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ESPECTROSCOPIA ATÓMICA
INSTRUMENTACIÓN
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Luis Carlos Flores Luna 1447626
Victor Alberto Hillel Urquidi1569761
Nancy Daniela Leal Sanmiguel1485687
Daniella Nolasco López1569764
Daniela Alejandra Orduña Cruz1488825
Dannya Jaazai Ortega Flores1488061
Daniel Ramos Simental 1493666
INTEGRANTES
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ANCHURA DE RAYAS ATÓMICAS
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PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE DE HEISENBERG
La anchura de raya está regida por el éste efecto de la mecánica
cuántica.
Estipula que cuando más breve es la vida de un estado excitado,
más incierta es su energía relativa al estado fundamental
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Donde:
E= Incertidumbre de la diferencia de energía entre el estadofundamental y excitado.
t= La vida del estado excitado antes de decaer al estado
fundamental.
h= es la constante de Planck. (6.62606896(33) ×10 -34J·s
Si disminuye t, aumenta E.
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PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE DE HEISENBERG
Supongamos que la diferencia de energía (E) entre el estado
fundamental y excitado de un átomo corresponde a luz visible de
una longitud de onda =500nm. Esta diferencia de energía es
E = hc/ = 4.0 × 10-19J
La incertidumbre relativa de la diferencia de energía es:
E/E 2 × 10.La incertidumbre relativa de la longitud de onda / es igual a la
incertidumbre relativa de la energía:
Debido a lo anterior, podemos deducir que la anchura natural de
raya de una señal de absorvión o emisión atómicas es ~10-4nm
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MECANISMOS QUE ENSANCHAN LAS RAYAS ENESPECTROSCOPÍA ATÓMICA
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EFECTO DOPPLER
Cuando un átomo se acerca a la fuente de radiación capta la onda
electromagnética oscilante con más frecuencia que cuando se aleja
de la fuente.
Cuando un átomo se acerca hacia la fuente ve la luz de mayor
frecuencia que cuando se aleja de ella.
La anchura de raya debida al efecto Doppler viene dada por
Donde T es la tempratura (K) y M es la masa del átomo en unidades
de masa atómica (uma).
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ENSANCHAMIENTO POR PRESIÓN
Ésta se da por las colisiones entre los átomos.
Las colisiones acortan la vida del estado excitado.
La incertidumbre de la frecuencia de las rayas de absorción y
emisión atómica es aproximadamente igual en magnitud a la
frecuencia de colisiones entre átomos y es proporcional a la presión.
El efecto Doppler y el ensanchamiento por presión son semejantes
en magnitud y originan anchuras de raya de .001 a .01 nm en
espectroscopia atómica.
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ESPECTROSCOPIA ATÓMICA
LÁMPARAS DE CÁTODO HUECO
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ESPECTROSCOPIA DE ABSORCIÓN ATÓMICA
La espectroscopia de absorción atómica (a menudo llamada AA) es
un método instrumental de la Química Analítica.
Sirve para determinar la concentración de un elemento metálico
determinado en una muestra. Puede utilizarse para analizar la
concentración de más de 62 metales diferentes en una solución.
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LÁMPARAS DE CÁTODO HUECO
Lámpara de cátodo hueco: Lámpara que emite rayas atómicas, muy
estrechas, características del elemento con que está hecho el cátodo.
La fuente más común para la medición de absorción atómica es la
lámpara de cátodo hueco, como la que se muestra en la figura.
Ánodo Cátodo hueco
Ventanade cuarzoo PyrexNe o Ar a 1-5 torrProtección de vidrio
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LÁMPARAS DE CÁTODO HUECO
Este tipo de lámpara consta de un ánodo
de tungsteno (otras están hechas de
wolframio) y un cátodo cilíndrico sellado en
un tubo de vidrio lleno de Ne o Ar a una
presión de ~ 130-700 Pa (1-5 Torr).
El cátodo está construido del metal cuyo
espectro se desea obtener o sirve para
soportar una capa de ese metal.
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FUNCIONAMIENTO
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LÁMPARAS DE CÁTODO HUECO
La ionización del gas inerte ocurre cuando una diferencia de potencial del orden de
300V se aplica en los electrodos, lo cual genera una corriente de unos 5 a 15 mA.
Si el voltaje es suficientemente grande, tiene lugar la ionización del gas y los cationes
gaseosos son acelerados hacia el cátodo, adquiriendo la suficiente energía cinéticapara arrancar algunos átomos metálicos del material catódico y producir una nube
atómica en un proceso llamado chisporroteo.
Algunos de estos átomos metálicos son excitados al chocar con los iones gaseosos, y
al retornar a su estado fundamental emiten radiación característica.
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LÁMPARAS DE CÁTODO HUECO
Al apagar la lámpara, los átomos metálicos vaporizados tienden a depositarse sobre
las paredes del cátodo o sobre las paredes de vidrio del tubo.
El diseño cilíndrico del cátodo incremente la probabilidad de que los átomos se
vuelvan a depositar en el cátodo y no en las paredes de vidrio.
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LÁMPARAS DE CÁTODO HUECO
La eficiencia de las lámparas de cátodo hueco depende de su forma y del voltaje de
operación.
Los voltajes altos y las corrientes altas, dan lugar a mayores intensidades.
Las corrientes mayores producen una cantidad más grande de átomos no excitados
en la nube.
EFICIENCIA
En el comercio se encuentras diversas lámparas de cátodo hueco. Los cátodos de
algunas constan de una mezcla de varios metales y permiten identificar más de un
elemento.
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LÁMPARAS DE CÁTODO HUECO
1. Por efecto del voltaje aplicado entre los dos electrodos ocurre una descarga
eléctrica (la mayor parte de la descarga ocurre dentro del cátodo.)
2. Estas descargas eléctricas aumentan la energía cinética y favorecen la ionizaciónde las moléculas de gas inerte. Estas especies ionizadas requieren carga positiva, por
lo cual son atraídas hacia el cátodo
3. Al chocar los iones(+) de gas inerte con las paredes del cátodo, son desprendidos
átomos del metal del cátodo o depositado sobre la superficie del mismo.
4. Después de desprenderse del cátodo, los átomos producidos son excitados por
choques moleculares con los iones y átomos de argón o neón.5. Los átomos excitados no pueden permanecer indefinidamente en un estado de
energía superior y procede el paso de emisión electromagnética.
EVENTOS QUE TIENEN LUGAR EN UNA LAMPARA DE CATODO HUECO
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ESPECTROSCOPIA ATÓMICA
DETECCIÓN MULTIELEMENTAL CON PLASMA ACOPLADO PORINDUCCIÓN
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ESPECTROSCOPIA ATÓMICA DE EMISIÓN
Los métodos atómicos de emisión se basan en la medida de la radiación
emitida por los átomos de una muestra, previamente excitados, en un
proceso del tipo:
X+ E nergía X * X+ hv
La cantidad de energía requerida para excitar la mayoría de las muestras es
muy grande, por lo que se produce la disociación de cualquier compuesto
químico en sus elementos. Esto hace que el espectro de emisión sea
característico de los átomos presentes en la muestra, el cual esta constituidopor un conjunto de líneas finas y bien definidas
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ESPECTROSCOPIA ATÓMICA DE EMISIÓN
La energía utilizada en el proceso de excitación puede proceder de diferentes
fuentes, dando lugar a distintas técnicas.
Fuente de Energía TécnicaLlama Fotometría de llama
Radiación electromagnética Fluorescencia atómica
Eléctrica Espectrometría de emisión
Plasma ICP
Rayos X Fluorescencia de rayos X
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ESPECTROSCOPIA ATÓMICA DE EMISIÓN
Los plasmas constituyen una fuente de excitación muy energética. Para
originar un plasma se necesita un aporte externo de energía que provoque la
ionización del gas. Existen fuentes de alimentación que se clasifican en funciónde cómo se aporte la energía externa:
-Radiofrecuencias o de plasma acoplado inductivamente (ICP)
-Corriente continua (DCP)
-Plasma inducido por microondas (MIP)
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ESPECTROSCOPIA ATÓMICA DE EMISIÓN
Las altas temperaturas que pueden conseguirse con los plasmas son
suficientes para promover a los átomos a su mayor nivel de energíaelectrónica, emitiendo radiación al volver a su estado fundamental en la zona
del espectro comprendido entre 190 y 900 nm.
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DETECCIÓN MULTIELEMENTAL CON PLASMAACOPLADO POR INDUCCIÓN
Un espectrómetro de emisión por plasma acoplado por inducción no requiere
lámpara y puede medir hasta aproximadamente 70 elementos
simultáneamente
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DETECCIÓN MULTIELEMENTAL CON PLASMAACOPLADO POR INDUCCIÓN
Detectores
-Fotomultiplicador
-Detector de inyección de carga
- Detector de acoplamiento de carga
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Fotomultiplicador
El tubo contiene unos
electrodos denominados
di-nodos. El dínodo se
mantiene a un potencial
de 90 V más positivo que
el del cátodo y por tanto,
los electrones se aceleran
hacia él.
Al incidir sobre el dínodo
1, cada fotoelectrón
origina la emisión de
varios electrones
adicionales; éstos a su vez
son acelerados hacia el
dínodo 2 el cual está a 90
V más positivo que el
dínodo 1.
De nuevo, por cada electrón
que incide sobre la
superficie se emiten varios
electrones.Después de
repetirse este proceso
nueve veces, se han
originado de 106 a 107
electrones por cada fotón
incidente; esta cascada se
recoge al final en el ánodo y
la corriente resultante se
amplifica electrónicamente
y se mide.
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DETECCIÓN MULTIELEMENTAL CON PLASMAACOPLADO POR INDUCCIÓN
-Los fotomultiplicadores son muy sensibles a la radiación ultravioleta y visible; además,
tienen tiempos de respuesta extremadamente rápidos.
- A menudo, la sensibilidad de un instrumento con un detector fotomultiplicador viene
limitada por su emisión de corriente oscura .
-El funcionamiento de un fotomultiplicador puede mejorarse enfriándolo porque la emisión
térmica es la fuente principal de los electrones de la corriente oscura. De hecho, las
corrientes oscuras térmicas pueden eliminarse virtualmente si se enfría el detector a -30 °C.
Los tubos fotomultiplicadores se limitan a medir radiación de baja potencia, debido a que la
luz intensa causa un daño irreversible en la superficie fotoeléctrica. Por esta razón, eldispositivo se aloja siempre en un compartimento protegido de la luz y se toman las
precauciones pertinentes para eliminar la posibilidad de exposición, incluso momentánea, a
cualquier luz intensa..
La corriente de oscuridad es una corriente eléctrica relativamente pequeña que fluye a
través de dispositivos fotosensibles incluso cuando no está recibiendo luz. La corriente de
oscuridad se debe a la generación aleatoria de electrones y huecos, que son arrastrados por
el campo eléctrico. Su intensidad aumenta con la temperatura en la mayoría de los casos.
Cuanto menor sea la corriente de oscuridad, mayor será la sensibilidad del detector, pues
permitirá medir intensidades de corriente, y por tanto de luz, que destaquen menos sobre el
ruido de fondo.
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DETECCIÓN MULTIELEMENTAL CON PLASMAACOPLADO POR INDUCCIÓN
Fotomultiplicador
La radiación emitida por los átomos
entra en el policromador y se dispersaen las distintas longitudes de onda que
la componen. Es preciso que para cada
elemento que se quiera analizar haya
un detector fotomultiplicador en la
posición correcta
Luz que emite
una muestra
Fotomultiplicador
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DETECCIÓN MULTIELEMENTAL CON PLASMAACOPLADO POR INDUCCIÓN
Son dispositivos bidimensionales ya que sus elementos de
detección individuales (llamados transductores o pixeles)
están dispuestos en filas y columnas.
Detector de transferencia de carga
El pixel consta de dos electrodos conductores que
se sitúan por encima de la capa aislante de sílice.
La capa de sílice separa los electrodos
de una región de silicio n-dopado.
Este montaje constituye un condensador semiconductor
de oxido de metal que almacena las cargas formadas
mientras la radiación incide sobre el silicio dopado.
Cuando se aplica una carga negativa a los electrodos, se
crea una región de inversión de carga bajo los electrodos,
que es muy favorable al almacenamiento de los huecos.
Los huecos móviles creados por la absorción de fotones migran
y se recogen en esta región llamada pozo de potencial capaz de
mantener 105 cargas antes de que pasen al pixel contiguo.La cantidad de carga generada durante la exposición a la radiación se mide de dos maneras:
-En un dispositivo de inyección de carga, se mide el cambio de potencial resultante del
movimiento de la carga desde la región bajo uno de los electrodos hasta la región bajo del
otro.
-En un dispositivo de acoplamiento de carga, la carga se mueve hasta un amplificador sensible
a la carga para su medida.
Vista transversal
del pixel
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Detector de inyección de carga
Para controlar la intensidad de la
radiación que incide sobre el
elemento sensible, los
potenciales aplicados a los
condensadores siguen las etapas(a)-(d) del ciclo.
(a) Se aplican a los electrodos
potenciales negativos, que dan
lugar a la formación de pozos de
potencial que recogen y
almacenan los huecos formados
en la capa n al absorber los
fotones. Todos los huecos se
retienen inicialmente en el
electrodo derecho, ya que esta a
un potencial mas negativo.
(b) El potencial del condensador
izquierdo (V1) se determina
después de la eliminación delpotencial aplicado
(c) Los huecos acumulados en el
electrodo derecho se
transfieren al pozo de potencial
debajo del electrodo izquierdo
al conmutar de negativo a
positivo el potencial aplicado al
primero. Se mide entonces, el
nuevo potencial del electrodo
V2.
La magnitud de la carga
acumulada se determina a
partir de la diferencia de
potencial (V1-V2).
(d) Al aplicar potenciales positivos a
ambos electrodos el detector
vuelve a su estado original loque hace que los huecos migren
al sustrato
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DETECCIÓN MULTIELEMENTAL CON PLASMAACOPLADO POR INDUCCIÓN
La radiación emitida por los átomosentra por la parte superior derecha, se
refleja en un espejo colimador (que
convierte la radiación en paralela), es
dispersada en el plano vertical
mediante un prisma y luego en el plano
horizontal por una red.
La radiación dispersada incide sobre un
detector de inyección de carga (CID)
En la parte superior izquierda inciden
las diferentes longitudes de onda sobre
los 262,000 pixeles
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El espectrómetro CID esta purgado con N2 o Ar para excluir el oxigeno,
permitiendo así que se observen longitudes de onda en el UV en el intervalo
de 100-200nm. Esta región espectral permite una detección mas sensible de
algunos elementos que normalmente se detectan a longitudes de onda mas
largas y permite medir halógenos, P, S y N ( con pobres limites de detección de
decenas de partes por millón). Estos elementos no metálicos no pueden ser
observados a longitudes de onda por encima de 200nm.
DETECCIÓN MULTIELEMENTAL CON PLASMAACOPLADO POR INDUCCIÓN
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En este caso, el
semiconductor está formado
por silicio tipo p y el
condensador está polarizado
positivamente, de manera
que los electrones formadospor la absorción de radiación
se recogen en el pozo debajo
del electrodo, mientras que
los huecos migran de la capa
tipo n hacia el sustrato.
Detector de acoplamiento
de carga
Cada pixel está compuesto
por tres electrodos (marcados
como 1, 2, y 3 ) en vez de dos
como en el caso deldispositivo de inyección de
carga.
Para medir la carga
acumulada, se utiliza un
circuito trifásico de reloj para
desplazar gradualmente la
carga hacia la derecha del
registro de desplazamiento
de elevada velocidad,
mostrado en (a).
Las cargas se transfieren
hacia abajo al preamplicador
y después al dispositivo de
lectura. De esta manera, secompleta un barrido fila por
fila de la superficie del
detector.
A diferencia del dispositivo de
inyección de carga, la lecturaneutraliza la carga acumulada
en este caso
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DETECCIÓN MULTIELEMENTAL CON PLASMAACOPLADO POR INDUCCIÓN
Cuando la región dopada-p
absorbe luz, pasa un electrón a la
banda de conducción, dejando un
hueco en la banda de valencia. El
electrón es atraído a la región que
se encuentra debajo del electrodopositivo, donde se almacena. El
hueco migra al sustrato dopado-n,
donde se combina con un electrón.
Cada electrodo puede acumular
105 electrones, antes de que se
desborden hacia elementos
adyacentes.
Vista desde arriba, una estructura
real tiene el tamaño de un sello
postal.
Después de un tiempo de
observación, los electronesacumulados en cada pixel de la
ultima fila, pasan al registro en
serie de la parte superior y a
continuación cada pixel se va
trasladando a la derecha, donde se
lee la carga almacenada.
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En un detector CCD:
-Cada pixel se debe leer a su tiempo, de forma ordenada, de fila en fila
- Las señales fuertes en un pixel suelen interferir en los pixeles vecinos
(eclosión o blooming en ingles)
Fotomultiplicador
-Da limites de detección mas bajos porque es mas sensible
-Es mas caro y complicado
En un detector CID
-Todos los pixeles se ven individualmente en todo momento
-Las señales fuertes en un pixel suelen interferir menos en pixeles vecinos por
lo que pueden medir señales débiles contiguas a señales fuertes
DETECCIÓN MULTIELEMENTAL CON PLASMAACOPLADO POR INDUCCIÓN
Comparaciones CID vs CCD y Fotomultiplicador
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ESPECTROSCOPIA ATÓMICA DE EMISIÓN
Los métodos atómicos de emisión se basan en la medida de la radiación
emitida por los átomos de una muestra, previamente excitados, en un
proceso del tipo:
X+ E nergía X * X+ hv
La cantidad de energía requerida para excitar la mayoría de las muestras es
muy grande, por lo que se produce la disociación de cualquier compuesto
químico en sus elementos. Esto hace que el espectro de emisión sea
característico de los átomos presentes en la muestra, el cual esta constituidopor un conjunto de líneas finas y bien definidas
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ESPECTROSCOPIA ATÓMICA DE EMISIÓN
La energía utilizada en el proceso de excitación puede proceder de diferentes
fuentes, dando lugar a distintas técnicas.
Fuente de Energía Técnica
Llama Fotometría de llama
Radiación electromagnética Fluorescencia atómica
Eléctrica Espectrometría de emisión
Plasma ICP
Rayos X Fluorescencia de rayos X
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ESPECTROSCOPIA ATÓMICA DE EMISIÓN
Los plasmas constituyen una fuente de excitación muy energética. Para
originar un plasma se necesita un aporte externo de energía que provoque la
ionización del gas. Existen fuentes de alimentación que se clasifican en funciónde cómo se aporte la energía externa:
-Radiofrecuencias o de plasma acoplado inductivamente (ICP)
-Corriente continua (DCP)
-Plasma inducido por microondas (MIP)
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ESPECTROSCOPIA ATÓMICA DE EMISIÓN
Las altas temperaturas que pueden conseguirse con los plasmas son
suficientes para promover a los átomos a su mayor nivel de energíaelectrónica, emitiendo radiación al volver a su estado fundamental en la zona
del espectro comprendido entre 190 y 900 nm.
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DETECCIÓN MULTIELEMENTAL CON PLASMAACOPLADO POR INDUCCIÓN
Un espectrómetro de emisión por plasma acoplado por inducción no requiere
lámpara y puede medir hasta aproximadamente 70 elementos
simultáneamente
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DETECCIÓN MULTIELEMENTAL CON PLASMAACOPLADO POR INDUCCIÓN
Detectores
-Fotomultiplicador
-Detector de inyección de carga
- Detector de acoplamiento de carga
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Fotomultiplicador
El tubo contiene unos
electrodos denominados
di-nodos. El dínodo se
mantiene a un potencial
de 90 V más positivo que
el del cátodo y por tanto,
los electrones se aceleran
hacia él.
Al incidir sobre el dínodo
1, cada fotoelectrón
origina la emisión de
varios electrones
adicionales; éstos a su vez
son acelerados hacia el
dínodo 2 el cual está a 90
V más positivo que el
dínodo 1.
De nuevo, por cada electrónque incide sobre la
superficie se emiten varios
electrones.Después de
repetirse este proceso
nueve veces, se han
originado de 106 a 107
electrones por cada fotón
incidente; esta cascada se
recoge al final en el ánodo y
la corriente resultante se
amplifica electrónicamente
y se mide.
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DETECCIÓN MULTIELEMENTAL CON PLASMAACOPLADO POR INDUCCIÓN
-Los fotomultiplicadores son muy sensibles a la radiación ultravioleta y visible; además,
tienen tiempos de respuesta extremadamente rápidos.
- A menudo, la sensibilidad de un instrumento con un detector fotomultiplicador viene
limitada por su emisión de corriente oscura .
-El funcionamiento de un fotomultiplicador puede mejorarse enfriándolo porque la emisión
térmica es la fuente principal de los electrones de la corriente oscura. De hecho, las
corrientes oscuras térmicas pueden eliminarse virtualmente si se enfría el detector a -30 °C.
Los tubos fotomultiplicadores se limitan a medir radiación de baja potencia, debido a que la
luz intensa causa un daño irreversible en la superficie fotoeléctrica. Por esta razón, eldispositivo se aloja siempre en un compartimento protegido de la luz y se toman las
precauciones pertinentes para eliminar la posibilidad de exposición, incluso momentánea, a
cualquier luz intensa..
La corriente de oscuridad es una corriente eléctrica relativamente pequeña que fluye a
través de dispositivos fotosensibles incluso cuando no está recibiendo luz. La corriente de
oscuridad se debe a la generación aleatoria de electrones y huecos, que son arrastrados por
el campo eléctrico. Su intensidad aumenta con la temperatura en la mayoría de los casos.
Cuanto menor sea la corriente de oscuridad, mayor será la sensibilidad del detector, pues
permitirá medir intensidades de corriente, y por tanto de luz, que destaquen menos sobre el
ruido de fondo.
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DETECCIÓN MULTIELEMENTAL CON PLASMAACOPLADO POR INDUCCIÓN
Fotomultiplicador
La radiación emitida por los átomos
entra en el policromador y se dispersaen las distintas longitudes de onda que
la componen. Es preciso que para cada
elemento que se quiera analizar haya
un detector fotomultiplicador en la
posición correcta
Luz que emite
una muestra
Fotomultiplicador
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DETECCIÓN MULTIELEMENTAL CON PLASMAACOPLADO POR INDUCCIÓN
Son dispositivos bidimensionales ya que sus elementos de
detección individuales (llamados transductores o pixeles)
están dispuestos en filas y columnas.
Detector de transferencia de carga
El pixel consta de dos electrodos conductores que
se sitúan por encima de la capa aislante de sílice.
La capa de sílice separa los electrodos
de una región de silicio n-dopado.
Este montaje constituye un condensador semiconductor
de oxido de metal que almacena las cargas formadas
mientras la radiación incide sobre el silicio dopado.
Cuando se aplica una carga negativa a los electrodos, se
crea una región de inversión de carga bajo los electrodos,
que es muy favorable al almacenamiento de los huecos.
Los huecos móviles creados por la absorción de fotones migran
y se recogen en esta región llamada pozo de potencial capaz de
mantener 105 cargas antes de que pasen al pixel contiguo.La cantidad de carga generada durante la exposición a la radiación se mide de dos maneras:
-En un dispositivo de inyección de carga, se mide el cambio de potencial resultante del
movimiento de la carga desde la región bajo uno de los electrodos hasta la región bajo del
otro.
-En un dispositivo de acoplamiento de carga, la carga se mueve hasta un amplificador sensible
a la carga para su medida.
Vista transversal
del pixel
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Detector de inyección de carga
Para controlar la intensidad de la
radiación que incide sobre el
elemento sensible, los
potenciales aplicados a los
condensadores siguen las etapas(a)-(d) del ciclo.
(a) Se aplican a los electrodos
potenciales negativos, que dan
lugar a la formación de pozos de
potencial que recogen y
almacenan los huecos formados
en la capa n al absorber los
fotones. Todos los huecos se
retienen inicialmente en el
electrodo derecho, ya que esta a
un potencial mas negativo.
(b) El potencial del condensador
izquierdo (V1) se determina
después de la eliminación delpotencial aplicado
(c) Los huecos acumulados en el
electrodo derecho se
transfieren al pozo de potencial
debajo del electrodo izquierdo
al conmutar de negativo a
positivo el potencial aplicado al
primero. Se mide entonces, el
nuevo potencial del electrodo
V2.
La magnitud de la carga
acumulada se determina a
partir de la diferencia de
potencial (V1-V2).
(d) Al aplicar potenciales positivos a
ambos electrodos el detector
vuelve a su estado original loque hace que los huecos migren
al sustrato
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DETECCIÓN MULTIELEMENTAL CON PLASMAACOPLADO POR INDUCCIÓN
La radiación emitida por los átomosentra por la parte superior derecha, se
refleja en un espejo colimador (que
convierte la radiación en paralela), es
dispersada en el plano vertical
mediante un prisma y luego en el plano
horizontal por una red.
La radiación dispersada incide sobre un
detector de inyección de carga (CID)
En la parte superior izquierda inciden
las diferentes longitudes de onda sobre
los 262,000 pixeles
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El espectrómetro CID esta purgado con N2 o Ar para excluir el oxigeno,
permitiendo así que se observen longitudes de onda en el UV en el intervalo
de 100-200nm. Esta región espectral permite una detección mas sensible de
algunos elementos que normalmente se detectan a longitudes de onda mas
largas y permite medir halógenos, P, S y N ( con pobres limites de detección de
decenas de partes por millón). Estos elementos no metálicos no pueden ser
observados a longitudes de onda por encima de 200nm.
DETECCIÓN MULTIELEMENTAL CON PLASMAACOPLADO POR INDUCCIÓN
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En este caso, el
semiconductor está formado
por silicio tipo p y el
condensador está polarizado
positivamente, de manera
que los electrones formadospor la absorción de radiación
se recogen en el pozo debajo
del electrodo, mientras que
los huecos migran de la capa
tipo n hacia el sustrato.
Detector de acoplamiento
de carga
Cada pixel está compuesto
por tres electrodos (marcados
como 1, 2, y 3 ) en vez de dos
como en el caso deldispositivo de inyección de
carga.
Para medir la carga
acumulada, se utiliza un
circuito trifásico de reloj para
desplazar gradualmente la
carga hacia la derecha del
registro de desplazamiento
de elevada velocidad,
mostrado en (a).
Las cargas se transfieren
hacia abajo al preamplicador
y después al dispositivo de
lectura. De esta manera, secompleta un barrido fila por
fila de la superficie del
detector.
A diferencia del dispositivo de
inyección de carga, la lectura
neutraliza la carga acumulada
en este caso
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DETECCIÓN MULTIELEMENTAL CON PLASMAACOPLADO POR INDUCCIÓN
Cuando la región dopada-p
absorbe luz, pasa un electrón a la
banda de conducción, dejando un
hueco en la banda de valencia. El
electrón es atraído a la región que
se encuentra debajo del electrodo
positivo, donde se almacena. El
hueco migra al sustrato dopado-n,
donde se combina con un electrón.
Cada electrodo puede acumular
105 electrones, antes de que se
desborden hacia elementos
adyacentes.
Vista desde arriba, una estructura
real tiene el tamaño de un sello
postal.
Después de un tiempo de
observación, los electronesacumulados en cada pixel de la
ultima fila, pasan al registro en
serie de la parte superior y a
continuación cada pixel se va
trasladando a la derecha, donde se
lee la carga almacenada.
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En un detector CCD:
-Cada pixel se debe leer a su tiempo, de forma ordenada, de fila en fila
- Las señales fuertes en un pixel suelen interferir en los pixeles vecinos
(eclosión o blooming en ingles)
Fotomultiplicador
-Da limites de detección mas bajos porque es mas sensible
-Es mas caro y complicado
En un detector CID
-Todos los pixeles se ven individualmente en todo momento
-Las señales fuertes en un pixel suelen interferir menos en pixeles vecinos por
lo que pueden medir señales débiles contiguas a señales fuertes
DETECCIÓN MULTIELEMENTAL CON PLASMAACOPLADO POR INDUCCIÓN
Comparaciones CID vs CCD y Fotomultiplicador
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ESPECTROSCOPIA ATÓMICA
CORRECCIÓN DE FONDO
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CORRECCIÓN DE FONDO
Es una forma de distinguir la señal del analito de la señal de absorción,
emisión o dispersión de la llama, horno, plasma o la matriz de la llama.
Métodos para corregir el fondo:
Registro de los pixeles adyacentes en un CID
Corte el haz
Lámpara de deuterio
Zeeman
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CORRECCIÓN DE FONDO
Espectro de emisión registrado con un detector de inyección de carga.
Aquí se ilustra como se hace la corrección de la línea base en
espectrometría de emisión de emisión de plasma.
La altura del pico corregida es la amplitud media de pico menos la
amplitud media de la línea base.
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CORRECCIÓN DE FONDOInterrupción del haz
La luz procedente de la
lámpara se bloquea de forma
periódica, mediante un
cortador rotatorio.
La señal que llega al detector
cuando se bloquea el haz laorigina la emisión de la llama.
La señal que llega al detector
cuando no se bloquea el haz se
debe a la lámpara y a la
llama.
La diferencia entre estas dosseñales es la señal analítica
neta.
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CORRECCIÓN DE FONDO
Lámpara de deuterio
Consiste en pasar la emisión de banda ancha procedente de una
lámpara de D2 a través de la llama, alternado con la del cátodo
hueco.
La luz procedente del cátodo hueco es absorbido por el analito y
absorbida y dispersada por el fondo.
La diferencia entre la absorbancia medida con el cátodo hueco y
con la lámpara D2 es la absorbancia debida al analito.
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CORRECCIÓN DE FONDO
Efecto Zeeman
Consiste en el corrimiento de niveles de energía que presentan que
experimentan átomos y moléculas en un campo magnético.
Para corregir el fondo se aplica intermitentemente un impulso fuerte de
campo magnético. Cuando se interrumpe el campo, se esta midiendo la
muestra y el fondo, y cuando se aplica el campo se mide solo el fondo.
La diferencia entre las dos señales es la señal corregida.
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ESPECTROSCOPIA ATÓMICA
LÍMITES DE DETECCIÓN
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LIMITES DE DETECCIÓN
Limite de Detección: es la concentración de un elemento que da una
señal igual a tres veces el nivel de ruido pico-a-pico de la línea base.
Dentro de los métodos que se tienen(Horno , Llama y plasma) el
horno por lo general tiene 2 ordenes de magnitud inferiores a los de
llama haciéndolos mejores.
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LIMITES DE DETECCIÓN