Development of a Detector for a Portable Atomic Emission and Fluorescence Sensor

   A CMOS-based detector for registration atomic emission and fluorescence spectra in environmental monitoring of natural waters has been developed. The detector employs the Hamamatsu S11639-01 CMOS linear sensor together with an STM32F401 microcontroller, providing an inexpensive solution. Dedicated software was developed to control and synchronize the detector and to enable real-time spectral visualization. Experimental tests using laboratory spectral sources demonstrated high sensitivity over the 200–950 nm spectral range and a linear response for exposure times from tens of microseconds up to several seconds. The detector successfully registered spectra of a Hg-Ar lamp as well as fluorescence of fluorescein solution, including low-intensity emission lines. The results confirm the detector’s suitability for portable hybrid sensors capable of simultaneous elemental analysis and fluorescence-based assessment of dissolved organic matter.

1. С. Собянин, Е. Данчиков, Ю. Урожаева. Доклад о состоянии окружающей среды в городе Москве в 2024 году [Электронный ресурс], URL: https://www.mos.ru/upload/content/files/ce91e7d457ac339d0b3ceb1fd881298e/DokladosostoniiokryjausheisredivgorodeMokvev2024gody.pdf (дата обращения: 24. 11. 2025)

2. D. B. Lindenmayer, G. E. Likens. Biolog. Conserv., 143, N 6 (2010) 1317—1328

3. P. Pohl, P. Jamroz, K. Swiderski, A. Dzimitrowicz, A. Lesniewicz. TrAC Trends in Analytical Chemistry, 88 (2017) 119—133

4. И. Н. Крылов, О. Н. Ерина, А. Н. Дроздова, И. В. Селиверстова, Т. А. Лабутин. Журн. прикл. спектр., 91, № 5 (2024) 733—740 [I. N. Krylov, O. N. Erina, A. N. Drozdova, I. V. Seliverstova, T. A. Labutin. J. Appl. Spectr., 91, N 5 (2024) 1065—1071]

5. С. А. Бабин, Д. О. Селюнин, В. А. Лабусов. Заводская лаборатория. Диагностика материалов, 85, № 1(II) (2019) 96—102

6. Авеста – ASP-75m. Компактный универсальный спектрометр [Электронный ресурс], URL: https://avesta.ru/product/asp-75-kompaktnyj-universalnyj-spektrometr/ (дата обращения: 24. 11. 2025)

7. А. М. Ливщиц, Е. В. Горский. Контроль. Диагностика, 7 (2015) 50—53

8. WeAct Studio. MiniSTM32F4x1 [Электронный ресурс], URL: https://github.com/WeActStudio/WeActStudio.MiniSTM32F4x1 (дата обращения: 24. 11. 2025)

9. Линейные фоточувствительные приборы с зарядовой связью ФПЗС13Л/14Л [Электронный ресурс], URL: https://pulsarnpp.ru/components/com_jshopping/files/demo_products/fpzs_13l_14l.pdf (дата обращения: 27. 01. 2026)

10. CMOS linear image sensor S11639-01 | Hamamatsu Photonics [Электронный ресурс], URL: https://www.hamamatsu.com/us/en/product/optical-sensors/image-sensor/ccd-cmos-nmos-image-sensor/line-sensor/for-spectrophotometry/S11639-01.html (дата обращения: 24. 11. 2025)

11. CMOS linear image sensor S12706 | Hamamatsu Photonics [Электронный ресурс], URL: https://www.hamamatsu.com/content/dam/hamamatsu-photonics/sites/documents/99_SALES_LIBRARY/ssd/s12706_kmpd1146e.pdf (дата обращения: 27. 01. 2026)

12. CMOS linear image sensor S13496 | Hamamatsu Photonics [Электронный ресурс], URL: https://www.hamamatsu.com/content/dam/hamamatsu-photonics/sites/documents/99_SALES_LIBRARY/ssd/s13496_kmpd1164e.pdf (дата обращения: 27. 01. 2026)

13. Toshiba CCD linear image sensor TCD1304DG | Toshiba [Электронный ресурс], URL: https://tcd1304.wordpress.com/wp-content/uploads/2016/07/tcd1304dg.pdf (дата обращения: 27. 01. 2026)

14. Toshiba CCD linear image sensor TCD2561D | Toshiba [Электронный ресурс], URL: https://www.datasheet.live/pdfviewer?url=https%3A%2F%2Fpdf.datasheet.live%2F8c675970%2Ftoshiba.co.jp%2FTCD2561D.pdf (дата обращения: 27. 01. 2026)

15. Objective Development Software GmbH. Free USB-IDs for shared use [Электронный ресурс], URL: https://github.com/obdev/v-usb/blob/master/usbdrv/USB-IDs-for-free.txt (дата обращения: 24. 11. 2025)

16. D. Filimonchuk. libusb_stm32 [Электронный ресурс], https://github.com/dmitrystu/libusb_stm32 (дата обращения: 24. 11. 2025)

17. IUP – Portable User Interface [Электронный ресурс], URL: https://www.tecgraf.puc-rio.br/iup/ (дата обращения: 24. 11. 2025)

18. libusb [Электронный ресурс], URL: https://libusb.info/ (дата обращения: 24. 11. 2025)

19. P. Pohl, P. Jamzor, K. Swiderski, A. Dzimitrowicz, A. Lesniewicz. TrAC–Trends Anal. Chem., 88 (2017) 119—133

20. Б. К. Зуев, В. В. Ягов, М. Л. Гецина, Б. А. Руденко. ЖАХ, 54, № 10 (2002) 1072