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Die Erfindung betrifft einen Röntgenspektrograph zur automatischen röntgenspektralen quantitativen und bzw. oder qualitativen Analyse von Rohstoffen, technischen Zwischenprodukten u. dgl., der zum Messen der Intensität und des Reflexionswinkels der Spektrallinien von in der analysierten Substanz enthaltenen Elementen mit einem Spektrometer samt einem am Umfang des Fokussierungskreises beweglich angeordneten Kristall zur Erzeugung eines fokussierten Röntgenspektrums und einem Detektor, z. B. einer Geiger-Müller-Röhre, sowie mit einer vollautomatischen Registriereinrichtung versehen ist.
Es sind schon Röntgenspektrometer zum Untersuchen von Materialzusammensetzungen mittels Röntgenstrahlen bekannt, bei welchen die Sekundärstrahlung benutzt wird, die in dem zu untersuchenden Material bei Bestrahlung mit primären Röntgenstrahlen erzeugt wird. Ein Teil der Sekundärstrahlen, die auf einen gekrümmten Kristall aus einer dünnen Platte aus kristallinem Stoff fallen, werden dabei abgelenkt und in ein konvergentes Bündel vereinigt. An jener Stelle, an der das abgelenkte Bündel seinen kleinsten Querschnitt aufweist, trifft dieses Bündel eine strahlenempfindliche Auffangvorrichtung zum Messen der Strahlenintensität (österr. Patentschrift Nr. 187715).
Bei einer andern bekannten Bauart (USA-Patentschrift Nr. 2, 499, 066) wird ein monochromatisches 'Strahlenbündel durch einen ebenen Kristall abgelenkt, der ebenfalls in der Mitte des Systems angeordnet ist und einem ähnlichen Zweck dient wie bei der Erfindung, jedoch arbeitet diese Einrichtung nicht vollautomatisch.
Demgegenüber ist der eingangs näher beschriebene Röntgenspektrograph erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass einerseits für die quantitative Analyse in dieser Registriereinrichtung ein Zeitmesser mit Papierstreifenausgabe vorgesehen ist, welcher die zum Abzählen einer bestimmten vorwählbaren Anzahl der am Ausgang des Detektors auftretenden Impulse erforderlichen Zeitintervalle registriert, durch welche Zeitintervalle die Intensität der einzelnen Spektrallinien festgelegt ist, wobei zum Abzählen der Impulse ein Impulszähler vorgesehen ist, der über einen Untersetzer mit dem Detektor verbunden und ausserdem an einen Impulswähler zur Vorwahl der Impulsanzahl angeschlossen ist, wobei ferner zur vollautomatischen Steuerung, z. B.
Nullstellung und Inbetriebsetzung, aller dieser Einrichtungen und auch zur Steuerung eines automatischen Probenwechslers und einer Probennummer-Anzeigeeinrichtung ein zentraler Taktgeber vorgesehen ist, und dass anderseits zur qualitativen Analyse mittels zweier Spektrallinien pro Element an der vertikalen Hauptachse des Spektrometers eine horizontale durchsichtige Scheibe befestigt ist, die mit einer undurchsichtigen Lackschicht versehen ist, in die zwei Gruppen von längs zwei konzentrischen Kreisen radial angeordneten lichtdurchlässigen Spalten eingraviert sind, welche im Zusammenwirken mit je einer jedem Spaltsystem zugeordneten Lichtquelle und Photozelle dazu dienen, einerseits mittels eines Schrittwählers aus einem Relaissystem die Auswahl der zugeordneten Relais für jede der zwei von einem Element zu analysierenden Spektrallinien vorzunehmen,
anderseits mittels eines Überwachungsrelais und eines Relais eines Integrators die ausgewählten, den Spektrallinien zugeord-
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neten Relais des Relaissystems einzuschalten, wenn der Detektor von der ersten oder der zweiten Spektrallinie des nachzuweisenden Elementes beaufschlagt ist, wobei an dieses Relaissystem über Kontakte Anzeigeglühlampen angeschlossen sind, die aufleuchten, wenn der Detektor von beiden zu analysieren-
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ordnet sein, dessen Proben die einfallende Röntgenstrahlung absorbieren, wobei die in. den Detektor eintretende Strahlung mittels der vollautomatischen Registriereinrichtung für die quantitative Analyse messbar ist.
Der besondere Vorteil des erfindungsgemässen Röntgenspektrographen liegt darin, dass mit diesem entweder nur eine qualitative oder aber nur eine quantitative oder auch beide Analysen kombiniert durchgeführt werden können, wobei der gesamte Mess- und Auswertungsvorgang vollautomatisch abläuft.
Von den bekannten Röntgenquantometern unterscheidet sich der erfindungsgemässe Röntgenspektrograph dadurch, dass mit ihm eine qualitative Analyse aller Elemente mit höherer Atomzahl als der des
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bestimmbarer Elemente sehr beschränkt ist.
Die Zeichnungen stellen schematisch ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes mit den entsprechenden Einzelheiten dar. Es zeigen Fig. 1 die Zusammenstellung aller Arbeitseinheiten in einem Grundriss, Fig. 2 die entsprechende Vorderansicht, Fig. 3 das Spektrometer, Fig. 4 einen vertikalen Radialschnitt durch das Spektrometer und einen Teil des Projektionsmechanismus der Skala nach der Linie IV-IV in Fig. 3, Fig. 5 ein Schaltungsschema der automatischen Einrichtung für die quantitative Analyse, Fig. 6 ein Funktionsschema der Einrichtung für die automatische quantitative Analyse und die Fig. 7 und 8
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aus einem an sich bekannten Mikrostruktur-Röntgenapparat A, der zum Speisen einer Röntgenröhre 1 mit zugehöriger Haube 2 (Fig. 3) verwendet wird, die einen Teil der zweiten Arbeitseinheit, u.
zw. des eigentlichen Röntgenspektrographen B bildet, weiter aus einem Manipulationstisch C und einem Registriertisch D.
Die Bauart des Mikrostruktur-Röntgenapparates A wird hier nicht näher beschrieben, sondern nur im Zusammenhang mit der Wirkungsweise des Ganzen erwähnt, da sie an und für sich bekannt ist. Es wird darunter eine Röntgenanlage verstanden, in der übliche Diffraktionsbilder verschiedener kristalliner Stoffe hergestellt werden, wie z. B. die Debye-Scherrer-, Laue- oder Drehkristallaufnahmen.
An der Oberseite des Röntgenspektrographen B ist das eigentliche Spektrometer (Fig. 3 und 4) angebracht, das auf dem Prinzip der Sekundäremission beruht ; es enthält einen Kristall 3, der am Umfange des Fokussierungskreises beweglich angeordnet ist. Dieser Kristall 3 besteht aus einer dünnen Quarzplatte, die nach der Ebene (1 3 4 0) (sog. Miller'sche Indizes) geschliffen, im Halbmesser von 400 mm gebogen und an einem austauschbaren Zentrierungsrahmen 4 befestigt ist. Dieser Rahmen ist an einem fahrbaren Träger 5 angebracht, der an einem radialen Arm 6 mit einer in der Mitte angebrachten Lagerbüchse 7 befestigt ist. Diese Büchse 7 ist an der vertikalen Hauptachse 8 (Fig. 3-5) eines Tragarmes 9 frei drehbar gelagert.
Der Arm 6 ist an der andern Seite der Büchse 7 bei 10 verlängert, welcher Fortsatz eine Gleithülse 11 (Fig. 3) eines Hebelsystems trägt, das aus zwei Armen 12 und 13 besteht ; der Arm 12 ist mittels eines Zapfens 14 mit der Grundplatte 15 des Spektrometers gelenkig verbunden, wogegen der zweite Arm 13 mittels eines Zapfens 16 an den Tragarm 9 angelenkt ist, wodurch eine genaue Teilung jenes Winkels gesichert ist, den das einfallende sekundäre Strahlenbündel a mit dem reflektierten Strahlenbündel b (Fig. 5) einschliesst, wie im weiteren noch beschrieben wird.
Am Umfange des Fokussierungskreises ist ein Sekundärstrahler angebracht, der aus einer schrittweise drehbaren Scheibe 17 besteht, die zwölf im Kreis liegende Ausnehmungen 18 (Fig. 3) zum Einlegen der entsprechenden Anzahl flacher Schalen für die zu prüfenden Präparate (I - XII) hat.
Die Haube 2 samt Röntgenröhre 1 kann von Hand aus oder motorisch um etwa 300 aufwärts gekippt werden, um den Zugang zur Scheibe 17 mit den Ausnehmungen 18 für die Präparat-Schalen zu ermöglichen. Die Scheibe 17 ist in einer Schutzkassette aus Blei mit einem Bleischild 19 gelagert und ist oben mit einem abhebbaren Deckel abgeschlossen. Zwischen dem Bleischild 19 und der Scheibe 17 des Sekundärstrahlers (Fig. 3) ist eine Spaltblende 20 zum Abschirmen des Sekundär-Strahlenbündels a angebracht, das auf den Kristall 3 einfällt (Fig. 5). Das reflektierte Strahlenbündel b tritt durch den Spalt 21 in den Raum der Schutzhaube des Detektors 22 und fällt auf die darin angeordnete Geiger-Müller-Röhre.
Der Spalt 21 bewegt sich gemeinsam mit dem Detektor 22 am Umfange des Fokussierkreises zwangsläufig mit
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dem Sekundärstrahler (Scheibe 17 samt Ausnehmungen 18) und dem Kristall 3 mittels der Zugstangen 23 und 24.
Das Aussenende des Tragarmes 9 bildet mit einem ankerförmigen Glied 25 ein starres Ganzes, das ein Untergestell 26 (Fig. 3) trägt. Das Ankerglied ist mit einem motorisch angetriebenen Unterwagen versehen, dessen Motorantrieb vom Manipulationstisch C aus gesteuert wird, wobei es zu einer zwangsläufigen Bewegung der Teile 2,17, 23, 24, 25 kommt, bei der sich der nicht dargestellte Unterwagen des Ankergliedes 25 in der kreisrunden Bahn c am Umfang der scheibenförmigen Grundplatte 15 bewegt.
Beide Arbeitseinheiten A und B mit der Röntgenröhre 1 werden von der Manipulations-Einheit C aus gemeinsam mit der Registrierungseinheit D (Fig. l und 2) gesteuert, wie dies später noch näher beschrieben wird.
Aus der Fig. 4 ist ersichtlich, dass das Ablesen der Reflexionswinkel einzelner Spektrallinien mittels einer Skala 48'am ganzen Umfang einer Scheibe 48 geschieht, deren Teilung von 0 bis 90 über den ganzen Umfang verläuft. Man kann an ihr unmittelbar den Einfallwinkel ablesen, denn bei Verschiebung des die Geiger-Müller-Röhre 22 tragenden und durch den Arm 9 mit der Achse 8 und der Skalenscheibe 48 fest verbundenen Armes 25 längs der gesamten Kreisbahn c, welche Verschiebung einer Drehung der miteinander starr verbundenen Arme 9 und 25 um 3600 entspricht, wird der Einfallswinkel des Strahlenbündels a (Fig. 5) um 900 geändert.
Die auf einem versilberten Band am Umfange der Scheibe 48 gravierte Skala ist luftdicht in einen Blechmantel 49 eingeschlossen, der sie vor Korrosionseinflüssen der Laboratoriums-Atmosphäre schützt und zugleich auch störende und unerwünschte Beleuchtungseinflüsse verhindert.
Die Skala 48'wird durch eine Glühlampe 50 beleuchtet, die unmittelbar am Schutzmantel 49 der Skala angebracht ist (Fig. 4). Das Skalenbild wird durch ein dünnes Glasfensterchen 49'und ein einfaches optisches System 55 über einen 450-Ablenkspiegel 56 auf eine Mattscheibe 57 projiziert, die in das Steuerbrett 27 des Manipulationstisches C eingesetzt ist.
Das beschriebene System der Einheiten A und B arbeitet wie folgt : Die freien Präparatschalen (aus organischem Werkstoff) werden zuerst mit einzelnen Proben eines fein geriebenen Stoffes so gefüllt, dass sich in jeder Schale eine gleichförmige Schichte des Pulvers befindet. Die so gefüllten Schalen werden in die entsprechenden Ausnehmungen 18, der Reihe nach mit I - XII beziffert, eingesetzt, worauf der Inhalt dieser Schalen nacheinander von der Primär-Strahlung der Röntgenröhre 1 bestrahlt wird, wodurch jede Füllung zur Quelle einer Sekundärstrahlung wird.
Das Sekundärstrahlenbündel a (Fig. 5), durch die Blende 20 (Fig. 3) nur grob begrenzt, fällt auf den Kristall 3, der diese Strahlung nach einzelnen Wellenlängen in das Spektrum der Röntgenstrahlung zerlegt. Die Reflexion einer bestimmten Spektrallinie dieses Systems ist nur bei einem solchen Einfallwinkel des Strahlenbündels a möglich, wenn die Bragg'sche Reflexionsbedingung nA = 2d. sin6 erfüllt wird.
Durch die Krümmung des Kristalles 3 mit dem Radius 400 mm und dessen Anbringung am Fokussierungskreis wird die Fokussierung des reflektierten Strahlenbündels b in dem an jener Stelle des Fokussierungskreises sich befindenden Brennpunkt ermöglicht, wo die Eintrittsspalte 21 der Haube der GeigerMüller-Röhre 22 liegt. Diese Röhre wird dabei als Detektor der Röntgenstrahlung verwendet.
Bei der qualitativen Bestimmung der Elemente der in den Schalen sich befindenden Proben wird zunächst die erste Schale in der Bestrahlungslage unter das Primärstrahlbündel der Röntgenröhre 1 gebracht. Die beweglichen Teile des Spektrometers, u. zw. der Strahler 17, 18 (Fig. 3), der Halter 4 mit dem Kristall 3 und die Arme 9 und 25 samt der Geiger-Müller-Röhre 22 werden durch einen elektrischen Antrieb zunächst mit grosser Geschwindigkeit in die Ausgangslage versetzt, in welcher die Röhre 22 sich in der äussersten erreichbaren Lage im Bereiche der längsten Wellenlängen befindet. In dieser Lage wird das ganze System justiert.
Vom Steuerbrett der Einheit C aus wird nun ein verlangsamter Vorschub des Ganzen in Richtung zu den kleineren Reflexionswinkeln eingestellt und eine selbsttätige Anzeigevorrichtung zur Anzeige aller vorhandenen Elemente der gegebenen Probe (durch eine Lichtanzeige am Schaltbrett 27 der Einheit C) eingeschaltet.
Die Anzeige gewinnt man derart, dass man die Spektrallinie des vorhandenen Elementes bei einem bestimmten Reflexions-Winkel in der Spalte 21 vor der Geiger-Müller-Röhre fokussiert, wobei eine plötzliche Änderung der Strahlungsintensität auftritt, die die im folgenden beschriebene Reaktion des Apparates hervorruft.
Die Arme 9, 25 mit der Geiger-Müller-Röhre 22 sind durch die gemeinsame Achse 8 mit einer durchsichtigen Scheibe 30 fest verbunden, die an ihrer Oberseite mit einem undurchsichtigen Lackbeiag versehen ist, in welchem entsprechend den Reflexionswinkeln der einzelnen Spektrallinien Spalten bildende radiale Striche längs zwei konzentrischen Kreisen 30a und 30b eingraviert sind, deren Zweck noch erklärt werden wird. Oberhalb der beiden Spaltenkreise 30a und 30b sind zwei Lichtquellen 31a und 31b mit zu-
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gehörigen Mikro-Optiken 32a und 32b angebracht, die ihre Lichtstrahlenbündel in zwei Brennpunkten 01 und 02 in der Ebene der Spalten 30a und 30b in der Lackschicht fokussieren.
Beide Strahlenbündel gehen durch die Spalte, wenn die Geiger-Müller-Röhre des Spektrometers unter demselben Reflexionswinkel eingestellt ist, unter welchem jene Spektrallinie reflektiert wird, zu deren Anzeige die erwähnten Spalten bildenden Striche bestimmt sind. Die durch die Spalte gehenden Strahlenbündel fallen dann auf die entsprechenden Photozellen 33a und 33b, die nach dem Einfallen des Lichtbündels einen Strom liefern, der in den Verstärkern 34a und 34b verstärkt wird.
Das längs des Kreises 30a angeordnete Spaltsystem hat die Aufgabe, in Verbindung mit der Lichtquelle 31a und der Photozelle 33a einen über den Verstärker 34a angeschalteten Schrittwähler 35 synchron mit der Drehung der Scheibe 30 weiterzuschalten. Mittels der Kontakte 51 - 54 und 51'-54'des Schrittwählers 35 wird jeweils das einer bestimmten Spektrallinie zugeordnete Relais aus dem Relaissystem 41 - 44 und 41'- 44'ausgewählt.
Der Verstärker 34b liefen dann, wenn eine der Spalten des Kreises 30b im Brennpunkt der Lichtquelle 31b liegt und auf die Photozelle 33b das Lichtstrahlenbündel einfällt, den nötigen Strom zum Ansprechen eines Relais 86, über dessen Arbeitskontakt 36'ein Stromkreis vorbereitet wird, der einerseits über
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Schrittwählers 35 verläuft. Das vom Kontaktarm des Schrittwählers 35 mittels der Kontakte 51-54 und 51'-54'anus dem Relaissystem 41-44 und 41'-44'ausgewählte Relais wird so in den vorbereiteten Stromkreis geschaltet und kann im gegebenen Zeitpunkt ansprechen.
Im Falle, dass die Geiger-Müller-Röhre 22 die Anwesenheit einer Spektrallinie in dieser Stellung der Scheibe 30 registriert, erfolgt im Integrator 28 das Schliessen des Arbeitskontaktes 37" des Relais 37. Da gleichzeitig auch die dieser Spektrallinie zugeordnete Spalte des Kreises 30b im Brennpunkt des auf die Photozelle 33b einfallenden Strahlenbündels liegt, ist auch der Arbeitskontakt 36'des Relais 36 geschlossen. Es ist somit der vorbereitete Stromkreis über die Wicklung des der Spektrallinie zugeordneten Relais aus dem Relaissystem 41 - 44 und 41'- 44'geschlossen und dieses Relais zieht an.
Es sei angenommen, dass der Arm des Schrittwählers 35 gerade auf dem Kontakt 53 steht und somit das Relais 43 angezogen hätte. Einmal erregt, bleibt dieses Relais 43 mittels des Selbsthaltekontaktes 63 über den Hilfskreis 38 auch dann in erregtem Zustand, wenn der Arm des Schrittwählers 35 auf einen andern Kontakt weitergeschaltet wird. Analoges gilt selbstverständlich für sämtliche Relais 41-44 bzw.
41'-44'sowie deren Selbsthaltekontakte 61 - 64 bzw. 61'-64'.
Bei Erregung des Relais 43 schliesst auch dessen Arbeitskontakt 73. Die im Stromkreis dieses Kontaktes 73 liegende Anzeigeglühlampe 83, die zur Anzeige des Vorhandenseins eines bestimmten Elementes in der Probe aufleuchtet, bleibt aber noch dunkel, da der in Serie zu dem Kontakt 73 liegende Arbeitskontakt 73'des Relais 43'noch offen ist. Erst wenn von dem nachzuweisenden Element noch eine zweite Spektrallinie registriert worden ist, wodurch das Relais 43'in der gleichen Art wie vorstehend beschrieben, erregt worden ist, leuchtet die diesem Element zugeordnete Anzeigeglühlampe 83 auf, womit der qualitative Nachweis des Elementes durchgeführt ist.
In Fig. 5 ist zur Vereinfachung nur ein Relaissystem zur Bestimmung von vier Elementen dargestellt.
Die Relais 41-44 mit den Kontakten 71 - 74 sind jeweils der einen Spektrallinie und die Relais 41'bis 44'mit den Kontakten 71'-74'jeweils der zweiten Spektrallinie von jedem der vier verschiedenen Elemente zugeordnet. Für jedes Element ist eine Anzeigeglühlampe 81-84 vorhanden. Die Arbeitsweise entspricht der im vorstehenden an Hand eines bestimmten Falles geschilderten. In der Praxis wird mit einer Höchstanzahl von vierzig Elementen gerechnet und daher ist die zehnfache Anzahl an Relais der Gruppen 41, 42 usw. und 41', usw. vorhanden.
Wie erwähnt, beruht das beschriebene System auf dem Prinzip der Durchführung der automatischen qualitativen Röntgenspektralanalyse mittels zweier Spektrallinien. Es werden deshalb zwei Spektrallinien verwendet, weil dadurch eine unrichtige Bestimmung auch in jenen Fällen vermieden wird, in denen zwei von verschiedenen Elementen stammende Spektrallinien zusammenfallen, d. h., es werden die sogenannten Koinzidenzeinflüsse ausgeschaltet.
Wenn z. B. eine der beiden von einem in der Probe tatsächlich vorhandenen Element registrierten Spektrallinien mit einer Spektrallinie eines Störelementes, welches in der Probe nicht vorhanden ist, zusammenfällt, so werden bei der Registrierung einer solchen Koinzidenzlinie zwar zwei Relais des Relaissystems 41 - 44 und 41'- 44'ansprechen, doch das störende Element kann nicht angezeigt werden ; der Stromkreis der zur Anzeige dieses Elementes vorgesehenen Glühlampe bleibt dauernd unterbrochen, da das Relais, das zur Registrierung der zweiten Spektrallinie des störenden Elementes vorgesehen ist, in diesem Falle nicht ansprechen wird.
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Ist das gesuchte Element in der Probe nicht enthalten, dann spricht das Relais 37 nicht an, trotzdem das Relais 36 infolge des Durchganges der Lichtstrahlen durch die zugehörige Spalte 30b und deren Einfall
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her offen und keines dieser Relais kann ansprechen.
Dasselbe geschieht auch in dem Falle, wenn der Spalt 21 der Geiger-Müller-Röhre 22 die Lage ein- nimmt, in welcher die zweite Spektrallinie des gesuchten Elementes einfallen sollte, diese jedoch nicht auftritt. Auch in diesem Falle kommt es nicht zum Ansprechen des zweiten angeschlossenen Relais des
Systems 41'- 44'und die zugehörige Anzeigeglühlampe des Systems 81 - 84 bleibt dunkel. Sobald aber der Arm 9 samt dem Ankerglied 25 und der Geiger-Müller-Röhre 22 den ganzen Spektralbereich abge- tastet hat und durch Lichtsignale die Anwesenheit bestimmter Elemente angezeigt wurde, wird der Arm
9 in der der Ausgangsstellung entgegengesetzten Endlage von selbst stillgesetzt und die Beendigung der
Analyse akustisch angezeigt.
Sobald der Operateur das Ergebnis der qualitativen Analyse notiert hat, dreht er die Scheibe 17 mit den Präparaten um eine Schale weiter vorwärts. Dann wird das ganze System in die Ausgangslage zurück- gebracht und der ganze vorstehend beschriebene Vorgang wiederholt.
Der beschriebene Röntgenspektrograph ist mit einer an sich bekannten Registriereinrichtung 39 (Fig. 2) kombiniert, die nicht näher in der Zeichnung dargestellt ist. Mit einer solchen an den Integrator 28 an- geschlossenen Einrichtung kann über den ganzen Bereich des Röntgenspektrums bei der semi-quantitativen
Bestimmung der Elemente registriert werden. Die Registrierung stellt die eigentliche graphische Abhän- gigkeit der Intensität der Röntgenstrahlung vom Reflexionswinkel dar. Die Einrichtung ist im Registrier- tisch D (Fig. 2) eingebaut.
Die automatische quantitative Bestimmung der Elemente des zu untersuchenden Materials beruht auf der Messung bzw. Registrierung derjenigen Zeitintervalle, die zum Abzählen einer bestimmten vorwähl- baren Anzahl der am Ausgang des Detektors 22 auftretenden Impulse erforderlich sind. Die Intensität der Spektrallinien, die einer Probe eines bestimmten Elementes zugeordnet ist, ist proportional dem prozen- malen Anteil dieses Elementes. Diese Intensität kann mittels eines elektronischen dekadischen Impuls- zählers beim Messen mit der Geiger-Müller-Röhre zahlenmässig durch die Anzahl der Impulse ausgedrückt werden. Die Intensität der Spektrallinie könnte daher auch durch die Anzahl der Impulse in der Zeitein- heit ausgedrückt werden.
Diese Methode ist jedoch für die Automatisierung nicht sehr geeignet, da man zu diesem Zwecke eine komplizierte Anordnung für eine dauernde und selbsttätige Registrierung des Zif- fernstandes am elektronischen dekadischen Impulszähler entwickeln müsste. Die beim erfindungsgemässen
Röntgenspektrograph verwendete Methode ergibt eine einfachere Lösung dieser Aufgabe, indem man das
Zeitintervall misst, das zur Erreichung einer bestimmten vorwählbaren Anzahl von Impulsen, die mittels eines Impulszählers gezählt werden, nötig ist.
Die automatische Einrichtung nach Fig. 6 umfasst nachstehende Funktions-Einheiten :
Einen zentralen Taktgeber I für die automatische Steuerung der einzelnen Teiloperationen.
Einen Impulszähler II, der das Abzählen jedes tausendsten, vom Untersetzer VI gelieferten Impulses bis zu deren vorgewählter Anzahl durchführt.
Einen Impulswähler III zur Vorwahl der geeigneten Impulsanzahl, d. h. z. B. von 1000,2000, 5000 oder 8000 Impulsen, wobei die Auswahl durch blosses Drücken des zugehörigen Schaltknopfes erfolgt und nach dem Erreichen der gewählten Impulszahl der Impulszähler II ausgeschaltet wird.
Einen Zeitmesser IV für eine automatische in Ziffern gedruckte Registrierung der Zeitintervalle vom
Anfang bis zum Ende des Abzählens der vorgewählten Impulszahl. Das Drucken der Ziffernwerte erfolgt auf ein kontinuierlich ablaufendes Papierband.
Eine Einrichtung V zum Anzeigen der Probenummer und Zählen der zu messenden Proben, die nach
Ablauf des Zyklus das Ausschalten des automatischen Mechanismus herbeiführt und ein das Ende des Mess- vorganges anzeigendes Signal abgibt.
Einen Untersetzer VI, der die von der Geiger-Müller-Röhre abgegebenen Impulse zählt und jeden tausendsten Impuls an den Impulszähler II weitergibt.
Einen automatischen Probenwechsler VII, der vom Taktgeber I gesteuert wird, so dass ein automati- scher zyklischer Probenwechsel stattfindet.
Die. automatische quantitative Bestimmung der Elemente in den Proben geht nun wie folgt vor sich :
Vor dem Beginn der eigentlichen Analyse füllt man zehn Vinidur-Schalen mit den zu analysierenden
Proben und zwei Schalen mit Standardproben, deren Zusammensetzung so gewählt ist, dass sie die obere und untere Grenze aller zu bestimmenden Anteile bilden. Die Proben werden in die Ausnehmungen 18 der Scheibe 17 eingesetzt, wobei die Standardproben diametral gegenüber, z. B. in den mit Ziffern I und
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VII bezeichneten Lagen (Fig. 3) sich befinden. Sodann wird durch Drücken des zugehörigen Knopfes am Schaltbrett 40 (Fig. 2) die Wahl der zu messenden Anzahl von Impulsen am Impulswähler III durchgeführt und durch einen andern Druckknopf wird die ganze automatische Einrichtung in Bewegung gesetzt.
Zuerst wird der zentrale Taktgeber I in Betrieb gesetzt, der in der Anfangsstellung l* (Fig. 6) den Untersetzer VI über das Relais R und den Eingang N auf Null stellt.
Nach dem Übergang des Taktgebers I in die Stellung 2'bleibt der Untersetzer VI noch in seiner Nullstellung, doch der Zeitmesser IV erhält über den Eingang T einen Impuls zum Abdrucken des augenblicklichen Zeitstandes auf einen Papierstreifen und gleichzeitig setzt derselbe Impuls den Impulszähler II über dessen Eingang Z in Tätigkeit.
Wenn der Taktgeber I in die Stellung 3'fortgeschaltet hat. wird der Untersetzer VI in Tätigkeit gesetzt. Gleichzeitig bekommt die Zeitregistriereinrichtung IV über den Eingang P einen Impuls zum Vorschieben des Papierstreifens.
In der Stellung 4'schaltet sich der Taktgeber I über seinen Eingang V selbst aus und seine Funktion wird vom Impulszähler n übernommen, der schon seit der Schaltstellung 2'des Taktgebers I in Tätigkeit ist. Dem Impulszähler II wird jeder tausendste Impuls des Untersetzers VI von dessen Ausgang J über das Relais R zugeführt, welcher Impulszähler diese Impulse addiert und nach dem Erreichen der vorgewählten Anzahl einen Impuls an dem Impulswähler III leitet, der sofort an den Zeitmesser IV (Eingang T) ei- nen Impuls zum Abdrucken des Zeitstandes abgibt und den Taktgeber I über dessen Eingang Z erneut in Tätigkeit setzt. Der Impulszähler n'wird über seinen Eingang V abgeschaltet und läuft von selbst in die Anfangsstellung zurück.
Der Taktgeber 1 übernimmt nun, indem er von der Stellung 4'in die Stellung 5'fortschaltet, die weitere Steuerung der Einrichtung. Der Untersetzer VI nimmt hiebei wieder seine Nullstellung ein. In der Stellung 5'sendet der Taktgeber I sowohl einen Impuls in die Zeitregistriereinrichtung IV, wodurch das Papierband vorgeschoben wird, als auch in den automatischen Probenwechsler VII, der die bereits untersuchte Probe durch Verdrehen des Revolverhalters 17 (Fig. 3 und 6) um 300 gegen das nächste zu untersuchende Präparat austauscht, wodurch diese Probe an Stelle der ursprünglichen Probe der Bestrahlung ausgesetzt wird.
Der Taktgeber I belässt zunächst den Untersetzer VI auch in den Stellungen 6'und 7'in der Nullstellung, wobei er in diesen beiden Stellungen einen Impuls in die Zeitregistriereinrichtung IV zum Vorschub des Papierbandes sendet.
In der Stellung S* wird der Untersetzer VI noch immer in der Nullstellung belassen, der Taktgeber I sendet jedoch einen Impuls zur Probennummer-Anzeigeeinrichtung V, die durch ein Lichtsignal an der Hauptschalttafel 27 (Fig. 1) des Steuerungspultes jene Probe, welche sich gerade unter der Bestrahlungs-
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bracht, so dass ein Zyklus beendet ist. Der beschriebene Zyklus wiederholt sich in gleicher Folge zwölfmal nacheinander. Beim zwölften Zyklus schaltet die Probennummer-Anzeigeeinrichtung V den Taktgeber I aus und der ganze Röntgenspektrograph wird stillgesetzt. Eine Signalisierungseinrichtung S zeigt die Beendigung der Messung an.
Nach Beendigung eines Zyklus mit zwölf Proben kann man die ganze Messung zwecks Erreichung genauerer Ergebnisse (durch Vergleich der Zeitintervalle, Berechnung des Durchschnittes als zulässig differierenden Werten und Ausschaltung unrichtiger Ergebnisse, die durch verschiedene Störungen hervorgerufen werden) gegebenenfalls noch einige Male wiederholen.
Bei der quantitativen Bestimmung wird einerseits der Maximalwert der Intensität der Spektrallinie, d. h. der Scheitel m (Fig. 7, 8), anderseits ihre Ferse n (Hintergrundschwärzung) durchgemessen, u. zw. bei allen Proben. Der Unterschied beider Messungen, ausgedrückt durch den Unterschied der zum Abzählen der vorgewählten Impulsanzahl erforderlichen Zeitintervalle, ergibt ein in Zeiteinheiten ausgedrücktes Mass für die tatsächliche Intensität der Spektrallinie.
Die Bewertung der Ergebnisse erfolgt dann durch Vergleich der Zeitintervalle der beiden Standardproben mit den Zeitintervallen der übrigen zu bestimmenden Proben ; ihre Prozentgehalte werden auf Grund einer graphischen Auswertung aus der vorausgesetzten linearen Abhängigkeit zwischen den Zeitintervallen und den Prozentgehalten der Elemente festgestellt.
Die beschriebene Einrichtung kann man auch für Absorptionsmessungen verwenden, die für sehr genaue quantitative Analysen nötig sind. Zu diesem Zweck wird vor der Geiger-Müller-Röhre eine schrittweise drehbare Scheibe mit zwölf Präparaten l'-XII' (nicht veranschaulicht) gleicher Zusammensetzung, wie bei der ersten Gruppe der Präparate I - XII am Träger 17 angebracht. Beim Messen der Absorption ist es nötig, an der Scheibe 17 unterhalb der Röntgenröhre 1 eine Probe mit hohem Gehalt des zu be-
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stimmenden Elementes anzubringen, z.
B. im vorliegenden Beispiel das Wismuttrioxyd fizz Ein intensives Sekundärstrahlenbündel a, in die Geiger-Müller-Röhre reflektiert, ergibt eine sehr intensive Spektrallinie des Elementes Bi von einer ganz bestimmten Wellenlänge, im vorliegenden Falle Bi L Ci. Diese Strahlung lässt man dann aufeinanderfolgend durch alle Präparate des zweiten Präparatesatzes I'-XU' treten und die Geiger-Müller-Röhre misst die Abschwächung der Strahlungsintensität nach dem Durchgang durch diese Präparate. Ist die Intensität dieser Strahlung nach der Absorption J und die Intensität der nicht absorbierten Strahlung Je. dans wird die Absorption der Präparate durch das Verhältnis beider Intensitäten J : Jo ausgedrückt.
Diese Absorptionsmessungen können dann zur Korrektur der nach der normalen Methode gemessenen Werte der Intensität der Spektrallinie des betreffenden Elementes in den ursprünglichen Präparaten I - XII verwendet werden. Die Messung kann auch automatisch durchgeführt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Röntgenspektrograph zur automatischen röntgenspektralen quantitativen und bzw. oder qualitativen Analyse von Rohstoffen, technischen Zwischenprodukten u. dgl., der zum Messen der Intensität und des Reflexionswinkels der Spektrallinien von in der analysierten Substanz enthaltenen Elementen mit einem Spektrometer samt einem am Umfang des Fokussierungskreises beweglich angeordneten Kristall zur Erzeugung eines fokussierten Röntgenspektrums und einem Detektor, z.
B. einer Geiger-Müller-Röhre, sowie mit einer vollautomatischen Registriereinrichtung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass einerseits für die quantitative Analyse in dieser Registriereinrichtung ein Zeitmesser (IV) mit Papierstreifenausgabe vorgesehen ist, welcher die zum Abzählen einer bestimmten vorwählbaren Anzahl der am Ausgang des Detektors (22) auftretenden Impulse erforderlichen Zeitintervalle registriert, durch welche Zeitintervalle die Intensität der einzelnen Spektrallinien festgelegt ist, wobei zum Abzählen der Impulse ein Impulszähler (H) vorgesehen ist, der über einen Untersetzer (VI) mit dem Detektor (22) verbunden und ausserdem an einen Impulswähler (III) zur Vorwahl der Impulsanzahl angeschlossen ist, wobei ferner zur vollautomatischen Steuerung, z. B.
Nullstellung und Inbetriebsetzung, aller dieser Einrichtungen (II, III, IV, VI) und auch zur Steuerung eines automatischen Probenwechslers (VII) und einer Probennummer-An- zeigeeinrichtung (V) ein zentraler Taktgeber (I) vorgesehen ist, und dass anderseits zur qualitativen Analyse mittels zweier Spektrallinien pro Element an der vertikalen Hauptachse (8) des Spektrometers (B) eine horizontale durchsichtige Scheibe (30) befestigt ist, die mit einer undurchsichtigen Lackschicht versehen ist, in die zwei Gruppen von längs zwei konzentrischen Kreisen (30a, 30b) radial angeordneten lichtdurchlässigen Spalten eingraviert sind, welche im Zusammenwirken mit je einer jedem Spaltsystem zugeordneten Lichtquelle (31a, 31b) und Photozelle (33a, 33b) dazu dienen, einerseits mittels eines Schrittwählers (35)
aus einem Relaissystem (41 - 44 und 41'-44') die Auswahl der zugeordneten Relais für jede der zwei von einem Element zu analysierenden Spektrallinien vorzunehmen, anderseits mittels eines Überwachungsrelais (36) und eines Relais (37) eines Integrators (28) die ausgewählten, den Spektrallinien zugeordneten Relais des Relaissystems (41 - 44 und 41'-44) einzuschalten, wenn der Detektor (22) von der ersten oder der zweiten Spektrallinie des nachzuweisenden Elementes beaufschlagt ist, wobei an dieses Relaissystem (41 - 44 und 41'-44') über Kontakte (71 - 74 und 71'-74') Anzeigeglühlampen (81 bis 84) angeschlossen sind, die aufleuchten, wenn der Detektor (22)
von beiden zu analysierenden Spektrallinien desselben Elementes beaufschlagt worden ist.