熱電離質(zhì)譜計信號放大器非線(xiàn)性校正技術(shù)

　　從理論上研究了熱電離質(zhì)譜計法拉第杯接收器放大器的非線(xiàn)性效應,建立了校正的數學(xué)模型。應用該模型,可以用一種同位素標準物質(zhì)直接檢驗法拉第接收器放大器的非線(xiàn)性,而不用常規的系列同位素標準物質(zhì)來(lái)檢驗放大器非線(xiàn)性。應用U TB2500 鈾同位素標準物質(zhì)、峰跳掃描質(zhì)譜測量技術(shù),檢驗了一臺熱電離質(zhì)譜計法拉第接收器放大器的非線(xiàn)性,并對存在的非線(xiàn)性進(jìn)行了校正。同時(shí),驗證了在同位素豐度比值一定的情況下,非線(xiàn)性校正因子是恒定的,它不隨離子流信號強度的變化而變化。

　　熱電離質(zhì)譜計廣泛應用于核工業(yè),地質(zhì)年代學(xué),環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域中同位素豐度比值的測量。隨著(zhù)質(zhì)譜儀器技術(shù)的發(fā)展,特別是多接收技術(shù)的普及,豐度比值測量的精密度得到了很大的提高。但是,測量的準確度仍然受到限制,這是由于存在系統偏差的緣故。多接收熱電離質(zhì)譜技術(shù)的主要系統偏差來(lái)源有同位素質(zhì)量分餾效應,多接收器接收效率的差異,放大器增益的差異,放大器非線(xiàn)性等。

　　對于同位素質(zhì)量分餾效應、多接收器效率差異、放大器增益差異的校正,目前有比較充分的研究。質(zhì)量分餾效應通常應用同位素標準物質(zhì)校正技術(shù),或者全蒸發(fā)技術(shù)校正。對多接收器接收效率的校正使用峰跳掃描技術(shù),或者同位素標準物質(zhì)技術(shù)進(jìn)行校正,也有質(zhì)譜計應用新型法拉第接收器,它的接收效率為100 %,不需要校正。對于放大器增益的校正,商用質(zhì)譜計都有自動(dòng)校正程序,全部使用高穩定的電壓源輪流掃描技術(shù)進(jìn)行校正。

　　對于接收器放大器非線(xiàn)性的校正,目前國內外普遍采用同位素系列標準物質(zhì)技術(shù)進(jìn)行校正,校正應用的同位素系列標準有歐共體的IRMM072 系列鈾同位素標準物質(zhì),美國的NIST、NBL系列鈾同位素標準物質(zhì) 。本項目將系統研究放大器非線(xiàn)性理論,建立新的放大器非線(xiàn)性校正理論模型和校正實(shí)驗技術(shù)。

1、理論研究

1.1、非線(xiàn)性校正模型的建立

　　放大器系統非線(xiàn)性是一種在分析儀器放大器電子線(xiàn)路中廣泛存在的現象,它表現為系統對小信號的響應畸變。假設放大器的滿(mǎn)量程信號強度為V0 ,嚴格來(lái)講,小于V0 的信號都會(huì )產(chǎn)生非線(xiàn)性效應。電子線(xiàn)路的非線(xiàn)性理論和實(shí)驗研究結果表明,非線(xiàn)性效應服從對數規律。因此,對信號強度的非線(xiàn)性修正模型可以用式(1)表示:

　　式中,VL 為經(jīng)過(guò)非線(xiàn)性修正的信號強度; m 為非線(xiàn)性校正常數,對于正常的放大器來(lái)說(shuō), │m │遠小于1 ;V NL 為未經(jīng)過(guò)非線(xiàn)性修正測得的信號強度;V 0 為放大器的滿(mǎn)量程信號強度。在進(jìn)行同位素豐度比值測量時(shí),通過(guò)放大器系統得到的同位素豐度比值的測量值用式(2)表示:

　　式中, RNL 為未經(jīng)過(guò)非線(xiàn)性修正測得的同位素豐度比值;V 1 為測得的同位素1 離子流的信號強度;V 2 為測得的同位素2 離子流的信號強度。由式(1)和式(2) 得到,經(jīng)過(guò)放大器非線(xiàn)性修正后的同位素豐度比值RL ,示于式(3) :

　　式(7) 是最終建立的放大器非線(xiàn)性校正理論模型。根據模型可以得出,只要測量一種同位素豐度比值R 遠遠偏離1 的同位素標準物質(zhì),將標稱(chēng)值RL 及其測量值RNL 代入式(7) ,就可以得到非線(xiàn)性校正常數m ,進(jìn)而計算出任意豐度比值或任意離子流信號強度下的非線(xiàn)性校正因子,來(lái)校正放大器的非線(xiàn)性。與目前國內外普遍采用的系列同位素標準物質(zhì)校正放大器非線(xiàn)性的技術(shù)相比,從測量一系列同位素標準物質(zhì)到測量一種標準物質(zhì),顯然能夠簡(jiǎn)化校正過(guò)程,減小校正的不確定度。

　　限于篇幅，文章中間章節的部分內容省略，詳細文章請郵件至作者索要。

4、結論

　　熱電離質(zhì)譜計法拉第杯接收器放大器的非線(xiàn)性校正因子可以與比值或離子流信號強度建立對數線(xiàn)性關(guān)系,在同位素豐度比值一定的情況下,非線(xiàn)性校正因子不隨離子流信號強度的變化而變化。在實(shí)驗上,可以只用一種鈾同位素標準物質(zhì)UTB2500 ,采用單杯峰跳掃描質(zhì)譜測量技術(shù)實(shí)現放大器的非線(xiàn)性校正。