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：
本實用新型涉及原子吸收光譜分析和原子螢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US 3,264,511。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?？招年帢O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US 3,433,963和US 3,517,188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螢光光譜儀的設計帶來很大不便。
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絲陰極作為輔助陰極，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螢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CN88201090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。
由于這種燈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，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個電源控制。這種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實用新型專利申請CN88201089一起使用，可直接在商品化原子吸收光譜儀或原子螢光光譜儀上使用，但是由于這種燈的輔助陰極設置在燈軸線的側面，因此在主陰極面對燈窗的一端，輔助陰極與公共陽極之間的放電偏向一邊，電場分布不合理，因而影響該種空心陰極燈發(fā)射譜線的質量。另外，公共陽極位于主陰極下方空心陰極的軸線上，部分陽極輝區(qū)的光線影響發(fā)射線的純度。
本實用新型的目的就在于對中國實用新型專利申請CN83201090所描述的高性能空心陰極燈進行改進，重新安排其結構，使之在主陰極面對燈窗的一端放電電場分布合理。提高發(fā)射線的質量，進一步減少自吸效應，避免部分陽極輝區(qū)的光線的影響。
本實用新型又一個目的是提供一種用于原子吸收分光光度計或原子螢光分光光度計的高輸出光強的空心陰極光源，與輔助供電電源裝置CN88201089可直接用于現(xiàn)有原子吸收分光光度計或原子螢光光度計上，而不改變現(xiàn)行上述儀器的設計。
本實用新型的另一個目的是提供一種用于原子吸收光譜分析或原子螢光光譜分析的能發(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。
本實用新型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兩端開口的空心柱體的空心陰極作為主陰極，一個公共陽極及一個空心柱體的空心陰極為輔助陰極，燈殼內充入惰性氣體，作為主陰極的兩端開口的空心柱體的上端開口對著燈窗，下端開口對著底座，其上端開口和下端開口相互空間隔開；公共陽極位于燈窗和主陰極之間，對著主陰極的空心柱體的上端開口，作為輔助陰極的空心柱體在主陰極的下方，并與主陰極的上端開口空間隔開，所說的公共陽極與主陰極的下端開口空間隔開；用云母片和屏蔽元件屏蔽主陰極、輔助陰極和公共陽極，實現(xiàn)上述的空間隔開，其作用是約束來自輔助陰極到公共陽極的電子流使之穿過作為主陰極的空心陰極的陰極孔，支持公共陽極的導電金屬棒與支持主陰極的導電金屬棒和支持輔助陰極的導電金屬棒的燈內部分由屏蔽器空間隔開。
為了屏蔽主陰極，屏蔽元件以屏蔽管為佳，屏蔽管可以用玻璃、陶瓷、石英等材料中的任何一種材料制成；屏蔽管可做成兩端開口的臺階式管與云母片配合使用屏蔽主陰極；屏蔽管亦可以做成一端封閉的筒狀管，或一端封閉的臺階式管，將主陰極與輔助陰極一起屏蔽在屏蔽管中，屏蔽管的開口端對著公共陽極。其封閉端中心有一小孔，以便引出輔助陰極引線。
為了使輔助空心陰極放電產生的光線不射出燈外?？梢詫⑤o助陰極做成側面開口的空心圓柱體與主陰極一起置于下端封閉的屏蔽管內，但以將輔助空心陰極做成一端開口或兩端開口的空心圓柱體，橫放在主陰極的下方為好，輔助空心陰極的開口端不對著主陰極孔，避免輔助陰極的發(fā)光通過主陰極的空心，又以兩端開口的空心圓柱體，橫放在主陰極下方，并使作為輔助空心陰極的兩端開口的空心圓柱體與主陰極相垂直更佳；亦可將輔助空心陰極作成上端為圓錐體下連一個圓柱體的形狀，在圓錐體和圓柱體連接處有徑向通孔，圓柱體部分有一軸向孔并與所說的徑向通孔貫通，并將上述的輔助陰極與主陰極一起置于下端封閉的屏蔽管內。
為了實現(xiàn)更好的屏蔽，支持公共陽極的導電金屬棒的燈內部分與支持主陰極的導電金屬棒和支持輔助陰極的導電金屬棒的燈內部分空間隔開所用的屏蔽器以屏蔽管為好，屏蔽管由玻璃、陶瓷、石英其中的一種材料制成，以陶瓷為佳。屏蔽管可以是一個整體管，亦可以是一個組合管。
為了使主陰極上方，即主陰極面對燈窗的一端放電電場分布合理，將公共陽極做成對稱于主陰極軸的形狀，置于主陰極的上方，而輔助陰極置于主陰極的下方。
所說的公共陽極可以是一個與主陰極軸線相同的，形狀對稱于主陰極軸的中心帶有圓孔的圓盤，階梯形圓盤，圓環(huán)其中的一種，公共陽極一般由金屬鎳、鈦、鉭等金屬，其中的一種材料制成，支持在導電金屬棒上，導電金屬棒由燈的底座引出燈殼。
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，空心圓柱體的兩個開口端用云母片和屏蔽管空間隔開，主陰極的上方為公共陽極，下方為輔助陰極。這樣，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，進一步激發(fā)已濺射出的原子蒸氣，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。
由于本實用新型不采用熱絲陰極作為輔助陰極，而是用一個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，主陰極與輔助陰極分別由兩個電源控制。因此，這種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(實用新型專利申請CN88201089)一起可直接在商品化原子吸收光譜儀或原子螢光光譜儀上使用。
由于本實用新型具有以上結構特點，就保證了本實用新型所說的光源能發(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。
本實用新型的高性能空心陰極燈的優(yōu)點在于一、本實用新型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CN88201090中所描述的高性能空心陰極燈原有的優(yōu)點外，又避免了其缺點。結構合理，進一步減少了譜線的自吸效應，提高了發(fā)射線的質量，離子光譜譜線顯著減少。
二、由于本實用新型的新的高性能空心陰極燈應用了軸對稱的公共陽極結構，并且輔助陰極的發(fā)射孔不面對燈窗，顯著地降低了非特征譜線的影響，提高了待測元素特征譜線的純度。尤其是用于原子螢光光譜分析可顯著地降低本產品的背景發(fā)射，提高了分析的信背比。
三、本實用新型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螢光光譜儀上，而不改變現(xiàn)行上述儀器的設計。
本實用新型的高性能空心陰極燈用兩種非限定實施例來說明最佳實施方式，將有助于對本實用新型及其優(yōu)點的理解。本實用新型的高性能空心陰極燈的最佳實施例的剖面圖見


圖1和圖2。
圖1一種高性能空心陰極燈1圖2一種高性能空心陰極燈2
本實用新型的一種高性能空心陰極燈見
圖1，它包括一個燈殼[1]，由適宜材料制成，如硬質玻璃、石英玻璃、金屬等，本實施例為硬質玻璃，燈殼可以是筒形或瓶形，本實施例為筒形；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]。本實施例為石英玻璃平面燈窗。還包括抽氣封管[12]，底座[15]。在燈殼內位于燈中心軸線上有一個內徑3-5毫米兩端開口的圓柱形空心陰極[7]，其上端開口對著燈窗[4]，下端開口對著底座[15]，其全部或部分用待發(fā)射原子共振線的元素制成，經鈦絲或鎳絲等金屬引線[8]與側面的引出燈殼外的導電金屬棒[9]相連，即為主陰極。作為主陰極的兩端開口的空心圓柱形空心陰極[7]由云母片[16]、[17]和屏蔽管[5]所屏蔽，而使作為主陰極的空心圓柱形空心陰極[7]的兩個開口端空間隔開，屏蔽管為兩端開口的臺階式陶瓷圓管，大頭朝著燈座[15]，套在作為主陰極的兩端開口的空心圓柱形空心陰極[7]上，云母片[16]、[17]為中間有圓孔的圓片，云母片[16]套在屏蔽管[5]上，云母片[17]套在作為主陰極的兩端開口的空心圓柱形空心陰極[7]上，屏蔽管[5]的大頭端緊靠在云母片[17]上。主陰極靠屏蔽管[5]和金屬引線[8]所支持。在作為主陰極的兩端開口的空心圓柱形空心陰極[7]的下方橫放著輔助陰極[10]，并與作為主陰極的兩端開口的空心圓柱形空心陰極相垂直，該輔助空心陰極為內徑2-5毫米的兩端開口的空心圓柱體，由適宜材料制成，一般用鎳，支撐在引出燈殼的鎢棒[11]上。
在作為主陰極的兩端開口空心圓柱形空心陰極[7]的上方，即面對燈窗的一端設置公共陽極[6]。支持在兩個引出燈殼外的鎢棒[18]、[19]上。所說的公共陽極是一個具有對稱于主陰極軸的形狀，并與主陰極軸線相同的中心帶有圓孔的圓盤，由金屬鈦制成。引出燈殼外的支持公共陽極的鎢棒[18]、[19]的燈內部分由組合陶瓷屏蔽管[20]、[21]所屏蔽。組合陶瓷屏蔽管[20]、[21]分別由數(shù)段陶瓷圓管組成，其第一段的上端緊靠在公共陽極上，下端緊靠云母片[16]朝上的一面，其第二段的上端緊靠在云母片[17]朝下的一面，而下端插到第三段的上端的管內，第三段的下端緊靠在燈的底座[15]的燈內側上。
輔助陰極的引線為[13]，主陰極的引線為[14]。[22]為陽極引出線。經抽氣封管[12]抽真空后在燈殼內充以300-2000帕的惰性氣體。如氬或氖，然后將抽氣管[12]封閉。
本實用新型的第二實施例如圖2所示，它包括一個燈殼[23]，由硬質玻璃制成，燈殼為筒形，石英過渡玻璃封接部分[24]，石英玻璃部分[25]，平面燈窗[26]，平面燈窗的制作材料為石英玻璃，使其有效地透過該燈發(fā)射的原子光譜譜線。還包括一個抽氣封管[35]，底座[38]。在燈殼內部位于燈中心軸線上有一個內徑3-5毫米兩端開口的空心圓柱形空心陰極[29]，其上端開口對著平面燈窗[26]，下端開口對著底座[38]，其全部或部分用待發(fā)射元素原子共振線的元素制成，經鈦或鎳的金屬片[30]與其側面的引出燈殼外的導電金屬棒[31]相連，即為主陰極。作為主陰極的兩端開口的空心圓柱形空心陰極[29]由云母片[39]、[40]和屏蔽管[27]所屏蔽，而使作為主陰極的兩個開口端空間隔開，屏蔽管[27]為一端開口，另一端封閉的臺階式陶瓷圓管，其開口端朝平面燈窗[26]，云母片[39]、[40]為中間有圓孔的圓片，云母片[40]套在屏蔽管的臺階處。主陰極靠屏蔽管[27]和金屬片[30]和云母片[39]支持。在屏蔽管[27]內的主陰極的下方設置輔助陰極[32]，輔助陰極的上端為圓錐體下連一個圓柱體的形狀，在圓錐體和圓柱體連接處有一個內徑2-5毫米的徑向通孔，圓柱體部分有一個軸向孔內徑2-5毫米，并與所說的徑向通孔貫通。該輔助陰極由適宜材料制成，一般用鈦或鎳，本實施例用鎳，通過屏蔽管封閉端中心的小孔用以引出導線[33]，連于引出燈殼的鎢棒[34]，即為輔助陰極。
在作為主陰極的兩端開口的空心圓柱形空心陰極[29]的上方，即面對燈窗的一端設置公共陽極[28]，支持在兩個引出燈殼外的鎢棒[41]、[42]上。所說的公共陽極是一個有對稱于主陰極軸的形狀并與主陰極軸線相同，中心帶孔的圓盤，由金屬鈦制成。引出燈殼的支持公共陽極的鎢棒[41]、[42]的燈內部分由組合陶瓷屏蔽管[43]、[44]所屏蔽。組合陶瓷屏蔽管[43]、[44]分別由數(shù)段陶瓷管所組成，其第一段的上端緊靠在擋光器[45]上，下端緊靠在公共陽極[28]的朝上一面，第二段的上端緊靠在公共陽極[28]的朝下的一面，其下端緊靠在云母片[39]的朝上一面，其第三段的上端靠在云母片[39]的朝下一面上，其下端靠在云母片[40]的朝上一面，第四段的上端緊靠在云母片[40]的朝下的一面上，其下端插到第五段的上端管內，第五段的下端緊靠在燈座[38]的內側上。在公共陽極的上方，靠近燈窗的一端設置一擋光器[45]，擋光器為一個具有8-12毫米中心圓孔的云母片或金屬片，本實施例為云母片，擋光器的作用可部分阻擋非特征輻射雜散光射出窗外，避免濺射的金屬污染燈窗。
輔助陰極的引線為[36]和主陰極的引線為[37]。[46]為陽極引出線。經抽氣封管[35]抽真空后在燈殼內充以300-2000帕的惰性氣體。如氬或氖，然后將抽氣封管[35]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作。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。
權利要求1.一種具有燈殼(包括底座、平面燈窗)，主陰極、公共陽極及輔助陰極，燈殼內充入惰性氣體的空心陰極燈其特征在于(1)主陰極的上端開口和下端開口相互空間隔開，(2)公共陽極位于燈窗和主陰極之間，對著主陰極的空心柱體的上端開口，與主陰極的下端開口空間隔開，(3)作為輔助陰極的空心柱體在主陰極的下方，并與主陰極的上端開口空間隔開，(4)用云母片和屏蔽元件屏蔽主陰極、輔助陰極和公共陽極，(5)支持公共陽極的導電金屬棒與支持主陰極的導電金屬棒和支持輔助陰極的導電金屬棒的燈內部分由屏蔽器空間隔開。
2.根據(jù)權利要求1的一種高性能空心陰極燈，其特征是，所說的屏蔽元件為屏蔽管。
3.根據(jù)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，橫放在主陰極下方與主陰極相垂直。
4.根據(jù)權利要求1或2的一種高性能空心陰極燈，其特征是，輔助空心陰極作成上端為圓錐體下連一個圓柱體的形狀，在圓錐體和圓柱體連接處有徑向通孔，圓柱體部分有一軸向孔并與所說的徑向通孔貫通，將輔助陰極與主陰極一起置于下端封閉的屏蔽管內。
5.根據(jù)權利要求1的一種高性能空心陰極燈，其特征是，支持公共陽極的導電棒的燈內部分與支持主陰極的導電金屬棒和支持輔助陰極的導電棒的燈內部分空間隔開所用屏蔽器為屏蔽管。
6.根據(jù)權利要求5的一種高性能空心陰極燈，其特征是，公共陽極是一個與主陰極軸線相同的，形狀對稱于主陰極軸的中心有圓孔的圓盤，階梯形圓盤，圓環(huán)其中的一種。
7.根據(jù)權利要求6的一種高性能空心陰極燈，其特征是，在公共陽極的上方，靠近燈窗的一端設置一擋光器。
專利摘要一種高性能空心陰極燈，主陰極的上下端開口相互空間隔開，公共陽極位于燈窗和主陰極之間，與主陰極的下端開口空間隔開；輔助陰極在主陰極下方，與主陰極上端開口空間隔開，該燈結構合理，進一步減少了譜線的自吸效應，提高了待測元素特征譜線的純度。用于原子熒光光譜分析，降低了樣品發(fā)射背景，提高了分析的信背比，與輔助供電電源裝置直接用于現(xiàn)行商品化原子吸收光譜儀或原子熒光光譜儀上，不改變現(xiàn)行上述儀器的設計。
文檔編號H01J61/00GK2037873SQ8820673
公開日1989年5月17日 申請日期1988年6月14日 優(yōu)先權日1988年6月14日
發(fā)明者高英奇, 吳廷照, 鄭永章 申請人:北京有色金屬研究總院