急，请问各位大侠，谁家的光谱仪用的是CID检测器？?

应助达人

这个有什么问题吗？

很多啊 我们有一个 IRIS 就是 好像还是新换的 设备好像淘汰了

应助达人

热电的ICP用的就是CID检测器。

应助达人

给你一篇参考文章：

CID与CCD检测器在ICP光谱应用中的比较

图1: (a).一个单独的CID检测单元 (b). 4个CID检测单元的示意图

图2: CID读数过程

应助达人

1. 有效提高信噪比(Signal Noise Ratio, SNR)将多次读数的结果进行平均, 可以有效的降低读出噪音, 却不减小信号, 因而可有效提高信噪比, N次读数的读出噪音为单次读数的1/√Ｎ.



Averagingthe results of a number of NDROs introduces no photon noise . As a result, thisprocedure can be employed for improving the SNR of a photo-flux measurement. Bycomputer summation of a number of nondestructive reads of the chargeinformation in a detector element, the read noise, or the noise introduced bythe detector and associated electronics, can be reduced. This is similar to,but not be same as, conventional signal averaging. If the noise is a white orrandom noise source, then the noise is reduced in proportion to the squareroot of the number of NDROs performed. In a practice, read noise can bereduced by over a factor of 10 by the process of averaging multiple NDROs.[1,2] 2. 防止检测器溢出(Blooming)溢出就是当某个检测单元上受到较强的光照射时, 产生的电荷数量超出了其本身的容量, 因而溢出到其相邻的检测单元上, 致使其相邻的数个甚至一片检测单元都无法读出正确信号的现象("Blooming" is the spillover of light from a pixel that can hold nomore electrons into adjacent pixels). 由于CID能够随时检查每一个检查单元上的电荷数量, 当某个检测单元上的电荷数量达到其预先设定的值时, 即进行DRO读数, 将全部电荷注入基体, 因而有效的防止了溢出的发生.

2. 防止检测器溢出(Blooming)

溢出就是当某个检测单元上受到较强的光照射时, 产生的电荷数量超出了其本身的容量, 因而溢出到其相邻的检测单元上, 致使其相邻的数个甚至一片检测单元都无法读出正确信号的现象("Blooming" is the spillover of light from a pixel that can hold nomore electrons into adjacent pixels).

由于CID能够随时检查每一个检查单元上的电荷数量, 当某个检测单元上的电荷数量达到其预先设定的值时, 即进行DRO读数, 将全部电荷注入基体, 因而有效的防止了溢出的发生.



3. 拓宽线性范围:

任何一种检测器都有它本身的线性范围, 对于固体检测器而言, 由于每个检测单元所能够容纳的电荷数量是有限的, 因而可以说它的线性范围的末端就是电荷饱和时的容量, 若超过时则会溢出, 对于CID而言, 由于其具有RAI功能, 能够在积分的过程中随时Checking每个检测单元的电荷数量, 当某个检测单元达到最佳信噪比(S/N)时, 则进行DRO读数, 并停止积分, 根据当时的曝光时间计算其每秒钟的强度, 而此时其它检测单元继续积分, 直到达到最佳信噪比或曝光时间结束. 而对于CCD, 则只能待曝光时间结束时才能读数, 一系列CCD检测单元只能采用相同的曝光时间, 当采用较短曝光时间时, 检测上限会拓宽, 但此时检测下限也同时升高, 因而线性范围并未增加, 而CID则不同, 由于可以自由的决定每个检测单元的曝光时间, 因而可以两者兼顾, 即在不改变检测下限的前提下有效拓宽检测上限. 例如在同一次测定中, 对于信号较弱的检测单元采用50秒曝光, 而较强信号可采用5秒曝光, 相当于拓宽了一个数量级的线性范围. Althoughthe simple dynamic range is quite high for CTDs and PADs as compared with othertypes of imagers, but it may not reach the very high values required by someanalytical spectroscopies, such as atomic emission spectroscopy(AES). There isa method for the extension of the upper end of the CID's dynamic range thatresults in this imager's being quite well suited to AES, the method is calledrandom access integration(RAI) and invloves varying the photo integrating timefrom spectral feature to spectral feature and using the NDRO process todetermine the optimum time for readout[5,6]. The photo flux at intenselyilluminated regions of the detector is quantified prior to suturation, and weaksignals are allowed to integrate for long periods of time to allow the highestpossible S/N, while the detector is being exposed to the analytical source, acomputerized system sequenntially checks the signal level at each of the spectralfeature when the point of adequate S/N has been reached[2].

应助达人

二. CCD 检测器(Charge-CoupledDevices)

像CID一样, CCD也是由金属-氧化物半导体经特殊加工制成, 用于储存由于光子照射而产生的电荷, 不同于CID的是, CCD一般采用P-型半导体物质, 因而储存的是带有负电荷的电子, 像CID一样, 电荷在电场控制下移动, 所不同的是两者的读出方式, CCD测量电荷数量的方法是将电荷转移到一个加有反相偏压的P-N结电容中, 然后测定由其产生的电压变化, 一个单个的输出电极位于一系列线性的或二维系列的CCD检测单元的边上, 每一个检测单元中储存的电子按顺序逐个通过这个检测电极进行读出, 每当读完一个检测单元内的电荷后进行一个快速的电场复位, 一个MOS放大器用于累计和感应电场的变化.为了从电荷产生的检测单元将电荷转移到读出电极, 需将电荷从一个检测单元转移到其相邻的一个, 然后再往下转移, 直到被读出, 要实现这一目的, 每一个检测单元内的电场必须分成三个独立的区域, 通过控制这三个区域的电场变化来将电荷进行移动, 在这三个电极中至少有一个的电场是反相的, 用于设置一个隔离区以分开其它检测单元的电子, 然后通过移动这个隔离带的位置使电荷迁移, 如上图中从左向右迁移.二维CCD检测器的结构如图 3 所示:

图3 : 二维CCD检测器结构图

首先将电荷从Phases(平行相)向SerialRegister(连续区域)迁移, 然后再顺序移向检测放大器.从这种结构可以看出, CCD检测器只有一种读数方式, 即破坏性读数(DRO), 读完以后, 电荷就不存在了,因而每次测定只能待曝光时间全部结束后, 才能进行读数, 中间无法知道每个检测单元上电荷的多少以及是否饱和等情况, 而不能像CID那样随时检查每个Pixel上的电荷数量.对于原子光谱而言, 由于谱线极为复杂, 且强度相差非常大,在同一次测定中, 在非常强的背景谱线存在下你必须测定很弱的谱线,因此对于CCD检测器而言就无法同时兼顾, 因为弱线需要较长的曝光时间, 而此时强线早已溢出, 若为照顾强线而采用较短曝光时间, 弱线又无法测到, 这个矛盾在CCD上是无法克服的, 对于ICP发射光谱, 由于存在大量的Ar线和OH基等其它官能团产生的分子带,且非常强, 因而真正的连续二维CCD检测器是很难直接用于ICP发射光谱的, 这也是为什么到目前为止仍没有一个厂家能够生产出连续二维CCD检测器的ICP光谱仪的原因. 请看文献[2]. Emissionlines in AES vary greatly in intensity, and extremely bright as well as verylow-level lines need to be evaluated during a single analysis. This can beachieved through the use of widely varying integration periods, in whichhigh-level lines are quantified during brief integration periods, and low levellines during extended ones. CCD are not readily amenable to this type of analysisbecause the full image frame must be serially transferred to a readoutamplifier. This porcess terminates weak lines integrations before adequate S/Nratios are reached because strong emission lines must be quantified beforetheir associated detector elements saturate. Conversely, if week lines arequantified at maximum S/N ratios, information about strong lines will be lostdue to pixel saturation. Additionally, although most samples require a fairlylarge detector array to provide adequate resolution, relatively fewpixel(100-1000) need to be directly interrogated to provide the requisitespectral information. The CID'sability to be used in a mode called random access integration(RAI) alleviatesthese problems[5,6], Ina CID, anydetector element may be randomly accessed and nondestructively readout. Once adesied signal level has been reached, the accumulated charge is injected intothe substrate, and reseting the integration. Other detector element in whichlittle charged has collected can be left undisturbed to integrate until asuitabe S/N is reached or the experiment terminated. The ability toindependently vary pixel integration times depending on incident photon fluxextends the useful dynamic range of this detector, this ability is quitesuitable on Inductively Coupled Plasma (ICP)-AES and Arc spectrometers[1].由于CID检测器受到专利保护, 因而许多厂家都试图将CCD用于ICP发射光谱, 由于ICP光谱的谱线非常复杂，在非常强的Ar，N，OH基和基体谱线下必须测量很弱的待测元素线，其首先必须解决的问题就是如何防止检测单元溢出的问题，目前有厂家1和厂家2分别采用不同的方式，对普通CCD进行改进，以使其能够用在ICP光谱上。厂家1采用的是分段偶合CCD检测器(Segmented-array CCD, 即SCD)技术, 其方法是将CCD分成许多小段(原来224个, 现在235个), 每个小段上有一个读出端子,一个时钟和控制系统, 段与段之间是绝缘性基体以防电荷通过, 每个小段含有20-80个检测单元, 一般为25-30个, 如图-4所示[3,4],

图4 一段SCD检测器示意图采用这种结构的主要目的是为了防止溢出,同时,为了防止段内溢出, 在积分时采用两次曝光的办法, 首先进行一次短时间的快速测定, 以判断每个段内最强谱线的强弱, 由此计算出该段所允许的最长曝光时间, 然后将235个段分成4组, 分别使用不同的曝光时间进行正式测定, 采用这种办法, 虽然在一定程度上防止了溢出, 但同时, 也就不可避免的带来了一些其它缺陷:

1. 谱线的非连续性

对于CID检测器, 由于在两个方向都有512个连续检测单元, 因而得到的是连续的谱线信息, 即所有谱线全部覆盖, 而SCD只能得到235条谱线的信息, 覆盖率不到6%, 因而严格的讲并不是真正的全谱, 两者得到的信息量如图5所示:

图5: CID与SCD的信息量比较

由于在设计每一个SCD的位置时, 事先已定好了每个SCD所对应的主谱线是什么元素, 什么波长, 因而其中心位置即是该谱线所在的位置, 每个SCD所覆盖的波长区间是0.1-0.4nm,即中心波长+/- 0.05-0.2nm, PE讲凡是落在这个区间内的所有谱线都可用来进行分析, 实际上并非如此, 由于这235条谱线都是各元素的较灵敏谱线, 因而你很难在中心波长+/-0.02nm之内选择其它谱线进行测定, 否则不可避免的带来干扰, 另一方面,你也很难在中心波长+/-0.04-0.15nm 之外选择谱线,因为此时你只能看到峰的一边, 无法知道另一边是否存在干扰, 如图6所示:

应助达人

2. 谱线不具有二维特性:众所周知, 中阶梯两维分光系统的特点是高色散, 高能量, 经二维分光后, 谱线显示二维特性, 即不同于一维分光, 一维分光后, 在检测器焦平面上, 每条谱线都是一条线, 而二维分光不同, 在检测器焦平面上,每条谱线只是一个点, 而这个点具有二维特性, 如图7所示:

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3. 检出限受样品基体限制:SCD虽然有效的防止了段与段之间的溢出, 但是在段内仍有溢出的可能性, 为了防止这种段内溢出, 前面已提到, 它采用二次曝光的办法,即第一次短时间的曝光用来判断每个段内的信号强弱, 用来决定积分时间, 但问题是它不是以你要测定的谱线所对应的检测单元上信号的强弱作为判断的依据, 而是以该段内信号最强的检测单元来决定曝光时间, 因而当所测谱线的同一段内具有较强的基体元素峰时, 它不得不采用很短的曝光时间以防溢出, 但此时需要测定的信号又很弱, 由于采用了同样短的曝光时间, 因而此时得到的检出限与用空白溶液得到的检出限(采用较长曝光时间)相比, 必然相差很大, 例如测定Cu基中的P(213.652 nm 线),其峰型如图8所示:

图8: Cu基中的P的谱图

图9: 厂家2的CCD检测器

图10: 厂家2的CCD检测单元

应助达人

ICP吧，我家都不用了