Spectromètre d'émission optique à étincelles d'arc -Introduction au détecteur photoélectrique CCD

Système de détection spectrale traditionnel pour tube monochromateur plus photomultiplicateur (PMT). Depuis les années 1970, on souhaite utiliser des matrices de photodiodes (SPDA) et d'autres capteurs photoélectriques pour établir une carte spectrale tridimensionnelle et développer la technologie de traitement correspondante. Le SPDA permet non seulement d'obtenir une certaine plage d'informations de détection dans la gamme de longueurs d'onde, mais offre également une flexibilité d'intégration. Cependant, sa sensibilité et sa plage dynamique sont inférieures à celles du PMT, le bruit est plus important, la plage linéaire est étroite et le courant d'obscurité est également important, tandis que le CCD compense ces défauts.

Le CCD présente plusieurs propriétés étroitement liées aux instruments spectrométriques :

(1) Haute sensibilité et faible bruit. Les dispositifs CCD présentent un rendement quantique très élevé, d'au moins 10 %, jusqu'à 90 % ou plus. Leur efficacité de transfert de charge est proche de 100 %, ils fonctionnent à basse température avec un courant d'obscurité quasi nul et le bruit est quasiment nul. Les dispositifs CCD les plus récents offrent un rapport signal/bruit très élevé à température ambiante et un très faible courant d'obscurité, répondant ainsi pleinement aux exigences des instruments en matière d'analyse des constantes et de micro-analyse. Ces avantages permettent aux dispositifs CCD de dépasser la sensibilité des autres détecteurs (par exemple, PMT et SPDA), et leur limite inférieure de détection atteint le niveau pg, voire le niveau fg.

(2) Large gamme spectrale (200 à 1 050 nm). L'efficacité quantique peut atteindre 90 % dans le visible (400 à 500 nm) et au moins 10 % entre l'ultraviolet lointain (200 nm) et le proche infrarouge (1 000 nm). Dans la gamme spectrale de 100 à 1 100 nm, les CCD présentent une efficacité quantique élevée, et la plupart des instruments spectraux d'émission, d'absorption et de diffusion fonctionnent dans cette gamme. Le CCD est donc devenu un détecteur idéal pour tous les types d'instruments spectraux.

(3) Large plage de réponse dynamique linéaire de 10 magnitudes. Le CCD présente une large plage de réponse et une linéarité de réponse idéale de 10 magnitudes, et maintient une réponse linéaire sur toute la plage de réponse dynamique, ce qui est particulièrement important pour l'analyse spectrale quantitative.

(4) Stabilité géométrique, résistance à la surexposition : le CCD est stable dans ses propriétés géométriques, thermiques et électriques après une longue période de fonctionnement, et ne craint pas la surexposition, il est donc plus solide et plus durable que le PMT.

(5) Plusieurs canaux peuvent être échantillonnés simultanément pour obtenir un spectrogramme tridimensionnel longueur d'onde-intensité-temps, qui peut être utilisé en conjonction avec un dispositif photocathode pour observer des images à rayons X.

Ces caractéristiques du CCD en font un détecteur idéal pour les spectromètres. Lors des deux dernières conférences de Pittsburgh, une série de rapports de recherche ont été présentés sur les détecteurs CCD pour spectromètres d'émission , Spectromètres Raman, spectrophotométrie de fluorescence, etc. On s'attend à ce que le CCD devienne un détecteur pour toutes sortes d'instruments spectraux dans quelques années pour remplacer les tubes photomultiplicateurs.