Investigación

Thermal and optical characterization of pigments attached to cellulose substrates by means of a self–normalized photoacoustic technique

J.A. Balderas–Lópezª, I.S. Martínez–Lópezª, M. León–Martínezª, Y.M. Gómez y Gómezª, M.E. Bautista–Ramírezª, A. Muñoz–Diosdadoª, G. Gálvez–Coytª and J. Díaz–Reyes^b

ª Unidad Profesional Interdisciplinaria de Biotecnología del Instituto Politécnico Nacional, Avenida Acueducto S/N, Col. Barrio la Laguna, Ticomán, México, D.F., 07340, México, e–mail: abrahambalderas@hotmail.com

^b Centro de Investigación en Biotecnología Aplicada del Instituto Politécnico Nacional, Ex–Hacienda de San Juan Molino Km. 1.5, Tepetitla, Tlaxcala, 90700, México.

Recibido el 25 de febrero de 2009
Aceptado el 18 de junio de 2009

Abstract

A self–normalized photoacoustic (PA) methodology, involving the front and transmission configurations in the Beer–Lambert model for light absorption, is implemented for the measurement of optical and thermal properties of thin layers of substances in solid phase. To achieve this, the corresponding theoretical equations describing the PA effect in the Rosencwaig–Gersho model, were used. This new methodology was applied for the measurement of the optical absorption coefficient (at 658 nm) and thermal diffusivity of paper samples with different colors. This last physical property was also measured for all paper samples by using a self–normalized PA technique, already reported in the literature, involving the surface absorption model. In order to fulfill the theoretical assumptions in this last case, the paper samples were painted, on both sides, with a black marker. The thermal diffusivity values obtained in both cases were quite consistent among themselves and with the corresponding ones reported for similar materials.

Keywords: Photoacoustic; thermal; optical; pigments.

Resumen

Se implementa una metodología fotoacústica (FA) auto–normalizada, la cual involucra las configuraciones frontal y por transmisión en el modelo de absorción luminosa de Beer–Lambert, para la medición de las propiedades ópticas y térmicas de láminas delgadas de sustancias en la fase sólida. Se utilizan para este fin las correspondientes ecuaciones teóricas que describen el efecto fotoacústico en el modelo de Rosencwaig–Gersho. Esta nueva metodología se empleo para la medición del coeficiente de absorción óptico (a 658 nm) y la difusividad térmica de muestras de papel de diferentes colores. Se midió también esta última propiedad térmica para todas las muestras de papel utilizando una técnica FA auto–normalizada, ya reportada en la literatura, en la cual se utiliza el modelo de absorción superficial. Para satisfacer los requerimientos teóricos en este último caso, las muestras de papel se pintaron con marcador negro en ambos lados. Los valores de difusividad térmica medidos en ambos casos estuvieron en excelente acuerdo entre ellos y con los correspondientes reportados en la literatura para materiales similares.

Descriptores: Fotoacústica; térmica; óptica; pigmentos.

PACS: 44.10.+i; 65.90.+i; 66.70–f.

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Acknowledgments

The authors thank SIP–IPN, COFAA–IPN and CONACyT for their support.

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