مطياف الانبعاث البصري Arc Spark -مقدمة إلى كاشف CCD الكهروضوئي

نظام الكشف الطيفي التقليدي لجهاز أحادي اللون مع أنبوب مضاعف ضوئي (PMT). منذ سبعينيات القرن الماضي، طُرح استخدام مصفوفات الثنائيات الضوئية (SPDA) وغيرها من أجهزة الاستشعار الكهروضوئية لإنشاء خريطة طيفية ثلاثية الأبعاد، وتطوير تقنية المعالجة المناسبة. لا يقتصر دور SPDA على الحصول على نطاق معين من معلومات الكشف ضمن نطاق الطول الموجي، بل يتميز أيضًا بمرونة التكامل، إلا أنه ليس بنفس حساسية ونطاق PMT، كما أن الضوضاء فيه أكبر، والنطاق الخطي ضيق، والتيار المظلم كبير أيضًا، في حين أن جهاز CCD يُعوّض عن هذه العيوب.

هناك العديد من خصائص CCD التي ترتبط ارتباطًا وثيقًا بأجهزة قياس الطيف:

(1) حساسية عالية وضوضاء منخفضة. تتميز أجهزة CCD بكفاءة كمية عالية جدًا، تتراوح بين 10% و90% أو أكثر. كفاءتها في نقل الشحنات تقارب 100%، وتعمل في درجات حرارة منخفضة، مع انعدام تام للتيار، وضوضاء تكاد تكون معدومة. وقد حققت أحدث أجهزة CCD نسبة إشارة إلى ضوضاء عالية جدًا في درجة حرارة الغرفة، مع تيار مظلم منخفض جدًا، مما يلبي تمامًا متطلبات الجهاز في تحليل الثابت والتحليل الدقيق. وتتجاوز هذه المزايا حساسية أجهزة CCD نظيراتها من الكواشف الأخرى (مثل PMT وSPDA)، ويصل الحد الأدنى للكشف إلى مستوى pg أو حتى مستوى fg.

(2) نطاق طيفي واسع (200-1050 نانومتر). يمكن أن تصل كفاءة الكم إلى 90% في النطاق المرئي (400-500 نانومتر)، و10% على الأقل بين النطاق فوق البنفسجي البعيد (200 نانومتر) والأشعة تحت الحمراء القريبة (1000 نانومتر). في النطاق الطيفي الذي يتراوح بين 100-1100 نانومتر، يتميز جهاز CCD بكفاءة كمومية عالية، حيث تعمل معظم أجهزة قياس الطيف للانبعاث والامتصاص والتشتت في هذه المنطقة، مما يجعله جهازًا مثاليًا لجميع أنواع أجهزة قياس الطيف.

(3) نطاق استجابة خطية ديناميكية واسع يبلغ 10 مقادير. يتميز جهاز CCD بنطاق استجابة واسع وخطية استجابة مثالية تبلغ 10 مقادير، ويحافظ على استجابة خطية طوال نطاق الاستجابة الديناميكية، وهو أمر ذو أهمية خاصة للتحليل الطيفي الكمي.

(4) الاستقرار الهندسي، ومقاومة الإفراط في التعرض: CCD مستقر في خصائصه الهندسية والحرارية والكهربائية بعد فترة طويلة من التشغيل، ولا يخاف من الإفراط في التعرض، لذلك فهو أقوى وأكثر متانة من PMT.

(5) يمكن أخذ عينات من قنوات متعددة في وقت واحد للحصول على مطياف ثلاثي الأبعاد لطول الموجة والشدة والوقت، والذي يمكن استخدامه بالاشتراك مع جهاز ضوئي لمراقبة صور الأشعة السينية.

هذه الخصائص لجهاز CCD تجعله كاشفًا مثاليًا لأجهزة قياس الطيف. في مؤتمري بيتسبرغ الأخيرين، عُرضت سلسلة من التقارير البحثية حول أجهزة CCD لـ مطياف الانبعاث ، أجهزة قياس الطيف رامان، وأجهزة قياس الطيف الفلوري، وما إلى ذلك. ومن المتوقع أن يصبح جهاز CCD كاشفًا لجميع أنواع الأجهزة الطيفية في غضون سنوات قليلة ليحل محل أنابيب مضاعفة الضوء.