主题:【讨论】CCD的线阵、面阵及其对应的光学系统的讨论

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yushushi
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有一点个人对全谱采集的认识,不知道有没有错误(因为出现疑惑),所以拿出来晾凉和大家讨论讨论,这样如果有不对的地方,能够及时发现并更正!希望大家帮忙:)
一直以来都以为,CCD和CID采集器在灵敏度、稳定性等方面都不如PMT采集器。它真正的优势在于可以做全谱拍摄采集。现在CCD在光谱中的应用有两种:
一种是线阵的CCD主要连接的是帕邢-龙格光学系统或平场光栅的光学系统。
另一种是面阵CCD,主要连接的是中阶梯光栅交叉色散的光学系统。
两种光学系统的特点:
帕邢-龙格光学系统:结构稳定,体积庞大,采集器可以选用PMT或CCD,但光学系统分辨率(线色散率)受光栅刻线以及凹面光栅成像焦距限制。而成像焦距过大可能会造成光信号在介质中传输路程加长,造成更大的传输损耗。凹面光栅的刻线密度过密会影响到光栅的刻画精度,同时还会出现其他问题。
中阶梯光栅交叉色散光学系统:只能用面阵CCD做全谱采集,光学系统分辨率是通过提高采集的光谱级次来提升的,通常选用的光谱级次在90以上,因此同级次的谱线的线色散率可以达到很高。同时可用选用特殊闪耀角的光栅来增强高级次谱线的光强。这样的光学系统分辨率高,体积小,光谱干扰小,还可做全谱测量。按理说这样的光学系统是全面优于帕邢-龙格光学系统的。
        现在我想问的是,如果已经选用CCD为光谱仪器的采集器了,要为CCD配合适的光学系统,是配帕邢龙格的光学系统好呢?还是配交叉色散的光学系统好呢?说白了,就是用线阵采集,还是用面阵采集。一直以来,我都认为线阵CCD的设计是一个仪器更新换代的中间过度产品。然而,近期在仪器信息网上搜集了一些全谱直读光谱的资料,发现在直读这个领域中,大部分公司的产品所应用的CCD采集器是线阵的。而面阵CCD配合交叉色散光学系统主要应用于进口的ICP-AES当中,很少在直读光谱中露脸。现在在猜想原因,不知是在关键技术上有难关(技术壁垒)不好突破,还是从成本等方面的考虑?又或是交叉色散光学系统本身有什么不适合直读光谱的地方?还是直读光谱对于谱线的分辨率,线阵就完全可以达到,不需要面阵(很多东西都是适合为好,不需要用高射炮打蚊子)?在此想和大家讨论下原因。
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wccd
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CID受专利约束,应用有限,CCD因是面扫描,所以可称全谱扫描,但是从性能上讲PMT还是有他的优势,较高档次的直读基本都是用的PMT。
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2010/12/8 9:35:57 Last edit by wccd
yushushi
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主要是想问,为了全谱考虑,已经选用了CCD采集了,,为什么现在大部分的直读仪器制造商都选用了线阵而非面阵呢?
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2010/12/8 15:41:46 Last edit by yushushi
&超&
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这个问题确实是问道点子上了
我想是不是线阵的CCD光路系统(帕邢-龙格光学系统)在各方面更适合于CCD全谱扫描呢。就好比是本田车没必要装奔驰的轮胎。
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kolee
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关键技术上有难关(技术壁垒)不好突破,还是从成本等方面的考虑?又或是交叉色散光学系统本身有什么不适合直读光谱的地方?还是直读光谱对于谱线的分辨率,线阵就完全可以达到,不需要面阵(很多东西都是适合为好,不需要用高射炮打蚊子)?在此想和大家讨论下原因。

我想主要原因在两点:
1.成本问题。中阶梯光栅+面阵ccd的性价比不是直读光谱仪能承受的。
2.效率问题。中阶梯光栅的效率普遍很低,因为采用的分光级次很高,大量能量被分散到无需的级次。没人能接受打了几秒钟的火花才采到一丁点能量。
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yushushi
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关键技术上有难关(技术壁垒)不好突破,还是从成本等方面的考虑?又或是交叉色散光学系统本身有什么不适合直读光谱的地方?还是直读光谱对于谱线的分辨率,线阵就完全可以达到,不需要面阵(很多东西都是适合为好,不需要用高射炮打蚊子)?在此想和大家讨论下原因。

我想主要原因在两点:
1.成本问题。中阶梯光栅+面阵ccd的性价比不是直读光谱仪能承受的。
2.效率问题。中阶梯光栅的效率普遍很低,因为采用的分光级次很高,大量能量被分散到无需的级次。没人能接受打了几秒钟的火花才采到一丁点能量。

光能量分散么?这个不能通过调整闪耀角实现么?成本倒还真的是一个问题,,,,另外想问的就是全谱的ICP一般测一个样要多长时间?
wccd
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主要是想问,为了全谱考虑,已经选用了CCD采集了,,为什么现在大部分的直读仪器制造商都选用了线阵而非面阵呢?


请问那些厂家直读光谱用了CID线性扫描检测器?
yushushi
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主要是想问,为了全谱考虑,已经选用了CCD采集了,,为什么现在大部分的直读仪器制造商都选用了线阵而非面阵呢?


请问那些厂家直读光谱用了CID线性扫描检测器?

是CCD吧,,CID线阵的有没有还真不了解。CCD的话,应该有不少。因为很多仪器样本和资料上写的都是全谱直读,,而且光学系统介绍都是帕邢-龙格结构,,所以用的应该是线阵的CCD。应该包括了斯派克MaXx,牛津的仪器,还有斯派克便携式的,利曼也有,,,包括英国阿朗。下面这些都是仪器网的光谱网络展会上的截图。

下面这个是利曼的Q4:

用了帕邢-龙格结构了,,CCD不可能用的是面阵的,,只能做线阵或各自独立的单元。又由他叫全谱直读,,所以不可能是独立单元,只能是线阵。

这个是牛津 的一款全谱直读的仪器:

这个情况应该和上面的那款一样,用了帕邢-龙格结构,,不可能连接面阵的CCD检测器。

这个是斯派克MaXx 的:

光栅刻线3600条,,不用说了,肯定不会是中阶梯光栅,后面又说光栅焦距,证明是凹面光栅,,,现在还在用凹面光栅的光学系统,绝大部分用的帕邢-龙格结构,,,后面也不用多说什么了,,,不能接面阵CCD采集。

至于英国阿朗的仪器,,看到一款采用平场光栅做光学系统的,,不过说是也是线阵的CCD,,,,
总之看了这么多,,,没有采用交叉色散光学系统+面阵CCD采集的,,所以才有疑惑。
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2010/12/9 1:02:35 Last edit by yushushi
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关键技术上有难关(技术壁垒)不好突破,还是从成本等方面的考虑?又或是交叉色散光学系统本身有什么不适合直读光谱的地方?还是直读光谱对于谱线的分辨率,线阵就完全可以达到,不需要面阵(很多东西都是适合为好,不需要用高射炮打蚊子)?在此想和大家讨论下原因。

我想主要原因在两点:
1.成本问题。中阶梯光栅+面阵ccd的性价比不是直读光谱仪能承受的。
2.效率问题。中阶梯光栅的效率普遍很低,因为采用的分光级次很高,大量能量被分散到无需的级次。没人能接受打了几秒钟的火花才采到一丁点能量。

光能量分散么?这个不能通过调整闪耀角实现么?成本倒还真的是一个问题,,,,另外想问的就是全谱的ICP一般测一个样要多长时间?

闪耀角也是跟波长相关的,中阶梯光栅的使用级次一般在60多级,这个级次上无论怎么散耀,波段范围内的效率注定不会平稳。
icp的特点在于发光连续,因此探测器一个积分时间内是满能量工作的。而直读打一次火的发光时间只有百us量级,按通常激发频率400hz,1s内的有效光能量输出时间不过40ms。
icp测样的分析时间也很短,关键在于制样时间。
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[闪耀角也是跟波长相关的,中阶梯光栅的使用级次一般在60多级,这个级次上无论怎么散耀,波段范围内的效率注定不会平稳。
icp的特点在于发光连续,因此探测器一个积分时间内是满能量工作的。而直读打一次火的发光时间只有百us量级,按通常激发频率400hz,1s内的有效光能量输出时间不过40ms。
icp测样的分析时间也很短,关键在于制样时间。



此外,目前了解到的几款使用中阶梯光栅的仪器使用的光谱级次大部分在90左右,,有些甚至在100以上。至于为什么选择这个级次范围的谱线作为分析对象,可能真的是从你所说的强度问题考虑的,,,而在强度足够的情况下是使用级次越高,同级次内的谱线线色散率越高的,,
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kolee
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此外,目前了解到的几款使用中阶梯光栅的仪器使用的光谱级次大部分在90左右,,有些甚至在100以上。至于为什么选择这个级次范围的谱线作为分析对象,可能真的是从你所说的强度问题考虑的,,,而在强度足够的情况下是使用级次越高,同级次内的谱线线色散率越高的,,

恩,也许吧。国外几款主流icp的光路我有同事以前研究过,我只是顺带了解了一下,要继续深究就要查文献了,呵呵。
另外二维分光的光路调试和波长定标都比较麻烦,国内目前也有公司有基于二维分光的icp实验机,但离商品化还有段距离。
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