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Características de desempeño de los monocromadores de red

La calidad de un monocromador depende de la pureza de  su  salida  radiante,  su  aptitud  para  separar  longitudes de onda adyacentes, su potencia para captar luz y su ancho de banda espectra

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La  dispersión  de  la  radiación  ultravioleta,  visible  e

infrarroja  se  puede  lograr  dirigiendo  un  haz  policromático  a  través  de  una red  de  transmisión o  sobre  la  superficie de una red de reflexión. La segunda es, por mucho,  la  opción  más  común.  Las redes  réplica, que se usan en la mayor parte de los monocromadores, se manufacturan  a  partir  de  una  red  maestra.

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Los  prismas  se  pueden  utilizar  para  dispersar  radiación  UV,  visible  e  infrarroja.  El  material  que  se  usa para  construirlos  es  distinto,  pues  depende  de  la  región de longitud de onda

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hay dos tipos de elementos  dispersores  en  los  monocromadores,  a  saber, redes y prismas de reflexión. Para ilustrar su función,  se  ilustra  un  haz  formado  justamente  por  dos  longitudes de onda l1yl2(l1>l2). Esta radiación entra  en  el  monocromador  por  medio  de  una  abertura rectangular angosta o rendija; se alinea, y luego choca contra la superficie del elemento dispersor a un cierto ángulo.

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Este  proceso  se  llama barrido del espectro; los monocromadores están diseñados  para  ejecutarlo.  Todos  los  monocromadorespara radiación ultravioleta, visible e infrarroja son similares en cuanto a su construcción mecánica porque usan ranuras, lentes, espejos, ventanas y redes o prismas.

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Filtros de absorción

Estos filtros, que son casi siempre más baratos que los de  interferencia,  se  usan  ampliamente  para  la  selección de bandas en la región visible. Su función es absorber  porciones  seleccionadas  del  espectro.  El  tipo más común consta de un vidrio coloreado o de un colorante  suspendido  en  gelatina  y  colocado  entre  dos láminas de vidrio. Los filtros de vidrio coloreado tienen la ventaja de poseer una estabilidad térmica mayor.

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Interferómetro de Fabry-Perot

Otro instrumento importante que se basa en la interferencia es el interferómetro de Fabry-Perot. Este dispositivo consta de una lámina de material transparente con caras exactamente paralelas revestidas con un material no absorbente y de gran reflexión

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Filtros de interferencia

Como su nombre lo indica, los filtros de interferencia

dependen de la interferencia óptica para proporcionar

bandas angostas de radiación. Un filtro de interferencia consiste en un dieléctrico transparente, a menudo

fluoruro de calcio o fluoruro de magnesio, que ocupa el

espacio entre dos películas metálicas semitransparentes.

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Se usan dos tipos de filtros para seleccionar la longitud de onda, a saber, filtros de interferencia, los cuales a veces  reciben  el  nombre  de filtros  de  Fabry-Perot y  los filtros de absorción Estos últimos están restringidos a la región visible del espectro; en cambio, los primeros funcionan en la región UV, visible e infrarroja.

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Rayos  láser  de  diodos  semiconductores.

Una  fuente cada  vez  más  importante  de  radiación  casi  monocromática es el diodo de rayo láser.
Éste es un producto de la técnica moderna de los semiconductores.

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Los  rayos  láser  de  colorante  son  sistemas  de  cuatro  niveles.
En  contraste con los otros rayos láser de este tipo que se han considerado,  el  nivel  energético  inferior  para  la  acciónláser  no  es  energía  simple,  sino una banda de energías que surgen de la superposición de  una  gran  cantidad  de  estados  energéticos  vibracionales  y  rotacionales,  muy  cercanos,  basados  en  el estado energético electrónico.

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Rayos  láser  de  colorante.

Se  han  vuelto  fuentes  importantes de radiación en la química analítica porque son sintonizables en forma continua en un intervalo de 29  a  50  nm.  Al  cambiar  los  colorantes,  los  valores  de  longitud  de  onda  de  un  rayo  láser  de  colorante  se pueden  ajustar  para  que  sean  amplios.

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Rayos láser de gas.

En el comercio hay una gran diversidad de rayos láser de gas. Estos dispositivos pueden ser de cuatro tipos, a saber, 1) láser de átomos neutros como  He-Ne;  2)  láser  de  iones  en  los  cuales  la  especie activa es Ar-o Kr-; 3) rayos láser de moléculas en los  cuales  el  medio  de  generación  es  CO2 o N2 ;  y  4) rayos láser excímeros.

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Rayos láser de estado sólido.

El primer rayo láser satisfactorio y que todavía se utiliza es un dispositivo detres niveles en el cual un cristal de rubí es el medio activo.  El  rubí  es  principalmente  Al2O3 pero contiene alrededor  de  0.05%  de  cromo(III),  distribuido  entre los espacios del retículo cristalino de aluminio(III), lo cual explica el color rojo. Los iones de cromo(III) son el material generador activo del rayo.

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En  química  analítica  se  utilizan  varios  tipos  de  rayos láser.

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En  el  sistema  de  tres  niveles,  la  transición  causante  de  la  radiación  láser  está  entre  un  estado  excitado Ey y el estado fundamenta E0; En cambio, en un sistema de cuatro niveles, la radiación es generada por una transición desde Ey hasta el estado Ex cuya energía es  mayor  que  la  del  estado  fundamental.  Además,  es necesario que las transiciones entre Exy el estado basal sean rápidas

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Esta condición prevalece sólo cuando la cantidad de partículas en el estado energético superior excede la cantidad en el inferior; en otras palabras, debe haber una inversión de la población a partir de la distribución normal de los estados energéticos.

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Inversión de la población y amplificación de luz

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Inversión de la población y amplificación de luz

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Para que haya amplificación de luz en un rayo láser, el número de fotones producidos por emisión estimulada tiene  que  sobrepasar  la  cantidad  perdida  por  absorción.

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Absorción.

El  proceso  de  absorción,  el  cual  compite

con la emisión estimuladaEn  este  caso,  dos  fotones  cuyas  energías  son  exactamente iguales a (Ey-Ex) son absorbidos para producir el estado excitado metaestable

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Emisión estimulada.

Este tipo de emisión, que se basa

en el comportamiento del rayo láserEn este caso, las especies láser excitadas son

golpeadas  por  fotones  que  tienen  precisamente  las mismas  energías  (Ey-Ex)  que  los  fotones  producidos por emisión espontánea.

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Emisión espontánea.

una especie en un estado electrónico excitado podría perder todo el exceso de energía o parte de él por emisión espontánea  de  radiación.  la emisión espontánea produce radiación monocromática incoherente.

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Bombeo.

Es necesario para la acción láser. Durante el bombeo de un sistema molecular  se  pueblan  varios  de  los  niveles energéticos  vibracionales  y  electrónicos  superiores  de  la especieactiva.

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Muchos  rayos  láser  son  atómicos  o  iónicos,  y

aunque sus mecanismos son similares a los de los rayos

láser  moleculares,  los  detalles  son  un  tanto  distintos.
Pero estos medios de generación de rayos láser tienen otros estados electrónicos.

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El  proceso  de  la  emisión  estimulada, , genera un haz de radiación  altamente  monocromático  con  ancho  de  banda

de 0.01 nm o menos y con coherencia notable . Debido a estas características únicas, los rayos láser  se  han  convertido  en fuentes  importantes  que  se usan en las regiones UV, visible e IR del espectro.

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Los rayos láser son fuentes de uso muy extendido en los

instrumentos  analíticos  debido  a  sus  altas  intensidades, sus anchos de banda angostos y la naturaleza coherente de sus salidas

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Tambien  las lámparas de cátodo  hueco  y  las  de  descarga  sin  electrodo  son  lasfuentes  de  líneas  más  importantes  para  los  métodos  de absorción atómica y de fluorescencia

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Entre ellas estan las  lámparas de mercurio  y  de  sodio que proporcionan  unas  cuantas  líneas  nítidas en las regiones ultravioleta y visible, y se usan en varios instrumentos espectroscópicos.

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Las conocidas lámparas de mercurio  y  de  sodio proporcionan  unas  cuantas  líneas  nítidas en las regiones ultravioleta y visible, y se usan en varios instrumentos espectroscópicos.

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Las  fuentes  que  emiten  unas  cuantas  líneas  discretas

también  tienen  gran  aceptación  en  la  espectroscopía

de absorción atómica, la espectroscopía de fluorescencia atómica y molecular y la espectroscopía Raman

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Las  fuentes  comunes  infrarrojas  son  sólidos  inertes

calientes a 1500 a 2000 K, una temperatura a la cual la

salida máxima radiante ocurre de 1.5 a 1.9 μm

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Las  lámparas  de  arco  de  alta  presión llenas de gas, que puede ser argón, xenón o mercurio, se usan cuando se requiere una fuente muy intensa.

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En  el  caso de  la  región  UV,  la  fuente  más  común  es  la  lámpara  de  deuterio.

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Este tipo de fuentes se usa ampliamente en la espec-

troscopía  de  absorción  y  de  fluorescencia.