Métodos modernos de análisis

1. USO DEL FOTODETECTOR
García Arriaga Claudia Isabel, González Paramo Julio Cesar, Guerrero.
Sánchez Patricia Fernanda, Guapo Chávez Mariana, Hernández Baena
Brandon, Tirado Vázquez Ana Gabriela
Ingeniería Agroindustrial. Universidad Politécnica de Guanajuato. Avenida
Universidad Norte S/N, Localidad Juan Alonso Cortázar (38483),
Guanajuato, México.
RESUMEN
Se pretende encontrar la concentración real de una muestra de leche en
polvo en agua con ayuda de un fotodetector que es un sensor que generara
una señal eléctrica dependiente de la luz u otra radiación electromagnética
que reciba. Con ayuda de la señal obtenida en el fotodetector se fabricara
una curva de calibrado que será utilizada para encontrar la concentración
de dicho análisis.
Palabras clave : señal, radiación electromagnética, 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

2. 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).
- 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 encontrar la
concentración real de una muestra
de leche en polvo en agua a través
del voltaje medida por el
fotodetector.
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.
Solución stock: Se preparó una
solución madre donde se diluyo 1

3. gr de leche en polvo en un matraz
aforado de 100ml (10gr/Lt).
Muestra: Se analizó una muestra
desconocida de leche en polvo en
agua destilada.
Instrumento: El instrumento que
se utilizo pará la señal fue un
voltímetro digital.
Estudios analíticos:
 Construcción de las curvas
de calibración.
Las curvas de calibración fueron
obtenidas usando diferentes
concentraciones conocidas por
medio del método de adición
estándar que incluye la adición de
un volumen fijo de la muestra, a
las soluciones estándares
diluyendo a un volumen final
constante, a partir de la medida
de la señal analítica proporcionada
por éstas (volts).
Los pares de valores
concentración-señal se ajustaron
a una recta, a partir de la cual se
pudo obtener la concentración del
analito de la muestra desconocida.
Se tuvieron que preparar
disoluciones que cubrieran un
intervalo adecuado de
concentraciones (0.001, 0.002,
0.003, 0.004, 0.005, 0.006,
0.007, 0.008 y 0.009 gr/ml) cabe
mencionar que se hicieron tres
replicas para cada dilución.
Señal: Voltaje como una
equivalencia de la absorbancia,
además a partir de la
concentración se realizó el grafico
de porcentaje de transmitancia.

4. Blanco: El blanco fue de agua
destilada dando un valor de 0.33
volts.
Nota: las diluciones se llevaron a
cabo a partir de la ecuación
C1V1=C2V2 donde
C1 es la concentración de la
solución stock, V1 el volumen
desconocido de la solución stock
que se necesita para hacer las
diluciones, C2 la concentración de
la dilución y V2 el volumen de
25ml de un matraz aforado en
donde se prepararon las
diluciones.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Para la preparación de las
disoluciones a partir de la
solución Stock se contó con la
siguiente fórmula:
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 1)
Despejando la fórmula anterior:

5. 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)
concentracióngr/ml señal (volts) señal (sinblanco)
Trasmitancia
% T
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
hechas así como la señal recibida
en volts que brindo el multímetro
además de su respectivo
porcentaje de transmitancia que
fueron útiles para fabricar los
respectivos gráficos.
Calculo de transmitancia
Para el cálculo de la transmitancia
se usó la Ley de Lambert-Beer que
dice:
Tabla 1: Señal dada envoltsasí como trasmitanciade lacurva de calibración.

6. T= 10-Edc
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 se trató de la misma
manera que a las diluciones
tomando su respectivo voltaje y
restándole el del blanco dando
una señal de 0.20 volts.
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.

7. 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 - 0.0572
R² = 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
voltaje
concentración gr/ml
concentración-voltaje
Figura1: curva de calibración para leche enpolvo.

8. CONCLUSIONES
Aunque el experimento se repitió
2 veces por cuestiones de
organización de labores así como
de comprensión se llevó a cabo el
trabajo con éxito obteniendo
resultados esperados.
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. En este caso el método
instrumental fue sencillo aunque
por cuestiones ya habladas se
complicó, cabe mencionar que se
obtuvo lo buscado encontrar la
concentración que se espera sea
la real del analito que se analizó
por medio del fotodetector.
y = -6845.3x + 91.391
R² = 0.9832
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.01
%detransmitancia
Concentración gr/ml
Transmitancia
Figura2: % de transmitancia Transmitancia de la muestra problema (56%)

9. 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