طیف‌سنج نشر نوری آرک اسپارک -مقدمه‌ای بر آشکارساز فوتوالکتریک CCD

سیستم تشخیص طیفی سنتی برای مونوکروماتور به همراه لوله فتومولتی پلایر (PMT). از دهه 1970، استفاده از آرایه‌های فوتودیود (SPDA) و سایر حسگرهای فوتوالکتریک برای ایجاد یک نقشه طیفی سه‌بعدی و توسعه فناوری پردازش مربوطه مورد توجه قرار گرفته است. SPDA نه تنها می‌تواند طیف خاصی از اطلاعات تشخیص را در محدوده طول موج به دست آورد، بلکه انعطاف‌پذیری قابلیت‌های ادغام را نیز دارد، اما به اندازه PMT حساس و محدوده دینامیکی نیست و نویز بزرگتر، محدوده خطی باریک و جریان تاریک نیز بزرگ است، در حالی که CCD این کاستی‌ها را جبران می‌کند.

چندین ویژگی CCD وجود دارد که ارتباط نزدیکی با ابزارهای طیف‌سنج دارند:

(1) حساسیت بالا و نویز کم. دستگاه‌های CCD بازده کوانتومی بسیار بالایی دارند، حداقل 10٪، تا 90٪ یا بیشتر. بازده انتقال بار آن تقریباً 100٪ است، در دماهای پایین تقریباً بدون جریان تاریک کار می‌کند، نویز تقریباً نزدیک به صفر است، جدیدترین دستگاه‌های CCD به نسبت سیگنال به نویز بسیار بالایی در دمای اتاق دست یافته‌اند، جریان تاریک بسیار کم است، به طور کامل الزامات دستگاه را در تجزیه و تحلیل ثابت و میکروآنالیز برآورده می‌کنند. مزایای فوق باعث می‌شود حساسیت دستگاه‌های CCD از سایر آشکارسازها (مانند PMT و SPDA) فراتر رود و حد پایین تشخیص به سطح pg یا حتی سطح fg برسد.

(2) محدوده طیفی وسیع (200 تا 1050 نانومتر). بازده کوانتومی می‌تواند تا 90٪ در ناحیه مرئی (400 تا 500 نانومتر) و حداقل 10٪ بین ناحیه فرابنفش دور (200 نانومتر) و مادون قرمز نزدیک (1000 نانومتر) باشد. در ناحیه طیفی وسیع 100 تا 1100 نانومتر، CCDها بازده کوانتومی بالایی دارند و بیشتر ابزارهای طیفی نشر، جذب و پراکندگی در این ناحیه کار می‌کنند، بنابراین CCD به یک آشکارساز ایده‌آل برای انواع ابزارهای طیفی تبدیل شده است.

(3) محدوده پاسخ خطی دینامیکی وسیع 10 قدر. CCD دارای محدوده پاسخ وسیع و خطی بودن پاسخ ایده‌آل 10 قدر است و پاسخ خطی را در سراسر محدوده پاسخ دینامیکی حفظ می‌کند، که برای تجزیه و تحلیل طیفی کمی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

(4) پایداری هندسی، مقاومت در برابر نوردهی بیش از حد: CCD پس از مدت طولانی کارکرد، از نظر خواص هندسی، حرارتی و الکتریکی پایدار است و از نوردهی بیش از حد نمی‌ترسد، بنابراین از PMT قوی‌تر و بادوام‌تر است.

(5) می‌توان چندین کانال را به‌طور همزمان نمونه‌برداری کرد تا یک طیف‌نگاره سه‌بعدی طول موج-شدت-زمان به‌دست آید که می‌تواند همراه با یک دستگاه فوتوکاتد برای مشاهده تصاویر اشعه ایکس استفاده شود.

این ویژگی‌های CCD آن را به یک آشکارساز ایده‌آل برای طیف‌سنج‌ها تبدیل می‌کند. در دو کنفرانس اخیر پیتسبورگ، مجموعه‌ای از گزارش‌های تحقیقاتی در مورد آشکارسازهای CCD برای... ارائه شد. طیف‌سنج‌های نشری ، طیف‌سنج‌های رامان، طیف‌سنجی فلورسانس و غیره. انتظار می‌رود که CCD در عرض چند سال به آشکارسازی برای انواع ابزارهای طیف‌سنجی تبدیل شود و جایگزین لوله‌های فوتومولتی‌پلایر شود.