空心阴极灯在光度计中的作用

更新时间:2023-11-09      点击次数:260

       一)锐线光源

       1.空心阴极灯

       ① 工作原理空心阴极灯实际上是一种低压辉光放电管,阳极为W棒,阴极为待测元素制成的空心圆筒,然后把两个电极封存入玻璃或石英管内,管内充低压惰性气体(<10mmHg、Ne、Ar、He),当空心阴极灯“+"、“-"极接通电源后,阴、阳极发生放电:

       首先使内充惰性气体在电场作用下电离,气态离子快速运动,撞击阴极表面,使之溅射出被测元素的自由原子,这些自由原子又与气体离子碰撞而激发。这样即发射出稳定的、强度足够的、宽度很窄的元素特征谱线。

       由于空心阴极灯放电时的温度和被溅射的原子浓度均较低,因此,Doppler变宽较小,另外,空心阴极灯是低压密封的,这样,使压力变宽基本消除,所以空心阴极灯能辐射出半宽度约为10-3nm以下的特征谱线。

       ②原子吸收法对光源的要求

       a.发射线半宽度要窄,以提高分析测定的灵敏度。

       b.光源的发射线强度要大,而且背景要小。

       c.发射线强度要稳定,使测定具有良好的重现性,以提高测定的准确度。

       d.为了节省开支,灯的寿命越长越好。

       其实,要满足这些条件,与供电电路有关,若以I表示发射谱线强度,灯电流为i则:I = K·in

       k——常数,n——与电极材料、所充气体及所测谱线的波长有关,且n>1。

       所以,在原子吸收分光光度分析中要用一稳流装置。以使灯电流的稳定度达0.1%-0.005%

       加大灯电流,可以增强发射线的强度,增加信噪比,提高灵敏度,然而,由于灯电流的增加,可能产生自吸变宽;同时,Doppler变宽增大,结果使测定灵敏度下降。另外,必将使灯的使用寿命缩短,为了解决这一矛盾,常采用的办法是:改变供电方式。

       ③供电方式

       为了解决以上矛盾,常用短脉冲调制方式供电。虽然,脉冲电流的峰值可达几百mA,但平均电流却只有几个mA,所以使Doppler变宽没有增大,也不存在自吸,灯的寿命也不会缩短,但得到的发射线强度大大提高了,比直流电供电时增强50-800倍,自然提高了灵敏度。

       另外,原子吸收光谱分析主要通过测定具有特征波长的光被试样原子蒸气吸收的程度来定量的,那么,很显然,如果火焰中产生其他发射信号,即:火焰发射,也将被放大器放大检测,这样必使测定产生负误差。

       火焰发射有三种:

       ① 火焰气体及基体元素产生的背景发射。如:300-500nm,空气—乙炔有强烈的带状特征辐射。

       ② 火焰光度计中火焰中产生的CO,C2,CN等分子及自由基所发射的线状和带状光谱。

       ③ 被测元素在火焰温度下激发产生的辐射线。

       由于火焰发射的影响,在检测器上测得的光强:

       所以,有必要把光源发射与火焰发射区分开来。如果,检测器只接收交流信号,而不放大直流信号,则我们用短脉冲调制供电方式把光源发射调剂成一定频率的单色光,而火焰发射仍为直流信号,若我们在光路上安一个选频放大器,它只放大交流信号,所以,我们用短脉冲调制供电即可消除了火焰发射的干扰,使测得的光强度为:

       所以,对空心阴极灯实行脉冲调制供电可提高原子吸收分光光度法的准确度。

       原子吸收光谱分析的一大弊端就是每测一种元素要更换一种空心阴极灯,为了避免换灯的麻烦,减少预热消耗时间,现在又发展了多元素灯。


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