Instrumentos Para Infrarrojo

INSTRUMENTOS PARA EL INFRARROJO

Hay tres tipos de instrumentos para la medición de la absorción en el infrarrojo

Espectrofotómetros dispersivos con monocromadores de red

Espectrofotómetros de transformada de Fourier con interferómetros

Fotómetros no dispersivos equipados con un filtro o un gas absorbente que se usa para analizar gases atmosféricos a longitudes de onda determinadas

En los años ochenta los instrumentos más utilizados fueron los espectrofotómetros dispersivos, en la actualidad fueron desplazados por espectrofotómetros de transformada de Fourier para efectuar mediciones en el infrarrojo mediano y lejano debido a su velocidad, confiabilidad ventaja en la relación señal-ruido y comodidad.

Espectrómetros de transformada de Fourier

En el espectrómetro de transformada de transformada de Fourier, la codificación se consigue dividiendo la fuente en dos haces cuya longitud de trayectoria puede variar en forma periódica para dar patrones de interferencia.

Componentes de los instrumentos de transformada de Fourier

La mayoría de los instrumentos de infrarrojo de transformada de Fourier que hay en el comercio se basan en el interferómetro de Michelson.

Mecanismo de activación. Para obtener interferogramas satisfactorios y por tanto, espectros satisfactorios, es necesario que la velocidad del espejo móvil sea constante y su posición se conozca con exactitud en cualquier instante. También debe de permanecer constante el plano del espejo a lo largo de todo el recorrido de 10 cm o más.

En la región del infrarrojo lejano, donde las longitudes de onda van de 50 a 1000 µm ´se pueden tener desplazamientos de longitud de onda y la medida exacta de su posición mediante un tornillo micrométrico accionado con un motor. Para las regiones del infrarrojo medio y cercano se requieren mecanismos más precisos y complicados. En este caso, el soporte del espejo está suspendido sobre cojinetes de aire sujetos a unos manguitos de acero inoxidable muy ajustados. Este montaje se acciona por medio de un motor de accionamiento lineal y una bobina electromagnética semejante a la de un altavoz; una corriente creciente de la bobina mueve al espejo a una velocidad constante. Al alcanzar el extremo final, el espejo regresa con rapidez al punto de partida para el próximo barrido mediante una rápida inmersión de la corriente. La longitud del barrido varía de 1 a 20 cm y las velocidades de barrido oscilan de 0.01 a 10 cm/s.

INTERFEROMETRO DE MICHELSON

El dispositivo de Michelson es un aparato que divide el un haz de radiación en dos haces de aproximadamente la misma potencia y luego los recombina en tal forma que se pueden medir las radiaciones de intensidad del haz combinado en función de las diferencias de la longitud de la trayectoria de las dos mitades.

Fig. Esquema de un interferómetro de Michelson iluminado por una fuente monocromática

Como se muestra en la figura, en este aparato se colima el haz de radiación previamente de una fuente, que incide sobre un divisor de haz; este transmite aproximadamente la mitad de la radiación y refleja la otra mitad. Los haces gemelos resultantes se reflejan en dos espejos uno de los cuales está fijo y el otro es móvil. Los haces llegan nuevamente al divisor; una mitad se dirige hacia la muestra y el detector y la otra se dirige hacia atrás, hacia la fuente. Sólo las dos mitades que pasan hacia el detector a través de la muestra, se utilizan para fines analíticos, aunque otras señales contienen la misma información acerca de la muestra.

El movimiento horizontal del espejo movible hará que la potencia de la radiación que alcanza el detector varié en una forma predecible. Cuando ambos espejos están en una posición equidistante del divisor (posición 0 en la figura) las dos partes del haz recombinado estarán en totalmente fase y la potencia será máxima. Si se utiliza una fuente monocromática, el movimiento del espejo movible en una u otra dirección, en una distancia igual exactamente a un cuarto de la longitud de onda cambiara la trayectoria del haz reflejado correspondiente en una mitad de longitud de onda (un cuarto de longitud de onda para cada dirección). En estas circunstancias, la interferencia destructiva reducirá a cero la potencia radiante de los haces recombinados.

Si se continúa moviendo hacia A o D ambas mitades volverán a entrar en fase y se producirá la interferencia constructiva.

La diferencia en las trayectorias de ambos haces, 2(M-F) en la figura, se denomina retardo δ. Una gráfica de la potencia de salida del detector en función de δ se denomina interferograma; en el caso de la radiación monocromática, el interferograma tiene la forma de una curva cosinusal como la que se muestra en la parte inferior de la figura (el coseno en vez del seno, debido a que la potencia siempre es máxima cuando δ es cero y ambas trayectorias son idénticas.

En un interferómetro registrador de infrarrojo típico, el espejo esta accionado por un motor a una velocidad constante de vM cm/s. Dado que los picos aparecen a múltiplos superiores de la longitud de onda de la radiación incidente, la frecuencia ƒ en el interferograma está dado por

f=(2v_(M ) cm/s)/(λ cm)

Donde λ es la longitud de onda del haz incidente; le factor 2 es necesario debido a que el proceso de reflexión duplica el efecto del retardo.

En algunos casos conviene expresar la ecuación en términos de número de onda de la radiación incidente σ y no en la longitud de onda. En este caso ƒ=2vMσ

La relación entre la frecuencia óptica de la radiación y la frecuencia del interferograma, se obtiene fácilmente substituyendo λ=c/v en la primera ecuación se tiene:

f=(2v_(M ))/c v

Donde v es la frecuencia de la radiación y c es la velocidad de la luz (3x1010 cm/s). Cuando vM es constante, es evidente que la frecuencia ƒ del interferograma es directamente proporcional a la frecuencia óptica.

FUENTES DE INFRARROJO

Las fuentes de radiación infrarroja constan de un sólido inerte que se calienta eléctricamente a una temperatura comprendida entre 1500 y 2200 K. Estas fuentes producen una radiación

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