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光電倍增管光譜儀與CCD光譜儀的比較有哪些區別?

發布時間:2020-09-16

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光電直讀光譜儀主要由激發光源、光學系統、檢測系統三個部分組成,與分析通道問題相關的是檢測系統。

目前絕大多數光譜儀的光電檢測器均為光電倍增管(PMT),每條選定的分析譜線對應一個光電倍增管,構成分析通道。此種檢測類型設計具有性能穩定,信號增益效率高(105--106倍)的特點,且分析通道相互獨立,相互間不受影響。

電感耦合器件(CCD)是近年來才應用在火花直讀光譜儀的電子檢測器件,他可以實現全譜檢測,既無分析通道的概念。在國外CCD檢測器主要用于移動式光譜儀,即主要用于金屬材料牌號分類與鑒別,而不做精確定量分析。

CCD檢測器件的應用使光譜儀實現小型化成為可能,但是由于此項技術在這一領域應用時間比較短,很多問題有待進一步完善。其主要問題如下:

1、CCD檢測器受環境條件,尤其是受溫度的影響較大,因此環境條件的變化對儀器長期穩定性的影響問題很突出,特別對于爐前實驗室快速定量分析,其環境影響問題更加明顯,在進行分析時,CCD型的儀器一般要求在每一次分析時都要先激發標樣樣品進行儀器校正,然后才能對樣品進行分析,否則,誤差很大。而通道型的以光電倍增管做檢測器的儀器分析結果很穩定,在進行一次校正后可以保證很長一段時間內是很穩定的,期間可以放心進行樣品分析。

2、CCD屬于電子檢測器件,其自身的檢測能力也帶來了背景高、波動大、輸出放大噪聲嚴重的缺點,CCD的光電信號轉換率隨環境溫度的改變而變動,ccd在低溫工作時(150k),暗電流非常低,但是在常溫下暗電流很高,而且溫度的變化能夠引起ccd性能的較大變化,因此CCD檢測器的溫度工作溫度在1+0.5這樣的溫度范圍內,這就需要在光譜儀中添加制冷設備,而且必須防止由于低溫引起在CCD檢測器表面的結露現象,而采用充氬氣的光室在ccd和光柵、透鏡上的結露現象是非常嚴重的,采用這種方式的儀器壽命很短。

3、ccd檢測能力強,每臺儀器秩序一套體積很小的CCD檢測器,但是這也給用戶帶來極大的隱患,一旦CCD檢測器出現故障,就會導致整個儀器陷于癱瘓,且更換時費用高。技術要求高,整個儀器需要重新進行校準。這一點,光電倍增管通道型光譜儀由于分析通道相互獨立,即使某個光電倍增管出現故障,其它元素仍可以繼續分析,而維修時只需將原來的通道位置上的光電倍增管換掉即可。

4、CCD的表面多硅電極吸收紫外光,且存在表面陷阱,真空紫外效率低(20nm以下),所以其優勢是光譜波長檢測范圍在400--800nm,而火花光譜儀的譜線范圍在120--800nm之間,采用ccd檢測器將犧牲部分元素的檢測性能,如碳、磷、硫、硼、砷等元素,其靈敏光譜線波長范圍都在300nm以下。而采用光電倍增管作為檢測器的光譜儀由于通道相互獨立,可以通過選的不同材質的光電倍增管用于不同的波長分析來解決這一問題。

5、采用CCD檢測器的直讀光譜儀對于元素的常規含量的檢測精度(相對標準偏差)一般為15%,而采用光電倍增管的直讀光譜儀對于元素的常規含量的檢測精度(相對標準偏差)一般為2%。精度高于CCD型的數倍。

因此,目前對于分析檢測要求高的企業,如大型的煉鋼廠、電解鋁廠、汽車制造廠、銅合金、鉛錫合金元素分析等購買的都是以光電倍增管為檢測器的光譜儀。

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