DE10145172B4

DE10145172B4 - Lichtquelle für eine Atomisiereinrichtung, insbesondere eines Atomabsorptionsspektrometers

Info

Publication number: DE10145172B4
Application number: DE10145172A
Authority: DE
Inventors: David Norwalk Tracy; Bernhard Radziuk; Klaus Fischer
Original assignee: Berthold GmbH and Co KG
Current assignee: Berthold & Co Kg 75323 Bad Wildbad De GmbH
Priority date: 2001-09-13
Filing date: 2001-09-13
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2021-09-14
Also published as: US7088445B2; US20030151740A1; US20080165534A1; DE10145172A1; US7871183B2; US7372564B2; US20060038991A1

Abstract

Lichtquelle für eine Atomisierungseinrichtung, insbesondere eines Atomabsorptionsspektrometers, mit einer, zwei oder mehr Lampen, deren Strahlung selektiv mittels eines verdrehbaren optischen Selektionselements in Richtung Atomisierungseinrichtung leitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Selektionselement (6) mittels einer Drehspindel (7) verdrehbar und höhenverstellbar gelagert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtquelle für eine Atomisierungseinrichtung,insbesondere eines Atomabsorptionsspektrometers, mit einer, zwei oder mehr Lampen, deren Strahlung selektiv mittels eines verdrehbaren optischen Selektionselements in Richtung Atomisierungseinrichtung leitbar ist, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie aus US 3 600 571 bekannt.

Bei einer aus der Praxis vorbekannten Lichtquelle für ein Atomabsorptionsspektrometer erzeugt jede der Lampen eine einzelne Spektrallinie aus einer elementspezifischen Quelle, die durch einen Monochromator isoliert wird. Um eine automatische sequentielle Analyse durchführen zu können, weist ein solches Atomabsorptionsspektrometer zwei, drei, vier oder mehr Lampen auf, wobei die Lichtstrahlung jeweils einer bestimmten Lampe selektiv der Atomisierungseinrichtung zugeführt wird. Eine solche Atomisierungseinrichtung ist beispielsweise eine Flamme, ein Ofen oder dergleichen.

Ein bekanntes Beispiel für eine entsprechende Selektionseinrichtung ist ein drehbarer Kreistransporteur, auf dem die verschiedenen Lampen angeordnet und in entsprechende Stellung zum Emittieren der Lichtstrahlung in Richtung Atomisierungseinrichtung verdreht werden.

Weiterhin ist aus der Praxis eine Anordnung bekannt, bei der wenigstens ein optisches Element bewegt wird, um eine bestimmte Lampe der Lichtquelle auszuwählen. Bei einer solchen Anordnung ergibt sich als Vorteil, dass eine automatische Feinausrichtung ohne Bewegen einer Lampe selbst durchgeführt werden kann. Dadurch ist die Auswahl konstruktiv leichter und auch schneller möglich. Bei einem solchen Aufbau können während der Atomisierung einer bestimmten Probe mehrere Messungen mit den verschiedenen Lampen aufeinanderfolgend durchgeführt werden.

Bei der vorgenannten Vorrichtung mit Bewegung des optischen Selektionselements wird dieses zweidimensional zur Lampenauswahl und zur genauen Ausrichtung bewegt. Allerdings ist auch bei dieser Vorrichtung noch von Nachteil, dass sie relativ groß im Aufbau und die Einrichtung zur zweidimensionalen Bewegung des optischen Elements relativ komplex ist.

Aus US 3,600,571 ist ein Lampengehäuse für drei Lampen bekannt, von denen jede eine charakteristische Strahlung emittiert. Gemäß 3 der US 3,600,571 sind diese drei Lampen in einer Ebene und unter einem bestimmten Winkel zueinander angeordnet, wobei die Strahlung einer jeden Lampe auf einen einzigen Spiegel gerichtet ist. Von diesem Spiegel wird die Strahlung durch eine Öffnung in Richtung einer Flammenzone abgelenkt. Dieser einzige Spiegel ist auf einer Welle angeordnet und unter einem Winkel von 45° bezüglich der Achse der Hohlkatodenlampen ausgerichtet. Zur Positionsveränderung des Spiegels ist die Welle drehbar gelagert und weist Vertiefungen auf die entlang der Mantelfläche der Welle angeordnet sind und unterschiedliche Winkelstellungen vorsehen, um den Spiegel entsprechend den drei Lampen auszurichten. Die Welle ist hierbei so rotierbar gelagert, dass eine Verstellbarkeit des Spiegels entsprechend der Position der drei Lampen ausschließlich mittels Rotation um die Wellenachse möglich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lichtquelle der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine Feinausrichtung schnell, mit geringem konstruktiven Aufwand und mit geringen Kosten sowie mit einer hohen Genauigkeit möglich ist.

Diese Aufgabe wird im Zusammenhang mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, dass das Selektionselement mittels einer Drehspindel verdrehbar und höhenverstellbar gelagert ist.

Durch entsprechende Drehung der Drehspindel ist einerseits das Selektionselement einer bestimmten Lampe der Lichtquelle zuordbar und andererseits kann die Zuordnung sowohl in Drehrichtung als auch vertikal zur Drehrichtung, d.h. in Drehachsenrichtung der Drehspindel, genau und schnell erfolgen. Dadurch ist der Mechanismus zum Bewegen und Ausrichten des Selektionselements einfach und preiswert. Gleichzeitig kann durch Auswahl des Gewindes der Drehspindel sowohl die Verstellung des Selektionselements in Drehrichtung als auch in Drehachsenrichtung mit hoher Genauigkeit und sehr fein insbesondere in. Drehachsenrichtung erfolgen.

Erfindungsgemäß ist somit nicht nur eine zweidimensionale Bewegung und Ausrichtung des optischen Selektionselements möglich, sondern das Selektionselement ist dreidimensional bewegbar.

Bei im Wesentlichen gleichartigen Aufbau der Lampen und um eine kompakte Lichtquelle zu erhalten, können die Lampen in etwa gleich beabstandet zum Selektionselement angeordnet sein.

Um die Lichtquelle noch kompakter gestalten zu können, kann zwischen Strahlungsaustrittsöffnung jeder Lampe und Selektionselement wenigstens ein optisches Umlenkelement angeordnet sein.

Im einfachsten Fall kann ein solches Umlenkelement ein 90°-Umlenkelement sein, durch das die Lichtstrahlung von jeder Lampe in Richtung Selektionselement um 90° umgelenkt wird.

Um die Zuordnung des Selektionselements zu jeder Lampe zu vereinfachen, können die Lampen paarweise diametral gegenüberliegend relativ zum Selektionselement angeordnet sein. Außerdem können die Lampen um ein zentral angeordnetes Selektionselement nicht nur gleich beabstandet zu diesem, sondern auch gleich beabstandet zueinander angeordnet sein.

Um die Lichtstrahlung einer jeden Lampe ungehindert von diesen in Richtung Atomisierungseinrichtung leiten zu können, kann durch das Selektionselement die vom jeweiligen Umlenkelement empfangene Lichtstrahlung um im Wesentlichen 90° in Drehachsenrichtung der Drehspindel umlenkbar sein. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass auch die entsprechenden Längsachsen der Lampen parallel zur Drehachsenrichtung ausgerichtet sein können.

Um die vom Selektionselement in Richtung Atomisierungseinrichtung umgelenkte Lichtstrahlung ausreichend zu fokussieren, kann nachfolgend zum Selektionselement beispielsweise eine optische Linse oder dergleichen angeordnet sein. Bei einem weiteren und einfach ausgebildeten Ausführungsbeispiel kann in diesem Zusammenhang im Strahlengang der Lichtquelle nachfolgend zum Selektionselement ein optisches Zentralumlenkelement angeordnet sein, welches die Lichtstrahlung im Wesentlichen um 90° in Richtung Atomisierungseinrichtung umlenkt. Damit die Umlenkung bereits im Bereich der Lampen erfolgt, kann das Zentralumlenkelement zwischen den Lampen angeordnet sein und die Strahlung zwischen zwei benachbarten Lampen hindurch lenken.

Die verschiedenen optischen Elemente zur Umlenkung der Lichtstrahlung können beispielsweise durch Prismen oder dergleichen gebildet sein. Bei einem einfachen Ausführungsbeispiel können Selektionselement und/oder Umlenkelement und/oder Zentralumlenkelement als ebene optische Reflexionselemente, wie Spiegel oder dergleichen, ausgebildet sein.

Es ist denkbar, dass die Drehspindel zur dreidimensionalen Verstellung des Selektionselements manuell betätigt wird. Um allerdings die Verstellung zu automatisieren, kann der Drehspindel ein Antriebsmotor zugeordnet sein.

Um in diesem Zusammenhang die Drehung der Drehspindel genau und automatisch steuern zu können, kann ein Schrittmotor als ein solcher Antriebsmotor verwendet werden.

Die erfindungsgemäße Lichtquelle ist aufgrund ihres Aufbaus und der Anordnung der verschiedenen optischen Elemente auch für Lampen mit großer Bohrung ausgelegt, so dass als Lampen beispielsweise Hohlkathodenlampen oder elektrodenlose Entladungslampen verwendbar sind.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
Es zeigt die einzige Figur eine perspektivische Ansicht von schräg unten auf ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lichtquelle.
In der Figur ist eine perspektivische Ansicht von schräg unten auf ein Ausführungsbeispiel einer Lichtquelle 1 dargestellt. Insgesamt weist die Lichtquelle vier Lampen 2, 3, 4 und 5 auf, die diametral gegenüberliegend zu einer Mittelachse oder Drehachse 13 angeordnet sind. Die Lampen 2, 3, 4, 5 sind mittels Lampenhalterungen 18 beispielsweise in Form von Steckern befestigt und als Lampen sind beispielsweise Hohlkathodenlampen oder elektrodenlose Entladungslampen verwendbar. Durch die Lampen ist Licht entsprechend zu einer einzelnen Spektrallinie einer elementspezifischen Quelle abgebbar. Das Licht wird einer nicht dargestellten Atomisierungseinrichtung eines Atomabsorptionsspektrometers zugeführt und dient zum Nachweis bestimmter, in der Atomisierungseinrichtung atomisierter Elemente.
Die Lampen 2, 3, 4, 5 weisen an den Lampenhalterungen 18 gegenüberliegenden unteren Enden 19 Strahlungsaustrittsfenster 8 auf. Durch diese tritt Lichtstrahlung in Richtung eines einer jeden Lampe zugeordneten optischen Umlenkelements 9, 10, 11, 12 aus. Mittels dieser Umlenkelemente ist die Strahlung um 90° in Richtung zur Drehachse 13 umlenkbar.
In der Drehachse 13 ist eine Drehspindel 7 angeordnet. Diese ist durch einen insbesondere als Schrittmotors ausgeführten Antriebsmotor 16 in Drehrichtungen 17 drehbar. Mittels der Drehspindel 7 ist ein an dieser angeordnetes optisches Selektionselement 6 in Drehrichtungen 17 verdrehbar und in Richtung der, Drehachse 13 linear verstellbar. Das Selektionselement 6 ist mittig zwischen den Umlenkelementen 9, 10, 11, 12 angeordnet. Mittels des Selektionselements 6 ist von den Umlenkelementen 9, 10, 11, 12 zugeführte Strahlung um nochmals einen Winkel von 90° in der Richtung der Dreachse 13 umlenkbar.
Zwischen den Lampen 2, 3, 4, 5 ist im Wesentlichen mittig ein Zentralumlenkelement 15 angeordnet, durch das von der ausgewählten Lampe 2, 3, 4, 5 über das zugehörige Umlenkelement 9, 10, 11, 12 und das Selektionselement 6 zugeführte Strahlung um einen Winkel von 90° in Richtung Atomisierungseinrichtung umgelenkt wird. Durch diese Anordnung von Umlenkelementen 9, 10, 11, 12, Selektionselement 6 und Zentralumlenkelement 15 ergibt sich ein Strahlengang 14, wie er beispielhaft in der Figur dargestellt ist. Bei der in der Figur dargestellten Stellung des Selektionselements 6 wird Lichtstrahlung der Lampe 2 der Atomisierungseinrichtung zugeführt. Dabei tritt die Lichtstrahlung zwischen den beiden benachbarten Lampen 4 und 5 aus der Lampe 2 mittels der Umlenkung durch das Zentralumlenkelement 15 aus.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach der Figur sind die verschiedenen optischen Elemente, d.h. Umlenkelemente 9, 10, 11, 12 und Selektionselement 6 als flache und ebene Spiegelflächen ausgebildet. Das Zentralumlenkelement 15 ist ein elliptischer Spiegel.
Es sei angemerkt, dass der Strahlengang auch derartig verlaufen kann, dass beispielsweise die Lichtstrahlung entlang der Drehachse 13 die Lichtquelle 1 verlässt. In diesem Fall kann auf ein reflektierendes Zentralumlenkelement 15 verzichtet werden und gegebenenfalls stattdessen ein fokussierendes optisches Element verwendet werden oder im Selektionselement 6 integriert sein.
Im Folgenden wird kurz die Funktionsweise des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung erläutert.
Die verschiedenen Lampen 2, 3, 4, 5 der Lichtquelle 1 können alle gleichzeitig betrieben werden. Die Auswahl einer bestimmten Lampe und damit einer bestimmten Spektrallinie zur Bestrahlung eines in der Atomisierungseinrichtung enthaltenen Probe erfolgt durch entsprechende Drehung des Selektionselements 6 mittels Drehspindel 7. Dazu dient der Schrittmotor 16. Sowohl durch Drehung in Drehrichtungen 17 als auch in Richtung der Drehachse 13 wird das Selektionselement 6 positioniert und genau ausgerichtet, um beispielsweise Lichtstrahlung der Lampe 2 über Umlenkelement 9, Selektionselement 6 und Zentralumlenkelement 15 der Atomisierungseinrichtung zuzuführen. Außer der Drehspindel 17 mit daran angebrachtem Selektionselement 6 sind die übrigen Bauteile der Lichtquelle 1 fixiert, so dass keine weiteren Teile bewegt oder ausgerichtet werden müssen. Dadurch ergibt sich eine besonders kompakte Anordnung aller Bauteile bei gleichzeitiger vereinfachter und schnellerer Auswahl von Licht einer bestimmten Lampe.

Claims

Lichtquelle für eine Atomisierungseinrichtung, insbesondere eines Atomabsorptionsspektrometers, mit einer, zwei oder mehr Lampen, deren Strahlung selektiv mittels eines verdrehbaren optischen Selektionselements in Richtung Atomisierungseinrichtung leitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Selektionselement (6) mittels einer Drehspindel (7) verdrehbar und höhenverstellbar gelagert ist.
Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lampen (2, 3, 4, 5) im Wesentlichen gleich beabstandet zum Selektionselement (6) angeordnet sind.
Lichtquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnent, dass zwischen dem Strahlungsaustrittsfenster (8) Jeder Lampe 2, 3, 4, 5 und dem Selektionselement (6) wenigstens ein optisches Umlenkelement (9, 10, 11, 12) angeordnet ist.
Lichtquelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkelement (9, 10, 11, 12) ein 90°-Umlenkelement ist.
Lichtquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lampen (2, 3, 4, 5) paarweise diametral gegenüberliegend relativ zum Selektionselement (6) angeordnet sind.
Lichtquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Selektionselement (6) die von dem jeweiligen Umlenkelement (9, 10, 11, 12) empfangene Strahlung um im Wesentlichen 90° in Richtung der Drehachse (13) der Drehspindel (7) umlenkbar ist.
Lichtquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang (14) der Lichtquelle (1) nachfolgend zum Selektionselement (6) ein optisches Zentralumlenkelement (15) angeordnet ist, welches die Strahlung im Wesentlichen um 90° in Richtung Atomisierungseinrichtung umlenkt.
Lichtquelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentralumlenkelement (15) zwischen den Lampen (2, 3, 4, 5) angeordnet ist und die Strahlung zwischen zwei benachbarten Lampen (4, 5) hindurch lenkt.
Lichtquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Selektionselement (6) und/oder Umlenkelement (9, 10, 11, 12) und/oder Zentralumlenkelement (15) als ebene optische Reflexionselemente ausgebildet sind.
Lichtquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehspindel (7) ein Antriebsmotor (16) zugeordnet ist.
Lichtquelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor ein Schrittmotor (16) ist.
Lichtquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lampen (2, 3, 4, 5) Hohlkathodenlampen oder elektrodenlose Entladungslampen sind.