Espectrofotómetro experimental

Agradecimientos: A Hector.ar, Angel, Goyo, Lasnicolates y Anilandro de científicos aficionados que en todo momento estuvieron colaborando.

Poquito de teoría

Que es un espectrofotómetro? Se trata de un aparato  óptico que permite hacer atravesar  una muestra traslúcida  por un as de luz monocromática, la que luego es detectada y cuantificada por un sensor y una electrónica adecuada, la frecuencia de la luz puede ser variada  ya que  dispone de una red de difracción. Esto permite conocer los espectros de absorción de líquidos coloreados y además se puede medir concentración de distintos metabolitos. De hecho estos instrumentos se usan a diario en química clínica para determinaciones de la concentración de distintos compuestos de la sangre (colesterol, glucosa etc) además la actividad de enzimas.

Los equipos comerciales pueden medir entre 340 nm hasta 750 nm.

El proyecto

El esquema básico de este espectrofotómetro experimental es este



Una fuente de luz blanca fuerte (foco  halógeno), un as de la luz del mismo pasa por un colimador 1 e impacta sobre la red de difracción (es un trozo de CD), la red descompone la luz , esa red puede ser movida de manera que el espectro pueda correrselo, y de esa forma discriminar las distintas longitudes de onda (los distintos colores del espectro) Detrás de un segundo colimador 2 esta el tubo que lleva la muestra y por último esta el sensor que esta asociado a la electrónica.

Como sensor usé en primera instancia una fotocelda, pero era muy poco sensible por lo que la cambié por un fototubo



A la izquierda el fototubo y a la derecha la fotocelda

Todo el sistema óptico esta encerrado en una caja negra.

Toda la caja que contendrá la parte óptica se realizó en fibrafacil y luego se la pintó con acrílico negro, los colimadores son hojas de afeitar enfrentadas con un paso de luz de mas o menos 1 mm. Toda esta estructura luego se recubre con cartulina negra.



La red de difracción es un trozo de CD montado en un viejo capacitor variable, esto permite que al mover el vástago se mueva la red. Es importante que el CD conserve el espejo de la parte posterior.



Esta es la caja terminada, tuve que variar un poco el formato para que el as de luz pasara bien perpendicular al lugar donde va la muestra, en el zócalo octal va alojado el fototubo. He visto estos tubos en ebay por unos 15 U$A.



En esta imagen se ve la lámpara, el recinto donde va el fototubo ya esta cerrado  y donde esta la cartulina despegada se ve el mando de la red de difracción, puede verse sobre la caja una cubeta de caras paralelas de 1 cm de paso de luz donde  va la muestra.



En este video puede verse como actúa el discriminador



La electrónica es obra de mi querido amigo Ángel consta de dos operacionales bien comunes



Las resistencias que varían la sensibilidad del primer operacional fueron suplantadas por una sola de 50M



Al fototubo hubo que ponerle el cátodo a potencial, unos 70v, para aumentar su sensibilidad, el resto es tal cual el circuito.

Para variar la sensibilidad usé una fuente variable para alimentar la lámpara halógena, según me comentaron y pude comprobar no es lo mejor, pues se corre el espectro al bajar la intensidad, conviene usar el propio control de sensibilidad del circuito R2.

Como instrumento, usé uno de ocasión de 38 uA al que hice la escala en transmitancia (lineal) y en absorbancia (logarítmica)



Las pruebas:

Para saber si puede medir de un modo confiable concentraciones tomé una solución de Cl2Co que es de un color rosa al 1%, como no sabía a como era su espectro de absorción con el analizador automático de mi laboratorio realicé la curva
Se hace así: con una muestra de la solución se toma la absorbancia a distintas longitudes de onda, siempre poniendo a cero con agua.
El resultado fué este



Como puede verse el pico de máxima absorción esta en los 505 nm (verde)
Luego para ver como se comportaba la solución hice una curva de concentración con este mismo equipo comercial
La longitud de onda elegida es de 505 nm y de la misma solución madre hice 4 diluciones y la solución madre, al 100, 80,60, 40 y 20%
El resultado de las lecturas dio esta curva perfectamente lineal (lo esperado)



Y por último me traje las soluciones a casa y tomé las lecturas en el espectrofotómetro casero, a ojo elegí la frecuencia, colocando un cartón en la pasada de luz que viene de la red de difracción busque el verde
Puse a 0 de absorbancia con agua destilada y tomé las 5 medidas



Estos son los tubitos con las diluciones



Como puede verse no es la perfección de recta, pero fue lo suficiente para dejarme conforme, obviamente no se puede usar en un laboratorio profesional, pero si en un laboratorio de aficionado.

Para mejorar: graduar la red de difracción con las longitudes de onda del espectro.

Hay bastante luz espúrea  que da sobre el fototubo, tal vez agregando otro colimador antes del sensor mejoraría ese aspecto