Brevet FR2319971A1 — publié le 19770225

L'usage de différents types d'appareils à décharge pour la production des spectres d'émission caractéristiques des divers éléments est déjà bien connu. On utilise généralement la lampe dte lampe à décharge a cathcd creuse. Cette lampe est dans ses composants principaux, formée dune ampoule de verre dans laquelle on a fait le vide et qui a été remplie dTun ga inerte à bassc pression (environ 0,5 à 5 Torr); à l'interieur de l'ampoule de verre sont fixées deux électrodes conductrioes dont l'une la cathode est reliée au potentiel qui est négatif par rapport à l'autre électrode (anode). L'électrode négative, c'est à dire la cathode, est formée de telle manière quelle comporte principalement une cavité en général en for.ne cylindrique. Si les électrodes sont réliées à une source de tension extérieure,la décharge est amorcée. La plus grande partie de la décharge s'effectuera ainsi à l'intérieur de la cavité de la cathode. Cet effet est bien connu et appelé effet de cathode creuse. Dans une décharge à cathode creuse on peut voir la décharge comme une lueur à l'intérieur de la cavité de la cathode. Cette lueur consiste principalement d'atomes ionisés. Ainsi, un champ électrostatique est formé entre le volume de la lueur et la surface de la cathode. Dans ce champ, une partie des atomes ionisés sont accélérés et entrent en collision continuellement-avec a surface de la cathode. Par suite de ces collisions,des atomes et électrons provenant de la matière de la cathode sont libérés. Si la lumière émise par le volume de la lueur dans la cavité d la cathode est collectée et est introduite dans un appareil spec- tral, on peut observer les raies caractéristiques d'émission spectrale provenant des atomes de la matière de cathode aussi bien que des atomes du gaz inerte. I1 est bien connu que les raies spectrales que l'on peut voir avec un appareil spectral et qui proviennent de la lumière émise par le dispositif à décharge, ont des largeurs natu- relles très petites. La décharge à cathode creuse est ainsi une source lumineuse excellente pour l'analyse spectrale et elle est ainsi utilisée très communément comme une source de lumière en vue d'analyses spectro-chimiques pour l'absorption atomique e a fluorescence atomique. Dans les analyses spectro-chimiques ou l'échantillon qui doit être analysé est disposé comme cathode dans la décharge, la décharge à cathode creuse ne convient pas. Le plus souvent, des échantillons conducteurs électriques sont réalisés sous une forme présentant une surface plate ou pratiquement plate. L'analyse spectrale directe de tels échantillons par décharge à cathode creuse du type conventionnel est donc impossible. De manière à pouvoir être utilisé dans une décharge à cathode creuse, l'é- chantillon doit, soit être en forme de cylindre, ou un trou doit être percé au travers de l'échantillon. Ces deux cas sont le plus souvent difficile et quelquefois impossible à réaliser et ils nécessitent une préparation d'échantillons compliquée. On a assayé de résoudre ce problème à l'aide d'une lampe à décharge mise au point par GRIMM (W. Grimm Naturwissenschaften 54.586 (1967) ; Spectrochim Acte 23B, 443 (1968.). La lampe de GRIMM rend possible l'utilisation d'échantillons plats. L'anode dans la lampe est formée dans un cylindre dont la partie de chant en forme d'anneau est amenée si près de la surface de l'échantillon qu'aucune décharge ne peut se faire directement dans l'espace entre l'anode et l'échantillon. Toutefois, une décharge est obtenue avec la surface intérieure cylindrique de l'anode. En dépit du fait que ce type de décharge présente l'avantage par rapport à la décharge à cathode creuse, à savoir que des échantillons plans peuvent être utilisés, il a toutefois le désavantage qu'aucun.effet de cathode creuse n'est obtenu. Le but de la présente invention est en conséquence d'obtenir une source de décharge pour un appareil spectral qui autorise l'usage d'un échantillon plat ou pratiquement plat et en même temps d'obtenir l'effet désiré de cathode creuse à la surface de l'échantillon . a L'invention se rapporte en conséquence/un dispositif à décharge destiné à être utilisé avec un appareil spectral et consistant en une enceinte avec cathode et anode qui peuvent être reliées à une source de tension de sorte que l'anode reçoit une tension positive par rapport à la cathode et où l'enceinte peut être reliée à une source de vide et comporte une fenêtre à ltop- posté de la cathode pour conduire les radiations de décharge à un appareil spectral.Le problème en question a été résolu selon l'invention de façon telle que la cathode est composée à la fois d'une plaque faite d'une matière électrique conductrice et d'un échantillon de la matière à analyser, lequel échantillon est mis en contact électrique avec la plaque cathode et qu'un trou estformé dans la plaque cathode de telle sorte que la section transversale du trou du côté de la plaque cathode qui est proche de l'échantillon est plus grande que la section du trou du côté cp- posé, de manière à former une cavité de décharge avec effet de cathode creuse. L'invention sera maintenant décrite plus en détail ci-dessous en se référant au dessin annexé, Qens lequel - la figure 1 représente schématiquement une coupe verticale d'une lampe à décharge selon l'invention ; - tandis que les figures 2 et 3 représentent différents exemples de réalisations de trous dans la plaque cathode conformément à l'invention et ; - la figure 4 est une vue en plan des plaques cathodes représentées aux figures 2 et 3. A la figure 1, la référence 1 désigne un support métallique qui est prévu pour entourer une enceinte cylindrique 3 faite d'une matière électriquement isolante par exemple en verre ; des 3 oints 'étanchéité 4 étant prévus entre le support 1 et l'enceinte 3 de manière à isoler le volume interne de I'encein- te 3 de l'air environnant. Le support 1 est muni de caneaux 2 pour la circulation de réfrigérants. L'enceinte 3 comporte à une extrémité, une ouverture 5 munie d'une collerette qui correspond à une ouverture dans le support 1 et à l'extrémité opposée, lten- ceinte présente une fenêtre 6 pour conduire la lumière de la décharge a un appareil spectral non représenté sur la figure et qui peut être de tout type cons. Une électrode métallique l'anode 7 pènètre dans l'enceinte 3 et elle traverse une ouverture, dont elle est électriquement isolée, du support 1, cette anode comporte un passage central 8 qui peut être relié a une source de vide non représenté au moyen de laquelle ia pression de gaz dans l'enceinte 3 peut être abaissée au niveau désiré. En liaison avec l'ouverture 5 de l'enceinte 3 et dans une collerette du support 1,est disposée une plaque cathode 9 de matière électriquement conductrice qui est choisie de telle sorte qu'elle ne contient aucun des éléments qui doivent être analysés dans l'échantillon. Une matière convenable est souvent le graphite spectralement pur qui contient seulement l'élément carbone.Dans l'exemple représenté, la plaque cathode g est circulaire et est munie d'un trou 10 qui est centré par rapport à l'ouverture dans l t enceinte 3 et ayant une plus grande surface transversale sur la face opposée à l'enceinte que du côté tourné vers l'enceinte. La forme de ce trou est décrite plus en détail ci-dessous. Approximativement au niveau de la face supérieure de la plaque cathode 9, il est prévue une plaque métallique il munie d'une ouverture circulaire dont le diamètre est plus grand que celui de la plaque cathode 9. Sur la face supérieure de la plaque 11, une rainure circulaire reçoit une bague d'étanchéité 12. Entre la plaque 11 et la face supérieure du support 1, est constitué un espace 13 pour répondre à un besoin qui sera décrit plus en détail ci-dessous. Contre la plaque cathode 9 et la plaque métallique 11 est disposé le corps échantillon plat 14 de la matière que l'on désire analyser. S'il s'agit par exemple d'un métal, l'échantillon 14 peut être formé directement de la matière métallique. Lecorps échantillon est généralement mais cependant non nécessairement meulé plan sur le côté en vis-à-vis de la plaque cathode 9. L'échantillon 14 est pressé soit en raison de la faible pression dans l'enceinte ou à 11 aide d'un agencement de pression non représenté, contre la plaque cathode 9 et la plaque d'étanchéité 12, ce qui empêche ainsi l'air ambiant d'entrer dans le dispositif à décharge. Le support 1, la plaque métallique 11, la plaque cathode 9 et l'échantillon 14 sont tous reliés électriquement à la terre, tandis que l'anode 7 est reliée à une source de tension de manière à lui faire prendre une tension positive par rapport au sol. Aux figures 2 out 3 ont été représentées à plus grande échelle, les formes de réalisations de la plaque cathode 9 avec le trou 10. Comme on le voit d'après la figure 2, le trou est constitué de deux alésages cylindriques ayant des diamètres différents pour former un gradin. A la figure 3 cependant, le trou 10 est composé de deux alésages cylindriques de diamètre différent avec une transition conique entre les deux alésages. Le trou 10 peut aussi entre princiale::ent cc~i úe depuis l'une des faces ce la plaque cathode jusqu'à l'autre plaque. Le plus grand diamètre du trou 10 est de toute façon dirigé à l'encontre de l'enceinte 3 et ainsi vers le corps échantillon 14.Les diamètres sont souvent choisis de telle sorte que la surface de la plus grande section transversale du trou 10 soit au moins deux fois plus grande que la surface transversale la plus petite. En raison de la manièrc dont est réalisé le trou 10 dans la plaque cathode 9, le trou avec le corps échantillon placé entre la plaque cathode définissent un espace creux dans lequel un fort effet de cathode creuse est obtenu en vis à vis de la surface du corps échantillon. La figure 4 montre une vue en plan des plaques cathodes représentées aux figures 2 et 3. Comme on le voit d'après cette figure 4, des rainures 15 sont réalisées a la surface de la cathode, rainures qui s'étendent depuis la périphérie jusqu'au trou 10. Ces rainures sont suffisamment minces pour être pratiquement désignées tangentiellement au trou 10. Elles sont prévues pour conduire le gaz de décharge jusqu'au trou 10, gaz qui est fourni par l'espace 13 entre la plaque métallique Il et le support 1. Comme exemple des condItions pour lesquelles on obtient une décharge convenant pour une analyse à partir d'un dispositif conforme à l'invention, on peut donner les indications numériques suivantes. Comme gaz de décharge on a choisi le gaz inerte néon. Ce gaz circulait de façon continue dans l'espace creux 10 à un débit de 0,05-0,03 1/mn mesuré à la pression de l'enceinte 3 ; par un pompage continu à travers le tube 8, la pression pouvait être amenée entre 0,05 et 0,4 Tcrr. Le trou 10 dans la cathode 9 était réalisé conformément à la figure 3 et avait un trou de plus grand diamètre d'environ 7 mm et un trou de plus petit diamètre d'environ 2 mm. La plaque cathode 9 était faite d'un graphite speetralement pur d'environ 3 mn d'épaisseur.Les rainures 15 à la surface de la plaque cathode avait une largeur d'environ 0,2 à 0,5 mm et une profondeur d'environ 0,1 à 0,2 mm, la décharge était entretenue avec une intensité de décharge de 2QO-5QO mS, Dans ces conditions, il se produit une décharge trs intense dans l'espace creux 10 qui est accrue par la pression légèrement plus forte dans l'espace creux 40 que dans l'enceinte 3, en conséquence, de l'écoulement gazeux continu vers l'espace creuse Avec les dimensions choisies pour les rainures 15 à la surface de la plaque cathode, il ne se produit pas de décharge dans ces rainures mais la décharge est complètement confinée dans l'espace creux 10.Un fort dégagement de matière due à- la décharge a lieu à la surface de l'échantillon 14 entre l'espace creux 10. La lumière provenant de l'espace creux 10 est analysée dans un appareil spectral et l'on peut voir de fortes raies spectrales dues aux éléments de l'échantillon. La lampe à décharge selon l'invention convient en plus de l'analyse d'échantillons de corps électriquement conducteurs, également pour l'analyse d'échantillons de corps non conducteurs par exemple de matières minérales, de minerais, etc. Dans ce dernier cas, la matière à analyser est mise en poudre et est intimement mélangée avec la poudre d'une matière qui est électriquement conductrice et le mélange est pressé en forme de pastilles de toutes dimensions convenables. Comme on doit le comprendre, l'invention n'est pas restreinte aux exemples représentés mais elle s'étend à à toutes les formes de réalisations dans le cadre des revendications mentionnées ci-dessous. REVENDICATIONS 1. Lampe à décharge destinée à être utilisée avec un appareil spectral et comportant une enceinte avec une cathode et une anode qui peuvent etre reliées à une source de potentiel de sorte que l'anode est portée à un potentiel positif par rapport à la cathode, l'enceinte pouvant être reliée à une source de vide et ayant une fenêtre disposée à l'opposé de la cathode pour conduire la radiation de décharge vers l'appareil spectral, caractérisée par ceci que la cathode est composée à la fois d'une plaque faite d'une matière conductrice électriquement et d'un corps d'échantillon contenant la matière à analyser, lequel corps dté- chantillon est mis en contact électrique avec la plaque cathode et qu'un trou est prévu dans la plaque cathode,. ce trou étant formé de telle sorte qu'il présente une surface transversale plus grande sur le coté dirigé vers l'échantillon que sur le côté opposé, pour la formation d'une cavité de décharge avec effet de cathode creuse. 2. Lampe à décharge selon la revendication 1, caractérisée en ceci que le trou dans la plaque cathode est composé de deux alésages cylindriques concentriques avec des diamètres différents et une transition en gradin ou conique entre les alésages.- 3. Lampe à décharge selon la revendication 1, caractérisée en ceci que le trou dans la plaque cathode est approxima-tivement conique de l'une des faces de la cathode jusqu'à l'autre face. 4. Lampe à décharge selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisée en ceci que la plaque cathode est munie de plusieurs rainures qui vont de la périphérie iusqutau trou sur le côté de la plaque cathode qui est tourné vers l'échantillon pour conduire le gaz de décharge vers le trou. 5. Lampe à décharge selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ceci que le trou dans la plaque cathode sur la face tournée vers l'échantillon a une surface transversale deux fois plus grande que la surface transversale du trou du côté opposé. 6. Lampe à décharge suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ceci que le corps échantillon est muni d'une surface pratiquement plate vis-à-vis de la plaque cathode. 7. Lampe à décharge selon la revendication 6, dans laquelle la matière qui doit être analysée est une matière électriquement conductrice, caractérisée par ceci que le corps échantillon est formé directement de la matière à analyser et est mis en contact électrique avec la plaque cathode. 8. Lampe à décharge selon la revendication 6, dans laquelle la matière à analyser n'est pas électriquement conductrice, caractérisée par ceci que le corps échantillon est fait d'une pastille pressée à partir de la matière échantillon mise en poudre et en mélange intime avec une matière conductrice électriquement, également en poudre, la pastille étant mise en contact électrique avec la plaque cathode.