CID與CCD檢測器在ICP光譜應用中的比較

3.1CCD檢測器讀出方式

與CID一樣，CCD也是由金屬-氧化物半導體經特殊加工制成，用于儲存由于光子照射而產生的電荷。不同于CID的是CCD一般采用P-型半導體物質，因而儲存的是帶有負電荷的電子，像CID一樣，電荷在電場控制下移動，所不同的是兩者的讀出方式。CCD測量電荷數量的方法是將電荷轉移到一個加有反相偏壓的P-N結電容中，然后測定由其產生的電壓變化，一個單個的輸出電極位于一系列線性的或二維系列的CCD檢測單元的邊上，每一個檢測單元中儲存的電子按順序逐個通過這個檢測電極進行讀出，每當讀完一個檢測單元內的電荷后進行一個快速的電場復位，一個MOS放大器用于累計和感應電場的變化。

為了從電荷產生的檢測單元將電荷轉移到讀出電極，需將電荷從一個檢測單元轉移到其相鄰的一個檢測單元，然后再往下轉移，直到被讀出，要實現這一目的，每一個檢測單元內的電場必須分成三個獨立的區域，通過控制這三個區域的電場變化來將電荷進行移動。在這三個電極中至少有一個的電場是反相的，用于設置一個隔離區以分開其他檢測單元的電子，然后通過移動這個隔離帶的位置使電荷遷移。二維CCD檢測器結構如圖3所示。

首先將電荷從Phases(平行相)向SerialＲegister(連續區域)遷移，然后再順序移向檢測放大器。從這種結構可以看出，CCD檢測器只有一種讀數方式，即破壞性讀數(DＲO)，讀完以后，電荷就不存在了。

3.2 CCD 檢測器的缺陷

CCD的這種破壞性讀出方式導致中間過程中無法知道每個檢測單元上電荷的多少以及是否飽和等情況，而不能像CID那樣可以隨時檢查每個檢測單元上的電荷數量。對于原子光譜而言，由于譜線極為復雜，且強度相差非常大，在同一次測定中，要在非常強的背景譜線存在下測定很弱的譜線，因此對于CCD檢測器而言很難同時兼顧，因為弱線需要較長的曝光時間，而此時強線早已溢出，若為照顧強線而采用較短曝光時間，弱線又無法測到，這個矛盾在CCD上很難克服。對于ICP-6810發射光譜，由于存在大量的氬線和氫氧基等產生的分子帶，且非常強，因而真正的連續二維CCD檢測器是很難直接用于ICP-6810發射光譜的。

3.3CCD 檢測器在ICP-6810光譜應用中的優化

許多廠家都試圖將CCD用于ICP發射光譜，由于ICP-6810光譜的譜線非常復雜，在非常強的氬、氮、氫氧基和基體譜線下必須測量很弱的待測元素線，其首先必須解決的問題就是如何防止檢測單元溢出的問題。目前，采用分段耦合CCD檢測器(Segmented-arrayCCD，即SCD)技術，其方法是將CCD分成許多小段(原來224個，現在235個)，每個小段上有一個讀出端子、一個時鐘和控制系統，段與段之間是絕緣性基體以防電荷通過，每個小段含有20～80個檢測單元(一般為25～30個)，如圖4所示。

采用這種結構的主要目的是為了防止溢出。同時為了防止段內溢出，在積分時采用兩次曝光的辦法。首先進行一次短時間的快速測定，以判斷每個段內最強譜線的強弱，由此計算出該段所允許的最長曝光時間，然后將235個段分成4組，分別使用不同的曝光時間進行正式測定。SCD一般在－40℃以下工作，由于采用了獨特的CCD制作工藝和SCD電路設計，提高了檢測器在紫外區的量子效率。

通過前面的分析描述可以看出，CCD與CID兩種電荷轉移檢測器在ICP-6810光譜應用中各有優勢。但是CID獨有的ＲAI(UDＲO)功能對于光譜儀具有重要的作用，各大公司都在通過一些方法優化，設法使CCD能夠達到CID的這一功能。目前應用固體檢測器的ICP儀器真正做到了百花齊放，而ICP-6810(包括ICP-MC)的研究也向更廣的測定范圍、更低的檢出限、更高的穩定性、更好的分析精度、更快的檢測速度、更高的分析效率和更低的分析成本的方向發展。

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