常用的(核数据)谱数据分析处理之计算谱峰的净面积方法

2017-04-19 00:26 阅读 4,969 次 评论 0 条

峰净面积的计算是能谱定量分析的主要内容之一。在峰区内谱曲线和横轴之间所包围的面积称为峰的总面积(AT);本底曲线之下所包围的面积称为本底面积(AB);峰的总面积减去本底面积就是峰的净面积(AN)。峰的净面积和探测器所接收的某种能量的射线的强度成正比。

计算峰净面积的方法有二种:第一种方法称为直接法。在直接法中,首先确定峰区的左、右边界道址mLmR,在mLmR范围内求出谱数据的各道计数和,得到峰的总面积。根据本底分布曲线求出峰区内各道本底的计数和,得到本底面积。由峰总面积减去本底的计数和,得到本底面积。由峰总面积减去本底面积就得到峰的净面积。计算峰净面积的第二种方法是函数拟合法。在拟合法中,通常用一个角解析表达式即谱函数来描述峰区内谱的分布。谱函数可以看成是若干个峰函数和本底函数的叠加。在峰区范围内,用最小二乘法以谱函数拟合谱数据,可以求出峰函数中的各个参数。在峰区范围内计算峰函数的定积分可以求出峰的净面积。

直接法比较简单,运算速度快。在峰的高度比较大,能量分辨率比较高,峰区比较窄的情况下能够得到比较满意的计算精度。但是一般说来,直接法只适于单峰的净面积计算。在重峰区内不能正确地计算出各个组分峰的净面积。函数拟合法的计算过程比较复杂,其优点是计算精度高。在峰高比较小,本底比较大的情况下也能得到比较满意的计算结果。函数拟合法不仅适合于单峰区,也适合于双峰,特别是在重峰区内能够计算出几个相互重叠的组分峰各自的净面积。

 

1.全峰面积法(TPA法)

在全峰面积法中,峰区边界道址选在峰本身的贡献很小而边界道中的计数基本上反映本底计数的地方。当谱的能量分辨率较高、峰区较窄时,一般以通过谱数据中峰区边界点的直线来描述本底的分布。由峰区内谱数据各道的计数和减去梯形本底面积得到峰的净面积。

由于全峰面积法计算区内整个峰的面积,因此当因测量系统的计数率改变而引起峰的形状的改变时或者在整个谱区内各个峰的宽度不同时,都能够得到可靠的计算结果。但是当峰区很宽时,峰区内的本底分布不能用直线模拟,否则将产生比较大的误差。对于Ge(Li)、Si(Li)等探测器来说,由于能量分辨率较高,一般峰区很窄。因此,全峰面积法是Ge(Li)、Si(Li)谱仪中使用最广泛的计算峰净面积的方法。

 

2. Covell法计算峰的净面积

在Covell方法中,峰区的边界道不是选在峰位两侧谱曲线变化的平稳点上,而是选在峰位两侧谱曲线斜率较大的点上。以连接两个边界点的直线描述本底的分布,由峰区的总面积减去本底面积得出峰净面积。设在峰位mp两侧各取N点计算出峰区边界道址。

用Covell方法求得的峰净面积比用全峰面积法计算的峰净面积小。显然,用Covell法计算出的谱光电峰的净面积不等于在探测器内产生光电作用的光子数,但是这个净面积与产生光电作用的光子数成正比。因此,如果谱仪系统在进行效率刻度的时和谱定量分析都同样地采用Covell法计算峰的净面积,仍然可以正确地计算出射线的强度。

Covell方法的优点有二个:第一,由于峰区比较窄,本底分布可以更好地用直线模拟。特别是当峰座落在康谱顿边缘等非直线本底上的情况下,在较窄的峰区宽度内用直线方程模拟本底的分布也能得到较好的计算精度。因此,Covell法不仅适用于由Ge(Li)、Si(Li)等探测器获得的谱中峰净面积的计算,而且也适用于由NaI探测器获得的谱中峰净面积的计算。第二,由于边界道址中的计数、较大,其相对统计涨落较小,因而提高了本底扣除的精度,减小了峰净面积计算的误差。

在Covell方法中,峰边界道的选择对峰净面积计算精度有很大的影响。从理论上说,存在着一个最佳的N值使得峰净面积的相对统计误差最小。当N取得比较大时,Covell法接近全峰面积法。当N取得过小时,计算出的净面积太小,其误差也大。另一方面当多道分析器系统的计数率变化时,常常引起峰的形状发生变化。一般当计数率增高时,能量分辨率将显著变坏,峰展宽,峰高降低。在Covell法中,由于边界道选在峰两侧斜率较大的点上,峰形状的改变将引起净面积数值的变化,使得峰净面积的计算结果与系统的计数率有关。在计数率变化时,峰净面积的计算产生附加的误差。在短半衰期核素的能谱测量中,注意到这一点是很重要的。

总之,Covell法与全峰面积法相比各有优缺点。前者对本底的形状不敏感,适用于不同探测器测得的谱,但易受峰形变化的影响。全峰面积法正好相反,对本底的形状比较敏感,但受峰形变化的影响较小。全峰面积法多用的能量分辨率较高的谱的定量分析中。

 

3.Wason方法计算峰的净面积

Wason方法把全峰面积法和Covell方法结合起来。和全峰面积法一样,以峰两侧的平稳点之间联成一条直线来模拟本底的分布,而峰区的左、右边界道址的选择方法和Covell法相同。
在Wason方法中,峰区内道数较少,因而本底分布的形状对净面积计算的影响较小。又由于本底取得较低,提高了峰净面积和本底面积的比值。和Covell方法一样,在Wason方法中由于峰边界道选在峰两侧斜率较大的点上,峰净面积对峰形的变化很敏感。当由于测量系统的计数率的变化或其它原因引起峰形状有较大的变化时,峰净面积的计算将会产生较大的附加误差。

 

4.Quittner方法计算峰的净面积

在前面讨论的三种计算峰净面积的方法中都是用直线来模拟峰区内本底的分布。在计算叠加在高本底上的弱峰时,这种模拟将产生很大的误差。在Quittner方法中用三次多项式曲线来描述峰区内本底的分布。首先在峰外两侧选取两个平稳的谱段进行二次多项式拟合(图5-1-26中峰两侧的实线)。在这二个似合谱段中选取两个参考点、,其高度分别为、,拟合的二次曲线在参考点处的斜率分别是qLqR。假定峰区内的本底分布符合三次多项式,经过简单的推导可以得出第m道的本底。

在峰的净面积和总面积相比很小的情况下,用Quittner方法计算峰净面积要比Covell法精确。此外,由于用曲线来模拟峰区内本底的分布,可以允许峰区宽度比较大。因而这种方法也可以用于NaI谱中峰净面积的计算。

Quittner方法的主要限制是在峰的两侧必需有较宽的平缓谱段,也就是该峰与邻近峰的距离要比较远。在几个峰之间的距离比较近时,用这种方法计算峰净面积将产生较大的误差。

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