UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS

FACULTAD DE MEDICINA HUMANA Y CIENCIAS DE LA SALUD

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE FARMACIA Y BIOQUÍMICA

TEMA : DETECTORES DE INFRARROJOS

DOCENTE :

Ing. Cati Sanca Cusi.

PRESENTADO POR:

Melissa Oblitas Ccahuata.

ASIGNATURA : Análisis Instrumental

AREQUIPA _ 2015

DETECTORES DE INFRARROJO

Los detectores de infrarrojo son de tres tipos generales:

(1) detectores térmicos

(2) detectores piroeléctricos (detectores térmicos muy especializados)

(3) detectores fotoconductores.

Los dos primeros se encuentran por lo común en los fotómetros y en los

espectrofotómetros dispersivos. Los detectores fotoconductores, en los

instrumentos multiplex de transformada de Fourier.

1. DETECTORES TÉRMICOS.

Los detectores térmicos, cuya respuesta depende del efecto calorífico de la

radiación, se emplean para la detección de todas las longitudes de onda

del infrarrojo, excepto para las más cortas. Con estos dispositivos se mide

el incremento de temperatura que resulta cuando un pequeño cuerpo negro

absorbe la radiación.

La potencia radiante del haz de un espectrofotómetro de infrarrojo es muy

baja (10-7 a 10-9 W), por lo que la capacidad calorífica del elemento

absorbente debe ser lo más pequeña posible para producir un cambio de

temperatura detectable. Se hace todo lo posible para reducir al mínimo el

tamaño y el espesor del elemento absorbente y concentrar todo el haz

infrarrojo en su superficie. Bajo las mejores circunstancias, los cambios de

temperatura se limitan a unas pocas milésimas de grado kelvin.

El problema de la medida de radiación en el infrarrojo por medios térmicos

se complica por el ruido térmico del medio circundante. Por este motivo, los

detectores térmicos se mantienen al vacío y se protegen cuidadosamente

de la radiación térmica emitida por otros objetos cercanos.

1.1. Termopares.

En su forma más simple, un termopar consta de un par de uniones que se

forman soldando los extremos de dos piezas de un metal como el

bismuto, a otro metal distinto como el antimonio. Entre las dos uniones se

genera un potencial que varía en función de su diferencia de temperatura.

La unión del detector sobre la que incide la radiación del infrarrojo se

realiza con alambres muy finos o por evaporación de los metales sobre un

soporte no conductor. En cualquier caso, la unión normalmente se

ennegrece (para mejorar su capacidad de absorber calor), y se sella en

una cámara de vacío con una ventana transparente a la radiación del

infrarrojo.

La unión de referencia, que normalmente se aloja en la misma cámara

que la unión activa, se diseña para que posea una capacidad calorífica

relativamente grande y se protege cuidadosamente de la radiación

incidente. Debido a que la señal del analito se hace intermitente, sólo es

importante la diferencia de temperatura entre las dos uniones; en

consecuencia, la unión de referencia no tiene por qué mantenerse a

temperatura constante. Para aumentarla sensibilidad se pueden conectar

varios termopares en serie para originar lo que se llama una termopila.

Un detector termopar bien diseñado, es capaz de responder a diferencias

de temperatura de 10-6 K.

1.2. Bolómetros.

Un bolómetro es un tipo de termómetro de resistencia construido con

láminas de metales como platino o níquel, o con un semiconductor; en

este último caso se denomina termistor. Estos materiales presentan un

cambio de resistencia relativamente grande con la temperatura. El

elemento sensible es pequeño y está ennegrecido para absorber el calor

radiante. Los bolómetros no se utilizan tanto como otros detectores de

radiación en el infrarrojo para la región del infrarrojo medio. Sin embargo,

un bolómetro de germanio, que trabaja a 1,5 K, es un detector ideal para

la radiación comprendida en el intervalo de 5 a 400 cm-1 (de 2.000 a 25

m).

2. DETECTORES PIROELÉCTRICOS

Los detectores piroélectricos se construyen con láminas cristalinas de

materiales piroeléctricos, que son aislantes (materiales dieléctricos) con

unas propiedades térmicas y eléctricas especiales. En la construcción de

detectores de radiación en el infrarrojo el material piroeléctrico más

utilizado es el sulfato de triglicina (NH2CH2COOH)3. H2S04 (normalmente

deuterado o con una fracción de glicina sustituida por alanina)

Cuando se aplica un campo eléctrico a través de un material dieléctrico,

tiene lugar la polarización eléctrica, cuya magnitud es función de la

constante dieléctrica del material. Para la mayoría de los dieléctricos, esta

polarización inducida decae a cero cuando se elimina el campo externo.

Por el contrario, las sustancias piroeléctricas, mantienen una fuerte

polarización dependiente de la temperatura después de eliminar el campo.

De este modo, al colocar el cristal piroeléctrico entre dos electrodos, uno de

los cuales es transparente a la radiación en el infrarrojo, se produce un

condensador que depende de la temperatura. Al incidir la radiación en el

infrarrojo cambia la temperatura y se altera la distribución de carga a través

del cristal, lo que se puede detectar como una corriente en un circuito

eléctrico externo conectado a las dos caras del condensador. La magnitud

de esta corriente es proporcional al área de la superficie del cristal y a la

velocidad de cambio de polarización con la temperatura.

Los cristales piroeléctricos pierden su polarización residual cuando se

calientan a una temperatura denominada el punto de Curie. Para el sulfato

de triglicina el punto de Curie es 47°C.

Los detectores piroeléctricos tienen unos tiempos de respuesta lo

suficientemente rápidos como para poder seguir las variaciones de la

señal en el dominio del tiempo de un interferómetro. Por este motivo, la

mayoría de los espectrofotómetros de infrarrojo de transformada de Fourier

emplean este tipo de detector.

3. DETECTORES FOTOCONDUCTORES

Los detectores fotoconductores constan de una delgada película de un

material semiconductor como sulfuro de plomo, telururo de

cadmio/mercurio o antimoniuro de indio, depositada sobre una superficie de

vidrio no conductora y sellada en una cámara al vacío para proteger al

semiconductor de la atmósfera.

En estos materiales, la absorción de radiación impulsa electrones de

valencia no conductores a estados conductores de mayor energía,

disminuyendo así la resistencia eléctrica del semiconductor.

Por lo común, un fotoconductor se coloca en serie con una fuente de

potencial y una resistencia de carga y la caída de potencial a través de la

resistencia de carga sirve como medida de la potencia del haz de radiación.

Los fotoconductores de sulfuro de plomo son los transductores más

utilizados para la región espectral del infrarrojo cercano de 10.000 a 333

cm-1 (de 1 a 3 m).

Pueden funcionar a temperatura ambiente. Los detectores fotoconductores

de telururo de cadmio/mercurio se utilizan para la radiación del infrarrojo

medio y lejano. Estos detectores se deben de enfriar con nitrógeno líquido

(77K) para minimizar el ruido térmico. Las longitudes de onda de corte y

otras muchas propiedades de estos detectores dependen de la relación

telururo de mercurio/ telururo de cadmio, la cual se puede modificar

continuamente.

El detector de telururo de cadmio/mercurio, que ofrece unas características

de respuesta superiores a las de los detectores piroeléctricos discutidos en

el apartado previo, encuentra también una gran aplicación en los

espectrómetros de transformada de Fourier, en particular aquellos que se

acoplan a equipos de cromatografía de gases.

BIBLIOGRAFÍA

1. Skoog D.,Leary J.Analisis Instrumental. 4ta ed.McGraw-Hill.

Interamericana de España.S.A. Madrid 1994.