Ruido instrumental en quimica

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 próximoscapítulos que tratan sobre diversos métodos instrumentales específicos. En este, solo se tratara 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 yprovenir 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 deruido.

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 suvez 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 solo desaparece en el cero absoluto.
La magnitud del ruido térmico se deduce con facilidad a partir de consideraciones termodinámicas y se expresa como(5-3) donde es la raíz cuadrática media o valor eficaz del ruidode la tensión que esta dentro de un ancho de banda de frecuencia de ΔfHz, 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 comento la relación entre tiempo de ascenso tr y el ancho de banda Δf en un amplificador operacional. Estas variables tambien se utilizan para determinar lacapacidad de los instrumentos completos para detectar y transmitir información. Recuérdese que Δf = 1 3tr (5-4)
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 mas en responder a una variación de la señal y se necesita mas tiempo para realizar una medida fiable.

EJEMPLO
.Que efecto produce en el ruido térmico una disminución del tiempo de respuesta en uninstrumento 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 indico en la Ecuación 5-3, el ruido térmico se puede reducir también
Disminuyendo la resistencia eléctrica de...