1
00:00:05,184 --> 00:00:13,120
第三节的教程更多涉及到荧光检测器

2
00:00:13,120 --> 00:00:18,880
主要有两类用于检测从样品中发射出的X射线荧光

3
00:00:18,880 --> 00:00:24,832
一类是电离室检测器，常叫做 Lytle 检测器

4
00:00:24,832 --> 00:00:28,300
或 PIPS 检测器来测荧光产率

5
00:00:28,300 --> 00:00:35,100
你可以看到它们（设计）巧妙但比较小巧简单

6
00:00:35,100 --> 00:00:38,910
这个是固态锗检测器

7
00:00:38,910 --> 00:00:47,742
虽然也许你用过锂漂移硅检测器，也叫做呆子检测器

8
00:00:47,742 --> 00:00:55,575
提供更高能量分辨率来测量极低浓度，有其他元素组成的样品

9
00:00:55,575 --> 00:01:02,850
非常有难度的样品测量时固态检测器

10
00:01:02,850 --> 00:01:06,025
那来介绍下这些重要的检测器

11
00:01:06,025 --> 00:01:10,325
首先是 Ltyle 型检测器

12
00:01:10,325 --> 00:01:12,969
基本上这就是电离室

13
00:01:12,969 --> 00:01:15,273
电离室检测器在这里

14
00:01:15,273 --> 00:01:17,001
它是个很小的舱室

15
00:01:17,001 --> 00:01:25,500
这代表着我们希望可以在较短的距离内拦截大部分X射线

16
00:01:25,500 --> 00:01:31,175
为了能这么做我们需要格外留意（检测器内）气体

17
00:01:33,175 --> 00:01:35,700
我们经常使用氩气

18
00:01:35,700 --> 00:01:37,859
在 10 keV 以内适用

19
00:01:37,859 --> 00:01:40,099
实际上你可以在更高的能量范围使用氩气

20
00:01:40,099 --> 00:01:41,850
很多人这么做

21
00:01:41,850 --> 00:01:47,875
但使用氙气可以给你更灵敏的响应

22
00:01:47,875 --> 00:01:52,515
氩气有点贵但是提升很大

23
00:01:52,515 --> 00:01:55,139
如果能量超过 15 keV

24
00:01:55,139 --> 00:02:00,275
使用氪气效果远好于氩气

25
00:02:00,275 --> 00:02:03,450
但（即使）使用氩气也挺好的

26
00:02:03,450 --> 00:02:06,794
让我看看还有什么要讲的

27
00:02:06,794 --> 00:02:11,402
它们通常适用于比较纯，浓度稍低的样品

28
00:02:11,402 --> 00:02:13,194
没有实际存在的计数率

29
00:02:13,194 --> 00:02:16,330
因为这是个电离室

30
00:02:16,330 --> 00:02:18,634
Lytle 检测器亮眼的一点是

31
00:02:18,634 --> 00:02:22,300
由于它非常靠近样品

32
00:02:22,300 --> 00:02:24,300
能够收集 10% 的总信号

33
00:02:24,300 --> 00:02:27,050
朝着样品立体角方向

34
00:02:27,050 --> 00:02:30,150
这是固态检测器很难达到的数值

35
00:02:30,150 --> 00:02:34,525
高于固态检测器几个数量级

36
00:02:34,525 --> 00:02:37,875
还有重要的一点

37
00:02:37,875 --> 00:02:42,275
我们会用到X射线过滤器（跟着 Lytle 检测器）

38
00:02:42,275 --> 00:02:48,050
这是安装在样品盒上过滤器的例子

39
00:02:48,050 --> 00:02:50,050
这个是样品盒

40
00:02:50,050 --> 00:02:51,525
这里

41
00:02:51,525 --> 00:02:53,175
另一个过滤器

42
00:02:53,175 --> 00:02:56,050
这是另一个装置叫作 solar slit

43
00:02:56,050 --> 00:03:00,568
我来挨着解释下这些重要的概念

44
00:03:00,568 --> 00:03:03,192
首先为什么我们需要X射线过滤器

45
00:03:03,192 --> 00:03:08,000
答案是这里有很多我们并不需要的X射线

46
00:03:08,000 --> 00:03:13,432
（这部分射线）能量分辨率很差，基本上没有

47
00:03:13,432 --> 00:03:20,471
比如我们想测量一个铀的样品荧光谱

48
00:03:20,471 --> 00:03:28,087
其中的一个问题是X射线打到样品上

49
00:03:28,087 --> 00:03:31,095
你获得一部分来自铀的荧光

50
00:03:31,095 --> 00:03:36,599
不幸的是还有很多X射线仅仅是从样品反弹

51
00:03:36,599 --> 00:03:39,607
直接射入检测器

52
00:03:39,607 --> 00:03:46,071
常被叫做弹性和非弹性散射背景计数

53
00:03:46,071 --> 00:03:53,047
它们可能是10倍，100倍甚至是上千倍强于应该测量的数值

54
00:03:53,047 --> 00:03:57,527
我们不希望测量这些信号

55
00:03:57,527 --> 00:04:00,672
所以我们放了X射线过滤器

56
00:04:00,672 --> 00:04:07,950
它工作机制是过滤器里面有金属或是其他化合物

57
00:04:07,950 --> 00:04:12,832
它可以就像我们的样品一样吸收X射线

58
00:04:12,832 --> 00:04:19,104
所以测量铀的样品时我们会常常用含锶过滤器

59
00:04:19,104 --> 00:04:27,360
锶核心电子结合能在 16,105 eV

60
00:04:27,360 --> 00:04:35,872
这个能量刚好可以针对所有高于 17,000 eV 弹性散射能量

61
00:04:35,872 --> 00:04:38,341
因为含锶过滤器可以吸收它们

62
00:04:38,341 --> 00:04:42,709
（弹性散射能量）准备激发核心电子

63
00:04:42,709 --> 00:04:44,949
但它们激发核心电子会变得更难

64
00:04:44,949 --> 00:04:46,677
更难穿过过滤器

65
00:04:46,677 --> 00:04:52,949
放入过滤器就像是基本上是个低波滤波器

66
00:04:52,949 --> 00:04:55,765
扣掉高能能量，留下低能通过（过滤器）

67
00:04:55,765 --> 00:04:59,989
这种形式很利于我们的荧光测量

68
00:04:59,989 --> 00:05:10,165
所以我们可以用电离室检测来测量样品

69
00:05:11,250 --> 00:05:17,150
我之前讲的放入过滤器是是使X射线能量衰减

70
00:05:17,150 --> 00:05:19,324
在高于电子结合能的区间

71
00:05:19,324 --> 00:05:21,675
与此同时也会减掉部分能量

72
00:05:21,675 --> 00:05:24,828
那就是我刚刚讲的

73
00:05:24,828 --> 00:05:28,375
测铀的是测量的 L 边

74
00:05:28,375 --> 00:05:30,332
如果你使用过渡金属

75
00:05:30,332 --> 00:05:33,276
比如铜，测量的 K 边

76
00:05:33,276 --> 00:05:37,522
经验法则是 Z  （原子序数）减去 1 

77
00:05:37,522 --> 00:05:38,930
或是 Z - 2

78
00:05:38,930 --> 00:05:44,700
所以如果测量铜，选择钴过滤器

79
00:05:44,700 --> 00:05:52,790
或测量铁样品时，Kα 是 6,404 eV

80
00:05:52,790 --> 00:05:55,606
那就使用 Z - 1 是锰过滤器

81
00:05:55,670 --> 00:06:05,142
锰的吸收边能量正好介于铁的吸收边和 Kα 之间

82
00:06:05,142 --> 00:06:10,326
你想要丢弃的是从样品上散射出来的入射光

83
00:06:10,326 --> 00:06:14,358
这部分会被锰过滤器给吸收掉

84
00:06:14,358 --> 00:06:18,118
这就是为什么我们采用 Z - 1 或 Z - 2 规则

85
00:06:18,118 --> 00:06:21,318
常适用于过渡金属

86
00:06:21,318 --> 00:06:23,331
我在一开始的时候

87
00:06:23,331 --> 00:06:25,955
我介绍了这里一些奇怪的狭缝装置叫 solar slits

88
00:06:25,955 --> 00:06:27,683
它们非常的重要

89
00:06:27,683 --> 00:06:30,435
问题是它们为什么重要

90
00:06:30,435 --> 00:06:32,995
那我回到一开始的铀样品

91
00:06:32,995 --> 00:06:37,425
我们有个含铀的样品，想测量 XAFS

92
00:06:37,425 --> 00:06:42,950
我们放入含锶过滤器，像是低波滤波器

93
00:06:42,950 --> 00:06:48,713
它截断了高于锶吸收边能量的X射线

94
00:06:48,713 --> 00:06:56,649
这很好但是除非X射线能打到过滤器被吸收

95
00:06:56,649 --> 00:07:01,385
否则它们会重新被锶过滤器重新发射

96
00:07:01,385 --> 00:07:03,881
它们会从锶的 Kα X射线形式出现

97
00:07:03,881 --> 00:07:06,761
这是比较基础几何结构

98
00:07:06,761 --> 00:07:09,075
你有样品，让X射线打到样品

99
00:07:09,075 --> 00:07:10,400
打到过滤器上

100
00:07:10,400 --> 00:07:13,280
检测器那那个地方

101
00:07:13,280 --> 00:07:15,712
这里有点问题

102
00:07:15,712 --> 00:07:18,528
你可以看到部分射线往上走了

103
00:07:18,528 --> 00:07:21,280
往那边走了，这边跑了

104
00:07:21,280 --> 00:07:28,600
基本上锶的荧光发射也可以到达检测器

105
00:07:28,600 --> 00:07:34,144
这代表着我们丢掉了一半（X射线）计数

106
00:07:34,144 --> 00:07:37,900
因为所有发射出来的计数朝反方向

107
00:07:37,900 --> 00:07:39,963
就不进入检测器，那很好

108
00:07:39,963 --> 00:07:44,699
但朝前发射的X射线仍然会进入检测器

109
00:07:44,699 --> 00:07:47,707
为了帮助剔除这些（过滤器）发射荧光

110
00:07:47,707 --> 00:07:49,115
我们加入了 solar slits

111
00:07:49,115 --> 00:07:51,099
很赞的设计

112
00:07:51,099 --> 00:07:53,979
基本上就是一组狭缝

113
00:07:53,979 --> 00:07:56,325
像是鳍一样（的设计）

114
00:07:56,325 --> 00:08:03,450
（排列成）与样品发出射线的方向平行  

115
00:08:03,450 --> 00:08:07,369
这是从样品发出X射线的方向

116
00:08:07,369 --> 00:08:09,929
可以穿过狭缝

117
00:08:09,929 --> 00:08:15,600
而另一个X射线从样品发出，到达检测器

118
00:08:15,600 --> 00:08:18,652
因为过滤器非常靠近狭缝

119
00:08:18,652 --> 00:08:23,964
狭缝可以拒掉来自过滤器的X射线

120
00:08:23,964 --> 00:08:28,100
因为狭缝可以拦截然后拒绝（射线）穿过

121
00:08:28,100 --> 00:08:31,388
这个装置非常有效

122
00:08:31,388 --> 00:08:36,252
能降低来这个吸收峰的 99% 信号

123
00:08:36,252 --> 00:08:40,028
这就是（Lytle）检测器受欢迎的原因

124
00:08:40,028 --> 00:08:45,020
这个检测器对很多类型的样品好使

125
00:08:45,020 --> 00:08:48,604
但如果你的样品来自于自然界

126
00:08:48,604 --> 00:08:54,275
比如来自太平洋深处的铁锰矿石

127
00:08:54,275 --> 00:08:59,037
你是矿物工程师，想测量里面的铂

128
00:08:59,037 --> 00:09:02,642
你想了解里面铂物质化学成分

129
00:09:02,642 --> 00:09:06,802
以及它是如何作用于海洋层的激素行为

130
00:09:06,802 --> 00:09:10,834
这是铂的峰，特别小

131
00:09:10,834 --> 00:09:13,586
问题是这是个铁锰矿石

132
00:09:13,586 --> 00:09:18,734
有着来自铁和锰元素超过 100 倍强度的荧光

133
00:09:18,734 --> 00:09:21,102
在这里

134
00:09:21,102 --> 00:09:27,502
所以在这样的情况下 Lytle 检测毫无作用

135
00:09:27,502 --> 00:09:33,550
我们必须使用固态检测器的一种

136
00:09:33,550 --> 00:09:42,978
它可以设置一个窗口只让采集这个峰的信号

137
00:09:42,978 --> 00:09:49,058
我们需要点技巧

138
00:09:49,058 --> 00:10:00,700
因为这个检测器可以很清楚地从铁和铂发射峰分辨锰

139
00:10:00,700 --> 00:10:05,442
Lytle 检测器不具有（这样的分辨能力）

140
00:10:05,442 --> 00:10:09,282
然而 Lytle 检测是没有计数率上限

141
00:10:09,282 --> 00:10:14,175
但固态检测器是不能够接受太多X射线输入

142
00:10:14,175 --> 00:10:16,775
否则就会输出很差的信号

143
00:10:16,775 --> 00:10:20,487
所以你需要保证（输入X射线）不能超过极限

144
00:10:20,487 --> 00:10:24,391
询问线站工作人员来确认检测阈值

145
00:10:24,391 --> 00:10:31,475
首先我们可以改善的地方是放入过滤器

146
00:10:31,475 --> 00:10:34,121
能够先拦截这些X射线

147
00:10:34,121 --> 00:10:41,025
就这个情况可放入镉过滤器能够搞定

148
00:10:41,025 --> 00:10:45,758
这个情况可以放入钒过滤器甚至是铝

149
00:10:45,758 --> 00:10:50,900
它可以吸收这些X射线然后把计数率降低

150
00:10:50,900 --> 00:10:56,558
低于每秒 200,000 极限

151
00:10:56,558 --> 00:11:00,974
我们针对铂的峰设置一个窗口

152
00:11:00,974 --> 00:11:06,926
在（测试）背后可以使用的操作很多

153
00:11:06,926 --> 00:11:11,150
我很想挨个讲但是时间不够

154
00:11:11,150 --> 00:11:15,279
当X射线入射导致电压跳跃

155
00:11:15,279 --> 00:11:18,735
电压跳跃高度可以让你看到峰的能量

156
00:11:18,735 --> 00:11:27,675
你可以画出在不同能量的（以能量为方程）功率谱

157
00:11:27,675 --> 00:11:34,863
这样可以有非常明确的谱图看到锰 Kα，铁 Kα

158
00:11:34,863 --> 00:11:37,743
还有小小的铂峰

159
00:11:37,743 --> 00:11:40,879
因为你知道了这些能量分布，可以设置窗口

160
00:11:40,879 --> 00:11:45,167
然后你只需要计数在这个窗口以内的能量

161
00:11:45,167 --> 00:11:47,900
这就可以给你数据质量超棒的谱图

162
00:11:47,900 --> 00:11:52,500
这就是为什么使用固态检测器的原因

163
00:11:52,500 --> 00:12:06,291
我做了个表来总结选择透射 vs. 荧光检测比较

164
00:12:06,291 --> 00:12:09,939
这是对之前课程的回顾 

165
00:12:09,939 --> 00:12:15,187
当你使用 Lytle 型电离室检测器

166
00:12:15,187 --> 00:12:17,811
或固态检测器之一

167
00:12:17,811 --> 00:12:23,225
因为我要在最后一节讨论那个话题

168
00:12:23,225 --> 00:12:25,284
鼓励你看一看

169
00:12:25,284 --> 00:12:27,950
这是一些案例，用作参考

170
00:12:27,950 --> 00:12:31,573
那么这就是第三节关于荧光检测器的结尾了

171
00:12:31,573 --> 00:12:34,389
最后一节是采集数据的理论知识介绍

172
00:12:34,389 --> 00:12:36,389
Thank you (Thank Dr. Bargar too!)