脉冲氙灯用于原子吸收背景校正的光学系统.pdf

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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410577835.3 (22)申请日 2014.10.24 G01J 3/10(2006.01) (71)申请人 涿州迅利达创新科技发展有限公司 地址 072750 河北省保定市涿州市开发区工 业园区 申请人 上海光谱仪器有限公司 (72)发明人 杨啸涛 陈建钢 中山强 刘波 刘志高 (74)专利代理机构 上海天翔知识产权代理有限 公司 31224 代理人 刘常宝 (54) 发明名称 脉冲氙灯用于原子吸收背景校正的光学系统 (57) 摘要 本发明公开了脉冲氙灯用于原子吸收背景校 正的光学系统， 本系统中脉冲氙灯、 空心阴极灯分 别。

2、由受控于控制系统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系统， 经分 光系统输出再依次经过光电倍增管、 前置放大器 进入控制系统。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。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书6页 附图2页 (10)申请公布号。

3、 CN 104374473 A (43)申请公布日 2015.02.25 CN 104374473 A 1/1 页 2 1. 脉冲氙灯用于原子吸收背景校正的光学系统， 其特征在于， 所述光学系统包括 ： 脉 冲氙灯、 空心阴极灯、 半透半反镜、 原子化器、 旋转滤色镜组、 分光系统、 光电倍增管、 前置放 大器、 脉冲氙灯电源、 空心阴极灯电源、 控制系统以及若干透镜， 所述脉冲氙灯、 空心阴极灯 分别由受控于控制系统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， 。

4、经旋转滤色镜组输出进入分光系统， 经分光系统输出再依次经 过光电倍增管、 前置放大器进入控制系统。 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系统， 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系统， 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系统， 其特征在 于， 所有透镜为会聚透镜。 5. 根。

5、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系统， 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。

6、利要求 5 所述的脉冲氙灯用于原子吸收背景校正的光学系统， 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系统， 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系统， 其特征在于所 述透光光窗为圆形。 权 利 要 求 书 CN 10。

7、4374473 A 2 1/6 页 3 脉冲氙灯用于原子吸收背景校正的光学系统 技术领域 0001 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 0002 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 ： 0003 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。

8、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。 0004 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。 0005 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。 0006 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。 0007 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 0008 本发明针对现有连续光源背景校正中采用氘灯作为。

9、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系 统。 0009 为了达到上述目的， 本发明采用如下的技术方案 ： 0010 脉冲氙灯用于原子吸收背景校正的光学系统， 所述光学系统包括 ： 脉冲氙灯、 空心 阴极灯、 半透半反镜、 原子化器、 旋转滤色镜组、 分光系统、 光电倍增管、 前置放大器、 脉冲氙 灯电源、 空心阴极灯电源、 控制系统以及若干透镜， 所述脉冲氙灯、 空心阴极灯分别由受控 于控制系统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。

10、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系统， 经分光系统输出再依次经过光电倍增 管、 前置放大器进入控制系统。 0011 在本系统的一优选方案中， 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。 0012 在本系统的另一优选方案中， 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。 0013 上述的所有透镜为会聚透镜。 说 明 书 CN 104374473 A 3 2/6 页 4 0014 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。

11、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。 0015 进一步的， 所述透光光窗的截面呈外凸柱形。 0016 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。

12、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。 0017 进一步的， 所述透光光窗为圆形。 0018 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 0019 以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。 0020 图 1 为本发明实例 1 中提供的光学系统的原理图 ； 0021 图 2 为本发明实例 1 中旋转滤色镜组的结构示。

13、意图 ； 0022 图 3 为本发明实例 2 中提供的光学系统的原理图 ； 0023 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 0024 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。 0025 实例 1 0026 参见图 1， 其所示为本实例提供原子吸收背景校正光学系统的原理图， 由图可知， 该光学系统利用脉冲氙灯作为原子吸收背景校正光源。 为此， 该光学系统主要包括 ： 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、 分光系统 F、 光电倍增管 G、 前。

14、置放大器H、 脉冲氙灯电源I、 空心阴极灯电源J、 控制系统K以及第一透镜L1和第二透镜 L2。 0027 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系统K的 脉冲氙灯电源 I 供电， 且由控制系统 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。 0028 空心阴极灯 B， 其受控于控制系统 K 的空心阴极灯电源 J 供电， 且由控制系统 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。

15、， 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。 说 明 书 CN 104374473 A 4 3/6 页 5 0029 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。 0030 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。 0031 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。

16、化 器 D 的输出光线会聚到旋转滤色镜组 E 中。 0032 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。 0033 分光系统 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 ； 分光系统 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 控制系统 K。 0034 该光学系统中的控制系统K为整个光学系统的控制中心， 其进行A/D变换、 数据处 。

17、理以及控制。 0035 再者， 本光学系统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。 0036 为保证光线通过的效果， 四个透光光窗都采用圆形。 0037 由此形成的旋转滤色镜组 E 受控于控制系统 K， 控制系统 K 根据原子吸收测定波。

18、 长， 控制旋转圆盘 200 转动， 将其上相应的透光光窗转入光学系统中的光路中。具体的过程 如下 ： 0038 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。 0039 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。

19、-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。 0040 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。

20、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。 0041 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 说 明 书 CN 104374473 A 5 4/6 页 6 小， 其二级光谱不可能对背景校正产生影响。 0042 根据上述方案形成的原子吸收背景校正光学系统工作时， 心阴极灯 B 和脉冲氙灯 A 分别由受控于控制系统 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。 0。

21、043 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 ) 进入分光系统 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系统 K ； 最后控制系统 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。

22、冲氙灯的光强， 实现原子吸收的背景校正。 0044 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。 0045 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 ： 0046 1. 紫外光强， 在 190-2000nm 全波段都具有足够的光能量。 0047 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。 0048 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。

23、制相对简单。 0049 4. 无需预热， 即开即用。 0050 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。 0051 实例 2 0052 参见图 3， 其所示为本实例提供原子吸收背景校正光学系统的原理图， 由图可知， 该光学系统同样利用脉冲氙灯作为原子吸收背景校正光源， 且该光学系统主要包括 ： 脉冲 氙灯 A、 空心阴极灯 B、 原子化器 D、 旋转滤色镜组 E、 分光系统 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、 控制系统 。

24、K 以及第一透镜 L1、 第二透镜 L2 和第三透 镜 L3。 0053 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 ： 0054 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。 0055 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。 005。

25、6 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。 0057 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 说 明 书 CN 104374473 A 6 5/6 页 7 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。 0058 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。

26、 100 的主 体结构， 用于安置其它部件。 0059 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。 0060 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、 1。

27、09 呈外凸柱形， 其截面呈圆形或矩形。 0061 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。 0062 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。 0063 同时， 电。

28、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。 0064 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。 0065 同时。

29、， 本实例光学系统中的其它组成部件 ： 原子化器 D、 旋转滤色镜组 E、 分光系统 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、 控制系统 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。 0066 本实例提供的原子吸收背景校正光学系统工作时， 空心阴极灯 B 和脉冲氙灯 A 分 别由受控于控制系统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。 0067 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。

30、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 进入分光系统 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系统 K， 同时控制系统 K 控制系 统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。 0068 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 说 明 书 CN 104374473 A 7 6/6 页 8。

31、 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。 0069 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。 说 明 书 CN 104374473 A 8 1/2 页 9 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 104374473 A 9 2/2 页 10 图 4 说 明 书 附 图 CN 104374473 A 10 。