质子透射能量损失(PTEL)测量气溶胶样品面密度

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２００６年２月

北京师范大学学报（自然科学版）

Ｆｅｂ．２００６

第４２卷第１期

Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ）

Ｖ０ｌＩ ４２ Ｎｏ．１

质子透射能量损失（ＰＴＥＬ）测量气溶胶样品面密度＊

王广甫” 朱光华

（１）北京师范大学分析测试中心；２）北京师范大学低能核物理研究所：１００８７５，北京）

摘要通过用配有小孔光栏的探测器测量能量为２ ＭｅＶ、束斑直径为４ ｒｎｒｌｌ的质子束透过气溶胶样品的能量损失

（ｐｒｏｔｏｎ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ｌｏｓｓｅｓ，ＰＴＥＬ）谱，然后利用代表性的气溶胶元素组分和Ｃ５ Ｈ。【）２Ｎ有机物能量损失靶模型

计算气溶胶对质子的阻止截面．在扣除气溶胶样品ｍｙｌａｒ膜衬底中质子能量损失时，分别采用了质子穿过空白ｍｙｌａｒ膜

能量损失近似法和迭代法．不同模型和近似方法下ＰＴＥＩ 测量和称量结果之间的误差大都在１Ｏ 以内．

关键词气溶胶面密度；质子透射能量损失；能量损失靶模型

分类号ＴＬ ５０３．９２

ＰＩＸＥ因其具有灵敏度高（最小探测限０．１ ｒｉｇ）、

统死时间太大而无法

分析速度快、多元素同时分析能力强和采集滤膜上的 测量和将ＰＩＸＥ管道准

大气颗粒物样品不需要进行化学处理可以直接进行分 直器上小角散射后穿

析等优点，被广泛应用于气溶胶样品的元素成分分析．

透样品进入探测器的

但是，Ｐ１ＸＥ分析对轻元素（Ｚ＜１２）不灵敏，因此Ｐ１ＸＥ 质子切割掉，在探测器

分析不能得到气溶胶样品的总质量．与ＰＩＸＥ分析的

前４ ｍｍ处安装了直径

光栏Ｅｊ金硅 牟探测器

优点相匹配的采样器，如时间序列条纹式采样器和时 为０．４ ｍｍ的光栏．质

间序列步进式采样器采集的样品量少，且按时间序列 子束穿透气溶胶样品

图１ ＰＴＥＬ测量示意

顺序或步进式分布在同一张膜，无法用称量法获取各

后，通过光栏由探测系统记录ＰＴＥＬ谱．分别测量采

时间段内采集的气溶胶总质量［１］．

集了气溶胶的薄膜样品（简称待测样品）和空白膜的

１９９３年前后国外开始采用扫描透射离子显微镜

ＰＴＥＬ谱．如果入射质子束能量为Ｅｏ，穿过空白膜后

（ＳＴＩＭ）测量气溶胶样品总质量［２］．该法用聚焦的

的能量为Ｅｏ ，而穿过待测样品后的质子束能量为Ｅ ．

ＭｅＶ质子微束扫描气溶胶样品，通过测量质子束穿过

对满足ＰＩＸＥ分析的气溶胶样品，可作薄样品处理，近

气溶胶样品的能量损失获得气溶胶的面密度及其分

似认为２种情况下质子在膜中的能量损失相等．这样，

布．因这种测量需要微束及其扫描装置，我国大多离子

待测样品能量损失扣除膜造成的质子能量损失，就是

束实验室没有配备这些装置，因此无法开展测量．

质子穿过气溶胶的能量损失，即

本工作采用在探测器前加小孔径光栏的方法，测

ＡＥｌ一（Ｅｏ—Ｅ１）一（Ｅｏ—Ｅｏ１）一Ｅｏｌ—Ｅ１． （１）

量大束斑的２ ＭｅＶ质子穿透气溶胶样品后的能量损

根据阻止截面定义，有

失，并采用不同能量损失靶模型计算气溶胶对质子的

阻止截面，计算得到的气溶胶样品面密度同称量结果

△Ｅ－＝Ｐ』 －－ＡＥ１ Ｓ（Ｅ）ｄｘ． （２）

进行了比较．

若膜上气溶胶的面密度为Ｄ，采用平均能量近似，有

１ ＰＴＥＬ装置和原理

△Ｅｌ—Ｓ（Ｅｏ－ａＥ，／２）・Ｄ． （３）

通过测量待测样品和空白膜的ＰＴＥＩ 谱，就可以

ＰＴＥＬ的测量是在北京师范大学分析测试中心的

由式（１）计算△Ｅ ，而阻止截面Ｓ可以根据气溶胶元

ＧＩＣ４１１７串列加速器上的质子荧光分析（ＰＩＸＥ）靶室

素组成或其他模型由ＳＲＩＭ软件计算．这样，气溶胶面

进行的＿３］．图１是本工作ＰＴＥＬ测量示意图．串列加速

密度Ｄ可由式（３）计算出来．

器提供的束斑直径４ ｍｍ的２ ＭｅＶ质子束轰击样品，

直径４ ｍｍ的金硅面垒探测器位于样品正后方６７ ｍｍ

２样品测量结果及讨论

处．为避免太强的透射质子束打到探测器，造成探测系

本研究工作中，用于ＰＴＥＬ测量的样品是在北京

＊国家自然科学基金资助项目（１０２７５００６）

收稿Ｅｌ期；２００５—０９—１６