các loại bộ phận đơn sắc hóa (monochromators) khác nhau

Các bộ phận đơn sắc hóa (monochromators) có thể được chia ra thành nhiều loại khác nhau dựa trên kiểu vật liệu tán sắc (dispersive element) và cách bố trí các thiết bị quang:

Lăng kính (Prism monochromators)

Vật liệu tán sắc (dispersive element) dùng cho bộ phận đơn sắc hóa này (prism monochromator) là một lăng kính. Lăng kính (prism) thường có hiệu suất thu ánh sáng (light utilization efficiency) cao, không tạo ra ánh sáng bậc cao (higher order light) và tạo ra rất ít ánh sáng không đặc hiệu (stray light). Tuy nhiên, độ tán sắc (dispersion) lại phụ thuộc vào nhiệt độ và bước sóng (độ tán sắc cao nếu thuộc vùng tử ngoại (UV) và thấp nếu thuộc vùng hồng ngoại (infrared – IR).

ỨNG DỤNG CỦA BỘ PHẬN ĐƠN SẮC HÓA (monochromator APPLICATIONS) 

Bộ phận đơn sắc hóa (monochromator) thường được sử dụng trong các thiết bị đo lường như quang phổ kế (spectrophotometer) hay máy đọc khay vi thể (microplate reader). Nó là một công cụ chọn lọc bước sóng phổ biến được ứng dụng trong những công nghệ phát hiện (detection technologies) bằng cường độ hấp thụ (absorption) hay huỳnh quang (fluorescence).

bộ phận đơn sắc hóa ĐƠN, ĐÔI VÀ “TỨ”(SINGLE, DOUBLE AND “QUADRUPLE” MONOCHROMATORS)

Một đặc điểm quan trọng của bất cứ hệ thống chọn lọc bước sóng nào là hiệu suất chặn (blocking efficiency), ví dụ như khả năng chặn những bước sóng không mong muốn. Bộ phận đơn sắc hóa (monochromator) có khả năng lựa chọn bước sóng rất tốt, tuy nhiên nó lại bị hạn chế trong việc loại bỏ những bước sóng không mong muốn. Cụ thể, cứ 1000 tia sáng chiếu qua bộ phận (monochromator) thì có 1 tia mang bước sóng không mong muốn. Nói cách khác, một bộ phận đơn sắc hóa đơn (single monochromator) tiêu chuẩn có hiệu suất chặn (blocking efficiency) là 10E-3.

Con số này dường như thể hiện một hiệu suất tốt, nhưng điều đó sẽ không xảy ra nếu bộ phận đơn sắc hóa (monochromator) được dùng trong những ứng dụng liên quan tới huỳnh quang (fluorescence-based applications), bởi vì ánh sáng phát ra (emission light) yếu hơn ánh sáng kích thích (excitation light) gấp 1000 lần. Điều này có nghĩa là, nếu 10E-3 tia sáng bị chặn thì lượng ánh sáng tới bộ phận tiếp nhận (detector) sẽ bao gồm 50% phát ra (emitted light) và 50% không mong muốn (unwanted light)! Bởi vậy, các phép đo bằng thiết bị này sẽ không đáng tin cậy. Vấn đề này có thể được giải quyết bằng cách sử dụng hai bộ phận đơn sắc hóa (monochromators) được kết nối đồng thời với nhau bằng hệ thống cơ học sao cho cả hai đều chỉ chọn ra cùng một bước sóng. Việc kết hợp hai bộ phận đơn sắc hóa đơn (single monochromators) với hiệu suất chặn (blocking efficiency) là 10E-3 tạo ra một bộ phận ‘’đôi’’ (‘’double’’ monochromator) với hiệu suất chặn (blocking efficiency) là 10E-6. Với hiệu suất này, chỉ một lượng nhỏ ánh sáng không mong muốn đi tới bộ phận tiếp nhận tín hiệu (detector) sẽ không đủ để làm ảnh hưởng tới kết quả đọc.  

Một số thiết bị sử dụng thuật ngữ bộ phận đơn sắc hóa “tứ” (“quadruple” monochromator), nhưng điều này không có nghĩa là 4 bộ phận đơn sắc hóa đơn được kết hợp lại với nhau để tạo nên “siêu” hiệu suất chặn bằng 10E-12. Thực tế, đó là sự kết hợp của 2 bộ phận đơn sắc hóa đôi (double monochromator): một bộ phận được sử dụng để hấp thụ (absorption) và kích thích ánh sáng (excitation), trong khi đó, bộ phận còn lại dùng cho việc phát xạ (emission), giống như chức năng mà Tristar 5 thể hiện.

MỘT SỐ CÔNG CỤ KHÁC THAY THẾ bộ phận đơn sắc hóa (Alternatives to monochromators) 

Bộ phận đơn sắc hóa (monochromators) không phải là lựa chọn duy nhất để phân tách một dải sóng nhất định trong máy đọc khay vi thể (microplate reader). Có những công cụ khác cũng rất phổ biến như:

Kính lọc (filter)

Những dụng cụ có thiết kế kính lọc thường rẻ và cho độ nhạy tốt nhờ vào độ thẩm thấu (permeability) cao và đặc tính chắn (blocking) của các kính lọc. Tuy nhiên chúng không có tính linh hoạt bởi vì từng kính lọc thường cố định với một bước sóng riêng và một dải quang phổ (bandwidth) có độ rộng nhất định. Vậy nên để đo được nhiều bước sóng, chúng ta phải có nhiều bộ kính lọc khác nhau.

Đèn LED

Đa số các dụng cụ sử dụng nguồn cung cấp ánh sáng trắng là bóng đèn dây tóc vonfram (tungsten) và xenon. Tuy nhiên, chúng ta có thể thay thế các nguồn sáng này bằng đèn LED tạo ánh sáng đơn sắc (monochromatic light). Nhưng độ linh hoạt của dạng đèn này thậm chí còn kém hơn cả kính lọc (filter) bởi vì mỗi bước sóng lại phụ thuộc vào một nguồn sáng riêng. Do đó, những bóng đèn LED thường chỉ được dùng trong các dụng cụ có chi phí thấp cho một số phép phân tích đặc trưng. 

Đèn laze (laser)

Đèn laze (laser) cũng tạo ra ánh sáng đơn sắc (monochromatic light) với cường độ sáng cao nhưng chúng thường đắt đỏ và chỉ có một số loại có thể dễ dàng điều chỉnh. Do vậy, thường thì để có được những bước sóng mong muốn chúng ta cần phải có nhiều bóng đèn laze khác nhau (lasers). Loại đèn này thường chỉ được dùng giới hạn cho một số thí nghiệm đặc hiệu, như AlphaScreen®.

Máy ghi phổ (Spectrograph)/ Hệ đa sắc (Polychromator)

Khi một thiết bị cảm biến hình ảnh (imaging device) thay thế khe ánh sáng đi ra (exit slit), chúng ta sẽ có cấu trúc của một máy ghi phổ (spectrograph). Cấu trúc này cho phép chúng ta phân tích ngay cường độ sáng của một dải màu rộng bằng tập hợp các máy thu nhận hình ảnh (photodetector) chạy bằng cảm biến CCD (Charge Coupled Device). Dòng máy này có thể ghi nhận kết quả của cả một phổ ánh sáng (spectrum) mà không cần phải quét cơ học (mechanical scanning) vậy nên chúng tốn ít thời gian đọc kết quả hơn. Tuy nhiên đổi lại độ phân giải và độ nhạy của máy lại không được tốt bằng và thường chỉ phù hợp với thí nghiệm hấp thụ ánh sáng (absorbance).

Thuật ngữ hệ đa sắc (polychromator) đôi khi được sử dụng thay thế cho máy ghi phổ (spectrograph), nhưng chúng không hoàn toàn giống nhau. Hệ đa sắc (polychromator) mang rất nhiều khe ánh sáng đi ra (exit slits) với mỗi khe cho phép một bước sóng xác định đi qua. Đặt sau mỗi khe này là một bộ phận tiếp nhận tín hiệu (detector) dùng để đo từng sóng ánh sáng tương ứng. Máy ghi phổ (spectrograph) lại không vận dụng những khe ánh sáng đi ra (exit slits) này mà trực tiếp sử dụng một bộ phận tiếp nhận tín hiệu (detector) được đặt vào vị trí tùy thuộc mục đích sử dụng. 

Máy lai (Hybrid instruments)

Nhiều máy đọc khay vi thể tiên tiến (advanced microplate readers) cho khả năng xử lý rất uyển chuyển bởi chúng kết hợp nhiều công cụ chọn bước sóng khác nhau. Tùy thuộc vào tính chất của phép phân tích mà công cụ chọn bước sóng tối ưu nhất sẽ được sử dụng. Ví dụ như dòng máy Tristar 5 tích hợp các kính lọc (filters), 2 bộ phận đơn sắc hóa đôi (double monochromators) và cả tính năng đèn laze (laser) phù hợp cho việc đọc kết quả thí nghiệm AlphaScreen®.  

NHỮNG DÒNG MÁY ĐỌC KHAY VI THỂ (MICROPLATE READERS) MANG BỘ PHẬN ĐƠN SẮC HÓA (MONOCHROMATORS) MÀ CHÚNG TÔI CÓ