空阴阴极灯

前些日子，看到了一款PE仪器上使用的各种阴极灯，其中有国产的和进口原装的；无意中我发现两种产地的阴极灯的阴极的内径有着很大的差异。其中进口的阴极灯的内径较国产的大了许多，见附图：[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/03/201303170759_430518_1602290_3.jpg[/img]国产阴极灯[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/03/201303170759_430519_1602290_3.jpg[/img]原装阴极灯-1 ；这个阴极内径与国产灯相比，已经是很大了。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/03/201303170759_430520_1602290_3.jpg[/img]原装阴极灯-2；这个阴极灯的内径就更大啦！我的问题是：是不是阴极内径大的灯的谱线发射强度也随之更大一些？

阴极灯相信大家都见过，但是汞阴极灯就不一定了。因为使用原吸测汞的人似乎不多之故。汞灯除了作为测试光源之用外，还有一个作用就是利用汞的谱线来检查仪器的波长精度。常用汞灯的谱线大概为：365nm, 404.7nm, 435.8nm, 546.1nm, 577nm, 579nm 这么几条。近期购买了一只汞阴极灯，该灯点燃后在橙红色的氖光的衬托下，灯内阴极的顶部犹如一朵蘑菇云般的光晕发出绚丽的蓝色煞是好看；请教阴极灯制作商后，感到很有特点，故写下来与大家共欣赏。汞灯点燃后的状态如图-1所示：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/02/201202091127_348494_1602290_3.jpg图-1 点燃后的汞阴极灯http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/02/201202091128_348495_1602290_3.jpg图-2 美丽的弧光汞阴极灯有新旧两种类型。旧型的汞阴极灯我在很早以前见过，灯内依稀可见液体状的汞珠附着在灯玻壳内壁，这种汞灯发出的汞线很强，点燃后灯内基本看到的都是蓝白色的汞气辉光；由于这种灯的噪声较大且生产时的污染较严重，目前这种汞阴极灯已经淘汰了,遗憾的是当时没有数码相机留照。如图-1所示的这种新型的汞灯其最大特点是阴极材料已不再是纯汞了，而是采用了汞与钛的合金材料，称为“钛汞齐”；这种合金材料仅仅涂在阴极引线的顶端处一点点即够用了，并且非常环保，这是与其他阴极灯不同的地方。这种阴极结构见图-3所示：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/02/201202091657_348581_1602290_3.jpg图-3 阴极构造由于汞的熔点很低，在氖离子的撞击下很容易升华启辉；为了防止汞灯的异常启辉（俗语称为“拉弧”），该灯叫一般阴极灯的构造有所不同，见图-4所示：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/02/201202091129_348497_1602290_3.jpg图-4 灯内构造以上的构造为了防止阳极高压与阴极之间异常放电而产生“拉弧”现象，在阴极连杆的外围加装了一层玻璃内衬管，同时在带高压的阳极与阴极下部之间，加装了两层云母的隔离层；这些措施均是为了防止汞灯产生异常拉弧，仅让阳极的高压作用在阴极顶端的汞钛齐启辉点处，以利启辉。如图-5所示：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/02/201202091130_348498_1602290_3.jpg图-5 启辉点为了使汞灯的启辉点的光束集中而增加发射强度，汞灯的石英窗一概往常的平板式样而设计成为凹陷式样，也就是将正真的石英窗板拉近了与阴极的距离，如图-6所示：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/02/201202091131_348499_1602290_3.jpg图-6 凹式石英窗值得注意的是，汞灯虽然熔点很低，但是在温度很低的环境中，却不易启辉发光；此时只要用手在灯的玻璃外壳上摩擦几下，便容易启辉了。

原吸上使用的阴极灯的管脚结构，是延续了旧式8脚电子管（一般称为GT式电子管）的排列方法。阴极灯一般是有两只管脚的，即1脚和3脚；其中1脚连接阴极，3脚连接阳极；这种排列见附图-1和附图-2所示：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/03/201303011125_427744_1602290_3.jpg图-1 阴极灯管脚排列http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/03/201303011125_427745_1602290_3.jpg图-2 铅灯管脚与电极的排列可是，今天使用汞阴极灯时，却意外地发现汞阴极灯的阳极和阴极的连接方法与其他的阴极灯的阳极和阴极的连接方法相反；本人使用原吸最少有30年了，关于汞阴极灯电极和管脚的这种异常排列，也是今天才注意到的。为了证实这种怪异的排列，我又找了一只其他厂家的汞灯，发现也是如此地连接。见图-3，图-4 所示：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/03/201303011125_427746_1602290_3.jpg图-3 汞灯电极与管脚的排列（曙光明灯厂）http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/03/201303011125_427747_1602290_3.jpg图-4 汞灯电极与管脚的排列（衡水灯厂）我的疑问是：究竟是汞灯的阴阳极的设计需要倒置还是阴阳极的供电方式需要倒置？哪位高人可以解惑？

空心阴极灯一、空心阴极灯有单元素灯、多元素灯、高性能灯和多阴极灯。1、单元素灯这是一种通用型的HCL，目前最常用。由一个钨（W）棒阳极和一种含金属元素或其合金的空心圆柱杯阴极组成。两极之间充满低压的惰性气体（Ne或Ar气），密封在一种特性玻璃筒里，应用辉光放电和阴极溅射原理将HCL点亮。充Ne气的HCL呈橘红色，充Ar气的HCL呈浅蓝色。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/05/201305071602_438754_2352694_3.jpg2、多元素灯阴极由2～7种金属元素合金或混合物构成。优点：可以在不换灯情况下连续测定多种元素，缩短预热时间和换灯的麻烦；缺点：比单元素发射强度弱，有些元素搭配不当会造成相互影响，并可能降低寿命。常用多元素空心阴极灯http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/05/201305071604_438755_2352694_3.jpg3、多阴极灯由一个阳极放置中间位置，其周围放置6种金属元素6个阴极。其原理与单元素HCL相同，其价格昂贵。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/05/201305071604_438756_2352694_3.jpg4、高性能灯除了和普通HCL一样有1个阴极和1个阳极外，还增加了一对辅助电极。辅助电极间通过几百mA的低压直流电，使其产生电离的气体原子流，使从空心阴极溅射出来的金属原子与之碰撞后进一步激发，从而提高共振线的强度。这种灯光强度比普通HCL强几倍到几十倍，不产生谱线变宽，适用于As、Sb、Bi、Se、Ag、Cd、Pb或某些稀土元素，近年来也有应用于AFS做光源。二、空心阴极灯检测1、发射强度灯发射绝对强度的测量．需要复杂的测试仪器设各。目前国内外生产的元素灯均未给出发射强度的绝对值。相对值指标也因不同型号仪器灯电源供电方式不同(如脉冲供电的频率、占空比不同)灵敏度、光路损耗率等方面的差异．生产厂家也不可能提供一十固定值。为了鉴别元素灯的相对发射强度,你可在使用的仪器上，在选定负高压、狭缝的条件下，使灯的透过率达到满度(即T=100％)时，灯电流的大小作比较，或在相同灯电流的条件下，比较负高压的高低。2、予热时间和稳定性灯达到稳定工作之前的时间长短是灯老练成熟程度的标志。一般规定不大于30分钟。预热的目的在于使灯阴极整体温度趋于一致，阴极溅射、蒸发产生的原子蒸气云密度达到恒定、激发过程达到平稳。这时灯的内阻趋于不变，灯的发射强度即达到稳定状态。铜元素灯连续记录30分钟，漂移应小于1％，其它元紊灯10分钟连续记录的漂移量应小于1％。 3、背景噪声 背景是指共振线两测的发光强度。产生背景的主要原因是阴极材料和载气中杂质元素产生谱线。对阴极灯来说，灯本身产生的背景是很小的，一般均小于1％。噪声测试时．在不喷样的情况下，测试结果实际上是灯将仪器车身噪声的叠加值。在仪器量程扩展10倍的情况下，观察记录线上波动的峰值范围，要求在3分钟时间内．上下峰峰值不超过5格，即小于0．5％

摘要　利用原子吸收分法分别用钾空心阴极灯测钠、锌空心阴极灯测铜，标准曲线线性良好，相关系数均在0.999以上。钾灯测量钠质控样202814结果为0.747㎎·L-1，符合质控样结果范围0.712±0.049㎎·L-1。锌灯测量铜质控样201121结果为1.23㎎·L-1，符合质控样结果范围1.19±0.05㎎·L-1。钾灯测钠的RSD为0.47%（n=6），加标回收率为99.8%。锌灯测铜的RSD为0.53%（n=6），加标回收率为103%。一灯多用在环境监测工作中是可行的。 关键词　空心阴极灯；原子吸收分光光度计；一灯多用 原子吸收分光光度计使用过程中，一般某个元素空心阴极灯只能分析与之匹配的元素。目前原子吸收分光光度计可以最多可以安装8只空心阴极灯，但是如果同时测量元素过多，就需更换所需要安装的空心阴极灯，并且需要重新预热。这就使整个分析过程不连续，且相对繁琐。部分单元素灯的吸收线与其它元素的共振线或非共振线存在谱线重叠现象，合金用作空心阴极灯的制作材料也为一灯多用提供了可能。理论上部分单元素空心阴极灯不仅可以测定被测元素，还可以测定其它元素。目前未见相关文献提出钾空心阴极灯测定钠，笔者进行了一灯多用试验，实现了钾空心阴极灯测钠、锌空心阴极灯测铜。 1 实验部分 1.1 主要仪器与试剂 原子吸收分光光度计：TAS-990型，北京普析通用仪器有限责任公司； 钾、钠、锌、铜空心阴极灯：北京曙光明电子光源仪器有限公司； 钠标准储备液:1000mg/L（不确定度1%）,环境保护部标准样品研究所，GSB 07-1257-2000 铜标准储备液：1000mg/L（不确定度0.7%），国家有色金属及电子材料分析测试中心，GSB 04-1738-2004 硝酸：优级纯； 硝酸铯：分析纯； 实验用水为超纯水。 1.2 仪器工作参数 原子吸收分光光度计工作参数见表1。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2014/07/201407211015_507373_1611705_3.jpg 铜灯和锌灯之间的工作参数光谱带宽默认值均一致，而钾灯和钠灯之间默认值有较大差异。钾灯光谱带宽为2.0 nm，钠灯光谱带宽为0.4 nm。实验时将钾灯光谱带宽设置为0.4 nm。 1.3 标准曲线绘制 钠系列标准溶液：0.00,0.25,0.5,1.0,1.5,2.0 mg/L。由于最高点吸光度较高，所以燃烧头必须偏转3格测定。 铜系列标准溶液：0.00,0.5,1.00,1.5,2.5,5.0 mg/L。 2 结果与讨论 2.1标准工作曲线 用钾、钠空心阴极灯测定钠系列标准溶液，用锌、铜空心阴极灯测定铜系列标准溶液。将吸光度对被测元素的质量浓度进行线性回归，线性方程河相关系数列于表2。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2014/07/201407211016_507374_1611705_3.jpg 由表2可知，钾灯测钠标准曲线的斜率比钠灯测钠标准曲线的斜率要大，因此钾灯测定钠的灵敏度比钠灯测定钠的灵敏度高，且两者的相关系数均符合要求。锌灯测铜标准曲线斜率和铜灯测铜的标准曲线斜率非常接近，所以测量灵敏度相差不大，并且两者的相关系数均符合要求。 除了钾灯测钠、锌灯测铜外，还尝试用钠灯在766.5 nm处测钾，钙灯在285.2 nm测镁，镁灯在422.7 nm测 钙，铜灯在213.9 nm测锌，铁灯在279.5 nm测锰，锰灯在248.3 nm[fo

最近翻查发现存有多个品牌的空心阴极灯，平时都没留意过，一比较之下发现不同灯之间差异还是挺大的，尤其是阴阳极结构。论坛也有不少阴极灯的讨论，但大多都是关于型号规格和操作的，说到阴阳极结构的很少。对于阴阳极结构的不同我也有一些疑问，特发出来请求版友解答。以Cd灯为例，现有Cd灯有三种：T家、A家和国产。T家灯正常使用中，A家和国产灯是新的。[img=图1,412,567]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/11/201811080142117622_6519_2926961_3.jpg!w412x567.jpg[/img]如图1，国产Cd灯，环状阳极。貌似这种结构是PE首创，但是我没使用过PE的仪器和阴极灯，希望有PE用户版友可以确证或解释一下差异。[img=,690,600]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/11/201811080150167691_6992_2926961_3.jpg!w690x600.jpg[/img]如图2，T家Cd灯，这是窗口视图，也是环状阳极。[img=,690,543]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/11/201811080152212506_9239_2926961_3.jpg!w690x543.jpg[/img]如图3，A家Cd灯，窗口视图，A家的阳极是棒状且只有一根。因此，三个品牌阴极灯最大的差异在于阳极，对比一番之后便有了下面三个疑问：疑问1：如图1的国产灯，标示3处的金属小圆环是什么？具有什么作用？疑问2：国产灯和T家都是环状阳极，且在阴极筒上方，那么电场方向应该是与阴极筒平行。A家的阳极在阴极筒一侧，电场方向则应该是垂直于阴极筒。平行方向的电场相较于垂直电场其激发效率不是更低吗？为什么会这样设计？疑问3：在点亮Cd灯之后，我发现国产灯和T家灯的辉光都是集中在阴极筒内，外面是没有辉光的。而A家灯除了辉光在阴极筒内，在阴阳极之间的间隙（如图3标示10处）也有辉光，且不断闪烁，在阴阳极的末端之间还会形成一道桥状辉光（无论是新的Cd灯还是使用中的Pb灯都有这种现象）。这是一个设计缺陷吗？对实际使用有什么影响？

经常有原吸操作朋友问我：阴极灯的使用寿命有多长啊？为此我找来了两份关于阴极灯使用寿命的说明；一份是从仪器操作手册上截图的，另一份是从阴极灯生产厂家随灯附带的使用说明上截图的。见如下附图：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/06/201606111738_596489_1602290_3.jpg图-1 仪器操作手册给出的技术参数http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/06/201606111738_596490_1602290_3.jpg图-2 阴极灯使用说明给出的技术参数大家不难发现，截图中给出的阴极灯的寿命均是以安时来表示的。从字面上解释来看，就是：如果给阴极灯提供一个5安培(5000mA)的灯电流，那么这只灯可以使用1个小时。但是实际上，如果真的给灯提供一个5安培(5000mA)的电流，那么这只灯立刻就会烧毁的。那么，如何从上述技术指标里来理解这个参数呢？假设我们将灯电流设置为10毫安的话，那么这只灯的实际使用寿命则为：5000毫安÷10毫安=500小时。所以有的资料上说一只阴极灯大概可以使用500小时左右的结论就是源出于此。实际上影响阴极灯的使用寿的因素很多，上述公式也只不过是一个理论上的粗略的计算方法而已。

曾记得在70年代，我刚刚接触原吸时使用的第一台仪器是北京地质仪器厂生产的GGX-1型原子吸收光谱仪，其中使用的瓶型阴极灯如图-1 所示：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/03/201503171038_538520_1602290_3.jpg图-1 国产瓶形阴极灯我记得这种瓶形灯当时也应用在其他国产仪器上，而这种瓶形阴极灯貌似记得是上海某一个光源厂生产的，当时也有人称之为锥形灯。其后我又接触了第一台进口仪器，那就是美国PE公司的403型原子吸收光谱仪。而该仪器使用的却是另一种大口径的筒形阴极灯，且该灯并不是直接安插在灯座上的而是通过一根阴线与仪器供电相连的，如图-2所示：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/03/201503171039_538523_1602290_3.jpg图-2 PE公司大口径筒形阴极灯在80年代我又接触了日立的原吸，那时第一次看到了外壳是筒形而内壳为瓶形的阴极灯，也就是瓶筒合一的阴极灯，见图-3 所示：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/03/201503171041_538528_1602290_3.jpg图-3 日立瓶筒合一的阴极灯这种瓶筒合一的阴极灯的细部构造如图-4 所示：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/03/201503171040_538525_1602290_3.jpg图-4 国产 瓶筒合一阴极灯的构造这种瓶筒合一的阴极灯尽管外观有差异但是有外壳和内壳的构造却是一致的，见下图：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/03/201503171040_538526_1602290_3.jpg图-5 PE瓶筒合一阴极灯http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/03/201503171041_538527_1602290_3.jpg图-6 PE编码瓶筒合一阴极灯那么，目前筒形阴极灯是否淡出了市场呢？答案是否，请见下图：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/03/201503171040_538524_1602290_3.jpg图-7 PE编码筒形阴极灯http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/03/201503171039_538522_1602290_3.jpg图-8 国产筒形阴极灯筒形灯与瓶筒合一的阴极灯的外观比较，如下图：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/03/201503171042_538529_1602290_3.jpg图-9 瓶筒合一阴极灯与筒形阴极灯的外观比较各位看官看到这里，也许会问，你罗列了这么多的阴极灯是想说明什么问题啊？我的疑惑如下：（1）瓶形灯的工艺因为有个锥度，所以制作工艺要稍稍复杂于筒形灯；既然如此为何还要生产这种瓶形灯？另这个锥度的前端究竟有什么特殊的作用？（2）筒形灯由于外形简单，制作工艺相对也应该简单一些。从图例来看，筒形灯多用在PE的仪器上，我想是不是为了适应火炮式灯座的缘故？（3）瓶筒合一的阴极灯既然选择了简单的筒形外壳，为何还要画蛇添足地在灯的前端再制作成有锥度的内壳部分？这样做的目的是什么？希望版内高人指点一二。