USO DEL FOTÓMETRO (FOTODETECTOR)

García, A. Claudia., González P., Guerrero. S., Guapo C., Hernández B.,

Tirado V. Ingeniería Agroindustrial. Universidad Politécnica de Guanajuato.

Avenida Universidad Norte S/N, Localidad Juan Alonso Cortázar (38483),

Guanajuato, México.

RESUMEN

El siguiente reporte presenta el resultado de aplicar en conjunto var ios

temas vistos en clase, retomando el uso de los métodos de calibrado y de

alguno de los métodos de análisis para conocer la concentración

desconocida presente en un determinado analito a analizar, en este caso se

analizó una muestra de leche en polvo y el método de análisis será el uso

de un fotodetector casero obteniendo una señal en voltaje (volts) que

posteriormente con ayuda de la concentración de las diluciones será

transformada a una señal útil para el analista (trasmitancia) y asi dar las

conclusiones pertinentes.

Palabras clave : trasmitancia, método de análisis, fotodetector,

INTRODUCCIÓN

Se llama fotodetector a cualquier dispositivo que responde con una señal

eléctrica frente al estímulo de una señal luminosa (Dennis, 1986).

Un receptor óptico convierte la señal óptica proveniente de la fibra óptica

en la señal eléctrica y recupera los datos transmitidos. Su elemento de

entrada es el fotodetector, que convierte la luz en corriente eléctrica por

medio del efecto fotoeléctrico. Los receptores ópticos, en general, deben

tener alta sensibilidad, respuesta rápida, bajos niveles de ruido, bajo costo

y una alta confiabilidad. En el caso de sistemas de fibra óptica. El área

fotosensible del fotodetector debe ser comparable con el núcleo de una

fibra. Los requisitos antes mencionados son satisfechos de una mejor

manera por detectores fabricados con base en materiales semiconductores

(Agrawal, 2002).

Los fotodetectores se clasifican en dos grandes grupos:

-Fotodetectores térmicos: la absorción de luz origina un aumento de

temperatura que, a su vez, da lugar a la variación de algún otro parámetro

que origina la señal eléctrica. Dichos detectores responden a la cantidad

total de energía luminosa que incide por unidad de tiempo.

- Fotodetectores fotónicos: la absorción de cada fotón da lugar a algún

tipo de suceso cuántico que origina una señal eléctrica proporcional al

número de fotones incidentes por unidad de tiempo, independientemente

de su energía (Kato et al, 1992). El objetivo del estudio es comprobar la

funcionalidad de los métodos de análisis así como la de su manejo.

MATERIALES Y METODOS

Localización: el estudio se llevó a cabo en el laboratorio de química de la

Universidad Politécnica de Guanajuato, todo el proceso se llevó a cabo

alrededor de dos días consecutivos hasta llegar a la estandarización del

método a realizar.

Muestra: Se analizó una muestra desconocida de leche en polvo en agua

destilada.

Método de análisis: Se utilizó un fotómetro (fotodetector) casero y un

multímetro conectado a este para ver el voltaje que se producía al analizar

la muestra de leche para posteriormente considerar el voltaje como una

equivalencia de la absorbancia.

Solución stock: A partir de la leche en polvo con la que se contaba se

preparó una solución madre donde se diluyo 1 gr de leche en polvo en un

matraz aforado de 100ml (10gr/lt) para posteriormente hacer las

diluciones pertinentes y generar la curva de calibrado.

Blanco: El blanco fue de agua destilada dando un valor de 0.33 volts.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Para la preparación de las disoluciones a partir de la solución Stock se

contó con la siguiente formula:

V1xC1= V2xC2

Que fue la ecuación base para realizar las posteriores disoluciones.

Donde V1 es el volumen de la solución que tenemos así como C1 su

concentración y V2 es un volumen fijo al que se llevara en este caso 10ml y

C2 la concentración que se quiere saber.

Curva de calibración

Para crear la curva de calibración necesaria para conocer la concentración

real del analito que se va a analizar se utilizó la ecuación anterior.(Ver

figura)

Despejando la fórmula anterior:

C2= V1XC1/ V2

Sustituyendo para la primera disolución:

V1= 1ml de la solución stock

C1= 10gr/lt = 0.01gr/ml

V2= 10ml (volumen final)

Por lo tanto

C2= 0.001 gr/ml

Nota: Se realizaron 9 disoluciones donde el único valor que fue cambiando

es el de V1 (ver tabla 1).

concentración gr/ml señal (volts) señal (sin blanco)

Trasmitancia

(%)

0.001 0.34 0.01 88.5

0.002 0.38 0.05 78.3

0.003 0.43 0.1 69

0.004 0.48 0.15 62.9

0.005 0.53 0.2 54.3

0.006 0.58 0.25 48.08

0.007 0.63 0.3 42.5

0.008 0.7 0.37 37.6

0.009 0.77 0.44 33.3

La tabla 1 muestra las diluciones echas así como la señal recibida en volts

que brindo el multímetro además de su respectivo porcentaje de

trasmitancia.

Calculo de trasmitancia

Para el cálculo de la transmitancia se usó la Ley de Lambert-Beer que dice:

T= 10-Edc

Tabla 1: Señal dada en volts así como trasmitancia de la curva de calibración.

Donde E es el coeficiente de extinción que es igual a la pendiente de la

recta, d es la distancia en cm (1cm) y c es la concentración molar de la

disolución (Ver tabla 1)

Muestra

La muestra al ser muy poca se diluyo para poder ser utilizada en la curva

de calibración tomando 1 ml de la muestra en 9 ml de agua destilada para

ser leída en el fotodetector posteriormente será multiplicada por el factor

de dilución usado.

La concentración real dada por la muestra de leche en polvo en agua

destilada fue concebida con la ecuación del grafico Concentración-Voltaje

que fue y=53x + 0.0572 y la señal dada en el fotodetector que es de 0.20

(Ver figura 1) donde se despejo la variable x para saberlo:

X= (y + 0.0572)/53

Sustituyendo

X= (0.2 + 0.0572)/53 dando una concentración de 0.00485 gr/ml

llevándolo a gr/lt es 4.85 con un 99.4% de confiabilidad en los datos.

Nota: Cabe mencionar que los valores generados por el multímetro se les

resto el valor generado por el blanco utilizado.

La figura 1 muestra la curva de calibración que se generó con las

diluciones preparadas para posteriormente ser usada como método para

encontrar la concentración real de la muestra que se analizó, también se

muestra que los datos generados son muy confiables con un 99.4%

Trasmitancia

La figura 2 muestra el porcentaje de luz (trasmitancia) que es transmitida

al llegar al detector una vez que ha atravesado la muestra, además de que

conforme la concentración de las diluciones va aumentando el porcentaje

de trasmitancia va disminuyendo por lo mismo de que la dilución se va

saturando y no deja pasar más luz a través de esta. La transmitancia de la

muestra problema diluida fue de 56%.

y = 53x - 0.0572R² = 0.994

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.01

volt

aje

concentración gr/ml

concentración-voltaje

Figura 1: curva de calibración para leche en polvo

CONCLUSIONES

Aunque el experimento se repitió veces por cuestiones de

comprendimiento al momento de emplear el método de calibración.

Los métodos de análisis instrumental son una forma eficaz de encontrar

alguna propiedad especifica de algún analito aunque a veces el método sea

tardado y pueda tener complicaciones en el proceso.

Se obtuvo lo buscado encontrar la concentración que se espera sea la real

del analito que se deseaba analizar por medio del fotodetector.

y = -6845.3x + 91.391R² = 0.9832

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01

% d

e t

ran

smit

anci

a

concentración gr/ml

Transmitancia

Figura 2: % de trasmitancia transmitancia de la muestra problema (56%)

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Dennis P.N.J., Photodetectors, and Introduction to Current

Technology, Plenum Press. 1986

Agrawal G. P. Fiber – Optic Communication Systems, 3ed, Wiley –

Interscience, EUA, 2002

Kato K., Hata S., Kwano K., et al. IEEE Journal of Quantum Electronics,

1992