Instrumentación

 

Photoacoustic technique in the transmission configuration for quantitative analysis of liquids

 

J.A. Balderas-López* y J. Díaz-Reyes**

 

*Unidad Profesional Interdisciplinaria de Biotecnología del Instituto Politécnico Nacional, Avenida Acueducto S/N, Col. Barrio la Laguna, Del. Gustavo A. Madero, México, D.F., 07340, México, e-mail:abrahambalderas@hotmail.com

**Centro de Investigación en Biotecnología Aplicada del Instituto Politécnico Nacional, Ex-Hacienda de San Juan Molino Km. 1.5, Tepetitla de Lardizábal, Tlaxcala, 90700, México.

 

Recibido el 26 de abril de 2011;
aceptado el 10 de agosto de 2011

 

Abstract

A photoacoustic methodology for the measurement of optical absorption coefficient for pigments in liquid solution is introduced. The mathematical model, involving the Beer-Lambert model for light absorption, is a generalization of a previously reported photoacoustic methodology, involving a surface absorption model, used for thermal diffusivity measurements of liquids. The optical absorption coefficient for aqueous solutions of copper sulfate and methylene blue at various concentrations where measured at a wave-length of 658 nm, to show the range of optical absorption coefficients where the Beer-Lambert model for light absorption applies. It was experimentally shown that at high pigment's concentrations the surface absorption limit is more adequate and, consequently, the sample's thermal diffusivity is obtained instead of the optical absorption coefficient. Optical and thermal properties obtained by means of this photoacoustic methodology resulted in close agreement with the corresponding ones obtained by means of conventional optical spectroscopy and the previously reported photoacoustic methodology for thermal diffusivity measurements, respectively. Results show that this technique has promise applications in the field of quantitative analysis.

Keywords: Photoacoustic; optical; absorption; thermal; diffusivity.

 

Resumen

Se presenta un método fotoacústico para la medición del coeficiente de absorción óptico de pigmentos en solución líquida. El modelo matemático, el cual involucra el modelo de absorción luminosa de Beer-Lambert, es una generalización de un método fotoacústico previamente reportado que utiliza un modelo de absorción superficial que es adecuado para la medición de la difusividad térmica de líquidos. Se determine el coeficiente de absorción óptico, a una longitud de onda de 658 nm, de soluciones acuosas de sulfato de cobre y azul de metileno a varias concentraciones para mostrar el rango de coeficientes de absorción ópticos a los cuales se aplica el modelo de absorción de Beer-Lambert. Experimentalmente se demostró que el límite de absorción superficial es mas adecuado para soluciones de altas concentraciones de pigmento y, como consecuencia, se obtiene la difusividad térmica de las muestras en vez del coeficiente de absorción óptico. Las propiedades ópticas y térmicas medidas por medio de esta metodología fotoacustica resultaron en excelente concordancia con las correspondientes obtenidas por medio de la espectroscopia convencional y de la metodología fotoacústica previamente reportada para mediciones de difusividad térmica. Los resultados muestran que esta técnica puede ser de gran utilidad en el campo del análisis cuantitativo.

Descriptores: Fotoacústica; absorción óptica; difusividad térmica.

 

PACS: 65.20.-w; 78.20.Ci; 66.10.cd

 

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Acknowledgments

The authors thank the financial support of COFAA-IPN and CONACyT (projects 40079F and 61062).

 

Referencias

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