¿Qué son los Espectrofotómetros?
Los espectrofotómetros son dispositivos que dividen la luz en diferentes longitudes de onda, la irradian sobre una muestra y miden la cantidad de luz transmitida y reflejada por la muestra. Son herramientas versátiles utilizadas en diversos campos como investigación, desarrollo, control de calidad y análisis químico.
Existen diferentes tipos de espectrofotómetros, como el espectrofotómetro ultravioleta de vacío (VUV), el espectrofotómetro ultravioleta-visible (UV-Vis) y el espectrofotómetro de infrarrojos (IR). Cada uno de ellos utiliza la luz en un rango de longitudes de onda específico para obtener distintos tipos de información sobre la muestra analizada.
Principio de los Espectrofotómetros
Los espectrofotómetros detectan la luz transmitida o reflejada por una muestra y generan un espectro correspondiente. Estos espectros ofrecen diversas informaciones sobre la muestra, como análisis cuantitativo basado en las intensidades de los picos, análisis cualitativo según las formas de onda espectrales, y evaluación de estados electrónicos, estructuras moleculares y propiedades de los materiales.
El instrumento consta de una fuente de luz, una sección de espectroscopia, una sección de muestra y un detector. La fuente de luz emite luz para el análisis, utilizando tubos de descarga de deuterio para la región ultravioleta y lámparas de tungsteno para las regiones visible e infrarroja cercana.
El espectrógrafo selecciona la luz de una longitud de onda específica a partir de la luz de la fuente mediante filtros, prismas o rejillas de difracción. La sección de muestra contiene la célula que contiene la muestra a medir y está hecha principalmente de vidrio o cuarzo.
El detector convierte la luz transmitida por la muestra en una señal eléctrica. Los tipos de detectores incluyen fotosemiconductores (fotocélulas) y tubos fotomultiplicadores (fotomultiplicadores). Con todas estas partes, el espectrofotómetro es capaz de proporcionar valiosa información sobre las muestras analizadas.
Tipos de Espectrofotómetros
Los espectrofotómetros irradian una muestra con luz y pueden examinar la longitud de onda y la absorción de la luz transmitida y reflejada. Existen varios tipos de equipos en función de la luz irradiada. En esta sección se ofrece una visión general de tres espectrofotómetros: espectrofotómetro ultravioleta de vacío, espectrofotómetro UV-visible y espectrofotómetro de infrarrojos.
1. Espectrofotómetros Ultravioleta de Vacío (VUV)
Este instrumento utiliza la luz en la región ultravioleta de vacío (por debajo de 200 nm) como fuente luminosa para examinar la luz transmitida a través de los materiales y reflejada por éstos. La luz en la región ultravioleta del vacío es absorbida por las moléculas de oxígeno y nitrógeno, por lo que las mediciones deben realizarse en condiciones de vacío. Se utiliza para evaluar las propiedades de los materiales.
2. Espectrofotómetros Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
Este instrumento utiliza luz ultravioleta (200-380 nm) y luz visible (380-780 nm) como fuente luminosa para examinar la luz transmitida y reflejada por un material. Puede utilizarse para el análisis cualitativo y cuantitativo de los componentes de las muestras.
3. Espectrofotómetros de Infrarrojos (IR)
Existen dos tipos de espectrofotómetros IR: espectrofotómetros de infrarrojo cercano que utilizan luz de infrarrojo cercano (780-2500 nm) y espectrofotómetros de infrarrojo medio que utilizan luz de infrarrojo medio (2500-25000 nm). Pueden utilizarse para estimar enlaces moleculares y grupos funcionales y para el análisis cuantitativo de componentes.
Los espectrofotómetros especiales incluyen los espectrómetros Raman, que detectan la luz Raman dispersa de una muestra para identificar la estructura molecular del material y evaluar sus propiedades físicas, y los espectrofotómetros infrarrojos por transformada de Fourier, que utilizan un interferómetro para detectar simultáneamente luz no dispersiva en todas las longitudes de onda y calcular cada componente de longitud de onda realizando una transformada de Fourier ( Fourier Transform Infrared Spectroscopy: FT-IR), que detecta simultáneamente luz en todas las longitudes de onda de forma no dispersiva mediante un interferómetro y calcula cada componente de longitud de onda mediante una transformada de Fourier.
Más Información sobre los Espectrofotómetros
1. De Haz Simple y de Haz Doble
La óptica de los espectrofotómetros varía mucho en función de su finalidad. A modo de ejemplo, se describen los sistemas de haz único y de doble haz.
La óptica monohaz (monocromática) se refiere a un sistema óptico en el que la luz monocromática (luz de una sola longitud de onda) es iluminada por un monocromador y la luz reflejada o transmitida es detectada por un detector. Como la configuración del sistema óptico es muy sencilla, puede obtenerse a un coste relativamente bajo. Sin embargo, también es un sistema óptico propenso a errores a lo largo del tiempo debido a la deriva causada por las fluctuaciones de la fuente de luz y el autocalentamiento del dispositivo, etc. A pesar de su simplicidad, no es adecuado para mediciones que requieren un alto grado de precisión debido a los elevados errores de medición.
El método de doble haz mejora estos inconvenientes. En el método de doble haz, la luz dividida espectralmente por el monocromador se divide en una luz de muestra y una luz de referencia mediante un semiespejo o similar. La luz de muestra se ilumina sobre la muestra y, al igual que en el sistema de haz único, la luz reflejada y transmitida se detecta mediante un detector. Por otra parte, la luz de referencia se utiliza para compensar la deriva causada por el instrumento.
Como tanto la luz de referencia como la de muestra contienen errores inducidos por el instrumento, la señal obtenida de la luz de referencia se procesa frente a la señal obtenida de la luz de muestra para anular los efectos.
2. Directrices para el Mantenimiento Diario de los Espectrofotómetros
Uno de los problemas que pueden plantear los instrumentos de medida es el mantenimiento y la garantía de su precisión. Los espectrofotómetros no son una excepción a este problema. Las inspecciones diarias son esenciales, ya que es demasiado tarde para tomar contramedidas después de que se haya producido un fallo.
A modo de guía, aquí tiene algunos indicadores importantes para los espectrofotómetros. El control diario de estos indicadores puede conducir a la detección precoz de anomalías.
Precisión de la longitud de onda
Se refiere al error entre la longitud de onda detectada por el instrumento y la longitud de onda de la fuente de luz. La precisión de la fuente de luz o del detector puede comprobarse realizando inspecciones rutinarias.
Repetibilidad de la longitud de onda
Se refiere a la variación de la longitud de onda cuando se mide repetidamente la misma longitud de onda. El error se controla mediante la varianza, la desviación típica y el valor medio.
Resolución
Evalúa el ancho de banda cuando se mide luz monocromática. Existen varias definiciones de ancho de banda, pero aquí se controla mediante FWHM.
Luz parásita
Se refiere a la luz en longitudes de onda distintas de la longitud de onda objetivo obtenida del dispositivo. Si no se define la luz parásita, la corrección del espectro obtenido será opaca.