專利名稱:高性能空心陰極燈的制作方法
本發(fā)明涉及原子吸收光譜分析和原子熒光光譜分析用的一種高性能空心陰極放電光源裝置。
目前，作為原子吸收光譜分析用的光源主要是封閉型普通空心陰極燈。這種燈以一個陽極和一個空心陰極為基本結(jié)構(gòu)，如美國專利文獻(xiàn)US3，264，511和蘇聯(lián)專利文獻(xiàn)SU803，047。在密封的硬質(zhì)玻璃或石英玻璃燈殼內(nèi)封入一個一端開口的空心圓柱形空心陰極和一個陽極，陰極內(nèi)徑為2－5毫米，其中心線與燈中心線重合，燈內(nèi)充有壓強為300－－2000帕的惰性氣體，例如氖或氬氣。燈的一端正對空心陰極口的位置是一個光學(xué)玻璃窗或石英玻璃窗，可以透過相應(yīng)元素原子共振線輻射?？招年帢O全部或部分由待發(fā)射原子共振線的元素構(gòu)成。這種類型燈的陽極和陰極之間放電的結(jié)果，由于陰極濺射作用產(chǎn)生原子蒸氣，同時也提供產(chǎn)生原子光譜的激發(fā)能量，至少使蒸氣中部分原子被激發(fā)。這種類型燈的優(yōu)點在于其結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、可在各種原子吸收分光光度計上直接使用。這種類型燈的主要缺點是放電過程產(chǎn)生的這兩種作用不能分開控制。改變放電參數(shù)，如放電電流將同時對上述兩種作用產(chǎn)生影響。如果不希望因自吸和共振變寬引起譜線寬度增加，就必須限制產(chǎn)生原子蒸氣的量到相當(dāng)小的程度。因此限制了可以應(yīng)用的放電電流的大小，同時也限制了可以加到原子蒸氣上的激發(fā)能。其結(jié)果是，如果希望得到尖銳的譜線，這種類型燈的輸出光強就受到限制。
美國專利文獻(xiàn)US3，433，963和US3，517，188曾描述了Sullivan--Walsh型高強度空心陰極放電燈。Z.V.Gelder［Appl.Spectrosc.(22)，581，1968］對以上高強度燈做了改進(jìn)，制出了Gelder型高強度空心陰極放電燈。
美國專利文獻(xiàn)US4，158，790描述了可更換陰極的高強度空心陰極燈。但是上述高強度空心陰極放電燈的特點均利用了兩個分開的放電過程。其中之一是空心陰極放電，靠濺射作用從空心陰極內(nèi)壁產(chǎn)生原子蒸氣，并使負(fù)輝區(qū)的部分原子蒸氣激發(fā)。另一放電過程是低壓大電流放電，使已濺射出的原子進(jìn)一步被激發(fā)。
上述幾種高強度空心陰極放電燈的結(jié)構(gòu)特點是均增加了帶有易發(fā)射電子氧化物涂層的熱絲陰極，以提供低壓大電流放電電流。因此，上述幾種高強度空心陰極放電燈的主要優(yōu)點是輸出的光強度高，通常比普通空心陰極燈強4－17倍(Sullivan-Walsh型)。其缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，除主電源外還要另外設(shè)置加到輔助陰極的輔助電源和熱絲陰極的加熱電源，給其制造、使用及使用這種燈的原子吸收分光光度計或原子熒光分光光度計的設(shè)計帶來很大的不便。由于需要提供三種供電電源，使原子吸收分光光度計或原子熒光分光光度計的體積增大，成本增高。而且燈本身的損耗大、壽命短，并且均不能直接用于現(xiàn)有的各種原子吸收分光光度計或原子熒光分光光度計上。
R.M.Lowe(Spectrochimica Acta，26B，201－205，1971)提出了Lowe型高強度空心陰極放電燈。該高強度空心陰極放電燈包括一個燈殼和一個兩端開口的空心圓柱形空心陰極作為主陰極，在主陰極的上下各安裝帶有中心孔的平面屏蔽板，一個圓盤狀陽極作為公共陽極安放在主陰極的下方，使公共陽極正對著作為主陰極的空心陰極圓柱體的一端開口，涂有易發(fā)射電子氧化物涂層的熱絲陰極作為輔助陰極安裝在公共陽極與主陰極的一側(cè)并與主陰極平行。輔助陰極上安裝一個屏蔽管，在屏蔽管向著主陰極一側(cè)的上部接近頂端處開一個孔。在主陰極上下各安裝一個帶中心孔的屏蔽板的作用是引導(dǎo)放電從輔助陰極通過主陰極的中心部分到達(dá)公共陽極。該高強度空心陰極燈的優(yōu)點就在于結(jié)構(gòu)上比上述所有的高強度空心陰極燈相對簡單，輸出的光強高，通常比普通空心陰極燈強10－100倍，但是，由于仍有一個帶有易發(fā)射電子氧化物涂層的熱絲陰極作為輔助陰極，所以仍需要設(shè)置三種供電電源，同樣給制造、使用及使用這種燈的原子吸收分光光度計或原子熒光分光光度計的設(shè)計帶來很大不便。同樣，由于有三種供電電源使原子吸收分光光度計或原子熒光分光光度計的體積增大、成本高，燈本身的損耗快、壽命短。同樣，也不能直接用于現(xiàn)有的各種原子吸收分光光度計及原子熒光分光光度計上。
本發(fā)明的目的是提供一種用于原子吸收分光光度計或原子熒光分光光度計的高輸出光強的空心陰極光源，可直接用于現(xiàn)有原子吸收分光光度計或原子熒光分光光度計上，而且只用一種電源供電，無須其它輔助電源。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于原子吸收光譜分析或原子熒光光譜分析的能發(fā)射高光譜質(zhì)量的光源，使這種光源發(fā)射的譜線顯著地減小了自吸和變寬，離子光譜譜線也顯著減少。
本發(fā)明是一種高性能空心陰極燈，有一個燈殼，在燈殼的一端是底座，在燈殼上相對于底座的另一端裝有平面燈窗，在燈殼內(nèi)裝有一個適于產(chǎn)生待發(fā)射元素原子共振線的元素的原子蒸氣的空心陰極作為主陰極，一個公共陽極及一個輔助陰極，作為主陰極的空心陰極是一個兩端開口的空心柱體，燈殼內(nèi)充入惰性氣體，所說的作為輔助陰極的空心陰極為一個空心柱體，作為主陰極的空心陰極和公共陽極一起被一個開口在主陰極端的屏蔽器所屏蔽，屏蔽器的開口對著平面燈窗。
為了把主陰極和公共陽極很好地屏蔽，屏蔽器最好是屏蔽管，屏蔽管可用硬質(zhì)玻璃、陶瓷、云母片等材料中的任何一種材料構(gòu)成。
為了將陰極濺射產(chǎn)生原子蒸氣的過程和激發(fā)過程部分分開，將作為主陰極的空心陰極設(shè)計成兩端開口的空心圓柱體；將作為輔助陰極的空心陰極設(shè)計成一端開口的空心圓柱體。公共陽極為金屬棒。主陰極與公共陽極之間的放電濺射出構(gòu)成主陰極材料元素的原子蒸氣，并使該元素原子蒸氣部分激發(fā)。作為輔助陰極的空心陰極與公共陽極之間的放電，進(jìn)一步激發(fā)已濺射出來的原子蒸氣，而使輸出的光強度顯著增加，而自吸、變寬和離子譜線反而減小。
由于本發(fā)明不采用熱絲陰極作為輔助陰極，而是用一個一端開口的空心圓柱形空心陰極作為輔助陰極，因此不需要設(shè)置熱絲陰極的加熱電源和低壓大電流的輔助電源。主陰極和輔助陰極公用一個電源，在密封燈殼的內(nèi)部或外部直接用導(dǎo)線連接或通過調(diào)節(jié)電阻用導(dǎo)線連接兩個陰極的引出端。這樣，本發(fā)明的高性能空心陰極燈與普通空心陰極燈一樣有兩個有效燈腳(1腳負(fù)極，3腳正極)，可直接插到商品原子吸收分光光度計或原子熒光分光光度計上使用。
由于本發(fā)明具有以上結(jié)構(gòu)特點，即可分別通過主陰極和輔助陰極外部連線和兩個調(diào)節(jié)電阻相連接，調(diào)節(jié)最佳放電參數(shù)，使陰極濺射效應(yīng)相對減小，激發(fā)效應(yīng)顯著增加，使激發(fā)發(fā)光是在低原子密度和高電子及離子密度的條件下進(jìn)行，這就保證了本發(fā)明所說的光源能發(fā)射出顯著地減小了自吸、變寬和離子譜線的高光譜質(zhì)量的原子光譜譜線。
本發(fā)明的高性能空心陰極燈與普通空心陰極燈相比有以下優(yōu)點第一.由于增加了輔助陰極使陰極濺射產(chǎn)生原子蒸氣的過程和激發(fā)過程部分分開，因此可以得到高輸出光強度的原子光譜譜線。
第二.由于通過直接連接或通過調(diào)節(jié)電阻連接兩個陰極外部引線的辦法調(diào)節(jié)燈的放電條件使其處于最佳狀態(tài)，因此可以得到高質(zhì)量的原子光譜譜線。譜線的自吸、變寬顯著減小，離子光譜譜線也顯著減小，甚至幾乎消失。光譜干擾小，允許使用通帶較寬的單色器。
第三.在原子吸收分光光度計上和原子熒光分光光度計上使用本發(fā)明所說的高性能空心陰極燈可顯著地改善所測元素的靈敏度、檢出限和工作曲線的線性范圍，特別是在雙光束或塞曼效應(yīng)原子吸收分光光度計上使用效果更為顯著。
第四.在使用普通空心陰極燈時，由于有的元素的最靈敏線波長較短不能利用，不得不利用次靈敏線。本發(fā)明所說的高性能空心陰極燈對這樣的元素的靈敏線也有足夠的強度，可以利用，例如Pb217.0納米和As189.0納米等。
第五.本發(fā)明的高性能空心陰極燈可以得到高輸出光強度的原子光譜譜線，對原子吸收分光光度計的光學(xué)和電學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計要求有所降低，使其成本下降，而儀器性能不降低或有所提高。
第六.在原子熒光分光光度計上使用本發(fā)明的高性能空心陰極燈后可明顯改善其分析性能，而且使用壽命長。
本發(fā)明所說的高性能空心陰極燈與上述所提到的高強度空心陰極燈相比具有以下優(yōu)點第一.由于不采用熱絲陰極而采用一端開口的圓柱形空心陰極作為輔助陰極，因此結(jié)構(gòu)簡單、易于制做，省去了輔助陰極電源和熱絲陰極的加熱電源，因而降低了原子吸收分光光度計的設(shè)計成本和體積，而輸出的光強與Lowe型高強度空心陰極燈相當(dāng)。
第二.由于本發(fā)明的主陰極與輔助陰極共用一個電源，因此本發(fā)明的高性能空心陰極燈具有與普通空心陰極燈相同的管腳，可使用相同的供電電源，可直接代替普通空心陰極燈在現(xiàn)行的原子吸收分光光度計上或原子熒光分光光度計上使用，而不改變現(xiàn)行上述儀器的設(shè)計。
本發(fā)明的高性能空心陰極燈用一種非限定實施例來說明最佳實施方式，將有助于對本發(fā)明及其優(yōu)點的理解。本發(fā)明的高性能空心陰極燈的最佳實施例的剖面圖見圖1。
圖1高性能空心陰極燈的剖面圖本發(fā)明的高性能空心陰極燈包括一個燈殼［1］，由適宜材料制成，如硬質(zhì)玻璃、石英玻璃、金屬等，燈殼可以是筒形或瓶形；石英過渡玻璃封接部分［2］；石英玻璃部分［3］；平面燈窗［4］，平面燈窗的制作材料為石英玻璃或硬質(zhì)玻璃，使其有效地透過該燈發(fā)射的原子光譜譜線，如系長波長的原子光譜譜線，可以用硬質(zhì)玻璃平面燈窗，此時就可不用石英過渡封接部分［2］。還包括一個抽氣封管［14］，底座［17］。在燈殼內(nèi)部位于燈中心軸線上有一個屏蔽管［5］，該屏蔽管由適宜材料制成，例如硬質(zhì)玻璃、陶瓷材料、云母等。該屏蔽管一端的開口朝著平面燈窗［4］，而另一端與底座［17］密封連接。屏蔽管［5］內(nèi)封接一導(dǎo)電金屬棒［6］，一般為鎢棒，其一端引出燈殼作為公共陽極。屏蔽管的上部有一內(nèi)徑3－－5毫米兩端開口的空心圓柱形空心陰極［7］，其全部或部分用待發(fā)射元素原子共振線的元素制成，經(jīng)鈦絲或鎳絲等金屬絲［8］與在其側(cè)面的引出燈殼外的金屬棒［9］相連，即為主陰極。在屏蔽管［5］的一側(cè)設(shè)置輔助空心陰極［10］，為內(nèi)徑2－5毫米的一端開口的空心圓柱體。該輔助陰極由適宜材料制成，一般用鎳，支撐在引出燈殼的鎢棒［11］上，即為輔助陰極。輔助陰極的引線［15］和主陰極的引線［16］分別通過調(diào)節(jié)電阻［12］、［13］或不通過調(diào)節(jié)電阻［12］.［13］連在一起。調(diào)節(jié)電阻的大小視不同元素而異，例如鎳高性能空心陰極燈調(diào)節(jié)電阻［12］為500歐姆，調(diào)節(jié)電阻［13］為零歐。主陰極與輔助陰極也可在燈內(nèi)相連。經(jīng)抽氣封管［14］抽真空后在燈殼內(nèi)充以300－2000帕的惰性氣體，如氬或氖氣，然后將抽氣封管［14］封閉。與普通空心陰極燈相同，本發(fā)明所說的高性能空心陰極燈適用于大約70種金屬元素和半金屬元素高性能空心陰極燈的制做。一種元素需要一種燈。主陰極與公共陽極的放電電壓視元素不同而異，一般為300－400伏，其放電電流為1－40毫安。
在使用本發(fā)明的高性能空心陰極燈時，可直接插在現(xiàn)行原子吸收分光光度計或原子熒光分光光度計的燈座上代替普通空心陰極燈使用。本發(fā)明的高性能空心陰極燈既具有普通空心陰極燈使用方便的特點，又具有高強度空心陰極燈可以輸出高強度和高光譜質(zhì)量的原子發(fā)射光譜譜線的特點，顯著地提高了所測元素的靈敏度、檢出限和改善工作曲線的線性范圍。本發(fā)明的裝置也可適于作為線光源的其它用途。
權(quán)利要求
1.一種高性能空心陰極燈，有一燈殼，在燈殼的一端是底座，在燈殼上相對于底座的另一端裝有平面燈窗，在燈殼內(nèi)裝有一個適于產(chǎn)生待發(fā)射元素原子共振線的元素的原子蒸氣的空心陰極作為主陰極，一個公共陽極及一個輔助陰極，作為主陰極的空心陰極是一個兩端開口的空心柱體，并在燈殼內(nèi)充入惰性氣體，本發(fā)明的特征是，所說的作為輔助陰極的空心陰極為一個空心柱體，作為主陰極的空心陰極和公共陽極一起被一個開口在主陰極端的屏蔽器所屏蔽，屏蔽器的開口對著平面燈窗。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的一種高性能空心陰極燈，其特征是，所說的屏蔽器為一個屏蔽管，屏蔽管由硬質(zhì)玻璃、陶瓷、云母片等材料中的任何一種材料所制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2的一種高性能空心陰極燈，其特征是，作為主陰極的空心陰極為兩端開口的空心圓柱形空心陰極。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3的一種高性能空心陰極燈，其特征是，公共陽極為一鎢棒，其一端引出燈殼。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4的一種高性能空心陰極燈，其特征是，輔助陰極的［15］和主陰極的引線［16］分別通過調(diào)節(jié)電阻［12］、［13］連接在一起。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5的一種高性能空心陰極燈，其特征是，所說的作為輔助陰極的空心陰極為一端開口的空心圓柱體。
專利摘要
本實用新型是一種用于原子吸收光譜分析和原子熒光光譜分析的高性能空心陰極燈。該燈包括一個燈殼、一個底座、一個平面燈窗、一個主陰極和一個公共陽極及一個輔助陰極。主陰極和公共陽極被屏蔽管所屏蔽。本實用新型的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，易于制作，可以直接用于現(xiàn)行儀器上而不改變其結(jié)構(gòu)，又可得到高輸出光強度的原子光譜譜線。譜線的自吸、變寬減小，離子線減少，改善了所測定元素的靈敏度、檢出限和工作曲線線性范圍。
文檔編號H01J61/09GK87201859SQ87201859
公開日1987年10月21日 申請日期1987年2月12日
發(fā)明者吳廷照, 高英奇, 鄭永章 申請人:北京有色金屬研究總院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan