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一、檢測(cè)器

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

（一）光電池

光電池是一種簡(jiǎn)單、便宜、使用方便、不需附加電源，可直接使用的光電轉(zhuǎn)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(yīng)區(qū)為400~800nm，一般峰值波長(zhǎng)在554nm左右。我國(guó)早期生產(chǎn)的581-G光電比色計(jì)和72型分光光度計(jì)使用的是50-A型直徑為45mm的圓形硒光電池，現(xiàn)在已很少使用硒光電池。硅光電池是目前在準(zhǔn)雙光束紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)上*常使用的光電池，它分為可見(jiàn)區(qū)使用的硅光電池和紫外-可見(jiàn)光區(qū)使用的硅光電池兩種，前者光譜響應(yīng)范圍為320~1100nm，峰值波長(zhǎng)位置在960nm左右，后者光譜響應(yīng)范圍為190~1100nm，峰值波長(zhǎng)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(jiàn)光區(qū)的靈敏度更高。光電池都有極限照度，入射光光照強(qiáng)度不應(yīng)超越極限，否則會(huì)產(chǎn)生疲勞或損壞。在使用濾光光電比色計(jì)時(shí)，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(jì)和分光光度計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)光電池產(chǎn)生的光電流很小，以致無(wú)法調(diào)節(jié)參比溶液的透射比為100％時(shí)，應(yīng)讓光電池停止工作，使其疲勞恢復(fù)后再使用，如恢復(fù)不了，應(yīng)予以更換。光電池的穩(wěn)定性受制造工藝、溫度、電磁場(chǎng)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(chǎng)都會(huì)使噪聲增加，因此，其工作環(huán)境要防潮、防高溫、防周圍電磁場(chǎng)干擾。光電池在沒(méi)有光照時(shí)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(lái)國(guó)外生產(chǎn)的某些硅光電池的暗電流很小。

通常在室內(nèi)照明條件下，光電池產(chǎn)生的光電流可達(dá)幾百微安?？梢杂萌f(wàn)用表檢查光電池的好壞，將萬(wàn)用表正負(fù)極測(cè)電棒分別與光電池正極和負(fù)極相接，當(dāng)光電流非常微弱或沒(méi)有時(shí)，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(jì)中使用的都是真空光電管，因?yàn)樗墓饷舨牧系墓獍l(fā)射電子數(shù)（光電流）與發(fā)射表面（光陰極）的照度成正比，光電管的光譜響應(yīng)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(guò)40~50V，否則，光電流開始飽和，使用過(guò)高的極間電壓是沒(méi)有意義的。

光電管在工作電壓下雖無(wú)光照，也會(huì)有暗電流一般為10-9A左右，它與加到陽(yáng)極和陰極之間的工作電壓有關(guān)，極間電壓不要超過(guò)45V，且要求電壓穩(wěn)定。暗電流常隨環(huán)境溫度、濕度等條件變化，在操作以光電管為光電轉(zhuǎn)換器的儀器時(shí)，需要經(jīng)常校對(duì)零點(diǎn)，以消除暗電流的影響。

用光電管作光電轉(zhuǎn)換器時(shí)需要幾兆歐姆至幾千兆歐姆的高電阻作它的負(fù)載電阻，以便在負(fù)載電阻上取得電壓降作為原始信號(hào)輸給放大器進(jìn)行放大。因此，光電管的極間和連接導(dǎo)線的絕緣和屏蔽很重要，在拆裝光電管暗盒、更換和調(diào)節(jié)內(nèi)部元件時(shí)，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(yīng)和多級(jí)二次發(fā)射體相結(jié)合的一種光電轉(zhuǎn)換器件，在紫外和可見(jiàn)光區(qū)具有非常高的靈敏度，常用于雙光束紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)的檢測(cè)器，特別在中高檔紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)中使用*多。

光電倍增管的**陰極光譜響應(yīng)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(jì)的整機(jī)靈敏度。根據(jù)在相同條件下測(cè)得的不同光電倍增管的**陰極光譜響應(yīng)特性，可以來(lái)比較其相對(duì)靈敏度、響應(yīng)峰值波長(zhǎng)位置、長(zhǎng)波和短波的響應(yīng)極限等，以便對(duì)光電倍增管作出挑選。放大倍數(shù)是光電倍增管的重要指標(biāo)**一般光電倍增管的放大倍數(shù)為105~107，放大倍數(shù)與它的工作直流高壓有關(guān)，所加的高壓越高，放大倍數(shù)越大。為了獲得穩(wěn)定的放大倍數(shù)，要求所用的直流高壓電源十分穩(wěn)定。光電倍增管產(chǎn)生的光電流可用微安表直接讀取，也可將光電流通過(guò)負(fù)載電阻產(chǎn)生電壓降信號(hào)，然后加以放大并測(cè)量。

光電倍增管的響應(yīng)時(shí)間很短，以檢測(cè)10-8~10-9s級(jí)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(shí)的溫度有關(guān)，可以采取制冷的方法來(lái)降低暗電流。

光電倍增管的穩(wěn)定性受所加直流工作電壓的穩(wěn)定性、光陰極和二次發(fā)射極的疲勞、陰極電流變化的滯后效應(yīng)等因素的影響。紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)在常規(guī)使用中，直流工作電壓為600V左右，放大倍數(shù)約為50萬(wàn)倍，此時(shí)要求高壓電源的電壓調(diào)整率在0.05％以下。光電倍增管的光陰極在強(qiáng)光照射下容易疲勞，使其靈敏度下降，**在強(qiáng)光照射下，光陰極會(huì)產(chǎn)生不可逆疲勞，即為老化，使光電倍增管的輸出產(chǎn)生漂移，這是影響測(cè)量重復(fù)性的重要因素。另外，此時(shí)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(guò)1mA當(dāng)電源電壓發(fā)生變化時(shí)，陰極電流變化有滯后效應(yīng)。當(dāng)使用光電倍增管的倍增電極采用高壓負(fù)反饋的紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)時(shí)，這種滯后現(xiàn)象更為明顯，要引起重視。光電倍增管必須安裝于暗盒內(nèi)，屏蔽雜散光。

（四）光電二極管陣列檢測(cè)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(cè)器，每個(gè)二極管能同時(shí)分別接收一定波長(zhǎng)間隔的光信號(hào)，二極管輸出的電信號(hào)強(qiáng)度與光強(qiáng)度成正比。PDA的顯著特點(diǎn)是能進(jìn)行快速光譜采集，例如，一個(gè)在190~820nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)由316個(gè)二極管組成的光電二極管陣列檢測(cè)器，若每個(gè)二極管在1/10s內(nèi)每隔2nm測(cè)一次，并采用同時(shí)并行數(shù)據(jù)采集方法，就可在10s內(nèi)得到一張190~820nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光譜。而一般的分光光度計(jì)若每隔2nm測(cè)一次，每次需時(shí)1s，要得到相同范圍的光譜需時(shí)5min。

（五）電荷耦合陣列檢測(cè)器（CCD）

電荷耦合陣列檢測(cè)器CCD（charge coupled device）是一類以半導(dǎo)體硅片為基材的集成電路式光電探測(cè)器，發(fā)明于20世紀(jì)70年代初期。和其他類似的光電效應(yīng)探測(cè)器一樣，CCD運(yùn)用的是經(jīng)典光電效應(yīng)原理。作為CCD探測(cè)器的基本元件，半導(dǎo)體硅芯片受到可見(jiàn)光照射時(shí)，由光電效應(yīng)在芯片上產(chǎn)生電荷。在硅片表面上施加一定的電勢(shì)，使它產(chǎn)生儲(chǔ)存電荷的分立勢(shì)阱。這些勢(shì)阱構(gòu)成探測(cè)器微元，可以收集光電效應(yīng)產(chǎn)生的電荷，并攜帶電荷在芯片上移動(dòng)。勢(shì)阱本身由電極確定，一般三個(gè)電極決定一個(gè)勢(shì)阱。

一個(gè)CCD芯片包含幾萬(wàn)到幾百萬(wàn)個(gè)微元，構(gòu)成一個(gè)平面探測(cè)陣列。根據(jù)應(yīng)用需要，可將位于同一行或同一列上的微元串聯(lián)，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(jìn)行。再由裝在芯片角上的輸出放大器將信號(hào)送往外接的微計(jì)算機(jī)處理。事實(shí)上，CCD的基本元件是一片將光電效應(yīng)和集成電路、放大器一體化的半導(dǎo)體集成塊。CCD具有極高的光電效應(yīng)量子效率，它的電荷轉(zhuǎn)移效率幾乎達(dá)100％，器件量子效率超過(guò)90％；CCD在低溫下工作時(shí)幾乎無(wú)暗電流，冷卻到150K的CCD其暗電流小于每秒每微元0.001個(gè)電子計(jì)數(shù)；此外它的噪聲幾乎接近于零；CCD的平面陣列結(jié)構(gòu)使其具有天然的多道同時(shí)分析的優(yōu)點(diǎn)。以上特點(diǎn)使CCD的靈敏度超過(guò)其他傳統(tǒng)的光電探測(cè)器，如光電倍增管和光電增強(qiáng)二極管陣列多道探測(cè)器。單個(gè)探測(cè)微元的靈敏度比光電倍增管還高5倍。CCD總的探測(cè)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(zhǎng)響應(yīng)區(qū)域?qū)挘?00~1100nm寬的光譜區(qū)域，CCD都有極高的光電效應(yīng)量子效率；②異常寬的動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍和理想的響應(yīng)線性；③幾何尺寸穩(wěn)定，耐過(guò)度曝光等優(yōu)點(diǎn)。因此，CCD已成為光譜分析儀器的理想探測(cè)器。