Газоразрядная УФ-лампа для фотоионизационного детектора

Газоразрядная УФ-лампа для фотоионизационного детектора
Полезная модель относится к области аналитического приборостроения и, в частности к разрядным УФ-лампам, используемым в качестве источника ионизации анализируемых газов в фотоионизационных детекторах.
Известны газоразрядные УФ-лампы для фотоионизационных детекторов, содержащие герметичный цилиндрический стеклянный корпус, заполненный инертным газом или смесью инертных газов при пониженном давлении, окно для вывода излучения, выполненное из фтористого магния и перекрывающее торцевую часть корпуса, и электроды для создания тлеющего разряда, установленные внутри корпуса и имеющие выступающие из корпуса контакты для подсоединения к источнику электрического питания лампы (см. например каталог фирмы Perkin Elmer  Low pressure Gas Discharge Lamps for Photoionisation Detectors 2002).
Недостаток известных УФ-ламп, корпус которых выполнен из стекла, состоит в том, что стекло является постоянным источником выделения газов, растворенных в его объеме. Этот недостаток особенно ощутим, когда лампа работает при повышенных температурах (300 град и выше), что имеет место, например в газовых хроматографах. Газовыделение из стекла постоянно изменяет состав газовой смеси в лампе, что, в свою очередь, изменяет рабочие характеристики лампы в процессе длительной работы. Кроме ТОГО, при использовании стекла возникают трудности при обеспечении заданных расстояний между элементами лампы, например, зазора между электродами. И, наконец, хрупкость стекла и, следовательно, лампы, создает неудобства при эксплуатации приборов в условиях, где может иметь место механическое воздействие, например, в полевых условиях.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемой лампе является газоразрядная УФ-лампа, разработанная и выпускаемая в ГОИ им С.И. Вавилова (Санкт-Петербург). Эта лампа содержит герметичный цилиндрический стеклянный корпус, заполненный инертным газом или смесью инертных газов при пониженном давлении, окно для вывода УФизлучения, перекрывающее торцевую часть корпуса, электроды для создания тлеющего разряда, установленные внутри корпуса, и выступающие из корпуса выводы для подсоединения к источнику электрического питания (см. С.А. Яковлев, И.А. Невяжская. 5-я Всесоюзная научно-техническая конференция  Фотометрия и ее метрологическое обеспечение, тезисы докладов, М. 1984, с 209).
Следует отметить, что известны два типа газоразрядных фотоионизационных УФ-ламп: лампы тлеющего разряда постоянного тока (электродные) и высокочастотные лампы ( безэлектродные). Вне зависимости от типа разряда корпуса этих ламп до настоящего времени выполнялись из стекла.
Задача полезной модели состояла в исключении газовыделения из материала корпуса лампы при работе в условиях ловышенных температур, а также повышении прочности корпуса лампы и улучшении технологии изготовления ламп.
Указанный результат достигается тем, что предложена газоразрядная лампа для фотоионизационных детекторов, содержащая герметичный корпус из инертного материала, заполненный инертным газом или смесью инертных газов при пониженном давлении, окно для вывода УФ-излучения и приспособление для создания разряда внутри корпуса лампы, в котором, согласно полезной модели, часть корпуса выполнена из керамического материала. При этом в качестве керамического материала при изготовлении корпуса лампы использована форстеритовая керамика.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На Фиг.1 изображен вариант лампы тлеющего разряда постоянного тока (электродная) в продольном разрезе со схемой присоединения ее к источнику электрического питания.
На Фиг.2 изображен вариант высокочастотной безэлектродной лампы.
УФ лампа тлеющего разряда (см. Фиг.1) содержит герметичный цилиндрический корпус 1 из керамического материала, заполненной смесью криптон-гелий или смесью ксенон-гелий при давлении 30-40 мм рт. ст. В качестве керамического материала может быть использован форстерит (ортосиликат магния) 2MgOSiO2.
линдрический держатель 3 электродов 4 и 5 . Держатель 3 выполнен из керамического материала, например из корундовой керамики или форстерита. Электроды 4 и 5 выполнены из титана. Держатель 3 электродов на своем торце, обращенном к окну 2, имеет цилиндрический выступ 6, на который надет электрод 4, выполненный в виде цилиндра с фланцем, прижимаемым к торцевой части поверхности держателя 3. Электрод 4 снабжен электрическим контактом 7, выполненным из металла, имеющего коэффициент линейного термического расширения (КЛТР) близкий к КЛТР керамического материала, из которого выполнен корпус 1 .При использовании форстерита, у которого КЛТР составляет 80-90 х10 1/фад в качестве металла может использовать титан, имеющий КЛТР 82 х 10 1/град. Контакт 7 выполнен в виде диска, края которого закреплены между торцами двух участков 8 и 9 цилиндрического корпуса 1 и выступают над его внешней поверхностью. Электрод 5 выполнен в виде полого цилиндра, размещенного внутри расширенной части внутреннего цилиндрического объема 10 держателя 3 электродов 4 и 5.При этом он плотно прижат к внутренним стенкам держателя 3. Между электродами 4 и 5 в цилиндрическом выступе 6 держателя 3 выполнен узкий канал 11, в котором формируется тлеющий разряд при подаче на электроды 4 и 5 соответствующей разности потенциалов.
На противоположном окну 2 торце держателя 3 размещена цилиндрическая металлическая шайба 12 с фланцем 13, в который упирается торец держателя 3. С фланцем 13 шайбы 12 соединен кольцевой титановый диск 14, края которого герметично соединены с торцом цилиндрического корпуса 1 лампы. Диск 14 служит одним из контактов для электрического соединения с соответствующим полюсом источника электрического питания 15. Шайба 12 герметично соединена с помощью сварки с медным штуцером 16, используемым для соединения лампы с вакуумным постом. Штуцер 16 после заполнения лампы смесью инертных газов пережимается, обеспечивая герметичность внутреннего объема лампы (на Фиг. 1 показано полукругом). Электрод 5 и шайба 12 электрически соединены между собой проводником 17, выполненным из никеля. Окно 2 из фтористого магния присоединено к торцам керамического корпуса 1 лампы с помощью стеклоэмали. Края дисков 7 и 14 , служащие электрическими контактами для соединения с источником 15 электрического питания, соединены с соответствующими торцевыми поверхностями корпуса 1 лампы также с помощью стекпоэмали.
Описанная электродная УФ-лампа работает следующим образом. Электроды 4 и 5 лампы через контакты 7 и 14 подсоединяются к источнику 15 электрического питания. Между электродами 4 и 5 в канале 11 зажигается тлеющий разряд, служащий источником УФ-излучения, которое выводится через окно 2 в ионизационную камеру фотоионизационного детектора ( на Фиг. не показан ), где осуществляется ионизация анализируемых веществ и происходит формирование полезного токового сигнала.
Изображенный на Фиг. 2 вариант выполнения газоразрядной УФ- лампы относится к безэлектродным лампам. Большая часть герметичного корпуса 1 этой лампы также выполнена из керамического материала. Небольшая часть 17 корпуса 1 может быть выполнена из стекла. Эта часть предназначена исключительно для технологических целей. На ее основе формируется штуцер, с помощью которого производится откачка внутреннего объема и последующее его заполнение рабочей смесью. Лампа снабжена внешними электродами 18 , соединенными с высокочастотным источником 19 электрического питания. После подачи напряжения на электроды 18 во внутреннем объеме лампы, заполненном инертным газом или смесью инертных газов, возбуждается вьюокочастотный разряд, служащий источником УФ-излучения, которое выводится через окно 2.