ESPECTROSCOPIA OPTICA

1. ESPECTROSCOPIA OPTICA Análisis Instrumental Lic. Rodolfo Orozco

2. Componentes Opticos de los instrumentos • Fuentes de radiación • Selectores de longitud de onda • Recipientes para muestras • Detectores de radiación

3. Fuentes de radiación CARACTERISTICAS • Suficiente potencia (en especial para fluorescencia) • Estable. (estabilizador que corríge las variaciones de la radiación, o un sistema de doble haz, corrige las fluctuaciones)

4. Fuentes de radiación

5. CLASIFICACION • Fuentes continuas: Emiten radiación cuya intensidad varia de forma gradual con la longitud de onda. • Permiten hacer barridos para seleccionar la longitud de onda • Utilizadas en espectroscopía de absorción y de fluorescencia molecular. • UV = Deuterio o hidrógeno • Visible = Tungsteno o Wolframio • IR = Sólido incandescente.

6. Lámpara de deuterio Lámpara de tungsteno Cátodo Ánodo D2 + 

7. Fuentes de líneas: Emiten un numero limitado de bandas de radiación abarcando un intervalo muy reducido de longitudes de onda (casi monocromática). Son mas especificas, y se usan ampliamente en espectroscopía de absorción atómica y fluorescencia atómica (se utiliza una lampara para cada elemento) Ej. Cátodo hueco y descarga sin electrodos)

8. SELECTORES DE LONGITUD DE ONDA • Idealmente la radiaciondebe ser monocromatica • No existeningun selector que lo cumpla • Banda:grupolimitado y continuo de longitudes de ondaestrechas • Entre másestrecha, mayor es la sensibilidad, la selectividad y la linealidad del método: mejorresolución.

9. Filtros de absorción • Región visible • + baratos • Absorbenciertaszonas del espectro (Coloreados) • Vidriocoloreado (mayor estabilidadtermica) • Suspension de colorante en gelatinadentro de placas de vidrio • Anchos de banda entre 30 y 250 nm

10. Filtros de Interferencia * Producenbandasestrechas de radiación 15 – 45 Ao, trabajanenlaregión UV-VIS e IR • Dielectricotransparente (CaF2 o MgF2) dentro de dos peliculasmetalicassemitransparentescubiertas de vidrio u otro material transparente • Al incidirsobre el filtro, la longitud de ondadeseada se refleja en fase con la radiaciónincidente (interferenciadestructiva)

11. Filtros de interferencia en forma de cuña (UV-visible) • Las placastienenunalongitud de 50- 200mm • Hay cuñasparalasregiones visible e IR • Par de placasespeculares, transparentes, separadaspor material dielectrico en forma de cuña La longitud de onda transmitida depende del espesor. Ancho de banda = 10-20 nm

13. Monocromadores Barrido de espectro:“variación de la longitud de onda de forma continua y en un ampliointervalo”. • Monocromadoresseleccionan la longitud de onda (banda) requerida y puedenrealizar el barrido del espectroparaseleccionar la longitud de trabajo. • Los monocromadores están diseñados en base a los fenómenos ópticos de refracción y difracción de la luz.

14. Tipos de Monocromadores MONOCROMADOR DE PRISMA - TIPO BUNSEN l l . . . . 1 2 l 2 l 1 MONOCROMADOR DE RED - TIPO CZERNEY-TURNER l l l . . . 1 2 3 l 1 Las rendijas son dos piezas de metal de bordes agudos colocados paralelamente y en el mismo plano

15. 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

16. Redes de Difracción *Consisten en una superficie pulida que posee una serie de hendiduras o grabados 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 se obtiene y mejor será la separación de longitudes de onda

17. De prisma • Los prismasdispersan la radiacion de la region UV, vis o IR. • Las regionesquedispersandependen del material del queestenconstituidos. • La refracción en las dos carasdalugar a la dispersion angular de la radiación.

18. Selectores de longitud de onda MONOCROMADORES

19. RECIPIENTES PARA MUESTRAS • La mayor parte de las aplicaciones espectrofotométricas utiliza las muestras en solución líquida, por esta razón se requieren recipientes para colocar la muestra (celdas o cubetas) • No deberán tener defectos ópticos y se deben colocar en la misma posición para compensar las irregularidades de la celda • La celda debe transmitir el 100% de la energía radiante en la zona espectral de trabajo.

20. Región UV = cuarzo ó sílice fundida (200–2,000 nm) • Región VIS = vidrio ó plástico (350–2000 nm) • Región IR = NaCl, KBr, AgCl, TlBr ó TlI ( > 800 nm ) • El grosor de cubeta más utiloizado para el trabajo en las regiones UV-VIS es 1 cm (otras son: 2, 5 y 10 cm).

21. DETECTORES DE RADIACION • Propiedades del detector ideal • Ampliointervalo de longitudes de onda • Elevadasensibilidad • Elevadarelacionseñal/ruido • Respuestaconstante • Tiempo de respuestarapido • Minima señal de salida en ausencia de iluminacion • Señaldirectamenteproporcional a P

22. Tipos de Detectores de Radiación • Detectores de fotones o fotoelectricos • Superficiequeabsorberadiacion y luegoemiteelectronesdesarrollandofotocorriente o aumentando la conductividadelectrica. • UV, Vis e IR cercana • Celdasfotovalticas • Fototubos • Fotodiodos • Tubosfotomultiplicadores

23. Fototubo Foto Diodo Celda fotovoltaica

24. 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