Monocromador: componentes, función, tipos
El monocromador es un dispositivo óptico capaz de suministrar o filtrar luz de una determinada longitud de onda (color), dentro de una banda estrecha de longitudes de onda. Se puede decir, en términos vagos y poéticos, que se trata de un colador muy selectivo de colores.
La luz blanca, por ejemplo, está compuesta por un conjunto de longitudes de ondas (colores), correspondientes a la zona visible del espectro electromagnético; tal como se observa en los diferentes colores del arcoíris. Las gotas de agua refractan la luz, produciendo una gama de diferentes colores.
En el monocromador se produce un fenómeno semejante. Este dispositivo está en contacto con una lámpara de tungsteno (luz visible) o con una lámpara de deuterio (luz visible-ultravioleta), las cuales producen la luz que se introduce al interior del monocromador a través de la rendija de entrada.
La luz, una vez dentro del monocromador, es llevada a una red o rejilla de difracción, capaz de descomponerla en las diferentes longitudes de onda que la forman. La rejilla puede orientar, asistida por un espejo, la longitud de onda requerida hacia la rendija de salida.
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El monocromador clásico de Czerny-Turner consta de las siguientes partes: una rendija de entrada, un espejo colimador, una red o rejilla de difracción, un segundo espejo, y la rendija de salida.
La rendija de entrada permite el ingreso de la luz blanca (policromática), proveniente de la lámpara de iluminación, al interior del monocromador. Se puede regular la anchura de esta rendija con el fin de controlar la intensidad de luz que pasa a través de ella.
La función de este espejo es transformar los haces de luz que convergen a él en rayos paralelos de luz. Esto es un requisito necesario para que ocurra la difracción.
En el caso de las gotas de agua que producen el arcoíris, los rayos del sol que inciden sobre ellas se comportan como paralelos debido a la gran distancia que separa el sol de la Tierra.
Es una estructura plana sobre cuya superficie se han hecho una serie de ranuras separadas por una determinada distancia. Al incidir sobre las ranuras la luz proveniente del espejo colimador, se produce su descomposición en las longitudes de onda que la conforman.
Las luces de cada longitud de onda emergen de la rejilla con un ángulo diferente. Mediante el uso de un control se puede modificar la inclinación de la rejilla de difracción, para permitir así que la longitud de onda deseada incida sobre la rendija de salida.
La función de este espejo es orientar los rayos de luz, provenientes de la red de difracción, hacia la rendija de salida.
Esta rendija es la que permite la salida de la luz monocromática proveniente del interior del monocromador. Su anchura está condicionada por la intensidad de la luz emergente y el ancho de la banda que contiene la longitud de onda deseada.
El monocromador se utiliza en numerosos aparatos e instrumentos ópticos utilizados en la docencia, en los laboratorios de investigación, y en los laboratorios clínicos.
Los monocromadores están presentes en los espectrofotómetros, aparatos que son utilizados en los laboratorios con diferentes fines; por ejemplo, en la determinación de la actividad de diferentes enzimas, en la concentración de sustancias metabólicas, en la concentración de macromoléculas, etc.
El monocromador suministra una luz de una determinada onda que es absorbida específicamente por una sustancia, pudiéndose determinar así su concentración debido a una relación entre la concentración de la sustancia y su absorción de la luz.
Para ello, se construye una curva de calibración, basada en la Ley de Beer-Lambert. La absorción de la luz se puede expresar como transmitancia, indicando un 100% de transmitancia cuando la luz no es absorbida por las sustancias. Mientras, una transmitancia menor, indicará absorción de la luz.
Hay sustancias que son capaces de emitir fluorescencia, cuya concentración puede obtenerse con el uso de un espectrofluorómetro.
Este aparato tiene dos monocromadores: uno sirve para la excitación de una sustancia, lo que permite que la sustancia pueda emitir fluorescencia; y el otro permite utilizar la fluorescencia producida para determinar la concentración de la sustancia examinada.
Es un equipo utilizado en la determinación de la concentración de metales, como sodio, potasio, hierro, cobre, magnesio, calcio, etc., pudiéndose utilizar como una técnica de absorción o emisión.
En la técnica de absorción atómica, la muestra en solución se vaporiza con una mezcla de acetileno y oxígeno.
La luz proveniente de una lámpara, específica para el ión al que se le determina la concentración, atraviesa la llama y parte de la luz es absorbida. Pero otra parte de la luz llega a un monocromador que forma parte de un espectrofotómetro, el cual permite la determinación de la concentración del ion vaporizado en la llama.
Este equipo, usado en la investigación del comportamiento de las macromoléculas biológicas, está equipado de un monocromador. El dicroísmo circular se emplea, entre otros estudios: en la determinación de la estructura secundaria de las proteínas, la conformación de las proteínas, y la desnaturalización química o térmica de las mismas.
Determina la fluorescencia de procesos bioquímicos o inmunológicos que ocurren en las concavidades de las microplacas, recurriendo por lo tanto al uso de un monocromador.
La técnica llamada ELISA es de uso frecuente en la cuantificación de proteínas, ácidos nucleicos, ensayos de actividad enzimática, así como en numerosos procedimientos inmunológicos.
Hay dos tipos de monocromadores dependiendo del dispositivo de difracción usado: monocromadores de red o rejilla, y de prisma.
En estos monocromadores la difracción se realiza por una rejilla de difracción. Esta es una superficie plana que tiene numerosas ranuras paralelas e idénticas. Por ejemplo: una rejilla para luz ultravioleta tiene entre 300 y 2.000 ranuras por mm.
La luz proveniente del espejo colimador incide sobre las ranuras de las rejillas y es descompuesta en radiaciones de diferentes longitudes de onda, las cuales emergen de las rejillas con diferentes ángulos.
Mediante un control se modifica la inclinación de la rejilla para hacer incidir la luz de la longitud deseada sobre la rendija de salida.
Un prisma óptico puede refractar la luz del sol en los colores del arcoíris. Cuando la luz incide sobre la cara de un prisma, es refractada formando un ángulo con relación a la interfase aire-cristal del prisma, siendo la refracción dependiente del índice de refracción.
Además, el índice de refracción depende de la longitud de onda de la luz. Esto provoca que la luz blanca incidente sobre un prisma sea descompuesta en diferentes longitudes de onda, correspondientes a los diferentes colores.
Un control hace incidir la luz deseada del prisma sobre la rendija de salida del monocromador.
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