全譜ICP光譜儀中檢測(cè)器CCD和CID的區(qū)別
瀏覽次數(shù):1112 發(fā)布日期:2023-11-8
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不同廠家,甚至同一個(gè)廠家生產(chǎn)的全譜ICP光譜儀(ICP-OES),使用的檢測(cè)器有時(shí)是不同的,有的用CCD檢測(cè)器,有的使用CID檢測(cè)器,哪么這兩種檢測(cè)器有什么不同呢?
什么叫CCD和CID,CCD就是電荷耦合器件,英文名Charge-Coupled Detector 簡(jiǎn)稱CCD,而CID就是電荷注入器件英文名稱Charge-Injection Detector簡(jiǎn)稱CID。
我們先來說說ICP光譜儀或其它儀器的CCD檢測(cè)器,可以將一個(gè)CCD看作是許多個(gè)光電檢測(cè)模擬移位寄存器。在光子產(chǎn)生的電荷被貯存起來之后,它們近水平方向被一行一行地通過一個(gè)高速移位寄存器記錄到一個(gè)前置放大器上。最后得到的信號(hào)被貯存在計(jì)算機(jī)里。
CCD器件的整個(gè)工作過程是一種電荷耦合過程,因此這類器件叫電荷耦合器件。對(duì)于CCD器件,當(dāng)一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器的象素被某一強(qiáng)光譜線飽和時(shí),便會(huì)產(chǎn)生溢流現(xiàn)象。即光子引發(fā)的電荷充滿該象素,并流入相鄰的象素,損壞該過飽和象素及其相鄰象素的分析正確性,并且需要較長(zhǎng)時(shí)間才能便溢流的電荷消失。為了解決溢流問題,應(yīng)用于原子光譜分析的CCD器件,在設(shè)計(jì)過程中必須進(jìn)行改進(jìn),例如:進(jìn)行分段構(gòu)成分段式電荷耦合器件(SCD),或在象表上加裝溢流門,并結(jié)合自動(dòng)積分技術(shù)等。
再來說說IP光譜儀或其它儀器的檢測(cè)器CID,CID是一種電荷注入器件(Charge-Injected Device),其基本結(jié)構(gòu)與CCD相似,也是一種MOS結(jié)構(gòu),當(dāng)柵極上加上電壓時(shí),表面形成少數(shù)載流子(電子)的勢(shì)阱,入射光子在勢(shì)阱鄰近被吸收時(shí),產(chǎn)生的電子被收集在勢(shì)阱里,其積分過程與CCD一樣。
CCD和CID的主要區(qū)別是在于讀出過程,在CCD中,信號(hào)電荷必須經(jīng)過轉(zhuǎn)移,才能讀出,信號(hào)一經(jīng)讀取即刻消失。而在CID中,信號(hào)電荷不用轉(zhuǎn)移,是直接注入體內(nèi)形成電流來讀出的。即每當(dāng)積分結(jié)束時(shí),去掉柵極上的電壓,存貯在勢(shì)阱中的電荷少數(shù)載流子(電子)被注入到體內(nèi),從而在外電路中引起信號(hào)電流,這種讀出方式稱為非破壞性讀取(Non-Destructive Read Out),簡(jiǎn)稱:NDRO.CID的NDRO特性使它具有優(yōu)化指定波長(zhǎng)處的信噪比(S/N)的功能。
同時(shí)CID可尋址到任意一個(gè)或一組象素,因此可獲得如“相板”一樣的所有元素譜線信息。光電倍增管外光電效應(yīng)所釋放的電子打在物體上能釋放出更多的電子的現(xiàn)象稱為二次電子倍增。光電倍增管就是根據(jù)二次電子倍增現(xiàn)象制造的。它由一個(gè)光陰極、多個(gè)打拿極和一個(gè)陽(yáng)極所組成,每一個(gè)電極保持比前一個(gè)電極高得多的電壓(如100V)。當(dāng)入射光照射到光陰極而釋放出電子時(shí),電子在高真空中被電場(chǎng)加速,打到第一打拿極上。一個(gè)入射電子的能量給予打拿極中的多個(gè)電子,從而每一個(gè)入射電子平均使打拿極表面發(fā)射幾個(gè)電子。二次發(fā)射的電子又被加速打到第二打拿極上,電子數(shù)目再度被二次發(fā)射過程倍增,如此逐級(jí)進(jìn)一步倍增,直到電子聚集到管子陽(yáng)極為止。通常光電倍增管約有十二個(gè)打拿極,電子放大系數(shù)(或稱增益)可達(dá)108,特別適合于對(duì)微弱光強(qiáng)的測(cè)量,普遍為光電直讀光譜儀所采用。
總的來說,ICP光譜儀的檢測(cè)器CCD和CID都是為了適應(yīng)上世紀(jì)九十全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀的二維分光色散系統(tǒng)而推出的平面檢測(cè)器,統(tǒng)稱為電荷轉(zhuǎn)移檢測(cè)器(change transfer detector ,CTD)。CID是一種具有電容特性的檢測(cè)器,相對(duì)來說對(duì)紅外敏感,因此需要鍍膜將紫外光轉(zhuǎn)換為紅端的光;由于靈敏度差、讀數(shù)噪聲大,CID采用一種叫非破壞性讀數(shù)的方式不斷累積電荷提高靈敏度,同時(shí)從統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上可以降低讀數(shù)噪聲。