Tecnología CCD/CMOS vs. PMT/CPMS: El mejor detector para el análisis OES

Como fabricantes de OES, evaluamos todo tipo de detectores y elegimos el CCD como nuestro detector preferido. A medida que la tecnología evolucionaba, el CMOS, que hasta entonces había ido a la zaga de los CCD en cuanto a rendimiento a pesar de ofrecer ventajas de costos y escalabilidad, empezó a cobrar fuerza. A mediados de la década de 2010, la última generación de detectores CMOS empezó a igualar e incluso mejorar a los CCD en algunos aspectos. En comparación con los PMT, estos detectores eran superiores en casi todos los parámetros. Como líderes, fuimos los primeros en evaluar y luego adoptar estos detectores CMOS, lanzando nuestro primer OES equipado con CMOS allá por 2016. Nuestro trabajo pionero ha sido imitado por prácticamente todo el mundo.

Hoy en día, los detectores CMOS/CCD son aceptados en todo el mundo como los mejores detectores para todo tipo de aplicaciones de espectrómetros, incluso -y de hecho, especialmente- en el extremo más alto de la gama.

Sin embargo, seguimos recibiendo preguntas de clientes que siguen pensando que los PMT tienen ventajas, o de aquellos que caen presa de las estratagemas comerciales de un puñado de empresas competidoras que todavía no han sido capaces de optimizar la tecnología CMOS/CCD en sus propios instrumentos y, por lo tanto, siguen utilizando detectores PMT . Este documento pretende disipar algunos conceptos erróneos y educar a los usuarios sobre las diferencias entre los detectores y sus capacidades.

Detectores PMT (tubo fotomultiplicador)

Dicho de manera simple, un PMT es un detector de un solo píxel; por lo tanto, cada PMT puede detectar solo una longitud de onda, aquella para la que está específicamente alineado. El PMT, un dispositivo casi obsoleto, es un vestigio de la era de los tubos al vacío. Cada PMT capta los fotones de luz emitidos y su capa de fotocátodos los convierte en electricidad. A continuación, se utilizan dinodos para multiplicar esta carga y hacerla legible para el instrumento. Los PMT son de diferentes especificaciones y tipos, y por lo tanto los precios también. Los PMT utilizados en la sección UV profunda de un espectrómetro, por ejemplo, son varias veces más caros que los utilizados en la sección visible. Los PMT de canal (también llamados CPM) no son más que otra variante de los PMT que disponen de un canal semiconductor estrecho y curvado para realizar las mismas funciones que una cadena de dinodos clásica. Los CPM son, por tanto, de naturaleza idéntica a los PMT y ofrecen las mismas ventajas e inconvenientes. Los PMT son, fundamentalmente, detectores monopíxel de gran tamaño (en comparación con otros dispositivos de estado sólido) que ofrecen una excelente amplificación de la señal y tiempos de respuesta casi instantáneos (dado que se trata de dispositivos analógicos, por así decirlo). Los pros y los contra de los PMT se pueden resumir de la siguiente manera:

Detectores CMOS/CCD

Los detectores CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) y CCD (Charge-Coupled Device) son detectores de estado sólido que convierten los fotones incidentes en señales eléctricas. La ventaja fundamental de estos detectores radica en que, como dispositivos de estado sólido, son increíblemente compactos y cada detector tiene miles de píxeles, cada uno de los cuales es, en efecto, un detector, ya que la salida de cada píxel puede medirse individualmente. Por tanto, técnicamente, un detector de 2048 píxeles cubre 2.048 longitudes de onda distintas. Por lo tanto, dado el tamaño extremadamente compacto de estos detectores, un espectrómetro que los utilice puede cubrir todas las longitudes de onda de la luz, sin tener que hacer las concesiones que exigen los detectores PMT.

El CCD fue el primero en aparecer, y los detectores CCD lineales se utilizaron por primera vez en espectrómetros a finales de la década de 1980. En ese momento, solo se consideraban adecuados para modelos básicos y de iniciación, dado su mayor ruido, menor velocidad y menor sensibilidad en comparación con los detectores PMT. Con la afluencia de más personas e ideas a este campo, el rápido avance de los dispositivos de estado sólido ha hecho que progresen y mejoren a pasos agigantados. A mediados de los noventa, los detectores CCD empezaron a ofrecer un rendimiento mucho mayor y aparecieron en los OES de gama media, ofreciendo incluso análisis de nitrógeno de bajo nivel. En la década de 2010, los detectores CCD y CMOS superaban a los dispositivos PMT incluso en sus puntos fuertes: sensibilidad, niveles de ruido y velocidad. Hoy en día, los últimos dispositivos CCD/CMOS ofrecen mejores prestaciones en prácticamente todos los parámetros relevantes para un espectrómetro. De hecho, los detectores CMOS permiten ahora límites de detección aún más bajos que los PMT y todo tipo de funciones de gama alta, como la espectroscopia de tiempo resuelto (TRS), el análisis de chispa única y toda una serie de funciones superiores y ventajas analíticas.

Nota: Aunque los detectores CMOS han sustituido prácticamente a todos los detectores CCD, el término «CCD» sigue utilizándose de forma generalizada, tanto por los fabricantes como por los clientes, para referirse a todos estos dispositivos de estado sólido.

Comparación de OES PMT con OES CMOS/CCD

Parámetros de salida – Elementos cubiertos, límites de detección, conjunto de características, etc.

Facilidad de uso: Funcionamiento, tareas diarias y mantenimiento rutinario

Costos durante su vida útil y riesgos