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Gitterspektrometer Die Erfindung bezieht sich auf die Spektralanalyse
und insbesondere auf Spektrometer mit sogenannter » Direktablesung «, welche automatisch
die chemische Zusammensetzung einer Probe angeben ; hierzu wird die Intensitätsverteilung
der Strahlung einer kennzoichnenden Wellenlänge bestimmt, welche von einer Probe
bei deren Erregung ausgesandt wird.
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Normalerweise umfaßt eit Spektrometer mit diteter Ablesung einen
Eintrittsspalt für die von einer elektrisch angeregten Probe ausgesandte Strahlung,
ein gekrümmtes Beugunsgitter, das aus der so übermittelten Strahlung ein Spektrum
bildet, und eine Mehrzahl von Austrittsspalten, durch welche die Bestandteile der
Probenstrahlung an zuvor festgelegten Wellenlängen auf Photozellen fallen, die die
unterschiedlichen Intensitäten dieser Wellenlängen be stimmen. Bei einem derartigen
Spektrometer sind die räumlichen Verhältnisse zwischen den Eintrittsspalten, dem
Gitter und den Austrittsspalten so kritisch, daß geringefügige Änderungen z. B.
der Raumtemperatur, zu einer Fehlausrichtung fuhren und infolgedessen eine Versehiebung
des Spektrums verursachen können ; hierdurch können Fehler in die Bestimmung der
Intensitäten eingeschleppt werden.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, derartige Fehlausrichtungen
mittels eines automatischen Servosystems zu korrigieren, welches photoelektrisch
durch eine sogenannte » Warnstrahleneinrichtung « gesteuert wird. Eine derartige'Wamstrahlung
stammt bei einer Ausführungsform aus einer Quelle, welche von der Quelle der Probenstrahlung
verschieden ist, und in einer anderen Ausführungsform besteht sie aus einer Komponenten
der von der Probe ausgesandtan Strahlung. Die Arbeitsweise ist so, daß eine Fehlausrichtung
zwischen dem Gitter und den Eintritts-und Austrittsspalten für die Komponenten der
Strahlung des zu analysierenden Probestücks unzertrennlich von einer analogen Fehlausrichtung
zwischen dem Gitter @ und den eintritts- und Austrittsspalten für die Komponente
der Warnstrahlung begleitet wird. DasSServosystem zur Beibehaltung vorbestimmter
Orientierungen des Gitters und der Eintritts- und Austrittsspalte spricht auf die
augenblickliche Orientierung der Wamstrahlung an. Bisher bestand die Methode zur
Bestimmung der Orientierung der Warnstrahlung (Leitstrahlung) im wesentlichen darin,
die Warnstrahlung durch ein Paar versetzter Austrittsspalte auf eine Photozelle
zu richten. Genauer gesagt, wird der Ein trittsspalt auf den Austrittsspalten als
sogenannte Spektrallinie abgebildet. Die durch die versetzten Austrittsspalten fallende
Wamstrahlung zeigt keine Fehlausrichtung an, wenn der IntensitiitsfluB durch
beide
Spalte gleich ist, sie zeigt jedoch eine Fehlausrichtung nach der eiaen oder anderen
Seite an, wenn der Intensitätsfluß durch den einen Spalt größer als der Intensitätsfluß
durch den anderen Spalt ist.
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Es wurde gefunden, daß im Fall bestimmter Warnstrahlungen, insbesondere
bei sehr hoher Dispersion, die Spektrallinie ziemlich breit sein und eine Feinstruktur
aufweisen kann. Unter chien Umständen besitzt das Servosystem die Neigung, sich
auf einen Teil der Spektrallinie statt auf die Spektrallinie als Gonzes festzulegen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, die vorstehend
angeführtn Schwierigkeiten zu beseitigen und ein Gitterspektrometer zu schaffen,
bei dem auch bei sehr hoher-Dispersion und bei Spektrallinien, die breit sind oder
eine Feinstruktur besitzen, keine Fehler entstehen konnen.
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Das Gitterspektrometer gemäß der Erfindung, bei welchem in Lichtrichtung
Lichtquelle, Eintrittsspalt, eine Ablenkvorrichtumg, das Gittsr, mehrere Austríttsspalte
und ein Hilfssystem zur automatischen Justierung der Austrittsspalte in beuug'auf
das Gitter an geordnet sind, wobei das Hilfssystem eine eigene Lichtquelle aufweist,
die ein n Strahlenbündel über das Ablenkelement und das Gitter'leitet, von wo eine
zusätliche Spektrallinie auf ein zusätzliches Spaltsystem
fällt,
hinter dem Photozellen angeordnet sind, ist dadurch gekennzeichnet, daß das zusatzliche
Spaltsystem aus einem gegenüber den auftreffenden Spektrallin, ien geneigten Spalt
besteht, hinter dessen oberer und unterer Hälfte je eine Photozelle angeordnet ist.
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Die räumliche BGeziehung zwischen der Senkrechten Wamstrahlaustrittslinie
und dem geneigten Warnstrahlaustrittsspalt ist dabei derart, daß in einer bestimmten
relativen Stellung von senkrechter Warnstrahlaustrittslinie und geneigtem Warnstrahlaustrittsspalt
der Lichtfluß durch die obere Hälfte des Spaltes zu der oberen Photozelle gleich
dem Lichtfluß durch die untere Hälfte des Spaltes zu der unteren Photozelle ist.
Wenn andererseits eine Fehlausrichtung vorliegt, wird diese durch einen größeren
Lichtfluß entweder durch die obere oder durch die untere Hälfte des geneigten Spaltes
angezeigt, und es ergeht infolgedessen ein die erforderliche Korrektur heriführendes
Abweichsignal entweder von der einen Photozelle, die sich hinter der oberen Hälfte
des Spaltes befindet, oder von der Photozelle hinter der unteren Hälfte des Spaltes.
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Es ist bekannt, einen Spalt vorzusehen, einen Spiegel in Schwingungen
zu versetzen und an einem Oszillographen die genaue Justierung zu kontrollieren.
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Bei dieser bekannten Anordnung ist nur eine Photozelle vorgesehen.
Weiter ist es bekannt, bei einer Justiervorrichtung zwei Photozellen zu verwenden,
auf die dann verschieden große Lichtintensitäten auftreffen, wenn das System nicht
richtig justiert ist. Bei keinem der bekannten Geräte ist jedoch die erfindungsgemäß
vorgesehene Kombination vorhanden, und insbesondere ist in keinem Fall ein gegenüber
den auftreffenden Spektrauimien geneigter Spalt, hinter dessen oberer und unterer
Hälfte je eine Photozelle angeordnet ist, vorgesehen, so daß eine vergleichbare
Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe nicht erreicht werden kann.
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Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung
mit der Zeichnung weiter erläutert.
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F i g. 1 zeigt eine teilweise perspektivische und teilweise schematisdhe
Darstellung eines Citterspektrometers gemäß der Erfindung ; F i g. 2 erläutert das
Zusammenwirken der senkrechten Warnstrahlaustrittslinie und des geneigten Warnstrahlaustrittsspaltes
des Hilfssystems bei einem Gitterspektrometer nach F i g. 1.
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Die mechanischen Bestandteile des Spektrometers nach F i g. 1 sind
bei Betrieb innerhalb eines Gehäuses angeordnet, das das Innere vor Fremdstrahlungen
schützt, die das nachstehend beschriebene System beeinflussen könnten. Das Spektrometer
dient zur Angabe der chemischen Zusammensetzung einer Probe durch Bestimmung der
Intensitätsverteilung von ausgewählten Wellenlängen, der Strahlung, welche von der
Probe bei Erregung in einer Bogenhallerung 10 ausgesandt wird. In üblicher Weise
umfaßt die Einrichtung 10 ein n Elektrodenpaar 12 und 14, beispielsweise in Form
von zwei Nadeln, aus dem Material der Probe. Damit verbunden ist ein Stromkreis
(nicht gezeigt) zur Erzeugung einer geeigneten Spannung an dem Spalt zwischen den
inneren Enden der Elektroden 12 und 14, um eine elektrische Entladung, welche von
der charakteristischen Strahlung der Probe belgeitet wird, hervorzurufen. Die Strahlung
aus dem Zwischenraum zwischen den inneren Enden der Elektroden 12 und 14 wird durch
eine teilweise durch-
lässige und teilweise reflektiende Platte 16, eloeo Eintrittsspalt
18 und eine drehbare transparente Ablenkscheibe 20 zu einem Konkavgitter 22 gerichtet,
um ein Spektrum zu erzeugen. Ausgewählte Linien des Spektrums werden durch entsprechende
Austrittsspalte 24 für die Probestrahlung zu zugeordneten Photovervielfacherröhren
26 geleitet, welche mit geeigneten In ! tegrierkreisen verbunden sind. Um selbst
geringe Störungen der räumlichen Verhältnisse zwischen den vorstehend aufgeführten
Bauteilen so gering wie möglich zu halten, sind diese auf einem stabilen A-förmigen
Rahmen nicht dargestellt, etwa wie er in der USA.-Patentschrift 2 937 561 für eine
spektroskopische Vorrichtung beschrieben ist, gelagert.
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Dieser Rahmen hat sich kreuzende längserstreckende Schenkel und kurze
Querträger, die aus kräftigen U-Schienen bestehen. Trotzdem verursachen geringe
Temperaturänderungen auf Grund des relativ großen AbstaSs zwischen dem Gitter am
einen Ende des Rahmens und den Eintritts- und Austrittsspalten an dem anderen Ende
die Neigung zu einer Fehlausrichtung des Gitters in bezug auf die Eintritts- und
Austrittsspalte. Gemäß der Ernndung wird eine geeignete Justien. durch das nachfolgende
beschriebene mtoniatische Hilfssystem sichergestellt.
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Dieses Hilfssystem wird photoelektrisch durch aine Wanostrahlumg
(Kontrollstrahlung) von einer Lampe 30 gesteuert, welche eine Strahlung von sinusförmiger
Amplitude mat Hilfe einer Wechselstromzuführung 32 erzeugt. Die Strahlung der Lampe
30 wird von der Platte 16 durch den Eintrittsspalt 18 und die Abbeugungsscheibe
20 zum Gitter 22 reflektiert, durch welches sie auf einen geneigten Spalt 34 gebeugt
wira hinter dem ein PhotozsJlenpaar 36 und 38 angebracht ist. Die wähmd beider Phasen
der Leitungsspannung von der EoergiequeUs 32 enduite Warnstrahlung wird sowohl durch
den oberen als auch durch den unteren Teil des geneigten Spaltes 34 übermittelt.
Die Photovervielfacherröhren 36 und 38 werden elektronisch geöffnet, so daß jede
Röhre nur auf'das Licht anspricht, das während der einon Hälfte des Kreislaufes
der Leitungsspannung auf sie fällt. Disse Photovervielfacherröhren sind paralkl
mit einem Servoveistärkef 40 verbunden, der die Orientierung der Scheibe 20 und
infolgedessen die Orientierung des durch den Eintrittsspalt 18 fallenden Strahlenbündels
mittels eines Servomotors 42 steuert.
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In F i g. 2 a ist eine Warnspektrallinie 44 in Überlagerung auf dem
geneigten Spalt 34 gezeigt. Es ist ersichtlich, daß bei bestimmten relativen Stellungen
der Strahlungsfluß 46 durch die obere Hälfte des Spaltes 34 in seiner Intensität
gteich dem StraMucgsnuß 48 durch die untere Hälfte ist, wobei die oberen und unteren
HaUt-, durch die Linie 50 êtres sind.
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Wena jedoch die relativen Stellungen der Speltallime 44 und des Spaltes
34 sich in einer Richtung Ge-Andert haben, wie das aus F i g. 2 b hervocgeht, ist
der Lichtiluß 52 durch die obere Hälfte des Spaltes 34 von genogerer Intensität
als der Lichtnuß 54 durch die untere Halte des Spaltes 34. Wern sich die relativen
Stellungen in der eotgegeogesetzten Richtung ändern, ist der LichtBuB dua-ch die
obere Hälfte des Spaltes 34 in seiner Intensität stärker als der Ucbtfluß durch
die untere Hälfte des Spaltes 34.
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Die Pbotozeüen bzw. Photovervielfacherröhren 36 und 38 stehen in
Verbindung mitdemServoverstaFker 40 zur ErzBuguag von sinusförmigem Spanxngee zur
Ubettragung auf den Servomotor 42. Wema diese
Spannungen an Intensität
gleich sind, bleibt der Servomotor 42 außer Betrieb. Wenn jedoch diese Spannungen
nicht ausgeglichen sind, dreht sich der Servomotor 42 in die eine oder andere Richtung
in Abhängigkeit von der Richtung der Abweichung vom Gleichgewicht. Diese Spannungen
werden in einem besonderen Stromkreis erzeugt.
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Beim Betrieb wird die Strahlung der Probe aus der Bogenhalterung
10 über die geneigte Platte 16, den Spalt 18 und die dtrehbare Scheibe 20 zum Gitter
22 geleitet und durch das Gitter 22 über die Austrittsspalte 24 zu den Photovervielfacherröhren
26 abgebeugt.
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Die Zusammensetzung der Probe wird durch die Anzeiger 28 entsprechend
einer Analyse der relativen Intensitäten der durch die Photorohren 26 empfangenen
Strahlung angezeigt. Irgendeine Fehlausrichtung von Eintrittsspalt 18, Gitter 22
und Austrittsspalt 34 ergibt ungleiche Intensitäten der Warnstrahlung von n Lampe
30, welche die Photovervielfacher 36 und 38 erreicht, und infolgedessen Unterschiede
zwischen den beiden sinusförmigen Spannungen, welche auf den Servomotor 42 übermittelt
werden. Dies bewirkt eine Betätigung des Servomotors bis zur Herstellung des Gleichgewichts
und damit eine automatische Justierung des Systems.
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Eine Störung oder Ablenkung des von der Lichtquelle 10 ausgehenden
Lichtes durch das Licht von der Lichtquelle 30 tritt nicht ein. Die Lichtquelle
30 sendet ein verhältnismäßig reines Spektrum aus.
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Dieses reine Spektrum führt zu Spektrallinien, welche an solchen Stellen
liegen, die von den von der Probe
ausgesandten Spektrallinien einen hinreichenden
Abstand aufweisen.
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Durch die Erfindung wird ein einfach ausgebildetes Gitterspektrometer
geschaffen, das eine Warnstrahlung in einem Hilfssystem zur automatischen KorrektuT
von Feblausrichtungen verwendet und trotz der einfachen Ausbildung wirksam und mit
großer Zuverlässigkeit auch in Fällen arbeitet, wo die bekannten Einrichtungen ganz
oder teilweise versagen, z. B. bei sehr hoher Dispersion und breiten und eine Feinstruktur
aufweisenden Spektrallimen.