Диодные матрицы в спектроскопии УФ- и видимой областей.

Создание спектрального фотометра с диодной матрицей стало прогрессом в области современной инструментальной аналитики. По сравнению с традиционными спектральными фотометрами с их последовательной регистрацией спектральных данных, с помощью приборов с диодной матрицей удаётся получить полный спектр одновременно при всех длинах волн. С этой целью проба просвечивается лампами с непрерывным распределением энергии, после чего свет спектрально разлагается в монохроматоре с дифракционной решёткой и проецируется на уложенные в ряд фотодиоды. Одновременно регистрируемые при этом спектральные данные сохраняются в памяти ЭВМ и затем последовательно считываются в виде спектра с выводом на экран ПК или графопостроитель.

Очевидным преимуществом для пользователя является при этом высокий темп получения результатов: регистрация полного спектра при длине волн 190-800 нм длится всего 0,1 секунды.

На рис. 17 представлена в упрощённом виде конструктивная схема оптической системы обычного однолучевого спектрофотометра, у которого полихромный свет источника излучения фокусируется на входную щель монохроматора (призма или дифракционная решётка). Из монохроматора свет выходит с соответственно узкой полосой, определяемой шириной щели. Оптическая плотность пробы устанавливается на основе измеренных интенсивностей света – без пробы и с пробой в ходе лучей. Такое конструкционное исполнение хорошо подходит для измерения оптической плотности при постоянной длине волны. На практике же часто требуется измерять разные пробы при разных длинах волн либо регистрировать спектры этих проб, что лучше делать с помощью спектрофотометров с диодной матрицей.

Диодная матрица состоит из ряда фотодиодов, размещённых рядом на кремниевом кристалле. Такого рода матрица, в зависимости от конструктивного исполнения, содержит, например, 328, 512 или 1024 фотодиодов, обеспечивающих спектральное разрешение от 1 до 2 нм. Требуется определённое число фотонов для генерации минимального сигнала на фотодиоде. С учётом интенсивности падающего света время может измеряться наносекундами (если используется лазер) либо миллисекундами (при более слабых источниках излучения). Технология создания диодных матриц близка к производству схем со сверхвысокой степенью интеграции. Кремниевые диоды демонстрируют высокую стабильность при постоянной температуре.

Рис. 18 показывает в упрощённом варианте оптическую схему спектрофотометра с диодной матрицей. Весь свет проходит через пробу и фокусируется на входной щели полихроматора. Диспергирующий элемент вызывает спектральное разложение света, но, в отличие от монохроматора, выходная щель здесь отсутствует. Вместо этого диодная матрица таким образом позиционируется в спектрально разложенном свете, что она перекрывает всю спектральную область. При этом к каждому диоду отнесена определённая узкая область спектра. Ширина полосы на каждый диод есть функция размера входной щели и дисперсии полихроматора, а также ширины отдельного диода. Роль выходной щели в монохроматоре здесь берёт на себя геометрия каждого отдельного диода. В отличие от традиционных спектрофотометров, проба и диспергирующий элемент в ходе лучей меняются местами, в связи с чем такую конструкцию нередко называют инверсной оптикой.