7: Componentes de instrumentos ópticos

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Un ejemplo temprano de un análisis colorimétrico es el método de Nessler para el amoníaco, que se introdujo en 1856. Nessler encontró que agregar una solución alcalina de HgI ₂ y KI a una solución diluida de amoníaco produjo un coloide amarillo a marrón rojizo, en el que el color del coloide dependía de la concentración de amoníaco. Al comparar visualmente el color de una muestra con los colores de una serie de estándares, Nessler pudo determinar la concentración de amoníaco. La colorimetría, en la que una muestra absorbe luz visible, es un ejemplo de un método espectroscópico de análisis. A finales del siglo XIX, la espectroscopia se limitó a la absorción, emisión y dispersión de la radiación electromagnética visible, ultravioleta e infrarroja. Desde entonces, la espectroscopia se ha expandido para incluir otras formas de radiación electromagnética, como rayos X, microondas y ondas de radio, y otras partículas energéticas, como electrones e iones.

7.1: Diseño General de Instrumentos Ópticos
Las técnicas espectroscópicas de los capítulos siguientes utilizan instrumentos que comparten varios componentes básicos comunes: una fuente de energía, un medio para sostener la muestra que nos interesa, un dispositivo que puede aislar un rango estrecho de longitudes de onda, un detector para medir la señal y un procesador de señales que muestra la señal en una forma conveniente para el analista.
7.2: Fuentes de Radiación
Todas las formas de espectroscopia requieren una fuente de energía para colocar el analito en un estado excitado. En espectroscopía de absorción y dispersión esta energía es suministrada por fotones. La espectroscopia de emisión y fotoluminiscencia utiliza energía térmica, radiante (fotón) o química para promover el analito a un estado excitado adecuado. En esta sección consideramos las fuentes de energía radiante.
7.3: Selectores de longitud de onda
En espectroscopía óptica medimos la absorbancia o transmitancia en función de la longitud de onda. Desafortunadamente, no podemos aislar una sola longitud de onda de radiación de una fuente continua, aunque podemos estrechar el rango de longitudes de onda que llegan a la muestra. Un selector de longitud de onda pasa una banda estrecha de radiación caracterizada por una longitud de onda nominal, un ancho de banda efectivo y un rendimiento máximo de radiación. En esta sección se consideran varios tipos de selectores de longitud de onda.
7.4: Contenedores de Muestras
El compartimento de muestras proporciona un ambiente hermético a la luz que limita la radiación parásita. Las muestras normalmente están en estado líquido o en solución, y se colocan en celdas construidas con materiales transparentes UV/Vis, como cuarzo, vidrio y plástico.
7.5: Transductores de radiación
Transductor es un término general que se refiere a cualquier dispositivo que convierta una propiedad química o física en una señal eléctrica de fácil medición. La retina en tu ojo, por ejemplo, es un transductor que convierte los fotones en un impulso nervioso eléctrico; tu tímpano es un transductor que convierte las ondas sonoras en un impulso nervioso eléctrico diferente. Un transductor de fotones toma un fotón y lo convierte en una señal eléctrica, como una corriente, un cambio en la resistencia o un voltaje.
7.6: Fibra Óptica
Si necesitamos monitorear la concentración de un analito a lo largo del tiempo, es posible que no sea posible extraer muestras para su análisis. Este suele ser el caso, por ejemplo, cuando se monitorea una línea de producción industrial o línea de desechos, cuando se monitorea la sangre de un paciente, o cuando se monitorea un sistema ambiental, como una corriente. Con una sonda de fibra óptica podemos analizar muestras in situ.
7.7: Espectroscopia Óptica por Transformada de Fourier
Hasta el momento, los bancos ópticos descritos en este capítulo utilizan un solo detector y un monocromador para pasar una sola longitud de onda de luz al detector, o bien utilizan una matriz multicanal de detectores y una rejilla de difracción para dispersar la luz a través de los detectores, ambos de los cuales tienen limitaciones. Podemos superar estas limitaciones mediante el uso de un interferómetro.

Miniaturas: Un monocromador de rejilla de difracción.