智能光电检测器

传感器与检测技术7-1：第7章：光电检测技术：第1节：概述：第2节：光电效应[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/05/200905070949_148693_1605035_3.jpg[/img][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/05/200905070950_148694_1605035_3.jpg[/img][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/05/200905070950_148695_1605035_3.jpg[/img]

在粮食检测方面，智能云检测器可以检测的物质和指标如下：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/10/201510132219_569922_3047471_3.png

这类检测器绝对属于检测器中的独门兵器，平时少有人用，仅限于某某门派或者家族独门使用，比如唐门的暗器，或者小李探花的飞刀，这类兵刃罕见于江湖，不过一旦出手，必定奏效，检测器中的荧光检测器，电导检测器等等就属于这类偏门武器。 平时我们很难见到这些兵刃行走于江湖，但是当它们出手的时候，必定是致命致胜的犀利招数。之所以说他们犀利，是因为他们对于分析某些类型的样品有非常好的效果，但可惜的是，这些样品的种类不多，或者应用的行业十分局限，所以这类兵刃也就很难在茫茫江湖中大显身手了，只有遇到正好相克的对手，才能轻松取胜。这类兵刃中，比较有典型代表性的应当属示差折光检测器（RID）和荧光检测器（FLD）了，另外，就是电性检测器一族。我们来一一说说他们的武功路数吧。=======================================================================1、示差折光检测器（RID）RID，简称示差，这是武林兵刃中最令人唏嘘感慨的一个，本来它是作为第一种被人们使用的兵器出现在武林的，是最早商品化的液相色谱检测器，可是现在沦落到只能偏居各类检测器的一隅，沧海桑田的变化，令人感慨万分。不过，造成这种变化的原因，完全是由于它自身的局限和特点，就像木棒，最早被人类用来当武器，主要是因为它随手可得，而且无需太多使用技巧，对付任何野兽都有效果，不过，随着石器加工的出现，以及后来金属冶炼技术的出现，木棒就逐步退出了作为常用武器的行列，偶尔只能在街头斗殴或者农民起义的场景中发挥一些余热。RID的境遇也差不多，由于这类检测器是检测经过流通池的液体的折光率的变化而产生响应的，所以具有很好的通用性，因为被分析物溶解在流动相中以后，一定会改变流动相的折光率，所以示差检测器可以对所有能进行液相分析的样品产生响应，在过去的年代，大家对分析的要求还很低，不要求灵敏度，不要求分析速度，在加上示差的这种通用性，让他当之无愧的成为了风靡一时的通用型检测器。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/08/201608291315_607267_2452211_3.jpg这就是示差检测器的基本原理，左边杯子里的是纯水，右边的是浓盐水，可以看到两种溶液对光的折射率是有差异的，示差检测器就是“显示这种差异”的检测器，不过，盐水的浓度要浓到什么程度才能显示出差异呢？答案是：很浓，很浓很浓...http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/08/201608291315_607265_2452211_3.jpgRID检测器工作原理图不过，随着技术进步，大家对分析的要求越来越高，速度，灵敏度上都有了更严格的要求，RID的弱点就日益凸显出来了：灵敏度低：通常示差检测器能分析的样品浓度都是在几个mg/mL以上的，这对于现在的分析要求来讲，实在是差的太远了。无法运行梯度方法：示差检测器靠得是检测流动相折射率的变化进行检测，如果流动相自己的折射率都一直在变化，示差就无法正常工作，梯度方法由于其中不同流动相的比例在不停变化，折射率也在不停变化，这就让示差检测器无法正常工作了。也是由于这个原因，示差检测器在使用的时候，通常要平衡非常久，保证流动相绝对均匀稳定之后，才能开始分析。另外，一切会影响折射率的因素：温度的变化，混合的均匀性，气泡等等对于示差来讲都是致命的。加上新检测的不断涌现，示差曾经的江湖大佬地位逐渐萎缩，不过，，幸运的是，它还没有完全消亡，由于价格便宜，一些经典的应用分析大家还是会选择示差，比如糖的分析（当然是在不追求灵敏度的情况下）。另外，示差凭着自己的一身底子，也在淡出江湖后给自己找了个适合的工作：体积排阻色谱的检测器，这是一类用于分析大分子聚合的专门技术，由于很多大分子化合物没有紫外吸收，所以就需要用到一个通用的检测器进行分析，而江湖新秀ELSD由于线性响应差的问题，经常会造成测定结果的偏差，而示差检测器正好弥补了ELSD的这项不足；另外就是这类分析当中，不会使用到梯度分析的方法，而且样品的含量都很高，所以正好也不会遇到示差检测器的短板，在加上价格便宜，示差检测顺理成章的就成了这类分析的“标配”。江湖新秀ELSD本来是为了做聚合物分析而产生的，后来确成了市场上的“通用设备”，而原本最通用的RID由于自身条件限制，只能在聚合物等一些很小的领域内继续发挥余热，这种角色和地位的转变，真是令人感触颇多啊…=======================================================================2、荧光检测器（FLD）接下来的一个代表，是荧光检测器（FLD），它的经历远远没有示差检测器那么曲折复杂令人唏嘘，因为，它天生就是被设计用来测定具有荧光响应的化合物的。荧光是什么？是化合物吸收了紫外光能量之后从激发状态变回基态时候以光能释放出来的一部分能量，大概可以理解为某人吃了大餐长了肉，之后用跑步的方式去减肥，那么吃的大餐就以出汗的方式被释放掉了，荧光检测器就是检测这个家伙在跑步过程中到底出了多少汗——即释放了多少强度的荧光的。知道了这个过程，我们可以看看荧光检测器的优势专属性：由于具有荧光响应的物质种类不多，所以，荧光检测器的专属性非常好，只对有荧光特性的物质才产生响应，其他一概不管，极大程度的减小了干扰。通常，多环芳烃这种含有超大共轭体系的化合物都是具有荧光响应的物质。看到这类能诱发密集恐惧症的分子结构，荧光检测器的用武之地就来了http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/08/201608291331_607268_2452211_3.jpg灵敏度：荧光检测器的灵敏度非常高，很多情况下，其在灵敏度上的表现堪比质谱检测器，这是由于荧光检测器是属于发射光检测器，不同于紫外这类吸收光型检测器，由于不受到样品溶液本身等因素的影响，即使有很微量的光发射出来，也可以很好的被检测。除了上面两个最大的优势之外，荧光检测器在线性，流动相兼容性（只要避免一些有荧光淬灭效应的试剂就可以）以及采样频率上也都有不错的表现。那么大家要问，这么NB的检测器，为啥只能混到第三梯度里当个阿猫阿狗，主要的原因就在于，液相测定的应用里有荧光响应的东西，实在是太少了…连5%都占不到，算上大家为了利用荧光检测器的优势将样品衍生为有荧光响应的物质，也大概勉强就能占到10%吧。所以，荧光检测器的招式虽然犀利无比，但是由于钻入了牛角尖，它注定也只能做个江湖山的小配角了。=======================================================================3、电化学和电导检测器最后，我们要说一说电性检测器一家子，这类检测器，可以分为电化学和电导检测器两大类，前者，顾名思义，是利用了被检测化合物的电-化学性质进行检测的，这里面包括了极谱，库伦和安培检测器，利用了物质的氧化还原反应中间的电能变化进行检测，最常见的是安培检测器；后一种主要是利用了离子的电性进行检测，通常用做离子色谱法的专门检测器。比起上面提到的荧光检测器，这类检测器的招式就更加独门了，只对能产生“电”特定的物质才有响应，要不物质本身具有氧化还原特性，要不就是它自己本身就是个离子，其实，要是细算下来，液相能分析的化合物中，有着两类特

红外检测就是利用红外辐射原理对设备或材料及其它物体的表面进行检验和测量的专门技术，也是采集物体表面温度信息的一种手段。 红外检测的原理 红外线检测物体表面温度分布的变化如图1所示。 [img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2008/07/200807231651_99712_1604460_3.jpg[/img]图1 红外检测物体表面温度变化示意 从图中可见，热流注入是均匀的，对无缺陷的物体，正面和背面的温度场分布基本上是均匀的，如果物体内部存在缺陷，在缺陷处温度分布将发生变化，对于隔热性的缺陷，正面检测方式，缺陷处因热量堆积呈“热点”，背面检测时，缺陷处则是低温点；而对于导热性的缺陷，正面检测时，缺陷处的温度是低温点，背面检测到缺陷处的温度是“热点”。可见，采用红外检测技术，可以形象地检测出材料表层与浅层缺陷和范围。 当一个物体本身具有不同于周围环境的温度时，不论物体的温度高于环境温度，还是低于环境温度；也不论物体的高温来自外部热量的注入，还是由于在其内部产生的热量造成，都会在该物体内部产生热量的流动。热流在物体内部扩散和传递的路径中，将会由于材料或投射的热物理性质不同，或受阻堆积，或通畅无阻传递，最终会在物体表面形成相应的“热区”和“冷区”，这种由里及表出现的温差现象，就是红外检测的基本原理。 红外检测器的分类 红外的检测器是红外分光光度计的重要组成部分，红外的检测器也有多种。 红外检测器分为热电检测器和光检测器两类。热电检测器是将红外的辐射热能转化为电能，从而检测电信号来测量红外线的强弱。光检测器则是利用红外线的热能使得检测器的温度发生改变，从而导电性发生变化，此时通过测量电阻来衡量红外信号的强弱。 热电检测器有：DTGS（氘化硫三肽）、LiTaPO3（钽酸锂）等。 光检测器有：MCT（汞铬碲）、InTe（锑化铟）等。 红外检测的基本方法 红外检测的基本方法分为两大类型，即被动式和主动式。被动式的红外检测在设备的红外检测诊断技术中应用比较多；主动式的红外检测又可分为单面法和双面法 红外检测中对被测目标的加热方式也分为稳态加热和非稳态加热。 红外检测仪器的安装和运载方式有固定式、便携式、车载式和机载式(直升机装载)等多种。 （1）被动式红外检测 所谓被动式系指进行红外检测时不对被测目标加热，仅仅利用被测目标的温度不同于周围环境温度的条件，在被测目标与环境的热交换过程中进行红外检测的方式。被动式红外检测应用于运行中的设备、元器件和科学试验中。由于它不需要附加热源，在生产现场基本都采用这种方式。 （2）主动式红外检测 主动式红外检测是在进行红外检测之前对被测目标主动加热，加热源可来自被测目标的外部或在其内部，加热的方式有稳态和非稳态两种，红外检测根据不同情况可在加热过程当中进行，也可在停止加热有一定时间后进行。 1）单面法：对被测目标的加热和红外检测在被测目标的同一侧面进行。 2）双面法：相对于上述的单面法而言，双面法是把对被测目标的加热和红外检测分别 在目标的正、反两个侧面进行。 （3）加热方式 1）稳态加热：将被测目标加热到其内部温度达到均匀稳定的状态时，再把它置放于一个低于(或高于)该恒定温度的环境中进行红外检测。 这种方式多用于材料的质量检测，如被测物内部有裂纹、孔洞或脱粘等缺陷时，则被测物与环境的热交换中热流将受到缺陷的阻碍，其相应的外表面就会产生温度的变化，与没有缺陷的表面相比则会出现温差。 2）非稳态加热：对被测目标加热，不需要使其内部温度达到均匀稳定状态，而在它的内部温度尚不均匀、具有导热的过程中即进行红外检测。 3)如将热量均匀地注入被测目标，热流进入内部的速度要由它的内部状况决定，若内部有缺陷，则会成为阻档热流的热阻，经一定时间会产生热量堆积，在其相应的表面会产生热的异常。缺陷造成的热流变化取决于缺陷的位置、走向、几何尺寸和材料的热物理性能。 红外检测仪器的安装和运转方式 （1）固定式：用于对旋转型设备故障的监测、关键设备的监测和生产在线产品工艺、质量的监测。 （2）便携式：便携式的红外检测仪器应用十分广泛，在日常巡检、定期普测、配合设备检修和跟踪监测中都要使用(主要使用或配合使用)便携式仪器。 （3）车载式：在进行设备的定期普测时，由于被测设备数量多、检测路线长，必须采用车载式检测。车载式是把热像仪装载在汽车(或其它车辆)上，可以使用两组测距不同的镜头摄取远、近两处设备的红外图像；对于汽车不能到达的目标，则步行到位检测；车内有图像监视器显示，操作者发现异常(包括需要立即检修和进一步调查监测两种情况)，则立即在车上纪录并打印，及时向主管人员递交红外检测报告；遇有紧急情况需要及时处理，可采用无线电电话取得联系。 （4）机载式：对于需要在上空检测的目标，特别是极长距离、人员和车辆都不便到达的高山峻岭处的设备检测，应该采用直升机机装载热像仪进行。 红外检测的优势 红外检测作为非破坏检测众多方法中的一个，它们的功能在相比之下是各有特色，但红外检测却有其独到之处，形成了它的检测优势，可完成X射线、超音波、声发射及激光全息检测等技术无法担任的检测。 （1）非接触性：红外检测的实施是不需要接触被检目标的，被检物体可静可动，可以是具有高达数千摄氏度的热体，也可以是温度很低的冷体。所以，红外检测的应用范围极为宽广，且便于在生产现场进行对设备、材料和产品的检验和测量。 （2）安全性极强：由于红外检测本身是探测自然界无处不在的红外辐射，所以它的检测过程对人员和设备材料都不会构成任何危害；而它的检测方式又是不接触被检目标，因而被检目标即使是有害于人类健康的物体，也将由于红外技术的遥控检测而避免了危险。 （3）检测准确：红外检测的温度分辨率和空间分辨率都可以达到相当高的水平，检测结果准确率很高。例如，它能检测出0.1℃，甚至0.01℃的温差；它也能在数毫米大小的目标上检测出其温度场的分布；红外显微检测甚至还可以检测小到0.025mm左右的物体表面，这在线路板的诊断上十分有用。在某种意义上说，只要设备或材料的故障缺陷能够影响热流在其内部传递，红外检测方法就不受该物体的结构限制而能够探测出来。 （4）操作便捷：由于红外检测设备与其它相比是比较简单的，但其检测速度却很高，如红外探测系统的响应时间都是以μs或ms计，扫描一个物体只需要数秒或数分钟即可完成，特别是在红外设备诊断技术的应用中，往往是在设备的运行当中就已进行完了红外检测，对其他方面很少带来麻烦，而检测结果的控制和处理保存也相当简便。

新一代液相色谱通用检测器——电雾式检测器 高效液相（HPLC）检测是一种可以通过HPLC体系将被分析物质分别分离并检测的方法。其检测原理是依据被分析物质在流动相与分离柱之间分配系数不同通过分离柱的时间不同，进而将其单独分离并检测。HPLC体系主要包括三大部分：泵、分离柱和检测器，其中检测器分为通用型和专用型。通用型检测器要求对大部分物质都有响应，专用型检测器仅对一部分物质有响应信号。随着检测技术的发展，人们对检测器的要求也越来越高。检测器的发展经历了从最初的紫外、示差、荧光到现在的电化学、蒸发光散射及本文所要介绍的电雾式检测器。1 、检测原理 第一篇有关电雾式检测器（charged aerosol detector, CAD）的论文发表于2002年，当时将该技术称为aerosol charging detector。其技术的基础是evaporative light scattering detection (ELSD)、condensation nucleation light-scattering detection (CNLSD)、electrical aerosol analyzer (EAA)三者的结合。ELSD实际上是指我们所熟知的溶剂的蒸发通过采用相当高温的短漂移管和预加热的雾化载气，或者是高导热性载气的蒸发光散射检测器，而CNLSD实际上是指利用低温蒸发室，联合盘绕的曲长漂移管和惰性载气，可以有效的蒸发大多数低挥发性的溶质的低温分流型蒸发光散射检测器。EAA是一种在70年代就发展起来的用于测量溶胶离子大小的技术。 就其检验的原理图见图一。步骤如下：HPLC洗脱液经雾化器中氮气的作用而雾化，其中较大的液滴在碰撞器的作用下经废液管流出，较小的溶质（分析物）液滴在室温下干燥，形成溶质颗粒。同时，用于载气的氮气分流形成的第二股氮气流经过电晕式装置（含高压铂金丝电极）形成带正电荷的氮气颗粒，与溶质颗粒反向相遇时经碰撞使溶质颗粒带上正电。为了消除由带有过多正电荷的氮气所引起的背景电流，在含溶质颗粒的气流流入静电检测计之前，通过一种称之为离子井的装置（带有低负电压）使迁移率较大的颗粒（即粒度较小的氮气颗粒）的电荷中和，而迁移率小的带电颗粒把它们的电荷转移给一个颗粒收集器，最后用一个高灵敏度的静电检测器测出带电溶质的信号电流。由此产生的信号电流与溶质（分析物质）的含量成正比。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/01/201701191652_629334_1848528_3.jpg图一 CAD检测原理图 2003年ESA公司推出了商品化的CAD，并名称称为charged aerosol detector。2009年ESA被Dionex（戴安）收购后，又推出了CAD的新的改进型号，并结合Dionex在HPLC方面的优势衍生出了一些新的技术。2 、 特点 电雾式检测器（Corona）是新一代的通用型检测器。相对于示差和蒸发光两种通用型检测器而言，电雾式检测器具有灵敏度高、动态检测范围宽、应用范围广、重复性好、信号响应一致性好等特点。其检测原理是响应信号只与被分析物质的质量有关，而与被分析物质的化学结构无关。而对于其他选择性检测器如UV、电化学检测器，它也显示出了一定的优势。下面本文结合一些实例探讨CAD与其他各型检测器的优势和弱点。2.1 CAD VS ELSD CAD与ELSD同出一脉，都利用气溶胶的原理，所以在应用方面具有很多的相似性，但比较而言CAD的动态范围要比ELSD高一个数量级，而且灵敏度也更高，特别是同样是检测雾化的颗粒（气溶胶），他们的响应曲线理论上都不是线性的，但[font=Times