Post on 22-Jan-2018
USO DEL FOTÓMETRO (FOTODETECTOR)
García, A. Claudia., González P., Guerrero. S., Guapo C., Hernández B.,
Tirado V. Ingeniería Agroindustrial. Universidad Politécnica de Guanajuato.
Avenida Universidad Norte S/N, Localidad Juan Alonso Cortázar (38483),
Guanajuato, México.
RESUMEN
El siguiente reporte presenta el resultado de aplicar en conjunto var ios
temas vistos en clase, retomando el uso de los métodos de calibrado y de
alguno de los métodos de análisis para conocer la concentración
desconocida presente en un determinado analito a analizar, en este caso se
analizó una muestra de leche en polvo y el método de análisis será el uso
de un fotodetector casero obteniendo una señal en voltaje (volts) que
posteriormente con ayuda de la concentración de las diluciones será
transformada a una señal útil para el analista (trasmitancia) y asi dar las
conclusiones pertinentes.
Palabras clave : trasmitancia, método de análisis, fotodetector,
INTRODUCCIÓN
Se llama fotodetector a cualquier dispositivo que responde con una señal
eléctrica frente al estímulo de una señal luminosa (Dennis, 1986).
Un receptor óptico convierte la señal óptica proveniente de la fibra óptica
en la señal eléctrica y recupera los datos transmitidos. Su elemento de
entrada es el fotodetector, que convierte la luz en corriente eléctrica por
medio del efecto fotoeléctrico. Los receptores ópticos, en general, deben
tener alta sensibilidad, respuesta rápida, bajos niveles de ruido, bajo costo
y una alta confiabilidad. En el caso de sistemas de fibra óptica. El área
fotosensible del fotodetector debe ser comparable con el núcleo de una
fibra. Los requisitos antes mencionados son satisfechos de una mejor
manera por detectores fabricados con base en materiales semiconductores
(Agrawal, 2002).
Los fotodetectores se clasifican en dos grandes grupos:
-Fotodetectores térmicos: la absorción de luz origina un aumento de
temperatura que, a su vez, da lugar a la variación de algún otro parámetro
que origina la señal eléctrica. Dichos detectores responden a la cantidad
total de energía luminosa que incide por unidad de tiempo.
- Fotodetectores fotónicos: la absorción de cada fotón da lugar a algún
tipo de suceso cuántico que origina una señal eléctrica proporcional al
número de fotones incidentes por unidad de tiempo, independientemente
de su energía (Kato et al, 1992). El objetivo del estudio es comprobar la
funcionalidad de los métodos de análisis así como la de su manejo.
MATERIALES Y METODOS
Localización: el estudio se llevó a cabo en el laboratorio de química de la
Universidad Politécnica de Guanajuato, todo el proceso se llevó a cabo
alrededor de dos días consecutivos hasta llegar a la estandarización del
método a realizar.
Muestra: Se analizó una muestra desconocida de leche en polvo en agua
destilada.
Método de análisis: Se utilizó un fotómetro (fotodetector) casero y un
multímetro conectado a este para ver el voltaje que se producía al analizar
la muestra de leche para posteriormente considerar el voltaje como una
equivalencia de la absorbancia.
Solución stock: A partir de la leche en polvo con la que se contaba se
preparó una solución madre donde se diluyo 1 gr de leche en polvo en un
matraz aforado de 100ml (10gr/lt) para posteriormente hacer las
diluciones pertinentes y generar la curva de calibrado.
Blanco: El blanco fue de agua destilada dando un valor de 0.33 volts.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Para la preparación de las disoluciones a partir de la solución Stock se
contó con la siguiente formula:
V1xC1= V2xC2
Que fue la ecuación base para realizar las posteriores disoluciones.
Donde V1 es el volumen de la solución que tenemos así como C1 su
concentración y V2 es un volumen fijo al que se llevara en este caso 10ml y
C2 la concentración que se quiere saber.
Curva de calibración
Para crear la curva de calibración necesaria para conocer la concentración
real del analito que se va a analizar se utilizó la ecuación anterior.(Ver
figura)
Despejando la fórmula anterior:
C2= V1XC1/ V2
Sustituyendo para la primera disolución:
V1= 1ml de la solución stock
C1= 10gr/lt = 0.01gr/ml
V2= 10ml (volumen final)
Por lo tanto
C2= 0.001 gr/ml
Nota: Se realizaron 9 disoluciones donde el único valor que fue cambiando
es el de V1 (ver tabla 1).
concentración gr/ml señal (volts) señal (sin blanco)
Trasmitancia
(%)
0.001 0.34 0.01 88.5
0.002 0.38 0.05 78.3
0.003 0.43 0.1 69
0.004 0.48 0.15 62.9
0.005 0.53 0.2 54.3
0.006 0.58 0.25 48.08
0.007 0.63 0.3 42.5
0.008 0.7 0.37 37.6
0.009 0.77 0.44 33.3
La tabla 1 muestra las diluciones echas así como la señal recibida en volts
que brindo el multímetro además de su respectivo porcentaje de
trasmitancia.
Calculo de trasmitancia
Para el cálculo de la transmitancia se usó la Ley de Lambert-Beer que dice:
T= 10-Edc
Tabla 1: Señal dada en volts así como trasmitancia de la curva de calibración.
Donde E es el coeficiente de extinción que es igual a la pendiente de la
recta, d es la distancia en cm (1cm) y c es la concentración molar de la
disolución (Ver tabla 1)
Muestra
La muestra al ser muy poca se diluyo para poder ser utilizada en la curva
de calibración tomando 1 ml de la muestra en 9 ml de agua destilada para
ser leída en el fotodetector posteriormente será multiplicada por el factor
de dilución usado.
La concentración real dada por la muestra de leche en polvo en agua
destilada fue concebida con la ecuación del grafico Concentración-Voltaje
que fue y=53x + 0.0572 y la señal dada en el fotodetector que es de 0.20
(Ver figura 1) donde se despejo la variable x para saberlo:
X= (y + 0.0572)/53
Sustituyendo
X= (0.2 + 0.0572)/53 dando una concentración de 0.00485 gr/ml
llevándolo a gr/lt es 4.85 con un 99.4% de confiabilidad en los datos.
Nota: Cabe mencionar que los valores generados por el multímetro se les
resto el valor generado por el blanco utilizado.
La figura 1 muestra la curva de calibración que se generó con las
diluciones preparadas para posteriormente ser usada como método para
encontrar la concentración real de la muestra que se analizó, también se
muestra que los datos generados son muy confiables con un 99.4%
Trasmitancia
La figura 2 muestra el porcentaje de luz (trasmitancia) que es transmitida
al llegar al detector una vez que ha atravesado la muestra, además de que
conforme la concentración de las diluciones va aumentando el porcentaje
de trasmitancia va disminuyendo por lo mismo de que la dilución se va
saturando y no deja pasar más luz a través de esta. La transmitancia de la
muestra problema diluida fue de 56%.
y = 53x - 0.0572R² = 0.994
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.01
volt
aje
concentración gr/ml
concentración-voltaje
Figura 1: curva de calibración para leche en polvo
CONCLUSIONES
Aunque el experimento se repitió veces por cuestiones de
comprendimiento al momento de emplear el método de calibración.
Los métodos de análisis instrumental son una forma eficaz de encontrar
alguna propiedad especifica de algún analito aunque a veces el método sea
tardado y pueda tener complicaciones en el proceso.
Se obtuvo lo buscado encontrar la concentración que se espera sea la real
del analito que se deseaba analizar por medio del fotodetector.
y = -6845.3x + 91.391R² = 0.9832
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01
% d
e t
ran
smit
anci
a
concentración gr/ml
Transmitancia
Figura 2: % de trasmitancia transmitancia de la muestra problema (56%)
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Dennis P.N.J., Photodetectors, and Introduction to Current
Technology, Plenum Press. 1986
Agrawal G. P. Fiber – Optic Communication Systems, 3ed, Wiley –
Interscience, EUA, 2002
Kato K., Hata S., Kwano K., et al. IEEE Journal of Quantum Electronics,
1992