Structure d'une lampe à cathode creuse ordinaire.
Lorsque la lampe à cathode creuse crée un phénomène de décharge entre les deux électrodes à travers un gaz à basse pression à l'intérieur, la cathode est bombardée par un grand nombre d'électrons, des ions gazeux chargés (c'est - à - dire chargés en gaz) qui se précipitent à la surface de l'électrode. L'énergie de ces ions est si forte qu'elle peut pousser les atomes du matériau cathodique à se détacher de la surface ouLa "pulvérisation" entre dans la zone plasma. Les ions pulvérisés entrent également en collision avec d'autres substances énergétiques. Le résultat de la collision entraîne un transfert d'énergie et une transition des atomes métalliques vers un état excité. Comme l'état excité est instable, les atomes retournent spontanément à l'état fondamental tout en émettant des raies de résonance à des longueurs d'onde spécifiques. De nombreux éléments ont plusieurs lignes de résonance pour une utilisation analytique.
Pour jouer avec les performances * de la lampe, tous les paramètres de conception doivent être soigneusement sélectionnés.
Caractéristiques de conception de la lampe à cathode creuse
1. Cathode
La cathode est réalisée à partir de l'élément analysé ou d'une substance contenant l'élément analysé. Si le métal est stable dans l'air et a un point de fusion élevé, le matériau de la cathode utilise généralement un métal pur (comme l'argent). Si le métal lui - même est plus fragile, une poudre métallique frittée (par exemple, manganèse, tungstène) est généralement utilisée. Si le métal lui - même est relativement actif dans l'air ou a une pression de vapeur relative élevée, on utilise généralement des oxydes ou des halogénures du métal (p. ex., cadmium, sodium). La technologie des poudres est également appliquée à la fabrication de lampes Multi - éléments contenant plusieurs métaux analysés.
Le diamètre de la cathode est également très important car l'intensité d'émission de la lampe dépend de la densité de courant.
2. Gaz encapsulé
Le gaz encapsulé doit être un gaz monomoléculaire pour éviter le spectre de Vibration moléculaire, de sorte que des gaz rares inertes sont généralement utilisés. Le gaz d'encapsulation utilise généralement du néon ou de l'argon, le néon est le choix. Ceci est dû au fait qu'il a un potentiel d'ionisation plus élevé pour avoir une intensité d'émission plus élevée. L'argon n'est utilisé que si la raie d'émission du néon est très proche de celle de l'élément mesuré. Le faible nombre de masses utilisées pour l'hélium entraîne non seulement un effet de pulvérisation nettement moindre, mais également une réduction de la durée de vie de la lampe en raison de son épuisement rapide du gaz.
L'épuisement du gaz à basse pression encapsulé est dû à l'absorption du matériau de surface de la lampe. Lorsque la pression du gaz encapsulé est inférieure à la valeur spécifiée, il ne peut pas être déchargé en permanence, lorsque la durée de vie de la lampe atteint sa fin. Bien que la lampe puisse encore s'allumer, elle ne peut plus émettre les lignes de résonance de l'élément mesuré.
3. Anode
Une anode est une électrode ordinaire qui fournit simplement une tension de bombardment de décharge. Le matériau d'anode utilise généralement le zirconium, car c'est un« getter ». Cette caractéristique est expliquée dans la section « 5 traitements » ci - dessous.
4. Enveloppe
Les électrodes sont généralement encapsulées à l'aide d'un verre contenant des vitrages optiques en quartz ou en verre borosilicaté spécial. Le matériau de la fenêtre de chemin de lumière est déterminé par la ligne d'émission de la lampe élémentaire. Comme la plupart des éléments ont des lignes d'émission inférieures300 nanomètres, à ce stade, le matériau de quartz doit être utilisé. Au - dessus de cette longueur d'onde, on utilise généralement du verre borosilicaté.
5. Traitement
Les étapes de traitement sont essentielles à la fabrication de lampes hautes performances. Le but principal du traitement est d'éliminer la contamination pour la purification.
L'étape de traitement consiste principalement à aspirer et à maintenir une température élevée appropriée à l'extérieur de la lampe.
L'étape de traitement permet d'inverser la polarité pour que l'anode en zirconium se transforme en cathode. Pour les impuretés gaz oxygène et hydrogène zirconium électrode est un bon"Getter", donc Utilisez cette électrode pour éliminer les impuretés gazeuses. Lors de la décharge, il y aura une couche de zirconium reposant sur l'enveloppe de la lampe.
Près de l'anode, il y aura un film noir. Cette couche de film actif est capable d'absorber les impuretés gazeuses, permettant la purification du gaz dans la lampe. Jusqu'à ce que le gaz pur après zui remplit toute la lampe, puis la fermeture est effectuée. Les lampes traitées doivent encore être testées pendant plusieurs heures.

Fonctionnement des lampes à cathode creuse
Deux paramètres principaux influencent les résultats de l'analyse. Respectivement:
（A) le courant de la lampe à cathode creuse, qui affecte l'intensité de l'émission.
（B) Largeur de bande spectrale (fente) sur l'instrument contrôlant les raies spectrales
Afin de faciliter le choix de ces deux paramètres par l'utilisateur, Varian lui fournit les conditions de fonctionnement recommandées pour chaque lampe. Toutefois, dans un cas particulier, pour obtenir de meilleurs résultats d'analyse, il est nécessaire d'apporter de légères modifications aux conditions opératoires prévues. Le choix des conditions opératoires dépend de la précision à obtenir pour un échantillon analysé au voisinage de la limite de détection ou du respect de la relation linéaire sur une plus grande plage de concentrations.
1. Courant de lampe
L'effet d'augmenter le courant de la lampe est d'augmenter l'intensité d'émission de la lampe- Oui.- Oui.
L'intensité d'émission de la lampe affecte la taille du bruit de base (absorption) dans le signal d'analyse déterminé. La stabilisation de la ligne de base est essentielle pour garantir une bonne précision et des limites de détection.
Étant donné que l'intensité du bruit de base est inversement proportionnelle à l'intensité d'émission de la lampe, plus l'intensité d'émission de la lampe est élevée, plus le bruit de base est faible (Figure III).
Vu en surface * Il est important de noter que le courant défini doit être inférieur au courant nominal de la lampe. Mais ce n'est pas si simple en fait.

Lorsque le courant de fonctionnement dépasse le courant recommandé plus, il se produit un phénomène d'auto - amorçage qui provoque l'élargissement de la ligne d'émission. Comme le nuage atomique à l'avant de la cathode absorbe les lignes de résonance émises par sa propre cathode, c'est comme inverser les lignes d'émission originales.
La distorsion de la ligne d'émission entraîne une diminution de la sensibilité (Figure IV).
Cette distorsion affecte également la linéarité de la courbe, en prenant par example pour figure un élément Cadmium très bien linéaire.5. Il convient de noter que cet exemple a été réalisé avec des éléments très linéaires. Ce phénomène n'est même pas évident pour certains autres éléments (Figure VI).

Un courant de lampe trop élevé accélère l'effet de pulvérisation et raccourcit la durée de vie de la lampe. Il est plus évident pour les lampes à éléments volatils zirconium.
Un courant de lampe plus élevé est recommandé lorsque la concentration de l'échantillon déterminée est proche de la limite de détection (où le bruit de base est important). La perte de sensibilité induite par l'augmentation du courant de la lampe pour certains éléments n'est pas évidente.
D'autre part, un courant de lampe plus faible favorise la linéarité de la courbe et étend la plage de détermination, mais cela doit se faire au détriment du bruit de base.
Il est clair que le choix éclectique permet à la fois d'obtenir une meilleure sensibilité avec un rapport signal sur bruit élevé et de tenir compte de la durée de vie de la lampe élémentaire. Le manuel d'utilisation Varian dispose de paramètres recommandés pour chaque lampe élémentaire.
2. Intensité de la lampe
Chaque ligne d'analyse de chaque lampe à cathode creuse présente une intensité caractéristique liée au rapport signal sur bruit du spectromètre d'absorption. Plus l'intensité de la ligne d'analyse est élevée, plus le rapport signal sur bruit est élevé. Il est tout à fait normal que les niveaux de bruit varient considérablement entre les lampes des différents éléments. Par exemple, la lampe Silver elementLe bruit à 328,1 nm doit être nettement inférieur à celui des lampes à élément de fer à 248,3 nm, et la figure VII énumère deux situations de bruit.
Il est à noter queTube photomultiplicateurLes performances de la photocathode sont également l'une des raisons qui affectent le bruit. Les Tubes photomultiplicateurs utilisés par Varian ont tous une réponse élevée dans une large gamme de longueurs d'onde.
3. Bande passante spectrale
La largeur de bande spectrale affecte la capacité de séparation spectrale de la ligne d'analyse. La taille de la bande passante spectrale est déterminée par la proximité de la ligne d'analyse (Figure VIII).
Un balayage Spectral de la lampe à antimoine à partir de la figure VIII a révélé que si l'utilisation de zui forte217.6nm， La largeur spectrale doit alors être inférieure à 0,3 nm pour éviter les raies d'interférence à 217,9 nm. La taille de la largeur de bande spectrale * peut être déterminée en étudiant la largeur de bande spectrale et en analysant le diagramme de variation du signal d'absorption de la solution (Figure IX).
4. Temps de préchauffage
La stabilisation du signal de la lampe à cathode creuse est très importante. La lampe à cathode creuse ordinaire a besoin d'une période de préchauffage après l'allumage afin que la lampe atteigne un état d'équilibre de sortie stable.
Il est très important pour le préchauffage des instruments à faisceau unique. Pour les instruments à faisceau unique (Spectraa - 110), la modification de l'intensité d'émission de la lampe affecte la ligne de base de l'instrument, c'est - à - dire que la dérive de la ligne de base est la dérive de la lampe. Un préchauffage suffisant doit donc être effectué de manière équivalente avant la détermination. Pour la plupart des lampes element, Préchauffez - les pendant 10 minutes. Alors que les lampes Multi - éléments as, P, TL et Cu / Zn prennent plus de temps à chauffer.
Pour les instruments à double faisceau, l'instrument compense le faisceau de l'échantillon en comparant en continu l'intensité du faisceau de référence. Pour l'utilisation dansInstruments aux fréquences de 50 et 60 hertz, les faisceaux d'échantillon et de référence sont comparés toutes les 20 ou 16 millisecondes.
Pour les instruments à double faisceau, l'effet du préchauffage n'est pas évident. Cependant, lors de l'analyse de l'échantillon, une courte période de préchauffage est nécessaire. Cela est dû au fait que le profil de la ligne d'émission de la lampe change quelque peu pendant la phase de préchauffage et a un impact moindre sur le résultat. Pour les instruments à double faisceau, la correction du point zéro doit être effectuée fréquemment.
Il convient de noter que, bien qu'il n'y ait qu'un seul chemin optique pour l'absorption atomique de type Zeeman, il s'agit d'un véritable instrument à double chemin optique lors de l'analyse d'échantillons.
5. Lampe Multi - éléments
La lampe Multi - éléments zui - multi peut être composée de six éléments différents. Ces éléments sont réalisés en cathode au moyen d'une poudre d'alliage. Ce type de lampe est pratique à utiliser, mais a ses propres limites.
Tous les mélanges Multi - éléments ne peuvent pas être utilisés, car les raies d'émission de certains éléments sont si proches qu'elles interfèrent les unes avec les autres. Les conditions d'utilisation de la lampe Multi - éléments sont généralement différentes de celles de la lampe mono - élément et nécessitent que l'utilisateur tâtonne soigneusement. Grâce à l'avantage linéaire de la courbe de correction, les résultats d'analyse des lampes mono - éléments sont généralement supérieurs à ceux des lampes Multi - éléments. Mais la gamme d'applications des lampes Multi - éléments est son avantage en comparaison.

Lampe deutérium
Une lampe au deutérium est une source lumineuse à rayonnement continu utilisée pour corriger l'absorption non atomique ou de fond. Cette source est une lampe à décharge remplie de deutérium qui émet une gamme spectrale continue intense de 190 à 400 nm. Cette zone est la gamme spectrale où l'absorption atomique est fréquemment utilisée et l'absorption de fond se produit fréquemment. Le deutérium moléculaire diatomique est utilisé en raison de sa capacité à produire une bande spectrale d'émission continue. Il existe une différence entre les lampes au deutérium en termes de structure et de fonctionnement et les lampes à cathode creuse. Cette lampe intègre une cathode émettrice d'électrons chauffée, une anode métallique et un trou de confinement entre les deux pôles. Le deutérium gazeux est excité à l'aide d'un courant de plusieurs centaines de milliampères tout en travaillant. Le courant électrique traverse de petits trous pour former une excitation élevée dans des zones spécifiques, créant des lignes d'émission de haute intensité. Utilisez un matériau de forme approprié pour que les rayons arrivent après leur passageSpectromètreSystème de chemin optique.
Pour obtenir un excellent effet de correction de fond, le chemin optique et l'énergie de la lampe au deutérium doivent correspondre à la lampe à cathode creuse. L'adaptation du chemin optique de la lampe au deutérium et de la lampe à cathode creuse est très importante. Si la correspondance n'est pas *, les densités atomiques déterminées à deux points diffèrent, donnant des résultats erronés. Pour équilibrer l'énergie de la lampe au deutérium et de la lampe à cathode creuse, il est nécessaire d'augmenter ou de réduire le courant de la lampe à cathode creuse en fonction de l'intensité mutuelle des deux. Les instruments de Varian sont équipés d'atténuateurs (certains modèles sont automatiques) devant les lampes au deutérium, ce qui peut réduire l'intensité de leurs émissions jusqu'à atteindre l'équilibre avec les lampes à cathode creuse. Si l'énergie de la source lumineuse continue est encore trop forte, il est nécessaire de réduire la bande spectrale. En effet, l'énergie d'une source lumineuse continue augmente à mesure que la bande spectrale augmente, et inversement, l'énergie d'une raie d'émission spectrale atomique diminue à mesure que la bande spectrale augmente. De même, lorsque l'énergie d'une lampe à cathode creuse dépasse celle d'une lampe au deutérium, la largeur de bande spectrale peut être augmentée de manière appropriée. L'équilibre des deux peut être atteint par ces méthodes.