DE2146589A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Lumineszenz in Materialproben - Google Patents

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Lumineszenz in Materialproben

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Wellenl&ngenbestiamung der von Proben ausgesaugten Lumineszenz einschließlich der Messung der Fluoreszenz in allen Phasen der Probe oder der Phosphoreszenz in festen Phasen der Probe.

Bei bekannten Vorrichtungen zur Messung der Fluoreszenz in untersuchten Materialprobon enthalten die zum Anregen der Proben verwendeten Lichtquellen mit 6leichetrom£>etriebene Quarz-Iod-Fadenlampen. Diese Lampen haben jedoch nicht die im Ultraviolettbereich für die Anregung bei der modernen Untersuchung von Materialproben erforderliche Lichtintensität. Es wurden N iederdruck-k.; Gasentladungslampen verwendet, aber diese sind durch ein Linienspektrum gekennzeichnet, welches im allgemeinen für die Anregung von unbekannten Proben ungeeignet ist. Bogenlampen haben ein

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kontinuierliches Spektrum und ergeben eine ausreichende Intensität in Ultraviolettbereich, aber sie sind teuer und platzraubend. Bekannte Vorrichtungen können Breitband-Farbfilter enthalten, durch welche das Licht von der beleuchteten Probe fällt, sie geben jedoch nur eine Anzeige der über einen breiten Spektralbereich von den Materialproben ausgesandten Lichtmenge und nicht die erforderliche spektrale Auflösung. Es wurden Monochromatoren zur Erzelung der erforderlichen Auflösung verwendet, jedoch sind diese groß und teuer.

Durch die vorliegende Erfindung soll eine Vorrichtung zur Untersuchung von Materialproben geschaffen werden, bei welcher die genannten Nachteile der .Unempfindlichkeit und des Mangels an spektraler Auflösung möglichst klein gemacht oder beseitigt sind.

Die Erfindung aohafft eine Vorrichtung zum Festetellen der von einer untersuchten Probe ausgesandten Lumineszenzintensität bei verschiedenen Wellenlängen, mit einem Träger für eine zu untersuchende Probe» einer Plasmaentladungs-Blitzlampe, welche an eine elektrische Speiseschaltung angeschlossen ist, die eine Anordnung zum Speichern elektrischer Energie und zum wiederholten raschen Entladen der gespeicherten Energie zur Erzeugung von Blitzen mit hoher Spitzenintensität aber ein kontinuierliches Wellenlängenband in einem erforderliehen Wellenlängenbereich umfaßt, einer Einrichtung sun Begrenzen eines von der Lampe zu der zu untersuchenden Probe abgestrahlten Lichtbündel· , einem Lichtdetektor, welcher so angeordnet ist, da* er die von der Probe

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ausgesandte Lumineszenz, jedoch nicht die die Probe beleuchtende Bestrahlung feststellt und ein elektrisches Ausgangs8ignal abgibt, welches von der festgestellten Intensität der Lumineszenz abhängt,und mit einem kontinuierlichen Interferenzfilter, welches zwischen dem Lichtdetektor und der Probe angeordnet ist, sowie mit Einrichtungen zur Eingrenzung der Bündelbreite der auf das Filter fallenden Lumine^szenzstrahlung, wobei das Filter quer zum Lumineszenzbündel beweglich iat, so daft die von der Probe zum Detektor durchgelassene Wellenlange geändert werden kann.

Der Ausdruck Plasmaentladungs-Blitzlampe bezieht sich auf eine Lampe mit einem Gehäuse, von dem mindestens ein Teil durchlässig ist und welches das Gas enthält, in dem die Entladung zur Erzeugung des Blitzes stattfindet. Die Plasmaentladungslampe ist so ausgebildet und geschaltet, da£ sie durch die plötzliche Abgabe einer hohen elektrischen Energiespitze erregt wird, wobei das Ziel in der Erhöhung der Plasmateaperatur auf einen Wert besteht, bei dem Lichtblitze mit hoher Spitze und im wesentlichen kontinuierlichem Spektrum erzeugt werden·

Es ist erforderlich, daft die Lampe eine beträchtliche Intensität in einem kontinuierlichen Wellenlängenband innerhalb eines geeigneten Spektralbereiohs abgibt· Wenn eine unbekannte Probe in einer erfindungegeaäten Vorrichtung untersucht wird, so ist die sur Anregung der Probe erforderliche Wellenlänge vorher nicht bekannt und es ist daher nötig, daA die Lampe

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nicht ein Linienspektrum, sondern ein kontinuierliches Spektrum aussendet, welches einen Wellenlängenbereich überdeckt, innerhalb dessen die unbekannte Erregungswellenlänge(oder -Wellenlängen) liegt oder wahrscheinlich liegt.

Ein besonders geeigneter Anregungsbereich ist 200 Nanometer bis M)Q Nanometer. Die Lampe selbst kann ein kontinuierliches Lichtabgabespektrum erzeugen, welches sich von 200 Nanometer bis 800 Nanometer erstreckt,und in diesem Fall kann ein geeignetes Filter zum Absondern des für die Anregung erforderlichen Wellenlängenbereiches verwendet werden.

Zweckmäßigerweise ist der Lichtdetektor so angeordnet _s daß er die von der Probe in einer Richtung im weseBtliehen senkrecht zur Richtung*des Lichtbündels von der Lampe zur Probe ausgesandte Lumine^szenzstrahlung aufnimmt.

Die Lampe kann mit einem Edelgas, beispielsweise Xenon, Argon oder Krypton, oder mit einer Mischung von Edelgas und einem anderen Gas, wie Wasserstoff, gefüllt sein«

Es können Einrichtungen zum Ausgleich irgendwelcher Schwankungen der von der Blitzlampe abgegebenen Licht intensität vorgesehen werden. Ein zweiter Lichtdetektor kann so angeordnet werden, da£ er das von der Lampe abgestrahlte Licht aufnimmt und ein elektrische· Signal erzeugt, welches von der angegebenen Lichtintensität abhängt. Dieses elektrische Signal k&nn ait dem elek- trisohen Ausgangssignal des die von der Probe ausgehend«

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Lumineszenzstrahlung feststellenden Lichtdetektors kombiniert werden, so daß man ein Signal erhält, welches dem Verhältnis der Ausgangsleistungen der zwei Detektoren entspricht.

Vorzugsweise hat das kontinuierliche Interferenzfilter eine annähernd lineare Änderung der Wellenlängendurchlässigkeit entlang seiner Längserstreckung. Das Filter kann zweckmäßigerweise durch einen Motor mit konstanter Drehzahl bewegt werden.

Wenn die durchgelassene Wellenlänge entlang der Längserstreckung des Filters nicht genau linear ist, kann eine veränderliche Antriebsverbindung zwischen dem Filter und einer Antriebseinrichtung für das Filter vorgesehen werden, so daß die Nichtlinearität ausgeglichen wird. Beispielsweise kann ein eine mechanische Linearisierungsfunktion erzeugendes mechanisches Verbindungsglied zwischen das Filter und einen Motor mit konstanter Drehzahl eingeschaltet werden.

Ferner kann ein Meßgerät vorgesehen werden, welches auf das vom Lichtdetektor abgegebene Signal anspricht, so daß da· von der beleuchteten Probe ausgesandte Licht in Abhängigkeit von der Wellenlänge aufgexeiohnet wird. Geeignete Meßgeräte sind ein digital·· oder Drehepul-Meßgerät, •in Blattschreiber oder ein Oszillograph.

Di· Materialproben können in gasförmiger, flüssiger oder fester Phase vorliegen. Ia Fall von gasförmigen oder flüssigen Phasen können si« in irgendein«« geeigneten

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geschlossenen Behälter, wie einer Quarzzelle enthalten sein und die feste Phase kann in einem Festkörper dispergiert sein, welcher für Licht vorbestimmter Wellenlänge durchlässig ist, wie Glas oder ein Kunstharz, beispielsweise das unter der Warenbezeichnung PERSPEX gehandelte.

Die Erfindung kann zur Untersuchung irgendeiner Form von Lichteraission einer Probe angewendet werden, wird jedoch hauptsächlich verwendet, um die Fluoreszenz oder Phosphoreszenz der Probe zu messen. Die Fluoreszenz einer Probe hat eine kurze Dauer, beispielsweise 10 Sekunden, das bedeutet, daß bei Unterbrechung der Beleuchtung der Probe die Fluoreszenz der Probe in einer sehr kurzen Zeitspanne beendet wird. Phosphoreszenz bleibt andererseits im allgemeinen nach der Unterbrechung der Beleuchtung der Probe sichtbar.

Ferner schafft die Erfindung eine Vorrichtung zur Er mittlung der Wellenlänge der von einer bei Anregung durch eine Strahlung lumineszierendem Probe ausgesandten Lumines zenzetrahlung in Form eines elektrischen Ausgangssignals, mit einer Probenstation, in der eine Probe an einer vorbestimmten Stelle unter·tatst werden kann, einer Plasmaentladungs-Blitslampe, die bei geeigneter Energieversorgung B Ik ze einer Anregungsstrahlung mit hoher Spitzeninten·itIt Ober «in kontinuierliches Wellenllngenband in eine« lumineszenzanregenden Bereich erzeugen kann» wenn elektrieah#e Energie in einer einen Teil der Energieversorgungseinriohtung bildenden Anordnung abwechselnd gespeichert und durch di· Lampe mit einer

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hohen Folgefrequenz entladen wird, Einrichtungen zur Festlegung der Bündelgrenzen eines Lichtbündels, welches bei Betrieb von der Lampe zu der zu untersuchenden Probe geleitet wird, einem Wandler, welcher so angeordnet ist, daß er die von der Probe in einer in den genannten Grenzen nicht, enthaltenen Richtung ausgesandte Lumineszenzstrahlung empfängt, wobei eine' direkte Strahlenübertragung von der Lampe im wesentlichen auegeschlossen ist und der Wandler ein auf die Intensität der auf denselben fallenden Lumineszenzstrahlung bezogenes elektrisches Ausgangsignal erzeugen kann, sowie eine kontinuierliche ^ilteranordnung, welche ein Filter zur kontinuierlichen Filtrierung über einen vorbestimmten Bereich enthält, daß am Wandler νorbe^bewegbar ist, wobei die Filtercmordnung die Ermittlung der Wellenlänge der Lumineszenzetrahlung in Form der elektrischen Ausgangssignale dee Wandlers beim Oberstreichen des Wandlers mit den aufeinander folgenden Teilen des kontinuierlichen Filters ermöglicht, die den aufeinander folgenden Wellenlängen in dem vorbestimmten Bereich entsprechen«

Anhand der Figuren wird eine Ausführungsform der Erfindung näher erläutert. Es zeigt .

Figur 1 soheaatisch eine Vorrichtung sum Messen der Farbe einer untersuchten Probe in Form der Wellenlänge, wobei die Messung durch drei mögliche Geräte, nämlich ein MeÄgerät.sinen Blattschreiber und einen Oszillographen dargestellt

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Figur 2 schematisch ein kontinuierliches spektrales

Farbfilter, welches in der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung verwendbar ist,

Figur 3 das Lichtabgabespektrum einer Lichtquelle,

welche bei einer AusfOhrungsform der Erfindung verwendet wird,

Figur H im einzelnen die für den Betrieb der in Figur 1 gezeigten Lichtquelle verwendeten elektrischen Schaltung,

Figur 5 eine Anordnung zum Ausgleich von Schwenkungen der Lichtabgabeintensitftt der gea&fi Figur 1 verwendeten Lichtquelle und

Figur $ eine Vorrichtung, welohe »it einer Vorrichtung

nach Art der in Figur 1 gezeigten sum Ausgleich irgendeiner MichtlinearitAt in der Wellenl&ngendurchlJlssigkeit <je· verwendeten Filters angewendet werden kann.

Die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung «reist «ine gasgefüllt© Plasaaentladungs-Blitslampe 1 üblicher Bauweise *uf, ttelohe duroh einen pulsierenden elektrischen Gleichet*»©· Ober einen an die Klenmen 3 angeschlossenen Kondensator 2 ait Energie versorgt wird. Die Lamp« kann «it einem Edelgas, beispielsweise Xenon, Argon oder Krypton oder »it «ines» Mischung aus Edelgas und einen anderen Sas, beisplalswasa Wasserstoff, gefüllt sein. Die Lanpe ä ist U-forslg dargestellt, kann jedoch auch sin« Röhr« in Fox« «ines· «Inseln·»

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Schraubenwindung sein oder sie kann mehrere Windungen oder auch irgendeine andere geeignete Form aufweisen. Die Lampe wird durch die Entladung der im Kondensator gespeicherten elektrischen Ladung betrieben, wobei der Kondensator aus einer Gleichspannungsquelle schnell wieder aufgeladen wird. Die. Frequenz der Lampenblitze hängt von der Zuführung von elektronischen Impulsen zu einem Kondensator 5 über eine Steuerspule k zum Steuern der Lampe ab. Die Gleichstromquelle kann von irgendeiner bekannten Art sein.

Die Lampe ist in einem Gehäuse 6 angeordnet, durch welches die Stromzuführungen 7 mittels isolierter Durchführungen oder dgl. geführt sind, die kein Licht durchlassen. Das Lampengehäuse wird durch ein in einem Gehäuse 9 angeordnetes und beispielsweise durch einen über Leitungen 11 mit Strom versorgten Elektromotor angetriebenes Gebläse 8 bekannter Bauart gekühlt.

Das Gehäuse 6 weist eine vom Gebläse 8 kommende Einlaßöffnung 12 auf und ein Auslaß oder Auslaße für die umgewälzte Luft können durch nicht gezeigte Schlitze im Gehäuse in .an sich bekannter Weise gebidet sein. Das Gehäuse β weist eine Öffnung 13 beliebiger Form auf, welche jedoch vorzugsweise ein vertikaler Schlitz mit einer Breite von 19,06 mm (3/4 inch) und einer Höhe von 38,1 bis 50,8 mm (1 1/2 - 2 inche·) ist, durch welchen ein durch einen Teil IH angedeutetes Lichtbündel von der Lamp· fallt. Ein Spiegel 15 wirft Licht sup öffnung 13. Eine Linse 16 ist im Weg der von der Lampe kommenden Lichtstrahlen angeordnet und sammelt

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das Licht auf die zu untersuchende Probe.

Im Weg dieses Lichtbündels zwischen der Lampe 1 und der noch zu beschreibenden Probe ist ein Ultraviolettfilter 19 bekannter Ausführung angeordnet, beispieleweise ein von der Firma Chance-Pilkington Linited hergestelltes Filter 0X7 oder 0X9. Dieses Filter ist in der Figur an der Außenseites des Gehäuses 6 angeordnet, es kann jedoch auch im Gehäuse 6 angeordnet sein. Das pulsierende filtrierte Lichtbündel 17 wird von der öffnung in der durch den Pfeil 17 angedeuteten Richtung geleitet.

Die gemäß Figur 1 verwendete Lichtquelle kann eine mit Xenon gefüllte Blitzlampe mit einer Leistung von 200 Joule sein, in der in der Hinute zwischen 96 und 3 600 Blitze gezündet werden können. Ein Beispiel einer geeigneten Blitzlampe ist die von der Elevam Company of Japan hergestellte Lampe mit der Typenbeseiohnung MPT-IBlM. Die Lampe wird vorzugsweise mit mindestens 2 000 Blitzen in der Minute und mit solcher Erregunsleistung betrieben, daß die Probe durch eine sehr schnelle Folge von kurzdauernden Blitzen mit hoher Spitsenintensitlt beleuchtet wird. Die Wellenlängenkennlinie der Liohtabgabe der Lichtquelle wird durch die Kurv« 50 in Figur 3 wiedergegeben. Die Lampe erzeugt ein· beträchtliche Lichtintensität über einen kontinuierlichen MellenlMngenbereioh von etwa 300 Manometer bis zu etwa S00 Manometer .Dies ergibt eine beträchtliche Intensität in Ultraviolettbereioh von 300 bis HOO Manometer. Mann da· in Figur 1 gezeigte Filter 19 ein Filter 0X9 ist, so wird die Wellenlängen-Intensität·· kurv· für das zur Prob· durohgelassene Lieht duroh dl·

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Kurve Sl in Figur 3 wiedergegeben. Dadurch wird die Lichtübertragung von der Lampe im Bereich von 300 bis UOO Nanometer ermöglicht.

Die elektrische Schaltung zum Betrieb der in Figur 1 gezeigten Lampe ist ausführlicher in Figur 4 dargestellt und es sind die gleichen Bezugezeiohen verwendet wie in Figur 1. Die Klemmen 3 sind mit einer Gleichspannungsquelle 63 von 500 Volt verbunden. Eine Wechselspannungsquelle 53 versorgt den Motor 10 und speist einen Transformator 5H mit einer Sekundärwicklung 66. Die Wicklung 56 lädt einen Kondensator 57 über eine Diode 58,Eine Zenerdiode 59 ist parallel zum Kondensator 57 geschaltet und wird gezündet, wenn die Spannung am Kondensator 5? einen vorbestimmten Wert erreicht. Wenn die Zenerdiode59

zündet.wird ein Unijunction-Transistor 60 geschaltet, der seinerseits einen Thyristor 61 betätigt* Der Thyristor steuert die Entladung des Kondensators 5, welcher dadurch Impulse auf die Steuerspule H der Lampe 1 gibt, so daß die Blitzfrequenz der Lampe 1 gesteuert wird.

Im Weg des Lichtbündele 17 ist ein Probenhalter 20 angeordnet. Bei di«eea Beispiel iet die Probe 9«* ein langgestreckte· rechteckig·« Stück PERSPEX, in welchem die in fester Phase befindliche Prob· des zu unt«Buchenden Materials vorzugsweise homogen dispergiert ist. Es können auch andere Formen und irgendein geeignet«? Halter, wi· •in· Quarzzelle, verwendet werden, wenn di« Prob· «in 6a· oder eine Flüssigkeit ist. Der Halter besitzt die

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Form eines Trägers, welcher an dem die ganze Vorrichtung stützenden Rahmen befestigt ist und nach oben stehende Wände aufweist, in welchen die Probe gleitend sitzt, so daß sie fest angeordnet ist und der größere Teil ihrer LängserStreckung sich oberhalb des Halters im Lichtbündel 17 befindet. Wenn daher die Lampe 1 erregt wird, trifft das pulsierende Bündel 17 auf die Probe im Halter auf und die Probe sendet eine für dieselbe charakteristische Lumineszenz aus, beispielsweise hellblau für Anthrazen, grün für Ovalen und orangerot für Rhodamin B usw.

Am Halter ist ein geschlossener Kanal oder ein Tunnel befestigt, dessen anderes Ende lichtdicht an einer öffnung 22a des Gehäuses 22 angebracht ist. Das Gehäuse enthält einen Lichtdetektor in Form eines "Sekundärelektronenvervielfachers 2¹I.

Der Sekundärelektronenvervielfacher ist von üblicher Bauweise und besitzt eine lichtempfindliche Photokathode 25 in einer Umhüllung 24, welche für das von der Probe fallende Lichtempfindlich ist. In Abhängigkeit von der charakteristischen Lichteadssion der Probe und dem spektralen Ansprechvermögen des Lichtdetektor· gibt der Sekundärelektronenvervielfacher üblicherweis« ein elektrisches Signal ab, dessen Amplitude eine Funktion der enpfangeenen Lichtintensität ist. Die Frequenz hingt von der Blitzfrequenz der Lampe ab.

Das Gehfiuse 22 hat eine innere Wand 18, die eine Öffnung 23 in Weg des durch die Öffnung 22a zur Photokathode einfallenden Lichts aufweist. Die zwei Offnungen sind

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beispielsweise vertikale Schlitze mit einer Breite von 2 mm.

Ein kontinuierliches Interferenzfilter 34 (welches beispielsweise vom Typ S60, hergestellt durch das Jenaer Glaswerk Schott, sein kann) ist im Raum zwischen der Wand 18 und der »it einer Öffnung versehenen äußeren Gehäusewand 18a angeordnet und trägt an seiner Unterseite eine Zahnstange 36 (Figur 2), welche mit einem Zahnrad käuet, das über in Eingriff stehende Zahnräder angetrieben wird, welche in bezüglich des Gehäuses festen Lagern gelagert sind, wobei das untere Zahnrad in Figur beispielsweise durch den Motor 26a angetrieben wird, der bezüglich des Gehäuses ebenfalls festgelegt ist. Durch Einschalten des Motors kann das Filter quer zu den Offnungen 22a, 23 zwischen festen Mikroschaltern 26b verschoben werden, welche an jedem Ende der Filterbewegung den Motorstromkreis unterbrechen. Das Filter kann daher unter Steuerung der Bedienungsperson vor und zurück bewegt werden. Das Filter 34 (Figur 2) ist eine bei vorbestimmten Wellenlängen durchlasβig· Platte, welche beispielsweise aus Glas oder Quarz besteht und in einem ■it der Zahnstang· versehenen Rahmen 35 befestigt ist. Das Filter trägt eine horizontale lineare Skala 37, welche die Strecke angibt, ue die das Filter, von seinen einen Ende ausgezählt, quer su der Lichtstrahlung der Probe bewegt worden ist. Die Platte umfaßt vertikale Farbbänder 3f des Spektrum· und dies· Indern sich von einer sur nächsten Färb· quer Ober di« Platt;· gern!* einem natürlichen

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Spektrum. Wenn das Filter quer zu der Lichtstrahlung von der Probe bewegt wird, ändert das die Photokathode 25 erreichende filtrierte Licht seine Wellenlänge, und wenn die Farbe, die für die Wellenlänge der ausgesandten Lumineszenzstrahlung charakteristisch ist, der vom Filter durchgelassenen Wellenlänge entspricht, wird ein maximales Ausgangssignal vom Gerät 28 abgegeben, wodurch sich die Spitze 29 in der graphischen Darstellung beim Oszillographen 28 der Figur 1 ergibt, welche den bekannten Wellenlängen in Abhängigkeit von dem jeweils verwendeten Filter entspricht. Die zwei Schlitze 22a und 23 sind auf gegenüberliegenden Seiterfdee Filters gegenseitig ausgerichtet und begrenzen die Bündelbreite der vom Filter durchgelassenen Luaineezenzatrahlung.

Die Filterplatte 33 hat freie Endbänder 39, 40, welche in klar definierten Zeitpunkten einen Durchtritt der gesamten, von der Probe kommenden Lichtstrahlung ermöglichen, so daß sich eine graphische Darstellung zwischen genau definierten Stellen *1 und 12 an den Enden der Skala 37 ergibt und daher an dieser Skala direkt die Wellenläng· der von der Probe könnenden Lichstrahlung angezeigt wird«

Das vom Sekundärelektronenvervielfacher kommende Signal kann zu einem geeigneten Malgerät 27 übertragen werden, welches infolge seiner Ansprechzeit keine auf der Blitz wirkung der Lichtquelle beruhend« Schwankung zeigt. Das Meßgerät zeigt die Luminetsenzintensit&t bei einer be stimmten Wellenlänge an. Statt dessen kann das Sign«!

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zu einem geeigneten} bekannten Blattschreiber 30 übertragen werden, welcher beispielsweise eine Drehtrommel mit einer darauf befindlichen Rolle von Aufzeichnungspapier und einen Schreibstift aufweist, der eine die Wellenlänge des Lichte angebende typische graphische Darstellung des Signale in irgendeiner gewünschten Weise erzeugt. Ein weiteres Aufzeichnungsgerät ist als Oszillograph 28 dargestellt. Auf diesem Oszillographen wird die Kurve der Filterverschiebung gegen die Lumineszenzstrahlung graphisch dargestellt und diese Kurve hat eine Spitze 29, bei der die Wellenlänge der Lumineszenzstrahlung der Probe der vom Filter durchgelassenen Wellenlänge entspricht .

Die Lampe 1 ergibt eine im wesentlichen zeitlich konstante Lichtintensität. Es können jedoch gewisse Schwankungen auftreten und es werden daher Einrichtungen vorgesehen, um in diesem Fall die Zuführung von fehlerhaften Auegangesignalen zum Schreiber 30 zu vermeiden. Figur S zeigt eine solche Anordnung. Ein »weiter Lichtdetektor 80, welcher gleich dem Sekundärelektronenvervielfacher 24 ausgebildet sein kann, ist so angeordnet, daß er Licht längs einen Weg 81 von der Lampe 1 eapffingt. Ein einstell bares Schwächungeglied 82 ist im Heg 81 vorgesehen, so daft man einen geeigneten Wert des Ausgangseignais des Detektors 80 erhält. Das Ausgangssignal des Detektors wird über eine Leitung 83 su «inem Glied 84 geleitet, welches in der Auegangsleitung 65 «in Signal abgibt, das dem Logarithmus des Ausgangssignals des Detektors

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entspricht, In gleicher Weise tfird das; Ausgangesignal des Detektors 24 zu einem Glied 86 geleitet, welches in der Leitung 87 ein. Signal erzeugt, das dem Logarithmus des Ausgangssignals des Detektors 2H entspricht. Die zwei Leitungen 85 und 87 geben Eingangssignale auf ein Differenzglied 88, welches über eine Leitung 89 ein zur Differens der beiden Eingangssignale proportionales Signal abgibt. Die Leitung 89 ist mit einem Glied 90 verbunden, welches in der Ausgangsleitung 91 den üusaerus des in der Leitung 89 befindlichen Signals erzeugt, Dieses Numerus signal ist proportional zum Verhältnis etr zwei aus den Detektoren 80 und 2H kommenden Signal© und wird auf den Schreiber 30 gegeben. Auf diese Weise ist das vom Schreiber aufgezeichnete Signal unabhängig ve η Schwankungen in der Auegangsintensität der Lampe 1„

Das verwendete kontinuierliche Interferenzfilter 33 kaiir« eine Änderung der durchgelassenen Wellenlänge von etwa 3S0 Nanometer bis 700 Nanometer umfissen. Die Wellenlängen« änderung entlang der Längserstreckung des Filters ist vorzugsweise im wesentlichen linear. ..,Es bestehen jedoch Schwierigkeiten bei der Herstellung solcher Filter mit genauer Linearität entlang ihrer Längseretreckung. Jegliche Nichtlinearität kann jedoch auegeglichen werden, indem man eine veränderlcihe Antriebskupplüng zwischen dem Filter und dem Antriebsmotor für dasselbe vorsieht. Eine solche Anordnung ist in Figur 6 gezeigt. In diesen Fall ist das Filter 33 durch eine Stange 72 »it «ines drehbaren Nocken 71 verbunden. Der Umfang des Nockens 71

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steht in Reibungseingriff mit einem Rad 70, welches durch das in Figur 1 gezeigte Zahnrad 26 angetrieben wird. Der Nocken 71 ist auf einem in einem Schlitz 74 des Nockens 71 gleitbaren Zapfen 73 schwenkbar gelagert. Der Umfang des Nockens 71 ist so geformt, daß die Bewegungsgeschwindigkeit des Filters 33 bei Drehung des Rades 70 geändert und dadurch jede Nicht>linearität des Filters 33 ausgeglichen wird. Bei der in Figur 6 gezeigten Anordnung ist das Filter so angeordnet, daß es in horizontaler Richtung zwischen einem oberen und unteren Unförmigen Glied 92 und 93 gleitet, und die in Figur 2 gezeigte Zahnstange 36 ist nicht vorgesehen.

Eine Wellenlängenskala kann auf der kreisförmigen Fläche eines der Zahnräder 26 vorgesehen sein, während ein fester Bezugspunkt neben der Skala vorgesehen ist, so daß die jeweilige Farbe des Wellenlängenbandes angezeigt wird, das sich in Weg des durch die Offnungen 22a, 23 fallenden Lichtes befindet.

Das Ultraviolettfilter 19 kann selbst ein kontinuierliches Interferenzfilter sein, weichte «inen Bereich der ultra violett·!) Wellenlängen Oberdeekt, so daß die zur Beleuchtung der SiL* untersuchenden Prob· verwendeten ultra violetten Wellenlängen durch Einstellung der Lage des Filters bezüglich des LichtbOndels 17 geändert werden kennen.

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Es ist daher ersichtlich, daß durch die Erfindung die Lumineszenz der Probe schnell und automatisch mit einer einfachen Vorrichtung untersucht werden kann, wobei diese Vorrichtung bequem zu bedienen ist, geringen Platzbedarf hat und billig herzustellen ist.Verschiedene Eigenschäften der Lumineszenz können gemessen werden, beispielsweise die Fluoreszenz durch die Wellenlänge der von der Probe abgestrahlten Lichtstrahlen und die Phosphoreszenz durch die Dauer der Färbung nach dem Abschalten der Lampe 1. Es ist möglich, daß all diese Daten in einer graphischen Darstellung aufgezeichnet werden, wodurch sich eine schnelle Analyse der gewünschten Eigenschaften der Probe ergibt und das Material der Probe selbst ermittelt werden kann.

Durch Verwendung einer pulsierenden Lichtquelle ist es möglich, eine sehr hohe Beleuchtungsintensität der Probe an den Spitzen der Beleuchtung zu erzielen. Da die Spitzen nur von kurzer Dauer sind, werden die Proben durch den hohen Beleuchtungswert nicht beeinträchtigt. Andererseits weist die Spitzenbeleuchtung eine ausreichende Intensität auf, um genaue Ergebnisse auch bei Proben zu erzielen, die nur schwach lumineszieren. Ferner ermöglicht die Verwendung eines kontinuierlichen Inter ferenzfilter· zur Untersuchung des von der geprüften Probe ausgesandten Lichts die Erzielung einer guten spektralen Auflösung der Ausgangssignale des Sekundärelektronenvervielfachers 24»

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Claims (10)

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   Patentansprüche

   ί1J Vorrichtung zur Ermittlung der Wellenlänge der von einer unter einer Anregungsstrahlung lumineszierenden Probe ausgesandten Lumineszenzstrahlung in Form eines elektrischen Ausgangssignals, gekennzeichnet durch eine Probenstation (20), welche zur Unterstützung einer Probe an einer vorbestimmten Stelle geeignet ist, eine Plasmaentladunge-Blitzlampe (1), welche bei geeigneter Erregung Blitze einer Anregungsstrahlung mit hoher Spitzenintensität über ein kontinuierliches Wellenl&ngenband in einem Lumineszenz anregenden Bereich erzeugt, wenn elektrische Energie in einem einen Teil der Erregungsanordnung bildenden Glied (2) abwechselnd gespeichert und mit hoher Folgefrequenz durch die Lampe Cl) entladen wird, Einrichtungen (6, 13) zur Bildung der Bahngrenzen eines Lichtbündels, welches bei Betrieb von der Lampe auf die zu untersuchende Probe geworfen wird, einen Wandler (24), welcher so angeordnet ist, daß er die von der Probe (94) in einer in der Bahnbegrenzung nicht eingeechlossenenRiehtüng auagetaüdt« Lu»ineex«nzstrahlung empfingt, wobei direkt von der Lcuepe (1) kennende Strahlen im wesentlichen ausgeschlossen sind und der Handler (24) ein auf die Intensität der auf denselben fallenden Luainetzenettrahlung bezogene· elektrisches Ausgangssigntl erzeugt, towie durch «ine kontinuierliche Filteranordnung mit einem Filter (33) sur kontinuierlichen Filtrierung über «inen vorbestimmten

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   Bereich, welches am Wandler (2U) vorbei bewegbar ist, wobei die Filteranordnung die Ermittlung der Wellenlänge der Lumineszenzstrahlung in Form des elektrischen Ausgangssignale des Wandlers ermöglicht, wenn die den aufeinander folgenden Wellenlängen in dem vorbestimmten Bereich entsprechenden aufeinanderfolgenden Teile des kontinuierlichen Filters (33) den Wandler (21) überstreichen.
2. 2. Vorrichtung zum Messen der Intensität einer von einer zu untersuchenden Probe ausgesandten Lumineszenz strahlung bei verschiedenen Wellenlängen, gekennzeichnet durch einen Träger (20) für eine zu untersuchende Probe, eine Plasmaentladungs-Blitzlampe (1), welche mit einer elektrischen Speiseschaltung (7) gekoppelt ist, die ein Glied (2) zur Speicherung elektrischer Energie und zur wiederholten schnellen Entladung der gespeicherten Energie zur Erzeugung von Blitzen mit hoher Spitzenintensität über ein kontinuierliches Wellenlängenband in einem erforderlichen Wellenlängenbereich enthält, Einrichtungen (6,13) zur Begrenzung eines von der Lampe zu der zu untersuchenden Probe einfallenden Lichtbündels, einen Lichtdetektor (2Ό, welcher so angeordnet ist, daß er die von der Probe ausgesandte Lumineszenzstrahlung aufnimmt und die die Probe beleuchtenden Strahlen nioht aufnimmt und ein von der Intensität der aufgenommenen Lumineszenzstrahlung abhängige· elektrisches Autgangssignal erzeugt, sowie durch ein kontinuierliches Interferenzfilter (33), welches zwischen dem Lichtdetektor

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   und der Probe angeordnet ist, mit Einrichtungen (22a, 23) zur Begrenzung der Bündelbreite der vom Filter durchgelassenen Lumineszenzstrahlung, wobei das Filter quer zum Weg der Lumineszenzstrahlung zur Änderung der von der Probe zum Detektor durchgelassenen Wellenlänge bewegbar ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe (1) ein kontinuierliches Spektrum im Bereich von wenigstens *:200 bis HOO Nanometer erzeugt.
4. M-.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe (1) mit Edelgas gefüllt ist.
6. S.
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das kontinuierliche Interferenzfilter (33) eine annähernd lineare Änderung der Wellenlängendurchlässigkeit entlang seiner Längserstreckung aufweist.
8. 8.Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Motor (26a) mit konstanter Drehzahl des Filters (33).

   7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein veränderliches mechanisches Gliederwerk (71, 72)/ wel ches eine linearisierende mechanische Funktion erzeugt und zwischen Filter und Motor eingeschaltet ist.

   I· Vorrichtung nach einer der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Ausgleichseinrichtung^ (80, 90) für Schwankungen in der Lichtabgabeinteneität der Blitzlampe.

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9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8_S dadurch gekennzeichnet₉ daß ein zweiter Lichtdetektor (80) so angeordnet ist, daß er Licht von der Lampe aufnimmt und ein von der Lichtabgabeintensität abhängiges elektrisches Signal erzeugt, wobei Einrichtungen (88, 90) zur Aufnahme der elektrischen Ausgangssignale der zwei Lichtdetektoren (24, 80) und zur Erzeugung eines dem Verhältnis der beiden Signale entsprechenden Signals vorgesehen sind.
10. 10. Vorrichtung nach einen der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtdetektor (24), welcher so angeordnet ist, daß er die von der Probe ausgesandte Lumineszenzstrahlung aufnimmt, Licht in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zur Richtung des von der Lampe zxxv Probe fallenden Lichtbündels empfangt.

    Bu/an

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    Leersejte