CCD and CID solid-state detectors

Význam tématu

Solid-state detektory jako CCD a CID představují klíčový prvek moderní atomové emisní spektroskopie s plazmovou excitací ICP-OES. Převodem světelného záření na elektrický signál určují citlivost, šumové vlastnosti a rychlost analýzy. Přechod od klasických fotonásobičů k polovodičovým zařízením umožnil větší pružnost při volbě vlnových délek, simultánní měření více prvků a kompaktnější design optiky s echellem.

Cíle a přehled článku

Text nabízí technický přehled detektorů CCD a CID v ICP-OES. Popisuje principy přenosu náboje, chlazení detektorů a optimalizaci pro UV oblast. Hlavním cílem je ukázat rozdíly i společné rysy obou technologií, demonstrovat vlastní konstrukci CCD VistaChip II od společnosti Agilent a její výhody pro analytickou praxi.

Použitá metodika a instrumentace

Pro snížení temného proudu jsou detektory chlazeny termoelektrickými články Peltierova typu na teploty kolem -35 °C až -45 °C. Optika echelle vytváří dvourozměrný obraz spektra, který přesně sedí na lineární arrayer detektoru. K optimalizaci citlivosti v UV oblasti CCD využňuje tenkou dírku oxidu křemičitého, do níž je případně přidán dopant nebo je celá matrice podsvícena zezadu. CID části technologie využívají neinvazivní odečet signálu (NDRO) a náhodný přístup k pixelům RAI. Adaptive Integration Technology automaticky upravuje integrační časy pro každou vlnovou délku. Hermetické těsnění detektoru eliminuje potřebu plynné puráže a riziko kondenzace.

Hlavní výsledky a diskuse

VistaChip II kombinuje nízkou hladinu temného proudu a šumové parametry typické pro CCD s rychlým řízením integrace a ochranou proti blooming, známou z CIDs. S rozlišením 70 000 pixelů na 70 řad dosahuje plného pokrytí rozsahu 167 až 785 nm. Rychlost zpracování 1 MHz rozšiřuje dynamický rozsah až na osm řádů. Antiblooming na každém pixelu zaručuje stabilní měření i při extrémních signálech. V porovnání s předchozími systémy se výrazně zrychlila doba analýzy a snížily meze detekce.

Přínosy a praktické využití metody

• Skutečné simultánní měření až 73 prvků z ppb po procenta
• Větší flexibilita při změně analytických metod bez výměny detektoru
• Zkrácený čas analýzy díky adaptivnímu řízení integrace
• Snížení provozních nákladů – menší spotřeba plynů a minimální údržba

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další zdokonalování polovodičových detektorů s vyšším počtem pixelů, účinnějším chlazením a lepší odolností proti vlhkosti. Integrace strojového učení pro automatickou optimalizaci integračních časů a předzpracování signálu povede k vyšší přesnosti a robustnosti analýz. Rozšiřování simultánních metod do speciačních aplikací a oblasti laserové ablace umožní komplexní mapování složení materiálů in situ.

Závěr

Detektor VistaChip II představuje vyvážené spojení citlivosti a rychlosti, které maximalizuje výkon ICP-OES systémů řady Agilent 720/725. Jeho adaptivní integrace a ochrana proti blooming v kombinaci s kompaktní echelle optikou přináší nárůst produktivity, nižší meze detekce a širší analytickou flexibilitu.

Reference

• Agilent Technologies, CCD and CID solid-state detectors Technical overview, 2012, Publication 5991-0881EN