Estudio e implementación de un sistema de análisis para espectroscopía optoacústica

Abstract

La presente investigación, se ubica, en el campo de la espectroscopía optoacústica. Esta técnica es utilizada para la medición de la absorbancia de radiación electromagnética, y su consecuente generación de ondas acústicas en los materiales bajo exposición. Aprovechando la existencia de un espectrómetro LIBS en el Dept. de Física y Astronomía de la EPN, se utilizó el láser Nd:YAG y su cámara donde se irradió con pulsos sobre muestras sólidas de aluminio, hierro, acero y cuatro muestras diferentes de piedra pómez; éstas últimas de interés para la vulcanología y también para la industria petrolera. Todas estas probetas fueron cilíndricas y de distintos espesores, con superficies preparadas para recibir el impacto del láser y también estar en contacto con el sensor. Usando un transductor piezoeléctrico, se convierte la señal acústica que atravesó el medio, en una señal eléctrica. Esta señal fue tratada, amplificada y llevada a un osciloscopio digital, donde se almacenó y procesó. Mediante el análisis de la señal eléctrica generada por el sensor, se logró encontrar algunas características inherentes a cada material bajo estudio, como son la velocidad de la onda acústica en el medio, sus respectivos coeficientes de atenuación acústica, y una tendencia del comportamiento poroso de la piedra pómez. Cabe destacar que los espectros por si mismos mostraron a simple vista diferencias cualitativas como amplitud, formas de las envolventes, etc. Para alcanzar estos resultados fue necesario, el diseño y construcción de cámaras de aislamiento acústico, instrumentos, circuitos amplificadores y de procesamiento de señal, además de sistemas de alineación óptica. Se utilizó métodos y técnicas, para de manera sistemática y bajo un riguroso tratamiento estadístico, llegar a obtener resultados confiables. Las mediciones en general estuvieron sujetas a varias fuentes de error de las que se puede destacar la importancia de un buen acoplamiento muestra - sensor. La fluencia láser tampoco pudo ser controlada eficientemente, debido a la dificultad en el control de las variaciones de espesor en las probetas bajo análisis. En conclusión, la investigación presenta resultados que demuestran, que el uso de esta técnica es apropiada para el análisis de materiales y su caracterización, también propone futuras aplicaciones y diversificación en los campos de espectroscopía.