專利名稱：多微空心陰極光源和原子吸收光譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多微空心陰極光源，該光源可被用于多元素同時(shí)檢測(cè)吸收光譜法中，可同時(shí)多點(diǎn)光發(fā)射，還涉及應(yīng)用該光源的ー種原子吸收光譜儀。
背景技術(shù)：
原子吸收光譜法是眾所周知的高精度定量測(cè)量樣品中所含微量金屬的方法。在原子吸收光譜法中，樣品在高溫下被原子化，含有原子化樣品的氣體受到光的輻照。樣品中所含微量金屬的吸收光譜由相應(yīng)的吸收光譜測(cè)量。在原子吸收光譜法中，需要發(fā)射分析靶元素明線光譜的光源。當(dāng)分析多個(gè)元素吋，需要發(fā)射元素的相應(yīng)明線光譜的光源。專利文件I公開了作為光源提供這些元素明線光譜的多微空心陰極(multi-micro hollow cathode)光源。所述專利文件I中公開的光源具有堆疊在一起的陽(yáng)極板、絕緣板和由銅或銅合金制成的陰極板；貫穿堆疊構(gòu)型的多個(gè)通孔，每個(gè)孔具有Icm以 下的直徑；以及金屬板，在陰極板的通孔開ロ處提供所關(guān)注的明線光譜，由此提供多個(gè)金屬元素的相應(yīng)明線光譜。換句話說(shuō)，專利文件I中公開的光源是單點(diǎn)光源，該光源提供多種類型的對(duì)應(yīng)于關(guān)注金屬元素的空心陰極放電。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開(特開)No. 2007-257900發(fā)明概要發(fā)明要解決的問(wèn)題然而，專利文件I中公開的多微空心陰極光源在控制由多個(gè)單點(diǎn)光源提供的空心陰極放電上遇到了困難。此外，為了提取光，專利文件I中公開的多微空心陰極光源須使用與單點(diǎn)光源相應(yīng)的復(fù)雜光程，這需要一個(gè)麻煩且昂貴的生產(chǎn)過(guò)程，是有問(wèn)題的。因而，本發(fā)明的目的在于提供ー種光源，該光源可提供多個(gè)元素特征明線光譜，并且由ー個(gè)基于空心陰極放電的單一點(diǎn)光源形成。解決問(wèn)題的手段在本發(fā)明的第一方面中，提供一個(gè)多微空心陰極光源，該光源通過(guò)在氣氛氣體中產(chǎn)生微空心等離子體而發(fā)光，其特征在于所述光源包括由具有高二次電子發(fā)射系數(shù)的金屬形成的陰極板；絕緣板；設(shè)置為經(jīng)由絕緣板與陰極板相対的陽(yáng)極板；貫穿陰極板、絕緣板和陽(yáng)極板的單孔，其具有Icm以下的直徑；多個(gè)含有元素的金屬片，其提供多個(gè)對(duì)應(yīng)于所述元素的特征明線光譜；以及氣氛氣體，其中陰極板具有多個(gè)由孔處放射狀連續(xù)延伸的槽，并且所述多個(gè)金屬片容納于槽中。每個(gè)金屬片的量可根據(jù)金屬片的材料而改變。同樣，每個(gè)金屬片的量也可容易地根據(jù)每片的厚度、每ー個(gè)槽容納的片數(shù)等等而改變。金屬片的厚度和數(shù)量可容易地通過(guò)調(diào)整相應(yīng)槽的寬度而調(diào)節(jié)。每個(gè)槽可容納多個(gè)金屬片，金屬片可由相同的材料或相互不同的材料形成。一些槽可容納由相同材料形成的金屬片。通過(guò)調(diào)整每個(gè)金屬片的量，可控制所關(guān)注金屬元素的光譜強(qiáng)度。槽的構(gòu)型圖案沒有特殊限制，只要槽由孔放射狀延伸即可。在一個(gè)示例性的構(gòu)型中，四個(gè)槽由孔處呈十字形延伸。優(yōu)選地，槽沿垂直于陰極板主表面方向穿透陰極板。在這個(gè)例子中，容納于槽中的金屬片沿孔的軸向的長(zhǎng)度增加，暴露于孔內(nèi)壁的金屬片部分的面積增加，由此金屬片的濺射效率提高，導(dǎo)致金屬元素的光譜強(qiáng)度增加。從另一方面，金屬片對(duì)槽的穿透在制作上容易。不優(yōu)選提供過(guò)多的槽的數(shù)量和每個(gè)槽的過(guò)大的寬度，因?yàn)榫哂懈叨坞娮影l(fā)射系數(shù)的金屬暴露于孔內(nèi)壁的面積減少，導(dǎo)致金屬片濺射效率降低。因此，槽的數(shù)量?jī)?yōu)選為約2個(gè)至約8個(gè)，每個(gè)槽的寬度優(yōu)選為孔直徑的約0. I至約0. 9倍?？變?yōu)選具有Imm以下的直徑，因?yàn)榈入x子體可高密度地局限于孔中。該直徑對(duì)提供單點(diǎn)光源是有利的。本發(fā)明的光源設(shè)計(jì)為使用壓力為環(huán)境大氣壓或略低于環(huán)境大氣壓的氣氛氣體。為獲得寬發(fā)射(如，準(zhǔn)分子(excimer))，光源還可在加壓條件下使用。通常，當(dāng)氣氛氣體壓力增加，孔直徑可減小?？紤]到使用光源的上述壓力，孔直徑優(yōu)選為IOym以上。絕緣板中的孔直徑優(yōu)選地略大于陰極板中的孔直徑或陽(yáng)極板上的孔直徑。具體地說(shuō)， 為了防止放電時(shí)絕緣板融化，絕緣板上的孔直徑優(yōu)選地比陰極板上的孔直徑或陽(yáng)極板上的孔直徑大100 u m至1000 u m。本發(fā)明使用的氣氛氣體優(yōu)選為惰性氣體如He、Ne、Ar、Kr或Xe，其中特別優(yōu)選He和Ne，因?yàn)榭捎山饘佾@得高效二次電子發(fā)射。陰極板材料即具有二次電子發(fā)射系數(shù)的金屬的實(shí)例包括銅、銅合金、銀、銀合金、鑰、鑰合金、鎢及鎢合金中的至少一種。金屬優(yōu)選地具有0.2以上，更優(yōu)選地為1.0以上的二次電子發(fā)射系數(shù)。其中，從低成本(易于得到)及高二次電子發(fā)射系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選銅或銅合金。同樣，陽(yáng)極板也優(yōu)選由銅或銅合金形成。本發(fā)明的第二方面涉及第一方面的多微空心陰極光源的一個(gè)具體實(shí)施方案，其中具有高二次電子發(fā)射系數(shù)的金屬是銅或銅合金。本發(fā)明的第三方面涉及第一或第二方面的多微空心陰極光源的一個(gè)具體實(shí)施方案，其中氣氛氣體為氦氣。本發(fā)明的第四方面涉及第一至第三方面的多微空心陰極光源的一個(gè)具體實(shí)施方案，其中孔具有Imm以下的直徑。在本發(fā)明的第五方面中，提供了同時(shí)檢測(cè)多個(gè)元素的原子吸收光譜儀，其特征為包含第一至第四方面中所敘述的多微空心陰極光源。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，多個(gè)暴露于設(shè)置在陰極板中的孔的內(nèi)壁的金屬片可被高效地同時(shí)濺射，由此可形成多個(gè)金屬元素的高密度等離子體。結(jié)果，可獲得多個(gè)所關(guān)注金屬元素相應(yīng)的明線光譜。本發(fā)明所述的只有一個(gè)單孔的光源，用作單點(diǎn)光源。因而，可輕松建立應(yīng)用光的光路構(gòu)型。例如，通過(guò)使用本發(fā)明所述的光源，例如原子吸收光譜儀的設(shè)備可被低成本生產(chǎn)。因?yàn)榉烹娫谝粋€(gè)單孔中發(fā)生，所以可容易地控制放電?？赏ㄟ^(guò)調(diào)整容納在槽中的金屬片的數(shù)量或其他條件輕易地控制明線光譜的強(qiáng)度。


[圖I]實(shí)施方案I所述的多微空心陰極光源的構(gòu)型示意圖。[圖2]電極板I的橫截面。[圖3]從陰極板11的方向觀察的電極板I的平面圖。[圖4]放射譜。[圖5]實(shí)施方案2所述的原子吸收光譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式在下文中，將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施方案。另外，實(shí)施方案不得被解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。實(shí)施方案I 圖I是實(shí)施方案I的多微空心陰極光源的構(gòu)型示意圖。多微空心陰極光源具有電極板I、外殼2、透鏡3以及電極板固定構(gòu)件4。由玻璃制成的外殼2提供密封的、空心圓柱形空間。電極固定構(gòu)件4置于外殼2的內(nèi)部。在外殼2中，電極固定構(gòu)件4適于固定電極板I以便使板面和圓筒軸對(duì)齊。外殼2中充入氦氣。外殼2在沿著圓筒軸向ー側(cè)具有透鏡3，以聚集外殼2中發(fā)射的光束以及輸出聚集光。外殼2可配置有管道系統(tǒng)，以便外殼中的氦氣可流通，并且可調(diào)節(jié)內(nèi)部壓力。為提高發(fā)射強(qiáng)度，內(nèi)部壓カ優(yōu)選調(diào)為0. 01至0. I大氣壓。圖2為電極板I的結(jié)構(gòu)的放大的橫截面。如圖2所示，電極板I由陰極板11、絕緣板12、陽(yáng)極板13和金屬片14形成。絕緣板12夾在陰極板11和陽(yáng)極板13之間。陰極板11和陽(yáng)極板13由銅制成，并且絕緣板12由陶瓷材料制成。陰極板11和陽(yáng)極板13分別經(jīng)由電線與電源進(jìn)行電連接。利用電源，陰極板11接地，陽(yáng)極板13被施加正電壓。不必說(shuō)，陽(yáng)極板13可接地，而陰極板11可被施加負(fù)電壓。陰極板11具有Imm的厚度，而絕緣板12和陽(yáng)極板13各自具有0. 3mm的厚度。陰極板11、絕緣板12和陽(yáng)極板13均為具有直徑為2cm的圓形。陰極板11、絕緣板12和陽(yáng)極板13的中心分別具有孔15a、15b和15c?？?5a至15c呈同心設(shè)置，以提供ー個(gè)貫穿通孔15。陰極板11中的孔15a和陽(yáng)極板13中的孔15c各具有Imm的直徑，絕緣板12中的孔15b具有I. 2mm的直徑。絕緣板12中的孔15b的直徑調(diào)整為略大于陰極板11中的孔15a和陽(yáng)極板13中的孔15c的直徑，以防止絕緣板12在放電時(shí)被融化。圖3為從陰極板11的方向觀察的電極板I的平面圖。如圖3所示，陰極板11配置有四個(gè)由孔15a十字形放射狀連續(xù)延伸的直線槽16。槽16貫穿陰極板11。每個(gè)槽16具有0. 2mm的寬度和6_的長(zhǎng)度。四個(gè)由不同材料制成的金屬片嵌入并埋置在四個(gè)槽16中。四個(gè)金屬片14分別由Zn、Cd、Pb和Cr形成。姆個(gè)金屬片14呈厚度為0. 2mm的長(zhǎng)方形(1mm X 5mm; 0下面將描述實(shí)施方案I中的多微空心陰極光源的發(fā)光原理。當(dāng)向陰極板11和陽(yáng)極板13間施加電壓時(shí)，外殼2中包含的氦氣被電離，從而在孔15中和開ロ附近產(chǎn)生等離子體。等離子體中的離子經(jīng)電場(chǎng)被吸到陰極板11并導(dǎo)致與之相撞。通過(guò)離子的碰撞，形成陰極板11的銅離子和電子被解離出。這樣釋放出的電子，其被稱為二次電子，促進(jìn)了原子的進(jìn)ー步電離，有效地引發(fā)等離子體的產(chǎn)生。由于陰極板11由具有高二次電子發(fā)射系數(shù)的銅制成，因此可在孔15內(nèi)和開ロ附近產(chǎn)生等離子體?？?5內(nèi)產(chǎn)生的高密度等離子體有效地濺射暴露于孔15a內(nèi)壁的四個(gè)金屬片14。結(jié)果產(chǎn)生了具有五種元素Zn、Cd、Pb、Cr (形成金屬片14的金屬元素)和Cu(陰極板11的材料)的高密度的等離子體。因此微空心陰極放電的發(fā)射光譜歸屬于Zn、Cd、Pb、Cr、Cu五種元素的特征明線。如上文所描述，實(shí)施方案I的多微空心陰極光源雖然是基于微空心陰極放電的單點(diǎn)光源，卻可提供包含多個(gè)金屬元素的特征明線光譜的光。圖4是發(fā)射光譜。在測(cè)量中，電流和內(nèi)壓分別調(diào)節(jié)為25mA和0.05大氣壓。由光譜可清楚地看到，波長(zhǎng)213nm、357nm、283. 3nm、324nm和228nm的特征明線分別歸屬于Zn、Cr、Pb、Cu和Cd。換句話說(shuō)，發(fā)現(xiàn)可由多微空心陰極光源獲得包含五種元素特征明線的光。如光譜所示，Pb和Cr的特征發(fā)射強(qiáng)度較低，與Zn、Cu和Cd相比，其明線相對(duì)較寬。然而，如果增加各個(gè)槽16的寬度，由Pb和Cr制成的金屬片14的量增加，或者每個(gè)金屬片14的厚度增加，Pb和Cr的特征發(fā)射強(qiáng)度可得到增強(qiáng)，由此可獲得更清晰的明線。 實(shí)施方案2實(shí)施方案2是使用實(shí)施方案I中所述多微空心陰極光源的原子吸收光譜儀。如圖5所示，原子吸收光譜儀具有多微空心陰極光源100 (實(shí)施方案I)、準(zhǔn)直鏡101、濺射裝置102、聚光透鏡103和光接收兀件陣列104。多微空心陰極光源100發(fā)射包含多個(gè)金屬兀素的特征明線的光，其為測(cè)量的目標(biāo)。濺射裝置102形成樣品的等離子體。由多微空心陰極光源100發(fā)射的包含多個(gè)金屬元素的特征明線的光通過(guò)準(zhǔn)直鏡101轉(zhuǎn)換成為平行光束，在濺射裝置102中的等離子體105被所述平行光束輻照。穿過(guò)等離子體105的平行光束通過(guò)聚光透鏡103聚集，會(huì)聚光到達(dá)光接受元件陣列104。結(jié)果，可檢出等離子體105中的多個(gè)金屬元素(檢測(cè)對(duì)象)。通過(guò)測(cè)量每個(gè)元素的原子吸收百分比，可同時(shí)確定金屬元素的密度。由于原子吸收光譜儀使用實(shí)施方案I的多微空心陰極光源100作為光源，因此只提供一個(gè)光軸。因此可通過(guò)非常簡(jiǎn)單的方式建立起從光源到光接收元件陣列104的光路。從而，原子吸收光譜儀可小尺寸和低成本生產(chǎn)。在實(shí)施方案2中，樣品在高溫下通過(guò)濺射被原子化以形成等離子體?？商娲兀部墒褂迷谠游展庾V儀中常規(guī)使用的原子化技術(shù)如激光燒蝕、火焰和電加熱法。工業(yè)應(yīng)用本發(fā)明所述多微空心陰極光源可用于原子吸收光譜儀等儀器中。附圖標(biāo)記描述I 電極板2 :外殼3 :透鏡4:電極板固定構(gòu)件11:陰極板12 :絕緣板13:陽(yáng)極板14 :金屬片15 :孔
16 :槽100 :多微空心陰極光源101 :準(zhǔn)直鏡102 :濺射裝置
103 :聚光透鏡104:光接收元件陣列
權(quán)利要求
1.多微空心陰極光源，通過(guò)在氣氛氣體中產(chǎn)生微空心等離子體而發(fā)射光，其特征為所述光源包含 陰極板，由具有高二次電子發(fā)射系數(shù)的金屬形成； 絕緣板； 陽(yáng)極板，設(shè)置為經(jīng)由所述絕緣板與所述陰極板相對(duì)置； 貫穿所述陰極板、所述絕緣板和所述陽(yáng)極板的單孔，所述單孔具有Icm以下的直徑； 多個(gè)包含元素的金屬片，其提供多個(gè)所述元素的特征明線光譜；和 氣氛氣體； 其中所述陰極板具有多個(gè)由所述孔放射狀連續(xù)延伸的槽，所述多個(gè)金屬片被容納在所述槽中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多微空心陰極光源，其中所述具有高二次電子發(fā)射系數(shù)的金屬為銅或銅合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的多微空心陰極光源，其中所述氣氛氣體為氦氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3所述的多微空心陰極光源，其中所述孔具有Imm以下的直徑。
5.用于同時(shí)分析多個(gè)元素的原子吸收光譜儀，其特征為包含權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的多微空心陰極光源。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種多微空心陰極光源，該光源是一種單點(diǎn)光源。所述多微空心陰極光源配置有陰極板(11)、絕緣板(12)、陽(yáng)極板(13)以及金屬片(14)。所述絕緣板(12)夾在陰極板(11)和陽(yáng)極板(13)之間。所述陰極板(11)由銅制成。陰極板(11)、絕緣板(12)和陽(yáng)極板(13)的中心分別具有孔(15a、15b和15c)。所述孔洞形成貫通孔(15)。如圖3所示，四個(gè)直線槽(16)在陰極板(11)上以孔(15a)為中心從孔(15a)處以十字形連續(xù)延伸開去。每個(gè)直線槽(16)均貫穿陰極板(11)。四個(gè)由彼此各不相同的材料制成的金屬片(14)嵌入并埋置在四個(gè)直線槽(16)中。
文檔編號(hào)G01N21/31GK102770938SQ201180010218
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2011年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月22日
發(fā)明者伊藤昌文, 加納浩之, 堀勝, 太田貴之, 山川晃司 申請(qǐng)人:Nu生態(tài)工程株式會(huì)社, 國(guó)立大學(xué)法人名古屋大學(xué), 學(xué)校法人名城大學(xué), 片桐工程株式會(huì)社