Lịch sử phát triển của Máy phân tích quang phổ (OES). Chíp PMT và CCD là gì?

Máy quang phổ đầu tiên hoạt động như thế nào?
Thiết bị đầu tiên hoạt động mà không có máy đo phổ. Do đó, các nhà nghiên cứu đầu tiên đã phải dựa vào các phương pháp truyền thống. Họ chỉ đơn giản là đặt một tấm ảnh mà trên đó phổ nhiễu xạ sẽ chiếu lên. Tấm ảnh này sau đó được phát triển và nghiên cứu để đưa ra kết quả phân tích.

Sự ra đời của đầu dò PMT
Vào năm 1930, ống nhân quang (Photomultiplier Tube – PMT) đã xuất hiện, đó là một ống chân không phát ra electron khi có ánh sáng. Khi đó, ống nhân quang nhanh chóng được đưa vào sử dụng cho máy quang phổ. Ống nhân quang được đặt bên trong buồng quang học vào vị trí chính xác cho mỗi bước sóng mà người dùng muốn phân tích. Cùng với đó, một máy tính được kết nối với máy quang phổ. Máy tính lưu trữ các dữ liệu để thực hiện so sánh các dữ liệu trong quá trình phân tích. Quy trình xử lý đã được thực hiện một cách tự động và không chỉ làm cho việc phân tích nhanh chóng, thuận tiện hơn mà còn giúp đưa ra được kết quả chính xác và ít lỗi sai.1

Máy quang phổ này đã hoạt động rất hiệu quả trong nhiều thập kỷ. Mặc dù công nghệ PMT phát triển mạnh mẽ nhưng Ống nhân quang vẫn có một số hạn chế:

    Tính linh hoạt bị hạn chế

  • Không có khả năng thay đổi một khi đã thực hiện lắp đặt xong
  • Thậm chí, nếu muốn tăng số lượng nguyên tố cần phân tích, thì phải mua một máy phân tích quang phổ mới.

    Số lượng nguyên tố được phân tích bị giới hạn

  • Mỗi ống nhân quang chỉ phân tích được một bước sóng
  • Do vậy, những bước sóng được lựa chọn sẽ có giới hạn

    Chi phí rất cao

  • Đầu dò, mạch xử lý tín hiệu,… cực kỳ đắt.
  • Cần có bơm chân không, căn chỉnh phức tạp, tốn kém chi phí bảo trì, bảo dưỡng…

Sự trỗi dậy của Máy phân tích quang phổ CCD và Công nghệ CMOS đang dần loại bỏ sự tồn tại của máy phân tích quang phổ ống nhân quang (PMTs) là cuộc cách mạng thực sự trong công nghệ máy quang phổ
Sự ra đời của công nghệ chip CCD (Charged Coupled Device) và chip CMOS (Compementary Metal-Oxide Semiconductor) đã giải quyết được mọi giới hạn của ống nhân quang và mang lại nhiều lợi ích hơn cho nhà sản xuất và người dùng:
    Tính linh hoạt cao

  • Mọi bước sóng đều được ghi lại, vì vậy có thể được phân tích đầy đủ.
  • CCDs nhỏ, gọn nên không cần không gian lớn để đặt máy.

    Máy có kích thước nhỏ gọn hơn và chi phí rẻ hơn

  • Cách tử và CCDs có độ phân giải cao nên độ dài của tiêu cự ngắn hơn.
  • Ít đầu dò hơn có nghĩa là ít mạch xử lý tín hiệu hơn nên chi phí ít hơn.

    Chi phí vận hành thấp

  • Không cần căn chỉnh vì tất cả được thực hiện tự động.
  • Không cần chân không và hiệu suất hoạt động cao nên chi phí vận hành thấp hơn.

Từ đó, Máy phân tích quang phổ nhanh chóng chuyển qua sử dụng Công nghệ CCD này và ngày nay hơn 95% máy quang phổ sử dụng chip CCD và CMOS.
Các loại máy phân tích quang phổ hiện nay
Các thiết kế OES hiện đại tập trung vào các chip CMOS/ CCD. Tuy nhiên vẫn còn máy phân tích quang phổ OES với ống nhân quang trên thị trường. Vì vậy, máy phân tích quang phổ ngày nay có thể được phân thành 3 loại như sau:

2

Loại A: Sử dụng một hoặc một vài chip CCDs/CMOS (2-3 chíp) và đặt gần cách tử:

  • Độ phân giải thấp
  • Độ dài tiêu cự ngắn
  • Tiết kiệm chi phí
  • Rất nhỏ, gọn

Loại B: Sử dụng đa chíp CMOS/CCDs (5 -20+) và đặt xa cách tử:

  • Độ phân giải cao
  • Độ dài tiêu cự trung bình
  • Tiết kiệm chi phí hơn PMT
  • Nhỏ gọn hơn PMT

Loại C: Sử dụng 40-50+ PMTs và đặt rất xa cách tử:

  • Độ phân giải tương đối cao
  • Độ dài tiêu cự lớn
  • Chiếm diện tích lớn
  • Chi phí cao

Kết quả được thể hiện như thế nào sau khi phân tích?
Kết quả của máy phân tích quang phổ là định lượng nguyên tố hóa học và được xuất hiện dưới dạng tỷ lệ phần trăm trọng lượng.
Một kết quả phân tích điển hình sẽ được xuất hiện như sau:

3

 

 

 

 

MOSS siêu tiết kiệm

Tornado CMM

Metavision 1008i3

Tornado CMM

Metavision 1008i

Tornado CMM

Metavision 108N series

Tornado CMM

Metavision 108M

Tornado CMM

Metavision 10008X

Tornado CMM

hotline