SEÑAL y RUIDO INSTRUMENTAL Cada medida analítica consta de dos componentes
Un componente lleva la información relativa al analito (Señal).
El otro componente (Ruido) está compuesto por información no deseada que degrada la exactitud y precisión del análisis y aumenta el límite inferior de la cantidad de analito detectable.
Ruido Instrumental: desviaciones aleatorias observadas cuando se repiten mediciones de señales que se controlan de forma continua . Efecto del ruido sobre la señal: •Las
señales van siempre acompañadas de un ruido ya que algunos tipos de ruido son imposibles de evitar en una medida. •En
la mayoría de las medidas al valor promedio de la señal de ruido, N, es constante e independiente de la magnitud de la señal total, S. •Por
tanto, el efecto del ruido en el error relativo de una medida AUMENTA a medida que DISMINUYE el valor de la cantidad medida. •Para
describir la calidad de un Método analítico la relación señal /ruido, S/N, S/N, es un parámetro de calidad mejor que el ruido solo
SEÑAL y RUIDO INSTRUMENTAL Efecto de la relación señal/ruido en el espectro RMN de la progesterona
A, S/N = 4,3 B, S/N = 43
El efecto del ruido en el error relativo de una medida AUMENTA a medida que DISMINUYE el valor de la cantidad medida. •
SEÑAL y RUIDO INSTRUMENTAL Para una señal continua El ruido viene definido por la desviación estándar, s, de la señal medida. La señal viene dada por la media
X
de la medida
X
s
Relación señal /ruido
S
Media
x
N
Desviación estándar
s
FUENTES DE RUIDO EN ANALISIS INSTRUMENTAL
Existen dos tipos de ruido
Ruido Químico proviene de una multitud de variables incontroladas que afectan a la química del sistema a analizar. Ruido Instrumental cada componente de instrumento dará lugar a la producción de un ruido
un
TIPOS DE RUIDO INSTRUMENTAL
Ruido térmico, ruido Jonhson o ruido blanco: Debido a la agitación térmica de los electrones de las resistencias, condensadores, detectores,etc.Esta agitación se produce al azar y origina periódicamente heterogeneidades de carga que crean a su vez variaciones de voltaje que aparecen como ruido en la lectura.
Ruido de parpadeo, flicker noise o ruido 1/f : Se caracteriza por ser inversamente proporcional a la frecuencia de la señal. e.g. La deriva a largo plazo observada en amplificadores de corriente continua, medidores y galvanómetros.
Ruido ambiental : Mezcla de ruidos provenientes del entorno, cada conductor de un instrumento es una antena potencial capaz de captar radiación electromagnética y convertirla en una señal eléctrica.
Ruido de disparo : Se origina siempre que exista una corriente que produzca un movimiento de electrones u otras partículas cargadas a través de una unión
AUMENTO DE LA RELACIÓN SEÑAL/RUIDO La relación señal/ruido es, a menudo, un factor limitante en la precisión de una medida. Métodos Generales para mejorar la relación S/N 1.- METODOS DE HARDWARE La reducción del ruido por medio del HARDWARE se realiza incorporando al diseño del instrumento componentes (e.g. filtros, cortadores, moduladores o detectores sincrónicos) que eliminan o atenúan el ruido sin afectar de manera significativa a la señal analítica. METODOS DE HARDWARE
Conexiones a tierra y blindaje Modulación Amplificadores Diferenciales Filtrado Analógico
2.- METODOS DE SOFTWARE Utilizan distintos algoritmos de ordenador que permiten extraer las señales de entornos ruidosos . METODOS DE SOFTWARE
Promediado Conjunto o por Grupos Filtrado Digital (Transformada de Fourier) Métodos de Correlación
METODOS DE SOFTWARE
PROMEDIADO CONJUNTO En este algoritmo, sucesivas series de datos (matrices) se recogen y suman punto por punto como en una matriz de la memoria de un ordenador (COADICION). Después de la coadición, los datos se promedian dividiendo la suma para cada punto por el número de barridos realizados. Si la señal en “x” tiene un valor de Sx. Al sumar n series de datos, la suma valdrá n Sx. La señal del ruido, Nx, contenido en Sx, también se sumará pero como las señales de ruido son aleatorias se acumulan como la n Por tanto la suma del ruido de x después de sumar n series de datos es igual n N x
S N
nS
S
x
n N
n x
N
x x
La relación Señal/ Ruido es proporcional a la raiz cuadrada del número de datos recogidos para determinar el promediado Conjunto
METODOS DE SOFTWARE
PROMEDIADO CONJUNTO : promediado de la señal
Efecto
del
Las fluctuaciones aleatorias del ruido tienden a eliminarse a medida que aumenta el número de barridos, pero la señal se acumula; por tanto, S/N AUMENTA.
El promediado conjunto puede mejorar en gran medida las relaciones señal/ruido
METODOS DE SOFTWARE
FILTRADO DIGITAL: Transformada
de Fourier
Una señal que se obtiene en el dominio del tiempo, (Fig a) se convierte en una señal del dominio de la frecuencia (Fig b ). Esta señal se multiplica por la respuesta en frecuencia de un filtro digital de paso bajo con una frecuencia de corte superior, f 0 , (Fig.c ) que permite eliminar frecuencias f > f 0 (Fig.d). La transformación inversa de Fourier recupera el espectro filtrado en el dominio del tiempo (Fig e) eliminando la mayoría del ruido de alta frecuencia.
