¿Qué es un Microscopios Infrarrojos?
Los microscopios infrarrojos son utilizados en microscopía óptica para analizar áreas diminutas mediante el uso de luz infrarroja. Utilizan una fuente luminosa de longitud de onda infrarroja, lo que les permite realizar análisis espectrales en las muestras. Sin embargo, la resolución espacial está limitada por el fenómeno de difracción óptica.
Muchos microscopios infrarrojos disponibles en la actualidad combinan las capacidades de espectrómetros infrarrojos comunes, como la Espectroscopia Infrarroja por Transformada de Fourier (FTIR) y la Reflexión Total. Estas técnicas permiten obtener información detallada sobre la composición química y las propiedades moleculares de las muestras analizadas.
Usos de los Microscopios Infrarrojos
Los microscopios infrarrojos encuentran aplicaciones en el análisis de fallos y la investigación de la ciencia de los materiales debido a su capacidad para medir muestras a nivel microscópico. También son útiles para la inspección de objetos extraños en sólidos y la detección de productos defectuosos, aprovechando las diferencias en la absorción de luz infrarroja.
Además, se utilizan para medir el grosor de semiconductores. Los semiconductores presentan un alto índice de refracción y un rango de transmisión en la región infrarroja. Para realizar mediciones ópticas precisas en estos materiales, se emplea luz infrarroja en lugar de luz visible. Aunque la luz infrarroja puede ser afectada por el alto índice de refracción, tiene la ventaja de ser menos susceptible a las irregularidades de la superficie del objeto medido.
La interferometría es uno de los métodos utilizados en los microscopios infrarrojos para medir el grosor de semiconductores. Este método determina el grosor midiendo la diferencia de camino óptico de la luz reflejada en las superficies frontal y posterior del objeto. De esta manera, los microscopios infrarrojos son una herramienta valiosa en la caracterización y medición de materiales en el campo de la ciencia de los materiales y la tecnología de semiconductores.
Principios de los Microscopios Infrarrojos
El principio de los microscopios infrarrojos es el mismo que el de la microscopía óptica ordinaria. Los microscopios infrarrojos combinan las funciones de un microscopio para captar imágenes y un espectrómetro para el análisis espectral.
En concreto, la muestra se observa bajo aumento con luz visible para determinar la zona que se va a medir y, a continuación, se cambia a luz infrarroja para realizar la medición.
Tipos de Microscopios Infrarrojos
Los tipos de microscopios infrarrojos incluyen el tipo de transformada de Fourier, que combina las funciones de un espectrógrafo infrarrojo y un espectrómetro infrarrojo.
1. Espectrómetro de Infrarrojos
Los espectrómetros infrarrojos son microscopios infrarrojos que irradian una muestra con luz infrarroja y obtienen un espectro por espectroscopia de la luz transmitida (o reflejada) para caracterizar la muestra. Al igual que los microscopios ópticos, constan de una fuente de luz, espejos, lentes y un detector.
Los microscopios infrarrojos no utilizan lentes basadas en la refracción común. En su lugar, se utilizan lentes objetivas que aprovechan la reflexión de la luz, denominadas ópticas Cassegrain, que se emplean en los telescopios reflectores.
Cuando se utilizan ópticas, la resolución espacial es aproximadamente la misma que la longitud de onda de la fuente de luz y se limita a unos pocos micrómetros o decenas de micrómetros. La luz infrarroja utilizada en Microscopios infrarrojos para la obtención de imágenes FTIR suele estar comprendida entre 2,5 y 25 micrómetros.
Esta banda de longitudes de onda está modulada por las vibraciones y rotaciones de las moléculas, de modo que al escanear las longitudes de onda se obtiene un espectro específico del material. Este espectro puede analizarse mediante la transformada de Fourier del mismo modo que el FTIR, lo que permite superponer la cartografía a una imagen 2D adquirida con un microscopio.
2. Tipo Transformada de Fourier (FT-IR)
Los microscopios infrarrojos por transformada de Fourier (FT-IR) caracterizan una muestra exponiéndola a un haz continuo de luz, en lugar de irradiarla con luz infrarroja. Tras la detección simultánea de todas las longitudes de onda mediante un interferómetro, el patrón de interferencia se transforma en Fourier para obtener un espectro de absorción correspondiente a la estructura molecular.
El tipo de transformada de Fourier presenta cuatro ventajas principales:
- Es posible la detección simultánea de múltiples longitudes de onda.
- Alta relación señal/ruido debido a la ausencia de rendijas.
- La resolución de longitud de onda puede aumentarse ampliando la distancia de recorrido del espejo móvil.
- La gama de longitudes de onda de medición puede ampliarse del infrarrojo lejano al visible sustituyendo la fuente de luz, la placa de la ventana, etc.
Dos tipos habituales de transformada de Fourier son el DTGS (sulfato de triglicina deuterado) y el MCT (teluro de mercurio y cadmio).
El DTGS es un detector piroeléctrico con un tiempo de respuesta lento, baja relación señal/ruido y puede utilizarse a temperatura ambiente. Los detectores MCT semiconductores con buena sensibilidad son adecuados cuando hay poca luz IR incidente en el detector. Sin embargo, los detectores MCT deben enfriarse con nitrógeno líquido.
Más Información sobre Microscopios Infrarrojos
Mediciones con Detectores de Matriz Bidimensional
Los microscopios infrarrojos de alto rendimiento capaces de realizar mediciones con un detector de matriz bidimensional deben utilizarse con cuidado debido a su elevada generación de calor. Cuando se utilicen, deben enfriarse con nitrógeno líquido.
Si no se refrigera el microscopio, es probable que se inutilice parcialmente debido a daños por calor en los elementos, y la cantidad de nitrógeno líquido debe controlarse en todo momento. La refrigeración con nitrógeno líquido también es necesaria para los detectores comunes de MCT.
Existen también microscopios infrarrojos que pueden realizar mediciones sin nitrógeno líquido. Los espesores medibles y la precisión difieren cuando se utiliza o no nitrógeno líquido.