBr, AgCl, TlBr ó TlIRegión IR = NaCl, KBr, AgCl, TlBr ó TlI

( > 800 nm )( > 800 nm ) El grosor de cubeta El grosor de cubeta más utiloizado para el más utiloizado para el

trabajo en las regiones UV-VIS es 1 cm (otras trabajo en las regiones UV-VIS es 1 cm (otras son: 2, 5 y 10 cm).son: 2, 5 y 10 cm).

DETECTORES DE DETECTORES DE RADIACIONRADIACION

Propiedades del detector idealPropiedades del detector ideal• Amplio intervalo de longitudes de ondaAmplio intervalo de longitudes de onda

• Elevada sensibilidadElevada sensibilidad

• Elevada relacion señal/ruidoElevada relacion señal/ruido

• Respuesta constanteRespuesta constante

• Tiempo de respuesta rapidoTiempo de respuesta rapido

• Minima señal de salida en ausencia de Minima señal de salida en ausencia de iluminacioniluminacion

• Señal directamente proporcional a Señal directamente proporcional a PP

Tipos de Detectores de RadiaciónTipos de Detectores de Radiación

• Detectores de fotones o fotoelectricosDetectores de fotones o fotoelectricos Superficie que absorbe radiacion y luego emite Superficie que absorbe radiacion y luego emite

electrones desarrollando fotocorriente o aumentando la electrones desarrollando fotocorriente o aumentando la conductividad electrica.conductividad electrica.

UV, Vis e IR cercanaUV, Vis e IR cercanaCeldas fotovalticas Celdas fotovalticas Fototubos Fototubos FotodiodosFotodiodosTubos fotomultiplicadoresTubos fotomultiplicadores

Fototubo

Celda fotovoltaica Foto Diodo

B) Detectores de Calor Trabajan en la zona de radiación IR.

La energía NO es suficiente para arrancar los electrones de la ultima capa.

Ej. Termopar, Bolómetro, Piroelectrico y Célula de Golay