Espectrómetro de emisión óptica por chispa de arco -Introducción al detector fotoeléctrico CCD

Sistema tradicional de detección espectral para monocromador con tubo fotomultiplicador (PMT). Desde la década de 1970, se ha buscado el uso de matrices de fotodiodos (SPDA) y otros sensores fotoeléctricos para generar un mapa espectral tridimensional y desarrollar la tecnología de procesamiento correspondiente. El SPDA no solo puede obtener un rango de información de detección en el rango de longitud de onda, sino que también ofrece la flexibilidad de integración. Sin embargo, su sensibilidad y rango dinámico son menores que los del PMT, y presenta mayor ruido, un rango lineal estrecho y una corriente oscura elevada. El CCD compensa estas deficiencias.

Hay varias propiedades del CCD que están estrechamente relacionadas con los instrumentos espectrómetros:

(1) Alta sensibilidad y bajo nivel de ruido. Los dispositivos CCD presentan una eficiencia cuántica muy alta, de al menos el 10 % y hasta el 90 % o más. Su eficiencia de transferencia de carga es cercana al 100 %, funciona a bajas temperaturas con una corriente oscura prácticamente nula y el ruido es prácticamente nulo. Los dispositivos CCD más recientes han logrado una relación señal-ruido muy alta a temperatura ambiente y una corriente oscura muy baja, lo que cumple plenamente con los requisitos del instrumento para el análisis de constantes y el microanálisis. Estas ventajas hacen que la sensibilidad de los dispositivos CCD supere la de otros detectores (p. ej., PMT y SPDA), y su límite inferior de detección alcanza el nivel pg o incluso el nivel fg.

(2) Amplio rango espectral (200-1050 nm). La eficiencia cuántica puede alcanzar el 90 % en la región visible (400-500 nm) y al menos el 10 % entre la región ultravioleta lejana (200 nm) y el infrarrojo cercano (1000 nm). En la región espectral de 100 a 1100 nm, los CCD presentan una alta eficiencia cuántica, y la mayoría de los instrumentos espectrales de emisión, absorción y dispersión operan en esta región, por lo que se han convertido en un detector ideal para todo tipo de instrumentos espectrales.

(3) Amplio rango de respuesta lineal dinámica de 10 magnitudes. El CCD posee un amplio rango de respuesta y una linealidad de respuesta ideal de 10 magnitudes, manteniendo una respuesta lineal en todo el rango de respuesta dinámica, lo cual resulta especialmente importante para el análisis espectral cuantitativo.

(4) Estabilidad geométrica, resistencia a la sobreexposición: el CCD es estable en sus propiedades geométricas, térmicas y eléctricas después de un largo período de funcionamiento, y no teme a la sobreexposición, por lo que es más fuerte y más duradero que el PMT.

(5) Se pueden muestrear varios canales simultáneamente para obtener un espectrograma tridimensional de longitud de onda-intensidad-tiempo, que se puede utilizar junto con un dispositivo de fotocátodo para observar imágenes de rayos X.

Estas características del CCD lo convierten en un detector ideal para espectrómetros. En las dos últimas conferencias de Pittsburgh, se presentó una serie de informes de investigación sobre detectores CCD para espectrómetros de emisión , espectrómetros Raman, espectrofotometría de fluorescencia, etc. Se espera que en unos años el CCD se convierta en un detector para todo tipo de instrumentos espectrales para reemplazar a los tubos fotomultiplicadores.