un colorímetro es instrumento empleado en análisis químico para cuantificar una sustancia coloreada en una solución,mediante la aplicación de la ley de BEER-LAMBERT para esto se hace reaccionar la sustancia de interés con otra para que forme un complejo coloreado ,a dicho sistema se somete a una luz de una longitud de onda apropiada del espectro electromagnético visible y UV
hace unos años en vista de costos prohibitivos de algunos instrumentos de laboratorio en especial de laboratorio clínico en especial si eres un estudiante con muchas ganas de aprender pero con los bolsillos vacios . entonces me puse en la tarea de investigar sobre la posibilidad de construir algunos de esos equipos con algunas herramientas comunes y otras no tan comunes, lo cierto es que ciertas tecnologías como la de los diodos LEDs(light-emitting diode) , las impresiones 3d y los microcontroladores hacen posible cualquier aplicacion que uno como analista pueda soñar, este es el caso de la colorimetro. lo cierto es es que algunos científicos y profesores de otras latitudes ya habían avanzado en este tema por lo que yo me limite tan solo a hacer una revision bibliográfica y tomar de la red lo mas relevante para lograr el objetivo propuesto.
para poder entender la tecnología LED es necesario entender algunos conceptos sobre semiconductores.sin embargo antes de entrar a estudiar la estructura de un semiconductor y en especial la estructura de un diodo LED cabe resaltar que los diodos LED ademas de ser buenas fuentes emisoras de luz , también se pueden emplear como sensores de luz , debido al fenómeno fotoeléctrico que presentan todos los semiconductores , situación que resulta favorable para poder construir un colorímetro , que al interior de sus componentes tienen una fuente de emisora de luz fija , y un monocromador que permite escoger el color o la longitud de onda apropiada para poder cuantificar la sustancia en cuestión.
dada la masificación y el bajo costo de los diodos LEDS lo cual los hace ideales para este tipo de desarrollo por otro lado con los cuidados adecuados y el voltaje correcto un diodo led puede tener una la larga vida , por esta circunstancias algunos autores como Wang, Rodríguez Núñez, Maxwell, & Algar(2016) los emplearon como piedras angulares de sus prototipos de muy bajo costo que incluían cinta eléctrica, parafina,viales de vidrio,cinta térmica , palillos de copitos de algodón, pegamento epoxico(pegatodo), cables UTP y 2 diodos leds uno emisor y otro detector entre otros materiales , como podemos ver de muy facil acceso para todo tipo de publico y cualquier nivel academico con un minimo de conocimiento de los conceptos expuestos. sin embargo existen otras configuraciones donde pueden emplearse otro tipo componentes optoelectronicos entre los que pueden citarse , las resistencias LDR, los fototransistores,fotodiodos (O’Toole & Diamond, 2008)
otro elemento importante para poder entender y consecuentemente poder construir un colorímetro es comprender la ley de BEER-LAMBERT el corazón de este principio tiene que ver con que un haz de luz que se hace atravesar una muestra la cual absorbe una pequeña porción de ese haz de luz , a esto se le llama absorbancia de la muestra entonces dicha absorbancia guarda una relación de proporcionalidad directa con la concetracion de la solución coloreada, es decir cuando la solución es muy diluida la solución sin importar el color sera transparente y permitirá que la mayoría de los rayos de luz atraviesen pero cuando esta muy concentrada no permitirá el paso de los rayos de luz, por otro lado asumiendo que luz es una onda y que la luz blanca esta constituida por otras ondas luminosas de diferentes longitudes de onda como lo propuso james maxwell o colores como ya ha sido demostrado por Isaac Newton en su tratado opticks , entonces tenemos que cada color tiene un intervalo de longitudes de ondas asociado
entonces siguiendo este orden de ideas una solución coloreada según la ley de BEER-LAMBERT tendrá una absorción mejor para un rayo de luz de cierto color , es decir para ciertas longitudes de ondas del espectro electromagnético visible, una forma fácil y didáctica de escoger el intervalo de longitudes de ondas donde tiene mayor absorción de luz es utilizar un circulo cromático o circulo goethe
donde la longitud de onda para ciertas sustancias coloreadas sera un haz de luz de color complementario a la solución según Kuntzleman & Jacobson(2016), sin embargo para mayor precisión en medidas es mejor hacer una gráfica o curva de absorción cubriendo todo el espectro visible con un colorímetro estándar, por otro lado existen otra variables que pueden afectar la absorbancia de la muestra como por ejemplo el tamaño de cubeta que sostiene la muestra o el material del que esta echa la misma que pueda ofrecer un obstáculo al paso de la luz, para mas ilustracion les sugiero la siguiente animacion
comprendido todo esto , estaría demás decir que que cada diodo led de cierto color tiene un intervalo de longitudes de ondas asociadas, incluso encontramos LED con longitudes de ondas por debajo de 380 , aproximadamente 355nm , que corresponden a una porción del espectro por debajo del violeta o ultravioleta, todavía la tecnología LED es una tecnología en desarrollo incluso en 2014 3 científicos japoneses( Isamu Akasaki, Hiroshi Amano y Shuji Nakamura) ganaron el premio nobel en física por desarrollar un LED azul, en la red se pueden encontrar referencias sobre algunos LED y especificaciones segun el fabricante
BIBLIOGRAFIA:
Kuntzleman, T. S., & Jacobson, E. C. (2016). Teaching Beer’s Law and Absorption Spectrophotometry with a Smart Phone: A Substantially Simplified Protocol. Journal of Chemical Education, 93(7), 1249-1252. http://doi.org/10.1021/acs.jchemed.5b00844
O’Toole, M., & Diamond, D. (2008). Absorbance Based Light Emitting Diode Optical Sensors and Sensing Devices. Sensors, 8(4), 2453-2479. http://doi.org/10.3390/s8042453
Mozo, J. D., Galan, M., & Roldán, E. (2001). Application of Light Emitting Diodes to Chemical Analysis: Determination of Copper in Water. Journal of Chemical Education, 78(3), 355. http://doi.org/10.1021/ed078p355
Wang, J. J., Rodríguez Núñez, J. R., Maxwell, E. J., & Algar, W. R. (2016). Build Your Own Photometer: A Guided-Inquiry Experiment To Introduce Analytical Instrumentation. Journal of Chemical Education, 93(1), 166-171. http://doi.org/10.1021/acs.jchemed.5b00426
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