Fuentes de radiación ultravioleta y visible

Fuentes de radiación ultravioleta y visible.

El espectro fluorescente del material, se estudia más comúnmente en la región ultravioleta a visible. Se selecciona una fuente de luz apropiada para fines experimentales en combinación con un filtro y / o monocromador adecuado. Las fuentes de radiación uv y visible más habituales son:

Lámpara de tungsteno: Una lámpara de tungsteno es fácil de manejar, es económica, tiene una vida relativamente larga y presenta características de radiación similares a las de la radiación de cuerpo negro. A medida que aumenta la temperatura del filamento, aumenta la intensidad de radiación en la región de longitud de onda corta. Usando una envoltura de cuarzo o vidrio de borosilicato, que tiene una buena transmitancia en la región de longitud de onda corta, esta lámpara es útil para una variedad de mediciones ópticas desde el UV cercano al IR cercano. Una desventaja de las lámparas de tungsteno es que, durante el funcionamiento, el tungsteno se evapora del filamento y se deposita gradualmente en la pared interior; Esto provoca el ennegrecimiento de la superficie de la envoltura y la absorción de luz a una longitud de onda más corta. Para evitar la deposición de tungsteno, se utiliza una envoltura suficientemente grande o se introduce gas Ar en la envoltura.

Para aumentar la vida útil y mejorar la estabilidad de la lámpara, se ha desarrollado una lámpara de halógeno metálico. La lámpara de halógeno metálico contiene pequeñas cantidades de gases halógenos, como bromo o yodo. El vapor de tungsteno del filamento de alta temperatura reacciona con halógeno en las proximidades de la pared de baja temperatura y se convierte en un halogenuro de tungsteno volátil. El halogenuro de tungsteno se transporta al filamento de alta temperatura por convección y se descompone en tungsteno y halógeno. El tungsteno se vuelve a depositar en el filamento. Este proceso puede evitar el ennegrecimiento de la pared y la pérdida de tungsteno del filamento. Por lo tanto, las lámparas de halógeno metálico pueden funcionar a temperaturas más altas que las lámparas de tungsteno convencionales, lo que da como resultado un aumento de la intensidad de la radiación en la región de longitud de onda corta, una duplicación de la vida útil de la lámpara y una mayor eficiencia de la lámpara.

Lámpara de descarga: Las lámparas de descarga más utilizadas como fuentes de excitación son las lámparas de hidrógeno (deuterio), xenón y mercurio.

Lámpara de descarga de hidrógeno: La lámpara de descarga de hidrógeno contiene varios torr de presión de hidrógeno o gas de deuterio. La lámpara funciona con una descarga de corriente directa entre los electrodos calientes. Como se muestra en la Figura ##, el espectro de emisión de la lámpara es continuo en la región ultravioleta. Las lámparas de alta intensidad están equipadas con una cubierta de vidrio en la que circula el agua de enfriamiento. La chaqueta encierra toda la lámpara excepto alrededor del área de la ventana. La ventana está hecha de cuarzo, que tiene una alta transmisión UV.

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Figura ##. Distribución de intensidad espectral de la lámpara de descarga de hidrógeno.

Lámpara de descarga de xenón. Esta lámpara emite luz de alta intensidad del ultravioleta a través de las regiones visibles e infrarrojas. Su espectro relativamente continuo se muestra en la Figura ##. Hay dos tipos de esta lámpara disponibles: uno en el que el espacio entre electrodos es corto (2 a 10 mm) con el gas a alta presión (varias decenas de atmósferas de presión), y otra en el que el espacio entre electrodos es largo (varias decenas de cm) con presión del gas baja. La porción emisora de luz en la lámpara de espacio corto se concentra en la vecindad del área del cátodo, de modo que esta lámpara puede considerarse como una fuente puntual. Sin embargo, la posición de este punto de descarga brillante tiende a fluctuar, por lo que se debe tener precaución cuando la fuente se enfoca en una muestra. La lámpara de arco largo emite luz de menor intensidad que la lámpara de arco corto, aunque emite una salida de luz estable y se usa como estándar en la región UV.

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Figura ##. Espectro de emisión de lámpara de arco corto de xenón.

Lámpara de descarga de mercurio: La luz emitida por una lámpara de descarga de mercurio abarca la región de longitud de onda de 185 a 365 nm. Esta lámpara es la fuente de luz más común en la región ultravioleta. La presión de vapor de mercurio en la lámpara oscila entre 1 mmHg y 50–200 atm, según la temperatura de funcionamiento. El espectro de salida cambia a medida que cambia la presión de mercurio. A presiones más altas de mercurio, las emisiones de la línea principal se amplían y su longitud de onda se desplaza hacia una longitud de onda más larga; También aparece un componente de emisión continua. A altas presiones de vapor de mercurio, la radiación a 253.7 nm desaparece debido a la autoabsorción; la línea de 365 nm se convierte en el principal contribuyente a la región UV. En la Figura ## se muestra un espectro de emisión típico de la lámpara. Como se puede ver en el espectro, las emisiones se concentran a longitudes de onda particulares. Aprovechando la naturaleza del espectro, se puede obtener una fuente de luz monocromática fuerte eligiendo longitudes de onda particulares.

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Figura ##. Espectro de emisión de una lámpara de mercurio de ultra alta presión.

Para eliminar la salida visible de la emisión de mercurio, se emplea un filtro de vidrio coloreado como los filtros Toshiba UV-D33S o Corning 7-37. Para una mayor absorción de la luz visible, se usa una solución acuosa saturada de sulfato de níquel para aislar la luz de 254 nm y sulfato de cobre para aislar la luz de 365 nm.

Existen tres tipos de lámparas de descarga de mercurio disponibles comercialmente:

• Una lámpara de mercurio de baja presión es en la que la temperatura de la pared de la lámpara es relativamente baja y la emisión principal es de 254 nm. La potencia de entrada típica de la lámpara es de 5 a 20 W. Hay dos tipos de lámparas de detección de luminiscencia (luz negra), que combinan un filtro de vidrio con una lámpara de mercurio de baja presión: una es para cortas (254 nm) y el otro es para longitudes de onda más largas (365 nm). Este último usa un filtro que contiene un fósforo que emite rayos UV.

• Una lámpara de mercurio de presión media es la que, al elevar la temperatura de la pared, se puede aumentar la intensidad de los componentes de longitud de onda más larga. La lámpara tiene características intermedias entre las lámparas de baja y alta presión y funciona con una potencia de entrada de 100 a 200 W. Las principales longitudes de onda de emisión son 254, 313 y 365 nm.

• Una lámpara de mercurio de alta presión en ella temperatura de la pared de la lámpara es superior a 200 ° C y esta lámpara se puede utilizar como fuente puntual de alta intensidad. La lámpara funciona con una potencia de entrada de 150 a 2000 W. Recientemente, se ha desarrollado una fuente UV estable y de alta intensidad para aplicación en fotolitografía; Contiene una mezcla de gases raros (Xenón, Kriptón, Neón) y vapor de mercurio.

Láser. Un láser es una excelente fuente de luz monocromática y tiene un poder radiativo a una frecuencia dada de varios órdenes de magnitud mayor que el de otras fuentes de luz. Algunos láseres pueden funcionar en modo pulsado y producir pulsos extremadamente cortos. Se puede elegir un láser apropiado para gas, estado sólido, líquido o colorante, o láser semiconductor, según los requisitos experimentales. Según el modo de operación, los láseres funcionan en modo de onda continua o en modo pulsado. En algunos láseres, la longitud de onda de salida se puede ajustar en un rango limitado. A continuación, se describen láseres útiles para medir las propiedades de luminiscencia.

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