Conceptos básicos Fotometría
La fotometría, como técnica instrumental, es un método óptico de análisis químico que está relacionado con la colorimetría y la espectrofotometría. La colorimetría se emplea para determinar visualmente la concentración de compuestos coloreados en una solución, mientras que la fotometría y la espectrofotometría se basan en la medida de la absorbancia de una solución a una longitud de onda específica empleando fuentes de luz como radiación electromagnética.
Los métodos ópticos se clasifica en:
- Métodos espectroscópicos, si existe un intercambio de energía entre la radiación electromagnética y la materia. En estos métodos se miden el espectro, siendo este debido a transiciones entre distintos niveles energéticos.
- Métodos no espectroscópicos, cuando no tiene lugar intercambio de energía como consecuencia de la interacción materia-radiacción electromagnética. No se producen transiciones entre los diferentes estados energéticos, sino lo que realmente ocurre son cambios en la dirección o en las propiedades físicas de la radiación electromagnética
Se define la fotometría como técnica óptica de la absorción de radiación que va a permitir relacionar la cantidad de luz absorbida con la concentración del analito que interesa conocer. La radiación electromagnética es una onda que se caracteriza por su longitud de onda, frecuencia ν amplitud y abarca desde 390 nm a 750 nm, esto quiere decir que será la zona visible del espectro.
La radiación u onda electromagnética que puede percibir el ojo humano se define como LUZ VISIBLE y tiene unas propiedades muy bien definidas:
- Se propaga en el vacío a la velocidad de 3x108 m/s.
- Se propaga en línea recta.
- Se refleja cuando llega a una superficie reflectante.
- Se refracta, cuando pasa de un medio a otro.
- En general, las sustancias transmiten, absorben y reflejan la luz.
De todas las características de la luz, la absorbancia es la que interesa en las medidas fotométricas. Una sustancia que se desee medir su concentración y que tiene un color particular absorberá su color complementario y reflejará su mismo color. Los colores complementarios son opuestos en la rueda cromática. Por ejemplo, un objeto rojo absorbe luz verde y refleja luz roja.
La absorbancia está relacionada con la concentración de la sustancia que se quiere medir por la ley de Lambert-Beer. A = ε l c , donde c es la concentración, l es el paso óptico y α es la absortividad molar. Ley de Lambert-Beer establece que hay una relación lineal entre la absorción de luz a través de una sustancia y la concentración de dicha sustancia.
Para poder aplicar la ley es necesario seleccionar previamente una longitud de onda puesto que tanto A como α varían con ella.
Se puede concluir que la cantidad de luz absorbida dependerá del tipo de sustancia por la que atraviesa la radiación, la distancia que recorre y la concentración de la sustancia.
El Fotómetro y el espectrofotómetro permiten medir la cantidad de luz absorbida y relacionarlo con la concentración de la sustancia.
Partes esenciales de un fotómetro
Fuente de radiación
Las características fundamentales de las fuentes de radiación son la intensidad luminosa, la estabilidad y además debe ser continua y constante.
Los fotómetros emplean LED o lámparas de tungsteno wolframio. Las LED emiten una longitud de onda correspondiente a un parámetro específico. Pueden trabajar sin filtro. Las lámparas de tungsteno wolframio produce luz "blanca" (incluye todos los colores de luz) y requiere un filtro para obtener una longitud de onda específica.
Las fuentes de luz LED ofrecen un rendimiento superior en comparación con las lámparas de tungsteno. Los LED tienen una eficiencia luminosa mucho mayor, proporcionando más luz mientras se usa menos energía. También producen poco calor, lo que de otro modo podría afectar la estabilidad electrónica. Las lámparas de tungsteno tiene menor sensibilidad en la alta frecuencia luz azul / violeta.
Filtros de interferencia
Un filtro debe aíslar la radiación de ciertas longitudes de onda. Los filtros ideales deben de aportar alta transmitancia a la longitud de onda deseada y baja transmitancia a otras longitudes de onda.
Los filtros pueden ser de absorción o interferencia, en el caso de fotómetros y monocromadores de prisma o red, en caso de espectrofotómetros.
Los nuevos fotómetros emplean filtros ópticos de interferencia que son de banda estrecha de 8 nm y tienen una precisión de ± 1 nm, con ello se consigue un aumento del 25% en la eficienciade la luz. Estos filtros ópticos mejorados garantizan una buena precisión de la longitud de onda y permiten recibir una señal más brillante y más fuerte.
Cubeta de medida y portacubetas
Las cubetas deben de tener una absorción mínima a la longitud de onda de trabajo. Se fabrican en material de borosilicato. Lo más importante en el sistema óptico es que el porta cubetas esté perfectamente sellado contra el polvo, la suciedad, el agua exterior y evite que penetre la luz exterior.
En el caso de los nuevos fotómetros Hanna, el medidor utiliza un sistema exclusivo de fijación para asegurar que siempre se coloquen las cubetas en el soporte en la misma posición.
El alojamiento de la zona de paso del haz de luz de la cubeta presenta aristas para proteger del rayado.
Lente de enfoque
La lente de enfoque recoge toda la luz que sale de la cubeta, enfocando en el detector. Con ello se consigue un mayor rendimiento de luz y una reducción de los errores de medida provocados por las imperfecciones y arañazos que pueda presentar el cristal.
Sitema de referencia. Detector de referencia.
El sistema de referencia se colocan en los fotómetros de doble haz. Es un sistema de referencia interna (detector de referencia) del fotómetro para compensar cualquier desviación debida a fluctuaciones de la alimentación o cambios de la temperatura ambiente.
Fotodetector
Convierte la respuesta del instrumento en una señal medible. En fotometría se utiliza la fotocélula de silicio como detector. Las características que debe tener un fotodetector pasan por dar una respuesta rápida, generar una amplificación de la señal y tener una respuesta lineal
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