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X荧光光谱仪探测器的几个特性

2017-08-28 11:15:09 optima 27


1)         探测器的能量分辩率

虽然探测器产生电脉冲的幅值是由入射X 射线光子的能量所决 定,但并不是具有同一波长的X 光束所生成的脉冲幅值完全相 同。因为产生电脉冲的过程是一个随机过程,所以产生的电脉 冲幅值符合随机分布(高斯分布)。图2.15 显示了这种分布相 应的光子数与其所具能量的关系,它是有一定宽度的,具有峰 值能量的光子数最多,代表了这束光子的主流能量。

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我们通常用将这个分布图称为脉冲高度分布曲线,或谱线能量 分布图。图中峰值高度一半处的宽度称为半宽度(FWHM ),而 它与最大计数率比值的百分率称为探测器的能量分辨率,即能 量分辨率 = (半宽度 / 最大计数率)x 100

一个探测器的能量分辨率,对不同波长的单色X 射线而言,是大致相同的。从实际测试来看,充气计数 器的能量分辨率在20-40% 左右(轻元素更大),闪烁计数器的能量分辨率在30-50% 左右。

2)         探测器的脉冲高度飘移

使用充气正比计数器(流气式和封闭式)时,脉冲高度分布会随计数率的升高而向低能量的方向飘移, 也就是说探测器输出的脉冲幅值变小了,这种现象称为脉冲高度飘移(Pluse Amplitude Shift )。 这是由于随着计数率升高,在阳极周围形成离子鞘使电场有所下降,改变了气体增益。探测器使用的高 压越高,阳极丝越细,入射能量越高,这种现象越显著。使用气体种类不同,飘移程度也不一样,其次 序依次为:Xe > Kr > ArP10> Ne。消除脉冲高度飘移影响的方法有:

 ● 使用自动增益电路(AGC )将脉冲幅值再放大到原来值。

 ● 不使用过高的探测器高压。

● PHD 道宽设置不要太窄。

 3)逃逸峰

当进入探测器的X 光光子的能量大于充气气体的吸收限波长时,也即入射X 射线波长短于充气气体的吸 收限波长时,就将产生所谓的逃逸峰(见图2.15 左侧的小峰)。例如所充气体为Ar 它的K 系吸收限 波长为3.87 埃,因而只要进入探测器的X 射线波长小于此值,就能在初级电离过程中导至Ar跃迁 产生ArKα线。

当一束X 射线光子射入探测器,其能量足以使Ar产生ArKα线,则部分光子将产生ArKα线,然后这部分 光子剩余的能量再产生电子离子对并通过雪崩放大。如果形成的ArKα线又被吸收产生带电粒子,那就 不存在什么问题,因为生成的电脉冲幅值仍和原光子能量成正比。如果形成的ArKα线没有被吸收产生 带电粒子,则这部分光子随后产生的电脉冲幅值将小于不产生ArKα线光子所形成的电脉冲。因此,在 脉冲高度分布图上就显示出一个能量教较低的一个小峰,因为它是由于能量损失而产生的,故叫逃逸峰。 只要不和试样中其他谱线的能量发生重叠,逃逸峰的存在不会引起麻烦的。但是,因为产生逃逸峰的光 子也是入射谱线光子的一部分,因此,计数时应该将它计算在内,否则要损失强度。在使用闪烁计数器 时,如果发生了使碘激发的情况,那也会产生逃逸峰。

3)         探测器的死时间

 光子进入探测器产生电子离子对,再在雪崩中放大,这样一个时间过程约需10-7秒数量级。带电粒子在 向阴阳极奔去的过程中,由于离子的质量大于电子,所以移动的速度要小于电子,因而就在阳极丝周围 形成了阳离子层,并阻碍了雪崩效应,当阳离子层散去后,又恢复下一个过程。在阳离子层形成到消散 的这一时间段内,探测器像了一样。因此人们定义,在一个光子引发电离后,探测器不能再检测 下一轮光子产生电离过程的时间为探测器的死时间,在这段时间内进入探测器的光子不被计数。由于死时间的存在,进入探测器的总光子数可能有一小部分没有被计数,即测到的强度不真实地反映了 入射X 荧光的强度,这种情况随荧光强度的增加(光子数增加)而加重。

在仪器出厂时,死时间一般都已输入软件,然后根据这个时间进行数学校正,使没有被记录的光子数补 回来。近代仪器中死时间的校正,已经可以达到在很高计数率的情况下不受影响(在实际测量中,已经 没有必要测量或者甚至要超过这样高的计数)。

 ARL 仪器通过死时间校正可以确保,在使用流气正比计数器、封闭充气计数器和闪烁计数器时计数率分 别达到2Mcps 1Mcps 1.5Mcps 时,不受死时间影响。

4)         探测器的稳定性

除了探测器高压和气体流量的不稳定所引起的测量信号波动外,探测器本身的稳定性取决于阳极丝的清 洁。由于充气的纯度不够或长期使用形成的小颗粒沉积在阳极丝表面,使阳极丝的有效直径改变,导致 局部电场破坏改变气体放大增益使测定数据波动。

发生这种情况后,原则上需更换阳极丝或探测器,也可非常小心的用有机溶剂清冼阳极丝,但效果不一 定会很好。


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