Detectores de Radiación: Tipos, Funcionamiento y Aplicaciones

Ancho de Banda en Detectores de Radiación

El ancho de banda es la apertura necesaria en la rendija de salida del monocromador para captar la imagen que proviene de la rendija de entrada. Representa el espacio de longitudes de onda procedentes de la rendija de salida para un ajuste dado del monocromador. Si se desea aislar la radiación de h2 y se ajusta el ancho de la rendija de salida para que sea idéntico al de la rendija de entrada, obtenemos una banda entre h1 y h3.

Tipos de Detectores de Radiación

Fotocélulas

Las fotocélulas consisten en un electrodo plano metálico, de Cu o Fe, sobre el que se deposita una capa de material semiconductor, como Se, o teluro de Cd u óxido de Cu. Encima hay un electrodo colector. Se utilizan en el visible.

Fototubos

Basados en el efecto fotoeléctrico. Están constituidos por un cátodo semicilíndrico y un ánodo de filamento en una ampolla de cuarzo o vidrio donde se ha hecho el vacío. El material fotosensible del cátodo suele ser de óxidos de metales alcalinos o alcalinotérreos, Na, K, Ca, Ba…, los más sensibles son de mezclas de K-Cs-Sb; Se trabaja siempre a 90 V, sobrepasando el potencial de saturación. Se utilizan en el UV-VIS (190-700 nm).

Tubo Multiplicador

Constituido por un cátodo fotosensible (similar al fototubo) y un ánodo colector separados por una serie de electrodos positivos de MgO, GaAs (entre 5-11), llamados dínodos (cada uno a un voltaje 90 V superior al anterior). Son muy sensibles a la radiación VIS y UV.

Fotodiodos

Un fotodiodo básico es una unión pn con polarización inversa: cuando la luz que incide puede excitar un electrón que provocará la creación de huecos y otras cargas negativas y se puede atravesar la barrera de potencial y conducir la corriente. La corriente fotogenerada es proporcional a la intensidad luminosa. Son más sensibles que fotocélulas y fototubos, pero menos que los tubos multiplicadores.

Detectores de Radiación: Diodos de Silicio

Detectores de radiación: Filas (Array) de diodo de silicio. Diodos en serie Una serie de diodos de silicio se colocan espaciados a intervalos regulares en el mismo chip. Una matriz de fotodiodos típica tiene entre 128 y 1024 diodos de 25 μm de ancho, 500 - 2500 μm de alto.

Espectrofotómetro de Arreglo de Diodos

El espectrofotómetro de arreglo de diodos en fila (diode array) utiliza una óptica invertida respecto del convencional:

• Toda la luz de la fuente atraviesa la muestra.
• Luego es dispersada por el monocromador.
• La ranura de salida se sustituye por un dispositivo que integra, en un pequeño circuito, varios cientos de detectores de fotodiodo de silicio. Los más comunes son de 512 y 1024 elementos.
• Cada elemento recibe una banda estrecha de longitudes de onda.
• Los espectros se obtienen en forma casi instantánea, y sin mover ningún elemento óptico.
• Los datos se procesan en una computadora.

Incertidumbre en la Medición de la Transmitancia

Cada lectura de T tiene asociada una incertidumbre: T± dT, que se refleja en una incertidumbre sobre la concentración asociada a dicha lectura de transmitancia: C ± dC El valor de dT esta determinado de origen en cada instrumento, sin embargo el valor de dC no es constante dada la relación exponencial entre T y C:

Como si dividimos miembro a miembro, nos queda: 𝐴 = log 𝐼0/𝐼 = − log 𝐼/𝐼0 = − log 𝑇 = −0.4343𝑙𝑛𝑇 ---> 𝑑𝐴 = −0.4343*𝑑𝑇/𝑇, 𝑑𝐴 = 𝜀. 𝑏. 𝑑𝑐, 𝜀. 𝑏. 𝑑𝑐 = −0.4343 𝑑𝑇/𝑇 ,𝜀. 𝑏. 𝑐 = − log 𝑇,Como si dividimos miembro a miembro, nos queda: 𝑑𝑐/𝑐 = 0.4343 𝑑𝑇/𝑇 log T.

Efecto Fotoeléctrico

El efecto fotoeléctrico consiste en la liberación de los electrones de enlaces de átomos y moléculas metálicos bajo la acción de las radiaciones electromagnéticas. 𝛥 = 𝑟2 − 𝑟1 = (2𝑛 + 1) 𝜆 2

En una ampolla al vacío con una ventana de cuarzo transparente a la radiación, se introduce una placa metálica (cátodo), conectada al polo negativo de una pila, y un ánodo, conectado al polo positivo. En el circuito no hay paso de corriente. Al incidir radiaciones en la placa metálica, los electrones (fotoelectrones) se desprenden de la placa iluminada y producen una corriente (corriente fotoeléctrica) que puede medirse con un voltímetro o un amperímetro. Las características del e. f. definen el comportamiento corpuscular de las radiaciones electromagnéticas.