Una lámpara de arco de deuterio (o simplemente lámpara de deuterio ) es una fuente de luz de descarga de gas a baja presión que se utiliza a menudo en espectroscopia cuando se necesita un espectro continuo en la región ultravioleta .
Las lámparas de plasma de "arco" o de descarga que utilizan hidrógeno se destacan por su alto rendimiento en el ultravioleta, con comparativamente poco rendimiento en el visible y el infrarrojo. Esto es similar a la situación en una llama de hidrógeno. Las lámparas de arco fabricadas con luz ordinaria de hidrógeno ( hidrógeno-1 ) proporcionan un espectro UV muy similar al del deuterio y se han utilizado en espectroscopios UV. Sin embargo, las lámparas que utilizan deuterio tienen una vida útil más larga y una emisividad (intensidad) en el extremo más alejado de su rango UV que es de tres a cinco veces mayor que la de una bombilla de arco de hidrógeno común, a la misma temperatura. Por lo tanto, las lámparas de arco de deuterio, a pesar de ser varias veces más caras, se consideran una fuente de luz superior a las lámparas de arco de luz de hidrógeno, para el rango UV de onda corta.
Una lámpara de deuterio utiliza un filamento de tungsteno y un ánodo colocados en lados opuestos de una estructura de caja de níquel diseñada para producir el mejor espectro de salida. A diferencia de una bombilla incandescente, el filamento no es la fuente de luz de las lámparas de deuterio. En lugar de ello, se crea un arco desde el filamento hasta el ánodo, un proceso similar al de las lámparas de arco . Debido a que el filamento debe estar muy caliente antes de que pueda funcionar, se calienta durante aproximadamente 20 segundos antes de usarlo. Debido a que el proceso de descarga produce su propio calor, el calentador se apaga después de que comienza la descarga. Aunque los voltajes de disparo son de 300 a 500 voltios, una vez que se crea el arco, los voltajes caen a alrededor de 100 a 200 voltios.[1]
El arco creado excita el deuterio molecular contenido dentro del bulbo a un estado de energía superior. Luego, el deuterio emite luz a medida que regresa a su estado inicial. Este ciclo continuo es el origen de la radiación UV continua. Este proceso no es lo mismo que el proceso de desintegración de estados atómicos excitados ( emisión atómica ), donde los electrones se excitan y luego emiten radiación. En lugar de ello, el efecto se produce mediante un proceso de emisión molecular , en el que la desintegración radiativa de los estados excitados del deuterio molecular (D 2 ).
La estructura de líneas espectrales del deuterio no difiere notablemente de la del hidrógeno ligero, pero el deuterio tiene un enlace molecular ligeramente más fuerte (439,5 frente a 432 kJ/mol) y está menos ionizado a la temperatura del arco. Esto provoca una mayor población de moléculas y una mayor emisividad (emisión de luz) de UV en la parte molecular del espectro que está más hacia el ultravioleta. [2]
Debido a que la lámpara funciona a altas temperaturas, no se pueden utilizar carcasas de vidrio normales como carcasa. También bloquearían la radiación ultravioleta. En su lugar, se utiliza una envoltura de cuarzo fundido , vidrio UV o fluoruro de magnesio dependiendo de la función específica de la lámpara. [3]
La vida útil típica de una lámpara de deuterio es de aproximadamente 2000 horas (la mayoría de los fabricantes garantizan 2000 horas, pero las lámparas más nuevas funcionan constantemente bien con 5000 horas o más). [ cita necesaria ]
La lámpara de deuterio emite una radiación que se extiende desde 112 nm hasta 900 nm, aunque su espectro continuo es sólo de 180 nm a 370 nm. En realidad, la intensidad del espectro no disminuye de 250 nm a 200 nm como se muestra en el gráfico del espectro anterior. La disminución en el gráfico se debe a una menor eficiencia en longitudes de onda bajas del fotodetector utilizado para medir la intensidad de la lámpara. El espectro continuo de la lámpara de deuterio es útil como referencia en trabajos radiométricos UV y para generar una señal en varios dispositivos fotométricos.
Debido a la alta intensidad de la radiación ultravioleta emitida por la bombilla, se sugiere protección ocular cuando se utiliza una bombilla de deuterio. También se debe tener cuidado de no tocar la bombilla directamente para evitar quemaduras debido a las altas temperaturas de funcionamiento . Tocar la bombilla directamente incluso cuando está fría podría depositar impurezas en la carcasa que absorben fuertemente los rayos UV de longitud de onda corta y, por lo tanto, reducen la intensidad de salida.