Espectrómetro de Transformada de Fourier (FTIR): principio, usos y evolución

El espectrómetro de transformada de Fourier (FTIR / FTS) es el instrumento estándar para espectroscopía infrarroja (IR) y análisis de materiales. Reemplazó a espectrómetros dispersivos (grating/prisma) por su ventaja de Fellgett (multiplex), ventaja de Jacquinot (throughput) y precisión de Connes (longitud onda).

Principio: Interferómetro de Michelson

1. Fuente IR (Globar, Nernst, LED IR) → Colimador → Divisor haz (beamsplitter: KBr/Ge/CsI, ZnSe).
2. Haz dividido: espejo fijo + espejo móvil (precisión nm, láser HeNe 633 nm referencia).
3. Recombinación → Interferograma (intensidad vs diferencia camino óptico δ).
4. Detector (DTGS, MCT, InGaAs, Si) registra interferograma I(δ).
5. Transformada de Fourier (FFT) → Espectro I(ν) = ∫ I(δ) cos(2πνδ) dδ. ν = número onda (cm⁻¹).

Ventajas clave

• Multiplex (Fellgett): Todas las frecuencias medidas simultáneamente → SNR √N mejor vs barrido dispersivo.
• Throughput (Jacquinot): Sin rendijas → mayor flujo óptico → mejor SNR, resolución alta.
• Precisión longitud onda (Connes): Referencia láser HeNe → calibración interna ±0.01 cm⁻¹.
• Velocidad: Escaneo completo en 1-10 seg (rápido) vs minutos.

Aplicaciones principales

• Química analítica: Identificación orgánicos/inorgánicos (huella digital 4000-400 cm⁻¹). Control calidad farma, polímeros, alimentos.
• Ciencia materiales: Películas finas, recubrimientos, catalizadores, superficie (ATR, DRIFTS, RAS).
• Ambiental: Gases efecto invernadero, contaminantes aire/agua, emisiones industriales (CEMS).
• Astronomía: Atmósferas planetarias, discos protoplanetarios, medio interestelar (JWST MIRI, Herschel SPIRE, ALMA bandas).
• Biomédica: Tejidos, proteínas, diagnóstico cáncer (IR imaging), cálculo renal/cálculos biliares.
• Industrial inline: Reactores, polimerización, blending polímeros, seguridad alimentaria.

Accesorios de muestreo

Historia breve

• 1811: Fourier presenta serie/transformada (Academia Ciencias París). Crítica: "poco riguroso".
• 1887: Michelson-Morley interferómetro (éter). Base instrumental.
• 1949: Fellgett propone multiplex IR. 1950s: primeros FTIR (Bell Labs, Michelson).
• 1965: Cooley-Tukey FFT (algoritmo rápido O(N log N)). Revoluciona computación.
• 1970s: FTIR comercial (Digilab, Nicolet, PerkinElmer, Bruker). Minicomputadoras dedicadas.
• 1990: Mauna Kea (4200 m) elimina H2O/CO2 atmosférico para astronomía IR terrestre.
• Hoy: FTIR portátiles (batería, mano), hiperespectrales (imagen + espectro), cuántica (QCL comb), 2D-IR (dinámica femtosegundo).