原子荧光光谱仪-- 空心阴极灯的结构与原理
原子吸收分析用的空心阴极灯的品质性能与灯的结构设计、充 入气体种类和最佳压强值的选择、制灯材料的选择、各部件的加工 及阴极的形状、部件的净化脱气、制灯工艺条件的严格控制与制灯 技术，以及灯的使用等许多因素有密切关系。尽管目前空心阴极灯 的制造技术已相当成熟，但各厂家在关于灯的制作和设计方面并没 有统一的标淮，其结构也多种多样。但其基本结构如下图所示。 它由封在玻璃管中的一个阳极和一个圆柱形空心阴极所组成。玻璃 管内充有一定压力的氮气或氧气。阳极可选用钛、错、钮、鸨等具 有熔点高、蒸气压低，受热时具有吸气性能等特性的材料制成，其 形状和位置对灯的性能一般影响不大，可以是棒、片、环、丝等 状，但阳极与阴极之间的距离是影响灯的起辉电压的主要因素之一。阴极则由具有所需光谱的金属或涂有一层这种金属的材料或该 金属合金构成，一般都是高纯材料，此处所谓高纯是以杂质产生的 辐射谱线不与原子吸收测量时通常选用的谱线相重叠为标准，并不 是不能含有杂质。用合金材料制作阴极时应注意合金材料的恰当搭 配，以防止谱线的重叠。阴极的形状和加工方法非常重要，一般为空心圆筒形，其孔径、孔深等几何尺寸都是影响灯的稳定性和发光 强度的重要参数。
空心阴极灯是依靠阳极和空心阴极之间的放电激发的一种特殊 的低压辉光放电灯，当把电压加到电极上时，气体在电场作用下发 生电离，由于离子向电极移动，于是产生一定的电流。如果电压足 够高，则气体阳离子将获得足够大的能量，使一些金属原子从金属 表面上溅射出来而形成原子蒸气云，这一过程称为溅射。一部分溅 射出来的金属原子与在空心阴极放电过程中产生的带电粒子发生碰 撞，以及不同能级的原子之间碰撞，使特定元素的金属原子被激发， 激发态的原子在跃迁回基态的过程中产生强烈的特征共振光辐射。最 后，金属原子又扩散回阴极表面或管子的玻璃壁上而重新淀积出来。
国内用于原子荧光仪器的空心阴极灯其基本结构和工作原理与 上述原子吸收分析用的空心阴极灯相同，只是在某些尺寸和阴极材 料上作了改进，专用于无色散原子荧光仪器，称为特制空心阴极 灯。两种灯的主要区别为：①特制空心阴极灯的焦距较短，一般为 60mm，这样可使光程变短，减少能量损耗；②特制空威阴极灯管 径较大，通常使用51mm的粗玻壳制作，以减小灯内非正常放电 的概率，同时也可充入足够多的惰性气体，以利于延长易挥发元素 的使用寿命；特制空心阴极灯阴极孔径较大，即输出光斑较大，其 直径约为3〜5mm，与屏蔽式石英炉原子化器配套使用，以利于提 高仪器的灵敏度；特制空心阴极灯阴极材料要求纯度更纯，以适用 于无色散原子荧光光谱析。
Hg空心阴极灯其结构与上述其他常规的空心阴极灯有所不 同，发光现象也不一样，是一种特殊的汞线光谱光源，见下图。 其中心极并不是空心阴极，而是阳极，阴极在侧面，且中心阳极紧 靠石英灯窗。它兼有空心阴极灯与蒸气放电灯的特点，点亮时发生空心阴极放电，并使常温下呈蒸气状态存在于灯壳内的汞原子激发 发光。因为阳极辉光中汞的特征线辐射强度很大，氛线很弱，从阳 极（位于灯的中心线）辉光内取光，得到强度大而自吸小的Hg 253. 65nm共振线辐射，这与蒸气放电灯相似。阳极辉光与灯窗相距很近，可使自吸降低至最小。因此这种灯其特征辐射强度大、稳 定，背景小，光谱纯净。
