Funcionamiento y Tipos de Detectores Térmicos en Espectroscopía Infrarroja

Detectores térmicos

Se utilizan en el espectro infrarrojo (IR), ya que esta radiación no posee la energía suficiente para producir el efecto fotoeléctrico debido a su baja intensidad. Estos detectores se basan en la absorción de la luz por un pequeño cuerpo negro, donde la señal se obtiene mediante la medición del aumento de la temperatura (T). Existen tres tipos principales:

Termopares o termocuplas

Se basan en el efecto Peltier: cuando se calienta la superficie de unión al contacto entre dos conductores metálicos de diferente naturaleza, se origina una corriente eléctrica cuya intensidad (I) es proporcional al calentamiento producido y, por consiguiente, a la intensidad de la radiación infrarroja incidente.

• Materiales: Se utilizan conductores de plata y platino.
• Funcionamiento: En la superficie de unión de estos metales se coloca una placa de plata ennegrecida, cuyo único objeto es absorber la radiación IR.
• Sensibilidad: Son detectores muy sensibles, capaces de detectar variaciones de temperatura del orden de 10^-6 ºC. La intensidad de corriente generada es aproximadamente de 6-8 µV.

Bolómetro o termistores

Aprovechan la propiedad que tienen algunos metales de variar su resistencia eléctrica con la temperatura. Entre los metales que presentan esta propiedad, la plata es la más utilizada.

• Medición: El aparato utilizado para medir la resistencia es un puente de Wheatstone (o "puente de hilo"). Cuando no pasa corriente por el galvanómetro, se dice que el puente está equilibrado y cumple la relación: R₁/R₂ = R₃/R₄, donde R = ρ · l/s.
• Proceso: Sobre una de las resistencias se coloca una placa ennegrecida. Al hacer incidir la radiación IR sobre dicha placa, esta se calienta y varía su resistencia, provocando el paso de corriente por el galvanómetro.
• Precisión: Estos detectores miden variaciones de temperatura del orden de 10^-5 ºC.

Detector neumático de Golay

Consta de un recipiente neumático con las siguientes características:

• Estructura: En la parte anterior posee una ventana de mica transparente a la radiación. La parte posterior contiene una membrana (mbn) plateada en su cara externa.
• Interior: Contiene un gas noble, generalmente xenón (Xe).
• Funcionamiento: En la superficie externa se hace incidir una radiación visible; esta luz se refleja sobre la membrana y la luz reflejada es medida por un fototubo (que mide el aumento de presión).
• Detección: Si hacemos incidir radiación IR sobre el gas, este se calienta, su presión aumenta y la membrana se dilata. Al dilatarse, la cantidad de luz reflejada cambia. Esta diferencia es proporcional al aumento del volumen, al calentamiento y a la intensidad de la radiación IR.
• Consideraciones: Este detector es más costoso y menos sensible que los anteriores.