专利名称：一种新的高性能空心阴极灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及原子吸收光谱分析和原子荧光光谱分析用的一种高性能空心阴极放电光源装置。
目前，作为原子吸收光谱分析用的光源主要是封闭型普通空心阴极灯。这种灯以一个阳极和一个空心阴极为基本结构，如美国专利文献US3，264，511和苏联专利文献SU803，047。在密封的硬质玻璃或石英玻璃灯壳内封入一个一端开口的空心圆柱形空心阴极和一个阳极，阴极内径为2-5毫米，其中心线与灯中心线重合，灯内充有压强为300-2000帕的惰性气体，例如氖或氩气。灯的一端正对空心阴极口的位置是一个光学玻璃窗或石英玻璃窗，可以透过相应元素原子共振线辐射。空心阴极全部或部分由待发射原子共振线的元素构成。这种类型灯的阳极和阴极之间放电的结果，由于阴极溅射作用产生原子蒸气，同时也提供产生原子光谱的激发能量，至少使蒸气中部分原子被激发。这种类型灯的优点在于其结构简单、使用方便、可在各种原子吸收光谱仪上直接使用。这种类型灯的主要缺点是放电过程产生的这两种作用不能分开控制。改变放电参数，如放电电流将同时对上述两种作用产生影响。如果不希望因自吸和共振变宽引起谱线宽度增加，就必须限制产生原子蒸气的量到相当小的程度。因此限制了可以应用的放电电流的大小，同时也限制了可以加到原子蒸气上的激发能。其结果是，如果希望得到尖锐的谱线，这种类型灯的输出光强就受到限制。
美国专利文献US3，433，963和US3，517，188曾描述了Sullivan-Walsh型高强度空心阴极放电灯。Z.VanGelder〔Appl.Spectrosc.(22)，581，1968〕对以上高强度灯做了改进，制出了Gelder型高强度空心阴极放电灯。
美国专利文献US4，158，790描述了可更换阴极的高强度空心阴极灯。
上述几种高强度空心阴极放电灯的结构特点是均增加了带有易发射电子氧化物涂层的热丝阴极，以提供低压大电流放电电流。因此，上述几种高强度空心阴极放电灯的主要优点是输出的光强度高，通常比普通空心阴极灯强4-17倍(Sullivan-Walsh型)。其缺点是结构复杂，除主电源外还要另外设置功耗较大的加到辅助阴极的辅助电源和热丝阴极的加热电源，给其制造、使用及使用这种灯的原子吸收光谱仪或原子荧光光谱仪的设计带来很大不便。
R.M.Lowe(SpectrochimicaActa，26B，201-205，1971)提出了Lowe型高强度空心阴极放电灯。该高强度空心阴极灯的优点就在于结构上比上述所有的高强度空心阴极灯相对简单，输出的光强高，通常比普通空心阴极灯强10-100倍，但是，由于仍有一个带有易发射电子氧化物涂层的热阴极作为辅助阴极，所以仍需要设置三种供电电源，热丝阴极需6伏，4安培的交流电源，辅助阴极需130伏，0-150毫安的直流电源，两者耗电约45瓦，同样给制造、使用及使用这种灯的原子吸收光谱仪或原子荧光光谱仪的设计带来很大不便。而灯本身的损耗快、寿命短。
中国实用新型专利申请CN87201859中描述了一种高性能空心阴极灯，这种高性能空心阴极灯，有一个灯壳，在灯壳的一端是底座，在灯壳上相对于底座的另一端装有平面灯窗，在灯壳内装有一个适于产生待发射元素原子共振线的空心阴极作为主阴极，一个公共阳极及一个辅助阴极，作为主阴极的空心阴极是一个两端开口的空心柱体，灯壳内充入惰性气体，所说的作为辅助阴极的空心阴极为一个空心柱体，作为主阴极的空心阴极和公共阳极一起被一个开口在主阴极端的屏蔽器所屏蔽，屏蔽器的开口对着平面灯窗。
由于不采用热丝阴极作为辅助阴极，而是用一个一端开口的空心圆柱形空心阴极作为辅助阴极，因此不需要设置热丝阴极的加热电源和低压大电流的辅助电源。主阴极和辅助阴极公用一个电源，在密封灯壳的内部或外部直接用导线连接或通过调节电阻用导线连接两个阴极的引出端。这样，这种高性能空心阴极灯与普通空心阴极灯一样有两个有效灯脚(1脚负极，3脚正极)，可直接插到商品原子吸收光谱仪或原子荧光光谱仪上使用。这种高阅芸招囊跫凭哂薪峁辜虻ィ褂梅奖悖涑龉馇扛撸紫咦晕〉忍氐恪５牵庵值圃诓煌┑绲缌飨率褂檬保驮诓煌瞧魃鲜褂檬彼枰牡鹘诘缱栌薪洗蟮牟畋稹Ｔ谑褂霉讨锌招囊跫匣鸸ぷ鞯愕谋浠缘频男阅苡薪洗蟮挠跋欤⑶抑饕跫敫ㄖ跫魏我环降姆诺绮晃冉嗷ビ跋煲鸾洗蟮墓馐涑鲈胍簟 本发明的目的就在于对中国实用新型专利CN87201859所描述的高性能空心阴极灯进行改进，使其不需要在灯内设置调节电阻，便于灯的制做，增加使用灯的灵活性，又具备使用方便，结构简单的特点。
本发明的另一个目的是本发明的这种新的高性能空心阴极灯，当一种辅助供电电源装置(该辅助供电电源装置是本发明的同样的发明人发明的，并以“高性能空心阴极灯用辅助供电电源”为题与本申请以同样的申请人同日申请的实用新型专利)与原子吸收光谱仪或原子荧光光谱仪的原有电源配合使用时，可直接用于现有的原子吸收光谱仪上或现有的原子荧光光谱仪上，使其辅助阴极单独供电，由于主电源与辅助供电电源可分别控制，既保持了CN87201859所述高性能空心阴极灯的优点又克服了CN87201859灯内加电阻的缺点，使得本发明的新的高性能空心阴极灯的分析性能显著提高，使它处于最佳状态。
本发明的再一个目的是提供一种用于原子吸收光谱分析或原子荧光光谱分析的能发射高光谱质量的光源，使这种光源发射的谱线显著地减小了自吸和变宽，离子光谱谱线也显著减少。
本发明是一种高性能空心阴极灯，有一个灯壳，在灯壳的一端是底座，在灯壳上相对于底座的另一端装有平面灯窗，在灯壳内装有一个适于产生待发射元素原子共振线的空心阴极作为主阴极，一个公共阳极及一个辅助阴极，作为主阴极的空心阴极是一个两端开口的空心柱体，灯壳内充入惰性气体，所说的作为辅助阴极的空心阴极为一个空心柱体，作为主阴极的空心阴极和公共阳极一起被一个开口在主阴极端的屏蔽器所屏蔽，屏蔽器的开口对着平面灯窗，屏蔽器的另一端有一个孔，由该孔引出公共阳极的导线，为了避免辅助阴极与公共阳极之间的不正常放电，在屏蔽器的上部和下部分别有一个带孔的用于屏蔽的云母片，主阴极的导线和辅助阴极的导线的灯内部分分别由屏蔽管所屏蔽。
为了把主阴极和公共阳极很好的屏蔽，主阴极和公共阳极的屏蔽器最好是屏蔽管，屏蔽管可以用玻璃、陶瓷、石英等材料中的任何材料制成。
主阴极的导线、辅助阴极的导线的屏蔽管，也是由玻璃、陶瓷、石英其中的一种材料制成，主阴极的导线、辅助阴极的导线的屏蔽管的上端紧靠在主阴极、公共阳极的屏蔽器上部的云母片上，其下端紧靠在灯的底座上。主阴极和辅助阴极的屏蔽管可以是一个整体管，亦可以是一个组合管，组合管的上部为一个细管，其下部为粗管，上部的细管恰好插到下部的粗管中。
所说的公共阳极可以是一导线连接的圆板或一个棒上的上部绕上钛丝或一导线连接的底朝上的圆盘或一导线连接的底朝下的圆盘，公共阳极亦可以是一个钨棒。圆板、圆盘一般由金属镍、钛、钽其中的一种材料制成。作为公共阳极的棒的上部绕上钛丝的棒一般由金属镍、钨其中的一种材料制成。
为了将阴极溅射产生原子蒸汽的过程和激发过程分开，将作为主阴极的空心阴极设计成两端开口的空心圆柱体;将作为辅助阴极的空心阴极设计成一端或两端开口的空心圆柱体，也可以是位于主阴极上方与主阴极轴线相同的空心圆筒柱体、阶梯形圆筒柱体、空心圆盘状柱体其中的一种。主阴极与公共阳极之间的放电溅射出构成主阴极材料元素的原子蒸汽，并使该元素原子蒸汽部分激发。作为辅助阴极的空心阴极与公共阳极之间的放电，进一步激发已溅射出来的原子蒸汽，而使输出的光强度显著增加，而自吸、变宽和离子谱线反而减小。
由于本发明不采用热丝阴极作为辅助阴极，而是用一个一端或两端开口的空心圆柱形空心阴极作为辅助阴极或将位于主阴极上方与主阴极轴线相同的空心圆筒柱体、阶梯形圆筒柱体、空心圆盘状柱体其中的一种的空心阴极作为辅助阴极，因此不需要设置热丝阴极的加热电源，主阴极与辅助阴极分别由两电源控制。
本发明的高性能空心阴极灯有三个有效灯脚(1脚负极，3脚正极，5脚为辅助阴极)，与辅助供电电源装置(本发明的同样发明人发明的，并以“高性能空心阴极灯用辅助供电电源”为题与本申请以同样的申请人同日申请实用新型专利)一起使用可直接在商品化原子吸收光谱仪或原子荧光光谱仪上使用。
由于本发明具有以上结构特点，即可分别通过控制主阴极和辅助阴极供电电源装置调节最佳放电参数，使阴极溅射效应相对减小，激发效应显著增加，使激发发光是在低原子密度和高电子及离子密度的条件下进行，这就保证了本发明所说的光源能发射出显著地减小了自吸、变宽和离子谱线的高光谱质量的原子光谱谱线。
本发明的这种新的高性能空心阴极灯的优点就在于一、本发明的新的高性能空心阴极灯除了具有中国实用新型专利申请CN87201859中所描述的高性能空心阴极灯所有的优点外，又避免了其缺点，去掉了灯内设置的电阻，便于灯的制作，使灯的结构简单，使用方便，增加了使用灯的灵活性。
二、由于本发明的新的高性能空心阴极灯与辅助供电电源配合使用，对辅助阴极单独供电，在使用时，避免了主阴极与辅助阴极放电不稳引起的相互影响;由于本发明的新的空心阴极灯可以分别调节其主阴极和辅助阴极的电流，使灯的性能处于最佳状态。辅助阴极分开供电时，如
图1所示，在不同主阴极电流时，辅助阴极与主阴极电流的比值K＝i辅/i主不同，如主阴极电流为3毫安时K＝0.6，5毫安时K＝1.1，7毫安时K＝1.4。因此在CN87201859中描述的高性能空心阴极灯的加电阻方式供电，就不能找到最佳工作点，而本发明的主阴极和辅助阴极分开供电的新的高性能空心阴极灯可以选择最佳的供电参数。
三、本发明的新的高性能空心阴极灯与辅助供电电源装置可直接用于现行的商品化的原子吸收光谱仪或原子荧光光谱仪上，而不改变现行上述仪器的设计。
图1铅灯的输出光的相对强度与辅助阴极供电电流的关系图1中纵坐标为铅灯的输出光的相对强度I，横坐标为辅助阴极供电电流，单位毫安(平均电流)，1为主阴极电流3毫安，2为主阴极电流5毫安，3为主阴极电流7毫安。
图2高性能空心阴极灯的剖面图本发明的高性能空心阴极灯用一种非限定实施例来说明最佳实施方式，将有助于对本发明及其优点的理解。本发明的高性能空心阴极灯的最佳实施例的剖面图见图2。
本发明的高性能空心阴极灯包括一个灯壳〔1〕，由适宜材料制成，如硬质玻璃、石英玻璃、金属等，灯壳可以是筒形或瓶形;石英过渡玻璃封接部分〔2〕;石英玻璃部分〔3〕;平面灯窗〔4〕，平面灯窗的制作材料为石英玻璃或硬质玻璃，使其有效地透过该灯发射的原子光谱谱线，如系长波长的原子光谱谱线，可以用硬质玻璃平面灯窗，此时就可不用石英过渡封接部分〔2〕。还包括一个抽气封管〔14〕，底座〔17〕。在灯壳内部位于灯中心轴线上有一个屏蔽管〔5〕，该屏蔽管由适宜材料制成，例如硬质玻璃、陶瓷材料、石英等。该屏蔽管一端的开口朝着平面灯窗〔4〕，屏蔽管的另一端有一圆孔，由该圆孔引出导线〔6〕，导线〔6〕为钨棒、钼棒其中的一种。屏蔽管〔5〕内封接一导电圆板〔18〕，一般为镍，导电圆板与导线〔6〕相连，并用公共阳极的导线〔6〕引出灯壳作为公共阳极。屏蔽管的上部有一内径3-5毫米的两端开口的空心圆柱形空心阴极〔7〕，其全部和部分用待发射元素原子共振线的元素制成，经钛丝或镍丝等金属丝〔8〕与在侧面的引出灯壳外的主阴极的导线钨金属棒〔9〕相连，即为主阴极。引出灯壳外的主阴极的导线〔9〕在灯内的部分由组合屏蔽管〔13〕所屏蔽，组合屏蔽管〔13〕为瓷管。在屏蔽管〔5〕的一侧设置辅助空心阴极〔10〕，辅助空心阴极〔10〕可以是内径2-5毫米的一端开口的空心圆柱体，该辅助阴极由适宜材料制成，一般用镍、钛等，支撑在引出灯壳的辅助阴极的导线钨棒〔11〕上。引出灯壳的辅助阴极的导线钨棒〔11〕在灯内部分由组合屏蔽管〔20〕所屏蔽。组合屏蔽管〔20〕为瓷管。本发明的新的高性能空心阴极灯通过主阴极引线〔15〕和辅助阴极引线〔16〕、公共阳极引线〔19〕，由现行商品化的原子吸收光谱仪或原子荧光光谱仪的电春透ㄖ┑绲缭醋爸霉┑纭！ 2〕、〔21〕为带有一圆孔的云母片。经抽气封管〔14〕抽真空后在灯壳内充以300-2000帕的惰性气体，如氩或氖气，然后将抽气封管〔14〕封闭。与普通空心阴极灯相同，本发明所说的高性能空心阴极灯适用于大约70种金属元素和半金属元素高性能空心阴极灯的制做。一种元素需要一种灯。主阴极与公共阳极的放电电压视元素不同而异，一般为300-400伏，放电电流从0-40毫安可调。
权利要求
1.一种高性能空心阴极灯，有一个灯壳，在灯壳的一端是底座，在灯壳上相对于底座的另一端装有平面灯窗，在灯壳内装有一个适于产生待发射元素原子共振线的空心阴极作为主阴极，一个公共阳极及一个辅助阴极，作为主阴极的空心阴极是一个两端开口的空心柱体，并在灯壳内充入惰性气体，作为辅助阴极的空心阴极为一个空心柱体，作为主阴极的空心阴极和公共阳极一起被一个开口在主阴极端的屏蔽器所屏蔽，屏蔽器的开口对着平面灯窗，本发明的特征是，屏蔽器的另一端有一个孔，由该孔引出公共阳极的导线，在屏蔽器的上部和下部分别有一个带孔的用于屏蔽的云母片，主阴极的导线和辅助阴极导线的灯内部分别由屏蔽管所屏蔽。
2.根据权利要求1的一种高性能空心阴极灯，其特征是主阴极的导线、辅助阴极的导线的屏蔽管由玻璃、陶瓷、石英其中的一种材料制成。
3.根据权利要求1的一种高性能空心阴极灯，其特征是，公共阳极是一导线连接的圆板、一个棒上的上部绕上钛丝、一导线连接的底朝上的圆盘、一导线连接的底朝下的圆盘其中的一种。
4.根据权利要求3的一种高性能空心阴极灯，其特征是，所说的圆板、圆盘由镍、钛、钽其中的一种材料制成，作为公共阳极的棒上的上部绕上钛丝的棒为镍、钨其中的一种金属制成。
5.根据权利要求1的一种高性能空心阴极灯，其特征是辅助空心阴极为两端开口的空心圆柱体，也可以是位于主阴极上方与主阴极轴线相同的空心圆筒柱体，阶梯形圆筒柱体、空心圆盘状柱体其中的一种。
全文摘要
本发明的高性能空心阴极灯，包括一个灯壳、一个底座、一个平面灯窗、一个主阴极和一个公共阳极及一个辅助阴极。主阴极和公共阳极被屏蔽器屏蔽。在屏蔽器上下部分别有一个带孔的云母片。主阴极、辅助阴极的导线灯内部分由屏蔽管屏蔽。该灯优点是结构简单，与辅助供电电源配合使用，直接用于现行仪器上不改变其结构。辅助阴极单独供电，避免了主阴极与辅助阴极相互影响。分别调节主阴极和辅助阴极的电流，使灯性能处于最佳状态。
文档编号H01J61/64GK1034825SQ88100390
公开日1989年8月16日 申请日期1988年2月5日 优先权日1988年2月5日
发明者高英奇, 吴廷照, 郑永章, 孟昭武 申请人:北京有色金属研究总院