原子熒光光譜儀的讀出系統(tǒng)的測量方法
讀出系統(tǒng)由放大器,分析器和記錄、顯示裝置組成。由檢測器將光信號轉換的電信號通過前置放大器、主放大器、積分器、模數(shù)轉換器等系列信號接收和數(shù)據(jù)處理電路,最后被單片采集,并通過標準串口實時將數(shù)據(jù)上傳給系統(tǒng)機,由系統(tǒng)機對數(shù)據(jù)進行處理和計算。檢測電路包括?前置放大器其主要作用是將光電倍增管輸出的電流信號轉變成電壓信號,以便于后續(xù)電路進行信號處理。?主放大器,主要功能是將前置放大輸出的電壓信進一步變大。?積分器和A/D轉換電路,其主要功能有背景扣除、積分,峰值保持、AD轉換等。
原子熒光光譜分析中,電信號的測量是屬于弱電流信號的檢測。分析信號不僅必須和儀器的光學元件所產(chǎn)生的千擾信號(散射、反射、非特征的熱發(fā)射等等)相區(qū)別,而且也要和光電倍增管的噪聲相區(qū)別,這種噪聲有時可以和有用的分析信號相當,有時甚至還要高。常用的檢測方法有三種:直流測量、帶有鎖定放大器的交流量和脈沖(光子)計數(shù)技術。
一、直流測量
直流放大器的一個很重要的特性是動態(tài)范圍和零點穩(wěn)定性。動態(tài)范圍在理論上是不受限制的,通常發(fā)現(xiàn)一些儀器具有10~15個十進制數(shù)的動態(tài)范圍。這個范圍比熒光光譜法所需要的大得多。零點漂移是一個較為困難的向題,它以代數(shù)和的形式加在輸入信號中而產(chǎn)生誤差,并將隨時間和溫度作非線性變化。零點漂移不能在理論上頂先作出估計,而是完全由所使用的元件和結構來決定。在進行長時期的測量時,它將成為一個特別麻煩的問題。增益不定也會引起零點漂移。直流放大系統(tǒng)有一個主要缺點,即為了區(qū)分熱輻射和光致激發(fā)輻射(光輻射),必須在被測元素噴入火焰后,分別有激發(fā)光源照射和無激發(fā)光源照射時的輻射信號,然后將后者扣除。只有在實際上沒有背景輻射的情況下(如用摻空氣的氫-氬火焰在短波工作時)才不必這樣做。
二、同步放大器
為了改進直流放大系統(tǒng)區(qū)分熱輻射和光致激發(fā)輻射上的欠缺,經(jīng)常被采用的解決方法之一,是使用相敏放大器。它的作用是,通過一個與周期熒光信號的相位和頻率精確同步工作的開關,來解調交流耦合輸入信號。激發(fā)光源的輻射,用電子學方法或者用機械切光器來調制。所得到的結果是一個量值正比于輸入信號的直流輸出。直流信號中的高頻成分,可以用一低通濾波器濾掉。由該系統(tǒng)給定的濾波器的特性,當時間常數(shù)的變化范圍為0.1~100秒時,等效噪聲帶通能在2.5~0.0025赫之間進行變化。這個方法具有幾個優(yōu)點。如噪聲向低頻端增強,則通過選用較高的信號頻率,信噪比可得到改善。由于只有信號的交流成分被放大,所以背景就自動地得到扣除。直流放大器中嚴重存在的零點漂移也幾乎完全消除。它的一個小的不足之處是,由于切截微發(fā)光束,導致信噪比在理論上有降低。當然,這只是對采用機械切光器而言。如果激發(fā)光源用電子學方法調制,使其平均光輸出等于直流工作時的光輸出,則信噪比將保持不變。應該指出,同步放大系統(tǒng)的實際性能,與大多數(shù)直流放大系統(tǒng)比較,則更接近于理論極限;這也就是,為什么在實際上全部商品原子吸收分光計都采用某種類型的相敏檢測器的原因。
三、光子計數(shù)
光子計數(shù)的基本原理是很簡單的:每一個電子碰撞在第一倍增極上,在陽極上產(chǎn)生一個電流脈沖。這些脈沖是相當窄的,脈沖的形狀是由特定的光電倍增管結構的過渡時間擴展極限來決定的。然后將脈沖放大、甄別和計數(shù)。光子計數(shù)和通常的直流電流測量相比,其優(yōu)點表現(xiàn)在:可以對所觀測的譜線強度作直接的數(shù)字處理;可精確積分瞬變信號;可準確測量低的輻射量;可消除讀出誤差;還可通過脈沖高度甄別,來改善有效信噪比。