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PMT的特性是标志光电转换作用的某些特性,一般最重要的有三方面的参数,即灵敏度、光谱特性曲线和暗电流。 光电倍增管的灵敏度有两种,一种是阴极灵敏度,另一种是阳极灵敏度。阴极灵敏度是指单位光辐射在光阴极上产生光电流的大小,它是由所用光阴极材料决定的。阳极灵敏度是指光电倍增管在一定外加电压作用下单位光辐射产生的阳极输出电流。阳极灵敏度是随着外加电压大小而改变的。这两种灵敏度是选用PMT的重要参数 由PMT所用的阴极及窗口所用的材料所决定PMT对于不同波长的光的灵敏度也是不一样的。表示PMT的灵敏度随波长而改变的曲线就叫做光谱特性曲线。图中是常用的1P28型光电倍增管的光谱特性曲线。这种PMT的光阳极材料是锑和铯的化合物。由图可以看出在340nm处有最大的灵敏度。各种型号的PMT的特性曲线可以在它们的说明书上找到。 暗电流是指在有光射在光阳极上时光电倍增管的输出电流。暗电流的产生是由光阴极表面的热电子发射及电极之间的所加电压而产生的漏电流。因此,降低温度及降压都能降低暗电流。光电倍增管的暗电流越小,质量越好。
我们做化学发光的仪器检测部分都是用光电倍增管来检测我们化学反应所发出的微弱的光信号,我在这里给大家介绍一下光电倍增管的一些参数,仅供大家参考。介绍 今天我们使用的光电器件中,光电倍增管(PMT)是一种具有极高灵敏度和超快时间响应的光探测器件。典型的光电倍增管如图1所示,在真空管中,包括光电发射阴极(光阴极)和聚焦电极、电子倍增极和电子收集极(阳极)的器件。 当光照射光阴极,光阴极向真空中激发出光电子。这些光电子按聚焦极电场进入倍增系统,通过进一步的二次发射得到倍增放大。放大后的电子被阳极收集作为信号输出。 因为采用了二次发射倍增系统,光电倍增管在可以探测到紫外、可见和近红外区的辐射能量的光电探测器件中具有极高的灵敏度和极低的噪声。光电倍增管还有快速响应、低本底、大面积阴极等特点。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2006/09/200609141722_26797_1636364_3.jpg[/img]下面将讲解光电倍增管结构的主要特点和基本使用特性。 结构 一般,端窗型(Head-on)和侧窗型(Side-on)结构的光电倍增管都有一个光阴极。侧窗型的光电倍增管,从玻璃壳的侧面接收入射光,而端窗型光电倍增管是从玻璃壳的顶部接收入射光。通常情况下,侧窗型光电倍增管价格较便宜,并在分光光度计和通常的光度测定方面有广泛的使用。大部分的侧窗型光电倍增管使用了不透明光阴极(反射式光阴极)和环形聚焦型电子倍增极结构,这使其在较低的工作电压下具有较高的灵敏度。 端窗型(也称作顶窗型)光电倍增管在其入射窗的内表面上沉积了半透明光阴极(透过式光阴极),使其具有优于侧窗型的均匀性。端窗型光电倍增管的特点还包括它拥有从几十平方毫米到几百平方厘米的光阴极。 端窗型光电倍增管中还有针对高能物理实验用的,可以广角度捕集入射光的大尺寸半球形光窗的光电倍增管。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2006/09/200609141724_26798_1636364_3.jpg[/img]电子倍增系统 光电倍增管的优异的灵敏度(高电流放大和高信噪比)得益于基于多个排列的二次电子发射系统的使用,它使电子低噪声的条件下得到倍增。电子倍增系统包括从8至19极的被叫做打拿极或倍增极的电极。 现在使用的电子倍增系统主要有以下几类:1) 环形聚焦型 环形聚焦型结构主要应用于侧窗型光电倍增管。其主要特点为紧凑的结构和快速时间响应特性。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2006/09/200609141725_26799_1636364_3.jpg[/img]2) 盒栅型[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2006/09/200609141726_26800_1636364_3.jpg[/img]这种结构包括了一系列的四分之一圆柱形的倍增极,并因其相对简单的倍增极结构和一致性的改良而被广泛地应用于端窗型光电倍增管,但在一些应用中,其时间响应可能略显缓慢。 3) 直线聚焦型[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2006/09/200609141727_26801_1636364_3.jpg[/img]直线聚焦型因其极快的时间响应而被广泛地应用于要求时间分辨和线性脉冲研究用的端窗型光电倍增管中。 4) 百叶窗型[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2006/09/200609141728_26802_1636364_3.jpg[/img]百叶窗型结构因倍增极可以较大而被用于大阴极的光电倍增管中,其一致性较好,可以有大的脉冲输出电流。这种结构多用于不太要求时间响应的场合。 5) 细网型 细网型结构拥有封闭的精密组合的网状倍增极,而使其具有极强的抗磁性、一致性和脉冲线性输出特性。另外,当使用交叠阳极或多阳极结构输出情况下,还具有位置灵敏特性。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2006/09/200609141729_26803_1636364_3.jpg[/img]6) 微通道板(MCP)型[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2006/09/200609141729_26804_1636364_3.jpg[/img]MCP是上百万的微小玻璃管(通道)彼此平行地集成为薄形盘片状而形成。每个通道都是一个独立的电子倍增器。MCP比任何分离电极倍增极结构具有超快的时间响应,并且当采用多阳极输出结构时,在磁场中仍具有良好的一致性和二维探测能力。 7) 金属通道型 金属通道型拥有滨松公司独有的机械加工技术创造的紧凑阳极结构,各个倍增极之间狭窄的通道空间,使其比任何常规结构的光电倍增管可以达到更快的时间响应速度。并可适用于位置灵敏探测。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2006/09/200609141730_26805_1636364_3.jpg[/img]此外,上述结构中两种结构相混合也是可能的。混合的倍增极可以发挥各自的优势。
电倍增管的基本特性 外光电效应所释放的电子打在物体上能释放出更多的电子的现象称为二次电子倍增。光电倍增管就是根据二次电子倍增现象制造的。它由一个光阴极、多个打拿极和一个阳极所组成,见图,每一个电极保持比前一个电极高得多的电压(如100V)。当入射光照射到光阴极而释放出电子时,电子在高真空中被电场加速,打到第一打拿极上。一个入射电子的能量给予打拿极中的多个电子,从而每一个入射电子平均使打拿极表面发射几个电子。二次发射的电子又被加速打到第二打拿极上,电子数目再度被二次发射过程倍增,如此逐级进一步倍增,直到电子聚集到管子阳极为止。通常光电倍增管约有十二个打拿极,电子放大系数(或称增益)可达108,特别适合于对微弱光强的测量,普遍为光电直读光谱仪所采用。光电倍增管的窗口可分为侧窗式和端窗式两种.1) 灵敏度和工作光谱区光电倍增管的灵敏度和工作光谱区主要取决于光电倍增管阴极和打拿极的光电发射材料。当入射到阴极表面的光子能量足以使电子脱离该表面时才发生电子的光电发射,即1/2mv2=h(-ф,( h(为光子能量,ф为电子的表面功函数,1/2mv2为电子动能)。当h(ф时,不会有表面光电发射,而当h(=ф时,才有可能发生光电发射,这时所对应的光的波长λ=C/(称为这种材料表面的阈波长。随着入射光子波长的减小,产生光电子发射的效率将增大,但光电倍增管窗材料对光的吸收也随之增大。显然,光电倍增管的短波响应的极限主要取决于窗材料,而长波响应的极限主要取决于阴极和打拿极材料的性能。一般用于可见-红外光谱区的光电倍增管用玻璃窗,而用于紫外光谱区的用石英窗。光阴极一般选用表面功函数低的碱金属材料,如红外谱区选用银-氧-铯阴极,可见光谱区用锑-铯阴极或铋-银-氧-铯阴极,而紫外谱区则采用多碱光电阴极或梯-碲阴极。光电倍增管的灵敏度S是指在1lm的光通量照射下所输出的光电流强度,即S=i/F,单位为μA/lm。显然,灵敏度随入射光的波长而变化,这种灵敏度称为光谱灵敏度,而描述光谱灵敏度随波长而变化的曲线称为光谱响应曲线(见右图),由此可确定光电倍增管的工作光谱区和最灵敏波长。例如我们常用的R427光电倍增管,其曲线偏码为250S,光谱响应范围为160-320nm,峰值波长200nm,光阴极材料Cs-Te,窗口材料为熔炼石英,典型电流放大率3.3×106。2) 暗电流与线性响应范围光电倍增管在全暗条件下工作时,阳极所收集到的电流称为暗电流。对某种波长的入射光,光电倍增管输出的光电流为: i= KIi+i0 ,式中,Ii对应于产生光电流i的入射光强度,k为比例系数,i0为暗电流。由此可见,在一定的范围内,光电流与入射光强度呈线性关系,即为光电倍增管的线性响应范围。当入射光强度过大时,输出的光电流随光强的增大而趋向于饱和(见右图)。线性响应范围的大小与光阴极的材料有关。暗电流的来源主要是由于极间的欧姆漏阻、阴极或其他部件的热电子发射以及残余气体的离子发射、场致发射和玻璃闪烁等引起。当光电倍增管在很低电压下工作时,玻璃芯柱和管座绝缘不良引起的欧姆漏阻是暗电流的主要成分,暗电流随工作电压的升高成正比增加;当工作电压较高时,暗电流主要来源于热电子发射,由于光电阴极和倍增极材料的电子溢出功很低,甚至在室温也可能有热电子发射,这种热电子发射随电压升高暗电流成指数倍增;当工作电压较高时,光电倍增管内的残余气体可被光电离,产生带正电荷的分子离子,当与阴极或打拿极碰撞时可产生二次电子,引起很大的输出噪声脉冲,另外高压时在强电场作用下也可产生场致发射电子引起噪声,另外当电子偏离正常轨迹打到玻壳上会出现闪烁现象引起暗电流脉冲,这一些暗电流均随工作电压升高而急剧增加,使光电倍增管工作不稳定,因此为了减少暗电流,对光电倍增管的最高工作电压均加以限制。3) 噪声和信噪比在入射光强度不变的情况下,暗电流和信号电流两者的统计起伏叫做噪声。这是由光子和电子的量子性质而带来的统计起伏以及负载电阻在光电流经过时其电子的热骚动引起的。输出光电流强度与噪声电流强度之比值,称为信噪比。显然,降低噪声,提高信噪比,将能检测到更微弱的入射光强度,从而大大有利于降低相应元素的检出限。4) 工作电压和工作温度光电倍增管的工作电压对光电流的强度有很大的影响,尤其是光阴极与第一打拿极间的电压差对增益(放大倍数)、噪声的影响更大。因此,要求电压的波动不得超过0.05%,应采用高性能的稳压电源供电,但工作电压不许超过最大值(一般为-900v-1000v),否则会引起自发放电而损坏管子,工作环境要求恒温和低温,以减小噪声。5) 疲劳和老化在入射光强度过大或照射时间过长时,光电倍增管会出现光电流衰减、灵敏度骤降的疲劳现象,这是由于过大的光电流使电极升温而使光电发射材料蒸发过多所引起。在停歇一段时间后还可全部或部分得到恢复。光电倍增管由于疲劳效应而灵敏度逐步下降,称为老化,最后不能工作而损坏。过强的入射光会加速光电倍增管的老化损坏,因此,不能在工作状态下(光电倍增管加上高压时)打开光电直读光谱仪的外罩,在日光照射下,光电倍增管很快便损坏。光电测量原理光电检测的原理一般是通过光电接受元件将待测谱线的光强转换为光电流,而光电流由积分电容累积,其电压与入射光的光强成正比,测量积分电容器上的电压,便获得相应的谱线强度的信息。不同的仪器其检测装置具有不同的类型,但其测量原理是一样的。其光电检测系统主要有以下四个部分组成:1.光电转换装置,2.积分放大电路及其开关逻辑检测,3.A/D转换电路,4.计算机系统。