2.4. Использование горячего полого катода

В отличие от варианта испарения пробы из канала угольного электрода, способ ввода ее из горячего полого катода в тлеющий разряд проходит в замкнутом объеме, контролируемой атмосфере и при пониженном давлении. Один из типов трубки с горячим полым катодом представлен на рис. 2.4. Корпус трубки 1 полностью изготавливается из кварца или термостойкого стекла. К корпусу с переднего торца крепится окно 2 из оптического кварца, которое легко снимается при чистке внутренней поверхности трубки. К задней части трубки пришлифована пробка 3 из молибденового стекла с впаянными в нее молибденовыми стержнями 4, служащими для крепления катодов 5. Анод 7 крепится на конце молибденового стержня 6, впаянного в пробку вакуумного крана 8. Катоды изготовляются из проводящих материалов: металлов, сплавов и графита.

Рис. 2.4. Схема газоразрядной трубки с горячим полым катодом (по данным [65]): 
1 – корпус, 2 - окно, 3 - пришлифованная пробка, 4 - молибденовые стержни, 5 – катод, 
6 – молибденовый стержень, 7 - анод, 8 - вакуумный кран

Порошковая проба (массой 2-100 мг) вносится внутрь полого катода и переходит в парообразное состояние в основном за счет термического испарения при разогреве неохлаждаемого полого катода. Однако катодное распыление материала пробы в данном типе тлеющего разряда также имеет место, причем его доля увеличивается с повышением атомного или молекулярного веса газа-носителя [66]. Кинетика испарения примесей также зависит от массы навески, способа размещения пробы в катоде, упругости паров элементов, составляющих пробу, режима разряда, материала катода, термохимических реакций компонентов пробы между собой и различными добавками [65, 67, 68].

Тлеющий разряд в полом катоде характеризуется более длительным пребыванием атомов пробы в плазме (по сравнению с дуговым разрядом - примерно на два порядка), низкой электронной плотностью, малым уширением спектральных линий и их низким самопоглощением, фракционностью поступления элементов в разряд. Это позволяет уменьшить величину сплошного фона (рекомбинационного континуума) и спектральные наложения, снизить пределы обнаружения элементов при прямом анализе порошкообразных материалов до величины 1·10^-3-1·10^-6 мас. % [65, 66, 68].

Однако стабилизировать процесс поступления вещества пробы в разряд не удается, поэтому сходимость и повторяемость результатов рассматриваемого способа сравнительно невысока (S_r = 0.10-0.40) [65, 66]. Наложение магнитного поля, использование импульсного и комбинированного разрядов, двойного полого катода позволяют несколько улучшить сходимость и повторяемость определений (S_r = 0.10-0.25) и понизить пределы обнаружения элементов (примерно на порядок) [65, 67].

Примеров использования горячего полого катода для атомно-эмиссионного спектрального определения примесей в ферросплавах нами не обнаружено, но сходные задачи успешно решались для различных черных металлов и сплавов [67]. В последние годы разряд в полом катоде применяется редко, что связано с достаточно длительными операциями по подготовке установки к анализу (разборка лампы, чистка катода и др.).