二极管检测

二极管阵列检测器——从现象到本质看木犀草素沈国滨 施磊 金燕 01紫外检测器的进阶版本——二极管阵列检测器(Diode Array Detector, DAD)紫外检测器(Ultraviolet Detector, UV)是目前HPLC应用最广泛的检测器，其工作原理是朗伯-比尔定律。紫外检测要求被检测样品组分具有紫外吸收，通常选择在被分析物有最大吸收的波长处进行检测，以获得最大灵敏度和抗干扰能力。可惜这会导致其它组分在该通道下的吸收变弱甚至无紫外吸收。因此，单通道紫外检测器在对目标化合物，特别是未知化合物进行纯度及定量分析时，结果可能会产生严重的偏差。图1 朗伯-比尔定律（A=lg(1/T)=Klc） 二极管阵列检测器(Diode Array Detector, DAD)是一种新型的光吸收检测器，它采用光电二极管阵列作为检测元件，形成多通道并行工作，可对光栅分离的所有波长的光信号进行检测，从而迅速决定具有最佳选择性和灵敏度的波长。可得任意波长的色谱图及任意时间的光谱图，具有色谱峰纯度鉴定、光谱图检索等功能，为定性、定量分析提供更丰富的信息。图2 二极管阵列检测器 02 DAD在天然产物构型变化监测时的妙用独一味（学名：Lamiophlomis rotata）是唇形科独一味属植物，有活血祛瘀，消肿止痛的功效，是青藏高原特有的一种重要药用植物。木犀草素是独一味叶中的主要成分 (Luteolin, CAS No. 491-70-3 )，是一种天然弱酸性的黄酮类化合物。木犀草素具有抗炎、抗过敏等作用，可用于治疗COPD、支气管哮喘以及慢性咽炎、变应性鼻炎等引起的慢性咳嗽。图3 木犀草素结构式本文基于赛默飞液相色谱系统和二极管阵列检测器，开发了一种可用于检测中药独一味胶囊提取液中木犀草素含量的方法。通过DAD检测器不仅可以实现定量分析，也可以用于色谱峰的定性分析。同时利用DAD全波长扫描的结果以证实木犀草素在流动相pH变化时会发生最大吸收波长红移，从而影响其在C18色谱中的保留等现象进行解释。 03 实验部分色谱条件流动相pH值对色谱行为的影响图4 流动相不同pH对于保留时间和吸收波长的影响 实验结合文献表明木犀草素对于流动相的pH敏感，依据计算模拟表明木犀草素的pKa 为 6.5±0.4。即在中性时，部分木犀草素可能以极性较强的离子形式存在，保留较弱；当调节pH为酸性时，抑制了电离，使得该分子以分子形式存在。借助二极管阵列检测器（DAD），可以实现全波长扫描，可以获得更全面的紫外光谱信息。木犀草素的紫外吸收波谱也对流动相的pH敏感，不仅保留时间产生了较大的差异，且随着碱性增强，最大吸收波长产生红移。表明该物质会在不同pH条件下产生不同的构象，且构象的变化会引起共轭结构的变化。 样品分析结果图5 标准品与样品对照色谱图（蓝色：标准品，黑色：样品） 图6 样品DAD三维色谱图（插图：8.640分钟的紫外吸收光谱图） 木犀草素保留良好，色谱峰形对称，无杂质干扰，可用于定性和定量分析。在0.3~100 μM 的范围内线性良好，相关系数R2达0.9999。进样精密度良好，标准品和样品的保留时间RSD均小于为0.2 %，峰面积RSD均小于为0.9 %。根据分析标准品保留时间的紫外吸收光谱，可见样品中对应色谱峰的最大吸收波长与木犀草素一致，推断该物质为木犀草素。根据校正曲线计算可得独一味胶囊提取液中木犀草素的摩尔浓度为27.4 μM。通过在样品中加入已知浓度的标准品来判断方法的准确性，该方法的回收率在95.9~103.0%之间。 04 结论本文基于赛默飞液相系统和二极管阵列检测器，开发了一种可用于检测中药独一味胶囊提取液中木犀草素含量的方法。通过DAD检测器不仅可以实现定量分析，也可以用于色谱峰的定性分析。利用DAD全波长扫描结合其它有关计算，验证了木犀草素在不同pH条件下最大吸收波长产生了红移，从而影响其在C18色谱中的保留。本文报道的方法能为极性小分子检测方法的开发提供定性和定量分析实验基础，为阐明色谱柱中的保留机理提供了理论依据，凸出了全波长扫描DAD检测器在分析物质变化过程和监测反应过程时的优势。

【重点摘要】硅光电二极管的刚性结构给大面积低成本扩展带来困难,限制了它在一些新兴应用中的使用。通过详细的表征方法,揭示了基于聚合物体异质结的有机光电二极管中,收集电荷的电极对低频噪声的影响。经过优化的有机光电二极管在可见光范围内的各项指标(响应时间除外)可媲美低噪声硅光电二极管。溶液处理制备的有机光电二极管提供了一些设计机会,例如用于生物识别监测的大面积柔性环形有机光电二极管,其性能可达到硅器件的水平。【硅光电二极管的局限性】 数十年来,硅光电二极管一直是光检测技术的基石,但它们的结构刚性给大面积低成本扩展应用带来许多局限。这给新兴的光电检测应用带来挑战。为实现更大面积的光电检测以及柔性基片上低成本光电二极管的制作,我们需要寻找新的材料体系。【有机光电二极管的低频噪声特性】 有机光电二极管常基于聚合物制成,具有结构灵活性等优势。研究人员通过详细的表征方法学,考察了这类二极管低频电子噪声的来源,发现负责收集电荷的电极对低频噪声有重要影响。这为设计低噪声的有机光电二极管奠定了基础。【有机光电二极管的指标表现】 经过优化设计后,有机光电二极管的大多数指标已可达到商用硅光电二极管的水平,特别是在可见光范围内。例如响应度、灵敏度、线性度、功耗等。它们的响应时间仍比不上硅二极管,但对大多数视频速率的应用已经足够。【应用展望】 溶解性的有机光电二极管制造过程为它们带来了许多应用机会。例如,大面积柔性的环形有机光二极管可用于生物识别监测。此类二极管成本低,可在多种非平面基片上制作,性能已达商用硅器件的水平。它们有望在新兴的光电子学领域大放异彩。图1 硅光电二极管(SiPD)与有机光电二极管(OPD)性能比较(A) OPD 尺寸结构。(B)测量所得光谱响应度。EQE,外量子效率。(C) 测量所得光照度依赖的光电流和响应度。LDR,线性动态范围。(D) 测量所得均方根噪声电流、噪声当量功率 (NEP)和特定探测度统计框图(_N_代表数据点数量)。Max,最大值 Min,最小值。图2 SiPD 和 OPD 中的稳态暗电流密度和电子噪声特性(A) 电压依赖的暗电流密度。Exp.,实验值。(B) 反向偏置下,建模和测量所得均方根噪声电流比较。图3 SiPD 和 OPD 中的时域响应特性(A) 负载电阻依赖的 10-90% 上升和下降响应时间。(B) 525 nm处频率依赖的归一化响应度。图4 弯曲 OPD(Flex-OPD)及其在光电容积图(PPG)中的应用(A) Flex-OPD 器件几何结构。PES,聚醚砜。(B) 小面积、大面积 Flex-OPD 和大面积 OPD 中的均方根噪声电流、响应度、NEP 和特定探测度统计框图。(C) S1133 SiPD 和环形 Flex-OPD PPG 阵列原理图(上) 手指反射模式 PPG 信号的 SiPD 和不同功率红色 LED驱动的环形 Flex-OPD PPG 阵列比较(下)。

提高光电二极管的量子效率 (QE) 可以通过多种方法实现：优化材料特性：选择吸收系数较高的材料可以增强光子吸收，从而提高QE。表面钝化：最大限度地减少表面缺陷和复合中心可以减少电子空穴对复合，从而提高 QE。抗反射涂层：应用减少反射的涂层可以增加进入光电二极管的光子数量，从而增强 QE。器件几何优化：设计具有最佳厚度和几何形状的光电二极管可以提高光吸收和载流子收集效率。增强光捕获：在光电二极管内采用捕获光的结构或技术可以增加与光子的相互作用长度，从而提高 QE。这些方法中的每一种都针对光电二极管操作的不同方面，以最大限度地提高其将光转换为电信号的效率。图 抗反射 (AR) 涂层对不同波长范围内光电二极管的量子效率 (QE) 的积极影响。QE 以百分比形式测量，表示光电二极管将入射光子转换为电流的效率。不同的曲线代表具有不同结构或材料的光电二极管，它们吸收不同波长范围的光。从图中可以明显看出，增透膜的应用增强了所有三种类型光电二极管的 QE。涂层减少了表面的光子反射，允许更多的光被吸收并转化为电信号，从而直接提高 QE。当具有增透膜的曲线与没有增透膜的曲线相比达到更高的百分比值时，这一点尤其明显。光伏检测请搜寻光焱科技