Системы регистрации эмиссионных спектрометров, ФЭУ или ПЗС ?

 

            Системы регистрации спектрометров строятся либо на основе фотоэлектронных умножителей (ФЭУ), либо на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС). К ПЗС относятся CCD, диодные линейки и другие аналогичные устройства. Каждая из двух видов систем имеет достоинства и недостатки.

Спектрометры с ПЗС дешевле, имеют меньшие размеры и возможность исследования широкой области спектра. К сожалению, точность и чувствительность их невелика и срок службы не очень долог. После выхода из строя ПЗС замена его в лабораторных условиях трудноосуществима, поэтому спектрометр просто списывается.

Спектрометры с ФЭУ намного точнее, служат по 30 лет и более, а ФЭУ довольно легко заменяются. Но такие приборы значительно дороже и больше по габаритам.

 

           

На скриншоте, показанном выше, представлен спектр, полученный на одном из распространенных спектрометров с ПЗС. Здесь представлена область спектра, из которой опытный спектроаналитик мог бы выбрать подходящие для анализа линии. Напротив, в спектрометрах с фотоумножителями возможно использовать только те линии, для которых вырезаны щели на круге Роуланда.

К сожалению, это преимущество ПЗС далеко не всегда может быть реализовано. Большинство иностранных производителей поставляет спектрометры с программным обеспечением, настроенным на определенные сплавы, далеко не всегда соответствующим отечественным сплавам. Программное обеспечение таких спектрометров не предусматривает выбора линии, метода анализа, и коррекции матричного эффекта для выбранных линий.

            Распределение интенсивности спектральной линии вдоль круга Роуланда определяется аппаратной функцией спектрометра, и приблизительно изображено на рисунке 1. Интенсивность линии в целях спектрального анализа определяют либо по ее максимуму, либо измерением потока энергии спектральной линии, что соответствует площади, ограниченной линией интенсивности.

Рис.1

                       

            В микрофотометрах щель микрофотометра (d на рис. 1) берется много меньше ширины изображения линии на фотопластинке, и интенсивность линии берется по ее максимальному почернению. В спектрометрах интенсивность линии определяется по ее потоку энергии.

            В спектрометрах, регистрирующая система которых основана на фотоумножителях, излучение спектральной линии проходит через выходную щель (D на рис. 1), и полностью попадает на ФЭУ. Таким образом, фототок ФЭУ достаточно точно соответствует интенсивности спектральной линии.

            В спектрометрах, регистрирующая система которых основана на ПЗС, ячейки матрицы регистрируют спектральную линию по частям, и интенсивность спектральной линии можно приблизительно определить, просуммировав заряды соответствующих ячеек.

На скриншоте, показанном ниже, тот же участок спектра представлен в увеличенном масштабе длин волн. Как видно из него, площадь линии можно определить только приблизительно.

 

 

К еще большим ошибкам приводит присущий ПЗС недостаток: блюминг, распространение зарядов на соседние ячейки. Это явление приводит к искажению площадей линий и их наложению. Представленная линия подвержена обычному для ПЗС блюмингу.

            К сожалению, иногда спектроаналитики оценивают точность спектрометра по тому, соответствуют ли его показания марке анализируемого сплава. Такой подход может привести к необратимым последствиям. Правильный контроль – только по спектральному анализу стандартных образцов в широком диапазоне концентраций.

            Для хорошего спектрометра с фотоумножителями с тонко настроенной программой  коррекции матричного эффекта относительная ошибка для большинства элементов может быть в пределах 3 - 7%. Для спектрометров с ПЗС ошибка много больше, и мало отличается у отечественных и иностранных производителей, хотя цены могут отличаться в несколько раз, доходя до 100 000 $ и более.

Импортные спектрометры с CCD, в большом количестве поступившие на Российский рынок, с успехом заменили стилоскопы в спектральных лабораториях. Обладая приблизительно той же точностью, они намного удобнее в работе.

 

Мусин Ш. Р.

 

 

Главная страница Статьи и заметки