高端直读光谱不使用CCD的原因

emmalee07

2016/02/17

私聊

直读光谱

对光谱仪有所了解的人都知道，CCD检测器的使用大大降低了火花直读光谱仪的硬件成本和调试流程。某品牌甚至可以做到拷贝程序，即硬件搭建好，程序拷入电脑适当调试即可使用。CCD检测器因其全谱的优势，可以大大缩小直读光谱仪硬件的体积。以上都是使用CCD检测器直读光谱仪的优势。然而相对于光电倍增管（PMT）检测器，使用CCD检测光谱仪的缺点也是显而易见的，而且是无法回避的。
其一、原理上CCD器件的整个工作过程是一种电荷耦合过程，因此这类器件叫电荷耦合器件。对于CCD器件，当一个或多个检测器的象素被某一强光谱线饱和时，便会产生溢流现象。即光子引发的电荷充满该象素，并流入相邻的象素，损坏该过饱和象素及其相邻象素的分析正确性，并且需要较长时间才能使溢流的电荷消失。

图一、CCD工作单元MOS电容示意图

其二、限于原理上的先天缺陷，使用CCD检测器的直读光谱仪存在灵敏度低，检出下限（LOD），动态范围，信噪比等等方面的性能均不如PMT检测好。

灵敏度	CCD（电荷藕合器件)是面扫描（分区）测量，检测结果受强光谱线饱和影响大	PMT光电倍增（真空）管是点（或线）测量，但每个（通道）元素对应一个PMT，元素的相互影响较小
检测下限（LOD）	100ppm	1ppm
动态范围	10⁴	10⁶
信噪比	必须要深冷处理才能提信噪比	在常温下就具有较好的信噪比，光电倍增管具有很高的电流放大作用，使信噪比远远优于CCD，图谱更加清晰
噪声	全部扫描方式检测，不同谱线之间存在干扰性，噪声大	真空点线测量，每个通道对应一个PMT,元素的相互影响较小，噪声小

其三、使用CCD检测器成为部分直读光谱制造厂商所见成本的一种途径。我们可以通过下面拆解图的来具体了解CCD光谱仪硬件方面的不足。

图二、CCD光谱仪拆解图

从CCD光谱图中我们可以一眼看出
① 狭小的光室体积（400mm光栅焦距），决定了分光效果远不如大光室750mm光栅焦距的V-950光谱效果好。
② 纤薄的机壳热稳定性和机械稳定性远差。和使用高强度铸铝光室的V-950光谱不可相提并论。
③ 充氩光室分析短波元素（P、S、B等）精准度很差
④ 光纤传输的入射光信号稳定性差，有衰减，尤其是短波元素。
⑤ CCD片自身信噪比低，寿命短，采集信号强度衰减快。
采用高精度PMT检测器的V-950从设计原理上就不存在③、④、⑤中所涉及的问题。
节省成本，迎合短期市场不是美国埃米Angstrom光谱仪考虑的方向，V-950的制造理念是精细高端。从用户使用长远角度考虑，好的仪器才是最佳的选择。