Elegir un monocromador/espectrógrafo.
Selecciona un instrumento en función de:
Nota: el valor f/no siempre es el factor que controla el rendimiento. Por ejemplo, la luz puede recogerse de una fuente en f/1 y proyectarse en la abertura de entrada de un monocromador f/6, de modo que toda la imagen quede contenida dentro de la rendija. Entonces el sistema funcionará sobre la base de la colección de fotones en el cono f/l y no en el cono f/6 del monocromador.
Criterios principales: Dispersión, resolución, paso de banda
La dispersión muestra la capacidad de dispersar la luz. Proporciona la banda pasa-banda utilizable de un monocromador o indica el rango espectral de un espectrógrafo equipado con un detector de matriz multicanal como una cámara CCD o una matriz InGaAs. Cambiar el ancho de la abertura de la rendija puede ajustar el paso de banda.
La resolución espectral es inversamente proporcional a la dispersión lineal de un monocromador. El requisito de resolución del experimento suele ser el requisito clave de rendimiento de cualquier aplicación. Para análisis de estructuras estrechas (resolución mejor de 0,1 nm en el rango visible), los monocromadores grandes son la mejor opción porque ofrecen una mayor dispersión espectral y, por tanto, una mayor resolución espectral.
Si el requisito más importante de la aplicación es adquirir un gran rango espectral de una sola vez, los espectrógrafos pequeños son mejores, como en una aplicación de proceso. De hecho, los timonocromadores individuales con una distancia focal inferior a 0,3 m son adecuados donde la mayor parte de la luz parásita no se considera un problema importante.
Sin embargo, los investigadores de laboratorio que no necesiten alta resolución y amplio alcance al mismo tiempo deberían optar por espectrógrafos más grandes. Estos usuarios pueden cambiar las redes (es decir, a una densidad de ranura mayor o menor) o adquirir múltiples espectros para lograr resultados completos.
Segundo criterio: Precisión, velocidad
Los monocromadores funcionan escaneando paso a paso las características espectrales de las señales ópticas. Como resultado, el proceso de medición es generalmente más lento que el de los espectrógrafos con detectores de matriz multicanal que operan en una posición fija de rejilla y adquieren directamente un espectro completo según su gasto, principalmente en el accionamiento del motor de rejilla. Los instrumentos con una distancia focal de 0,5 m o superior suelen estar equipados con mecanismos de barra sinusoidal que ofrecen excelente precisión (mejor de 0,1 nm) y repetibilidad (mejor de 0,01 nm). Pero el compromiso es la velocidad: puede llevar varios minutos escanear un amplio rango espectral con alta resolución espectral en modo monocromador. Los dispositivos más pequeños suelen usar accionamientos directos o sin fin, porque sus especificaciones de resolución son menores. En este caso, colocan la rejilla en pocos segundos.
Tercer criterio: Rendimiento, calidad de imagen
La mayoría de las veces, los monocromadores y espectrógrafos pequeños tienen mejor rendimiento que los grandes debido a sus mayores aperturas numéricas (números f) y su diseño más sencillo (a menudo con menos componentes ópticos).
Sin embargo, la apertura numérica no es la consideración final en el rendimiento óptico. La dispersión lineal también es importante porque define los tamaños de apertura de entrada para una resolución espectral particular.
Una figura más útil para comparar monocromadores en aplicaciones de imagen es la capacidad de captación de luz. Los fabricantes de instrumentos pequeños suelen encontrar que, para preservar la resolución espectral, solo pueden producir una imagen pequeña.
Producir una imagen más grande, especialmente en un amplio rango espectral, es muy difícil debido a las correcciones espaciales necesarias.
La introducción comercial de espectrógrafos de imagen ha corregido parcialmente los problemas de calidad de la imagen espacial. Estos instrumentos utilizan rejillas toroidales o espejos toroidales para corregir el astigmatismo en el plano de imagen y mejorar la calidad de la imagen, manteniendo la apertura numérica al mismo nivel que los dispositivos no de imagen. Esta corrección requiere cálculos complejos. La elección del toroide, los ángulos ópticos de incidencia del dispositivo y las optimizaciones de la longitud de onda demuestran la pericia del fabricante.
Espectrógrafos bien corregidos, fijos y compactos pueden ofrecer una calidad de imagen excelente. Algunos pueden discrimi-nar tres o cuatro canales espectrales sobre un plano focal de 6 mm de altura. Interesantes configuraciones de espectrógrafos axiales usando prismas y lentes también ofrecen una excelente calidad de imagen en unos pocos cientos de nanómetros en el rango visible.
Algunos espectrógrafos de imagen de 30 cm o más permiten un análisis de más de 10 canales con una superposición mínima en el canal.
Criterios finales: Luz dispersa, diseño, distancia focal
La luz dispersa se relaciona principalmente con la calidad de los componentes ópticos del dispositivo (espejos y rejillas). El usuario generalmente no es consciente de la luz parásita o de la reflexión interna incorrecta, lo que puede producir resultados negativos.
Debido a su configuración de rendija/rendija, los monocromadores tienen menos luz dispersa o luz reentrante que los espectrógrafos, que no tienen rendija de salida. Sin embargo, cuando la luz dispersa es importante en una aplicación, los instrumentos de gran distancia focal, o monocromadores dobles, son la mejor opción. Los dispositivos pequeños presentan un mayor riesgo de luz parásita que los grandes.
En términos de diseño óptico, la mayoría de los monocromadores/espectrógrafos grandes utilizan la configuración asimétrica de Czerny-Turner. Los instrumentos más pequeños tienden a usar una figuración asimétrica en "V" como compromiso.
Sopesando los compromisos
Ningún dispositivo puede cubrir todas las aplicaciones espectroscópicas. Sin embargo, un usuario que analice cuidadosamente los requisitos espectrales y de rendimiento de una aplicación puede sopesar los compromisos al elegir entre monocromadores y espectrógrafos de pequeña y gran distancia focal.
Si necesitas analizar un rango espectral corto a baja resolución, probablemente puedas usar un monocromador o espectrógrafo compacto y económico. Incluso si estos dispositivos tienen luz parásita (parásitos), los métodos de calibración quimiométrica pueden corregirlo sin influir en los resultados. Sin embargo, si necesitas alta resolución, precisión o versatilidad, los monocromadores grandes y espectrógrafos suelen ser la compra más segura. Por eso, generalmente son los mejores instrumentos para la investigación o las industrias de alta tecnología.
HORIBA especificaciones de monocromadores.
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