Técnica fotopiroeléctrica: microscopía y medición de difusividad térmica en líquidos

Abstract

RESUMEN: Las técnicas fototérmicas, han sido utilizadas para medir diferentes propiedades físicas de materiales y, en ocasiones, para estudiar diferentes procesos fisicoquímicos que tienen lugar en ellos. En este trabajo de Tesis de doctorado se muestra la implementación de montajes experimentales para la medición de la difusividad térmica en líquidos, y para realizar microscopia fototérmica, ambas utilizando la técnica fototérmica llamada fotopiroeléctrica. En el montaje de microscopia fotopiroeléctrica, denominado MICROBIDA (microscopio bidireccional automatizado), se obtuvieron imágenes de material biológico usando la señal fotopiroeléctrica medida con un sensor de PVDF. Se demostró que se puede hacer un mapeo en profundidad variando la longitud de penetración de la onda térmica y midiendo tanto en los canales de amplitud y fase como los de la señal en fase y en cuadratura. También se montó un arreglo denominado cavidad resonante de ondas térmicas, totalmente automatizado, para medir difusividad térmica en muestras líquidas, a partir del barrido en el espesor de la muestra. Un detector piroeléctrico de LiTiO3 es utilizado en este arreglo. Las potencialidades de este montaje fueron validadas a través de mediciones en muestras patrón y el mismo fue aplicado al estudio de la degradación de infusiones de café sometidas a ciclos de calentamiento-enfriamiento.

ABSTRACT: The photothermal techniques have been used to measure different physical properties of materials, and occasionally, to the study of different physico-chemical processes that occur in them. This doctorate thesis shows the implementation of two experimental setups, one of them to measure the thermal diffusivity of liquid samples, and the other to perform photothermal microscopy, both experimental setups used the photothermal method called photopyroelectric. The photothermal microscope arrangement, called MICROBIDA (automated bidireccional microscope), was applied to obtain photothermal images of biological samples using a PVDF pyroelectric sensor. We demonstrated that a mapping in depth can be performed by varying the penetration depth of thermal waves and measuring in the Lock-In amplifier both amplitude and phase signals and also the in- phase and quadrature signals. For the measurement of thermal diffusivity of liquid samples a fully automated system, a so-called thermal wave resonator cavity, was mounted, and the measurements were performed by scanning the sample thickness. A LiTiO3 pyroelectric sensor was used in this array. The potential of this experimental set up was validated by the measurements performed in test samples of known thermal properties and it has been applied to the study of degradation of coffee infusions subjected to heating-cooling cycles.