آشکارسازها (دتکتورها) در اسپکترومتری اتمی

آشکارسازها (دتکتورها) در اسپکترومتری اتمی  

تقریباً در همه اسپکترومترهای جذب اتمی از لوله های تکثیرکننده نور (PMTs: Photo Multiplayer Tubes) بهعنوان آشکارساز (Detector) استفاده می شود. این آشکارسازها در اسپکترومترهای نشر اتمی پلاسمایی متوالی (Sequential Atomic Plasma Emission Spectrometers) بسیار رایج هستند. یک PMT شامل کاتدی حساس به نور و چندین آند (دینودها) در یک لوله خلاء شده است. کاتد با ماده ای آسان یونیده شونده، مانند آلیاژ فلزات قلیایی با آنتیموان، بیسموت و یا نقره پوشش داده شده است. حساسیت طیفی PMTها عمدتاً به مواد پوشش داده شده روی کاتد بستگی دارد. اگر فوتون برخورد کننده به سطح کاتد انرژی کافی برای یونیده کردن ماده پوشش داده شده روی آن را داشته باشد، با برخورد به آن باعث ساطع شدن الکترون از آن می شود. الکترون ساطع شده در اثر اختلاف پتانسیل بین کاتد و دینود اول، شتاب گرفته و به سطح دینود اول برخورد کرده واز آن الکترون ساطع می کند. علامت ایجاد شده همان طور که در شکل نشان داده شده است، تقویت می شود. تقویت علامت، به اختلاف پتانسیل بین الکترودها (دینودها) بستگی دارد. تقویت یا بهره (g) آشکارسازی به طور نمایی با ولتاژ بین دینودها (U) مطابق معادله زیر، افزایش می یابد، که n تعداد دینودها است.

ولی، افزایش ولتاژ بین دینودها جریان تاریک و نوفه فوتون PMT را نیز افزایش خواهد داد. جریان الکتریکی جاری شده از PMT تحت ولتاژ زیاد، زمانی که هیچ تابش نوری به کاتد برخورد نکرده باشد، جریان تاریک نامیده می شود .اگر یک الکترون از کاتد با پتانسیل V100 شتاب داده شود، انرژی جنبشی آن حدود ۱۰۰ eV (1 eV = 96500 J/mol) خواهد شد. این الکترون به اندازه ای انرژی دارد که از اولین آند ۲ الی ۱۰ الکترون ثانویه خواهد کند. الکترون های ثانویه با پتانسیل دیگری (۱۰۰ V) شتاب گرفته و به آند سوم برخورد کرده و الکترون های بیشتری کنده می شود. یک PMT معمولی با تعداد ده آند، تقویت بسیار زیادی به دست خواهد داد. برای مثال، اگر فوتون وارد شده به کاتد یک الکترون از آن جدا کند و از اولین آند ۵ الکترون ثانویه خارج شود، از دومین آند ۵×۵ و از سومین آند ۵×۵×۵ الکترون خارج خواهد شد و الی آخر. بنابراین، با PMT دارای ۱۰ آند، جریان الکتریکی اولیه با ضریب ۹٫۸ ×۱۰۶ تقویت خواهد شد.

تقویت علامت در یک آشکارساز PMT

 

اخیراً، انواع متنوعی از آشکارسازهای حالت جامد برای اندازه گیری قدرت تابش، به ویژه برای استفاده در دستگاه های چندکانالی، بسیار رایج شده اند. این وسایل آشکارسازی شامل آرایه های دیود نوری (Photodiode Arrays) آشکارسازهای ویدیکون (Vidiocon detectors) و انواع متنوعی از وسایل انتقال بار الکتریک (CTDs: Charge transfer devices)  هستند. وسایل انتقال بار (CTDs) به ویژه وقتی که دستگاه های چندکانالی در اندازه گیری های اسپکترومتری اتمی استفاده می شوند، بسیار رایج شده اند. با استفاده از یک چندفامساز اِشل (Echelle polychromator) و مرتبه های بیشتر در اندازه گیری ها، قدرت تفکیک بسیار خوبی در این دستگاه ها حاصل می شود. همپوشانی خطوط طیفی مرتبه بیشتر، توسط یک من شور تفکیک شده و طیف دوبعدی حاصل می شود، که به طور همزمان توسط یک آشکارساز حالت جامد دو بعدی ثبت می شود. چندفامسازهای اِشل به اندازه زیادی در دستگاه های ICP-AES استفاده می شوند. اخیراً، دستگاه های چندکانالی طیف سنجی جذب اتمی با کوره گرافیت(GFAAS) نیز به طور تجاری در دسترس هستند، که با آنها می توان ۶ عنصر را بایک بار اتمسازی اندازه گیری کرد .وسایل انتقال بار به دو گروه وسایل تزریق بار (CID: Charge injection devices) و وسایل تزویج بار (CCD: Charge coupled devices) تقسیم می شوند. ساختار پایه این وسایل مشابه نیمه هادی های اکسید فلز (MOSs: Metal Oxide Semiconductors) است. بلور سیلیکون بسیار خالص پوشیده شده با لایه عایق SiO2 به عنوان سوبسترای آشکارساز استفاده می شود. وقتی تابش برخورد کننده به سوبسترای سیلیکون وارد می شود، زوج حفره- الکترون مستقر تشکیل می شود (اگر انرژی فوتون برخورد کننده به حد کافی زیاد باشد، پیوندهای سیلیکون- سیلیکون شکسته می شوند). ولتاژ مناسبی به لایه هدایت (الکترودهای گیرنده) اعمال شده، که منجر به تشکیل دیوارهای پتانسیل درونسوبسترای سیلیکون می شود. بنابراین، جریان الکتریکی ایجاد می شود، که با فوتون ورودی به آشکارساز متناسب است. وسایل انتقال بار از اجزای منفردی (پیکسل ها) ساخته می شوند، که به صورت دوبعدی آرایش داده شده اند. تعداد گیرنده ها به ازای هر پیکسل می تواند تغییر کند. عرض هر پیکسل انفرادی حدود ۱۰ میکرومتر و ارتفاع آن حدود ۵۰ µm است. تعداد کل پیکسل ها می تواند بیشتر از یک میلیون باشد.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.