[科普中国]-空心阴极放电管

空心阴极放电管是发射光谱分析用的一种激发光源。根据低压气体辉光放电原理制成。阴极由石墨、铜、铝或不锈钢制作；阳极则为镍、相或钨。 放电管抽成真空后再充人氦、氖或氢。封闭于放电管中的试样，放电时进人等离 子休，蒸发与激发发光。可用于易挥发卤化物的元素分析。

作用空心阴极放电管是辉光放电管的一种特殊结构类型。这种放电管利用空心阴极放电效应，获得了较强的辉光。用空心阴极放电管作激发光源的发射光谱分析，具有检出限低、再现性好、谱线较锐的优点。因此，空心阴极放电管适用于超纯物质的光谱分析、难激发元素的光谱分析、气体的光谱分析以及同位素的光谱分析。

结构原理空心阴极放电管是内电极放电管的变型， 其构造如图1所示。这种放电管具有极强的负电辉，适宜于粉末、溶液干渣或固体试样的分析。放电管的外壳，可根据不同的要求，用玻璃、石英或金属制成。

放电管的观测窗口，可根据工作光谱区的要求，用玻璃、石英或其他晶体制成。放电管的阳极以环状为宜，一般用镍、铜等构·料制成。放电管的阴极，由固定的钨棒和可更换的空心杯组成。分析金属棒状试样时，可将试样直接制成阴极杯。分析粉末试样时，阴极杯可用石墨、铜或不锈钢制成，试样分布在杯壁或杯底。试样杯插在同极钨棒上，与阳极的距离大约为l厘米。工作气体以惰性气体为宜，最常用的有氦、氩及其混合气体。氦的激发电位和电离电位都较高，用氦为工作气体有利于激发难激发的谱线。氩的激发电位和电离电位都较低，用氩为工作气体有利于激发原子线，特别有利于激发共振线。将氦和氩按不同的比例混合使用，可以取得不同的效果。

工作气压应通过试验选择，一般为几十至几百帕。气压太高不能产生辉光，气压太低又会减弱辉光。工作电流也应通过试验选择，一般为几十至几百毫安。电流过低辉光较弱，电流过高谱线出现斯塔克展宽。试样进入负电辉区的方式，视阴极温度而异。若采用冷阴极，放电电流较小，阴极温度较低，试样以阴极溅射方式进入负电辉区。若采用热阴极， 放电电流较大（约1安）， 阴极温度较高（约2000开），试样也可能以蒸发方式进入负电辉区。1

高强度空心阴极放电管在空心阴极放电管中，增大工作电流，虽可提高发射强度，但也增加谱线宽度。若在空心阴极放电管内增加两个长玻璃管和一个“辅助电极”，便成为高强度空心阴极放电管（图2）。

辅助电极是一个金属圆筒，放置在阴极和阳极之间。接通电源后，将管内气压降至几百帕，两电极之间就产生辉光放电。辉光放电的正柱区又正好处于辅助电极的圆筒之中。由于圆筒电极相对于等离子区的电位为负值，所以试样物质受等离子区来的离子轰击，产生溅射而进入正柱区。由于细长玻璃管的作用，试样蒸气主要密集在圆筒电极内部，在正柱区受到激发。这样一来，就把溅射机制与激发机制分开。因此，增大工作电流使谱线强度显著增强时（30—100倍），谱线的宽度并没有显著的增加， 从而克服了普通空心阴极放电管的弊端。此外，在待测元素谱线强度增加时，惰性气体的谱线和待测元素的高激发能谱线的强度也没有显著的增加，有利于测定组成复杂的试样。2

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所