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TEMA 7
COMPONENTES DE LOS
INSTRUMENTOS
ESPECTROSCÓPICOS
7.1 Introducción
7.2 Instrumentación
7.1. INTRODUCCIÓN
Fuente estable de energía radiante.
Selector de longitudes de onda que permite el aislamiento
de una región reducida de .
Uno o más recipientes con la muestra.
Detector de la radiación o transductor: convierte la
energía radiante en una señal medible.
Procesador y lector de la señal.
COMPONENTES BASICOS DE UN ESPECTROMETRO Vis-UV
a)
1
b)
2
1
FUENTE DE RADIACIÓN o LÁMPARA
2
SISTEMA ÓPTICO
a) Sistema para dirigir la radiación
3
b) Sistema de aislamiento de la longitud de onda
3
RECIPIENTE PARA LA MUESTRA (GENERALMENTE LÍQUIDA)
4
SISTEMA DE DETECCIÓN (TRANSDUCTOR DE LA RADIACIÓN)
4
7.1. INTRODUCCIÓN
Espectroscopia de emisión
Espectroscopia de absorción
Espec. de fluorescencia
Componentes de varios tipos de instrumentos de espectroscopía
óptica: (a) espectroscopía de emisión; (b) espectroscopía de
absorción; (c) espectroscopía de fluorescencia y de dispersión.
7.2. INSTRUMENTACIÓN
FUENTES ESPECTROSCÓPICAS
Deben proporcionar una RADIACIÓN que sea tanto intensa como
estable en la región deseada del espectro electromagnético.
Facilitar la detección y medida del analito.
Se clasifican en:
 Continuas
Son aquellas que emiten radiaciones de todas las  dentro de una
región espectral.
Van a emitir radiaciones cuya intensidad varía sólo de forma gradual en
función de la .
Lámpara de H2 y D2
Lámpara de filamento de
Wolframio o Tungsteno
Lámpara de Xenón
 Línea
Es aquella que sólo emite radiaciones de determinadas 
Lámpara de Cátodo Hueco
Lámpara de vapor de Hg
Láser
7.2. INSTRUMENTACIÓN
TRANSMITANCIA DE MATERIALES
Intervalos de onda que son transparentes los distintos materiales
que utilizan para fabricar ventanas, lentes, recipientes de muestra y
prismas de instrumentes espectroscópicos.
7.2. INSTRUMENTACIÓN
SELECTORES DE LONGITUDES DE ONDA
Proporcionan una radiación constituida por un grupo limitado y
continuo de  estrecho denominado BANDA.
Ningún selector es capaz de proporcionar una única  o
frecuencia (radiación monocromática), sino una distribución de .
Ancho
de
banda
efectivo: anchura de banda
de radiación que pasa a
través de un selector de
longitud de onda, medida a
la mitad de la altura de la
banda.
7.2. INSTRUMENTACIÓN
SELECTORES DE LONGITUDES DE ONDA
Tipos de selectores de longitudes de onda:
 Filtros
 Monocromadores
FILTROS
Se define como un selector de longitud de onda que emplea
absorción o interferencia constructiva o destructiva para controlar
el rango de longitudes de onda seleccionadas.
Los filtros trabajan absorbiendo todas las radiaciones excepto
una banda estrecha de radiación procedente de una fuente
continua.
7.2. INSTRUMENTACIÓN
SELECTORES DE LONGITUDES DE ONDA
Tipos de filtros
 Filtros de interferencia
 Filtros de absorción
7.2. INSTRUMENTACIÓN
SELECTORES DE LONGITUDES DE ONDA
MONOCROMADORES
 Permiten variar de forma continua y en un amplio intervalo la 
de radiación, esto es, hacer un barrido de un espectro (barrido
espectral) y permiten aislar cualquier porción deseada del espectro.
 Componentes de un monocromador:
 Una rendija de entrada
 Una lente o espejo colimador para producir un haz paralelo
 Un prisma o red de reflexión, para dispersar la radiación en
las  que la componen
 Un elemento de enfoque
 Ventanas de entrada y salida
7.2. INSTRUMENTACIÓN
SELECTORES DE LONGITUDES DE ONDA
MONOCROMADORES
LUZ
COLOR
Sistemas DISPERSIVOS: MONOCROMADORES
•En
Dispersión lineal o angular de los monocromadores
una red la luz se dispersa linealmente,lo que significa que la
separación de las distintas s a lo largo del plano focal varía linealmente con la
longitud de onda. (Ver (a))
•Un prisma dispersa la luz angularmente, lo que significa que la separación
de las distintas s a lo largo del plano focal no es lineal. Es decir, las s más
cortas se dispersan en mayor medida que las s más largas. (ver b). Además,
existe una dependencia de la  con el índice de refracción del material del
prisma.
ABSORCIÓN
7.2. INSTRUMENTACIÓN
RECIPIENTES PARA LAS MUESTRAS
Las celdas o cubetas deben fabricarse de un material que permita
el paso de la radiación de la región espectral de interés.
UV (<350 nm): cuarzo o sílice fundida (Vis e IR)
350 a 2000 nm: vidrio de silicato
Vis: plástico
IR: NaCl cristalino
7.2. INSTRUMENTACIÓN
DETECTORES
DETECTOR: Dispositivo que indica la existencia de un
algún fenómeno físico.
TRANSDUCTOR: Tipo especial de detector que convierte
distintas magnitudes físicas o químicas (luz, pH,
temperatura,...) en señales eléctricas (voltaje, carga o
corriente).
7.2. INSTRUMENTACIÓN
DETECTORES
PROPIEDADES DE LOS TRANSDUCTORES
 Debe responder rápidamente a bajos niveles de energía
radiante en un amplio intervalo de .
 Debe producir una señal eléctrica que se amplifique
fácilmente y que tenga un nivel de ruido relativamente bajo.
 Debe presentar una mínima señal de salida en ausencia de
radiación.
 Es esencial que la señal eléctrica producida por el transductor
G sea directamente proporcional a la potencia del haz (P).
G=K·P
7.2. INSTRUMENTACIÓN
DETECTORES
Detector ideal
 Debe tener sensibilidad elevada..
 Debe tener respuesta lineal para la energía radiante y un
tiempo de respuesta pequeño.
 Debe ser utilizable en un rango amplio de longitudes de onda.
 Elevada relación señal/ruido.
Mínima señal en ausencia de radiación.
Buena disponibilidad para la amplificación de señal.
7.2. INSTRUMENTACIÓN
DETECTORES
TIPOS DE TRANSDUCTORES
 Detectores de fotones (fotoeléctricos o cuánticos):
- Fototubos
-
Tubos fotomultiplicadores
(respuesta rápida y
elevada sensibilidad)
- Detectores de foto conductividad
- Fotodiodos de silicio
- Celdas fotovoltaicas (sencillos,
baratos y buenos para radiación
vísible
 Detectores que responden a calor (caloríficos o
térmicos) SON UTILIZADOS EN LA ZONA DEL INFRARROJO
7.2. INSTRUMENTACIÓN
PROCESADORES Y MEDIDORES DE SEÑAL
 PROCESADOR: Es un dispositivo electrónico que amplifica la
señal eléctrica de salida de un detector.
 En la actualidad las señales obtenidas son recogidas y
almacenadas en un ordenador que nos permite realizar
tratamientos matemáticos de la señal.
•Doble haz
•Diodo array
DETECTORES DE FOTONES
Actualmente , la forma más utilizada de transducción
de la energía radiante en Espectrofotometría VIS-UV
es mediante un detector de fotones
LOS DETECTORES DE FOTONES SON DISPOSITIVOS
QUE TRANSFORMAN LA ENERGIA RADIANTE EN UNA
SEÑAL ELÉCTRICA
Entre estos detectores están:
1.- Célula Fotovoltaica
2.- Fototubo
3.- Tubo Fotomultiplicador
4.- Fotodiodos
DETECTORES DE FOTONES
1.- Célula Fotovoltaica: La energía radiante genera una corriente en la
interfase entre un semiconductor (ej. Se, Hg-Cd-Te) y un metal (Fe o Cu).
Al incidir la radiación, el semiconductor se vuelve conductor. Se rompen los
enlaces y se liberan electrones y huecos positivos.
Los electrones migran hacia la película metálica y pasan al circuito externo
para recombinarse con los huecos que migran hacia el metal base.
Se crea una corriente cuya magnitud es proporcional al número de fotones
que inciden.
• Se utilizan en el VIS
RADIACIÓN
(350-700 nm)
ELECTROMAGNÉTICA
Ag SEMITRANSPARENTE
SEMICONDUCTOR
•No usan fuente
externa de Energía
Ag
METAL BASE
+
+ e-
e-
e-
+ +
Metal Base
Las células fotovoltaicas de Si se denominan Células solares y se
utilizan como fuentes de potencia o baterías solares.
DETECTORES DE FOTONES
2.- Fototubo: La radiación causa una emisión de electrones de una
superficie sólida fotosensible.Basado en el efecto fotoelectrico.
ee-
Anodo
Catodo
e-
El material fotosensible del cátodo(ej.óxidos
de metales alcalinos) emite electrones al ser
irradiado. Debido al voltaje aplicado entre los
electrodos, los electrones se dirigen al ánodo,
por el circuito fluye una corriente cuya
intensidad es directamente proporcional a la
intensidad de la radiación que la provoca.
• Se utilizan en el UVVIS (190-700 nm)
Está constituido por un cátodo
semicilíndrico y un ánodo de filamento
en una ampolla de cuarzo o vidrio
donde se ha hecho el vacío.Entre los
electrodos se aplica un voltaje
•Es más sensible que
la célula fotovoltaica.
DETECTORES DE FOTONES
3.- Tubo fotomultiplicador: Al ser iluminado el cátodo fotosensible se
emite electrones que son acelerados por el campo eléctrico e inciden sobre
varias superficies liberando una cascada de electrones secundarios, 106107 electrones por cada fotón incidente.
•Son muy sensibles a la
hn
radiación VIS y UV.
Fotocátodo
Ventana
de cuarzo
Dínodo 1
Dínodo 2
Dínodo 3
Ánodo
•Tienen tiempos de
respuesta muy rápidos.
•Solo pueden medir
radiación de baja potencia.
•Su sensibilidad viene
limitada por la corriente
oscura debida a la
amplificación.
Constituido por un cátodo fotosensible (similar al fototubo) y un ánodo
colector separados por una serie de electrodos positivos de MgO, GaP
(entre 5-11), llamados dínodos (cada uno a un voltaje 90 V superior al
anterior) que emiten de 2 a 5 electrones cuando son golpeados con
electrones de suficiente energía.
DETECTORES DE FOTONES
4.- Fotodiodos de silicio: La absorción de la radiación electromagnética
aumentan la conductividad a través de una unión pn de polarización inversa.
–
electrones
+
huecos
Unión pn de
polarización inversa
•Sensibles entre 190-1100 nm.
•Se pueden miniaturizar y
utilizar en series lineales de
fotodiodos (p.e. 1024 diodos).
La polarización inversa crea una capa de depleción que reduce casi a
cero la conductividad del dispositivo. Sin embargo, cuando sobre esta
zona de depleción incide la radiación, se forman en ella agujeros y
electrones libres que dan lugar a un aumento de la conductividad y se
crea una corriente eléctrica que es proporcional a la potencia radiante.