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为什么显微分光光度计要使用制冷型CCD探测器

紫外-可见-近红外 显微光谱本质上是一项弱光技术。正因为这样,探测器需要使用CCD探测器。CCD探测器更适合弱光下工作,因为它们对光更灵敏,与PAD相比,呈现更低的信噪比和拥有优越的动态范围。而制冷型的CCD,具备更稳定和更好灵敏度的性能。

显微光谱下低亮度电平
常规紫外-可见-近红外的分光光度计采集 1*1cm 区域的光和通常测量一立方米体积的光。换个说法,显微分光光度计可以聚光的总体积不到常规分光光度计的万亿分之一。换种方式,显微分光光度计可以聚集来自常规分光光度计集体里的0.000000000001的光。无论如何定义,显微光谱是一项低亮光强技术和需求一个非常灵敏的探测器,去获得精确结果。高强度光在显微光谱中不作考虑。

对比灵敏度
CCD 探测器对光极度灵敏。正如Hamamatsu 世界上最大的光学探测器生产商所述,CCD 图像传感器拥有低噪声,在低亮度电平能提供更高的信噪比,而这些是NMOS图像传感器无法做到的。就这个原因,CCD图像传感器是低亮度电平探测的理想选择。非制冷型CCD的平均探测限度为8个电子数,而PDA探测器的探测极限大于3000个电子。因为显微光谱具有极低的固有光强度,它要求探测器需要最高的灵敏度。

对比信噪比
SNR 通过充气电荷除以噪声计算获得。对于PDA, 充气电荷是125000000个电子,噪声是3000个电子。转化为信噪比是41666:1。 一个非制冷的CCD阵列,从另一方面,充气电荷是650000个电子,但是噪声只有8个电子,SNR 是81250:1。信噪比是PDA的两倍。如果CCD是制冷到6度,它的信噪比将翻倍到16500。另外,制冷将进一步提高SNR。

制冷的探测器
因为CCD的暗电流随温度的变化而变化,制冷型的CCD的SNR明显增加,并改善了光谱结果。在众多的CCD探测器,通常,工作温度每降低6度(摄氏度),暗电流就会减少一半。CCD制冷是一种有效的方法去减少暗电流,改善显微分光光度计的探测极限和减低探测器漂移。CRAIC的仪器,显微分光光度计是目前唯一使用固态热电冷却以降低其检测器的工作温度并因此提供出色光谱结果。

高动态范围
另一个因素就是显微分光光度计真实的动态范围。基于制冷CCD的显微分光光度计,在更低的时间范围内,比其他类型的探测器,可以探测更多低亮度电平。正因为这样,基于CCD的显微分光光度计,只需更改探测器上的积分时间,即可用于测量显微样品的透射光谱或反射光谱,还可测量其荧光光谱。

总结
制冷的CCD 阵列探测器是最好的选择,用于一般的显微光谱。制冷CCD探测器的读出噪声电平低很多,并且比光电二极管阵列(PAD)探测器灵敏很多。CCD探测器通常只呈现出不到PDA 1%的噪声,同时仍然更加灵敏。这意味着CCD探测器在低亮度电平下具有更好的信噪比。因为系统具有更高动态比,制冷型CCD显微分光光度计,不需要改变光学组件或使用多种探测器,即可以用来测量显微样品的透射光谱,反射光谱和荧光光谱。
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