Методы повышения разрешения спектрометров

Простые аналитические задачи, в которых флуоресцентная линия определяемого элемента однозначно выделяется пропорциональным или сцинтилляционным счетчиком, встречаются довольно редко. Чаще в пробе присутствуют элементы с близким к определяемому атомным номером, и в амплитудном спектре происходит наложение линий. Для выделения полезного сигнала – импульсов, соответствующих аналитической линии, – в этом случае могут использоваться фильтры, устанавливаемые между пробой и детектором.

Селективный фильтр представляет собой тонкую пластинку чистого элемента или соединения элемента, край поглощения которого располагается между аналитической линией и мешающим излучением. При правильном подборе толщины фильтра через него одно излучение проходит без сильного ослабления, а другое почти полностью поглощается (рис. 6.8).

Рис. 6.8. К выводу метода дифференциальных фильтров

Метод дифференциальных фильтров основан на применении двух селективных фильтров из элементов с близкими краями поглощения – обычно двух соседних в периодической таблице элементов. В качестве примера рассмотрим пару дифференциальных фильтров Со–Ni, применяемых для выделения CuKа-излучения. При правильной балансировке фильтров (подборе их оптической плотности, т. е. произведения массового коэффициента ослабления на плотность и на толщину) вне интервала энергий, ограниченного их краями поглощения (7,709–8,332 кэВ), пропускающая способность обоих фильтров одинакова, поэтому разность скоростей счета импульсов с Ni-фильтром (пропускающим) и Со-фильтром (поглощающим) соответствует выделяемым СuKа-линиям. Таким образом, расположенные рядом Kа-линии Zn, Ni, Co и Fe дискриминируются, чего нельзя было сделать по амплитудным спектрам пропорционального и тем более сцинтилляционного счетчиков. В принципе, в методе дифференциальных фильтров могут использоваться счетчики, не обладающие диспергирующей способностью, например, счетчики Гейгера, фоторезисторы и др.

Дифференциальный детектор построен по аналогичному принципу, только поглощающий фильтр используется как вторичный излучатель (рис. 6.9). Через фильтр Ф проходит практически лишь излучение пробы, энергия которого меньше энергии края поглощения фильтра (кривая б), а флуоресценцию вторичного излучателя И, регистрируемую детектором Д, возбуждает лишь часть этого излучения с энергией, большей энергии края поглощения излучателя (кривая в). Поэтому эффективность дифференциального детектора между краями поглощения излучателя и фильтра в десятки и сотни раз выше, чем за пределами этого интервала энергий. Для любой аналитической линии можно подобрать пару «фильтр – излучатель».

Рис. 6.9. Метод дифференциального детектора: а – принципиальная схема (РТ – рентгеновская трубка; Ф – фильтр; И– вторичный излучатель; Д – детектор); б – пропускание фильтра; в – флуоресценция излучателя (на 1 фотон падающего излучения); г – эффективность детектора

Оба дифференциальных метода позволяют значительно улучшить разрешающую способность спектрометра с пропорциональным и сцинтилляционным детектором. На практике они широко применяются, так же как и амплитудная селекция. Аппаратура, использующая все три метода дисперсии, может быть объединена в один тип – бездифракционный (не использующий явление дифракции на монокристаллах).

Линейные ускорители