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Vorrichtung für die Belichtung von Medien zwecks Aufnahme von Ramanspektren
mit einer Quecksilberdampfiampe Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die
Belichtung von Medien zwecks Aufnahme von Ramanspektren mit einer Quecksilberdampflampe.
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Die zu untersuchenden Medien, deren Ramanstrahlung in einem Spektralapparat
erfaßt werden soll, be finden sich hierbei in einem Ramangefäß und werden von der
Strahlung der Quecksilberdampflampe getroffen.
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An eine solche Vorrichtung werden eine Reihe von einander widersprechenden
Forderungen gestellt.
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Zunächst einmal ist es wesentlich, daß die für die Bestrahlung verwendete
Quecksilberlinie möglichst spektralrein ist. Das bedingt, daß die Quecksilberdampflampe
mit einer Niederdruckentladung betrieben wird und die Temperatur des Quecksilberdampfes
niedrig gehalten wird. Dies läßt sich im allgemeinen nur dadurch erreichen, daß
man die Quecksilberdampflampe stark mit Wasser kühlt. Sodann soll die Quecksilberdampflampe
leicht zugänglich sein, da sie in bestimmten Zeitabständen von Ablagerungen aus
dem Kühlwasser gereinigt werden muß. Eine dritte Forderung besteht darin, daß die
zu untersuchenden Medien bequem und ohne das Lösen irgendwelcher Schraubverbindungen
od. dgl. in den Bestrahlungsbereich gebracht werden können, so daß man bei einer
Untersuchungsserie die einzelnen Medien in rascher Folge auswechseln kann. Gefordert
wird ferner, daß die Strahlung der Quecksilberdampflampe möglichst von mehreren
Seiten auf das zu untersuchende Medium einwirkt.
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Es ist bereits eine Vorrichtung für Projektionszwecke oder Scheinwerferanlagen
bekannt, bei der mehrere wassergekühlte Höchstdruckquecksilberdampflampen auf einer
gemeinsamen Grundplatte montiert und von einem eine Linse tragenden Deckel umschlossen
sind. Das Kühlwasser wird durch den zwischen Grundplatte und Deckel gebildeten Raum
hindurchgeleitet. Hierbei ist zwar die Kühlung und die leichte Zugänglichkeit der
Quecksilberdampflampen gewährleistet, zu untersuchende Medien können aber nur außerhalb
der Vorrichtung angeordnet und einseitig bestrahlt werden.
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Es ist bei optischen Geräten auch grundsätzlich bekannt, elektrische
oder optische Einzelteile oder auch Proben leicht auswechselbar unterzubringen.
Es bestand jedoch nie die Problematik, diese Austauschbarkeit unter den obengenannten
Bedingungen aufrechterhalten zu müssen.
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Des weiteren sind die physikalischen Eigenschaften von Niederdrucklampen,
wie Aussendung einer ausgeprägten Spektrallinie, Niedrighalten des Dampfdrucks durch
Kühlung, Schwierigkeiten der Zündung bei Raumtemperatur usw., Gegenstand verschiedener
Untersuchungen gewesen.
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Erfindungsgemäß lassen sich nun die verschiedenen Forderungen gleichzeitig
dadurch erfüllen, daß die mit einer Niederdruckentladung betriebene Quecksilberdampflampe
ein wenigstens um 1800 gebogenes Entladungsrohr besitzt und auf einer Grundplatte
lösbar befestigt ist, daß ein abnehmbares Hüllgefäß zusammen mit der Grundplatte
eine die Quecksilberdampflampe umschließende Außenschale bildet, und daß ein in
den Bereich zwischen die Entladungsrohrabschnitte ragendes, zur Aufnahme des Ramangefäßes
bestimmtes Glasrohr mit der Außenschale flüssigkeitsdicht verbunden ist, wobei Außenschale
und Glasrohr gemeinsam einen Raum zur Durchleitung von flüssigkeit zwecks Einstellung
der Temperatur der Quecksilberdampflampe begrenzen.
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Das Ramangefäß kann bequem in das Glasrohr eingesetzt werden und
wird dort durch die Glaswand hindurch von der Quecksilberdampflampe von mehreren
Seiten her bestrahlt. Die Lampe selbst ist lediglich nach Abnahme des Hüllgefäßes
zugänglich und von der Grundplatte entfernbar. Das Kühlwasser in dem durch Grundplatte,
Hüllgefäß und Glasrohr begrenzten Raum beeinflußt nur die Quecksilberdampflampe,
nicht aber das zu untersuchende Medium.
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Man kann sogar mühelos das Kühlwasser durch heißes Wasser ersetzen,
um die Quecksilberdampflampe zu erhitzen und dadurch die Zündung zu erleichtern.
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Da das Erfindungsziel erst durch das Zusammenwirken mehrerer, teilweise
bekannter Merkmale erzielt wird, soll sich der Schutz auch nur auf die Kombination
der zusammenwirkenden Merkmale erstrecken.
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Beispielsweise kann das Entladungsrohr der Quecksilberdampfiampe
als Wendel ausgebildet sein und das Glasrohr in der Achse der Wendel verlaufen.
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Hierbei wird die zu untersuchende Probe ringsum von der Strahlung
getroffen. Bei einer einfacheren Ausführungsform hat das Entladungsrohr U-förmige
Gestalt, und das Glasrohr verläuft zwischen den Schenkeln des U. Auch hierbei wird
das zu untersuchende Medium noch zweiseitig von der Strahlung getroffen.
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Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind die Polgefäße
bzw. die Stromzuführungen oder die Einschmelzungen der Quecksilberdampflampevon
Hülsen umgeben, die mit der Grundplatte fest verbunden sind. Mittels dieser Hülsen
wird die Quecksilberdampfiampe auf der Grundplatte befestigt.
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Andererseits erfolgt dort auch die Dichtung gegenüber der Kühlflüssigkeit.
Es ist vorteilhaft, die erwähnten Hülsen zweiteilig auszubilden, wobei das bewegliche
Teil der Hülse zum Befestigen der Quecksilberdampflampe oder Abdichten nach außen
dient.
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Dies kann entweder durch Kitt oder durch Dichtungsringe geschehen.
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Da die Quecksilberdampflampe meist mit Gleichstrom betrieben wird,
ist mit einer Wanderung des Quecksilbers von der einen zur anderen Elektrode zu
rechnen. Wenn auch dieser einseitige Verdampfungsvorgang durch verschiedene Maßnahmen
niedrig gehalten werden kann, so ist es doch von großer Wichtigkeit, von außen her
rechtzeitig zu erkennen, ob sich der Quecksilberspiegel an der einen Elektrode zu
stark gesenkt hat. Dies kann gemäß der Erfindung dadurch geschehen, daß die die
Quecksilberdampflampe tragenden Hülsen bzw. ihre Verlängerungen mit zwei einander
gegenüberliegenden Schlauchlöchern 20 versehen sind. Bei normalem Betrieb, wenn
also der Quecksilberspiegel in dem betreffenden Polgefäß noch hinreichend hoch ist,
ist die normale Durchsicht durch die Schaulöcher durch das Quecksilber versperrt.
Auch ist dann der Lichtbogen noch nicht sichtbar. Bei zu starkem Absinken jedoch
wird die Durchsicht zwischen den beiden Schaulöchern durch das Quecksilber freigegeben.
Auch wird im Betrieb der Lichtbogen sichtbar. Auf diese Weise kann ein zu starkes
Absinken des Quecksilberspiegels rechtzeitig erkannt und die entsprechenden Maßnahmen,
beispielsweise ein Umpolen der Lampe, vorgenommen werden.
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Ein weiteres Kennzeichen der Erfindung wird schließlich darin gesehen,
daß die zum Temperieren
dienende Flüssigkeit zuerst an den Polgefäßen der Quecksilberdampflampe
vorbeifließt und erst dann an das Leuchtrohr gelangt. Diese Maßnahme hat den Vorteil,
daß die Kühlung besonders an den Stellen wirksam ist, wo sie besonders benötgt wird,
nämlich in den Polgefäßen, in denen der Lichtbogen an den Elektroden ansetzt.
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In den Abbildungen sind zwei Ausführungsbeispiele beschrieben.
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In Fig. 1 und 2 ist eine Lampe dargestellt, bei der Polgefäße und
Entladungsrohr einen gemeinsamen Wasserkreislauf erhielten. Wasser wird am Stutzen
1 zugeführt und über eine Verzweigung direkt über die beiden Hauptelektroden 2 und
3 geleitet. Das in 1 einströmende Wasser kommt von einer Heizeinrichtung, die mittels
eines Thermostaten einstellbare Temperaturen ermöglicht. Das Wasser umspült die
beiden Polgefäße, erfüllt dann den gesamten Raum 4, um an dem Überlaufrohr 5 abfließen
zu können. Die Abdichtung des eigentlichen Entladungsrohres 6 erfolgt mittels ultraviolettbeständiger
Gummiringe 7, die über eine stopfbuchsenähnliche Verschraubung8 an das Rohr angepreßt
werden. Die im Wasserraum 4 herrschende Temperatur wird durch den Geber 9 zu einem
Fernthermometer überwacht und kann zur Steuerung des Thermostaten mit herangezogen
werden. Wesentlich ist, daß sämtliche Konstruktionselemente, insbesondere auch die
Quecksilberdampflampe, auf einer Grundplatte 10 montierbar sind. Die Grundplatte
nimmt also auf: die Polgefäße 2 und 3 der Lampe sowie den Zündelektrodenanschluß
11; außerdem die Wasserzuführung 1 und den Geber 9 zum Fernthermometer. Die Gummidichtungen
7 dienen lediglich der Abdichtung der Polgefäße. Um eine axiale Verschiebung des
Entladungsrohres zu verhindern, wird es auf zwei Bügell2 aufgesetzt, die ebenfalls
auf der Grundplatte montiert sind. Damit wird eine eindeutige Fixierung der Lampe
erreicht.
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Die Kappe 13 des Hüllgefäßes, die über das Entladungsrohr gestülpt
wird, wird über flanschartige Verbindungen 14 und eine Gummidichtung auf die GrundplattelO
aufgeschraubt. Das Entladungsrohr 6 umschließt mit seinen Windungen ein Glasrohr
15, das an seinen beiden Enden mittels der Verschraubungen 16 die Kappe 13 gegen
das Glasrohr 15 abdichtet. Bei der Führung der Wendel ist besonderer Wert darauf
gelegt, daß an der Seite der Lampe, die dem Monochromator zugekehrt ist, die erste
Windungl7 so nahe wie möglich an die Verschraubund 16 hingeführt wurde. Dies ist
erforderlich, da an dieser Stelle die größte Strahlungsintensität gewünscht wird.
Um auch über die Länge des einzuführenden Ramanrohres eine hohe Strahlungsausbeute
zu erreichen, sind die Windungen des Entladungsrohres so eng wie möglich um das
Glasrohr 15 gelegt. Es ist jedoch wünschenswert, eine Berührung des Entladungsrohres
6 mit dem Glasrohr 15 zu vermeiden, da das Entladungsrohr an allen Stellen möglichst
von Wasser umschlossen sein soll, um eine nahezu kontinuumfreie Strahlung zu erreichen.
Weiter dient dem Zwecke guter Strahlenausbeute ein Reflektor 18, der diejenige Strahlung,
die nach außen geworfen wird, auf die Achse des Glasrohres 15 bzw. auf das Ramanrohr
reflektiert.
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Die Lampe wird aus einem Gleichstromnetz gespeist. Dies bedeutet,
daß eine Wanderung der Quecksilbermoleküle von einem Pol zum anderen einsetzt. Es
ist deshalb erforderlich, nach mehrstündigem
Betrieb die Lampe
umzupolen. Das Polgefäß ist konstruktiv so ausgebildet, daß ein Elektrodenstift
aus hochschmelzendem Metall in die flüssige Quecksilberelektrode hineinragt. Nimmt
nun das Quecksilber auf der einen Seite der beiden Polgefäße ab, so besteht die
Gefahr, daß der Lichtbogen an diesem Metallstift ansetzen könnte. Dies muß aus lampentechnischen
Gründen absolut verhindert werden. Um den Stand des Quecksilbers in den Polgefäßen
beurteilen zu können, sind die Verkleidungshülsen 19 mit einem Schauloch20 versehen.
Dieses Schauloch gestattet es, im Durchblick den Brennfleck zu erkennen, der bei
absinkendem Quecksilberstand in den Bereich dieses Schaulochs kommt. Damit ist eine
Beurteilungsmöglichkeit gegeben, wieweit das Quecksilber heruntergebrannt ist, und
die Lampe kann rechtzeitig abgeschaltet und umgepolt werden, bevor sie Schaden nimmt.
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Die Hülse 19 dient gleichzeitig der Verkleidung und dem Schutz der
Einschmelzungen 24. An ihrem unteren Ende ist eine zugentlastete Durchführung 23
angebracht, an die von außen die Stromversorgung 21 angeschlossen wird. Die mittlere
Zuführung 22 dient der Zuführung der Hochspannung zum Zwecke der Zündung.
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Eine oberflächliche Reinigung des Entladungsrohres und des Rohres
15 ist dadurch möglich, daß man nach Herausziehen des Rohres 15 und Lösen der Flanschverbindungenl4
die Kappe 13 abnimmt und das Rohr reinigt. Ist jedoch durch starke Verschmutzung
eine totale Demontage der Lampe erforderlich, so kann man das Entladungsrohr nach
Lösen der Verbindungen21 und 22 und Abschrauben der drei Hülsen 19 total ausbauen,
um es gegebenenfalls mit Flußsäure oder ähnlichem zu reinigen.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 3 und 4 dargestellt,
bei dem die Grundplatte 27 seitlich angeordnet ist und das Hüllgefäß entsprechend
seitlich abgezogen wird. Beispielsweise ist es nicht erforderlich, daß das Ramanrohr
durch die Lampe durchgesteckt wird. Es reicht also aus, wenn es in ein an einem
Ende verschlossenes Rohr 25 eingeführt werden kann. Wenn mit geringerer Strahlungsintensität
gearbeitet werden kann, genügt es, die Quecksilberdampflampe mit einem einfachen
U-förmigen Leuchtrohr zu versehen, das das Rohr 25 zur Aufnahme des eigentlichen
Ramanrohres umschließt. Auch in diesem Fall ist das Entladungsrohr 26 an der gleichen
Grundplatte 27 montiert, desgleichen auch die Anschlüsse für Wasserzu- und -abfluß
28 und 29 und der Temperaturfühler 30. Im Gegensatz zu den Abb. 1 und 2 ist bei
der Ausführung nach Abb. 3 und 4 auch das Aufnahmerohr 25 an der Grundplatte 27
montiert.
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Die Grundplatte 27 ist von dem Gehäuse 31 abnehmbar und im Betrieb
über die Dichtung 32 angeschraubt. Bei der in Fig. 3 dargestellten Lampe ist der
Wasserkreislauf, der die Elektrode zu kühlen hat, getrennt angeordnet. Das Zwischenstück
33 ist nicht gekühlt und muß im Hinblick auf die flüssigen Quecksilberelektroden
rechtwinkelig nach unten abgekröpft werden.