專利名稱：一種新的高性能空心陰極燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
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(gè)陽極和一個(gè)空心陰極為基本結(jié)構(gòu)，如美國(guó)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(gè)一端開口的空心圓柱形空心陰極和一個(gè)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(qiáng)為300-2000帕的惰性氣體，例如氖或氬氣。燈的一端正對(duì)空心陰極口的位置是一個(gè)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(shí)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(diǎn)在于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、可在各種原子吸收光譜儀上直接使用。這種類型燈的主要缺點(diǎn)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(shí)對(duì)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(shí)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(qiáng)就受到限制。
美國(guó)專利文獻(xiàn)US3，433，963和US3，517，188曾描述了Sullivan-Walsh型高強(qiáng)度空心陰極放電燈。Z.VanGelder〔Appl.Spectrosc.(22)，581，1968〕對(duì)以上高強(qiáng)度燈做了改進(jìn)，制出了Gelder型高強(qiáng)度空心陰極放電燈。
美國(guó)專利文獻(xiàn)US4，158，790描述了可更換陰極的高強(qiáng)度空心陰極燈。
上述幾種高強(qiáng)度空心陰極放電燈的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(qiáng)度空心陰極放電燈的主要優(yōu)點(diǎn)是輸出的光強(qiáng)度高，通常比普通空心陰極燈強(qiáng)4-17倍(Sullivan-Walsh型)。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，除主電源外還要另外設(shè)置功耗較大的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光譜儀或原子熒光光譜儀的設(shè)計(jì)帶來很大不便。
R.M.Lowe(SpectrochimicaActa，26B，201-205，1971)提出了Lowe型高強(qiáng)度空心陰極放電燈。該高強(qiáng)度空心陰極燈的優(yōu)點(diǎn)就在于結(jié)構(gòu)上比上述所有的高強(qiáng)度空心陰極燈相對(duì)簡(jiǎn)單，輸出的光強(qiáng)高，通常比普通空心陰極燈強(qiáng)10-100倍，但是，由于仍有一個(gè)帶有易發(fā)射電子氧化物涂層的熱陰極作為輔助陰極，所以仍需要設(shè)置三種供電電源，熱絲陰極需6伏，4安培的交流電源，輔助陰極需130伏，0-150毫安的直流電源，兩者耗電約45瓦，同樣給制造、使用及使用這種燈的原子吸收光譜儀或原子熒光光譜儀的設(shè)計(jì)帶來很大不便。而燈本身的損耗快、壽命短。
中國(guó)實(shí)用新型專利申請(qǐng)CN87201859中描述了一種高性能空心陰極燈，這種高性能空心陰極燈，有一個(gè)燈殼，在燈殼的一端是底座，在燈殼上相對(duì)于底座的另一端裝有平面燈窗，在燈殼內(nèi)裝有一個(gè)適于產(chǎn)生待發(fā)射元素原子共振線的空心陰極作為主陰極，一個(gè)公共陽極及一個(gè)輔助陰極，作為主陰極的空心陰極是一個(gè)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(gè)空心柱體，作為主陰極的空心陰極和公共陽極一起被一個(gè)開口在主陰極端的屏蔽器所屏蔽，屏蔽器的開口對(duì)著平面燈窗。
由于不采用熱絲陰極作為輔助陰極，而是用一個(gè)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(gè)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(gè)陰極的引出端。這樣，這種高性能空心陰極燈與普通空心陰極燈一樣有兩個(gè)有效燈腳(1腳負(fù)極，3腳正極)，可直接插到商品原子吸收光譜儀或原子熒光光譜儀上使用。這種高閱蕓招囊跫憑哂薪峁辜虻?，使用藩?jiǎng)?，输除r馇扛擼紫咦暈〉忍氐恪５牽庵值圃誆煌┑緄緦饗率褂檬?，厚W誆煌瞧魃鮮褂檬彼枰牡鶻詰繾櫨薪洗蟮牟畋?。灾o褂霉討鋅招囊跫匣鴯ぷ韉愕謀浠緣頻男閱苡薪洗蟮撓跋歟⑶抑饕跫敫ㄖ跫魏我環(huán)降姆諾綺晃冉嗷ビ跋煲鸞洗蟮墓饈涑鱸胍簟 本發(fā)明的目的就在于對(duì)中國(guó)實(shí)用新型專利CN87201859所描述的高性能空心陰極燈進(jìn)行改進(jìn)，使其不需要在燈內(nèi)設(shè)置調(diào)節(jié)電阻，便于燈的制做，增加使用燈的靈活性，又具備使用方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是本發(fā)明的這種新的高性能空心陰極燈，當(dāng)一種輔助供電電源裝置(該輔助供電電源裝置是本發(fā)明的同樣的發(fā)明人發(fā)明的，并以“高性能空心陰極燈用輔助供電電源”為題與本申請(qǐng)以同樣的申請(qǐng)人同日申請(qǐng)的實(shí)用新型專利)與原子吸收光譜儀或原子熒光光譜儀的原有電源配合使用時(shí)，可直接用于現(xiàn)有的原子吸收光譜儀上或現(xiàn)有的原子熒光光譜儀上，使其輔助陰極單獨(dú)供電，由于主電源與輔助供電電源可分別控制，既保持了CN87201859所述高性能空心陰極燈的優(yōu)點(diǎn)又克服了CN87201859燈內(nèi)加電阻的缺點(diǎn)，使得本發(fā)明的新的高性能空心陰極燈的分析性能顯著提高，使它處于最佳狀態(tài)。
本發(fā)明的再一個(gè)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(gè)燈殼，在燈殼的一端是底座，在燈殼上相對(duì)于底座的另一端裝有平面燈窗，在燈殼內(nèi)裝有一個(gè)適于產(chǎn)生待發(fā)射元素原子共振線的空心陰極作為主陰極，一個(gè)公共陽極及一個(gè)輔助陰極，作為主陰極的空心陰極是一個(gè)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(gè)空心柱體，作為主陰極的空心陰極和公共陽極一起被一個(gè)開口在主陰極端的屏蔽器所屏蔽，屏蔽器的開口對(duì)著平面燈窗，屏蔽器的另一端有一個(gè)孔，由該孔引出公共陽極的導(dǎo)線，為了避免輔助陰極與公共陽極之間的不正常放電，在屏蔽器的上部和下部分別有一個(gè)帶孔的用于屏蔽的云母片，主陰極的導(dǎo)線和輔助陰極的導(dǎo)線的燈內(nèi)部分分別由屏蔽管所屏蔽。
為了把主陰極和公共陽極很好的屏蔽，主陰極和公共陽極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。
主陰極的導(dǎo)線、輔助陰極的導(dǎo)線的屏蔽管，也是由玻璃、陶瓷、石英其中的一種材料制成，主陰極的導(dǎo)線、輔助陰極的導(dǎo)線的屏蔽管的上端緊靠在主陰極、公共陽極的屏蔽器上部的云母片上，其下端緊靠在燈的底座上。主陰極和輔助陰極的屏蔽管可以是一個(gè)整體管，亦可以是一個(gè)組合管，組合管的上部為一個(gè)細(xì)管，其下部為粗管，上部的細(xì)管恰好插到下部的粗管中。
所說的公共陽極可以是一導(dǎo)線連接的圓板或一個(gè)棒上的上部繞上鈦絲或一導(dǎo)線連接的底朝上的圓盤或一導(dǎo)線連接的底朝下的圓盤，公共陽極亦可以是一個(gè)鎢棒。圓板、圓盤一般由金屬鎳、鈦、鉭其中的一種材料制成。作為公共陽極的棒的上部繞上鈦絲的棒一般由金屬鎳、鎢其中的一種材料制成。
為了將陰極濺射產(chǎn)生原子蒸汽的過程和激發(fā)過程分開，將作為主陰極的空心陰極設(shè)計(jì)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(jì)成一端或兩端開口的空心圓柱體，也可以是位于主陰極上方與主陰極軸線相同的空心圓筒柱體、階梯形圓筒柱體、空心圓盤狀柱體其中的一種。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汽，并使該元素原子蒸汽部分激發(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汽，而使輸出的光強(qiáng)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(gè)一端或兩端開口的空心圓柱形空心陰極作為輔助陰極或?qū)⑽挥谥麝帢O上方與主陰極軸線相同的空心圓筒柱體、階梯形圓筒柱體、空心圓盤狀柱體其中的一種的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，主陰極與輔助陰極分別由兩電源控制。
本發(fā)明的高性能空心陰極燈有三個(gè)有效燈腳(1腳負(fù)極，3腳正極，5腳為輔助陰極)，與輔助供電電源裝置(本發(fā)明的同樣發(fā)明人發(fā)明的，并以“高性能空心陰極燈用輔助供電電源”為題與本申請(qǐng)以同樣的申請(qǐng)人同日申請(qǐng)實(shí)用新型專利)一起使用可直接在商品化原子吸收光譜儀或原子熒光光譜儀上使用。
由于本發(fā)明具有以上結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，即可分別通過控制主陰極和輔助陰極供電電源裝置調(diào)節(jié)最佳放電參數(shù)，使陰極濺射效應(yīng)相對(duì)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)明的這種新的高性能空心陰極燈的優(yōu)點(diǎn)就在于一、本發(fā)明的新的高性能空心陰極燈除了具有中國(guó)實(shí)用新型專利申請(qǐng)CN87201859中所描述的高性能空心陰極燈所有的優(yōu)點(diǎn)外，又避免了其缺點(diǎn)，去掉了燈內(nèi)設(shè)置的電阻，便于燈的制作，使燈的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，增加了使用燈的靈活性。
二、由于本發(fā)明的新的高性能空心陰極燈與輔助供電電源配合使用，對(duì)輔助陰極單獨(dú)供電，在使用時(shí)，避免了主陰極與輔助陰極放電不穩(wěn)引起的相互影響;由于本發(fā)明的新的空心陰極燈可以分別調(diào)節(jié)其主陰極和輔助陰極的電流，使燈的性能處于最佳狀態(tài)。輔助陰極分開供電時(shí)，如

圖1所示，在不同主陰極電流時(shí)，輔助陰極與主陰極電流的比值K＝i輔/i主不同，如主陰極電流為3毫安時(shí)K＝0.6，5毫安時(shí)K＝1.1，7毫安時(shí)K＝1.4。因此在CN87201859中描述的高性能空心陰極燈的加電阻方式供電，就不能找到最佳工作點(diǎn)，而本發(fā)明的主陰極和輔助陰極分開供電的新的高性能空心陰極燈可以選擇最佳的供電參數(shù)。
三、本發(fā)明的新的高性能空心陰極燈與輔助供電電源裝置可直接用于現(xiàn)行的商品化的原子吸收光譜儀或原子熒光光譜儀上，而不改變現(xiàn)行上述儀器的設(shè)計(jì)。
圖1鉛燈的輸出光的相對(duì)強(qiáng)度與輔助陰極供電電流的關(guān)系圖1中縱坐標(biāo)為鉛燈的輸出光的相對(duì)強(qiáng)度I，橫坐標(biāo)為輔助陰極供電電流，單位毫安(平均電流)，1為主陰極電流3毫安，2為主陰極電流5毫安，3為主陰極電流7毫安。
圖2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用一種非限定實(shí)施例來說明最佳實(shí)施方式，將有助于對(duì)本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)的理解。本發(fā)明的高性能空心陰極燈的最佳實(shí)施例的剖面圖見圖2。
本發(fā)明的高性能空心陰極燈包括一個(gè)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(zhǎng)波長(zhǎng)的原子光譜譜線，可以用硬質(zhì)玻璃平面燈窗，此時(shí)就可不用石英過渡封接部分〔2〕。還包括一個(gè)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(gè)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、石英等。該屏蔽管一端的開口朝著平面燈窗〔4〕，屏蔽管的另一端有一圓孔，由該圓孔引出導(dǎo)線〔6〕，導(dǎo)線〔6〕為鎢棒、鉬棒其中的一種。屏蔽管〔5〕內(nèi)封接一導(dǎo)電圓板〔18〕，一般為鎳，導(dǎo)電圓板與導(dǎo)線〔6〕相連，并用公共陽極的導(dǎo)線〔6〕引出燈殼作為公共陽極。屏蔽管的上部有一內(nèi)徑3-5毫米的兩端開口的空心圓柱形空心陰極〔7〕，其全部和部分用待發(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〕與在側(cè)面的引出燈殼外的主陰極的導(dǎo)線鎢金屬棒〔9〕相連，即為主陰極。引出燈殼外的主陰極的導(dǎo)線〔9〕在燈內(nèi)的部分由組合屏蔽管〔13〕所屏蔽，組合屏蔽管〔13〕為瓷管。在屏蔽管〔5〕的一側(cè)設(shè)置輔助空心陰極〔10〕，輔助空心陰極〔10〕可以是內(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、鈦等，支撐在引出燈殼的輔助陰極的導(dǎo)線鎢棒〔11〕上。引出燈殼的輔助陰極的導(dǎo)線鎢棒〔11〕在燈內(nèi)部分由組合屏蔽管〔20〕所屏蔽。組合屏蔽管〔20〕為瓷管。本發(fā)明的新的高性能空心陰極燈通過主陰極引線〔15〕和輔助陰極引線〔16〕、公共陽極引線〔19〕，由現(xiàn)行商品化的原子吸收光譜儀或原子熒光光譜儀的電春透ㄖ┑緄繚醋爸霉┑紜！ 2〕、〔21〕為帶有一圓孔的云母片。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，放電電流從0-40毫安可調(diào)。
權(quán)利要求
1.一種高性能空心陰極燈，有一個(gè)燈殼，在燈殼的一端是底座，在燈殼上相對(duì)于底座的另一端裝有平面燈窗，在燈殼內(nèi)裝有一個(gè)適于產(chǎn)生待發(fā)射元素原子共振線的空心陰極作為主陰極，一個(gè)公共陽極及一個(gè)輔助陰極，作為主陰極的空心陰極是一個(gè)兩端開口的空心柱體，并在燈殼內(nèi)充入惰性氣體，作為輔助陰極的空心陰極為一個(gè)空心柱體，作為主陰極的空心陰極和公共陽極一起被一個(gè)開口在主陰極端的屏蔽器所屏蔽，屏蔽器的開口對(duì)著平面燈窗，本發(fā)明的特征是，屏蔽器的另一端有一個(gè)孔，由該孔引出公共陽極的導(dǎo)線，在屏蔽器的上部和下部分別有一個(gè)帶孔的用于屏蔽的云母片，主陰極的導(dǎo)線和輔助陰極導(dǎo)線的燈內(nèi)部分別由屏蔽管所屏蔽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種高性能空心陰極燈，其特征是主陰極的導(dǎo)線、輔助陰極的導(dǎo)線的屏蔽管由玻璃、陶瓷、石英其中的一種材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的一種高性能空心陰極燈，其特征是，公共陽極是一導(dǎo)線連接的圓板、一個(gè)棒上的上部繞上鈦絲、一導(dǎo)線連接的底朝上的圓盤、一導(dǎo)線連接的底朝下的圓盤其中的一種。
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，所說的圓板、圓盤由鎳、鈦、鉭其中的一種材料制成，作為公共陽極的棒上的上部繞上鈦絲的棒為鎳、鎢其中的一種金屬制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的一種高性能空心陰極燈，其特征是輔助空心陰極為兩端開口的空心圓柱體，也可以是位于主陰極上方與主陰極軸線相同的空心圓筒柱體，階梯形圓筒柱體、空心圓盤狀柱體其中的一種。
全文摘要
本發(fā)明的高性能空心陰極燈，包括一個(gè)燈殼、一個(gè)底座、一個(gè)平面燈窗、一個(gè)主陰極和一個(gè)公共陽極及一個(gè)輔助陰極。主陰極和公共陽極被屏蔽器屏蔽。在屏蔽器上下部分別有一個(gè)帶孔的云母片。主陰極、輔助陰極的導(dǎo)線燈內(nèi)部分由屏蔽管屏蔽。該燈優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，與輔助供電電源配合使用，直接用于現(xiàn)行儀器上不改變其結(jié)構(gòu)。輔助陰極單獨(dú)供電，避免了主陰極與輔助陰極相互影響。分別調(diào)節(jié)主陰極和輔助陰極的電流，使燈性能處于最佳狀態(tài)。
文檔編號(hào)H01J61/64GK1034825SQ88100390
公開日1989年8月16日 申請(qǐng)日期1988年2月5日 優(yōu)先權(quán)日1988年2月5日
發(fā)明者高英奇, 吳廷照, 鄭永章, 孟昭武 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院