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Gebiet der
Erfindung
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Diese Erfindung betrifft ein Atomabsorptionsspektrometer.
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Hintergrund
der Erfindung
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Atomabsorptionsspektrometer sind
bekannt und analysieren ein Probenmaterial, indem ein Strahl elektromagnetischer
Strahlung durch eine Probe gerichtet und dann die Absorption des
Strahls von der Probe und dadurch die Konzentration der Probe detektiert
wird.
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Atomabsorbtionsspektrometer tragen üblicherweise
ein Karussell hohler Kathodenlampen, die selektiv in Ausrichtung
mit der optischen Achse des Instruments angeordnet werden, um es
elektromagnetischer Strahlung einer bestimmten Wellenlänge zu ermöglichen,
auf eine Probe gerichtet zu werden. Der optische Weg des Instruments
umfaßt
im großen und
ganzen eine Reihe von Linsen oder Spiegeln, und einen Probenabschnitt,
der in dem optischen Weg angeordnet ist, durch den die elektromagnetische Strahlung
verläuft.
Elektromagnetische Strahlung wird auf einen Monochromator gerichtet,
der einen Monochromatorspiegel umfaßt, um die Strahlung auf ein
Beugungsgitter zu reflektieren, das die Strahlung zurück zu dem
Spiegel reflektiert. Der Spiegel reflektiert die Strahlung zu einem
Detektor zur Analyse. Das Beugungsgitter kann unter Computersteuerung
bewegt werden, um das Instrument auf die bestimmte Wellenlänge einzustellen,
die von der Kathodenlampe emittiert wird. Im allgemeinen wird das
Instrument durch eine Anzahl von Analyseschritten gehen, von denen
jeder eine andere Kathodenlampe verwendet, um Strahlung verschiedener
Wellenlängen
bereitzustellen, die durch die Probe tritt. Das Beugungsgitter wird
unter Computersteuerung bewegt, um die Wellenlänge zurück zu dem Monochromatorspiegel
zur Reflektion zu dem Detektor zu reflektieren. Die Absorption dieser
Wellenlänge
von der Probe und daher die Abnahme der Detektion dieser bestimmten
Wellenlänge
durch den Detektor zeigt an, daß die
Probe Atome eines bestimmten Typs enthält, der diese Wellenlänge absorbiert,
und daher können
Bestandteile der Probe identifiziert werden.
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Das Licht, das in den Monochromator
eintritt, tritt durch einen vertikalen Spalt zum Empfang von dem
Monochromatorspiegel und tritt nach der Reflektion durch das Beugungsgitter
und den Monochromatorspiegel in Richtung des Detektors durch einen
weiteren vertikalen Spalt, um vom Detektor empfangen zu werden.
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Die Kathodenlampen, die die Strahlung
erzeugen, umfassen im großen
und ganzen eine Quelle mit 3 mm Durchmesser, die von der Optik des
Instruments ausgerichtet wird, um auf die Probe fokussiert zu werden,
um ein Quellenbild mit 3 mm Durchmesser bei der Probe zu schaffen.
Die Strahlung tritt dann zu dem Spalt in dem Monochromator und tritt durch
den Spalt in den Monochromator. Üblicherweise
ist der Spalt ungefähr
0,25 mm breit. Ein Bild des Spalts, oder in anderen Worten das Bild,
das von dem Detektor empfangen wird, wenn es auf die Quelle fokussiert
wird, ist daher ein vertikaler Spalt von ungefähr 0,25 mm Breite. Von dem
Kathodenrohr erzeugte Strahlung, die außerhalb des Gebiets des Spalts
auftrifft, wird daher nicht von dem Photodetektor des Spektrometers
empfangen, und spielt daher keine Funktion bei der Analyse des Probenmaterials. Somit
geht eine erhebliche Menge des Lichtpunkts von 3 mm Durchmesser
bei dem Probenabschnitt verloren.
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Um ein Probenmaterial zur Analyse
bereitzustellen, umfaßt
das Spektrometer einen Brenner, der eine Flamme erzeugt, um das
Probenmaterial zu ionisieren, das in die Flamme eingeleitet wird.
Das ionisierte Probenmaterial wird im allgemeinen mit der Flamme
in dem Brenner nach oben getragen, und die Strahlung von dem Kathodenrohr
wird in die Flamme an der Probenstelle fokussiert, derart, daß die Bestrahlung
eher als nicht durch Atome des Probenmaterials treten und absorbiert
werden wird. Indem die Absorption der Strahlung detektiert wird,
können
die Bestandteile des Probenmaterials gemessen werden, wie es oben
beschrieben ist.
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Da die Probe in einer Flamme ionisiert
wird, werden sich im Großen
und Ganzen die Atome der Probe mit der Flamme nach oben bewegen,
und sie werden durch das Bild des Spalts des Monochromators in dem
Probenabschnitt treten, wodurch sie in den Weg der Strahlung fallen,
die durch das Bild der Quelle tritt, und dadurch durch den Spalt
in dem Monochromator zur Detektion.
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Wenn jedoch andere Methoden eingesetzt werden,
um Probenmaterial zu erzeugen, kann die Wahrscheinlichkeit, daß Strahlung
von der Quelle durch Probenatome tritt, viel kleiner sein. Wenn
z.B. Probe in einem Graphitschmelztigel und nicht in einer Flamme
erzeugt wird, gibt es eine erhebliche Möglichkeit, daß Probenatome
nicht in dem Bild der Quelle des Spalts in dem Probenabschnitt angeordnet sein
werden, und daher nicht in den Strahlungsweg fallen werden, der
tatsächlich
von dem Detektor detektiert wird. Somit gibt es eine Möglichkeit,
daß nicht Probenatome
und daher nicht die wahre Natur der Bestandteile des Probenmaterials
bestimmt werden wird.
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Graphitöfen umfassen im allgemeinen
ein Graphitrohr mit kreisförmigen
Querschnitt, das in dem Probenabschnitt angeordnet ist. Das Graphitrohr
ist an beiden Enden offen, und die Strahlung tritt durch das Rohr.
Hohe elektrische Ströme
werden an das Graphitrohr angelegt, um das Graphitrohr und dadurch
Atome des Probenmaterials zu erhitzen, das in dem Rohr abgelagert
ist. Im Großen
und Ganzen wird das Probenmaterial in dem Rohr durch eine sehr dünne Nadel
abgelagert, das durch eine Öffnung oder
Bohrung in dem Instrument tritt, und durch eine Öffnung oder Bohrung in dem
Graphitrohr. Mit herkömmlichen
Instrumenten ist eine erhebliche Fertigkeit erforderlich, um das
Probenmaterial an dem richtigen Ort abzulagern, so daß, wenn
der Graphitofen mit Energie versorgt wird, Probenatome in den Graphitofen
durch das Quellenbild des Spalts steigen werden, und dadurch in
den Strahlungsweg, der tatsächlich
von dem Detektor detektiert wird.
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Wenn das Probenmaterial nicht zentral
in dem Graphitofen abgelagert wird, sondern leicht auf einer Seite,
existiert die Möglichkeit,
daß, wenn
der Graphitofen erhitzt wird, die Probenatome sich vertikal nach
oben bewegen werden, und das Quellenbild des Spalts nicht treffen
werden, und daher nicht in den Strahlungsweg fallen, der tatsächlich von
dem Detektor detektiert wird. Somit werden solche Probenatome nicht
detektiert werden, und führen
dadurch zu einem falschen oder in der Tat keinem Analyseergebnis
des Probenmaterials.
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Der Spalt in dem Monochromator, der
es der Strahlung erlaubt, in den Monochromator zu treten, ist erforderlich,
um ungewünschte
Wellenlängen
abzublocken, und um auch den Detektor daran zu hindern, externe
Strahlung zu detektieren, die Wellenlängen vollständig überdecken kann, die der Detektor zu
detektieren wünscht.
Insbesondere bei einem Graphitofen ist es erforderlich, den Spalt
derart anzuordnen, daß es
nicht möglich
ist, von dem Graphitofen selber erzeugte Strahlung auf den Detektor
abzubilden, der andernfalls den Detektor sättigen würde, und eine richtige Analyse
der Strahlung verhindern würde,
die durch die Probe tritt, und die von dem Kathodenrohr erzeugt
wird, weil der Graphitofen auf eine hohe Temperatur erhitzt wird
und weiß glüht. Um zu
verhindern, daß externe
Strahlung von dem Detektor detektiert wird, wird die Größe von dem
Spalt in Abhängigkeit
von der Wellenlänge
geändert,
die detektiert wird, und in einigen Fällen wird der Spalt auch abgedeckt,
um die Länge
des Spalts zu vermindern, um zu gewährleisten, daß Strahlung,
die von dem Graphitofen selber erzeugt wird, nicht von dem Detektor
empfangen wird.
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Somit können die Tatsache, daß es der
abgedeckte Spalt nur einem Teil der Strahlung, der durch die Probe
tritt, erlaubt, in den Monochromator einzutreten, und die Orientierung
des Spalts daher die Empfindlichkeit des Spektrometers stark reduzieren.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, ein Atomabsorptionsspektrometer anzugeben, das das obengenannte
Problem überwindet.
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Man kann sagen, daß die Erfindung
in einem Atomabsorptionsspektrometer liegt, das aufweist:
einen
Monochromator;
einen optischen Weg zum Empfangen von Strahlung von
einer Quelle und zum Richten der Strahlung zu dem Monochromator;
einen
Probenabschnitt in dem optischen Weg;
wobei der Monochromator
einen Eingangsspalt und ein Beugungsgitter aufweist; und
einen
Detektor zum Empfangen von Strahlung von dem Monochromator;
wobei
der Monochromator derart orientiert ist, daß der Eingangsspalt quer zu
der Vertikalen angeordnet ist, so daß ein Bild von dem Spalt in
dem Probenabschnitt, wenn Strahlung von dem Detektor entlang des
optischen Wegs verläuft,
quer zu der Vertikalen liegt, so daß sich Probenmaterial, das
in einem Graphitofen erzeugt wird, von einem unteren Abschnitt des
Graphitofens nach oben und über
das quer angeordnete Bild des Spalts derart bewegen wird, daß von der
Quelle kommende und entlang des optischen Wegs gehende Strahlung
durch das Probenmaterial treten und von dem Detektor detektiert
werden wird.
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Da der Monochromator derart orientiert
ist, daß der
Eingangsspalt quer zu der Vertikalen liegt, wird Probenmaterial,
das in den Graphitofen geladen wird und nur auf der unteren inneren
Oberfläche
des Ofens liegt, Probenatome erzeugen, wenn der Ofen mit Energie
versorgt wird, die nach oben treten werden, und das Bild des Spalts überqueren
müssen, und
daher in dem Strahlungsweg angeordnet sein werden, der tatsächlich von
dem Detektor detektiert wird. Somit wird das Probenmaterial detektiert
und die Strahlung nicht verfehlt, die von dem Detektor detektiert
wird, wodurch eine vollständigere
Analyse des Probenmaterials und eine größere Empfindlichkeit des Instruments
gewährleistet
wird.
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Vorzugsweise ist der Eingangsspalt
horizontal oder senkrecht zu der Vertikalen angeordnet ist.
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Gemäß einer Ausführung der
Erfindung umfaßt
der optische Weg Vergrößerungsmittel
zum Vergrößern des
Strahls von Strahlung umfaßt,
derart, daß das
Bild von dem Spalt in dem Probenabschnitt eine in der Richtung senkrecht
zu der Horizontalen vergrößerte Abmessung
hat, oder in anderen Worten in der vertikalen Richtung, wodurch
die Länge
der Zeit vergrößert wird,
die in der Probenatome durch die Strahlung treten, die von dem Detektor
detektiert wird, und des weiteren die Empfindlichkeit des Spektrometers
vergrößert wird.
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Bei der bevorzugten Ausführung des
Instruments wird der optische Weg durch eine Vielzahl von Spiegeln
definiert, von denen einige torische Spiegel zum Richten der Strahlung
von der Quelle zu dem Probenabschnitt und dann zu dem Eingangsspalt des
Monochromators sind.
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Vorzugsweise umfaßt die Vergrößerungsvorrichtung
einen ersten Abschnitt des optischen Wegs, in dem die Strahlung
von dem Probenabschnitt zu einem Strahl-Fokussierelement geht, der
länger
ist, als die Strecke eines zweiten Abschnitts des optischen Wegs
von dem Fokussierelement zu dem Spalt.
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Vorzugsweise wird die Strahlung,
die von der Quelle kommt, auf einen Probenabschnitt durch ein primäres Fokussierelement
fokussiert.
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Vorzugsweise umfaßt das primäre Fokussierelement zumindest
einen torischen Spiegel.
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Vorzugsweise umfaßt das Strahl-Fokussierelement
einen weiteren torischen Spiegel.
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Vorzugsweise umfaßt der Monochromator auch einen
Monochromatorspiegel zum Reflektieren von Strahlung, die von dem
Spalt empfangen wird, zu dem Beugungsgitter, und zum Empfangen von
Strahlung, die von dem Beugungsgitter reflektiert wird, wobei ein
Ausgangsspalt derart mit dem Detektor in Übereinstimmung ist, daß die von
dem Monochromatorspiegel nach der Reflektion von dem Beugungsgitter
reflektierte Strahlung durch den Ausgangsspalt zu dem Detektor tritt.
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Man kann auch sagen, daß die Erfindung
in einem Absorptionsspektrometer liegt, das aufweist:
einen
Monochromator;
einen optischen Weg zum Empfangen von Strahlung von
einer Quelle und zum Richten der Strahlung auf den Monochromator;
eine
Probenstelle in dem optischen Weg;
wobei der Monochromator
eine Eingangsapertur und ein Beugungsgitter umfaßt;
einen Detektor zum
Empfangen von Strahlung von dem Monochromator; und
eine Vergrößerungsvorrichtung
im optischen Weg zum Vergrößern eines
Bildes einer Öffnung
bei der Probenstelle, wenn Strahlung von dem Detektor entlang des
optischen Weges kommt, um dadurch die Menge an Strahlung zu vergrößern, die
auf den Probenabschnitt fokussiert wird, und die dann durch die Öffnung tritt
und von dem Detektor empfangen wird.
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Da gemäß diesem Gesichtspunkt der
Erfindung die Vergrößerungsvorrichtung
das Bild der Öffnung
effektiv vergrößert, wird
letztendlich mehr der Strahlung, die tatsächlich auf den Probenabschnitt fokussiert
wird, von dem Detektor empfangen, um dadurch die Empfindlichkeit
zu vergrößern und
die Wahrscheinlichkeit zu reduzieren, daß etwas von dem Probenmaterial,
das in einem Graphitofen erzeugt wird, nicht in den Weg der Strahlung
gelangen wird, die entlang des optischen Wegs von der Quelle verläuft. Vorzugsweise
umfaßt
die Vergrößerungsvorrichtung
einen ersten Abschnitt des optischen Wegs, in dem die Strahlung
von dem Probenabschnitt zu einem Strahl-Fokussierelement kommt, größer als
die Länge
eines zweiten Abschnitts des optischen Wegs von dem Fokussierelement
zu dem Spalt ist.
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Vorzugsweise wird die Strahlung,
die von der Quelle kommt, auf den Probenabschnitt durch ein primäres Fokussierelement
fokussiert wird.
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Vorzugsweise umfaßt das primäre Fokussierelement zumindest
einen torischen Spiegel umfaßt.
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Vorzugsweise umfaßt das Strahl-Fokussierelement
einen weiteren torischen Spiegel.
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Man kann auch sagen, daß die Erfindung
in einem Atomabsorptionsspektrometer liegt, das aufweist:
einen
Monochromator;
einen optischen Weg zum Empfangen von Strahlung von
einer Quelle und zum Richten von der Strahlung auf den Monochromator;
eine
Probenstelle in dem optischen Weg;
wobei der Monochromator
eine Eingangsöffnung
und ein Beugungsgitter umfaßt;
einen
Detektor zum Empfangen von Strahlung von dem Monochromator; und
eine
Fokussiervorrichtung im optischen Weg zum Erzeugen eines Fokus,
wenn Strahlung von dem Detektor entlang des optischen Wegs kommt,
an einem anderen Ort als die Probenstelle und die Quelle, damit
ein vergrößertes Fokusbild
des Eingangsspalts bei der Probenstelle erzeugt wird.
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Da gemäß diesem Gesichtspunkt der
Erfindung die Fokussiervorrichtung die Strahlung zwischen der Probenstelle
und der Quelle fokussiert, wird ein vergrößerter Ausgang des Eingangsspalts bei
dem Probenabschnitt auftreten, wodurch die Menge der Strahlung vergrößert wird,
die tatsächlich von
dem Detektor detektiert wird. Obwohl das Bild des Eingangsspalts
außerhalb
des Fokus bei der Probenstelle sein würde, hat das keinen Einfluß auf die
Atomabsorptionseigenschaften der Strahlung und der Probe, und daher
keinen Einfluß auf
die Detektion der Strahlung durch den Detektor und die Analyse durch
das Atomabsorptionsspektrometer. Da jedoch der Eingangsspalt effektiv
an der Probenstelle vergrößert wird,
reduziert die Erfindung wieder die Wahrscheinlichkeit, daß das Probenmaterial,
das in einem Graphitofen an der Probenstelle erzeugt wird, nicht
in den Strahlungsstrahl gelangen wird, der von dem Detektor detektiert
wird.
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Der Ort des Fokus kann zwischen der
Probenstelle und der Quelle oder zwischen der Probenstelle und dem
Monochromator liegen. Bei der bevorzugten Ausführung der Erfindung liegt der
Fokuspunkt an einem Ort zwischen der Probenstelle und der Quelle.
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Vorzugsweise umfaßt der optische Weg zumindest
einen torischen Spiegel und weist der torische Spiegel eine Krümmung auf,
um einen Fokus für
die Strahlung zu erzeugen, die zurück von dem Detektor zu der
Quelle entlang des optischen Wegs tritt, bei einem Ort zwischen
der Probenstelle und der Quelle.
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Dieser Gesichtspunkt der Erfindung
kann anstelle oder in Kombination mit den zuvor beschriebenen Gesichtspunkten
der Erfindung eingesetzt werden.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Eine bevorzugte Ausführung der
Erfindung wird beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, wobei:
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1 eine
schematische Ansicht eines Atomabsorptionsspektrometers zeigt, das
die Erfindung verkörpert.
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1A eine
Querschnittsansicht entlang der Linie 1A-1A von 1 zeigt;
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2 eine
schematische Ansicht einer Seitenansicht eines Graphitofens zeigt,
die das Bild von einem Eingangsspalt eines Monochromators zeigt, was
die bevorzugte Ausführung
der Erfindung darstellt;
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3 eine
zu 2 ähnliche
Ansicht zeigt, aber von einer herkömmlichen Anordnung;
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4 eine
Seitenansicht eines Graphitofens zeigt, der bei der bevorzugten
Ausführung
der Erfindung verwendet werden kann;
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5 und 6 Ansichten ähnlich zu
den 1A und 2 zeigen, die eine weitere
Ausführung zeigen;
und
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7 eine
Ansicht einer weiteren Ausführung
der Erfindung zeigt.
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Mit Bezug auf 1 werden die relevanten Komponenten des
Atomabsorptionsspektrometers der vorliegenden Erfindung in ihrer
bevorzugten Form gezeigt. Das Spektrometer umfaßt eine hohle Kathodenlampe 10,
um elektromagnetische Strahlung 12 bei einer bestimmten
Wellenlänge
zu erzeugen. Im Großen
und Ganzen wird eine Vielzahl von Lampen 10 in einem Karussell
(nicht gezeigt) angeordnet und der Reihe nach in die Stellung bewegt,
die in 1 gezeigt ist,
derart, daß jede
mit Energie versorgt werden kann, um einen Lichtstrahl 12 einer
bestimmten Wellenlänge
zu erzeugen, der durch ein Probenmaterial tritt und dann detektiert
wird, um es zu ermöglichen,
daß das
Probenmaterial analysiert wird.
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Ein torischer Spiegel 14 empfängt die
Strahlung 12 von der Lampe 10 und reflektiert
die Strahlung zu einem flachen Spiegel 16. Der flache Spiegel 16 reflektiert
die Strahlung zu einem Probenabschnitt 18 und fokussiert
die Strahlung 12 bei dem Probenabschnitt 18, so
daß die
Strahlung durch Probenatome treten wird, die in dem Probenabschnitt 18 erzeugt
werden.
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Die Kathodenröhren 10 umfassen im
Großen und
Ganzen eine Quelle mit 3 mm Durchmesser, und daher ist die Strahlung,
die auf den Probenabschnitt 18 fokussiert wird, im Großen und
Ganzen ein Punkt mit 3 mm Durchmesser bei dem Probenabschnitt 18.
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Strahlung, die durch den Probenabschnitt 18 tritt,
wird von einem flachen Spiegel 20 zu einem flachen Spiegel 24 reflektiert,
der dann die Strahlung zu einem torischen Spiegel 22 reflektiert.
Der torische Siegel 22 reflektiert die Strahlung zu einem
weiteren torischen Spiegel 26, der die Strahlung zu einem Monochromator 30 reflektiert.
Der Monochromator 30 umfaßt eine Eingangsöffnung in
der Form von einem Spalt 32 (am besten in 1A gezeigt), der in einer Endplatte 34 des
Monochromators 30 bereitgestellt wird. Der Monochromator
hat einen Monochromatorspiegel 36, der die Strahlung zu
einem Beugungsgitter 38 reflektiert, das wiederum die Strahlung
zurück
zu dem Monochromatorspiegel 36 zur Reflektion durch einen
Ausgangsspalt 40 zu dem Detektor 42 reflektiert.
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Der torische Spiegel 14 fokussiert
den Strahlungsstrahl 12 in den Probenabschnitt 18,
und der Strahlungsstrahl, der von dem Probenabschnitt 18 kommt
und von dem torischen Spiegel 22 empfangen wird, verläßt den torischen
Spiegel 22 als ein paralleler Strahlungsstrahl 12'. Der Strahl 12' wird von dem torischen
Spiegel 26 reflektiert und auf den Eingangsspalt 32 fokussiert.
Der Weg des Strahls von der Probenstelle 18 zudem torischen
Spiegel 22 ist länger
als der Weg des Strahls von dem torischen Spiegel zu dem Spalt,
wodurch die Strahlung verstärkt
oder vergrößert wird.
Somit wirkt die unterschiedliche Länge der Wege der Strahlen zwischen dem
Fokus bei dem Probenabschnitt 18 und dem torischen Spiegel 22 und
von dem torischen Spiegel 26 zu dem Fokus bei dem Spalt 32 als
ein Verstärker oder
eine Vergrößerung,
wenn man es zurück
von dem Detektor 42 betrachtet, wobei der Zweck davon detaillierter
im Folgenden beschrieben wird.
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Der Probenabschnitt 18 kann
ein Gerät
zum Erzeugen von Probenatomen irgendeiner bestimmten Art umfassen.
Jedoch hat die vorliegende Erfindung eine bestimmte Anwendung für Spektrometer, die
ein Graphitofen 37 für
die Erzeugung von Probenatomen umfassen. Der Graphitofen ist in 4 in einer Seitenansicht
gezeigt, und Seitenansichten des Ofens sind in den 2 und 3 gezeigt.
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Mit Bezug auf die 2 und 4 umfaßt der Ofen
im Großen
und Ganzen ein Rohr 39 aus Graphit, das einen kreisförmigen Querschnitt
wie in 2 gezeigt aufweist.
Die Enden 41 und 43 des Rohrs 39 sind
offen, und die Strahlung 12 kann durch das Rohr 39 treten
und am Punkt 18, der in 4 gezeigt
ist, fokussiert werden, der den Probenabschnitt definiert, auf die
in 1 Bezug genommen
wurde, und die dann zu dem Spiegel 20 geht.
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Der Graphitofen 37 kann
an jedem Ende Sperrwände 45 umfassen,
die in dem Ofen abgelagertes Probenmaterial davon zurückhalten,
aus den offenen Enden 41 und 43 herauszufließen.
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Wenn der Graphitofen erhitzt wird,
werden Probenatome erzeugt, die vertikal nach oben von der Probe
treten, die in dem Ofen abgelagert ist, wie durch das Bezugszeichen
S' in den 2 und 3 dargestellt, in Richtung des oberen
Abschnitts des Ofens.
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Wie mit Bezug auf 1A gezeigt, ist der Eingangsspalt 32 derart
orientiert, daß er
im wesentlichen horizontal ist, wie es am besten in 1A gezeigt ist. Somit ist das Bild des
Spalts 32 in dem Probenabschnitt 18 ein horizontaler
Spalt 32',
wie in 2 gezeigt. Wenn
das Probenmaterial S' auf diese Weise
in dem Ofen 37 nach oben steigt, wird das Probenmaterial über den
Spalt 32' gehen,
wodurch gewährleistet
wird, daß Strahlung,
die durch den Probenabschnitt 18 geht, und letztendlich
von dem Detektor 42 empfangen wird, in der Tat durch das
Probenmaterial S' treten
wird, das durch den Ofen 37 erzeugt wird.
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Wenn man ein Bild von dem Spalt 32 bei
dem Probenabschnitt 18 betrachtet, ist es herkömmlich, an
ein Bild zu denken, in dem Sinne, daß Strahlung von dem Detektor 42 zurück durch
den Monochromator 30 und entlang des optischen Wegs des
Strahls 12 zu dem Probenabschnitt 18 gerichtet
wird. Wenn Strahlung oder Licht in dieser Richtung von dem Detektor 42 kommt,
dann wird ein Bild des Spalts 32 in dem Probenabschnitt 18 erscheinen
und wird effektiv das Gebiet des Probenabschnitts 18 definieren, durch
den Strahlung von dem Rohr 10 tatsächlich tritt, die tatsächlich von
dem Detektor 42 detektiert wird.
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3 zeigt
die Orientierung des Spalts 32 eines konventionellen Atomabsorptionsspektrometers, wie
er auf den Probenabschnitt 18 abgebildet wird. Man kann
sehen, daß der
Spalt 32' in 3 vertikal orientiert ist,
und daß sich
daher Probenmaterial S'', das falsch in dem
Ofen 37 abgelagert ist, im Großen und Ganzen vertikal nach
oben, wie durch die Linie S''' gezeigt, bewegen wird und die Strahlung 12 sehr wohl
nicht treffen kann, die durch den Ofen 37 tritt und tatsächlich von
dem Detektor 42 detektiert werden wird. Jedoch bedeutet
die Tatsache, wie es mit Bezug auf 2 dargestellt
ist, daß der
Spalt 32 bei der bevorzugten Ausführung derart orientiert ist,
daß das
Bild horizontal und nicht vertikal ist, daß Probenmaterial unabhängig davon,
wo es in dem Ofen 37 abgelagert worden ist, nach oben steigen
und den Spalt 32 queren wird, wodurch gewährleistet
wird, daß Strahlung,
die durch den Probenabschnitt 18 tritt, und die tatsächlich von
dem Detektor 42 detektiert wird, durch das Probenmaterial
S' treten wird,
das von dem Ofen 37 erzeugt wird.
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Um den Spalt 32 in der horizontalen
Orientierung und nicht in der vertikalen Orientierung zu orientieren,
kann der gesamte Monochromator 30 eines herkömmlichen
Atom oder Absorptionsspektrometers als um 90° gegen seine normale Stellung
gedreht gedacht werden. Auf diese Weise ist nicht nur der Spalt 32 horizontal
angeordnet, sondern das Beugungsgitter 32 ist auch gedreht,
um in Ausrichtung mit der Strahlung zu sein, die durch den Spalt 32 tritt,
so daß das
Beugungsgitter die Wellenlänge
trennen kann, die durch den Spalt 32 tritt, und dann solche
Wellenlängen
auf den Spiegel 36 zur Reflektion durch den horizontalen
Ausgangsspalt 40 zu dem Detektor 42 richten kann.
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Die Verstärkung des Strahls 12,
die durch den Unterschied in der Weglänge von dem Probenabschnitt 18 zu
dem Spiegel 22 verglichen mit der Länge der Weglänge von
dem Spiegel 26 zu dem Weg 32, erzeugt eine Aufweitung
des Bilds des Spalts 32 in dem Probenabschnitt 18,
wie durch den Doppelpfeil W in 2 gezeigt,
um ein viel breiteres Bild des Spalts zu erzeugen, wie es durch
Bezugszeichen 32'' in 2 gezeigt ist. Das Ergebnis
davon besteht darin, daß Probenmaterial,
das nach oben in dem Ofen 37 tritt, viel länger in
dem Bild von dem Spalt 32 in dem Probenabschnitt bleibt,
wodurch die Wahrscheinlichkeit des Treffens mit Strahlung aus dem
Rohr 10 vergrößert wird,
und dadurch die Empfindlichkeit des Spektrometers vergrößert wird.
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Die Zunahme in der Breite W des Bildes
des Spalts 32 bedeutet, daß das tatsächliche Gebiet, durch das Strahlung
tritt, viel näher
an dem tatsächlichen
Punkt mit 3 mm Durchmesser der Strahlung ist, die auf den Probenabschnitt 18 fokussiert
wird, und dadurch erheblich weniger Strahlung verloren geht, als
es im Vergleich zu herkömmlichen
Anordnungen der Fall ist.
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Wegen der Vergrößerung des Bildes des Spalts,
der von dem Unterschied in den Weglängen von dem Probenabschnitt 18 zu
dem Spiegel 22 im Vergleich zu der Länge des Weges von dem Spiegel
26 zu
dem Spalt 32, ist der Spiegel 36 etwas größer als
ein herkömmlicher
Monochromatorspiegel, um zu gewährleisten,
daß er
die gesamte die Strahlung empfängt,
die durch den Spalt 32 tritt, und dadurch die gesamte Strahlung
zu dem Beugungsgitter 38 reflektiert und dann die gesamte
Strahlung von dem Beugungsgitter 38 zu dem Ausgangsspalt 40 zur
Detektion von dem Detektor 42 reflektiert.
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Die bevorzugte Ausführung der
Erfindung schafft daher ein Atomabsorptionsspektrometer, das insbesondere
mit einem Graphitofen nützlich
ist, und das nicht nur die Empfindlichkeit des Instruments verbessern
kann, sondern auch gewährleisten
kann, daß Strahlung,
die von dem Detektor 42 empfangen wird, tatsächlich durch
das Probenmaterial treten wird, das durch den Ofen erzeugt wird,
wenn der Ofen erhitzt wird. Somit können mit einer größeren Empfindlichkeit
des Geräts
zuverlässigere
Analyseergebnisse erhalten werden.
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Die 5 und 6 zeigen eine zweite Ausführung, bei
der die Eingangsöffnung
und Ausgangsöffnung
in der Form eines Quadrats 32 sind. Die Öffnung 32 führt zu einem
vergrößerten Bild
der quadratischen Öffnung
bei dem Probenabschnitt, wie es in 6 gezeigt
ist. Die Konfiguration der Öffnung könnte andere
Formen haben, und die Tatsache, daß das Bild der Öffnung auf
den Probenabschnitt 18 vergrößert werden wird, bedeutet,
daß mehr
Strahlung von dem Detektor 42 empfangen wird. Die Konfiguration
der Öffnung 32 wird
sich (wie es die Konfiguration der Spaltöffnung der 1 bis 4 tun
wird) unter der Kontrolle des Spektrometers ändern, um ungewünschte Wellenlängen beim
Eintreten in den Monochromator 30 herauszufiltern. Jedoch
wird ungeachtet der Form und Größe der Öffnung das
Bild der Öffnung
auf den Probenabschnitt vergrößert werden,
so daß mehr
Strahlung, die durch die Probe tritt, von dem Detektor 42 gesammelt
werden wird. Die maximale Größe des Öffnungsbildes
ist vorzugsweise in den Grenzen des Ofens 37, wie in den 2 bis 5 gezeigt, so daß Strahlung, die von dem erhitzten Ofen 37 erzeugt
wird, nicht vom Detektor 42 empfangen wird.
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Bei der mit Bezug auf die Zeichnungen
gezeigten Ausführung
sind die Spiegel 14 und 16 und die Spiegel 22 und 24 derart
angeordnet, daß Reflektion
des Strahls 12 im Großen
und Ganzen in rechten Winkeln erfolgt. Jedoch könnten bei anderen Ausführungen
die Spiegel derart angeordnet sein, daß die Reflektion nicht in rechten
Winkeln erfolgt, und daß die
Strahlung von den Spiegeln 14 und 24 in einem stumpfen
Winkel bezüglich
des ankommenden Strahls 12 zu den Spiegeln 16 und 24 reflektiert
wird. Somit hat der Strahl im Gegensatz zu dem Strahl 12 mit
einer rechtwinkligen Anordnung bei den Spiegeln 14, 16 und 22, 24 eine
Zickzackform.
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Überdies
kann bei weiteren Ausführungen die
Reihenfolge des torischen Spiegels 14 und des flachen Spiegels 16 umgekehrt
sein, und der torische Spiegel 14 nicht vor dem flachen
Spiegel 16 vorgesehen werden, wie es die Reihenfolge von
den Spiegeln 22 und 24 sein kann.
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7 zeigt
eine weitere Ausführung
der Erfindung, bei der gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen,
wie die vorher beschriebenen.
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Bei der Ausführung von 7 wird der torische Spiegel 22 geändert, so
daß, wenn
Licht zurück von
dem Detektor 42 entlang des optischen Wegs ausstrahlt,
das Licht bei Punkt F fokussiert werden würde, was nicht bei der Probenstelle 18 ist,
wie in der Ausführung
von 1, sondern eher
bei einer Position zwischen der Probenstelle 18 und der
Lichtquelle 10. Am bevorzugtesten würde der Abstand zwischen dem
Brennpunkt F und der Stelle 18 in der Größenordnung
von 15 bis 25 mm sein. Das Fokussieren des Lichts auf den Punkt
F führt
zu einem vergrößerten Bild
des Spalts 32 auf den Probenabschnitt 8, wenn
es auch außerhalb
des Fokusbildes des Spalts ist. Weil jedoch das Bild des Spalts
bei der Stelle 18 vergrößert ist,
würde der
Detektor mehr Strahlung detektieren, die durch den Graphitofen bei der
Stelle 18 tritt, wie es durch das Bild 32'' in 7 gezeigt
ist. Die Tatsache, daß das
Bild des Spalts 32 außerhalb
des Fokus bei der Probenstelle 18 ist, hat keinen Einfluß auf die
Atomabsorptionscharakteristiken der Strahlung oder auf die Analyse,
die von der detektierten Strahlung durchgeführt wird. Jedoch wie es von
einer Betrachtung von 7 klar
ist, ist das Bild von dem Spalt 32 bei der Probenstelle
S viel größer als
bei der herkömmlichen
Technik, wodurch gewährleistet
wird, daß ein
größerer Bereich
der Strahlung verfügbar
ist, in dem sich Probenmaterial bewegen kann, und einen Lichtstrahl
von der Quelle 10 abfangen kann, der zu dem Detektor 42 geht.
Somit können
die Charakteristiken des Spektrometers auf die gleiche Weise, wie
in Bezug auf die 1 bis 6 beschrieben, verbessert
werden.
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Das Ausführungsbeispiel von 7 kann anstelle oder in
Kombination mit den Anordnungen verwendet werden, die mit Bezug
auf die 1 bis 6 beschrieben wurden.
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Da Modifikationen in dem Gedanken
und Bereich der Erfindung ohne weiteres von Fachleuten auf dem Gebiet
gemacht werden können,
ist es klar, daß diese
Erfindung nicht auf die oben beispielhaft beschriebene bestimmte
Ausführung
beschränkt
ist.
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Zusammenfassung
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Ein Atomabsorptionsspektrometer ist
offenbart, das einen Monochromator (30) und einen optischen
Weg umfaßt,
der durch einen torischen Spiegel (14), einen flachen Spiegel
(16), einen flachen Spiegel (20), einen flachen
Spiegel (24), einen torischen Spiegel (22) und
einen weiteren torischen Spiegel (26) definiert ist. Der
torische Spiegel (26) richtet Licht durch den Eingangsspalt
(32) des Monochromators (30) derart, daß Strahlung
von dem Beugungsgitter (38) reflektiert wird und aus dem
Ausgangsspalt (40) zu einem Detektor (42) geht.
Ein Probenabschnitt (18) in der Form eines Ofens ist zwischen
den Spiegeln (16) und (20) angeordnet. Der Monochromator
ist derart orientiert, daß der
Eingangsspalt quer zu der Vertikalen angeordnet ist. Bei einer Anordnung
ist auch eine Vergrößerungsvorrichtung
vorgesehen, die ein Bild der Öffnung
(32) in dem Probenabschnitt (18) vergrößert, um
die Menge an Strahlung zu vergrößern, die
in den Probenabschnitt fokussiert wird, und die durch die Öffnung zu
dem Detektor oder einem Fokussierelement tritt, das durch einen
der Spiegel geschaffen wird, um das zum Fokussieren von Strahlung
an eine andere Stelle als den Probenabschnitt (18) vorgesehen
werden kann, so daß eine
Vergrößerung des
Fokussbildes des Eingangsspalts (32) in dem Probenabschnitt
(18) erzeugt wird, um die Menge an Strahlung zu vergrößern, die
durch den Spalt (32) tritt und von dem Detektor (42)
empfangen wird.
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