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一、檢測器

檢測器是將光信號轉變成電信號的光電轉換裝置，常用的檢測器有光電池、光電管、光電倍增管和光電二極管陣列檢測器（PDA）及電荷耦合陣列檢測器（CCD）等。

（一）光電池

光電池是一種簡單、便宜、使用方便、不需附加電源，可直接使用的光電轉換元件，常用的光電池有硒光電池和硅光電池兩種，硒光電池光譜響應區為400~800nm，一般峰值波長在554nm左右。我國早期生產的581-G光電比色計和72型分光光度計使用的是50-A型直徑為45mm的圓形硒光電池，現在已很少使用硒光電池。硅光電池是目前在準雙光束紫外可見分光光度計上*常使用的光電池，它分為可見區使用的硅光電池和紫外-可見光區使用的硅光電池兩種，前者光譜響應范圍為320~1100nm，峰值波長位置在960nm左右，后者光譜響應范圍為190~1100nm，峰值波長位置和前者相同。各類光電池在不同的光照下，都有不同的光電流輸出，硅光電池的*大光電流比硒光電池的*大光電流要大100倍以上，在可見光區的靈敏度更高。光電池都有極限照度，入射光光照強度不應超越極限，否則會產生疲勞或損壞。在使用濾光光電比色計時，在裝入濾光片前，不要開亮光源，以免加速光電池疲勞。若在使用光電比色計和分光光度計時發現光電池產生的光電流很小，以致無法調節參比溶液的透射比為100％時，應讓光電池停止工作，使其疲勞恢復后再使用，如恢復不了，應予以更換。光電池的穩定性受制造工藝、溫度、電磁場干擾等因素的影響，光電池密封不好、溫度上升、周圍有電磁場都會使噪聲增加，因此，其工作環境要防潮、防高溫、防周圍電磁場干擾。光電池在沒有光照時也有電流輸出，稱為暗電流，光電池的暗電流一般都較大，近年來國外生產的某些硅光電池的暗電流很小。

通常在室內照明條件下，光電池產生的光電流可達幾百微安。可以用萬用表檢查光電池的好壞，將萬用表正負極測電棒分別與光電池正極和負極相接，當光電流非常微弱或沒有時，光電池可能已損壞。

（二）光電管

光電管分為充氣光電管和真空光電管兩類，分光光度計中使用的都是真空光電管，因為它的光敏材料的光發射電子數（光電流）與發射表面（光陰極）的照度成正比，光電管的光譜響應特性主要取決于光電池陰極材料。

光電管的極間電壓一般不宜超過40~50V，否則，光電流開始飽和，使用過高的極間電壓是沒有意義的。

光電管在工作電壓下雖無光照，也會有暗電流一般為10-9A左右，它與加到陽極和陰極之間的工作電壓有關，極間電壓不要超過45V，且要求電壓穩定。暗電流常隨環境溫度、濕度等條件變化，在操作以光電管為光電轉換器的儀器時，需要經常校對零點，以消除暗電流的影響。

用光電管作光電轉換器時需要幾兆歐姆至幾千兆歐姆的高電阻作它的負載電阻，以便在負載電阻上取得電壓降作為原始信號輸給放大器進行放大。因此，光電管的極間和連接導線的絕緣和屏蔽很重要，在拆裝光電管暗盒、更換和調節內部元件時，切忌用臟工具或手去撥弄高電阻絕緣部分。

（三）光電倍增管

光電倍增管是外光電效應和多級二次發射體相結合的一種光電轉換器件，在紫外和可見光區具有非常高的靈敏度，常用于雙光束紫外-可見分光光度計的檢測器，特別在中高檔紫外-可見分光光度計中使用*多。

光電倍增管的**陰極光譜響應特性是十分重要的，它決定了光電倍增管的使用范圍和分光光度計的整機靈敏度。根據在相同條件下測得的不同光電倍增管的**陰極光譜響應特性，可以來比較其相對靈敏度、響應峰值波長位置、長波和短波的響應極限等，以便對光電倍增管作出挑選。放大倍數是光電倍增管的重要指標**一般光電倍增管的放大倍數為105~107，放大倍數與它的工作直流高壓有關，所加的高壓越高，放大倍數越大。為了獲得穩定的放大倍數，要求所用的直流高壓電源十分穩定。光電倍增管產生的光電流可用微安表直接讀取，也可將光電流通過負載電阻產生電壓降信號，然后加以放大并測量。

光電倍增管的響應時間很短，以檢測10-8~10-9s級的脈沖光。光電倍增管的極限靈敏度受暗電流的限制，一般暗電流在10-7~1010A。這與工作時的溫度有關，可以采取制冷的方法來降低暗電流。

光電倍增管的穩定性受所加直流工作電壓的穩定性、光陰極和二次發射極的疲勞、陰極電流變化的滯后效應等因素的影響。紫外-可見分光光度計在常規使用中，直流工作電壓為600V左右，放大倍數約為50萬倍，此時要求高壓電源的電壓調整率在0.05％以下。光電倍增管的光陰極在強光照射下容易疲勞，使其靈敏度下降，**在強光照射下，光陰極會產生不可逆疲勞，即為老化，使光電倍增管的輸出產生漂移，這是影響測量重復性的重要因素。另外，此時陰極電流太大，管子容易損壞，陰極電流保持在10μA以下，*大不要超過1mA當電源電壓發生變化時，陰極電流變化有滯后效應。當使用光電倍增管的倍增電極采用高壓負反饋的紫外-可見分光光度計時，這種滯后現象更為明顯，要引起重視。光電倍增管必須安裝于暗盒內，屏蔽雜散光。

（四）光電二極管陣列檢測器（PDA）

PDA是一種在晶體硅上緊密排列一系列光電二極管的檢測器，每個二極管能同時分別接收一定波長間隔的光信號，二極管輸出的電信號強度與光強度成正比。PDA的顯著特點是能進行快速光譜采集，例如，一個在190~820nm波長范圍內由316個二極管組成的光電二極管陣列檢測器，若每個二極管在1/10s內每隔2nm測一次，并采用同時并行數據采集方法，就可在10s內得到一張190~820nm波長范圍內的光譜。而一般的分光光度計若每隔2nm測一次，每次需時1s，要得到相同范圍的光譜需時5min。

（五）電荷耦合陣列檢測器（CCD）

電荷耦合陣列檢測器CCD（charge coupled device）是一類以半導體硅片為基材的集成電路式光電探測器，發明于20世紀70年代初期。和其他類似的光電效應探測器一樣，CCD運用的是經典光電效應原理。作為CCD探測器的基本元件，半導體硅芯片受到可見光照射時，由光電效應在芯片上產生電荷。在硅片表面上施加一定的電勢，使它產生儲存電荷的分立勢阱。這些勢阱構成探測器微元，可以收集光電效應產生的電荷，并攜帶電荷在芯片上移動。勢阱本身由電極確定，一般三個電極決定一個勢阱。

一個CCD芯片包含幾萬到幾百萬個微元，構成一個平面探測陣列。根據應用需要，可將位于同一行或同一列上的微元串聯，同一行或同一列上收集到的電荷可一起輸送到輸出端。一行微元上的電荷輸出可按順序進行。再由裝在芯片角上的輸出放大器將信號送往外接的微計算機處理。事實上，CCD的基本元件是一片將光電效應和集成電路、放大器一體化的半導體集成塊。CCD具有極高的光電效應量子效率，它的電荷轉移效率幾乎達100％，器件量子效率超過90％；CCD在低溫下工作時幾乎無暗電流，冷卻到150K的CCD其暗電流小于每秒每微元0.001個電子計數；此外它的噪聲幾乎接近于零；CCD的平面陣列結構使其具有天然的多道同時分析的優點。以上特點使CCD的靈敏度超過其他傳統的光電探測器，如光電倍增管和光電增強二極管陣列多道探測器。單個探測微元的靈敏度比光電倍增管還高5倍。CCD總的探測速度比掃描式光電倍增管高幾百倍到上千倍。

此外，CCD還具有:①波長響應區域寬，在100~1100nm寬的光譜區域，CCD都有極高的光電效應量子效率；②異常寬的動態響應范圍和理想的響應線性；③幾何尺寸穩定，耐過度曝光等優點。因此，CCD已成為光譜分析儀器的理想探測器。