Por Lena Woodis, Product Manager
La espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR ) es una potente técnica analítica utilizada para obtener el espectro infrarrojo de absorción o emisión de una muestra, ya sea sólida, líquida o gaseosa. Para el funcionamiento de la espectroscopia FTIR son fundamentales los detectores de infrarrojos, que miden la intensidad de la luz infrarroja después de que ésta interactúe con la muestra. Profundicemos en los principios de funcionamiento de los detectores de infrarrojos en el análisis FTIR, comparemos los detectores MCT (teluro de cadmio y mercurio) enfriados termoeléctricamente (TEC) con los detectores IR tradicionales y analicemos los escenarios en los que se deben utilizar los distintos detectores IR en la investigación.
Principios de funcionamiento de los detectores de infrarrojos en el análisis FTIR
Los espectrómetros FTIR utilizan un interferómetro para modular la luz infrarroja procedente de la fuente. Esta modulación produce un patrón de interferencia llamado interferograma, que codifica la información a través de una amplia gama de longitudes de onda infrarrojas simultáneamente.
En el análisis FTIR, un interferómetro divide el haz infrarrojo entrante en dos trayectorias, que se recombinan para producir un patrón de interferencia. Esta luz modulada interactúa con la muestra, que absorbe longitudes de onda específicas en función de su composición molecular. La luz, ahora portadora de información sobre la muestra, llega al detector de infrarrojos, que convierte la radiación infrarroja en una señal eléctrica.
Los detectores de infrarrojos pueden ser térmicos, como los termopares, los bolómetros y los detectores piroeléctricos, que miden los cambios de temperatura debidos a la radiación absorbida, o fotónicos, como los detectores MCT, que detectan los fotones infrarrojos generando pares electrón-hueco y ofrecen mayor sensibilidad y tiempos de respuesta más rápidos, pero a menudo requieren refrigeración para reducir el ruido. Es importante señalar que los detectores MCT con refrigeración termoeléctrica (TEC) no requieren nitrógeno líquido para su refrigeración y, por tanto, no es necesario mantener el acceso al LN₂ ni gestionar los problemas relacionados con la seguridad.
La señal eléctrica del detector es procesada por un ordenador mediante una transformada de Fourier para convertirla en un espectro infrarrojo. Este espectro, que muestra la intensidad de la luz infrarroja en función de la longitud de onda o número de onda, se analiza para identificar bandas de absorción correspondientes a diferentes vibraciones moleculares, lo que proporciona información detallada sobre la composición molecular de la muestra.
Comparación de los detectores MCT enfriados termoeléctricamente (TEC) con los detectores IR tradicionales
Los detectores MCT con refrigeración termoeléctrica (TEC) representan un avance con respecto a los detectores IR tradicionales, ya que ofrecen varias ventajas:
- Sensibilidad y ruido: Los detectores MCT tradicionales requieren refrigeración criogénica (por ejemplo, con nitrógeno líquido) para reducir el ruido térmico y lograr una alta sensibilidad. Los detectores MCT TEC utilizan un refrigerador termoeléctrico, más cómodo y seguro, que elimina la necesidad de líquidos criogénicos. Los detectores TEC MCT siguen alcanzando una alta sensibilidad al mantener una temperatura de funcionamiento baja y estable, sin embargo, la sensibilidad que puede alcanzarse depende del rango de longitudes de onda del detector TEC MCT. Los TEC MCT ofrecen mejores resultados que los detectores térmicos en aplicaciones de bajo rendimiento.
- Comodidad y seguridad: Los detectores TEC MCT son más fáciles de usar y más seguros de manejar. La ausencia de líquidos criogénicos simplifica la configuración y el mantenimiento, lo que hace que estos detectores sean más adecuados para el uso rutinario en el laboratorio.
- Rendimiento: Los detectores TEC MCT mantienen un alto rendimiento con excelentes relaciones señal-ruido, tiempos de respuesta rápidos y detección de amplio rango espectral. Son especialmente útiles en aplicaciones que requieren una rápida adquisición de datos. Los TEC-MCT proporcionan resultados inmediatos sin necesidad de invertir tiempo en enfriar el detector antes de utilizarlo. No hay limitación de tiempo causada por los tiempos de retención del dewar (es decir, se elimina la necesidad de rellenar un dewar de detector para mediciones largas).
Cuándo utilizar diferentes detectores IR en investigación
La elección del detector IR apropiado para el análisis FTIR depende de los requisitos específicos de la aplicación de investigación:
Detectores térmicos: Estos detectores son adecuados para aplicaciones en las que la alta sensibilidad y los tiempos de respuesta rápidos no son críticos. Son ideales para la espectroscopia FTIR de uso general, entornos educativos y aplicaciones en las que la rentabilidad es importante. Los detectores térmicos son robustos y pueden cubrir una amplia gama espectral.
Detectores MCT tradicionales: Cuando se requiere una alta sensibilidad y tiempos de respuesta rápidos, se prefieren los detectores MCT tradicionales. Son ideales para aplicaciones de investigación avanzadas, como la detección de analitos de baja concentración, el estudio de procesos cinéticos rápidos y la realización de análisis moleculares detallados. Sin embargo, la necesidad de refrigeración criogénica puede ser una limitación en términos de comodidad y seguridad.
Detectores TEC MCT: Estos detectores ofrecen un equilibrio entre rendimiento y comodidad. Son adecuados para algunas aplicaciones de alta sensibilidad sin la molestia de la refrigeración criogénica. Los detectores TEC MCT son ideales para la espectroscopia FTIR rutinaria de alto rendimiento en laboratorios de investigación, control de calidad y aplicaciones industriales en las que la velocidad, la facilidad de uso y la seguridad son primordiales.
Resumen
Los detectores de infrarrojos forman parte integral de la espectroscopia FTIR, convirtiendo la luz infrarroja modulada en señales eléctricas para la generación y el análisis del espectro. Los detectores MCT refrigerados termoeléctricamente ofrecen ventajas significativas sobre los detectores IR tradicionales, combinando alta velocidad con comodidad operativa. Los TEC-MCT no requieren nitrógeno líquido para su refrigeración y, por tanto, no es necesario mantener el acceso al LN₂ ni gestionar problemas relacionados con la seguridad. Estos detectores permiten el análisis de materiales FTIR a alta velocidad manteniendo la calidad espectral, y han sido durante mucho tiempo los detectores elegidos para medir rápidamente y recoger espectros de calidad, debido a su relativamente amplio rango espectral y alta sensibilidad.
Recursos
- Academia de Espectroscopía FTIR
- Opciones de detectores IR para el espectrómetro FTIR Thermo Scientific Nicolet iS50
- Espectrómetros FTIR y microscopios FTIR
- VIDEO: Espectrómetro FTIR Thermo Scientific Nicolet iS50
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