JP2000243355A - ホローカソードランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光出力が高く、バルブの内面が汚れにくいホ
ローカソードランプを提供すること。 【解決手段】 光出射窓３を有するバルブ４内に、当該
光出射窓３と対向する中空陰極１４および陽極８を備え
るホローカソードランプにおいて、略筒状形状をなし、
一の開放端２０ａが中空陰極１４に接続され、他の開放
端２０ｂが光出射窓３と対向する筒状フード２０と、陽
極８との間で熱電子を利用した放電を行う電子供給源２
４と、を備え、電子供給源２４は、筒状フード２０内に
配置されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原子吸光分析、原
子蛍光分析などの光源として使用されるホローカソード
ランプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】原子吸光分析には、分析元素そのものの
原子スペクトル線を出力する光源を用いる必要があり、
このような光源として、ホローカソードランプ（中空陰
極ランプ）が知られている。このホローカソードランプ
は、中空陰極を形成する分析元素を、イオン衝撃に伴う
スパッタリングによって放電空間に原子状態で飛散さ
せ、電子エネルギの授受によってスペクトル線を発生さ
せるものである。

【０００３】ところで、従来から、このようなホローカ
ソードランプの使用時に生じる問題として、スペクトル
線の一部が放電空間に存在する励起されていない元素原
子（未励起元素原子）にエネルギを与え、これによりス
ペクトル線の強度が減少してしまう自己吸収という現象
が知られている。この自己吸収率が高いと、ホローカソ
ードランプへ供給する電流値を上げても光出力の向上が
図れない。

【０００４】かかる自己吸収に対応する技術として、例
えば特公平７−５６７８１号公報やＵＳＰ４，８８５，
５０４号公報に掲載されたホローカソードランプがあ
る。これらの各公報に掲載されたホローカソードランプ
は、ともに熱電子を放出する熱電子供給源（熱電子放射
用の補助電極，electron emitter）を備えており、この
熱電子供給源を陰極とした放電により、未励起原子を励
起状態にするものである。このように、熱電子供給源を
陰極とした放電により未励起原子を励起させることで、
未励起原子によるスペクトル線の吸収を防止することが
できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記特公平７
−５６７８１号公報およびＵＳＰ４，８８５，５０４号
公報に掲載されたホローカソードランプには、次のよう
な問題があった。すなわち、上述のスパッタリングによ
り陰極の元素は飛散するが、ランプへの供給電流をある
程度高くすると、この飛散元素が飛び散ってしまい飛散
元素によりスペクトル線が散乱したり、また、元素が激
しく飛び散ってしまっているので熱電子供給源を陰極と
した放電を行っても未励起元素を励起状態にする効果が
低下してしまう。そのため、ランプの動作電流を上げて
も所望の光出力が得られないという問題があった。ま
た、飛散元素が激しく飛び散ってランプのバルブ内周面
に付着しバルブの汚染原因となり、以後好適な使用が困
難となるだけでなくランプの寿命が著しく短くなるとい
う問題もあった。

【０００６】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、光出力が高く、バルブの内面が汚れにくいホ
ローカソードランプを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、光出射窓を有するバルブ内に、当該光出
射窓と対向する中空陰極および陽極を備えるホローカソ
ードランプにおいて、略筒状形状をなし、一の開放端が
中空陰極に接続され、他の開放端が光出射窓と対向する
筒状フードと、陽極との間で熱電子を利用した放電を行
う電子供給源と、を備え、電子供給源は、筒状フード内
に配置されていることを特徴とする。

【０００８】本発明に係るホローカソードランプによれ
ば、中空陰極がスパッタリングされる際に飛散する陰極
元素は、筒状フードの内周面に付着するため、バルブの
内周面は殆ど汚れない。また、筒状フードによって、飛
散元素が激しく広範囲に飛び散るという事態を防止でき
ろ。このため、ランプから出力されるスペクトル線の散
乱が防止され、光出力が向上する。また、筒状フード内
に配置された電子供給源と陽極との間で行われる放電に
よって、中空陰極内に存在する未励起原子を予め励起状
態にすることができ、当該未励起原子による自己吸収が
防止される。このとき、上述のように、筒状フードによ
って飛散元素が激しく広範囲に飛び散るという事態が防
止されているため、当該放電により未励起元素が効率良
く励起状態にされる。

【０００９】また、本発明に係るホローカソードランプ
において、中空陰極は、内部が貫通した貫通陰極である
と共に、光出射窓と陽極との間に位置することが望まし
い。このような構成を採用した場合、陽極は中空陰極と
光出射窓との間の空間に位置しないため、中空陰極内の
原子が基底状態になる際に当該原子から放出される光の
進行が、陽極の存在によって妨げられることはない。

【００１０】さらに、本発明に係るホローカソードラン
プにおいて、電子供給源は、中空陰極と光出射窓との間
の光路外に位置することが望ましい。このような構成を
採用した場合、中空陰極内の原子が基底状態になる際に
当該原子から放出される光の進行が電子供給源によって
妨げられることはない。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明に係るホローカソードランプの好適な実施形態につい
て詳細に説明する。尚、同一要素には同一符号を用いる
ものとし、重複する記載は省略する。

【００１２】まず、図１および図２を用いて、本実施形
態のホローカソードランプ２の構成を説明する。図１
は、本実施形態のホローカソードランプを示す断面図で
あり、図２は、図１に示すホローカソードランプをＸ方
向から見た中空陰極近傍の拡大図である。ホローカソー
ドランプ２は、光出射面（光出射窓）３を有する石英ガ
ラス製のバルブ４内に、その内部が図１における上下方
向に貫通した中空陰極１４と、この中空陰極１４の下方
に配置された陽極８と、を備えている。なお、バルブ４
は気密にされており、その内部にはネオンガスが封入さ
れている。

【００１３】陽極８は、セラミックス製の絶縁碍子管６
によって支持固定され、さらに絶縁碍子管６内を貫通す
るリード線と電気的に接続されている。一方、中空陰極
１４は、マイカ（雲母）製の基板１０ａにそのフランジ
部１２ｆが載置された電気絶縁性の陰極支持部材１２に
よって、バルブ４に対して支持固定されている。また、
基板１０ａの下方には、二本の絶縁碍子管１６ａが陽極
８を挟むように配置され、さらに、陰極支持部材１２の
フランジ部１２ｆと基板１０ａの上方に配置された基板
１０ｂとの間には、絶縁性碍子管１６ｂが設けられてい
る。そして、絶縁碍子管１６ａおよび絶縁性碍子管１６
ｂ内を貫通するリード線１７が基板１０ｂ上に突出して
いる。なお、基板１０ａおよび基板１０ｂは、リング形
状をなしており、その内周部は陰極支持部材１２と接触
し、外周部はバルブ４の内周壁に接触しており、絶縁碍
子管１６ａおよび絶縁性碍子管１６ｂの揺動を防止して
いる。

【００１４】中空陰極１４は、ステンレス製の円筒状の
外部筒１４ａと当該外部筒１４ａの内周面に形成された
バナジウム製の内部筒１４ｂとから構成されている。な
お、中空陰極１４の内部筒１４ｂを形成する材料は、バ
ナジウムに限られず分析元素に応じて種々変更すること
ができ、たとえばセレン、ヒ素などがある。また、外部
筒１４ａを形成する材料もステンレスに限られず、さら
に、内部筒１４ｂを形成する材料によっては外部筒１４
ａを設けなくてもよい。

【００１５】また、中空陰極１４の上部には、当該中空
陰極１４と同軸に本実施形態の特徴である略筒状のフー
ド２０が装着されている。詳しくは、中空陰極１４の上
部外周に対してフード２０の下部内周が嵌合するように
フード２０は中空陰極１４に装着されている。また、フ
ード２０の下部は、二枚の金属製のフード固定板１８に
よって中空陰極１４に締め付けられている。なお、図１
においては、二枚のフード固定板１８のうち中空陰極１
４の図中奥側に位置する一方のみが図示されているが、
実際は中空陰極１４の図中手前側にもフード固定板１８
は配置され、二つのフード固定板１８は溶接によって接
着固定されている。また、二つのフード固定板１８によ
って上記リード線１７が挟み込まれ、これにより中空陰
極１４への導通が図られている。なお、このフード２０
の下方の開放端２０ａは中空陰極１４と接触し、上方の
開放端２０ｂはバルブ４の光出射面３と対向している。
また、フード２０は、熱伝導性が良くスパッタリングさ
れにくいニッケルによって形成されている。なお、フー
ド２０を構成する材料はニッケルに限られず、ステンレ
ス、アルミニウム等でもよい。

【００１６】さらに、フード２０の周側面には、外周方
向に突設された収容部４０が形成されている。そして、
この収容部４０内には、上記陽極８との間で熱電子を利
用した放電行う熱電子放出陰極２４が配置されている。
すなわち、熱電子放出陰極２４は、光出射面３と中空陰
極１４との間の光路外に位置することになる。また、熱
電子放出陰極２４は、内部に導線が通っている支持管２
６によって支持されている。以上が、ホローカソードラ
ンプ２の構成である。

【００１７】次に、ホローカソードランプ２の作用を説
明する。まず、陽極８と中空陰極１４との間に電圧をか
けて、この両者の間で放電を生じさせる。すると、この
放電により、バルブ４に封入されたネオンガス原子を非
弾性衝突で電離する。このガスの電離作用によって生じ
た陽イオンは電界に引っ張られて中空陰極１４の内部筒
１４ｂの内周面に衝突し、このときの運動エネルギによ
って中空陰極１４の内周表面から陰極物質（バナジウ
ム）が原子状に飛散する。この飛散陰極元素は、基底状
態にある単原子等からなり、中空陰極１４の内部空間に
熱拡散される。そして、拡散中の基底状態の飛散陰極元
素は、陽極８と中空陰極１４との間で生じる放電により
励起され、短時間（約１０^-8程度）後に再び基底状態に
遷移する。この際、その遷移エネルギに等しいバナジウ
ム固有の単色光（スペクトル線）が発せられ、この光が
光出射面３より出力される。なお、上記マイカ製の基板
１０ａおよび基板１０ｂの内周部が陰極支持部材１２と
接触し、外周部がバルブ４の内周壁に接触しているた
め、陽極８と中空陰極１４との間の放電経路が中空陰極
１４の外側になる事態を防止することができる。

【００１８】ここで、本実施形態では、中空陰極１４の
上方に上記フード２０が装着されており、中空陰極１４
から飛散する飛散陰極元素は当該フード２０の内周面に
付着するため、バルブ４の内周面に飛散陰極元素が付着
して汚れるという事態を防止することができる。また、
フード２０によって、飛散陰極元素が激しく広範囲に飛
び散るという事態を防止でき、これにより、光出射面３
から出力されるスペクトル線の散乱を防止でき、光出力
が向上する。また、フード２０内において飛散陰極元素
の密度が高くなる。

【００１９】さらに、中空陰極１４に接続されたフード
２０は、熱伝導性の良いニッケルから形成されており、
中空陰極１４の放熱部材としての役割も果たしている。
このため、ランプ２の動作電流の増加に伴う中空陰極１
４の温度上昇率は低くなり、ランプ２の動作電流を従来
よりも高くすることができ、光出力が向上する。また、
中空陰極１４がスパッタリングされる前に熱で溶けると
いう事態を防止することもできる。またさらに、陽極８
は中空陰極１４と光出射面３との間の空間に位置しない
ため、中空陰極１４内の飛散陰極元素から光出射面３に
向かうスペクトル線の進行が陽極８の存在によって妨げ
られることはない。同様に、熱電子放出陰極２４が光出
射面３と中空陰極１４との間の光路外に位置するため、
中空陰極１４内の飛散陰極元素から光出射面３に向かう
スペクトル線の進行が熱電子放出陰極２４の存在によっ
て妨げられることはない。

【００２０】なお、一般的に、光（スペクトル線）出力
過程において、当該スペクトル線のエネルギが、未励起
状態（基底状態）にある飛散陰極元素によって吸収され
る、いわゆる自己吸収という現象が生じる可能性があ
る。自己吸収が生じると、スペクトル線の強度が弱ま
り、さらに、スペクトル線の輪郭がぼやけて分析吸収感
度が低下することになる。しかし、本実施形態では、フ
ード２０に形成された収容部４０内に熱電子放出陰極２
４が配置されている。熱電子放出陰極２４に支持管２６
内の導線を介して電圧を印加すると、当該熱電子放出陰
極２４と陽極８との間で、熱電子放出を利用した放電が
行われる。そして、この放電によって、未励起原子をス
ペクトル線との衝突前に予め励起状態にすることがで
き、当該未励起原子による自己吸収を防止できる。この
とき、上述のように、フード２０によって飛散陰極元素
が激しく広範囲に飛び散るという事態が防止されている
ため、熱電子放出を利用した放電により未励起元素を効
率良く励起状態にすることができる。

【００２１】次に、本発明に係るホローカソードランプ
の変形例を説明する。図３は、本変形例のホローカソー
ドランプの特徴部分を示す図である。このホローカソー
ドランプが図１に示すのホローカソードランプ２と異な
るのは、熱電子放出陰極２４の配置にある。本変形例で
は、熱電子放出陰極２４は、図の上下方向、すなわち、
フード２０の延在方向と平行に配置されている。このよ
うな構成を採用した場合も、図１に示すホローカソード
ランプと同様の効果を得ることができる。

【００２２】以上、本発明者によってなされた発明を実
施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施
形態に限定されるものではない。例えば、フードは、断
面円形の筒に限られず、中空陰極の形状に合わせて、角
筒等にしてもよい。さらに、中空陰極が内部筒と外部筒
とから形成されている場合に、別途フードを設けずに外
部筒を光出射面方向に延ばし、この外部筒の延在部分を
フードとみなして当該延在部分の内側に電子供給源を配
置してもよい。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るホロ
ーカソードランプによれば、中空陰極がスパッタリング
される際に飛散する陰極元素は、筒状フードの内周面に
付着するため、バルブの内周面は殆ど汚れない。また、
筒状フードによって、飛散元素が激しく広範囲に飛び散
るという事態を防止することができる。このため、ラン
プから出力されるスペクトル線の散乱を防止でき、ラン
プの光出力を向上することができる。また、筒状フード
内に配置された電子供給源と陽極との間で行われる放電
によって、中空陰極内に存在する未励起原子を予め励起
状態にすることができ、当該未励起原子による自己吸収
を防止することができる。このとき、上述のように、筒
状フードによって飛散元素の広範囲への飛び散りが防止
されているため、電子供給源を陰極とした放電により効
率良く未励起元素を励起状態にすることが可能となり、
光出力が一層向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るホローカソードランプを示す断面
図である。

【図２】図１に示すホローカソードランプをＸ方向から
見た中空陰極近傍の拡大図である。

【図３】本発明に係るホローカソードランプの変形例を
示す図である。

【符号の説明】

２…ホローカソードランプ、３…光出射面（光出射
窓）、４…バルブ、８…陽極、１４…中空陰極、１６
ａ，１６ｂ…絶縁碍子管、１８…フード固定部材、２０
…フード、２４…熱電子放出陰極（電子供給源）、４０
…収容部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光出射窓を有するバルブ内に、当該光出
   射窓と対向する中空陰極および陽極を備えるホローカソ
   ードランプにおいて、 略筒状形状をなし、一の開放端が前記中空陰極に接続さ
   れ、他の開放端が前記光出射窓と対向する筒状フード
   と、 前記陽極との間で熱電子を利用した放電を行う電子供給
   源と、を備え、 前記電子供給源は、前記筒状フード内に配置されている
   ことを特徴とするホローカソードランプ。
2. 【請求項２】 前記中空陰極は、内部が貫通した貫通陰
   極であると共に、前記光出射窓と前記陽極との間に位置
   することを特徴とする請求項１記載のホローカソードラ
   ンプ。
3. 【請求項３】 前記電子供給源は、前記中空陰極と前記
   光出射窓との間の光路外に位置することを特徴とする請
   求項１又は請求項２記載のホローカソードランプ。