espectroscopia fotoacustica

1. Introducción
Los fenómenos fototérmicos forman una clase muy general de fenómenos físicos en los
cuales la energía luminosa, al ser absorbida por un material, es transformada en calor, vía
procesos de desexcitación no radiactivos. El diseño básico de un experimento fototérmico
consiste en una fuente de radiación cuyo haz de luz modulado se hace incidir sobre una
muestra, generando en su interior ondas térmicas, las cuales, al ser detectadas son
transformadas en una señal eléctrica que posteriormente es amplificada. Comúnmente se
dispone de un sistema de almacenamiento de datos, conectado a dicho amplificador, para
llevar a cabo un posterior análisis de la información obtenida. La señal fotoacústica (FA)
detectada depende no solo de la cantidad de calor generado en la muestra (es decir, del
coeficiente de absorción óptico y la eficiencia para la conversión de luz en calor) sino
también de como se difunde este calor a través de ella.
La ciencia fototérmica abarca un ancho rango de técnicas y fenómenos basados en la
conversión de absorción de energía electromagnetica , en este caso luz en el espectro visible (energía
optica) en calor. La energía óptica es absorbida y eventualmente convertida en energía térmica. Aun
que los procesos de absorción iniciales en muchos materiales son muy selectivos, es común
para los estados excitados en átomos o moléculas libera su energía de excitación por una
serie de transiciones no radiactivo que produce un calentamiento general del material. [2]
Figura 1.-Fenómenos fototérmicos causados por iluminación deuna superficie por un haz de luz
modulado. [2]
La figura 1 muestra un diagrama de los fenómenos fototérmicos que aparecen al irradiar
una superficie por medio de un intenso haz luminoso. Cuando el haz es absorbido por una parte o
toda la muestra sólida. La energía de la luz se convierte en calor. Como la intensidad del
haz de láser excitante se modula, el calor se genera repetidamente a la misma frecuencia. Se
ha sugerido que hay tres procesos involucrados en la generación de la señal de fotoacústica.
La absorción de excitar energía óptica, seguida por la generación y propagación de energía térmica, y
finalmente la generación y propagación de energía. Todo sistema fototérmico emplea una fuente
modulada de radiación electromagnética, usualmente la fuente de luz, genera un calentamiento
modulado en el medio muestra. El sistema confiable en la absorción de un medio de energía
electromagnética y este es subsecuentemente convertido en energía térmica este calentamiento produce
varios cambios físicos alrededor y en la muestra en la figura 1. es una ilustración de el fenómeno
resultante desde el espesor a la superficie de la muestra de una fuente de luz modulada periódicamente
localizada, en la dirección de un cambio de la temperatura en la muestra los siguientes efectos
secundarios también se producen por:

2. 1. Una emisión infrarroja modulada desde la superficie.
2. Una expansión térmica modulada resultando en una distorsión de la superficie.
3. La generación y propagación de una onda acústica.
4. Una modulación de las propiedades ópticas de la superficie como es lo reflexivo.
5. Una modulación del gradiente del índice de refracción en solo gas u otro medio
transparente en contacto con la superficie calentada. [1]
La técnica fotoacústica queda incluida en los métodos periódicos. Esta es conveniente y precisa para
medir la parámetros térmicos por ser simple, directa y de alta sensibilidad. Desde su descubrimiento en
1880. El fotófono fue un dispositivo que permitía la transmisión de sonido por medio de una emisión
de luz, inventado por Alexander Graham Bell en colaboración con Charles Sumner Tainter.
El dispositivo utilizaba celdas sensibles a la luz elaboradas con cristal de selenio, una de sus
propiedades es que la resistencia eléctrica varía inversamente con la iluminación. [3]
El selenio en forma de diafragma sobre un tubo de escucha, Bell descubrió que ese material (y otros
sólidos) emite sonido cuando es iluminado por la luz modulada, lo que conseguía haciéndola pasar a
través de un disco rotatorio con agujeros (Fig. 2) (Un aparato sencillo para demostrar el efecto FA de
manera similar a la originalmente descrita por Bell es mostrado por Rush y Heubler ). Bell llegó
incluso a descubrir, utilizando un dispositivo denominado espectrofono, ilustrado en la Fig. 3, que la
intensidad del sonido emitido depende de la longitud de onda o color de la luz incidente, y que por lo
tanto el efecto debía ser atribuido a un proceso de absorción óptica. Demostró además que era
producido por la absorción de radiación fuera de la región visible del espectro. [3]
FIGURA 3.
Esquema del dispositivo con el cual Bell descubrió
el Efecto Fotoacústico, según una publicación de la época.[1]
FIGURA 4.
El Espectrófono de Bell. La luz solar (blanca) entra
por el tubo de la izquierda, una especie de telescopio donde un sistema de lentes
la hace incidirsobre el prisma colocado en el centro donde se separa en
diferentes longitudesde onda, antes de incidirsobre un material sólido colocado
a la entrada del tubo de la derecha y provocar el efectofotoacústico. Las ondas
sonoras generadas se propagan a través del tubo de escucha de manera similara
como lo hacen en el estetoscopio. Esta imagen se ha convertido en logotipo de
las conferencias bianualessobre fenómenos fotoacústicos y fototérmicos.[1]
Desde que Adams en 1977 uso el método fotoacústico para obtener valores de la
difusividad térmica, mediante el diseño de una celda (que el llamo optoacústica) se han
desarrollado varios métodos para medir la difusividad térmica por medio de esta técnica. En 1987

3. Perondi y Miranda mostraron la utilidad de un método fotoacústico simple que utiliza un micrófono de
detección de electreto, el cual representa una celda de volumen mínimo para medir la difusividad
térmica de sólidos, denominada técnica de la celda fotoacústica abierta (CFA).
En general, los materiales son altamente heterogéneos. Excepto en los semiconductores cristalinos,
virtualmente todos los otros materiales industriales son policristalinos, amorfos o compuestos. Muchas
de las propiedades de estos materiales están determinadas por su estructura, esto es, tamaño orientación
de los granos, dislocaciones de red, inclusiones, precipitados y microhuecos. Este es particularmente el
caso de las propiedades térmicas en los materiales porosos, las cuales dependen fuertemente, además de
la clase de componentes constituyentes, del tipo de estructura porosa que presentan y de su grado de
porosidad.
[1] Escuchando la luz: breve historia y aplicaciones
del efecto fotoacústico,E. Marín Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada
del Instituto Politécnico Nacional
[2] Determinacion de la efusividad térmica de la efusiviad termica en solidos medinete la técnica
fotoacustica.Tesis; centro de investigacion en ciencia aplicada y técnologia avanzada.
[3]https://pt.wikipedia.org/wiki/Espectroscopia_fotoac%C3%BAstica