SEÑALES Y RUIDO. SEÑAL Dominios de los datos. SEÑAL Dominios eléctricos. Fuente de energía. Sistema objeto de estudio. Información analítica

Transcripción

1 SEÑALES Y RUIDO Estímulo Respuesta Fuente de energía Sistema objeto de estudio Información analítica SEÑAL Dominios de los datos Dominios no eléctricos SEÑAL Dominios eléctricos Intensidad de corriente Tensión Carga Frecuencia Amplitud del impulso Fase Etc. 1

2 Instru mento Fuente de energía (estimulo) Señal analítica Transductor de entrada Dominio Espectro fotómetro Culombímetro phmetro Comparador de color Lámpara de Tungsteno Fuente de corriente continua Muestra, electrodo de vidrio Luz solar Haz de luz atenuado Corriente de la celda Actividad del ión hidrógeno Color Fotocélula Electrodos Electrodos de vidrio y calomelanos Ojo humano Potencial eléctrico Corriente eléctrica Potencial eléctrico Señal del nervio óptico SEÑALES Y RUIDO Las medidas analíticas constan de dos componentes: SEÑAL Lleva información relativa al analito RUIDO Compuesta por información indeseada, ajena al analito. Cómo se mide el ruido? 2

3 Fuentes de ruido en Análisis Instrumental Ruido químico: Fluctuaciones de temperatura, presión, humedad, materiales fotosensibles, etc. Ruido instrumental: Ruido térmico ( Ruido Johnson) Ruido de disparo (Cuántico) Ruido de parpadeo (o 1/f) Ruido ambiental Ruido térmico: Proviene de la agitación térmica de los electrones. Ocurre fundamentalmente en resistencias, condensadores, detectores de radiación y demás elementos resistivos. Es aleatorio Es dependiente de la temperatura y del ancho de banda Es independiente de la frecuencia de trabajo Ruido de Disparo: Proviene del movimiento de electrones o fotones en los nodos o uniones. Es aleatorio. Es dependiente del valor de la corriente y del ancho de banda. Es independiente de la frecuencia de trabajo Ruido de parpadeo: No se comprende bien el origen físico (empíricamente es proporcional al numero de e o fotones que llegan a una superficie) Es proporcional a la magnitud de la señal Depende de cómo están construidos y ensamblados resistencias y detectores de fotones. Es más importante a bajas frecuencias Para anchos de banda chicos 1/f es aproximadamente constante 3

4 Parámetros de calidad: Relación Señal/Ruido (S/R) Relación Señal/Ruido (S/R) El ruido generalmente es constante e independiente de la magnitud de la señal. Parámetro de calidad: S/R S media x 1 = = = R desviación estandar σ RSD Formas de aumentar la relación Señal / Ruido Métodos de hardware: se incorporan al instrumento filtros, cortadores, moduladores, etc. Métodos de software: utilizan algoritmos que permiten extraer las señales de los entornos ruidosos. Métodos de hardware. Conexión a tierra Blindaje Minimización de la longitud de los conductores Amplificadores diferenciales Filtrado analógico Modulación Amplificadores de corte 4

5 Métodos de software. Promediado conjunto Promediado conjunto Promediado de puntos Filtrado digital Transformadas de Fourier Suavizado Técnicas de correlación S = R Sx = n 2 (Sx S i) i= 1 n n Sx n 2 (Sx Si) i= 1 Promediado por grupos Filtrado digital Se puede realizar por: Promediado conjunto Transformada de Fourier Suavizado polinomial 5

6 Parámetros de calidad asociados Límite de Detección Límite de Detección Límite de Cuantificación Sensibilidad Definición: Es la mínima concentración o masa de analito que se puede detectar para un nivel de confianza dado. Depende de las fluctuaciones de la señal del blanco. Señal límite del analito: Límite de detección: S x = g C x S t = Sb + Sx S t = Sb + gcx SLOD = St Sb 3σb S C LOD 3σb LOD = = g g Límite de Cuantificación Definición: Es la mínima concentración o masa de analito que se puede cuantificar para un nivel de confianza dado. Depende de las fluctuaciones de la señal del blanco. Señal límite del cuantificación analito: Límite de cuantificación: SLOQ =10σb SLOQ 10σ C b LOQ = = g g 6

7 Sensibilidad Definición: Es una medida de la capacidad de diferenciar pequeñas variaciones en la concentración del analito Esta determinada por: - la pendiente de la curva de calibración - reproducibilidad o precisión del sistema de medida Sensibilidad de calibración (IUPAC): Se determina como la pendiente de la curva de calibración en el rango de concentraciones de estudio. S t = Sb + gcx g = sensibilidad de calibración No tiene en cuenta la precisión de las medidas Sensibilidad analítica γ: g γ = σs g = sensibilidad de calibración σ s = desviación estándar de las medidas Es relativamente insensible a los factores de amplificación. Generalmente depende de la concentración 7