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光谱仪器的检测器有很多种
,(
端窗式光电倍增
管
)
、
(
电二
极管阵列
)
、
(
硅漂移探测器
)
等
,
其中论坛讨论最多的主要是用于原子发射光谱仪的
PMT,CCD,CID
等
,
下文将从各个检测器的原理
,
优缺点以及相互间的比较做一介绍。
基本原理及特点
1.
PIT(photomulti
pliertube,
光电倍增管
)
光电倍增管将微弱光信号转换成电信号的真空电子器件
,
可分成
主要部分
:
光电阴极
、
电子光学
输入系统
、
电子倍增
系统
、
阳极
。光电阴极受光照后释放出
光电子
,
在电场作用下射向第一倍增电
极
(
打拿极
),
引起电子的二次发射
,
激发出更多的电子
,
然后在电场作用下飞向下一个倍增电极
,
又
激发出更多的电子。如此电子数不断倍增
,
阳极最后收集到的电子可增加
10E4~10E8
倍
,
这使光电倍
增管的灵敏度比普通
光电管要高得多
,
可用来
检测微弱光信
号
。
<
/p>
（优点：
）
光电倍增管具有
灵敏度高
,
噪声低
及
响应速度快
的特点
,
所以被广泛地应用在许
多光学仪器中作为检测器
.PIIT
的寿命是比较长的
,
电子管真空度越高寿命
就越长。
虽然光电倍增管有许多优点
,
但该器件自身也有
缺陷
;
灵敏度因强光照射
(
这也就是为何仪器
在通电的情况下样品室盖子不能打开的原因
)
或因
照射时间过长而降低
,
停止照射后又部分地恢复
;
鉴于光电倍增管的这种特性致使它
随着使用时间的累
加
,
灵敏度会逐渐下降
(
一般从长波长开始下
降
,
俗
称“红外紫移
且
噪声输出却逐渐加大<
/p>
,
直至被弃用。我们把这种现象称为
疲乏效应
光阴
极表
面各点的灵敏度不是均匀的
,
而是根据入射光束的输出变动而定
。
光电倍增管的
灵敏度
和
工作光谱区间
主要取决与于光电倍增光阴极和打拿
极的光电发射材料、
光电倍增管的
短波响应的极限
主要取决于窗的材料
,
而
长
波响应极限
主要取决于阴极和打拿极材料
的性能。一般用于可见
-
红外光谱区的光电倍增管用玻璃窗
,
而用于紫外光谱区的用石英窗。光阴极
一般选用表面功函数低的
碱金属材料
,
如
红外谱区选用银
-
氧
-
铯阴极
,
可见光谱区用锑
-
铯或铋
-
银
-
铯阴极
,
而
紫外谱区则采用多碱光电阴
极或锑
-
碲阴极。
滨松是
PMT
的主要供应商
,
至于价格
,
不同型号的价格相差很大
,
几百到几万之间的都
有。
2010
年滨松光电开发出了全球首款可采用
MEMS
技术制造的小型光电倍增管
μ
PMT
。由于利用
MEMS
技
术加工硅基板后
,
< br>只需用
2
张玻璃基板封装即可
,
部件点数很少
,
因此可实现与半导体产
品相当的大
批量生产
,
原来的
PMT
单价为
1
万日元
以上
,
但此次的
μ
PMT
如果以量产为前提
,
价格可
为数千日
元”
。当然
,
新生事物具体效果如何还有待考证。
(Charge
dCoupledDevice,
电荷耦合器件
)
CCD
是一种
固态检测器
,
由
多个光敏像元
组成
,
其中
每一个光敏像元就是一个
MOS(
金属
-
氧化物
-
半导体
)
电容器
。
它的突出
特点
是以电
荷作为信号
,
实现电荷的存的转移。
因
此
.CCD
工作过程的主要
问题是信号
电荷的产生、
存储传输和检测。
好的
C
CD
具有极高的电荷转移效率
,
一般可
达
0.999995,
所以电荷在多次转移过程中的损失可以忽
略不计
.CCD
的量子效率大大优于
P
DA
和
CID,
在
400--700nm
波段优于
PIT
。但是
,
不同厂商制造的
CCD<
/p>
在几何尺寸、制造方法、材料上有所不同
,
结
果它们的量子效率差别较大。
C
CD
在低温工作时
,
暗电流非常低
,
暗电流是由热生电荷载流子引起
的
,
冷却会使热生电荷的生
成速率大为降低。但
是
CCD
的冷却温度不能太低
,
因为光生电荷从各检测元迁移到放大器的输出节
点的能力随温度的下降
而降低。
CCD
的简单动态范围非常
大
,
宽达
10
个数量级。
但在一些光谱分析中
,
如<
/p>
AES(
原子发射光谱
)
中
,
实际的动态范围达不到那么大的值。一种扩展
CCD
动态范围的方法是根据光的强弱改变每次测量的
积分时间。强信号采用短的积分时间
,
弱信号采用长
的积分时间。这种方法测量强信号旁的弱信号
非常不利
,
存在
Blooming(
溢出
)
的问题
,
特别是对于
AES
。通过改进
CCD
制作工艺生产出来的性能优
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