CCD/CMOS 与 PMT/CPMS 技术：揭秘 OES 分析的最佳检测器

作为 OES 制造商，我们对各类检测器进行了全面评估，并最终选择 CCD 作为首选检测器。随着技术的进一步发展，此前虽在成本和可扩展性上具备优势，但性能一直落后于 CCD 的 CMOS 技术也开始加速发展。到 21 世纪初，最新一代 CMOS 检测器在部分性能方面已能与 CCD 持平，甚至超越。与 PMT 相比，这些检测器在几乎所有参数上都更具优势。作为行业领先者，我们率先对 CMOS 检测器进行了评估与采用，早在 2016 年就推出了首款搭载 CMOS 的 OES。如今，我们的开创性举措已得到几乎所有同行的效仿。

如今，CMOS/CCD 检测器已在全球范围内被公认为适用于各类光谱仪应用的最佳检测器，即便在（尤其是在）最高端应用中。

然而，我们仍会遇到一些认为 PMT 更具优势的客户，或是受到少数竞争对手营销策略的误导 —— 这些竞争对手尚未能在其仪器中优化 CMOS/CCD 技术，因此仍固守 PMT 检测器。本文档旨在澄清一些常见误解，并向用户介绍不同检测器之间的差异及其性能特点。

PMT（光电倍增管）检测器

简而言之，PMT 是一种单像素检测器，因此每个 PMT 仅能检测一种波长 —— 即其专门校准的特定波长。作为一种近乎淘汰的传统器件，PMT 是真空管时代的遗留产物。每个 PMT 先捕获发射的光子，然后其光阴极层将这些光子转化为电能。随后，倍增极会将这一电荷放大数倍，使其达到仪器可读取的水平。PMT 有不同的规格和类型，价格也因此存在差异。例如，光谱仪深紫外光波段所用的 PMT 的价格是可见光波段所用 PMT 的数倍。通道式光电倍增管（也称 CPM）是 PMT 的另一种变体，它采用狭窄的弯曲半导体通道来实现与传统倍增极链相同的功能。因此，CPM 在本质上与 PMT 一致，优缺点也完全相同。从根本上说，PMT（与其他固态器件相比）体积较大，属于单像素检测器，具有信号放大效果优异、响应速度近乎即时（因其可算作模拟器件）的特点。PMT 的优缺点总结如下：

CMOS/CCD 探测器

CMOS（互补金属氧化物半导体）与 CCD（电荷耦合器件）均为固态探测器，可将入射光子转换为电信号。这类探测器的核心优势源于其固态器件的本质 —— 结构极为紧凑，且每个探测器均包含数千个像素，每个像素都可视为一个独立探测器，因其输出信号可单独测量。因此，从技术层面而言，一款 2048 像素的探测器能够覆盖 2048 个独立波长。鉴于这类探测器的超小体积，采用其设计的光谱仪可覆盖光的全部波长，无需像 PMT 探测器那样牺牲性能。

CCD 是最早出现,的此类器件，早在 20 世纪 80 年代末，线性 CCD 探测器便首次应用于光谱仪中。不过在当时，相较于 PMT 探测器，CCD 探测器存在噪声更高、速度更慢、灵敏度更低的问题，因此仅被认为适用于基础款及入门级光谱仪产品。随着更多人才与理念涌入该领域，固态器件技术实现了跨越式飞速发展。到 20 世纪 90 年代中期，CCD 探测器的性能大幅提升，开始应用于中端 OES，甚至能够完成低含量氮元素的分析工作。进入 21 世纪 10 年代后，CCD 与 CMOS 探测器在灵敏度、噪声水平、响应速度等 PMT 器件的核心优势领域实现反超。如今，最新型的 CCD/CMOS 器件在光谱仪相关的几乎所有性能参数上，均展现出更卓越的表现。事实上，CMOS 探测器目前实现的探测下限已低于 PMT，并且支持各类高端功能，包括时间分辨光谱技术 (TRS)、单火花分析，以及一系列性能更优的功能与分析优势。

注：尽管 CMOS 探测器已取代 CCD 探测器，但无论是制造商还是用户，在指代所有这类固态器件时，仍普遍使用“CCD”这一术语。

PMT OES 与 CMOS/CCD OES 对比

输出参数 —— 涵盖元素种类、探测下限、功能配置等。

易用性 —— 操作、日常任务与常规维护

生命周期成本与风险