ОЦЕНКА ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ МНОГОЭЛЕМЕНТНЫХ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ДЕТЕКТОРОВ ДЛЯ СЦИНТИЛЛЯЦИОННОГО АТОМНО-ЭМИССИОННОГО СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА

S. A. Babin, V. A. Labusov

Аннотация


Введение. В настоящее время для экспрессного определения содержания микропримесей в порошковых геологических пробах расширяется использование метода сцинтилляционного атомно-эмиссионного спектрального анализа (САЭС) с применением многоэлементных твердотельных детекторов излучения (ТДИ) для регистрации последовательностей спектров. Целью статьи является оценка оптимального времени экспозиции, при котором достигается наибольшее отношение сигнал-шум (ОСШ) зарегистрированных вспышек спектральных линий и, соответственно, наименьшие пределы обнаружения элементов, а также оценка влияния параметров ТДИ на данное отношение.

Вывод формулы ОСШ. Изменение интенсивности спектральной линии во времени представлено в виде гауссовой функции с параметрами: продолжительность вспышки и количество фотоэлектронов, порожденных вспышкой. Получена зависимость ОСШ от  интенсивности и продолжительности вспышки, интенсивности спектрального фона, времени экспозиции, шума чтения, площади и темнового тока фотоячейки ТДИ для двух случаев: максимум вспышки приходится на начало и середину времени экспозиции. 

Анализ влияния времени экспозиции и параметров ТДИ на ОСШ. Анализ проведён на примере трёх ТДИ: линеек фотодиодов БЛПП-369М1 и БЛПП-4000 производства компании «ВМК-Оптоэлектроника», а также ПЗС линейки TCD1304DG производства Toshiba. Использованы экспериментально полученные значения параметров вспышки линии золота длительностью 1 мс на установке для анализа порошковых проб методом просыпки-вдувания «Поток». 

Заключение. Показано, что оптимальное время экспозиции для получения максимальных значений ОСШ при регистрации вспышки продолжительностью 1 мс составляет  0.8 мс для БЛПП-4000, 1.1 мс – БЛПП-369М1 и 1.2 мс – TCD1304DG. Ожидаемое снижение пределов обнаружения элементов при использовании линейки TCD1304DG в сцинтилляционном анализе относительно интегрального составляет 30 раз, БЛПП-369M1 – 50 раз, а БЛПП-4000 – 110 раз. Для получения наиболее низких пределов обнаружения методом САЭС собственные шумы (шумы чтения и темнового тока) ТДИ должны быть меньше дробового шума спектрального фона, время экспозиции – равно оптимальному, высота фотоячейки – равна высоте спектральной линии.

Ключевые слова: спектрометрия с временным разрешением, атомно-эмиссионный спектральный анализ, сцинтилляция, твердотельные детекторы излучения, оптимальное время экспозиции.

DOI: http://dx.doi.org/10.15826/analitika.2014.18.1.004

 


Полный текст:

PDF (Russian)

Литература


Shabanova E.V., Vasil'eva I.E., Bus'ko A.E., Kunaev A.B. [Estimation of Au- and Ag- particle sizes in geological samples using high time-resolved Scintillation atomic emission analysis]. Analitika i kontrol' [Analysis and Control], 2010, vol. 14, no. 4, pp. 186-200 (in Russian).

Vasil'eva I.E., Shabanova E.V., Bus'ko A.E., Kunaev A.B. [Technique of gold and silver determination in geological samples using high time-resolved Scintillation atomic emission analysis]. Analitika i kontrol' [Analysis and Control], 2010, vol. 14, no. 4, pp. 201-213 (in Russian).

Shabanova E.V., Bus'ko A.E., Vasil'eva I.E. [Scintillation Arc Atomic Emission Analysis of Powder Samples Using MAES with High Temporal Resolution]. Zavodskaia laboratoriia. Diagnostika materialov [Industrial laboratory. Diagnostics of Materials], 2012, vol. 78, no. 1-II, pp. 24-33 (in Russian).

Apolickii V.N. [Direct integral-scintillation atomic emission spectral analysis of powder samples]. Zavodskaia laboratoriia. Diagnostika materialov [Industrial laboratory. Diagnostics of Materials], 2010, vol. 76, no. 2, pp. 3-9 (in Russian).

Rajhbaum Ja.D. Fizicheskie osnovy spektral'nogo analiza [Physical basis of spectral analysis]. Moscow, Nauka Publ., 1980, 159 p. (in Russian).

Slavnyi V.A. [Spectral line limiting sensitivity]. Zhurnal prikladnoi spektroskopii [Journal of Applied Spectroscopy], 1967, vol. 6, no. 5, pp. 695-706 (in Russian).

Prokopchuk S.I. Stcintilliatcionnyi spektral'nyi analiz v geologii [Scintillation spectral analysis in geology]. Irkutsk, Institute of Geochemistry SB RAS Publ., 1994, 64 p. (in Russian).

Labusov V.A., Seliunin D.O., Zarubin I.A., Galliamov R.G. Measuring the quantum efficiency of multielement photodetectors in the spectral range between 180 and 800 nm. Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing, 2008, vol. 44, no. 1, pp. 19-26.

Janesick J.R. Scientific charge-coupled devices. Bellingham, SPIE, 2001. 907 p.

Labusov V.A., Bekhterev A.V. [Photodiode arrays as a base element of Multichannel analyzer of atomic emission spectra] Zavodskaia laboratoriia. Diagnostika materialov [Industrial laboratory. Diagnostics of Materials], 2007, vol. 73, no. S, pp. 7-12 (in Russian).

Garanin V.G., Rashchenko V.V. [«Fireball» Programmable Generators for Atomic-Emission Spectra Excitation]. Zavodskaia laboratoriia. Diagnostika materialov [Industrial laboratory. Diagnostics of Materials], 2012, vol. 78, no. 1-II, pp. 54-58 (in Russian).


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.