專利名稱：一種新的高性能空心陰極燈的制作方法
技術領域：
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。這種燈以一個陽極和一個空心陰極為基本結構，如美國專利文獻US3，264，511和蘇聯(lián)專利文獻SU803，047。在密封的硬質玻璃或石英玻璃燈殼內封入一個一端開口的空心圓柱形空心陰極和一個陽極，陰極內徑為2-5毫米，其中心線與燈中心線重合，燈內充有壓強為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玻璃窗或石英玻璃窗，可以透過相應元素原子共振線輻射。空心陰極全部或部分由待發(fā)射原子共振線的元素構成。這種類型燈的陽極和陰極之間放電的結果，由于陰極濺射作用產生原子蒸氣，同時也提供產生原子光譜的激發(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)點在于其結構簡單、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是放電過程產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，就必須限制產生原子蒸氣的量到相當小的程度。因此限制了可以應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.VanGelder〔Appl.Spectrosc.(22)，581，1968〕對以上高強度燈做了改進，制出了Gelder型高強度空心陰極放電燈。
美國專利文獻US4，158，790描述了可更換陰極的高強度空心陰極燈。
上述幾種高強度空心陰極放電燈的結構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)。其缺點是結構復雜，除主電源外還要另外設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計帶來很大不便。
R.M.Lowe(SpectrochimicaActa，26B，201-205，1971)提出了Lowe型高強度空心陰極放電燈。該高強度空心陰極燈的優(yōu)點就在于結構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陰極作為輔助陰極，所以仍需要設置三種供電電源，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計帶來很大不便。而燈本身的損耗快、壽命短。
中國實用新型專利申請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，在燈殼內裝有一個適于產生待發(fā)射元素原子共振線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。
由于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，在密封燈殼的內部或外部直接用導線連接或通過調節(jié)電阻用導線連接兩個陰極的引出端。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有效燈腳(1腳負極，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?，使用藩勩，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稹Ｔ謔褂霉討鋅招囊跫匣鴯ぷ韉愕謀浠?，毒夘l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)明的目的就在于對中國實用新型專利CN87201859所描述的高性能空心陰極燈進行改進，使其不需要在燈內設置調節(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，結構簡單的特點。
本發(fā)明的另一個目的是本發(fā)明的這種新的高性能空心陰極燈，當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”為題與本申請以同樣的申請人同日申請的實用新型專利)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，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)點又克服了CN87201859燈內加電阻的缺點，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，在燈殼內裝有一個適于產生待發(fā)射元素原子共振線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，屏蔽器的另一端有一個孔，由該孔引出公共陽極的導線，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帶孔的用于屏蔽的云母片，主陰極的導線和輔助陰極的導線的燈內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。
主陰極的導線、輔助陰極的導線的屏蔽管，也是由玻璃、陶瓷、石英其中的一種材料制成，主陰極的導線、輔助陰極的導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整體管，亦可以是一個組合管，組合管的上部為一個細管，其下部為粗管，上部的細管恰好插到下部的粗管中。
所說的公共陽極可以是一導線連接的圓板或一個棒上的上部繞上鈦絲或一導線連接的底朝上的圓盤或一導線連接的底朝下的圓盤，公共陽極亦可以是一個鎢棒。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計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，進一步激發(fā)已濺射出來的原子蒸汽，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，而是用一個一端或兩端開口的空心圓柱形空心陰極作為輔助陰極或將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的空心陰極作為輔助陰極，因此不需要設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有效燈腳(1腳負極，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”為題與本申請以同樣的申請人同日申請實用新型專利)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)明具有以上結構特點，即可分別通過控制主陰極和輔助陰極供電電源裝置調節(jié)最佳放電參數(shù)，使陰極濺射效應相對減小，激發(fā)效應顯著增加，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實用新型專利申請CN87201859中所描述的高性能空心陰極燈所有的優(yōu)點外，又避免了其缺點，去掉了燈內設置的電阻，便于燈的制作，使燈的結構簡單，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，對輔助陰極單獨供電，在使用時，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，如

圖1所示，在不同主陰極電流時，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K＝0.6，5毫安時K＝1.1，7毫安時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，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)行上述儀器的設計。
圖1鉛燈的輸出光的相對強度與輔助陰極供電電流的關系圖1中縱坐標為鉛燈的輸出光的相對強度I，橫坐標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2。
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，由該圓孔引出導線〔6〕，導線〔6〕為鎢棒、鉬棒其中的一種。屏蔽管〔5〕內封接一導電圓板〔18〕，一般為鎳，導電圓板與導線〔6〕相連，并用公共陽極的導線〔6〕引出燈殼作為公共陽極。屏蔽管的上部有一內徑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，經鈦絲或鎳絲等金屬絲〔8〕與在側面的引出燈殼外的主陰極的導線鎢金屬棒〔9〕相連，即為主陰極。引出燈殼外的主陰極的導線〔9〕在燈內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〕的一側設置輔助空心陰極〔10〕，輔助空心陰極〔10〕可以是內徑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線鎢棒〔11〕上。引出燈殼的輔助陰極的導線鎢棒〔11〕在燈內部分由組合屏蔽管〔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。經抽氣封管〔14〕抽真空后在燈殼內充以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。
權利要求
1.一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，在燈殼內裝有一個適于產生待發(fā)射元素原子共振線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，并在燈殼內充入惰性氣體，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，本發(fā)明的特征是，屏蔽器的另一端有一個孔，由該孔引出公共陽極的導線，在屏蔽器的上部和下部分別有一個帶孔的用于屏蔽的云母片，主陰極的導線和輔助陰極導線的燈內部分別由屏蔽管所屏蔽。
2.根據權利要求1的一種高性能空心陰極燈，其特征是主陰極的導線、輔助陰極的導線的屏蔽管由玻璃、陶瓷、石英其中的一種材料制成。
3.根據權利要求1的一種高性能空心陰極燈，其特征是，公共陽極是一導線連接的圓板、一個棒上的上部繞上鈦絲、一導線連接的底朝上的圓盤、一導線連接的底朝下的圓盤其中的一種。
4.根據權利要求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.根據權利要求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器屏蔽。在屏蔽器上下部分別有一個帶孔的云母片。主陰極、輔助陰極的導線燈內部分由屏蔽管屏蔽。該燈優(yōu)點是結構簡單，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構。輔助陰極單獨供電，避免了主陰極與輔助陰極相互影響。分別調節(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H01J61/64GK1034825SQ88100390
公開日1989年8月16日 申請日期1988年2月5日 優(yōu)先權日1988年2月5日
發(fā)明者高英奇, 吳廷照, 鄭永章, 孟昭武 申請人:北京有色金屬研究總院