FUENTES DE RUIDO EN LOS ANÁLISIS INSTRUMENTALES
Enviado por octaviodorame • 16 de Septiembre de 2014 • 1.296 Palabras (6 Páginas) • 303 Visitas
FUENTES DE RUIDO EN LOS ANÁLISIS INSTRUMENTALES
Dos tipos de ruido afectan a los análisis químicos: el ruido químico y el ruido instrumental.
Ruido químico
El ruido químico proviene de variables incontroladas que afectan a la química del sistema
que sea analiza. Entre los distintos ejemplos pueden citarse variaciones no detectadas
de temperatura o presión que afectan al equilibrio químico, fluctuaciones en la humedad
relativa que cambian el contenido de humedad de las muestras, vibraciones que
conducen a una estratificación de los sólidos pulverulentos, cambios de la intensidad de
la luz que afectan a materiales fotosensibles y humos del laboratorio que interaccionan
con las muestras o los reactivos. Los detalles sobre los efectos del ruido químico se
exponen en los próximos capítulos que tratan sobre diversos métodos instrumentales
específicos. En éste, sólo se tratará el ruido instrumental.
Ruido instrumental
El ruido se asocia a cada componente de una instrumento —o sea, a la fuente, al
transductor de entrada, a todos los elementos que procesan la señal y al transductor de
salida—. Además, el ruido de cada uno de estos componentes puede ser de distintos
tipos y provenir de distintas fuentes. Por tanto, el ruido que finalmente se percibe es una
mezcla compleja que, por lo general, no se puede caracterizar por completo. Se pueden
reconocer ciertos tipos de ruido: (1) ruido térmico o Jonson, (2) ruido de disparo, (3) ruido
de parpadeo o 1/f y (4) ruido ambiental. Resulta muy interesante realizar una
consideración sobre las características de los cuatro tipos de ruido.
Ruido térmico, o ruido Jonson
El ruido térmico se debe a la agitación térmica de los electrones u otros trasportadores de
cargas en las resistencias, condensadores, detectores de radiación, celdas
electroquímicas y otros elementos resistivos de un instrumento. Esta agitación de las
partículas cargadas se produce aleatoriamente y origina periódicamente
heterogeneidades de carga, que a su vez crean variaciones de tensión que aparecen
como ruido en la lectura. Hay que tener en cuenta que el ruido térmico existe incluso en
ausencia de corriente de un elemento resistivo y sólo desaparece en el cero absoluto.
La magnitud del ruido térmico se deduce con facilidad a partir de consideraciones
termodinámicas y se expresa como
Vrms = raiz de 4KTRAf
donde Vrms es la raíz cuadrática media o valor eficaz del ruido de la tensión que está dentro de un ancho de banda de frecuencia de ∆fHz, k es la constante de Boltzmann (1.38 x 10-23 J/K), T es la temperatura en Kelvin y R es la resistencia del elemento resistivo en ohmios.
En el Apartado 3B-2 se comentó la relación entre tiempo de ascenso tr y el ancho de banda ∆f en un amplificador operacional. Estas variables también se utilizan para determinar la capacidad de los instrumentos completos para detectar y transmitir información. Recuérdese que ∆f = 1 3tr
El tiempo de ascenso de un instrumento es el tiempo de respuesta, en segundos, a un cambio brusco de la señal de entrada y por lo general se toma como el tiempo necesario para que la señal de salida aumente de 10 al 90 por 100 de su valor final. Así pues, si el tiempo de ascenso es de 0,01 s, el ancho de banda es de 33 Hz.
La ecuación 5-3 sugiere que el ruido térmico puede disminuir al estrecharse el ancho de banda. Sin embargo, cuando el ancho de banda se estrecha, el instrumento tarda más en responder a una variación de la señal y se necesita más tiempo para realizar una medida fiable.
EJEMPLO
¿Qué efecto produce en el ruido térmico una disminución del tiempo de respuesta en un
instrumento de 1 s a 1 µs?
Si se supone que el tiempo de respuesta es aproximadamente igual al tiempo de
ascenso, resulta que el ancho de banda ha variado de 1 Hz a 106 Hz. Según la ecuación
5-3, dicho cambio supondrá un aumento del ruido de (106
/1)
1/2
, o sea, 1.000 veces.
Como se indicó en la Ecuación 5-3, el ruido térmico se puede reducir también
disminuyendo la resistencia eléctrica de los circuitos instrumentales y la temperatura de
los componentes de los instrumentos. A menudo, el ruido térmico de los detectores se
reduce mediante refrigeración. Por ejemplo, la disminución de la temperatura de un
detector desde la temperatura ambiente a 298 K a la temperatura del nitrógeno líquido a
77 K reducirá el ruido térmico a la mitad.
Es
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