Các loại đầu dò (cảm biến) trong kỹ thuật XRF

Quang phổ Huỳnh quang tia X (XRF) là một kỹ thuật phân tích mạnh mẽ được sử dụng rộng rãi để phân tích vật liệu trong các ngành công nghiệp khác nhau. 

Một phần quan trọng của máy quang phổ XRF là đầu dò ( hay còn gọi là cảm biến), đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định hiệu suất của thiết bị, độ nhạy, và sự phù hợp cho các ứng dụng khác nhau. 

Các đầu dò phổ biến hiện nay là Đầu dò tỷ lệ khí, Đầu dò Si-PIN, và Đầu dò trôi silicon (SDD). Mỗi đầu dò này đều có những ưu, nhược điểm riêng, làm cho chúng phù hợp với các ứng dụng cụ thể. Bài viết này đi sâu vào sự khác biệt chính giữa các đầu dò này,

Máy dò tỷ lệ khí (Gas Proportional Detectors)

Nguyên lý hoạt động: Đầu dò tỷ lệ khí sử dụng một buồng chứa đầy khí, nơi tia X đến làm ion hóa các phân tử khí, tạo nên cặp electron-ion. Số lượng các cặp này tỷ lệ thuận với năng lượng của tia X tới, cho phép đầu dò phân biệt giữa các năng lượng tia X khác nhau.

Ưu điểm:

• Hiệu suất: Đầu dò tỷ lệ khí thường rẻ hơn so với các đầu dò rắn khác, giúp trở thành một lựa chọn kinh tế cho nhiều ứng dụng.
• Tốt cho tỷ lệ đếm cao: Những đầu dò này vượt trội trong việc xử lý các thông lượng photon cao mà không có thời gian chết đáng kể, làm cho chúng phù hợp với các ứng dụng cần thông lượng cao.
• Độ bền: Thiết kế đơn giản và mạnh mẽ của máy dò tỷ lệ khí làm cho chúng chắc chắn và bền, Có khả năng chịu được môi trường khắc nghiệt.

Nhược điểm:

• Độ phân giải thấp hơn: Độ phân giải năng lượng của đầu dò tỷ lệ khí thấp hơn so với đầu dò trạng thái rắn, có thể là một nhược điểm khi cần xác định phần tử chính xác.
• Độ nhạy hạn chế: Những đầu dò này ít nhạy cảm hơn với tia X năng lượng thấp, hạn chế hiệu quả của chúng trong các ứng dụng yêu cầu phát hiện các yếu tố nhẹ như Nhôm, Silic, Magie, Photpho, Lưu Huỳnh, …

Đầu dò Si-PIN (Silicon PIN Diode)

Nguyên lý hoạt động: Đầu dò Si-PIN là một loại đầu dò rắn sử dụng diode PIN silicon. Khi tia X tương tác với silicon, chúng tạo ra các cặp lỗ điện tử. Số lượng các cặp này tương ứng với năng lượng của tia X đến, cho phép máy đo xác định các nguyên tố khác nhau.

Ưu điểm:

• Cải thiện độ phân giải: Đầu dò Si-PIN cung cấp độ phân giải năng lượng tốt hơn so với đầu dò tỉ lệ khí, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu nhận dạng phần tử chính xác hơn.
• Kích thước nhỏ gọn: Những đầu dò này nhỏ gọn hơn so với đầu dò tỉ lệ khí, mang lại sự linh hoạt cao hơn trong thiết kế thiết bị.
• Chi phí vừa phải: Đầu dò Si-PIN tạo ra sự cân bằng giữa hiệu suất và chi phí, ít tốn kém hơn SDD nhưng hiệu quả hơn đầu dò tỉ lệ khí.

Nhược điểm:

• Phản hồi chậm hơn: Đầu dò Si-PIN thường có tốc độ xử lý chậm hơn so với SDD, điều này làm hạn chế khả năng đáp ứng trong các ứng dụng yêu cầu tốc độ nhanh, tần suất cao.
• Độ nhạy vừa phải: Mặc dù có độ nhạy cao hơn so với đầu dò tỉ lệ khí, nhưng đầu dò Si-PIN lại kém hơn nhiều so với SDD, đặc biệt đối với các nguyên tố nhẹ như Nhôm, Silic, Magie, Photpho, Lưu Huỳnh, …

Đầu dò trôi silicon (Silicon drift detectors - SDD)

Nguyên lý hoạt động: Đầu dò trôi silicon (SDD) đại diện cho công nghệ phát hiện XRF tiên tiến nhất hiện nay. SDD sử dụng cách sắp xếp điện cực độc đáo cho phép các vật mang điện “trôi” hướng tới cực dương. Thiết kế này giảm thiểu điện dung và cho phép nhanh hơn, Xử lý tín hiệu chính xác hơn.

Ưu điểm:

• Độ phân giải vượt trội: SDD cung cấp độ phân giải năng lượng cao nhất trong số ba loại đầu dò, cho phép khả năng phân tách các đỉnh có khoảng cách gần nhau, giảm rõ rệt sai số phép đo do hiện tượng chồng chập tín hiệu. Điều này rất quan trọng đối với các ứng dụng yêu cầu khả năng cao về nhận dạng phần tử chi tiết và độ chính xác.
• Phản hồi nhanh: SDD có khả năng xử lý tỷ lệ đếm cực cao, hơn 10 lần so với Si-PIN, làm cho chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng thông lượng cao.
• Độ nhạy cực cao: SDD đặc biệt nhạy cảm với tia X năng lượng thấp, điều này rất cần thiết để phát hiện các nguyên tố nhẹ có mức năng lượng thấp như Nhôm, Silic, Magie, Photpho, Lưu Huỳnh, …

Nhược điểm:

• Chi phí cao hơn: Do công nghệ tiên tiến và hiệu suất vượt trội, SDD có chi phí sản xuất cao hơn so với các loại đầu dò X-ray khác.
• Độ nhạy nhiệt độ: Để đạt được hiệu suất tối ưu, SDD thường yêu cầu làm mát để giảm độ nhiễu điện tử, tăng thêm độ phức tạp và chi phí cho hệ thống.

Chọn đầu dò phù hợp cho máy quang phổ XRF

Chọn đầu dò phù hợp cho máy quang phổ XRF phụ thuộc vào nhu cầu ứng dụng cụ thể của bạn. Nếu ngân sách là mối quan tâm hàng đầu và thông lượng cao là điều cần thiết, một máy dò tỷ lệ khí có thể là đủ. 

Đối với các ứng dụng yêu cầu độ phân giải tốt hơn và chi phí vừa phải, một máy dò Si-PIN cung cấp một sự cân bằng tốt. Tuy nhiên, Nếu công việc của bạn yêu cầu độ phân giải cao nhất, phản ứng nhanh nhất, và nhạy cảm với tia X năng lượng thấp, SDD là lựa chọn tốt nhất, mặc dù chi phí cao hơn.

Mỗi loại máy dò cung cấp những lợi thế riêng, Và hiểu được những khác biệt này có thể giúp bạn đưa ra quyết định sáng suốt, đảm bảo rằng máy quang phổ XRF của bạn đáp ứng nhu cầu của các nhiệm vụ phân tích của bạn một cách hiệu quả và hiệu quả. 
 

X-MET8000 Smart là sự lựa chọn thông minh cho việc phân loại nhanh chóng các mác hợp kim. Chuyên dùng để phân tích hợp kim như inox, đồng, kẽm, crom, niken.

Ứng dụng: phân tích thành phần và phân loại các loại inox 201, 304, 316, 430, …

Ưu điểm:

• Thiết bị nhỏ gọn, độ bền cao, phù hợp với khí hậu và môi trường làm việc ở Việt Nam.
• Ống phát tia X-ray hiệu suất cao và đầu dò detector SDD công nghệ tiên tiến nhất hiện nay.
• Dải nguyên tố: Từ Mg đến U, lên đến 36 nguyên tố tùy thuộc vào ứng dụng
• Cơ sở dữ liệu mác (GRADE database) với hơn 350,000 mác hợp kim theo hơn 15 triệu tên gọi khác nhau từ 70 nước và nhiều tiêu chuẩn (DIN/EN, ASTM, AISI, JIS, Gost… )

Liên hệ tư vấn, demo: Phone/ Zalo (24/7) Huy - 0902.903.826