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Siguiendo con la construcción de un espectrómetro de masas me he encontrado con la necesidad de aumentar la sensibilidad del sensor de iones. El actual amplificador de la copa de Faraday tiene montado un amplificador operacional AD549 con una sensibilidad mínima de 60 fentoamperios, y está realimentado con una resistencia de 1Gohm. La detección se realiza mediante una copa directamente, situada detrás de la rejilla de colimación del haz. En estas condiciones detecta con bastante holgura trazas de las especies más abundantes en la composición de la muestra. El reto consiste ahora en aumentar la sensibilidad del sensor varios ordenes de magnitud para poder discernir especies de átomos que se encuentren en proporciones inferiores a 1 ppm (partes por millón).
Para conseguirlo se puede utilizar un electromultiplicador. Para no cargar demasiado el hilo del espectrómetro de masas, que ya es de por si bastante largo, he pensado tratar el desarrollo de este instrumento en un tema a parte.
Un electromultiplicador es un dispositivo que utiliza el efecto de emisión secundaria de electrones para aumentar enormemente una señal proveniente de un haz de iones o de electrones. La construcción física no presenta grandes problemas. Básicamente es un array de dinodos, siendo cada uno de ellos una etapa amplificadora, un sensor de copa de faraday al final, y una serie de resistencias en serie con cada uno de los dinodos, conformando un divisor de tensión.
Un esquema básico sería este...

Este esquema en concreto correspondería a un fotomultiplicador, donde el primer electrón de la cascada proviene de la emisión secundaria de un material fotosensible.
En
esta página se explica en detalle...
Un esquema constructivo de un electromúltiplicador comercial podría ser este...

Corresponde a un Hamamatsu R515 (ver
página web y
datasheet)
El quid de la cuestión, para que exista efecto multiplicador, consiste en que cada dinodo emita más de un electrón secundario por cada electrón incidente. Para que esto ocurra hace falta una energía mínima del electrón incidente, lo que obliga a una diferencia de potencial mínima entre dinodos, y que el material de la superficie emisora del dinodo sea lo más propenso posible a emitir electrones secundarios.
Lo primero se consigue aplicando alta tensión negativa al primer dinodo, que suele ser del orden de entre 2Kv y 4Kv, y repartiendo luego esta tensión entre el array de dinodos mediante resistencias.
Lo segundo se consigue recubriendo el dinodo de un material con una alta
afinidad electrónica. Esta es la parte que complicará el proyecto de construcción del electromultiplicador.
Los dispositivos comerciales suelen utilizar óxido de Berilio en un substrato de cobre (Cu-BeO). Esta opción la veo complicada, tanto por conseguir el óxido de Berilio, como por su manipulación (es altamente tóxico). Otra opción podría ser el óxido de Magnesio (MgO) o de Cesio (CsO). La deposición de estos recubrimientos probablemente será necesario hacerla por sputtering.
Algo más de información que he encontrado sobre emisión secundaria...
http://es.patents.com/Material-making-s ... 216/es-US/http://www.ua.es/es/investigacion/sti/s ... a/sem.htmlDe momento he adaptado una vieja fuente de alta tensión para hacer los experimentos. Es una fuente ajustable entre 0 y 12Kv con una intensidad máxima de unos 2mA.


También estoy construyendo un pequeño electromultiplicador experimental de solo dos dinodos para hacer pruebas.
Cualquier aportación o sugerencia que me podáis hacer sobre el tema me irá de perlas.
Un saludo