空心阴极灯

一种特殊形式的低压辉光放电锐线光源

空心阴极灯（hollow cathode lamp ），为了解决原子吸收法的实际测量问题，1955年由A.Walsh提出，它是一种特殊形式的低压辉光放电锐线光源，因为空心阴极灯发射锐线光源，满足了原子吸收光谱法的条件。

背景知识

光源

光源的作用是发射被测元素基态原子所吸收的特征共振线，故称为锐线光源（nartow-linesource）。

对光源的基本要求是：发射辐射波长的半宽度要明显小于吸收线的半宽度，辐射强度足够大，稳定性好，背景信号低（低于共振辐射强度的1%），使用寿命长等。常用被测元素作为空心阴极灯的阴极。

定义

空心阴极灯（hollow cathode lamp；HCL）最常用的锐线光源。它是一种低压气体放电管，主要有一个阳极（钨棒）和一个空心圆筒形阴极（由被测元素的金属或合金化合物构成）。阴极和阳极密封在带有光学窗口的玻璃管内，内充低压（几百帕）的惰性气体（氖气或氩气）。

结构及材料

阴极

大多数为纯金属或合金，对于一些贵金属，则将其制成薄片衬在支持电极上。阴极在中间为空桶形状，空心阴极灯因此得名。

阳极

为一焊有钽片或钛丝的钨棒，因为钽片或钛丝具有吸气作用，在高温下可以吸收少量有害气体（如氢气）。

屏蔽层

为防止阴阳极的击穿，在阴阳极间设有屏蔽层。

发光原理

空心阴极灯（hollow cathode lamp，HCL）是一种特殊形式的低压气体放电光源，放电集中于阴极空腔内。当在两极之间施加200V-500V电压时，便产生辉光放电。在电场作用下，电子在飞向阳极的途中，与载气原子碰撞并使之电离，放出二次电子，使电子与正离子数目增加，以维持放电。正离子从电场获得动能。如果正离子的动能足以克服金属阴极表面的晶格能，当其撞击在阴极表面时，就可以将原子从晶格中溅射出来。除溅射作用之外，阴极受热也要导致阴极表面元素的热蒸发。溅射与蒸发出来的原子进入空腔内，再与电子、原子、离子等发生第二类碰撞而受到激发，发射出相应元素的特征的共振辐射。与此同时，HCL所发射的谱线中还包含了内充气、阴极材料和杂质元素等谱线。

因为灯内填充气体压力低，压力变宽很小；阴极温度较低，热变宽也很小；同时，因为气体密度低，自吸变宽也不存在。HCL基本满足发射谱线的半宽度窄、谱线强度大且稳定、谱线背景小、操作方便和经久耐用等锐线光源的基本要求。并且，当采用较大的灯电流时，HCL所发射谱线半宽度变宽和谱线强度增高，此时检测器的负高压降低，吸光度读数稳定。

使用注意事项

①注意极性不能接反。

②为了使灯发光强度稳定，在工作电流下预热10-30min。

③灯长期不用，应定期点燃，一般在工作电流下预热1h。

④长期搁置，灯内有杂质存在，可以采用反接去气法。颠倒电极用大电流点灯30min。

多元素灯

多元素空心阴极灯：将多种金属粉末按一定的比例混合并压制和烧结，可制得多元素空心阴极灯，作为阴极。最多可达七种元素，如 Al-Ca-Cu-Fe-Mg-Si-Zn。只要更换波长，就能在一个灯上同时进行几种元素的测定。缺点是辐射强度、灵敏度、寿命都不如单元素灯。组合越多，光谱特性越差，谱线干扰也大。

优缺点

在正常工作条件下，空心阴极灯是一种实用的锐线光源。空心阴极灯发射的光谱主要是阴极元素的光谱，因此用不同的被测元素作阴极材料，可制成各种被测元素的空心阴极灯。缺点是测一种元素换一个灯，使用不便。

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