DD148385B1

DD148385B1 - Optische anordnung fuer atomabsorptionsspektrometer

Info

Publication number: DD148385B1
Application number: DD21809479A
Authority: DD
Inventors: Wolf-Dieter Ersel
Original assignee: Ersel Wolf Dieter
Priority date: 1979-12-27
Filing date: 1979-12-27
Publication date: 1985-01-09
Also published as: DD148385A1

Description

Titel der Erfindung;

Optische Anordnung für Atomabsorptionsspektrometer

Anwendungsgebiet der Erfindung;

Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung für Atomabsorptionsspelctrometer, die nach dem Zweistrahlprinzip arbeiten, mit einem linienemittierenden Strahler und einem ein Kontinuum emittierenden Strahler, deren Strahlungen über einen Unterbrecher abwechselnd über beide Strahlengänge zu einem Vereinigungselement mit einem Reflexionsbelag für einen der beiden Strahlengänge gesendet werden, wobei der Unterbrecher aus einer rotierenden Sektorenscheibe mit abwechselnd lichtdurchlässigen und reflektierenden Sektoren und mindestens einer Abdeckblende besteht.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen;

Bei der Atomabsorptionsspektrometrie wird die Probensubstanz in einen atomaren Zustand gebracht und in ein Probenlichtbündel geleitet. Dieses Probenlichtbündel geht von einer linienemittierenden ersten Lichtquelle aus und enthält die Resonanzlinie des aus der Probe zu bestimmenden * Elementes. Die Atome des zu bestimmenden Elementes absorbieren die Strahlung der Resonanzlinie in Abhängigkeit von ihrer Konzentration. Nach dem Passieren des Absorptionsvolumens durchläuft die Strahlung einen Monochromator, in dem die Resonanzlinie spektral von den Nebenlinien getrennt wird, und fällt auf einen Strahlungsdetektor, mit dem zeit-

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lieh nacheinander die ungeschwächte und die durch Absorption durch die zu bestimmenden Atome geschwächte Strahlung gemessen wird

Um Änderungen der Helligkeit der linienemittierenden Lichtquelle sowie Empfindlichkeitsänderungen des Detektors au kompensieren, wird auch in der Atomabsorptionsspektrometrie häufig ein Zweistrahlverfahren benutzt· Im möglichst schnellen zeitlichen Wechsel wird durch Verwendung z.B. rotierender Sektorspiegel die Strahlung der linienemittierenden ersten Lichtquelle abwechselnd durch das Absorptionsvoluraen hindurch und am Absorptionsvolumen vorbei geleitet und vor dem Eintritt in den Monochromator durch ein in der Regel ortsfestes Element wieder vereinigt. Die Detektorsignale werden demoduliert, und es wird ein Ausgangssignal erzeugt, welches eine Funktion des Verhältnisses der von Proben- und Vergleichslichtbündel herrührenden Signalanteile ist. Zusätzlich zur spezifischen Absorption der Resonanzlinie durch die Atome des gesuchten Elementes tritt in der Praxis sehr häufig eine sogenannte Untergrundabsorption auf, welche durch Molekularabsorption, Lösungsmittelabsorption, Streuung an festen Partikeln und weitere Effekte hervorgerufen wird, die unabhängig von der Konzentration der Atome des gesuchten Elementes sind.

Zur Kompensation dieser Untergrundkompensation benutzt man nach einem bekannten Verfahren (DT-OS 1 911 048) eine zweite, ein Kontinuum emittierende Lichtquelle. Während die Resonanzlinie der ersten Lichtquelle sowohl durch spezifische als auch durch Untergrundabsorption geschwächt wird, wird die kontinuierliche Strahlung der zweiten Lichtquelle in erster Näherung nur durch die Untergrundkompensation, und zwar in gleichem Maße wie die Resonanzlinie der ersten Lichtquelle geschwächt. Das gilt unter den beiden in der Praxis fast immer zutreffenden Voraussetzungen, daß die spektrale Bandbreite des Monochromator sehr groß

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ist gegenüber der Bandbreite der schmalen Resonanzabsorption und daß innerhalb der spektralen Bandbreite des Monochromators die Untergrundabsorption praktisch konstant ist. Bei einer bekannten Anordnung mit einem rotierenden Sektorspiegel (DT-OS 2 207 298) wird der Zweistrahlbetrieb auji bei der Kompensation der Untergrundabsorption aufrechterhalten, indem der rotierende Sektorspiegel zwar die Strahlung der beiden Lichtquellen vereinigt, die räumliche Aufspaltung in einen Proben- und einen Vergleichsstrahlengang aber einen zusätzlichen Strahlteiler erfordert. Diese Lösung hat ca. 50% Energieverlust am Strahlteiler und erfordert darüber hinaus eine weitere Vorrichtung, die abwechselnd den Proben- und Vergleichsstrahlengang abdeckt bzw. freigibt.

Bei einer weiteren bekannten Anordnung (DT-OS 2 303 533) vereinigt der rotierende Sektorspiegel die Strahlung der linienemittierenden ersten Lichtquelle und der ein Kontinuum emittierenden zweiten Lichtquelle und bewirkt außerdem die räumliche Aufspaltung in einen Proben- und einen Vergleichsstrahlengang. Durch eine zur Rotation des Drehspiegels synchrone elektrische Modulation der Lichtquellen werden am Empfänger pro Zyklus vier getrennte Signale erzeugt. Durch die Verwendung einer gleichachsig mit dem Sektorspiegel umlaufenden Abdeckblende werden die vier getrennten Signale auch dann erzeugt, wenn eine elektrische Modulation der zweiten, ein Kontinuum emittierenden Lichtquelle, z.B« bei Verwendung einer Halogenlampe zur Kompensation der Untergrundkompensation im sichtbaren Spektralbereich, nicht möglich ist.

Der Nachteil der Anordnung besteht darin, daß bei Verwendung eines Sektorspiegels mit zwei auf verschiedenen Seiten desselben angeordneten Reflexionssektoren infolge der endlichen Dicke des Sektorspiegels keine vollständige Äquivalenz der Lichtbündel beider Lichtquellen sowohl im Proben- als auch im Vergleichsstrahlengang erreicht werden kann.

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Ein weiterer Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß bei Verwendung einer nicht synchron zur Eotation des Sektorspiegels elektrisch modulierten ersten Lichtquelle störende Signalüberlagerungen mit der zweiten Lichtquelle zustande kommen.

Ziel der Erfindung;

Durch die Erfindung sollen die aufgezeigten Nachteile beseitigt und ein Zweistrahl-Atomabsorptionsspektrometer geschaffen werden, bei dem die Untergrundstrahlung auf die Messung keinen Einfluß ausübt.

Darlegung des Wesens der Erfindung;

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Zweistrahl-Atomabsorptionsspektrometer so auszubilden, daß jederzeit die geometrische Äquivalenz von Proben- und Vergleichsstrahlengang gewährleistet ist und unabhängig von der elektrischen Modulation der beiden Strahler am Empfänger je Meßzyklus eine bestimmte Anzahl von exakt getrennten und zuordenbaren Signalen erzeugt wird. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch, gelöst, daß die Sektorenscheibe und das Vereinigungselement aus dem gleichen transparenten Material bestehen, dieselbe Dicke aufweisen und unter dem gleichen Winkel zur optischen Achse geneigt sind, und daß die Sektorenscheibe auf derselben Seite mit Reflexionsbelegen für beide Strahlengänge versehen ist. Der Reflexionsbelag der Sektorscheibe ist dem einen der beiden Strahlengänge und der Heflexionsbelag des Vereinigungselementes dem anderen der beiden Strahlengänge zugewandt. Gleichachsig mit der Sektorenscheibe sind zwei Abdeckblenden angeordnet, von denen jede das Negativ der anderen ist, sich auf einer Seite der Sektorenscheibe befindet und mit in verschiedenen Abständen von der Drehachse liegenden kreisbogenförmigen Schlitzen versehen ist, von denen die in einem gemeinsamen Abstand von der Drehachse liegenden Schlitze alternierend die emittierten Strahlungen und die in einem anderen geraeinsamen Abstand von der

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Drehachse liegenden Schlitze alternierend jeweils einen der beiden Strahlengänge ausblenden.

Vorteilhafterweise sind die im größeren Abstand von der Drehachse angeordneten Schlitze um definierte Beträge verkürzt. Die Sektorenscheibe weist vier gleichgroße und gleichgestaltete Sektoren auf, wobei abwechselnd ein reflektierender und ein durchlässiger Sektor aufeinanderfolgen. Die Abdeckblenden sind identisch und um die Drehachse um 180° gegeneinander verdreht,

Damit ist durch die Erfindung eine völlige Gleichheit von Proben- und Vergleichsstrahlengang für die von beiden Strahlern ausgehenden Strahlungen und die Erzeugung gleicher Signalfolgen hinter dem Vereinigungaelement unabhängig von der elektrischen Modulation der verwendeten Strahler gewährleistet«

Ausführungsbeispiel;

Die Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es aeigen: Fig. 1 eine erfindungsgemäße optische Anordnung, Fig. 2 die gleiche Anordnung mit vergrößerten Darstellungen für die Sektorscheibe und das Vereinigungselement

Fig. 3 Die Umgebung des Punktes Р_д in Fig. 1 unter Berücksichtigung endlicher Querschnitte für die Strahlungsbündel,

Fig. 4 einen aus einer Sektorenscheibe und zwei Abdeckblenden bestehenden Unterbrecher und

Fig. 5 a bis f die Zustände des Unterbrechers hinsichtlich Reflexion und Transmission und die daraus abgeleitete Signalfolge.

In Fig. 1 sind ein linienemittierender Strahler 1 und ein Kontinuum emittierender Strahler 2, deren Strahlengänge 3, 4 in einem Punkt Рд auf eine Sektorenscheibe 5 treffen, mit der zwei Abdeckblenden 6, 7 starr verbunden um eine Achse 8 drehbar angeordnet sind. Die Sektorenscheibe 5 hat 2 n, vorzugsweise 4 gleichgeformte

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Sektoren, von denen zwei reflektierend sind, zwischen denen zwei durchlässige Sektoren liegen«, Die reflektierenden Sektoren befinden sich auf der am Strahler 1 und dem Probenstrahlengang 9 augewendeten Fläche der Scheibe 5. Von Punkt P. geht in Verlängerung des Strahlenganges 4 ein Proben- oder Meßstrahlengang 9 aus, der an einem Spiegel 10 durch eine Probe 11 zu einem fest angeordneten Vereinigungselement 12 reflektiert wird. In Verlängerung des Strahlenganges 3 geht vom Punkt P^ ein Vergleichsstrahlengang 13 aus, der nach Reflexion an einem Spiegel 14 zum Vereinigungselement 12 gelangt und im Punkt P_D mit dem Probenstrah-

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lengang 9 zusammentrifft. Vom Punkt P_a führt ein gemeinsamer Strahlengang 15 zu einem Monochromator 16 und einer Empfangs- und Auswerteeinrichtung 17« In Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung der Sektorenscheibe 5 und der Abdeckblenden 6, 7 gelangt Strahlung des Strahlers 1 in den Probenstrahlengang 9 oder vom Strahler in den Probenstrahlengang 9 oder vom Strahler 2 in den Vergleichsstrahlengang 13 oder vom Strahler 1 in den Vergleichsstrahlengang 13. Danach wiederholt sich die Einsteuerung der Strahlung in der gleichen Weise nach dem gleichen Zeitregime. Im Monochromator 16 erfolgt eine spektrale Trennung einer Resonanzlinie von den Nebenlinien und in der Empfangs- und Auswerteeinrichtung die Signalumformung und Meßwertverarbeitung

In Fig. 2 ist zur weiteren Erläuterung die Umgebung der

Punkte P_A und P_Q vergrößert dargestellt· Die Sektoren-A а

scheibe 5 ist nur an der den Strahlengängen 3 und 9 zugewendeten Fläche 18 verspiegelt und besitzt keine Durchbrüche. Das Vereinigungselement 12 besteht aus demselben Material und hat dieselbe Dicke wie die Sektorenscheibe 5, ist zu ihr und den Reflektoren 10 und 14 parallel und ist nur an ihrer den Strahlengängen 13 und 15 zugewendeten Fläche 19 verspiegelt. Auf diese Weise

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ist der optische Weg des Vergleichsstrahlenganges 13 zwischen den Flächen 18 und 19 genau so lang wie der optische Weg des Meßstrahlenganges 9» ohne Probe 11, zwischen denselben Flächen.

In Fig. 3 sind die Sektorenscheibe 5 und die Abdeciublenden 6, 7 auf einer gemeinsamen Welle 20 befestigt und mit dieser um die Achse 8 drehbar gelagert. Mit Pg; Ppj P_D; P-g sind die Auf tr eff punkte der Achsstrahlen 3; 9; 4; 13 auf den Abdeckblenden 6 und 7 bezeichnet.

In Fig. 4 sind die Sektorenscheibe 5 und die Abdeckblenden 6, 7 zur Erläuterung ihrer Funktion nebenein_ ander dargestellt. Die Sektorenscheibe 5 hat aufeinanderfolgend gleichgeformte und gleichgroße Sektoren zur Reflexion 29, 30 und Transmission 31, 32. Die Sektorenscheibe 6 weist zwei ineinander übergehende Schlitze 21, 22 auf, die beide im gleichen Abstand von der Drehachse 8 liegen. Außerdem befinden sich zwei kreisringförmige Schlitze 23, 24 untereinander in einem gleichen jedoch größeren Abstand von der Achse 8 als die Schlitze 21,

22. Damit in der Empfangseinrichtung 17 getrennte Signale empfangen werden können, erstrecken sich die Schlitze 23, 24 jeweils nur über einen Winkelbereich 90° - 2·* wobei α sich aus dem sagittalen Strahlenbündelquerschnitt an den Punkten Pg und P_D, dem größeren Abstand dieser Schlitze 23, 24 von der Drehachse 8 und dem gewünschten Dunkelzeitraum zwischen den einzelnen Signalen ergibt. Die Sektorenscheibe 7 ist ebenso ausgebildet wie die Sektorenscheibe 6, jedoch gegenüber dieser um die Achse 8 um 180° verdreht angeordnet. In der Sektorenscheibe 7 sind dementsprechend kreisbogenförmige innere Schlitze 25, 26 und kreisbogenförmige äußere Schlitze 27, 28 vorgesehen.

Bei Montierung der Sektorenscheibe 5 und der Abdeckblenden 6, 7 in der in Fig. 4 angegebenen Anordnung ergeben sich für die Reflexion und Transmission folgende

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Zustände (siehe auch Fig. 5) in Abhängigkeit топ der Zeit (Periode T).

In der Fig. 5 entsprechen a) dem Punkt P„, b) dem Punkt P_c, c) dem Punkt P^, d) dem Punkt Pp, e) dem Punkt Р_д und f) der Signalfolge in der Empfangseinrichtung 17· In der ersten Viertelperiode trifft der Strahlengang 3 durch den Schlitz 24 auf den Sektor 29 und wird von diesem in den Probenstrahlengang 9 reflektiert. Die Abdeckblende 6 läßt kein Licht durch. In der zweiten Viertelperiode gelangt der Strahlengang 4 durch die Schlitze 27 und 21 und den Sektor 31 in den Probenstrahlengang 9. In der 3. Viertelperiode trifft der Strahlengang 4 durch den Schlitz 28 auf den Sektor 30 und wird von diesem durch den Schlitz 26 der Abdeckblende 7 in den Vergleichsstrahlengang 13 reflektiert. In der vierten Viertelperiode gelangt der Strahlengang 3 durch den Schlitz 23, den unverspiegelten Sektor 32 und den Schlitz 25 in den Vergleichsstrahlengang. Hat die Sektorenscheibe 5 mehr als vier Sektoren, so läßt sich ganz allgemein sagen, daß die eine Abdeckblende 6 immer das Negativ der Abdeckblende 7 ist«

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Claims

Patentansprüche

1· Optische Anordnung für Atoiaabsorptionsspektrometer, die nach dem Zweistrahlprinzip arbeiten, mit einem linienemittierenden Strahler und einem im Kontlnitim emittierenden Strahler, deren Strahlungen über einen Unterbrecher abwechselnd über beide Strahlengänge zu einem Vereinigungselement mit einem Reflexionsbelag fur einen der beiden Strahlengänge gesendet werden, wobei der Unterbrecher aus einer rotierenden Sektorenscheibe mit abwechselnd lichtdurchlässigen und reflektierenden Sektoren und mindestens einer Abdeckblende besteht, gekennzeichnet dadurch, daß die Sektorenscheibe und das Vereinigungselement aus dem gleichen transparenten Material bestehen, dieselbe Dicke aufweisen und unter demselben Winkel zur optischen Achse geneigt sind, daß die Sektorenscheibe auf derselben Seite mit Reflexionsbelägen für beide Strahlengänge versehen ist und daß der Reflexionsbelag der Sektorenscheibe dem einen der beiden Strahlengänge und der Reflexionsbelag des Vereinigungselements dem anderen der beiden Strahlengänge zugewandt ist, und daß mit der Sektorenscheibe gleichachsig zwei Abdeckblenden angeordnet sind, daß jede Abdeckblende das Negativ der anderen ist, sich auf einer Seite der Sektorenscheibe befindet und mit in verschiedenen Abständen von der Drehachse liegenden kreisbogenförmigen Schlitzen versehen ist, von denen die in einem gemeinsamen Abstand von der Drehachse liegenden Schlitze alternierend die emittierten Strahlungen und die in einem anderen gemeinsamen Abstand von der Drehachse liegenden Schlitze alternierend jeweils einen der beiden Strahlengänge ausblenden· ,

2. Optische Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die im größeren Abstand von der Drehachse angeordneten Schlitze um definierte Beträge verkürzt sind.

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3* Optische Anordnung nach Anspruch 2, gekennaeichnet dadurch, daß die Sektorenscheibe vier gleichgroße und gleich gestaltete Sektoren aufweist, daß abwechselnd ein reflektierender und ein durchlässiger Sektor aufeinanderfolgen und daß die Abdeckscheiben identisch und um die Drehachse um 180° gegeneinander verdreht sind.

Hierzu »SLSeiten Zeichnungen

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