第四节　各种探测器性能比较

由于探测器性能的不同，在选用探测器时，就需要综合考虑多种因素。好的探测器不仅需要具有高分辨率和高计数率，还需要有较宽的元素分析范围和有效活性区。其应用领域和使用环境等也是需要关注的重点之一。

一、波长色散与能量色散能力

由入射光子在探测器中产生的等价离子对数目与入射光子能量成正比，与产生离子对的平均能量成反比。就目前常用的三种X射线探测器而言，产生一个离子对的平均能量，在Si（Li）探测器、流气式正比计数器、闪烁计数器之间大约相差一个量级，而分辨率与一个光子产生的电子数的平方根成正比，故三者之间的分辨率也粗略相差三倍，如表4-1所示。

流气式正比计数器主要用于轻元素分析，闪烁计数器用于重元素测定，此两种探测器由于分辨率低，必须与分光晶体同时使用，才能得到良好的谱线分辨效率，故主要用于波长色散X射线光谱仪。尽管曾经有一段时期流行用封闭式气体正比计数管作为现场分析仪，但由于分辨率太低，再加上温差电冷能量探测器的广泛采用，仅采用封闭式气体正比计数管的现场X射线分析仪在国际上已基本淘汰。

二、探测器分辨率比较

Si（Li）探测器目前主要应用于能量色散X射线光谱仪。就能量探测器而言，Si（Li）、Si-PIN、高纯Ge（HPGe）探测器已得到广泛使用，SDD、CDD等则主要应用于获取成分及多维信息。由于Si（Li）探测器等没有增益，故需要前置放大器。

多种探测器分辨率及适用能量范围与应用领域的比较列于表4-2中，为比较方便，利用分光晶体的波长色散光谱仪的整体分辨率也列于表中。由表可见，目前能量探测器的分辨率和计数率多已达到实用水平，有些类型的能量分辨率甚至已接近理论极限。应该指出的是，采用不同的准直器，所得分辨率会有所差别。

尽管波长色散X射线光谱仪由于使用分光晶体而达到约22eV的分辨率，但最新的能量探测器已可达到4eV，在分辨率方面已取得优势。目前许多厂家已推出了成功的能量色散X射线光谱仪，波长色散与能量色散在X射线光谱仪中的份额已发生明显变化，能量色散X射线光谱仪的比重显著增加。如果新型能量探测器在计数率和制造工艺的稳定性方面能取得突破，则能量色散X射线光谱仪有可能在未来逐步取代复杂的波长色散X射线光谱仪系统，成为X射线荧光光谱分析领域的主流。

三、探测器的选用

探测器除了分辨率是需要考虑的重要因素外，活性区大小和计数率也很重要。在实际应用中，探测器的能量探测范围、分辨率、探测器有效活性区、线性响应范围、铍窗厚度等是选择探测器时需要考虑的重要因素。事实上，分辨率、有效活性区和线性响应范围这三种因素正好相互制约。

前置放大器噪声主要由脉冲成型时间常数所决定，能量分辨率与脉冲成型时间常数的关系呈一种极小值曲线分布，故有时适当选择稍大的脉冲成型时间常数，可有较高的能量分辨率，但线性分析范围可能会受到影响。当希望保持高计数率而需要窄脉冲宽度时，则可选择具有较小脉冲成型时间常数的探测器。探测器的谱峰成型时间越短，线性响应范围越宽，但探测器的分辨率越低。例如谱峰成型时间为0.8μs的线性响应范围为（20～40）×104cps，分辨率为250eV，尽管谱峰成型时间为25.6μs的探测器，其线性响应范围只有1×104～1.5×104cps，但分辨率则提高到优于150eV，如图4-19所示。而探测器面积越小，谱峰成型时间越长，分辨率越高；面积越大，分辨率越差。故当需要高计数率时，通常只能选用大面积的探测器。

铍窗厚度是选择探测器时需要考虑的另一个要点。由于铍对轻元素分析谱线的强吸收，使得其探测效率很低，如图4-20所示，采用25μm的铍窗，将很难测定Na等轻元素。故为分析轻元素，当然希望铍窗越薄越好。但过薄的铍窗厚度其使用寿命也会受到影响。因此选择铍窗厚度时，应根据拟分析的对象，确定合适铍窗厚度的探测器，如果没有实际需求，过分追求薄的铍窗是没有必要的。

此外，对常规X射线荧光分析而言，通常的探测器厚度已满足需求，如果需要分析重元素的K系谱线或高能粒子，探测器厚度也是需要重视的一个环节。探测器厚度越大，越有利于分析高能粒子或高能射线。

在选购一台能量探测器时，一方面要考虑探测器的分辨率，另一方面还需要考虑是将主元素测定作为分析重点，以寻求尽可能宽的浓度测定范围，还是寻求好的分辨率而偏重于微量元素分析，综合与折中大概是通常的选择。

总之，在选择探测器时，应根据拟分析对象，综合考虑分辨率、线性响应范围、铍窗厚度、探测器厚度及有效探测面积，权衡主、次、痕量元素分析范围，有所侧重，以达到有效满足多数分析项目的目的。