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带你走近氘灯的世界

原子吸收光谱(AAS)

  • 言:

    提起氘灯这个器件我想对于搞分光仪器的人员而言,真是太熟悉不过的了。它作为一个紫外光源,是原子吸收和紫外-可见分光光度计上必不可少的一个光源器件。但是,关于氘灯的细微结构,发光原理,以及常见故障的判断和检查,我想大部分使用仪器的人员就不一定耳熟能详了,故,今写此小作以飨有兴趣的版友。

    (一)氘灯的科技名词定义如下:

    中文名称:氘
    英文名称:Deuterium Lamp
    义:充有高纯氘气,能辐射出160~400nm连续光谱的热阴极弧光放电灯。

    应用范围:紫外-可见分光光度计,液相色谱仪的紫外检测器,原子吸收光谱仪,电泳仪,SOx/NOx分析仪,血液检查等多种分析仪器上。

    (二)氘灯的种类例举:


    图-1 国产氘灯


    图-2 澳大利亚氘灯


    图-3 安捷伦氘灯



    图-4 岛津氘灯



    图-5 浜松氘灯



    图-6 日立氘灯

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  • 夕阳

    第1楼2011/09/14

    应助达人

    (三)氘灯的构造

    氘灯基本由石英外壳(或玻璃外壳加石英出光口),阴极(灯丝),挡光片,光栅,阳极,屏蔽罩组成。



    图-7 氘灯结构示意图



    图-8 氘灯实体构造图(以日立氘灯为例)


    图-9 灯丝 (产生热电子)


    图-10 挡光片(防止阴极电弧光斑的干扰)



    图-11 半球型光栅(使发射光束集中,提高发射强度)



    图-12 阳极 (吸收阴极发射出的热电子,以便产生发射光束)



    图-13 屏蔽罩和光窗(屏蔽罩防止热电子溅射,光窗增大辐射角)

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  • 夕阳

    第2楼2011/09/14

    应助达人

    (四)简单工作原理

    下面是氘灯工作(启辉)的等效原理图:



    图-14 氘灯工作等效原理图




    从上图可以看出,氘灯实质上就是一种弧光放电型的电子二级(或三级)管。在管子里充有数托纯度很高的氘气,还有阴极(即加热灯丝),阳极或加速栅极。

    当阴极因通电而被加热时,便会发射出许多呈负电荷的自由热电子,此时如果阳极施加有较高的正电压时,这些从阴极发射出来的热电子便会以极高的速度“飞”向阳极,在此过程中,这些热电子与氘气分子发生非弹性碰撞,致使氘分子被激发后在阳极附近产生一个能量很强的“光柱”,并而产生连续光谱。其光谱特性见图-15所示:



    图-15 氘灯光谱




    因此,在物理概念中,氘灯属于第二导电方式发光的光源器件。类似的光源器件还有氙灯和汞灯。像钨灯由于是直接施加电压后产生焦耳热发光,则属于第一导电加热方式。

    氘灯的阴极(即灯丝)电压,因生产厂家而异;一般在3~10伏之间,交流或直流供电均可。

    值得一提的是:氘灯灯丝电压并不是一朝不变的,它有预热电压和维持电压之分,一般来讲,预热电压要略高于维持电压。以日立氘灯为例:预热电压为10V,而维持电压在7V。

    而氘灯的阳极电压也不是固定的,它也有启辉电压和维持电压之分。以日立氘灯为例,点灯启辉电压大约在400V左右,而一旦氘灯启辉后,其维持电压保持在90V左右。

    氘灯的工作电流在新灯状态时,大约300毫安,其功率P=90V x 0.3A ≈30W左右。

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  • 夕阳

    第3楼2011/09/14

    应助达人

    (五)常见故障的判断和处理

    (1)氘灯不启辉

    这个故障是最常见的故障之一,约占氘灯故障的95%以上。判断方法如下:

    a) 如果您有一只新的氘灯那是最简单不过的了,更换后就立刻可判断出究竟是氘灯衰老的原因还是仪器本身的问题了。

    b) 判断氘灯灯丝是否良好。这有两种方法可以判断:第一种用目视法观察,具体做法是从灯壳顶端观察灯丝是否被加热(灯丝发红),如是则说明灯丝完好;第二种是脱开氘灯灯丝的两根引线,或将氘灯取下,用万用表的电阻档测灯丝的电阻,这个电阻值在正常情况下也就是几个欧姆左右。如果其阻值无限大,则说明灯丝断掉了。目视法观察灯丝的情况如图-16所示:



    图-16 从灯壳顶端观察灯丝加热情况

    c) 如果灯丝完好,但仍不能被加热,这时就要用电压表根据仪器的设计采用交流或直流档位测一测灯丝的电压了。如果没有电压则可能是氘灯供电电路的问题或者是灯丝连接线接触不良所致,这种情况尤其在连接线采用接插件的仪器上尤为多见。测试方法见图-17所示:



    图-17 测量灯丝电压

    d) 如果灯丝及供电正常,则要观察氘灯在接通电源后的几秒内,灯内是否有辉光闪烁;这就类似日光灯开启的闪动一样。如果有辉光闪动,根据我的经验,多半是氘灯老化所致。

    e)
    如果灯丝及供电正常仍不能点灯,并且灯内无辉光闪烁,则要测量阳极与阴极间的启辉电压了。在这种测试时要注意:在点灯前就要将电压表的测量表笔预先接好在测量端子上;正表笔(红色)接在阳极上,负表笔(黑色)接在灯丝的公用端上。连接妥当后,给氘灯通电,延迟数秒后才会出现这个数百伏的启辉电压。如果有此电压则说明氘灯不良了;反之,则说明氘灯阳极供电电路有问题了。这种测试见图-18所示:



    图-18 测量阳极电压


    (2)氘灯能量不足

    这种情况非常普遍。因为任何一种氘灯都是有寿命的,无论产品介绍得寿命有多么长。如果氘灯随着使用时间的累加,灯能量自然而然地会逐渐下降;如果该氘灯用到原吸做扣除背景之用时,为了达到两只灯的能量的平衡,会造成阴极灯相随地降低能量以求平衡,这样检测的信号值因信噪比的下降,其可信度随之下降。如果该氘灯用在分光光度计上,则会造成紫外区域的基线产生很大的噪声,甚至不能测定。

    关于氘灯的能量判断也有两种方法;第一为目视法:该方法虽然粗略,但也实用,结合氘灯的使用累计时间,也可大概判断出一二端倪来。氘灯在工作期间会发出辉光,那么随着氘灯使用的时间的累加,这个辉光的颜色也会发生相应的变化。这个变化大概分为五步:
    a)
    新的氘灯发出的辉光是蓝紫色的,并伴有强烈的臭氧味道。如图-19所示:



    图-19 新氘灯的辉光

    b) 辉光变为浅蓝色。

    c)
    辉光变为浅紫色,见图-20所示:




    图-20 已经衰老的氘灯

    d) 辉光变为粉色。(暂无照片)
    e) 辉光变为白色。(暂无照片)
    上述五步变化可能不易掌握,那么还有第二种方法,就是阳极电压监测法了。其方法与前面测阳极电压一样,只是要将当前的所测的电压值与新灯时的阳极电压做一个比较。这种判断方法有一个前提,就是要将新灯状态下的阳极电压预先做一个记录,以备后用。
    例如日立的氘灯在新的状态下,阳极电压为70V左右,如果该值上升到100V以上了,说明该灯因衰老,阴极发射的热电子逐渐在减少,相当于灯的等效内阻变大,于是作用在阳极与阴极间的等效电阻就变大了,那么两端的电压降自然而然地就会提高了,日立阳极电压的测试值见图-21所示:




    图-21 阳极电压

    (六)关于氘灯能量逐渐降低的探讨
    氘灯随着使用年限的累加,其灯丝逐渐变细,发射热电子的能力自然而然地随之下降;此外灯内原有的氘气因灯丝材料在加热的过程中的升华作用而造成纯度下降。由于这关键的两个启辉因素的能力下降,就造成了氘灯的发射能力逐渐下降直至不能正常启辉。见图-22所示:



    图-22 升华的灯丝

    根据文献记载和实践经验得知,造成氘灯能量快速下降的一个很大的因素是频繁开启氘灯,因此根据分析样品量的多少和测试间隔,合理地开启仪器是每一位仪器操作人员要考虑的因素。

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  • AK-47(冲)

    第4楼2011/09/14

    好东西。。
    学习一下。

    顺便请教一下:是不是所有类型的氘灯一般都是3000小时的寿命?

    再顺便问一下:这楼还占吗?

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  • longying

    第5楼2011/09/14

    什么时候,我得去看一下我们的氘灯是怎样的?用到现在还没开氘灯呢!

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  • chenwr

    第6楼2011/09/14

    一直没关注呢,学习了

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  • 祥子

    第7楼2011/09/14

    支持anping老师的大作。

    安捷伦的氘灯也是没座的吗?这样安的时候不好安,得调节。

    有座的,直接插上去就好了。

    仔细一看,浜松的也有没座的。

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  • happy爱米粒

    第8楼2011/09/14

    学习了,一直没仔细研究过氘灯的构造,虽然也装过不少的氘灯

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  • lilylau

    第9楼2011/09/14

    进口氘灯使用寿命比较长和稳定吧

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  • 我很靓仔

    第10楼2011/09/14

    我的氘灯出现了问题,旧氘灯有时启辉,有时又不行,启辉后过10-20秒又灭了。灯丝有通电,是红色的。

    测过电压,灯丝电压7.6V左右,启辉电压440V左右,稳定电压90V左右。好像没有问题。

    买了新氘灯,也出现问题,完全没有启辉,只有灯丝也是亮的。因为确定了电压是正常的,所以觉得是灯的问题。请问一下还有什么办法可以测试一下?

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