专利名称:高性能空心阴极灯的制作方法
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、可在各种原子吸收分光光度计上直接使用。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.V.Gelder［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。但是上述高强度空心阴极放电灯的特点均利用了两个分开的放电过程。其中之一是空心阴极放电，靠溅射作用从空心阴极内壁产生原子蒸气，并使负辉区的部分原子蒸气激发。另一放电过程是低压大电流放电，使已溅射出的原子进一步被激发。
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分光光度计或原子荧光分光光度计的设计带来很大的不便。由于需要提供三种供电电源，使原子吸收分光光度计或原子荧光分光光度计的体积增大，成本增高。而且灯本身的损耗大、寿命短，并且均不能直接用于现有的各种原子吸收分光光度计或原子荧光分光光度计上。
R.M.Lowe(Spectrochimica Acta，26B，201－205，1971)提出了Lowe型高强度空心阴极放电灯。该高强度空心阴极放电灯包括一个灯壳和一个两端开口的空心圆柱形空心阴极作为主阴极，在主阴极的上下各安装带有中心孔的平面屏蔽板，一个圆盘状阳极作为公共阳极安放在主阴极的下方，使公共阳极正对着作为主阴极的空心阴极圆柱体的一端开口，涂有易发射电子氧化物涂层的热丝阴极作为辅助阴极安装在公共阳极与主阴极的一侧并与主阴极平行。辅助阴极上安装一个屏蔽管，在屏蔽管向着主阴极一侧的上部接近顶端处开一个孔。在主阴极上下各安装一个带中心孔的屏蔽板的作用是引导放电从辅助阴极通过主阴极的中心部分到达公共阳极。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丝阴极作为辅助阴极，所以仍需要设置三种供电电源，同样给制造、使用及使用这种灯的原子吸收分光光度计或原子荧光分光光度计的设计带来很大不便。同样，由于有三种供电电源使原子吸收分光光度计或原子荧光分光光度计的体积增大、成本高，灯本身的损耗快、寿命短。同样，也不能直接用于现有的各种原子吸收分光光度计及原子荧光分光光度计上。
本发明的目的是提供一种用于原子吸收分光光度计或原子荧光分光光度计的高输出光强的空心阴极光源，可直接用于现有原子吸收分光光度计或原子荧光分光光度计上，而且只用一种电源供电，无须其它辅助电源。
本发明的另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元素的原子蒸气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。
为了把主阴极和公共阳极很好地屏蔽，屏蔽器最好是屏蔽管，屏蔽管可用硬质玻璃、陶瓷、云母片等材料中的任何一种材料构成。
为了将阴极溅射产生原子蒸气的过程和激发过程部分分开，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开口的空心圆柱体。公共阳极为金属棒。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气，并使该元素原子蒸气部分激发。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气，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，本发明的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分光光度计或原子荧光分光光度计上使用。
由于本发明具有以上结构特点，即可分别通过主阴极和辅助阴极外部连线和两个调节电阻相连接，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。
本发明的高性能空心阴极灯与普通空心阴极灯相比有以下优点第一.由于增加了辅助阴极使阴极溅射产生原子蒸气的过程和激发过程部分分开，因此可以得到高输出光强度的原子光谱谱线。
第二.由于通过直接连接或通过调节电阻连接两个阴极外部引线的办法调节灯的放电条件使其处于最佳状态，因此可以得到高质量的原子光谱谱线。谱线的自吸、变宽显著减小，离子光谱谱线也显著减小，甚至几乎消失。光谱干扰小，允许使用通带较宽的单色器。
第三.在原子吸收分光光度计上和原子荧光分光光度计上使用本发明所说的高性能空心阴极灯可显著地改善所测元素的灵敏度、检出限和工作曲线的线性范围，特别是在双光束或塞曼效应原子吸收分光光度计上使用效果更为显著。
第四.在使用普通空心阴极灯时，由于有的元素的最灵敏线波长较短不能利用，不得不利用次灵敏线。本发明所说的高性能空心阴极灯对这样的元素的灵敏线也有足够的强度，可以利用，例如Pb217.0纳米和As189.0纳米等。
第五.本发明的高性能空心阴极灯可以得到高输出光强度的原子光谱谱线，对原子吸收分光光度计的光学和电学系统的设计要求有所降低，使其成本下降，而仪器性能不降低或有所提高。
第六.在原子荧光分光光度计上使用本发明的高性能空心阴极灯后可明显改善其分析性能，而且使用寿命长。
本发明所说的高性能空心阴极灯与上述所提到的高强度空心阴极灯相比具有以下优点第一.由于不采用热丝阴极而采用一端开口的圆柱形空心阴极作为辅助阴极，因此结构简单、易于制做，省去了辅助阴极电源和热丝阴极的加热电源，因而降低了原子吸收分光光度计的设计成本和体积，而输出的光强与Lowe型高强度空心阴极灯相当。
第二.由于本发明的主阴极与辅助阴极共用一个电源，因此本发明的高性能空心阴极灯具有与普通空心阴极灯相同的管脚，可使用相同的供电电源，可直接代替普通空心阴极灯在现行的原子吸收分光光度计上或原子荧光分光光度计上使用，而不改变现行上述仪器的设计。
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1。
图1高性能空心阴极灯的剖面图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、云母等。该屏蔽管一端的开口朝着平面灯窗［4］，而另一端与底座［17］密封连接。屏蔽管［5］内封接一导电金属棒［6］，一般为钨棒，其一端引出灯壳作为公共阳极。屏蔽管的上部有一内径3－－5毫米两端开口的空心圆柱形空心阴极［7］，其全部或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］与在其侧面的引出灯壳外的金属棒［9］相连，即为主阴极。在屏蔽管［5］的一侧设置辅助空心阴极［10］，为内径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，支撑在引出灯壳的钨棒［11］上，即为辅助阴极。辅助阴极的引线［15］和主阴极的引线［16］分别通过调节电阻［12］、［13］或不通过调节电阻［12］.［13］连在一起。调节电阻的大小视不同元素而异，例如镍高性能空心阴极灯调节电阻［12］为500欧姆，调节电阻［13］为零欧。主阴极与辅助阴极也可在灯内相连。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，其放电电流为1－40毫安。
在使用本发明的高性能空心阴极灯时，可直接插在现行原子吸收分光光度计或原子荧光分光光度计的灯座上代替普通空心阴极灯使用。本发明的高性能空心阴极灯既具有普通空心阴极灯使用方便的特点，又具有高强度空心阴极灯可以输出高强度和高光谱质量的原子发射光谱谱线的特点，显著地提高了所测元素的灵敏度、检出限和改善工作曲线的线性范围。本发明的装置也可适于作为线光源的其它用途。
权利要求
1.一种高性能空心阴极灯，有一灯壳，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元素的原子蒸气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，本发明的特征是，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。
2.根据权利要求
1的一种高性能空心阴极灯，其特征是，所说的屏蔽器为一个屏蔽管，屏蔽管由硬质玻璃、陶瓷、云母片等材料中的任何一种材料所制成。
3.根据权利要求
2的一种高性能空心阴极灯，其特征是，作为主阴极的空心阴极为两端开口的空心圆柱形空心阴极。
4.根据权利要求
3的一种高性能空心阴极灯，其特征是，公共阳极为一钨棒，其一端引出灯壳。
5.根据权利要求
4的一种高性能空心阴极灯，其特征是，辅助阴极的［15］和主阴极的引线［16］分别通过调节电阻［12］、［13］连接在一起。
6.根据权利要求
5的一种高性能空心阴极灯，其特征是，所说的作为辅助阴极的空心阴极为一端开口的空心圆柱体。
专利摘要
本实用新型是一种用于原子吸收光谱分析和原子荧光光谱分析的高性能空心阴极灯。该灯包括一个灯壳、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管所屏蔽。本实用新型的优点是结构简单，易于制作，可以直接用于现行仪器上而不改变其结构，又可得到高输出光强度的原子光谱谱线。谱线的自吸、变宽减小，离子线减少，改善了所测定元素的灵敏度、检出限和工作曲线线性范围。
文档编号H01J61/09GK87201859SQ87201859
公开日1987年10月21日 申请日期1987年2月12日
发明者吴廷照, 高英奇, 郑永章 申请人:北京有色金属研究总院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan