DE1673348A1 - Verfahren und Vorrichtung zur spektroskopischen Analyse von Festkoerpern,Loesungen und Gasen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur spektroskopischen Analyse von Festkoerpern,Loesungen und Gasen

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DE1673348A1
DE1673348A1 DE19661673348 DE1673348A DE1673348A1 DE 1673348 A1 DE1673348 A1 DE 1673348A1 DE 19661673348 DE19661673348 DE 19661673348 DE 1673348 A DE1673348 A DE 1673348A DE 1673348 A1 DE1673348 A1 DE 1673348A1
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flame
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Carl Zeiss SMT GmbH
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/71Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light thermally excited
    • G01N21/72Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light thermally excited using flame burners

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Description

  • Verfahren und Vorrichtung zur spektroskopischen Analyse von Festkörpern, Lösungen und Gasen ! iir die spektroskopische Analyse von Festkörpern, Lösungen und Gasen sind verschiedene Verfahren bekannt, so z. B. die l, missions-, die Absorptions-, die Fluoreszenz-und die Röntgenspektralanalyse. Bei allen diesen Verfahren wird die von der-zu untersuchenden Substanz ausgehende oder beeinflußte Strahlung gemessen und die gesuchte Konzentration wird durch Vergleich mit einem oder mehreren i : ichwerten bestimmt.
  • Bei diesen Verfahren treten nun verschiedene Schwierigkeiten auf, welche durch die erforderliche Eichunf, sowie durch die endliche und im allgemeinen verhältnismäßig große Meßiauer von einigen Sekunden oder gar Minuten fiir die Durchführung einer Analyse bedingt sind. Wenn nämlich nach erfolgter Eichung während der anschließenden Analyse der Probe eine zeitliche Anderung der Betriebsparameter der Keßanordnung, z. B. Anderung der Strahlung, dichte einer spektroskopischen Lichtquelle oder Empfindlichkeitsänderung des Jtrahlungsempfängers auftritt,, so wird die lleßwertanzeige beeinflußt und dadurch die ermittelte Analysenkonzentration verfalscht.
  • Zur Ausschaltung solcher Fehlerquellen sind verschiedene Verfahren bekannt, welche am Beispiel der Emissions-, Absorptions-und Fluoreszenz-Spektralanalyse erläutert werden s6llen.
  • Bei der Emissionsspektralanalyse wird die zu untersuchende Probe in einer spektroskopischen Lichtquelle (z. B. Flamme, Funken, Hohlkathodenlampe, Plasmafackel) zur Aussendung von Strahlung angeregt. Die interessierende Atomlinie bzw.
  • Molekülbande wird mittels eines Filters oder ilonochromators aus dem Spektrum der Lichtquelle ausgesondert und iiblicherweise photoelektris, ch gemessen und angezeigt.
  • Zur Verminderung des Einflusses von Strahlungsdichteschwankungen der spektroskopischen Lichtquelle auf das Analyseergebnis dient das sogenannte. Leitelementverfahren. Bei diesem Verfahren wird der Probe und der Eichlösung ein solches Element konstanter Konzentration zugesetzt, welches hinsichtlich seiner physikalischen und chemischen Eigenschaften dem zu untersuchenden Element weitgehend gleicht (Herrmann und Alkemade"Flammenphotometrie"2.
  • Auflage, Springer-Verlag 1960, Seiten 145 bis 152). Bei der gleichzeitigen Meseung der für das Analysen-und das Leitelement charakteristischen Strahlung wirken sich hnderungen der Strahlungsdichte in erster Näherung in gleichem Maße auf die Meßwerte des Analysen-und des Leibelementes aun. Bei der anschließenden Quotientenbildung beider Meßwerte wird die Auswirkung der Strahlungsdichteschwankung aus dem Endergebnis der Analyse nahezu eliminiert. Bei Anwendung des Leitelementverfahrens sind zwar Analysen mit sehr hoher zeitlicher Auflösung möglich, doch weist dieses Verfahren einige grundsätzliche Nachteile auf. Da die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Leitelementes mit denen des Analysenelementes zwar vergleichbar, aber prinzipiell nicht identisch sein können, kann wegen des dadurch bedingten unterschiedlichen spektralanalytischen Verhaltens beider Elemente der Einfluß von Strahlungsdichteschwankungen auf das Analysenergebnis selbst in giinstigen Fällen nur näherungsweise ausgeschaltet werden. FUr manche Anwendungsfälle ist es zudem schwierig, ein brauchbares Leitelement zu finden. Ferner verfälschen bei dar Messung der Strahlung des Leit-und Analysenelementes mit einer photographischen Platte oder mit photoelektrischen Empfängern unterschiedliche Charakteristiken das Analysenergebnis. Schließlich können mit dem Leitelement auch Verunreinigungen in die Probe eingeschleppt werden, welche ihrerseits das Analysenergebnis fälschen können.
  • Bei bekannten Geräten zur Emissionsspektralanalyse ordnet man bei der Festlegung der Eichkurve der Eichlösung der gröBten Konzentration den Skalenteil 100 des Anzeigeinstrumentes zu, während der Blindlösung der Skalenteil 0 zugeordnet wird (Herrmann und Alkemade"Flammenphotometrie", 2. Auflage, Springer-Verlag 1960, Seiten 182 bis 183). Wenn die Eichkurve festliegt, wird die Probe zerstäubt und der Ausschlag des Anzeigeinstrumentes abgelesen. Zwischen je 1-5 aufeinanderfolgenden Messungen schiebt man die Eichlösung der größten Konzentration ein und kontrolliert so die Empfindlichkeit. Auch der Nullpunkt des Anzeigeinstrumentes wird durch zwischengeschaltetes Zerstäuben von ßlindlösung überwacht. Auf diese Weise läßt sich der Einfluß von Strahlungsdichteschwankungen der spektroskopischen Lichtquelle auf das Analyseergebnis zwar in gewissem Umfang vermindern, doch werden Analysen mit hoher zeitlicher Auflösung nicht ermöglicht.
  • Es ist auch bekannt, als Strahlungsempfänger einen Sekundärelektronenvervielfacher zu verwenden, welcher einen Kondensator auflädt. Auf diese Weise kann man, über längere Zeit integrierend, einen momentane Schwankungen ausgleichenden Wert erhalten, doch sind auch hier Analysen mit sehr hoher zeitlicher Auflösung nicht möglich.
  • Bei der Absorptionsspektralanalyse wird eine als Hintergrundstrahler bezeichnete spekroskopische Lichtquelle (z. B. Hohlkathodenlampe, Funken, Plasmafackel, Bogenentladung) verwendet, welche insbesondere in solchen.
  • Spektralbereichen Strahlung emittiert, die für das zu untersuchende Element charakteristisch sind. Die Probe wird in einer zweiten, als AbsorptionsgefäB dienenden spektroskopischen Lichtquelle (z. B. Flamme, Gasentladungslampe) in den gasförmigen atomaren Zustand überführt. In diesem Zustand kann das interessierende Element der Probe in gewissen Spektralbereichen die vom Hintergrundstrahler emittierte Strahlung teilweise oder ganz absorbieren. Aus dem Absorptionsgrad kann man die Konzentration des untersuchten Elementes in der Probe ermitteln., Bei diesem Analysenverfahren kann der Einfluß von Strahlungsdichteschwankungen des Hintergrundstrahlers auf das Analysenergebnis im Doppelstrahlverfahren weitgehend ausschaltet werden. Zu diesem Zweck wird das Licht des Hintergrundstrahlers in zwei räumlich getrennte Strahlengänge geteilt, von denen der eine als Meßstrahl das Absorbens durchsetzt und der andere Strahlengang als Vergleichsstrahl dient. MiBt man photoelektrisch gleichzeitig oder abwechselnd in rascher Aufeinanderfolge die Photostrome beider Strahlengänge und bildet deren Quotienten, so ist dieser Quotient ein Maß fUr die gesuchte Analysenkonzentration. Er ist innerhalb gewisser Grenzen nahezu unabhängig von Strahlungsdichteschwankungen des Hintergrundstrahlers. Dieses Doppelstrahlverfahren versagt, wenn eine Flamme oder eine andere spektroskopische Lichtquelle das Absorbes enthält und in überwiegendem Maße die zeitlichen Schwankungen der Meßwertanzeige hervorruft. Bisher war man in solchen Fällen gezwungen, entweder eine'große Zahl von Einzelanalysen statistisch auszuwerten oder zur Verbesserung des Analysenverfahrens die Betriebseigenschaften der die Probe enthaltenden spektroskopischen Lichtquelle besser konstant zu halten. Beide Möglichkeiten erfordern für ihre Ausführung zusätzlichen zeitlichen oder apparativen Aufwand.
  • Es ist auch ein Verfahren zur Absorptions-Spektralanalyse bekannt (Analytical Chemistry Vol. 32, No. 2, 1960, Seiten 225/232), bei welchem zunächst die zu untersuchende Probe in die spektroskopische Lichtquelle eingebracht und das an einen photoelektrischen Empfänger angeschlossene Anzeigeinstrument auf den Skalenwert Null gestellt wird. Danach wird eine Eichsubstanz in die spektroskopische Lichtquelle eingebracht und die Konzentration dieser Eichlösung wird manuell so lange verändert, bis das Anzeigeinstrument wieder den Wert Null anzeigt. Der Nullpunkt des Anzeigeinstrumentes wird bei diesem Verfahren wiederholt kontrolliert, wobei zu diesem Zweck die Eichlösung durch die Analysezlösung ersetzt wird. Dieser Substanzwechsel geht verhaltnismaßig langsam vor sich, da jeweils die beiden Gefäße, welche die Eich-bzw. Analysenlösung enthalten, gegeneinander ausgewechselt werden. Der Einfluß von Strahlungsdichteschwankungen kann bei diesem Verfahren weitgehend vermindert werden, doch ist einmal der apparative Aufwand unverhältnismäßig groß und zum anderen sind infolge des großen Zeitbedarfes für die Durchführung einer Analyse Analysen mit hoher zeitlicher Auflösung nicht möglicho Bei der Fluoreszenz-Spektralanalyse werden ebenso wie bei der Absorptionf-Spektralanalyse je eine spektroskopische Lichtquelle als Hintergrundstrahler und als Absorptionsgefäß verwendet. Jedoch wird hier nicht die vom interessierenden Element der Probe im Absorptionsgefäß durchgelassene Strahlung gemessen, sondern dessen, vom Hintergrundstrahler absorbierte und anschließend als Fluoreszenzstrahlung emittierte Strahlung ist ein Maß für die zu bestimmende Konzentration des Elementes in der Probe. Die Messung der Fluoreszenzstrahlung erfolgt unter einem Winkel von 90° zur optischen Achse des Hintergrundstrahlers. Bei diesem Analysenverfahren kann das Analysenergebnis u. a. durch Strahlungsdichteschwankungen des Primärstrahlers und infolge zeitlicher Änderung der Betriebsparameter des Sekundärstrahlers verfälscht werden. Zur Eliminierung dieser Einflüsse auf das Analysenergebnis sind bisher keine apparativen oder meßtechnischen Möglichkeiten bekannt.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf ein Verfahren zur spektroskopischen Analyse von Festkörpern, Lösungen und Gasen und hat das Ziel, in einfacher,-wenig aufwendiger Art und Weise den Einfluß von Strahlungsdichteschwankungen auf das Analysenergebnis zu eliminieren.
  • Die Erfindung geht aus von einem spektroskopischen Verfahren, bei dem die zu messende Strahlung auf einen Strahlungsempfänger trifft. Gemäß der Erfindung wird die zu untersuchende Substanz in rascher zeitlicher Aufeinanderfolge mindestens durch eine Eichsubstanz ersetzt, und es werden die den verschiedenen Substanzen entsprechenden Spannungen hinter dem Strahlungsempfänger getrennt und zur Anzeige des auf den Eichwert bezogenen Analyserwertes verwendet. Von ganz besonderem Vorteil ist es dabei, den Substanzwechsel mehrmals pro bekunde vorzunehmen.
  • Bei dem neuen Verfahren wird bei der Analyse von Lösungen in zeitlicher Aufeinanderfolge ein Wechsel zwischen Blind-, ich-und Analysenlösung vorgenommen. Unter Blind-und Eichlösung werden Lösungen-verstanden, welche in ihrer Zusammensetzung weitgehend derjenigen der Analysenlösung gleichen und sich von jener nur dadurch unterscheiden, daß die Konzentration des Analysenelementes in der Blindlösung Null und in der Eichlösung bekannt und konstant ist.
  • Es ist vorteilhaft, die den verschiedenen Substanzen entsprechenden Spannungen getrennt zu speichern-und nach Beendigung des Bvorganges die gespeicherten Meßwerte einzeln oder unter Quotientenbildung zur Anzeige zu bringen.
  • Es kann auch zweckmäßig sein, die der Eichsubstanz entsprechenden Meßwerte in Regelgrößen umzusetzen und mit Hilfe dieser Regelgrößen laufend die Empfindlichkeit der zur Anzeige der Analysenwerte dienenden Anordnung zu regeln.
  • Bei dem neuen Verfahren werden also die Eich-und Analysesubstanz und gegebenenfalls auch die Blindsubstanz aufeinanderfolgend und mit hoher Frequenz analysiert und die entsprechenden Meßwerte der Einzelmessungen gespeichert bzw. direkt in Regelgrößen umgesetzt. Das nach Beendigung der Messung ermittelte Analysenergebnis stellt also einen Mittelwert aus zahlreichen n Einzelanalysen unter Berücksichtigung der zugehörigen Zwischeneichungen dar.
  • Die Frequenz des Substanzwechsels kann ohne weiteres in der Größenordnung von 10 Hz gewählt werden. Line solche und selbst noch eine niedrigere Wechselfrequenz ergibt gegenüber den bisherigen Verfahren einen eindeutigen Vorteil, wie folgende Uberlegung zeigt.
  • Mit den nach den bisher bekannten Verfahren arbeitenden registrierenden Geräten kann man im günstigsten Fall in ca. 3 sec. eine Einzelmessung durchführungen, wenn man für den Probenwechsel 1 sec ansetzt, die Einstellzeit des Schreibers mit knapp 1 sec annimmt und für die Dauer von etwa 1 sec die Probe analysiert. FUr die Durchführung einer Analyse, also beispielsweise Zerstäubung der Blind-, Eich-und Analysenlösung sind demnach mindestens 9 sec anzusetzen. Die Analysenfrequenz liegt also im günstigsten Fall bei etwa 1/9 Hz. Wenn man nun annimmt, daß bei dem Verfahren gemäB der vorliegenden Erfindung eine Analysefrequenz von 6 Hz erreicht wird, so liegt hier das zeitliche Auflösungsvermögen immer noch um mehr als eine Größenordnung günstiger als bei den bekannten Verfahren. Während nämlich ein herkömmliches Gerät nach etwa 9 sec ein Analysenergebnis liefert, das sich aun je einer Einzelmessung der Blind-, ich-und AnalysenlöstlnC ergibt, stellt bei Anwendung des neuen Verfahrens das Analysenergebnis nach 9 sec Meßdauer den Mittelwert au je 54 aufeinanderfolgenden Messungen der Blind-, Eich-und Analysenlösung dar.
  • Infolge dieses hohen zeitlichen Auflösungsvermögens haben beispielsweine die Nullpunktsdrift des an den photoelektrischen Empfänger angeschlossenen Verstärkers oder Strahlungsdichtenchwankungen der spektroskopischen Lichtquelle keinen Einfluß auf das Endresultat der Analyse, sofern der Probenwechsel mit hinreichend hoher Frequenz z erfolgt.
  • Ganz besondere Vorteile ergeben sich bei Flammenphotometern.
  • Da hier nach dem neuen Verfahren Strahlungsdichteschwankungen der Flamme das Analysenergebnis nicht beeinflussen, ist die kontrollierte Zufuhr von Brenngas und Luft zur Flamme unkritisch.
  • Bei dem neuen Verfahren erfolgt die Eichung selbsttätig und zeitsparend. Fehlmessungen infolge fehlerhafter Eichung der MeBanordnung entfallen und Bedienungsfehler der Meßanordnung können von vornherein vermieden werden.
  • Das neue Verfahren hat weiterhin den Vorteil, daß es zu seinem Betrieb nur ein einfach aufgebautes Gerät benötigt, welches im Einstrahlverfahren mit nur einer spektralem Trenneinrichtung, einem Strahlungsempfänger und einem Verstärker arbeitet. Hin solches Gerat läßt sich im optischen Teil sehr einfach und stabil und im elektronischen Teil sehr kompakt aufbauen.
  • Die Erfindung wird im folgenden an Iland der, verschiedene Vorrichtungen zur Durchfiihrung des Verfahrens nach der Erfindung darstellenden Figuren 1 bis 5 näher erläutert.
  • Dabei zeigen im einzelnen : FiE g. 1 ein Flammenphotometer für Emissionsmessungen in schematischer Darstellung ; Fig. 2 eine Vorrichtung zum schnellen Substanzwechsel ; Fig. 3a den idealisierten zeitlichen Verlauf der auf den Strahlungsempfänger auftreffenden Strahlungsleistung I bei aufeinanderfolgender Zerstäubung von Blind-, Eich-und Analysenlösung in die Flamme ohne Verwendung des in Fig. 1 dargestellten rotierenden Sektors ; Fig. 3b den idealisierten zeitlichen Verlauf der Transmission des in Fig. 1 dargestellten rotierenden Sektors ; Fig. 3c den zeitlichen Verlauf der auf den Strahlungsempfänger auftreffenden Strahlungsleistung bei aufeinanderfolgender Zerstäubung von Blind-, Eich-und Analysenlösung mit Verwendung des rotierenden Sektors ; Fig. 4 ein Flammenphotometer für Absorptionsmessungen in schematischer Darstellung ; Fig. 5 ein Flammenphotometer für Fluoreszenzmessungen in schemati. scher Darstellung.
  • Fig. 1 zeigt ein gemäß der Erfindung aufgebautes Flammephotometer für Emissionsmessungen in schematiricher Darstellung. Mit 1 ist ein Brenner bezeichnet, welcher dieturbulente Flamme 2 erzeugt. Ein hinter dem Brenner angeordneter Hohlspiegel 3 bildet die Flamme 2 in sich selbst ab. Die von der Flamme ausgehende Strahlung wird mittels des Kollektors 4 auf den Eintrittsspalt 5 des schematisch dargestellten Monochromators 6 abgebildet. Das aus dem Austritsspalt 7 des Monochromators 6 austretende Liclit wird mit Hilfe der Linse 8 auf die Photozelle 9 abgebildet, Mit 10 ist eine schematisch dargestellte Dosiervorrichtung bezeichnet, welche in rascher zeitlicher Aufeinanderfolge definierte Volumina von Blind-, Eich-und Analysenlösung in die Flamme 2 einbringt. Diese Lösungen sind in den Behältern 11, 12 und 13 untergebracht. Mit 14 ist ein rotierender Sektor bezeichnet, welcher die Aufgabe hat, die Ubergangsgebiete des Lösungswechsels in der Flamme auszublenden.
  • Die Wirkungsweise des Sektors 14 ist in den Figuren 3a bis 3c dargestellt. Fig. 3a zeigt den zeitlichen Verlauf der auf den Strahlungsempfänger 9 auftreffenden Strahlungsleistung I ohne Verwendung des rotierenden Sektors bei aufeinanderfolgender Zerstäubung von Blind-, Eich-und Analysenlösung in die Flamme 2. Die Kurve 15 entsteht bei der Zerstäubung der Blindlösung. Die Kurve 16 bei der Zerstäubung der Sichlösung und die Kurve 17 bei der Zerstäubung der Analysenlösung. Wie aus Fig. 3a ersichtlich ist, besteherl zwischen den Kurven 15, 16 und 17 Ubergangsgebiete, welche die Messung verfälschen würden.
  • Fig. 3b zeigt den idealisierten zeitlichen Verlauf der Transmission) des rotierenden Sektors 14. Wie man erkennt, wird die zum Strahlungsempfänger 9 gelargende Strahlung periodisch abgeblendet. Fig. 3c zeigt nun das Yrodukt I 3 als Funktion der Zeit, d. h. den bei aufeinanderfolgender Zerstäubung von Blind-, Eich-und Analysenlösung und bei Verwendung des rotierenden Sektors 14 auf den Strahlungsempfünger 9 treffenden Strahlstromes. Der rotierende Sektor blendet die Ubergangsgebiete aus, und es entstehen Rechteckimpulse. Das Verhältnis Durchlaßzeit zu Sperrzeit, d. h. das Tastverhältnis des rotierenden Sektors, ist nach der Plateaulänge der Kurven 15, 16 und 17 sowie der Ausdehnung der Ubergangsgebiete gewählt.
  • Die vom Strahlungsempfänger 9 erzeugten Spannungsimpulse werden in einem Gleichatromverstärker 18 verstärkt und von dort einem mechanisch oder elektronisch wirkenden Umschalter 19 zugeführt. Dieser Umschalter arbeitet synchron mit der Wechselzerstäubung der drei Lösungen. Er schaltet die von der Blind-, Eich-und Analysenlösung ausgelösten, nachverstärkten I'hotostromimpulse auf drei getronnte, in ihren Eigenschaften gleiche Integrierglieder 20, 21 und 22.
  • Wie in Fig. 1 angedeutet, arbeiten die Doniervorrichtung 10, der rotierende Jektor 14 und der Umschalter 19 synchron.
  • Nach einer definierten Meßzeit wird die Meinung abgebrochen-und die von den Integriergliedern 20, 21 und 22 gespeicherten Spannungen werden im einfachsten Fall mit einem Röhrenelektrometer und Anzeigegerät nacheinander gemessen und angezeigt. Nach Abzug des Blindwertes ist das Verhältnis des Analysen-und Eichwertes ein Maß für die gesuchte Konzentration des Analysenelementes in der Analysenlösun ;. Zweckmaßig ist en, die erwähnte Differenzbildung und anschlie-#ende Quotientenbildung automatisch vorzunehmen. Ein solches automatisch arbeitendes Anzeigegerät int in Fig. 1 mit 23 bezeichnet.
  • Es ist auch möglich, in einfacher Weise das in Fig. 1 dargestellte Gerät so abzuwandeln, da# die fortlaufende Messung oder Registrierung während der Analyse ermöglicht wird.
  • In diesem Fall ist es notwendig, die im Verstärker 18 nachverstärkten Photostromimpulse zunächst lediglich zu glatten, danach elektronisch die Photostromdifferenz zu bilden und die beiden bei dieser Differenzbildung erhaltenen Photoströme beispielsweise in einen Quotientenschreiber einzuspeisen, dessen Anzeige ein Maß fiir die gesuchte Analysekonzentration ist.
  • Es kann auch vorteilhaft sein, die den Eichwerten entsprechenden Photostromimpulse in Regelgrößen umzusetzen, welche die Empfindlichkeit einer Meßanordnung steuern. Die Analysenwerte können dann fortlaufend angezeigt bzw. registriert oder nach vorausgehender Speicherung ermittelt und angezeigt werden.
  • Fig. 2 zeigt die Dosiervorrichtung 10 der Fig. 1 im Schnitt.
  • Mit 24 ist ein Hohlzylinder bezeichnet, in welchem ein Kolben 25 verschiebbar angeordnet ist. Der Kolben 25 ist mit drei getrennten Kanälen 26, 27 und 28 versehen und wird mittels eines Hebels 29 über einen Synchronmotor 30 bewegt. An den mit 31 bezeichneten Ausgangskanal ist die Ansaugkapillare 32 des Brenners 1 angeschlossen. Der Hohlzylinder 24 weist weiterhin drei getrennte Ansaugkanäle 33, 34 und 35 auf, an die jeweils ein Ansaugstutzen angeschlossen ist. In der Darstellung der Fig. 2 ragt der mit dem Ansaupkanal 33 verbundene Anschlußstutzen in ein Gefäß 36, welches beispielsweise die Eichlösung enthält. Der mit dem Kanal 35 verbundene Ansaugstutzen taucht in das Gefäß 37 ein, welches die Analysenlösung entxält. Im dargestellten Fall steht der mit dem Kanal 34 verbundene Anschlußstutzen mit Luft in Verbindung.
  • Bei Betätigung des Synchronmotors 30 werden in rascher zeitlicher Aufeinanderfolge die Kanäle 26, 27 und 28 mit dem Ausgangskanal 31 verbunden. Dabei wird jeweils einer der Ansaugkanäle 33t 34-und 35 mit dem Kanal 31 in Verbindung gebracht, so daß abwechselnd definierte Volumina von Eichlösung, Luft und Analysenlösung in die Ansaugkapillare 32 gelangen. Der Ansaugkanal 34 ist hier mit Luft verbunden, um eine unerwünschte Durchmischung der Ilroben im Kanal 31 zu verhindern. Immer wenn die Kanläle 31, 27 und 34 miteinander in Verbindung stehen, wird eine kleine Luftmenge angesaugt, so da# die Proben in der Ansaugkapillare 32 jeweils durch eine kleine Luftsäule voneinander-getrennt sind.
  • Es ist selbstverständlich auch möglich, den mit dem Ansaugkanal 34 verbundenen Stutzen in ein Gefaß einzutauchen, welches die Blindlösung enthält. Weiterhin ist es möglich, den hin-undpergehenden Kolben 25 durch ein rotierendes Glied zu ersetzen.
  • Bei dem in Fig. 4 dargestellten Flammenphotometer für Absorptionsmessungen sind aus Gründen der Ubersichtlichkeit sämtliche optischen Elemente weggelassen. Mit 38 ist hier eine als Hintergrundstrahler dienende Hohlkathodenlampe bezeichnet. Das von dieser Lampe gelieferte Gleichlicht wird durch den rotierenden Sektor 14 zerhackt und tritt durch die Flamme'2. Dieser Flamme werden ebenso wie bei der Vorrichtung nach Fig. 1 abwechselnd definierte Volumina von Blind-, Eich-und Analysenlösung zugeführt.
  • Der rotierende Sektor 14 hat die Aufgabe, für die Dauer des Überganges von einer Probenlösung zur nächstfolgenden den Strahlengang des Hintergrundstrahlers zu unterbrechenV das Übergangsgebiet also auszublenden. Hieraus ergibt sich die Forderung, daß die Zerstäubung der drei verschiedenen Lösungen frequenz-und phasenstarr synchron mit dem rotierenden Sektor 14 und mit dem Umschalter 19 durchgeführt werden muß.
  • Die aus dem Monochromator 6 austretende Strahlung trifft auf den photoelektrischen Empfänger 9. An diesen Empfänger schließt sich ein Gleichstromverstärker 39 mit logarithmischer Kennlinie an. Der Umschalter 19 schaltet die vom Verstärker 39 gelieferten Photostromimpulse auf die drei getrennten Integrierglieder 20, 21 und 22. Die von diesen Gliedern gespeicherten Meßwerte werden, ebenso wie im Zusammenhang mit Fig. 1 schon geschildert, zur Anzeige gebracht. Durch Differenzbildung des Blind-und Analysenwertes erhält man eine der Extinktion Ea proportionale Größe und die Differenzbildung des Blind-und Eichwertes führt auf eine der Extinktion Ee proportionale Grö#e.
  • Bei der anschlie#enden Quotientenbildung Ea/Ee heben sich die Proportionalitätskonstanten heraus und nach Multiplikation mit der bekannten Eichkonzentration erhält man die gesuchte Analysenkonzentration. Auch diese Rechenoperationen werden zweckmaßig automatisch durchgeführt.
  • Das in Fig. 4 dargestellte Gerät weist den groben Vorteil auf, daB Strahlungsdichteschwankungen des Hintergrundstrahlers 38 und insbesondere Fluktuationserscheinungen der Flamme 2 sowie Empfindlichkeitsänderungen des Strahlungsempfängers 9 oder des Verstärkers 39 keinen Einfluß auf das Endergebnis der Analyse haben, sofern die-abwechselnde Zerstäubung von Blind-, Eich-und Analysenlösung mit hinreichend hoher Frequenz durchgeführt wird. Aus diesen Gründen sind die Aforderungen an die Konstanthaltung des Betriebsstromes des Hintergrundstrahlers und die Konstanthaltung der Betriebsparameter der Flamme weniger kritisch als bei dem bisher bekannten Absorptions-Flammenphotometer. Das in Fig. 4 dargestellte Gerät arbeitet nach dem Einstrahlverfahren, d. h., es entfällt bei diesem Gerät der bei den bisher iiblichen nach dem Zweistrahlverfahren arbeitenden Vorrichtungen erforderliche apparative Aufwand.
  • Bei dem in Fig. 4 dargestellten Germait wird die. mission der Flamme auf optischem Wege weitgehend ausgeschaltet, indem zwar der Hintergrundstrahler 38 nichtiger die Flamme 2 auf die Photokathode des Strahlungsempfangers') abgebildet wird.
  • Fig. 5 zeigt ein Flammenphotometer für k'luoreszenzmessungen.
  • Mit 40 ist hier eine als Hochintensitätslampe ausgebildete Hohlkathodenlampe bezeichnet, welcher der rotierende Sektor 14 vorgeschaltet ist. Die Lampe 40 strahlt Wechsellicht in die Flamme 2 ein und zwar in einer Richtung, welche senkrecht zur optischen Achse 41 des Gerätes steht. Mit Hilfe des Monochromators 6 und des Strahlungsempfängers 9 wird die von der Flamme 2 ausgehende Fluoreszenzstrahlung gemessen. Dieser Fluoreszenzatrahlung ist die Flammenemission überlagert. Zur Eliminierung der Flammenemission aus der Meßwertanzeige wird die Pulsfrequenz des lIintergrundstrahlers 40 verschieden gewählt von der Frequenz des Probenwechsele in der Flamme. Die Pulsfrequenz des Hintergrundstrahlers mu# möglichst hoch im Vergleich zur Probenwechselfrequenz gewählt werden.
  • Durch den Monochromator 6 wird der interessierende Spektralbereich aus dem Spektrum der Flamme 2 ausgesondert und dem Strahlungsempfänger 9 zugeführt. Der Umschalter 19, welcher synchron mit der abwechselnden Zerstäubung der blond-, Eich-und Analysenlösung arbeitet, schaltet die Spannungsimpulse auf drei getrennte. Vechselstromverstarker 42, 43 und 44, denen jeweils ein Hochpassglied vorgeschaltet ist. Damit wird erreicht, daß der pulsierende Photostrom der mit sehr niedriger Frequenz modulierten Flamncnemission abgetrennt und nur die Photostromimpulse der mit wesentlich höherer Frequenz modulierten Floreszenzstrahlung nachverstärkt werden. Die nachverstärkten Photostromimpulse werden drei getrennten Gleichrichtern 45, tut6, 47 zugeführt und die gleichgerichteten Wechselsignale in drei getrennten Integriergliedern 48, 49, 50 aufsummiert.
  • Nach Beendigung des Meßvorganges werden die gespeicherten Meßwerte wie im Zusammenhang mit Fig. 1 schon geschildert, mit Hilfe des Anzeigegerätes 23 zur Anzeige gebracht. Unter Berücksichtigung des Blindwertes ist das Verhältnis der Analysen-und Elchwertes ein Maß für die zu bestimmendie Konzentration des Analysenelementes. bur Fluoreszenzspektralanalysen können selbstverständlich anstelle der Flamme auch andere spektroskopische Lichtquellen wie z. B. Hohlkathodcnlampen oder Planmafackcin verwendet werden.

Claims (10)

  1. latentansprüche 1. Verfahren zur spektroskopischen Analyse von Festkörpern, Lösungen und Gasen, bei dem die zu messende Strahlung auf einen Strahlungsempfänger trifft, dadurch gekennzeichnet, daB die zu untersuchende Substanz in rascher zeitlicher Aufeinanderfolge mindestens durch eine Eichnubstanz ersetzt wird, daß die den verschiedenen Substanzen entsprechenden Spannungen hinter dem Strahlungsempfänger getrennt und zur Anzeige des nuf den Eichwert bezogenen Analysenwertes verwendet werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Substanzwechcel mehrmals pro Sekunde erfolgt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, da# bei der Analyse von Lösungen in zeitlicher Aufeinanderfolge ein Wechsel zwischen Blind-, Eich- und Analysenlösung vorgenommen wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, da# während der Dauer jedes Substanzwechsels die Strahlung vor Erreichen des Strahlungsempfängers abgeblendet wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den verschiedenen Substanzen entsprechenden Spannungen getrennt gespeichert werden und daß nach Beendigung des Meßvorganges die gespeicherten Meßwerte einzeln oder unter Quotientenbildung zur Anzeige gebracht werden.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die der Eichsubstanz entsprechenden Meßwerte in Regelgrößen umgesetzt werden und daß diese Regelgrößen laufend die Empfindlichkeit der zur Anzeige der Analysenwerte dienenden Anordnung regeln.
  7. 7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch-1, enthaltend eine Einrichtung zur Auswahl der Analysenlinie oder -bande aus dem Spektrum der von der zu untersuchenden Substanz ausgehenden oder von ihr beeinflußten Strahlung sowie einen Strahlungsempfänger, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (10) zur alternierenden Zufuhr dosierter Mengen von Eich-und Analysensubstanz, durch eine Blende (14), die jeweils während eines Überganges von einer Substanz zur anderen die Strahlung vor Erreichen des Strahlungsempfängers (9) ausblendet, sowie durch einen hinter dem otrahlungsempfänger angeordneten synchron mit der Blende betätigten Umschalter (19), der die den verschiedenen Substanzen entsprechenden opannungen getrennten Anordnungen zuleitet, welche den auf den Eichwert bezogenen Analysewert zur Anzeige bringen.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (10) zur alternierenden Zufuhr mehrerer r Substanzen aus einem, mehrere Kanäle (2t"27, 28) enthaltenden bewegten Teil (25) besteht, der nacheinatWer verschiedene Zuführungsleitungen (33, 34, 35) mit einer gemeinsamen Ausgangsleitung (31) verbindet.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine mit Luft verbundene Zuführungsleitung (34) vorgesehen ist und daß das bewegte Teil (25) so ausgebildet ist, daß es bei jedem Substanzwechsel kurzzeitig die Ausgangsleitung (31) mit der Luft führenden Zuführungsleitung verbindet.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende 14 aus einem rotierenden 3ektor besteht und mit dem den Substanzwechsel bewirkenden bewegten Teil (25) synchronisiert ist. l e e r s e i t e
DE19661673348 1966-10-20 1966-10-20 Verfahren und Vorrichtung zur spektroskopischen Analyse von Festkoerpern,Loesungen und Gasen Pending DE1673348A1 (de)

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DE19661673348 Pending DE1673348A1 (de) 1966-10-20 1966-10-20 Verfahren und Vorrichtung zur spektroskopischen Analyse von Festkoerpern,Loesungen und Gasen

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DE (1) DE1673348A1 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2417099A1 (fr) * 1978-02-14 1979-09-07 Beckman Instruments Gmbh Methode pour l'analyse precise d'echantillons dans des photometres a absorption et emission de flammes, utilisant une boucle de controle electrique par retroaction pour compenser un glissement d'energie
DE3127169A1 (de) * 1980-07-09 1982-03-04 Olympus Optical Co., Ltd., Tokyo Messverfahren fuer elektrolyten in einem automatischen biochemischen analysiergeraet mit flammenphotometer
DE3144997A1 (de) * 1980-11-12 1982-07-29 NPP Balkan, 4000 Plovdiv Vorrichtung fuer die impulsdosierung fluessiger mikroproben in der flamme eines atomabsorptionsspektrophotometers
DE3818058A1 (de) * 1988-05-27 1989-12-07 Bodenseewerk Perkin Elmer Co Vorrichtung zur zufuhr von fluessigkeit zu einem zerstaeuber bei einem spektrometer

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AT389766B (de) * 1980-11-12 1990-01-25 Npp Balkan Vorrichtung zur impulsdosierten zufuhr fluessiger probemengen zur flamme eines atomabsorptionsspektrometers
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