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

 

 

 

 

 

 

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41 comentarios en “Espectrofotómetro experimental

  1. hola podrias hacer una fuente de luz para fibra optica o pal menos decirme como hacerlo.Gracias

  2. Hola. Te escribe el Marketing ;Manager de Wiener lab. Me pareció un trabajo espectacular. Me gustaría saber de donde sos porque veo que usaste para determinar el espectro un Metrolab 2100. Nosotros no vendimos nunca ese aparato, pero si el 2300.
    Lindo aporte para entender la espectrofotometría….
    Cordiales saludos

  3. Hace poco compré un 2100 de Metrolab. NO ENTIENDO COMO SE PUEDE HACER UNA CURVA en ese aparto. El manual está hecho para genios o por tontos. Por favor ayuda. la técnica de Cloruros requiere curvay estoy empantanado. Dede yá gracias. Mi correo laboratorio@abastonet.com.ar.

  4. Amigo necesito realizar un espectrofotometro como trabajo en mi universidad y si me gustaría mucho su ayuda espero y si me pueda ayudar. Gracias

  5. Hola buenas! Primero ante todo, decirle que me encanta el blog y admiro su trabajo. Al igual que Carlos Riviera estoy tratando de construir un espectofotómetro para un trabajo de universidad, pero no entiendo mucho de circuitos y a ver si me pudiera aclarar que son algunos componentes, sobre todo el componente resaltado en rojo que sale al principio del diagrama. Muchas gracias de antemano!

  6. hola que tal me parece un muy buen trabajo pero tengo algunas dudas. Cómo puedo saber a que angulo de inclinación de la red de difracción obtendré determinada luz monocromática? por ejemplo: si deseo un color rojo como calculo ese angúlo para obtenerlo.agradeceria mucho su respuesta mi correo es barca-65@hotmail.com

    • Tenes que hacerlo en forma práctica, en mi caso yo usé un eje donde esta pegada la red y ese eje puede moverse, entonces tengo todo el espectro sobre una pared de la caja pero solo pasa por el colimador una estrecha banda de ese espectro, tengo un vídeo en youtube, se ve medio feo, pero se nota como cambia el color de la luz que va al fototubo

  7. Cesar, te felicito por tu trabajo y por compartirlo, mi pregunta es ¿Cuan mas sensible es el Fototubo comparado con la Fotocelda?

  8. César, observando el circuito encuentro que no hay nada conectado en la salida del segundo operacional.

    • Es un amplificador, podes poner al miliamperímetro ahí si no conseguís un microamperímetro para poner directo a la salida como esta dibujado.
      Yo al final conseguí un lindo microamperímetro a si que no usé esa parte

  9. hola
    podrias explicar un poco mas como lo hiciste
    los pasos
    porfa

  10. Hola soy Peruano estoy interesado en fabricarme un espectofotometro para medir concentraciones químicas de metales ferrosos y no ferrosos pues corrígeme cada metal tiene un color y cada color un ancho que seria su concentración o no?

  11. Hola, me parece interesante pero no entiendo para que utilizaste el circuito por favor me podes explicar cual es su función, de antemano un cordial saludo

  12. buenas Tardes Cesar, primero felicitarte por el excelente blog que tiene, me ha servido muchisimo para el proyecto que tengo de crear un espectrofotometro, ya cuento con todos los componentes y he elaborado el prototipo, pero tengo problema con el tubo fototubo ya que encuentro muchas referencias y no se cual comprar, ademas que no tengo conocimientos en electrónica, me podría ayudar en estos temas o información con la cual me pueda apoyar
    gracias

  13. Buenos días Cesar, un feliz año y próspero año nuevo, como has visto un grupo de estudiantes estamos recreando tu experimento de espectrometría, imagen del avance y los elementos con los que contamos en el desarrollo del experimento nos han surgido varias dudas entre ellas:
    1. La entrada del transformador a cuento está el voltaje 110 y si es alterno o continuo.
    2. El diagrama del circuito no entendemos cual es la lámpara, el fototubo y el instrumento de trasmitancia. Sería tan amable de brindarnos apoyo con estas preguntas ya que nos impiden para seguir con el experimento y con toda la información que nos puedas suministrar se lo agradeceríamos.
    Quedo atento
    Gracias por el apoyo
    Feliz día
    Atentamente
    Carlos Mario Guerrero
    Correo: carmario_87@hotmail.com

    nota: al correo anajesusa@hotmail.com le envié la información completa

  14. Muy hermoso proyecto, la duda esta en el circuito no se entiende muy bien…. se que el emisor de luz tiene que salir sin ningún parpadeo es decir que la salida de corriente no tendría que tener ningún pico para que los valores sean los mas confiables posibles.
    Mi otra duda es porque no buscar filtros en vez de usar una red de difracción?…

  15. hola Cesar, le cuento que hemos avanzado en la construcción del espectrofotometro, pero nos surgió una duda, a que distancia y cual es grado de inclinación del CD el cual lo estamos utilizando a cambio del prisma.
    gracias por su valiosa respuesta
    feliz día

  16. Hola Cesar!
    Lo felicito por tan interesante proyecto. Muy educativo, profesional y estimulante. Yo estoy intentando hacer un Nefelómetro como proyecto. Mis preguntas es: Se puede aplicar este principio?, Los materiales e insumos son los mismos?
    Agradeciendo de antemano su respuesta. Amilcar

  17. Hola me gustaria que me enviaras el circuito completo

    • Hola Mariana!

      Yo no tengo ningún circuito en este momento. Mi pregunta es : Se puede aplicar el mismo principio?

      Saludos

      Amilcar

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