СПЕКТРАЛЬНАЯ ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ЛАМПА ДЛЯ АТОМНОЙ АБСОРБЦИИ Российский патент 2002 года по МПК H01J61/09 

Предлагаемое изобретение относится к классу газоразрядных спектральных источников света, предназначенных для работы в аппаратуре атомно-абсорбционного анализа.

Известна конструкция газоразрядной спектральной лампы с полым катодом, излучающая спектры различных химических элементов, содержащая колбу с окном для выхода излучения, анод, электроизоляционную трубку и полый катод, имеющий внутреннюю разрядную поверхность в виде цилиндра, открытого с одной стороны и выполненного из материала, спектр которого необходимо получить (1).

Анод имеет форму штыря или цилиндра, расположенного в непосредственной близости к катоду. Полый катод помещен в электроизоляционную трубку с очень маленьким зазором. Лампа наполнена инертным газом до необходимого давления. При подключении такой лампы к источнику питания между внутренней поверхностью катода и анодом зажигается тлеющий разряд в инертном газе. Под действием интенсивной ионной бомбардировки в тлеющем разряде происходит распыление материала катода. Продукты распыления в виде нейтральных атомов попадают в газовый разряд, возбуждаются там и излучают спектральные линии, принадлежащие спектру этого элемента, интенсивность излучения которых используется в приборах атомно-абсорбционного анализа.

К недостаткам ламп подобной конструкции следует отнести большое самопоглощение, а соответственно, и уширение контура спектральных резонансных линий. Для ламп с полым катодом различают естественную и реальную ширину контура линий. Для различных спектральных линий естественная ширина линий различна. Например для линий ртути она составляет 5•3•10^-3 см^-1, а кадмия 2,7•10^-3 см^-1 (2). В большинстве случаев естественная ширина не превышает 10^-3см^-1. Однако реальная ширина линии намного больше естественной. Более того, с увеличением силы тока через лампу наблюдается рост ширины линий. Наиболее сильно растет ширина линий у Сd (в Ne) и др. в 2-3 раза.

Уширением линий с ростом силы тока связано в основном с самопоглощением линий в лампе и доплеровским уширением. Однако доплеровский эффект при увеличении температуры в пределах 500-800К не может вызвать уширение линий более чем на 20-30% (2).

Линии Сd, Cu и Mg испытывают заметное самообращение при увеличении тока в лампе. Самообращение линий связано с наличием около катода более холодного облака паров элемента, выносимых перед катодом в сторону анода за счет интенсивного распыления материала катода. Уширенный контур линий ухудшает чувствительность и точность атомно-абсорбционного анализа.

Техническим результатом является уменьшение самопоглощения контура спектральных резонансных линий.

Технический результат достигается за счет того, что спектральная газоразрядная лампа для атомной абсорбции, содержащая колбу с плоским увиолевым окном для выхода излучения и расположенные в ней анод и полый катод, помещенный в электроизоляционную трубку, полый катод и электроизоляционная трубка имеют дополнительные отверстия, расположенные на боковых поверхностях катода и трубки. Диаметры этих дополнительных отверстий соосны между собой, имеют одинаковый диаметр, равный диаметру разрядной полости катода.

Разрядная полость катода с анодом через эти отверстия образуют канал тлеющего разряда, который во внутренней полости катода с направлением выхода излучения находится во взаимно противоположных направлениях, т.е. направление канала разряда (катод-анод) в полости катода с направлением выхода излучения (катод-окно) составляет угол 180^o. Дополнительное отверстие на катоде располагается непосредственно у дна и является продолжением разрядной полости катода.

На чертеже изображен общий вид спектральной газоразрядной лампы для атомной абсорбции. Лампа представляет собой стеклянный баллон 1 цилиндрической формы с плоским увиолевым окном 2 для выхода излучения, прозрачного в ультрафиолетовой части спектра, анод 3 выполнен из никелевой проволоки марки НП-2 и имеет форму штыря. Полый катод 4, внутренняя поверхность которого выполнена из материала, спектр которого необходимо получить, установлен в стеклянной трубке 5 с небольшим зазором 0,2-0,3 мм, чтобы тлеющий разряд не проникал на внешнюю поверхность катода. Полый катод и стеклянная трубка выполнены с дополнительными отверстиями, 6 и 7, расположенными на боковых поверхностях катода и трубки. Дополнительное отверстие 6 полого катода 4 находится непосредственно у дна, сообщается с разрядной полостью и является ее продолжением. Дополнительные отверстия соосны друг с другом и имеют одинаковые диаметры, равные диаметру разрядной полости катода. Разрядная полость катода 4 с анодом 3 через эти отверстия образует канал тлеющего разряда, который во внутренней полости катода с направлением выхода излучения находится во взаимно противоположных направлениях, то есть направление канала разряда (катод-анод) в полости катода с направлением выхода излучения (катод-окно) составляет угол 180^o. Катод 4, анод 3 и стеклянная трубка 5 смонтированы на стеклянной ножке 8 с помощью молибденовых выводов 9. Анодный вывод внутри лампы для изоляции от газового разряда помещен в стеклянную трубку 10. Лампа наполнена инертным газом неоном до определенного давления. Для подключения к источнику питания лампа снабжена октальным цоколем 11 под стандартную ламповую панель. При подключении такой лампы к источнику питания между анодом 3 и разрядной полостью катода 4 зажигается тлеющий разряд в инертном газе неоне. Продукты распыления полости катода в виде нейтральных атомов попадают в газовый разряд, возбуждаются там при соударениях с электронами и излучают спектральные линии, интенсивность излучения которых через плоское окно 2 выходит из лампы.

В процессе работы лампы напряженность электрического поля от штырьевого анода через дополнительные отверстия будет проникать в разрядную полость. Это приведет к интенсивному катодному распылению в этой зоне и выносу атомного пара за пределы катода через эти отверстия, где и происходит самопоглощение. Из-за самопоглощения по каналу разряда вне зоны регистрации уменьшится и регистрация самопоглощения через окно, что в конечном итоге приведет к уменьшению искажения контура линии, меньшему уширению и к некоторому повышению чувствительности и точности проведения атомно-абсорбционного анализа.

Пример. Лампа представляет собой стеклянный баллон цилиндрической формы ⊘ 40,0 мм с плоским окном для выхода излучения, прозрачного в ультрафиолетовой части спектра. Анод выполнен из никелевой проволоки ⊘ 0,8 мм марки НП-2 и представляет собой штырь, расположенный вблизи дополнительных отверстий в непосредственной близости к разрядной полости катода. Полый катод выполнен из сплава меди с цинком (содержание цинка 40,0%), ⊘ 6,0 мм, длиной 20 мм. Разрядная полость дополнительного катода и стеклянной трубки имеет диаметр 4,0 мм. Глубина разрядной полости катода 12 мм. Концентрично относительно катода установлена стеклянная трубка диаметром 6,4 мм с зазором 0,3 мм к боковой поверхности катода. Катод, анод и стеклянная трубка собраны на стеклянной ножке с помощью молибденовых выводов ⊘ 1,5 мм. Лампа наполнена инертным газом неоном до давления 8,0 мм рт. ст. Для подключения к источнику питания лампа снабжена октальным цоколем под стандартную ламповую панель. Испытания лампы проводились в анализаторе "Спектр 5-3". Была измерена чувствительность атомно-абсорбционного анализа на 1% поглощения. Сравнение проводилось с серийно выпускаемой лампой ЛС-11 ТУ 48-18-29-91, излучающей спектр цинка в сплаве медь-цинк (содержание цинка 40,0%). Были соблюдены одинаковые условия для измерений. При равенстве параметров катода лампы наполнялись до давления 8,0 мм рт.ст. при одинаковых токах через лампу. Испытания показали: чувствительность анализа на 1% поглощения составила: лампа Экспериментальная лампа что соответствует теоретическим высказываниям, приведенным выше.

Изобретение является новым - предложена новая конструкция полого катода и в целом лампы. Произведен изобретательский шаг - лампа снабжена дополнительными соосными между собой отверстиями, расположенными на боковых поверхностях катода и трубки с одинаковыми диаметрами, равными диаметру разрядной полости катода, которая с анодом через эти отверстия образует канал тлеющего разряда, который внутри полости катода с выходом излучения выполнен в противоположных направлениях, а дополнительное отверстие катода выполнено непосредственно у дна разрядной полости катода.

Изобретение промышленно применимо в производстве спектральных ламп для улучшения ламп, уменьшения самопоглощения, повышения чувствительности и точности проведения атомно-абсорбционного анализа.

Литература
1. К. П. Курейчик и др. Газоразрядные источники света для спектральных измерений. г. Минск, Издательство университетское, 1987 г.

2. Б. В. Львов. Атомно-абсорбционный спектральный анализ. Издательство "Наука", г. Москва, 1966.

Изобретение относится к спектральным газоразрядным лампам с полым катодом, предназначенным для работы в аппаратуре атомно-абсорбционного анализа. Техническим результатом является уменьшение самопоглощения контура спектральных резонансных линий. Лампа содержит колбу с увиолевым окном для выхода излучения, прозрачного в ультрафиолетовой части спектра, и размещенные внутри нее анод, электроизоляционную трубку и полый катод, имеющий внутреннюю разрядную поверхность в виде цилиндра, открытого с одной стороны и выполненного из материала, спектр которого необходимо получить. Полый катод и электроизоляционная трубка выполнены с дополнительными соосными между собой отверстиями, расположенными на боковых поверхностях катода и трубки с одинаковыми диаметрами, равными диаметру разрядной полости катода, которая через эти отверстия образует с анодом канал тлеющего разряда, направление которого внутри разрядной полости катода противоположно направлению выхода излучения, а дополнительное отверстие полого катода находится непосредственно у дна разрядной полости. 1 ил.

Спектральная газоразрядная лампа для атомной абсорбции, содержащая колбу с плоским увиолевым окном для выхода излучения, прозрачного в ультрафиолетовой части спектра, расположенные внутри нее анод, электроизоляционную трубку и полый катод, помещенный в электроизоляционную трубку и имеющий внутреннюю разрядную полость в виде цилиндра, открытого с одной стороны и выполненного из материала, спектр которого необходимо получить, отличающаяся тем, что полый катод и электроизоляционная трубка выполнены с дополнительными отверстиями, соосными между собой и расположенными на боковых поверхностях полого катода и электроизоляционной трубки с одинаковыми диаметрами, равными диаметру разрядной полости катода, которая через эти отверстия образует с анодом канал тлеющего разряда, направление которого во внутренней разрядной полости катода противоположно направлению выхода излучения, а дополнительное отверстие полого катода выполнено непосредственно у дна разрядной полости катода.