CN104374473A - 脉冲氙灯用于原子吸收背景校正的光学*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了脉冲氙灯用于原子吸收背景校正的光学***，本***中脉冲氙灯、空心阴极灯分别由受控于控制***的脉冲氙灯电源和空心阴极灯电源和供电，且脉冲氙灯、空心阴极灯配合形成组合光束，该组合光束通过第一透镜进入原子化器，经原子化器输出，再通过第二透镜进入旋转滤色镜组，经旋转滤色镜组输出进入分光***，经分光***输出再依次经过光电倍增管、前置放大器进入控制***。本方案采用脉冲氙灯作为原子吸收背景校正光源，有效解决现有技术中采用氘灯作为原子吸收背景校正光源的缺陷，同时配合使用滤色片组大大提高了背景校正的精确度。

Description

脉冲氙灯用于原子吸收背景校正的光学***

技术领域

本发明涉及原子吸收光谱技术领域，具体涉及原子吸收背景校正技术。

背景技术

连续光源背景校正是原子吸收光谱法背景校正主要方法之一，也是最经典的背景校正法。自1962年起就使用氘灯为原子吸收背景校正光源，其优越性为紫外光强而且稳定。缺点是：

1.波长范围短：仅190-340nm，使用氘灯作为背景校正光源时，分析波长大于340nm的元素背景校正十分困难，例如：Cr(分析线波长为357.9nm)Ca(分析线波长为422.7nm)这样一些常见元素，在样品复杂时仍有严重背景吸收，此时氘灯无法进行背景校正。

2.功耗大，发热严重：一般用于原子吸收的氘灯为30W。仪器达到热平衡的时间长。

3.供电复杂，通常氘灯需要3组供电电源:灯丝供电电源，启辉电源，工作电源。其开启和关闭有严格的时序，且灯丝供电电压(电流)在预热时和工作时不同。

4.需要较长的预热时间，一般氘灯需要预热30分钟才能投入使用。

5.寿命短，通常的氘灯寿命为500小时，好的氘灯寿命为2000小时。

发明内容

本发明针对现有连续光源背景校正中采用氘灯作为原子吸收背景校正光源所存在的问题，本发明的目的在于提供一种采用脉冲氙灯作为原子吸收背景校正光源的光学***。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

脉冲氙灯用于原子吸收背景校正的光学***，所述光学***包括：脉冲氙灯、空心阴极灯、半透半反镜、原子化器、旋转滤色镜组、分光***、光电倍增管、前置放大器、脉冲氙灯电源、空心阴极灯电源、控制***以及若干透镜，所述脉冲氙灯、空心阴极灯分别由受控于控制***的脉冲氙灯电源和空心阴极灯电源和供电，且脉冲氙灯、空心阴极灯配合形成组合光束，该组合光束通过第一透镜进入原子化器，经原子化器输出，再通过第二透镜进入旋转滤色镜组，经旋转滤色镜组输出进入分光***，经分光***输出再依次经过光电倍增管、前置放大器进入控制***。

在本***的一优选方案中，所述脉冲氙灯与空心阴极灯之间通过一半透半反镜形成组合光束。

在本***的另一优选方案中，所述脉冲氙灯与空心阴极灯之间通过第三透镜形成组合光束，所述空心阴极灯发射的光经过第三透镜汇聚到脉冲氙灯的中心，经脉冲氙灯形成组合光束。

上述的所有透镜为会聚透镜。

上述的脉冲氙灯采用穿透式脉冲氙灯，其包括灯底座、设置在灯底座上的灯壳以及设置在灯壳内的阳极，阴极，触发探针以及电火花，所述阳极和阴极分别通过支撑杆与灯底座的插脚连接，且两者相对分布；所述触发探针通过支撑杆与灯底座的插脚连接，并与相对分布的阳极和阴极相配合，所述电火花设置在灯底座上，所述灯壳的侧壁上相对的设有两个透光光窗，所述两个相对的透光光窗的中心连线垂直于阳极和阴极连线并平行于灯底座平面的方向；所述触发探针的延伸方向相对于两个相对的透光光窗的中心连线呈一个脚位相交。

进一步的，所述透光光窗的截面呈外凸柱形。

上述的滤色片组包括一转盘，该转盘上沿其圆周方向对称设置有四个透光光窗，第一透光光窗全透过，无滤色片，第二透光光窗上设置有380nm长波截止滤光片；第三透光光窗上设置有380nm的短波截止滤色片；第四透光光窗上设置有600nm短波截止滤色片。

进一步的，所述透光光窗为圆形。

本发明提供的方案采用脉冲氙灯作为原子吸收背景校正光源，有效解决现有技术中采用氘灯作为原子吸收背景校正光源的缺陷，同时配合使用滤色片组大大提高了背景校正的精确度。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明实例1中提供的光学***的原理图；

图2为本发明实例1中旋转滤色镜组的结构示意图；

图3为本发明实例2中提供的光学***的原理图；

图4为本发明实例2中穿透式脉冲氙灯的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

实例1

参见图1，其所示为本实例提供原子吸收背景校正光学***的原理图，由图可知，该光学***利用脉冲氙灯作为原子吸收背景校正光源。为此，该光学***主要包括：脉冲氙灯A、空心阴极灯B、半透半反镜C、原子化器D、旋转滤色镜组E、分光***F、光电倍增管G、前置放大器H、脉冲氙灯电源I、空心阴极灯电源J、控制***K以及第一透镜L1和第二透镜L2。

脉冲氙灯A，其作为原子吸收背景校正的光源。该脉冲氙灯由受控于控制***K的脉冲氙灯电源I供电，且由控制***K控制相应的电流、频率和相位。脉冲氙灯的输出光线传至半透半反镜C，经过半透半反镜C反射部分光线用作后续的原子吸收背景校正。

空心阴极灯B，其受控于控制***K的空心阴极灯电源J供电，且由控制***K控制相应的电流，频率和相位。该空心阴极灯B的输出端同样与半透半反镜C对应设置，空心阴极灯B的输出光线传至半透半反镜C，部分光线将透过半透半反镜C，该部分光线将与经半透半反镜C反射的脉冲氙灯A的部分光线形成用于后续原子吸收背景校正的组合光线。

第一透镜L1为会聚透镜，其设置在原子化器D和半透半反镜C之间的光路上，用于将半透半反镜C形成组合光线会聚到原子化器D中。

原子化器D，其输入端与第一透镜L1配合，接受第一透镜L1会聚的组合光线，其输出端与第二透镜配合设置，将输出光线传至第二透镜。

第二透镜L2为会聚透镜，其对应设置在原子化器D的输出光路上，用于将原子化器D的输出光线会聚到旋转滤色镜组E中。

旋转滤色镜组E，其上设置有三组滤色片，用于于截止相应波长的光，其中滤色片1为380nm长波截止滤光片；滤色片2为380nm的短波截止滤色片；滤色片3为600(左右)nm短波截止滤色片。

分光***F，其与旋转滤色镜组E对应设置，输入端与旋转滤色镜组E的输出对应配合；分光***F的输出端连接至光电倍增管G，而光电倍增管G通过前置放大器H连接至控制***K。

该光学***中的控制***K为整个光学***的控制中心，其进行A/D变换、数据处理以及控制。

再者，本光学***中旋转滤色镜组如图2所示，其具体包括一旋转圆盘200，该旋转圆盘200上沿其圆周方向对称设置有四个透光光窗，第一透光光窗201全透过，无滤色片，第二透光光窗202上设置有380nm长波截止滤光片202a；第三透光光窗203上设置有380nm的短波截止滤色片203a；第四透光光窗204上设置有600(左右)nm短波截止滤色片204a。

为保证光线通过的效果，四个透光光窗都采用圆形。

由此形成的旋转滤色镜组E受控于控制***K，控制***K根据原子吸收测定波长，控制旋转圆盘200转动，将其上相应的透光光窗转入光学***中的光路中。具体的过程如下：

在原子吸收测定波长为190-380nm时，第二透光光窗202进入光路，连续光源中190-380nm的辐射经过分光器F分光后进入检测器光电倍增管G；这时进入检测器光电倍增管G的空心阴极灯辐射波长与连续光源辐射波长一致。而滤色片202a阻挡了连续光源中波长大于380nm的光进入分光器F，减少这部分光产生杂散光而影响背景校正的性能。

在原子吸收测定波长为380-600nm时，第三透光光窗203进入光路，避免衍射光栅对连续光源中190-380nm辐射的二级光谱进入检测器。如果不使用滤色片203a，波长等于空心阴极灯波长一半的连续光源的光的二级光谱也会进入检测器光电倍增管G，这种情况下作为背景校正光源光有两个部分：一个是与空心阴极灯测定波长相当的部分，一个是只有该测定波长一半波长的光，这样，所测定到的背景吸收将不代表空心阴极灯测定波长上的背景吸收，背景校正产生误差或根本错误。

同理，在测定波长大600nm时(原子吸收长波到860nm),第四透光光窗204进入光路：通过其上滤色片204a可以避免测定波长(600-800nm)一半波长的连续光源光的二级光谱和等于测定波长1/3波长的连续光源光的三级光谱进入检测器光电倍增管G，并因而造成背景校正错误。

第一透光光窗201没有滤色片，如果在分析波长在190-380nm时不使用滤色片对测定产生的影响主要是连续光源长波部分的杂散光，所用连续光源在190nm以下光能量很小，其二级光谱不可能对背景校正产生影响。

根据上述方案形成的原子吸收背景校正光学***工作时，心阴极灯B和脉冲氙灯A分别由受控于控制***K的空心阴极灯电源J和脉冲氙灯电源I供电；控制各自的电流，频率和相位。

穿透式脉冲氙灯A发射的光经过半透半反镜C反射，部分光线进入光路；同时空心阴极灯B发射的光部分透过半透半反镜C后与半透半反镜C反射的脉冲氙灯A发射的光形成组合光，该组合光经过第一透镜L1汇聚到原子化器D，再经过第二透镜L2经过滤色片组E(具体的调节方式如上所述)进入分光***F，分光后空心阴极灯的分析线和在分析线波长处的脉冲氙灯的连续光进入光电倍增管G，形成相应的复合信号；该复合信号经过前置放大器H放大，放大后的信号进入控制***K；最后控制***K根据两个灯电灯频率或相位的不同，分别检测出空心阴极灯的光强和脉冲氙灯的光强，实现原子吸收的背景校正。

该实例方案中采用脉冲氙灯作为原子吸收背景校正光源，有效解决现有技术中采用氘灯作为原子吸收背景校正光源的缺陷，同时配合使用滤色片组大大提高了背景校正的精确度。

同时，采用脉冲氙灯作为原子吸收背景校正光源，将具有如下优点：

1.紫外光强，在190-2000nm全波段都具有足够的光能量。

2.功耗小，体积小；通常用于原子吸收背景校正的脉冲氙灯功率只要5w；而且通常并不是使用在满功率状态。有利于整个仪器的热稳定。

3.由于脉冲氙灯点灯是利用电容放电形式，因此供电电路和控制相对简单。

4.无需预热，即开即用。

5.寿命长，一般一支脉冲氙灯寿命为2*109个脉冲，通常能使用大于8000小时；利用其不需预热的特点采用间歇供电的方法，可以预期得到更长的使用寿命。

实例2

参见图3，其所示为本实例提供原子吸收背景校正光学***的原理图，由图可知，该光学***同样利用脉冲氙灯作为原子吸收背景校正光源，且该光学***主要包括：脉冲氙灯A、空心阴极灯B、原子化器D、旋转滤色镜组E、分光***F、光电倍增管G、前置放大器H、脉冲氙灯电源I、空心阴极灯电源J、控制***K以及第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3。

本实例提供的方案与实例1中的方案基本相同，不同之处在于：

本实例中不采用半透半反镜C，通过第三透镜L3将脉冲氙灯A直接置于真个光路回路中。

具体的，空心阴极灯B的输出端通过第三透镜L3与脉冲氙灯A的输入端配合，而脉冲氙灯A的输出端直接通过第一透镜L1与原子化器D配合，由此使得空心阴极灯B发射的光经过第三透镜L3汇聚到穿透式脉冲氙灯A的中心，空心阴极灯B的光和脉冲氙灯A的组合光经过第一透镜L1会聚到原子化器D。

再者，为了实现与空心阴极灯B的配合(如上所述)，本实例中脉冲氙灯具体采用穿透式脉冲氙灯，如图4所示，该穿透式脉冲氙灯主要包括灯壳101、灯底座102、阳极103、阴极104、触发探针105以及电火花106这几部分。

其中，灯底座102具体为各电极与外部电源相连接的插脚，所有电极通过各自的支撑杆与灯底座的插脚连接，支撑杆与灯底座平面相垂直。该灯底座102具体为圆形。

灯壳101具体设置在灯底座102上，与灯底座102相配合构成脉冲氙灯100的主体结构，用于安置其它部件。

阳极103和阴极104分别通过支撑杆与灯底座的插脚连接，并且阳极103和阴极104沿灯底座的中心轴线方向，且以灯底座的轴心为对称点相对分布，在两者之间形成弧光放电区107。

同时，本实例在灯壳101的侧壁上对称设置有两个透光光窗108、109，这两个透光光窗108、109的位置与阳极103和阴极104高度相对应(即与弧光放电区107相对应)，且两者的中心连线垂直于阳极103和阴极104连线并平行于灯底座平面的方向。具体的，这两个透光光窗108、109呈外凸柱形，其截面呈圆形或矩形。

触发探针105通过相应的支承杆与灯底座的插脚连接，该触发探针105整体平行于灯底座平面的方向，其一端位于阳极103和阴极104之间的中点(即弧光放电区107的中心点)，另一端面向灯壳101延伸，且延伸方向相对于两个相对的透光光窗的中心连线呈一个脚位相交(该脚位具体为灯底座上以灯底座的轴心为顶点，相邻插脚之间构成的夹角)。如此分布的触发探针105以避免对外部透过光束的遮挡。

该触发探针105在具体设置时，可通过触发探针的支承杆(与灯座插座相连部分)旋转一个脚位来实现。

同时，电火花106设置在灯底座102上，并与阳极103、阴极104、触发探针105相配合。

根据上述方案形成的脉冲氙灯通过灯壳的两边设置的透光光窗108和109，使得外部光束300沿透光光窗108和109，以垂直于弧光放电区107延伸方向并平行于灯底座平面的方向依次穿过透光光窗108、弧光放电区107以及透光光窗109。同时，旋转一个脚位设置的触发探针105能够避免对外部透过光束的遮挡。由此形成脉冲氙灯能够很好的作为原子吸收背景校正光源，并具有脉冲氙灯所具有的一切优点，可以克服现有技术中使用氘灯所具有的所有缺陷。

同时，本实例光学***中的其它组成部件：原子化器D、旋转滤色镜组E、分光***F、光电倍增管G、前置放大器H、脉冲氙灯电源I、空心阴极灯电源J、控制***K以及第一透镜L1、第二透镜L2的功能以及具体设置都与实例1中相同，此处不加以赘述。

本实例提供的原子吸收背景校正光学***工作时，空心阴极灯B和脉冲氙灯A分别由受控于控制***K的空心阴极灯电源J和脉冲氙灯电源I供电；控制各自的电流，频率和相位。

空心阴极灯B发射的光经过透镜L3汇聚到穿透式脉冲氙灯A的中心(即空心阴极灯B的辐射光聚焦于脉冲氙灯A的发光部位)，空心阴极灯的光和脉冲氙灯的组合光经过透镜L1汇聚到原子化器D，再经过透镜L2经过滤色片组E进入分光***F，分光后空心阴极灯的分析线和在分析线波长处的脉冲氙灯的连续光进入光电倍增管G，形成复合信号；该复合信号经过前置放大器H放大，放大后的信号进入控制***K，同时控制***K控制***根据两个灯电灯频率或相位的不同，分别检测出空心阴极灯的光强和脉冲氙灯的光强，实现原子吸收的背景校正。

本实例提供的方案除了能够有效解决现有技术中采用氘灯作为原子吸收背景校正光源的缺陷，并通过旋转滤色镜组E大大提高了背景校正的精确度外；本方案相对于实例1的方案采用特殊结构的穿透式脉冲氙灯A，且让空心阴极灯的光聚焦于脉冲氙灯的发光点，使得整个装置的光学调整变得更为容易，而且在原子化器中两个光源的光斑一致性也较方案一更好，从能使得背景校正的误差更小，进一步提高精度。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.脉冲氙灯用于原子吸收背景校正的光学***，其特征在于，所述光学***包括：脉冲氙灯、空心阴极灯、半透半反镜、原子化器、旋转滤色镜组、分光***、光电倍增管、前置放大器、脉冲氙灯电源、空心阴极灯电源、控制***以及若干透镜，所述脉冲氙灯、空心阴极灯分别由受控于控制***的脉冲氙灯电源和空心阴极灯电源和供电，且脉冲氙灯、空心阴极灯配合形成组合光束，该组合光束通过第一透镜进入原子化器，经原子化器输出，再通过第二透镜进入旋转滤色镜组，经旋转滤色镜组输出进入分光***，经分光***输出再依次经过光电倍增管、前置放大器进入控制***。

2.根据权利要求1所述的脉冲氙灯用于原子吸收背景校正的光学***，其特征在于，所述脉冲氙灯与空心阴极灯之间通过一半透半反镜形成组合光束。

3.根据权利要求1所述的脉冲氙灯用于原子吸收背景校正的光学***，其特征在于，所述脉冲氙灯与空心阴极灯之间通过第三透镜形成组合光束，所述空心阴极灯发射的光经过第三透镜汇聚到脉冲氙灯的中心，经脉冲氙灯形成组合光束。

4.根据权利要求1或3所述的脉冲氙灯用于原子吸收背景校正的光学***，其特征在于，所有透镜为会聚透镜。

5.根据权利要求3所述的脉冲氙灯用于原子吸收背景校正的光学***，其特征在于，所述脉冲氙灯采用穿透式脉冲氙灯，其包括灯底座、设置在灯底座上的灯壳以及设置在灯壳内的阳极，阴极，触发探针以及电火花，所述阳极和阴极分别通过支撑杆与灯底座的插脚连接，且两者相对分布；所述触发探针通过支撑杆与灯底座的插脚连接，并与相对分布的阳极和阴极相配合，所述电火花设置在灯底座上，所述灯壳的侧壁上相对的设有两个透光光窗，所述两个相对的透光光窗的中心连线垂直于阳极和阴极连线并平行于灯底座平面的方向；所述触发探针的延伸方向相对于两个相对的透光光窗的中心连线呈一个脚位相交。

6.根据权利要求5所述的脉冲氙灯用于原子吸收背景校正的光学***，其特征在于，所述透光光窗的截面呈外凸柱形。

7.根据权利要求1所述的脉冲氙灯用于原子吸收背景校正的光学***，其特征在于，所述滤色片组包括一转盘，该转盘上沿其圆周方向对称设置有四个透光光窗，第一透光光窗全透过，无滤色片，第二透光光窗上设置有380nm长波截止滤光片；第三透光光窗上设置有380nm的短波截止滤色片；第四透光光窗上设置有600nm短波截止滤色片。

8.根据权利要求7所述的脉冲氙灯用于原子吸收背景校正的光学***，其特征在于所述透光光窗为圆形。