DE2147142B2

DE2147142B2 - Photometer für die quantitative Analyse von in einer Lösung enthaltenen Elementen

Info

Publication number: DE2147142B2
Application number: DE2147142A
Authority: DE
Inventors: Guy Ivry Sur Seine Berthelot; Jean-Jacques Chatillon Perez
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1970-09-23
Filing date: 1971-09-21
Publication date: 1974-10-10
Also published as: DE2147142C3; GB1338129A; US3819277A; DE2147142A1; FR2106754A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Photometer für die quantitative Analyse von in einer !lösung enthaltenen Elementen mit einer Strahlungsquelle für die Aussendung zweier monochromatischer Strahlungen unterschiedlicher Wellenlänge, mit je einem Strahlungsdetektor für den Empfang jeweils einer dieser beiden Strahlungen, mit einer in den beiden Strahlungen zwischen der Strahlungsquelle einerseits und dem der betreffenden Strahlung zugeordneten Strahlungsdetektor andererseits gemeinsamen Strahlenweg eingefügten Küvette für die Aufnahme der zu untersuchenden Lösung und mit einem rotierenden Modulator für die alternierende Unterbrechung des Strahlenweges für die Strahlung der einen Wellenlänge und für die Strahlung der anderen Wellenlänge.

Ein Photometer dieser Art ist in der US-PS 2 856 811 beschrieben. Bei diesem bekannten Photometer liegt die Küvette mit der zu untersuchenden Lösung unmittelbar hinter der Strahlungsquelle und wird von der ge samten von dieser abgegebenen Strahlung durchsetzt, die erst nach dem Durchqueren der Küvette in zwei Teilbündel aufgespalten wird. In den Weg jedes dieser beiden Teilbündel zu dem ihm zugeordneten Strahlungsdetektor ist zunächst ein für nur eine ganz bestimmte Wellenlänge durchlässiges Filter und sodann ein Modulator eingefügt. Dieser Modulator, der die Form einer um eine zur Strahlungsrichtung parallele Achse rotierenden Scheibe mit strahlungsdurchlässigen Sektoren aufweist, bewirkt eine alternierende Unterbrechung des Strahlenweges für die beiden Teilbundel in der Weise, daß immer nur einer der beiden Strahlungsdetektoren von der für ihn bestimmten Strahlung beaufschlagt wird.

Wegen der Einfügung der die zu untersuchende Lösung enthaltenden Küvette in den Strahlenweg unmittelbar hinter der Strahlungsquelle und vor einer Aufteilung der von dieser abgegebenen Strahlung läßt sich bei diesem bekannten Photometer eine unabhängige Beeinflussung der Strahlungsintensität für die verschiedenen am Meßvorgang beteiligten Wellenlängen erst nach dem Durchgang der Strahlung durch die Küvette vornehmen, so daß dem Verhalten dieser Meßstrahlungen innerhalb der zu untersuchenden Lösung nicht Rechnung getragen werden Svann. Außerdem führt die Beaufschlagung der zu untersuchenden Lösung mit der gesamten von der Strahlungsquelle abgegebenen Strahlung zu einer großen Energiezufuhr und einer dementsprechend starken Erwärmung für die zu untersuchende Lösung, die nicht in allen Fällen ohne weiteres hingenommen werden kann.

Mit einem in Form einer rotierenden Scheibe ausgebildeten Modulator, der alternierend den Weg einer Meßstrahlung und den Weg einer von der gleichen Strahlungsquelle stammenden Vergleichsstrahliing zu einem gemeinsamen Strahlungsdetektor unterbricht, ist auch ein vorbekanntes Betriebsphotonieter ausgerüstet. In der normalen Ausführung dieses bekannten Photometers liegt die Meßküvctte mit der zu untersuchenden Lösung in einem allein von der Meßstrahlung durchlaufenen Teil des Strahlenweges, während die Vcrgleichsstrahlung an der Meßküvette vorbeigeführt wird. F.ine gleichzeitige Bestimmung zweier Elemente in der in der Küvette enthaltenen Lösung mit Hilfe je einer dem jeweils zu bestimmenden Element zugeordneten Meßstrahlung bestimmter Wellenlänge ist also bei dieser Ausführungsform des bekannten Betriebsphotometers nicht möglich. Diese Feststellung trifft auch für eine Alternativausführung des bekannten Betriebsphotometers zu, bei der die Meßküvette im gemeinsamen Strahlenweg für die Meßstrahlung und die Vergleichsstrahlung unmittelbar vor dem Strahlungsdetektor angeordnet ist, da in diesem Falle die Vergleichsstrahlung eine Wellenlänge aufweisen muß, für

die sich keine wesentliche Beeinflussung durch die in der Küvette enthaltene Lösung ergeben darf. Die gleichzeitige Bestimmung mehrerer Elemente in der /u untersuchenden Lösung würde eine Ergänzung des bekannten Betriebsphotometers durch einen Demodula- j tor verlangen, der in seinem Betrieb mit der Modula· torscheibe über eine äußere Schaltung synchronisiert werden müßte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Photometer der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß es ohne einen gesondert zu synchronisierenden Demodulator auskommt, die zu untersuchende Lösung an einer Stelle enthält, an der diese dem Einfluß einerseits aller beiden am Meßvorgang beteiligten Strahlungen, andererseits aber nur dieser beiden Strahlungen ₎₅ allein ausgesetzt ist, und eine Einsteilung des Intensitätsverhältnisses für die beiden am Meß Vorgang beteiligten Strahlungen vor deren Durchgang durch die zu untersuchende Lösung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Küvette zwischen dem als eine um eine zur Sirahlrichtung durch die Küvette parallele Achse rotierende Scheibe mit einer geraden Anzahl von Öffnungen, von denen im Verlaufe der Scheibenrotation alternierend die einen Öffnungen jeweils über einen auf der 2* Scheibe montierten Spiegel oder die anderen öffnungen unmittelbar in den Weg der Strahlung der einen Wellenlänge bzw. in den Weg der Strahlung der anderen Wellenlänge einfügbar sind, ausgebildeten Modulator einerseits und einem als analog ausgebildete und 3c auf der gleichen Achse sitzende Scheibe mit fluchtenden Öffnungen für den Durchgang der Strahlung beider Wellenlängen ausgebildeten Demodulator andererseits in den Strahlenweg von der Strahlungsquelle zu jedem der beiden Strahlungsdetektoren eingefügt ist.

Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Photometer erfolgt die Abspaltung der beiden für den Meßvorgang verwendeten Wellenlängen aus der von der Strahlungsquelle abgegebenen Gesamtstrahlung bereits an einer vor der π untersuchenden Lösung liegenden Stelle des Strahlenweges, so daß die Energiezufuhr zu der zu untersuchenden Lösung auf das für die Messungen unbedingt notwendige Maß begrenzt werdeii kann. Außerdem werden auf diese Weise die beiden am Meßvorgang beteiligten Strahlungen bereits vor dem Durchitrahlen der z.u unteisuchenden Lösung voneinander unabhängig und lassen sich daher in ihrer Intensität auf gewünschte Werte einstellen, so daß sich beispielsweise itets die Möglichkeit ergibt, die für den Empfang dieser Strahlungen eingesetzten Strahlungsdetektoren in ihfern optimalen Bereich, also beispielsweise in ihrem Lieearitätsbereich zu betreiben. Schließlich werden durch die starre mechanische Kopplung der beiden als Modulator und als Demodulator dienenden Scheiben über ihre gemeinsame Antriebsachse auch alle Synchronisiefungsprobleme in Verbindung mit dem Antrieb von Modulator und Demodulator ohne die Notwendigkeit einer äußeren Regeleinrichtung gelöst.

Ein erfindungsgemäß ausgebildetes Photometer cig net sich zur Durchführung einer gleichzeitigen quantitativen Analyse für zwei in einer zu untersuchenden Lösung enthaltene Elemente, es gestattet aber auch eine quantitative Analyse für nur ein einziges in einer zu untersuchenden Lösung enthaltenes Element, wobei die zu untersuchende Lösung getrübt sein oder Vcrunreinigungen enthalten kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen im einzelnen gekennzeichnet.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines» bevorzugten Ausführungsbeispiels veranschaulicht; dabei zeigt

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäß ausgebildetes Photometerund

F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel für die Modulator-Demodulator-Kombination des Photometers von Fig. 1.

Das in F i g. 1 dargestellte Photometer besteht im wesentlichen aus einer Modulator-Demodulator-Kombination 2, die zwischen einer Beleuchtungseinrichtung t die zwei monochromatische Lichtbündel I und II abgibt, und einer Detektoreinrichtung 3 angeordnet ist.

Gemäß einem wichtigen Merkmal der Erfindung läßt man die beiden Lichtbündel I und FI mit unterschiedlicher Wellenlänge in die Modulator-Demodulator-Kombination 2 eintreten, die diese beiden Lichtbündel! und II alternativ eine Küvette 11 durchstrahlen läßt, die eine zu analysierende Lösung 12 enthält.

Die Modulator-Demodulaior-Kombination 2, die in F i g. 2 genauer wiedergegebc.· ist, besteht aus zwei Scheiben 13 und 14, die auf einer von einem Motor 16 angetriebenen Achse 15 montiert sind An beiden Scheiben 13 und 14 sind jeweils symmetrisch zwei Spiegel A und vier Öffnungen (zwei öffnungen Bund zwei öfiriungen C) so angeordnet, daß einerseits bei der Scheibe 13 das einfallende Lichtbündel I durch die Spiegel ,4 reflektiert und danach durch die entsprechenden öffnungen B zur Küvette ! 1 durchgelassen wird, während ähnlich das einfallende Lichtbündel Il durch die Öffnungen C zur Küvette 11 durchgelassen wird, und zwar abwechselnd mit dem Lichtbündel I und andererseits bei der Scheibe 14 die beiden Lichtbündel I und II von neuem getrennt werden, bevor sie in die Detcktoreinrichtung 3 geschickt werden.

Die Beleuchtungseinrichtung 1 weist eine Lichtquelle 4, einen Kondensor 10, zwei Filter 5 und 6, die Licht verschiedener Wellenlänge durchlassen, zv si Spiegel 7 und 8 und einen halbdurchlässigcn Spiegel 9 mit variablem Schwächungskoeffizienten auf, der um 45° gegen das von der Lichtquelle 4 emittierte Lichtbündel geneigt ist.

Das von der Lichtquelle 4 abgegebene Licht wird mittels des Spiegels 9 in die beiden Lichtbündel I und Il aufgeteilt, die im Fall der Anwendung des Photomeiers zur quantitativen Analyse eines einzigen Elements in der Lösung der Küvette 11 ein Meßbündel I und ein Bezugsbündel Il sind. Der Spiegel 9 gewährleistet außer dieser Aufteilung des Lichts auch einen genauen Ausgleich der Lichtintensität in beiden Lichtbiindeln. Um diesen Ausgleich zu erzielen, genügt es, den Spie_fccl 9 in Längsrichtung unter 45° zum einfallenden Bündel geneigt zu verschieben. Die Reflexion und die mehr oder weniger geschwächte Durchlässigkeit ei geben zusammen eine größere Anpassungsfähigkeit bei der Einstellung der Lichtintensitäten, die in Höhe der Filter 5 und b verfügbar sind. Diese können Monochroma'.oren (Prismen, Gitter) oder einfach normale Filter sein. Der Durchla'ssigkeitskoeffizient von kommerziell erhältlichen Filtern schwankt von Filter z.u Filter ziemlich (vor allem, wenn sie verschiedene Wellenlängen haben), so daß die Möglichkeit zur Einstellung der Lichtintensitäten mittels des Spiegels 9 besonders vorteilhaft ist.

Im Fall der Anwendung des Photometers zur quantitativen Analyse von zwei Elementen in der Lösung in der Küvette Il sind die Lichtbündel I und II zwei Meßbündel, von denen jedes einem dieser beiden Elemente

spricht. Die Detcktorcinrichtung 3 hat wie folgt aulrcnnt:

) Im F⁷alle einer Anwendung des Photometers zur quantitativen Analyse eines einzigen Elements in der Lösung in der Küvette ti werden die Liehtbündel I und Il hinter der Modulator-Dcmodulator-Kombinalion 2 je einem von zwei entgegengesetzt geschalteten Detektoren 17 b/.w. 17' zugeführt. Dabei ist in den Weg für das als Hczugsbiindcl dienende Lichtbiindel hinter der den Demodulator bildenden Scheibe bei einem Photometer mit optischer Kompensation ein photometrischer Keil 18 cinlugbar, der zweekmäßigerweise durch ein System gesteuert wird, das mit einem Servomechanismus versehen ist.

ι) Im Falle einer Anwendung des Photometers zur gleichzeitigen quantitativen Analyse von zwei Elementen in der Lösung in der Küvette 11 ist für jedes der beiden Lichtbündel I und Il am Ausgang der Modulator-Demodulator-Kombination 2 ein eigener Detektor 17 bzw. 17' vorgesehen, von denen jeder einem der beiden Elemente zugeordnel ist, die in der Lösung der Küvette 11 quantitativ zn analysieren sind.
Diis erfindungsgfmaß ausgebildete Photometer hai

s den Vorteil eines einfachen Aufbaus, der ohne eine Synchronregclung zwischen Modulator und Demodulator auskommt. Es gewährleistet eine genaue Koinzidenz der beiden Lichtbiindel beim Durchgang durch die Küvette. Im Fall der quantitativen Analyse eines ein/i

ίο gen Elements in der Küvette erlaubt es einen optischer Ausgleich zwischen den beiden Lichtbündcln dank ihrer räumlichen Trennung am Eingang des Modulators so daß die Detektoreinrichtung in ihrer Linearitätszonc für die beiden Wellenlängen betrieben werden kann Außerdem gestattet das erfindungsgemäß ausgebil detc Photonieter wegen der räumlichen Trennung dei beiden Lichtbiindel am Ausgang der Modulator-Demo dulator-Kombination 2 eine quantitative Analyse vor zwei Elementen in ein und derselben Lösung mit Hilft zweier voneinander unabhängiger Detektoren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Photometer für die quantitative Analyse von in einer Lösung enthaltenen Elementen mit einer s Strahlungsquelle Für die Aussendung zweier monochromatischer Strahlungen unterschiedlicher Wellenlänge, mit je einem Strahlungsdetektor für den Empfang jeweils einer dieser beiden Strahlungen, mit einer in den beiden Strahlungen zwischen der Strahlungsquelle einerseits und dem der betreffenden Strahlung zugeordneten Strahlungsdetektor andererseits gemeinsamen Strahlenweg eingefügten Küvette für die Aufnahme der zu untersuchenden Lösung und mit einem rotierenden Modulator für die alternierende Unterbrechung des Strahlenweges für die Strahlung der einen Wellenlänge und für die Strahlung der anderen Wellenlänge, d a durch gekennzeichnet, daß die Küvette (11) zwischen dem als eine um eine zur Strahlrichtung durch die Küvette parallele Achse (15) rotierende Scheibe (13) mit einer geraden Anzahl von öffnungen (B, Q, von denen im Verlaufe der Scheibenrotation alternierend die einen öffnungen (B) jeweils über einen auf der Scheibe montierten Spiegel (A) oder die anderen Öffnungen (C) unmittelbar in den Weg der Strahlung der einen Wellenlänge bzw. in den Weg der Strahlung der anderen Wellenlänge einfügbar sind, ausgebildeten Modulator einerseits und einem als analog ausgebildete und auf der glc. hen Achse sitzende Scheibe (14) mit fluchtenden Öffnungen für den Durchgang der Strahlung beider Wellenlängen abgebildeten Demodulator andererseits in den Stra'ilenweg von der Strahlungsquelle (4) /u jedem oer beiden Strahlungsdetektoren (17 und 17') eingefügt ist.

2. Photometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Strahlenweg vor dem Modulator (Scheibe 13) und/oder hinter dem Demodulator (Scheibe 14) eine Einrichtung (Spiegel 9 bzw. Keil ^o 18) für die Beeinflussung der Intensität der Strahlung mindestens einer Wellenlänge eingefügt ist.

3. Photometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtung zur Beeinflussung der ¹ Strahlungsintensität vor dem Modulator (Scheibe 13) ein halbdurchlä>siger Spiegel (9) mit variablem Schwächungskoeffizienten in seiner Lage einstellbar angeordnet ist. der die von der Strahlungsquelle (4) ausgesandte Strahlung in zwei Teilbündel (I und II) mit einstellbarer Intensität aufteilt, von denen jedes vor der Durchstrahlung der Küvette (11) ein nur für eine bestimmte Wellenlänge durchlässiges Filter (5 bzw. 6) durchläuft.

4. Photometer nach Anspruch 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtung zur Bceinflussung der Strahlungsintensität hinter dem Demodulator (Scheibe 14) im Strahlenweg für die Strahlung der einen Wellenlänge ein photometrischer Keil (18) quer dazu verschiebbar angeordnet ist.

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