DE2229541A1

DE2229541A1 - Spektrometer

Info

Publication number: DE2229541A1
Application number: DE2229541A
Authority: DE
Inventors: Axel Bernhard Prof Johansson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-06-18
Filing date: 1972-06-16
Publication date: 1973-01-04
Also published as: US3791737A; FR2142059B3; FR2142059A1

Description

Patentanwalt Dipl.-Phys. Gerhard Liedl 8 München 22 Steinsdorfstr. 21-22 Tel. 29 84 62

A 5630

Axel B JOHANSSON, Klensmedsvägen 40, 126 37 HAGERSTEN, Schweden

Spektrometer

Die Erfindung betrifft ein Spektrometer, bei dem eine gewünschte Anzahl Spektrallinien an einemgemeinsamen festen Auslaßschlitz gebündelt wird.

Bei Beugungsgitter-Spektrometer η wird üblicherweise lediglich ein Beu-. gungsgitter verwendet. Bei diesen Geräten wird das Lichtspektrum auf einem Film oder einem ähnlichen Aufzeichnungsmittel aufgezeichnet, das eine der gewünschten Auf lösung des Spektrums entsprechend auf ge-

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zeichnete Länge aufweist; dies bedeutet, daß das Aufzeichnungsmittel, wenn eine hohe Auflösung gefordert ist, aus einem Streifen besteht, der sehr lang ist und nur äußerst unpraktisch gehandhabt werden kann. Um die Längung des Aufzeichnungsmittels zu verringern, wurde schon vorgeschlagen (US-Patentschrift 3 523 734), zwei Gruppen von Gittern zu verwenden, die verschiedene Gitterkonstanten d. h. unterschiedlich viele Nuten pro Längeneinheit aufweisen, so daß zwei verschiedene Teile des Gesamtspektrums an jeweils einem der Auslaßschlitze des Instrumentes gebündelt werden können, wobei die verschiedenen Teile mittels geeigneter Öffnungen entweder am Schlitz oder am Gitter getrennt werden. Die beiden Gruppen der Gitter sind auf einer sphärischen Oberfläche verteilt, und zwar in einer Reihe, die sich senkrecht zu den Nuten der Gitter erstreckt. Wen n "in eine größere Anzahl verschiedener Gitter verwendet werden soll, um eine entsprechende Verringerung der Länge des Aufzeichnungsmittels zu erhalten, so bedingt diese bekannte Ausbildung, daß die Gitter notwendigerweise einen großen räumlichen Winkel bedecken. Dies beruht auf dem Umstand, daß die Anzahl der Nuten innerhalb jedes Gitters nicht beliebig verringert werden kann, da die Auflösung, d. h. das Verhältnis aus Wellenlänge λ zu dem kleinsten trennbaren Wellenlängenintervall d \, nämlich \ /d λ gleich ist dem Ausdruck k * N, wobei k die Beugungszahl und N die Gesamtanzahl der Nuten ist. Es ist jedoch schwierig, eine gleichmäßige Lichtverteilung über einen großen räumlichen Winkel zu erhalten. Aus diesem Grund erfordert auch eine Vermehrung der Gitter, die gemäß der vorbekannten Vorrichtung angeordnet sind, ein teures und kompliziertes optisches System.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und ein Spektrometer zu schaffen, bei dem Spektrallinien innerhalb eines großen Wellenlängeribereiches und mit einer hohen Auf-

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lösung an einem festen Auslaßschlitz gebündelt werden können, wobei das Instrument für die flammenfotometrisc he Bestimmung von Substanzen geeignet ist.

Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäß geschaffene Spektrometer gelöst, das gekennzeichnet'clurch eine Gittereinheit aus mehreren selbständigen Gittern, die übereinander in einer parallel zu den Nuten sich erstreckenden Richtung angeordnet sind, durch einen Einlaßschlitz, durch eine Einrichtung zum Lenken des Lichtes vom Einlaßschlitz zur Gittereinheit, durch einen festen Auslaßschlitz und durch eine Einrichtung, mittels der das von der Gittereinheit gebrochene Licht auf den Auslaßschlitz bündelbar ist, wobei die Gitterkonstanten der verschiedenen Gitter derart gewählt sind, daß sie vorbestimmte Wellenlängeribereiche am Auslaßschlitz bündeln.

Vorteilhafterweise besteht die Gittereinheit aus einem ebenen einstückigen Träger, der mit den einzelnen Gittern versehen ist. Mittels der erfindungsgemäßen optischen Einheit ist es möglich, alle Teilspektren an einem gemeinsamen Punkt am Auslaßschlitz zu bündeln.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der Zeichnung. Diese zeigt in:

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform eines im Spektrometer gemäß der Erfindung zu verwendenden Gitters und

Fig. 2 schematisch den Lichtweg in einem Spektrometer, bei dem das Gitter gemäß Fig. 1 zur Anwendung gelangt.

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Beim Spektrometer gemäß der Erfindung wird das Licht von einzelnen Gittern mit unterschiedlichen Gitterkonstanten, d. h. unterschiedlich großen Anzahl von Nuten pro mm gebeugt, wobei die Gitter übereinander angeordnet sind, d. h. in einer Richtung parallel zu den Nuten. Die Gitterkonstanten der verschiedenen Gitter sind so gewählt, daß die Spektrallinien von vorbestimmten Wellenlängen an einem gemeinsamen festen Auslaßschlitz gebündelt werden, und zwar unter Verwendung einer gemeinsamen optischen Einheit zwischen den Gittern und dem Auslaßschlitz.

Bei der aus Fig. 1 ersichtlichen Gittereinheit sind drei verschiedene Gitter 2, 3 und 4 auf einem einstückigen Träger 1 angeordnet, wob ei die verschiedenen Gitter jeweils parallel zueinander liegen. Dies bedingt, daß sich drei vollständige parallele Spektren ergeben, wenn die Gitter weißem Licht ausgesetzt werden. Diese Spektren werden dann wegen der unterschiedlichen Gitterkonstanten seitlich versetzt, was bedeutet, daß verschiedene Teile des Gesamtspektrums an einem gemeinsamen Auslaßschlitz gebündelt werden können.

Bei dem in Fig. 2 schematisch dargestellten Spektrometer gemäß der Erfindung ist die Ausbildung der unterschiedDlichen Teile an sich bekannt. Hierbei fällt Licht von einem Einlaßschlitz A zu einem sphärischen Spiegel B. Dieser Spiegel B ist so angeordnet, daß er ein paralleles Lichtbündel zu einem Gitter C reflektiert. Das auf das Gitter C auftreffende Licht wird in Spektralkomponenten gebrochen, die mittels eines Spiegels D zu einem Auslaßschlitz E hin gebündelt werden. Wenn das Gitter C in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise ausgebildet ist, d. h. wenn das Gitter C aus einzelnen Gittern mit unterschiedlichen Gitterkonstanten besteht, bündelt der Spiegel D eine Anzahl von Spektren am Auslaßschlitz E. In Abhängigkeit von der Form bzw. Ausbildung des Spiegels D werden hierbei die unterschiedlichen Spektren entweder auf der gleichen oder auf

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unterschiedlichen senkrechten Höhen gebündelt.

Wenn verschiedene Spektren auf unterschiedlichen Höhen gebündelt werden, kann ein vollständiges Spektrum, das einen sehr großen Wellenlängenbereich überdeckt, aufgezeichnet werden, und zwar in Form von Teilspektren, die übereinander angeordnet sind. Aus diesem Grund kann beispielsweise ein Eisenspektrum, das in zehn Teilspektren aufgeteilt ist, auf einem Film mit den Abmessungen 24 χ 35 mm aufgezeichnet werden und zwar mit der gleichen Auflösung, als wenn das Spektrum auf einem 350 mm langen Film aufgezeichnet worden wäre, der jedoch nur auf äußerst unpraktische Art und Weise hätte gehandhabt werden können.

Es ergeben sich andere Vorteile, wenn statt dessen verschiedene Spektren auf der gleichen Höhe gebündelt werden. Mittels Auswahl geeigneter Gitterkonstanten der Gitter ist es beispielsweise bei der flammenfotometrischen Analyse möglich, die charakteristischen Wellenlängen einer Anzahl verschiedener Substanzen an einem gemeinsamen Detektor, beispielsweise einem am Auslaßschlitz angeordneten Lichtverstärker, zu bündeln. Die verschiedenen Spektrallinien können hierbei durch aufeinanderfolgendes Abschirmen aller Gitter mit Ausnahme eines Gitters getrennt werden. Es ist außerdem möglich, die Spektrallinien durch Verwendung geeigneter Filter am Auslaßschlitz zu trennen.

Die Erfindung kann selbstverständlich auf verschiedene Art und Weise abgewandelt werden. So müssen die Gitter nicht notwendigerweise, wie aus Fig. 1 ersichtlich, parallel übereinander in derselben Ebene angeordnet sein, sondern können auch auf einer gekrümmten Fläche übereinander angeordnet sein, wobei dann die Gitter selbstbündelnd ausgebildet sind und der Spiegel D entfernt ist. Weiterhin kann die Gittereinheit

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aus Durchlaßgittern anstelle von Ref lektionsgittern bestehen.

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Claims

Patentansprüche

1. Spektrometer, bei dem eine gewünschte Anzahl von Teilspektren

an einem einzigen festen Auslaßschlitz gebündelt werden kann, gekennzeichnet durch eine Gittereinheit (C) aus mehreren einzelnen Gittern (2, 3, 4), die übereinander meiner parallel zu den Nuten der Gitter sich erstreckenden Richtung angeordnet sind, durch einen Einlaßschlitz (A), durch eine Einrichtung (B) zum Lenken des Lichtes vom Einlaßschlitz zur Gittereinheit, durch einen festen Auslaßschlitz (E) und durch eine Einrichtung (D), mittels der das von der Gittereinheit gebrochene Licht auf den Auslaßschlitz bündelbar ist, wobei die Gitterkonstanten der verschiedenen Gitter derart gewählt sind, daß sie vorbestimmte Wellenlängeribereiche am Auslaßschlitz bündeln,

2. Spektrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gittereinheit (C) aus einem ebenen einstückigen Träger (1) besteht, der mit den einzelnen Gittern (2, 3, 4) versehen ist.

3. Spektrometer nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine optische Einheit (B, C, D), mittels der alle Teilspektren an einem gemeinsamen Punkt am Auslaßschlitz (E) bündelbar sind.

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