DE2259782C3 - Spektrometer - Google Patents

Description

2. Spektrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Monochromatoren (12; 38) derart ausgebildet sind daß sie jeweils unterschiedliche Frequenzbänder ausblenden.

3. Spektrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Monochromatoren (12; 38) derart ausgebildet sind, daß sie jeweils das gleiche Frequenzband ausblenden.

4. Spektrometer nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Strahlungsquellen (11 ;37) unterschiedliche Emissionsspektren haben.

5. Spektrometer nach Anspruch 1. 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Strahlungsquellen (11: 37) gleiche Emissionsspektren haben.

6. Spektrometer nach einem derAnsprüche 1 bis 5. Jadurch gekennzeichnet, daß jeder Monochromator (12: 38) ein akustisch-optisches Filter umfaßt. Jas an einen mit der programmierbaren Steuer-

40 einrichtung (13) verbundenen durchstimmbaren HF-Generator (12') angeschlossen ist.

7. Spektrometer nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß das akustisch-optische Filter aus Quarz, CaMoO₄, Lithiumniobat oder Proustit besteht.

8. Spektrometer nach einem derAnsprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlenteiler (21) eine optisch wirksame Platte umfaßt, die einen Teil der beiden auftreffenden Strahlungen hindurchläßt und einen Teil der beiden Strahlungen reflektiert.

9. Spektrometer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte aus Quarz besteht.

10. Spektrometer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch Einrichtungen (41,43; 42, 44Ji zur elektronischen Modulation der Strahlung jeder Strahlungsquelle (11; 37) und durch Einrichtungen (45, 46; 47, 48) zur elektronischen Demodulation der Ausgangssignale der beiden photoelektrischen Wandler (24; 25) und Trennung der von den beiden Strahlungsquellen (11, 37) herrührenden Signalanteile.

11. Spektrometer nach Anspruch 10. dadurch gekennzeichnet, daß eine Frequenzmodulation vorgesehen ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spektrometer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Spektrometer, bei denen eine Probe chemisch oder physikalisch durch Messung der Absorption einer durch die Probe geleiteten optischen Strahlung als Funktion der Wellenlänge analysiert wird, sind in verschiedenen Bauformen bekannt. Bei einem typischen Spektrometer wird über ein Spektrum von 2000 bis 8000 Ä mit einer Auflösung von beispielsweise 1 bis 10 Ä abgetastet. Bei dem relativ einfachen Einstrahl-System wird die von einer Lichtquelle ausgehende Strahlung über eine Linse in einen Monochromator gelenkt, der beispielsweise durch ein optisches Prismensystem oder ein Beugungsgitter gebildet ist und zur Trennung des schmalen Wellenlängenbandes dient, das auf die jeweils untersuchte Probe gerichtet werden soll. Im allgemeinen wird der Monochromator mit mechanischen Mitteln, beispielsweise mit einem bewegbaren Zerleger, durch einen Schlitz über den vollen, jeweils interessierender. Spektralbereich abgetastet. Das aus der Probe austretende Licht wird mit einem optischen Detektor, beispielsweise einem Photovervielfacher gemessen und die prozentuale Lichttransmission mit einem geeigneten Aufzeichnungsgerät, beispielsweise einem X-F-Schreiber als Funktion der abgetasteten Strahlung aufgezeichnet. An Hand der so gewonnenen Aufzeichnung wird dann die Probe analysiert.

Diese Spektrometer sind in verschiedene Klassen je nach den speziellen baulichen Merkmalen eingeteilt. Beispielsweise können die Spektrometer mit optischen Prismen. Beugungsgittern, kombinierten Systemen aus Prismen und Gittern oder kombinierten Systemen aus Filiern und Gittern zur Erzeugung des schmalen Linienspektrums am Ausgang des Monochromator arbeiten. Spektrometer können ferner als Einstrahloder als Zweistrahlinstrumente ausgebildet sein, wobei die Zweistrahlinstrumente wiederum danach weiter

unterteilt werden, ob der optische Strahl in bezug auf die Intensität oder nach einem Zeitmultiplex-Schema unterteilt wird

Bei den Fmstrahlinstrumenten ist das Signal am Ausgang das Produkt der folgenden allgemeinen haktoren. die sämtlich eine Funktion der W eilenlänge sind: Die Leistungsabgabe der Lichtquelle P (/.). der Wirkungsgrad der 1 ichttransmission des Monochromator* und der zugeordneten Optik £ U). der Transniisstons-\\ tikungsgrad des Probenmaurials 7 üiund der I ichtempttndlichkeii des Detektors S U). Obwohl eigentlich mn der Transmissions-Wirkungsgrad des Probenuiateuals als Funktion der abgetasteten Strahlung gemessen werden soll, gehen also auch die anderen drei F.ikioien :n das Ausgangssignal des Systems ein. Um d«e uik'iwünschten Faktoren im Ausgangssignal /u kompensieren, hat man bei bekannten Instrumenten versucht, das System \orher zu eichen, wobei die Be-■Siemmcspeison instruiert wurde, die Eichung des Instrumentes im verwendeten SpektralVreich bei der An.ih su-i !!!)>! des Ausg.mgssjgnais zu berücksichtigen.

I m die l'ichung und ihre Berücksichtigung durch die Bedienungsperson /u erübrigen, werden Zweistrahlinstiuineme mn zvsei getrennten Strahlengangen Tür die optische Strahlung angewendet. In dem einen Stiahlengang ist das /u analysierende Probenmaterial, in dem anderen Strahlengang ein Referen/material angeordnet Die Ausgangssignale der entsprechenden /wei Detektoren werden in der Art verglichen, daß das endgültige Ausgangssignal dem Verhältnis T_P T_R der im Probenstr.ihlengang gemessenen Lichttn-nsmission Tp /u der im Referenzstrahlengang gemessenen Lichttransmission 7~_R gleicht.

Bei einer Bauform eines Zweistrahl-Instrumentes wird die Strahlung \om Monochromator durch einen Strahlenteiler geleitel, »o die Aufteilung der Strahlung auf /we; getrennte Strahlengange erfolgt. Der eine Strahl wird durch das Referenzmatenal und der andere Strahl durch das untersuchte Probenmaterial geleitet Die durch das Referenzmatenal hindurchgetretene Strahlung gelangt zu einem ersten optischen Detektor und die durch die Probe hindurchgetretene Strahlung zu einem /weiten optischen Detektor. Die Ausgangssignale der beiden optischen Detektoren werden einer elektronischen Tellerschaltung zugeleitet, die ein Ausgangsstgnal proportional dem Verhältnis T_P T_R als Funktion von U) erzeugt. Durch die Quotientenbildung heben <>ich die verschiedenen unerwünschten, wellenlängenabhängigen Faktoren mit Ausnahme eventueller Unterschiede der Empfindlichkeit der beiden optischen Detektoren gegenseitig auf. Ein Zweistrahl-Instrument in dieser Bauform hat den Vorteil, daß im Strahlungsweg vom Monochromator zu den beiden optischen Detektoren keine beweglichen Teile angeordnet sind. Jedoch sind diese Instrumente gegenüber einer ungleichmäßigen Aufteilung der Strahlung im Strahlenteiler und gegenüber unterschiedlichen Empfindlichkeiten der Photovervielfacher empfindlich. Beispielsweise kann in dem einen Lichtstrahl der Rotanteil 60° 0 und der Blauanteil 40° 0 betragen. während die Verhältnisse bei dem anderen Lichtstrahl gerade umgekehrt sind. Außerdem ist es notwendig. daß die optischen Detektoren sehr genau aneinander angepaßt sind. Schließlich leidet dieses System noch unter dem Nachteil, daß der durch die Probe geleitete Strahl nur die Hälfte der gesamten, ν on der Quelle abgegebenen Strahlung darstellt.

Um die Schwierigkeiten, die damit zusammenhän

gen, daß nur die Hälfte der Strahlung durch die Probe geleitet wird und daß genau aneinander angepaßte Detektoren erforderlich sind, zu vermeiden, wird ein Zweistrahl-Instrunjeni in einer anderen Bauform verwendet, bei welcher die optische Strahlung nach einem 7.eit/nultiplexsehema aufgeteilt wird. Dabei gelangt die Strahlung während eines Teils eines Zeitintervalls durch das Referenzmaierial und während eines anderen Teils des Zeitintervalls durch das Probenmaterial. DK-Strahlung vom Monochromator wird mittels eines Umschalters in Form eines rotierenden Spiegels aul die beiden Strahlengänge aufgeteilt. Die durch das Referenzmaterial und durch die Probe hindurchgetretene Strahlung gelangt auf einen zweiten rotierenden Spiegel, welcher mit dem ersten Spiegel synchronisiert ist und die beiden auftreffenden Strahlen zu einem einzigen optischen Detektor leitet. Das Ausgangssignal dieses Detektors wird zu einer geeigneten elektronischen Schaltung gegeben, mittels welcher das Verhältnis Tf T_K berechnet wird. Spektrometer in dieser Bauform sind relativ kompliziert, da in beiden Sirahlengangen bewegliche Teile angeordnet sind. Außerdem arbeiten die Instrumente auf Grund der mechanischen Umschaltung relativ langsam. Schließlich müssen außerdem die Spiegel sehr sorgfältig aufeinander abgestimmt sein, damit das Reflexionsvermögen im gesamten abgetasteten Wellenlangenbereieh bei beiden Spiegeln gleich ist.

Bei einem bekannten Spektrometer (Rev. Sei. ln^tr. 41 [1970]. S. 111 bis 115) ist ein beweglicher Spiegel vorgesehen, der abwechselnd Licht zweier verschiedener Wellenlangen zu einer Probe leitet. Außerdem ist ein Strahlenteiler vorgesehen, der jedoch nur dazu dient, einen relativ kleinen Anteil des Lichtstrahls vor der Probe abzuspalten und für eine Rauschkompen- !,ation zur Verfügung zu stellen. Ein Referenzstrahlengang ist nicht vorhanden.

Schließlich ist es bei Spektrometern noch bekannt, das Spektrum erst ohne und dann mit Probe zu durchfahren, wobei das beim Messen ohne Probe erhaltene Signal in einem Speicher gespeichert und beim Messen mit Proben mit dem dann erhaltenen Signal verglichen wird (K ο r ; ü m. »Kolorimetrie. Photometric Spektrometrie«. Springer-Verlag. Berlin. 1962. S. 306 und 307).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Spektrometer der eingangs genannten Gattung so weiterzubilden, daß es ohne bewegliche Teile auskommt, extrem schnell arbeitet und daß keine Eichung und ententsprechende Berechnung durch die Bedienungsperson nach jeder Probeanalyse notwendig ist. wobei die spektrale Bandbreite, die Lichtintensität und oder das Anwendungsgebiet in konstruktiv einfacher Weise vergrößert werden können. Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Spektrometer gelost.

Die von jedem Monochromator abgegebene Strahlung wird mittels eines Strahlenteilers in zwei getrennte Strahlen aufgeteilt. Der eine Strahl wird durch ein Referenzmaterial und der andere Strahl durch das zu untersuchende Probenmaterial geleitet. Ein optischer Detektor am Ende des Referenz-Strahlengangs gibt <e\n Ausgaiüssianal an den einen Eingang einer leilerschaltung ab. welche an einem weiteren F.mgang das Ausgangssignal vom optischen Detektor im Proben-Strahlengang erhält. Das Ausgangssignal der Teilerschaltung ist mit dem Verhältnis der gemessenen Strahiungstransmission in den beiden Strahlengängen

korrclicrt. Bei einem ersten Durchgang wird das Referenz- und Probenmaterial fortgelassen und das Transmissions-Verhältnis für die beiden S:^Tahlengänge als Funktion der Spektralabtastung im Speicher aufgezeichnet. Bei einer folgenden Abtastung sind sowohl das Referenz- als auch das Probematerial im jeweiligen Strahlengang angeordnet: die Ausgangssignale der beiden strahlungsempfindlichen Detektoren gelangen zu einer Teilerschaltung, deren Ausgangssignal mit dem Verhältnis der in den beiden Strahlengängen gemessenen Strahlung korreliert ist. Das Ausgangssignal dieser Teilerschaltung wird dann in einer zweiten Teilerschaltung mit dem Ausgangssignal des Speichers bei jeweils einander entsprechenden Wellenlängen verglichen, so daß sich ein Ausgangssignal ergibt, das mit dem Verhältnis der beiden Verhältnisse korreliert ist.

In bestimmten Fällen können die Strahlen der beiden Strahlungsquellen die gleiche Wellenlänge haben: für andere Anwendungsfälle kann mit unterschiedlichen Wellenlängen gearbeitet werden.

Als Monochromator wird vorzugsweise ein akustisch-optisches Filter verwendet, das elektronisch über den gewünschten Spektralbereich durchgestimmt wird und mit dessen Durchstimmung der Speicher synchronisiert ist.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 das Blockdiagramm eines Zweistrahl-Spcktrometers.

F i g. 2 das Blockschaltbild der Spannungsversorgung für die beiden strahlungsempfindlichen Detektoren im Spektrometer nach F i g. 1 und

F i g. 3 das Blockdiagramm eines anderen Zweistrahl-Spektrometers für zwei getrennte, gleichzeitige Analysen.

Das in F i g. 1 dargestellte Spektrometer umfaßt eine Strahlungsquelle 11 mit einem breiten Emissionsspektrum und einen Monochromator 12 zur Auswahl eines schmalen Wellenlängenausschnittes I /. von beispielsweise 1 bis 10 Ä. Dem Monochromator 12 ist eine programmierte Steuereinrichtung 13 zugeordnet, mittels welcher der schmalbandige Monochromator-Ausgang über den gewünschten Spektralbereich von beispielsweise 2000 bis 8000 Ä oder von 2.5 bis 15 um verstellt wird.

Der Monochromator 12 ist im vorliegenden Beispiel durch ein akustirxh-optisches Filter gebildet, welches durch seinen Spektralbereich elektronisch durchstimmbar ist. Die Frequenz der aus dem Filter austretenden optischen Strahlung wird dadurch über ein relativ breites Frequenzband von beispielsweise 2000 bis 4000 Ä im Falle eines Quarzfilters und von 4000 bis 8000 Ä im Falle eines CaMoO₄-Kristalls verstellt, daß die Frequenz einer kolinear mit der optischen Welle im Kristall ausgerichteten akustischen Welle verändert wird. Die akustische Welle wird mittels eines Wandlers durchgestimmt, der am Kristall angebracht ist und aus einem abstimmbaren HF-Generator 12' gespeist wird. Derartige abstimmbare akustisch-optische Filter sind in einem Aufsatz »Acoustooptic Tunable Filter« im Journal of the Optical Society of America, Bd. 59, Nr. 6, Juni 1969, S. 744 bis 747. und in einem Aufsatz »Electronically Tunable Acousto-Optic Filter« in Applied Physics Letters, Bd. 15. Nr. 10. November 15. 1969. S. 325 und 326 beschrieben.

Die Verwendung eines akustisch-optischen Filters ist in verschiedener Hinsicht vorteilhaft. Da das Filter elektrisch einstellbar ist. besitzt das System wahlfreien Zugriff: es können aus dem breiten Spcktralbereich leicht spezielle Ausschnitte ausgewählt werden, ferner ist das Umschalten von einem diskreten Frequenzbereich zu einem anderen elektronisch ohne weiteres

ίο möglich.

Bei den bisher verwendeten Monochromatoren wird das gesamte Licht einschließlich der unerwünschten Streustrahlung umgeschaltet. Entsprechend wird das unerwünschte Licht auch durch den Detektor er-S faßt, da es die korrekte, jeweils eingeschaltete Frequenz besitzt, und ein entsprechendes Fehlersignal erzeugt. Da bei einem akustisch-optischen Filter nur die gewünschten Wellenlängen des vom Filter ausgehenden Lichtes umgeschaltet werden, können unerwünschte Lichtwellenlängen leicht mittels elektronischer Maßnahmen eliminiert werden.

Die meisten Monochromatoren besitzen einen langen Strahlenweg, was zu Fehlern auf Grund atmosphärischer Absorption führt. Ein akustisch-optisches Filter hat einen relativ kurzen Strahlenweg. Außerdem werden keine optischen Beläge oder überzüge, z. B.

Aluminiumreflektoren, verwendet, welche altern und dadurch Fehler in das System einführen können.

Wie in F i g. 1 gezeigt, gibt die Strahlungsquelle 11 ihre breitbandige Strahlung über ein nach Bedarf vorgesehenes Linsensystem 1Γ an den Monochromator 12 ab. Dieser wird durch Abstimmung eines durch die programmierte Steuereinrichtung 13 gesteuerten HF-Generators 12' über einen Betriebs-Wellenlängenbereich abgetastet bzw. verstellt.

Die aus dem Filter 12 heraustretende Strahlung wird mittels eines Strahlenteilers 21 in zwei getrennte Strahlen aufgeteilt.

Der Strahlenteiler 21 ist beispielsweise durch eine

Schmelzquarzplatte ohne überzug gebildet. Der eine Strahlengang 22 verläuft durch eine Zone für das Referenzmaterial und der andere Strahlengang 23 durch eine Zone für das Probenmaterial. Eine gleichmäßige Aufteilung der Strahlung wird vorgezogen, ist

jedoch nicht notwendig.

Der Referenz-Strahlengang 22 endet an einem geeigneten optischen Detektor 24, z. B. einem Photovervielfacher. Der Proben-Strahlengang endet an einem gleichen optischen Detektor 25. Die Ausgänge der

beiden Detektoren sind mit einer Teilerschaltung 26 verbunden, die ein Ausgangssignal erzeugt, welches dem Verhältnis der im Proben-Strahlengang gemessenen Strahlung zur im Referenz-Strahlengang gemessenen Strahlung entspricht.

Der Ausgang der Teilerschaltung 26 ist über die eine Stellung eines Schalters 27 mit einem Speicher 28 verbunden, beispielsweise einem Digitalspeicher, und über die zweite Stellung des Schalters mit einer weiteren Teilerschaltung 29. Der zweite Eingang der Teiler-

schaltung 29 steht mit dem Ausgang des Speichers 28 in Verbindung. Der Ausgang der Teilerschaltung 29 ist über einen Schalter 31 wahlweise mit einem weiteren Speicher 32 oder einem Aufzeichnungs- und Wiedergabegerät 33 verbunden.

1 m Betrieb wird eine erste Abtastung ohne Referenzmaterial 34 und ohne Probenmaterial 35 im Strahlengang 22 bzw. 23 ausgeführt, wobei der Schalter 27 so eingestellt ist, daß der Ausgang der Teilerschaltung 26

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mit dem Speicher 28 verbunden ist. Dieser Eich-Durchgang kann beispielsweise als erstes am Morgen ausgeführt werden oder aber auch mehrmals am Tage, wenn die Bedienungsperson eine Neueichung für notwendig hält.

Das Ausgangssignal der Teilerschaltung 26 entspricht dem Verhältnis der gemessenen optischen Strahlungstransmission im Proben-Strahlengang /u derjenigen im Referenz-Strahlengang. Dieses Verhältnis liegt nahe bei 1 und ändert sich über den spektralen Arbeitsbereich des Systems. Es ist eine Funktion der Reflektivität und der Transmission der Quar/platle und der Quanten-Wirkungsgrade der beiden Photovervielfaeher. Wenn der Strahlenteiler die Strahlung bei jeder Wellenlänge zu genau gleichen Teilen auf die beiden Strahlengänge aufteilen und wenn beide Photovervielfachcr bei jeder Wellenlänge die gleiche Hmpfindlichkeit haben wurden, wäre das im Speicher gespeicherte Verhältnis bei jeder Wellenlänge genau 1. Dieses Verhältnis lautet

K₁ =

Λ (2:

".Ol

wobei / die Lichtintensität vom Filter. ,;, die 'Iransmission der Platte 21. «i die Retiektiviiät der Platte 21 und Q₁ undQ_; die Quanten-Wirkungsgrade der beiden Photodetekloren 24 bzw. 25 bedeuten. Die Strahlungsintensität / (/.. /I kürzt sich in dem Ausdruck weg. Alkfolgenden Meßdurchgänge werden mit einem Refcrenzmatciial im Referenz-Strahlengang und einem ProbenmattHal im Proben-Strahlengang durchgeführt. Dabei wird der Schalter 27 so eingestellt, daß der Ausgang der Teilerschallung 26 mit der zweiten Teilerschaltung 29 verbunden ist. Das Ausgangssignal der Teilerschaltung 26 entspricht einem neuen Verhältnis R₂. das zusätzliche Information bezüglich der Transmission T_R bzw. T_P der beiden Materialien enthält. Dieses neue Verhältnis lautet

_{R =} Iw. I)₁^Q₁ ' ^z HUhQ

,-', Q₂ T₁.

Während der Abtastung, während welcher der Ausgang der Teilerschaltung 26 mit der Teilerschaltung 29 verbunden ist. wird der Speicher 28 synchron mit der Abtastung derart angesteuert, daß das gespeicherte Verhältnis an die Teilerschaltung 29 abgegeben wird. Diese bildet aus den beiden Verhältnissen R_x und R₂ an ihren Eingängen ein neues Verhältnis R₃ am Ausgang. Dieses lautet

R₃ —

"lO,

Ersichtlich fallen alle Faktoren ausgenommen T_P und T n heraus. Das resultierende Verhältnis bildet eine sehr genaue Messung der jeweils zu analysierenden Probe.

Dieses Verhältnis kann in dem zweiten Speicher 32 gespeichert oder mittels des Gerätes 33, das beispielsweise ein X-Y-Schreiber ist, auch sichtbar aufgezeichnet werden. Wenn das im Speicher 28 gespeicherte Verhältnis nur einmal verwendet werden muß. kann der Speicher 28 an Stelle des Speichers 32 verwendet werden, indem das neue Verhältnis gespeichert und gleichzeitig das bisherige Verhältnis aus dem Speicher 28 entfernt wird.

Vorzugsweise wird ein festes Verhältnis der Empfindlichkeit der beiden optischen Detektoren eingehalten, da relative Änderungen der F.mpfindlichkeit Fehler im Ausgangssignal des Systems erzeugen.

ίο Außerdem werden die Detektoren am besten im linearen Abschnitt ihrer Kennlinie betrieben. Um das feste Verhältnis der Empfindlichkeit möglichst genau aufrechtzuerhalten, werden die beiden Detektoren 24 und 25 aus dem gleichen Netzgerät 36 gespeist. Vor-

is zugsweise werden dabei für die beiden Detektoren die gleichen Spannungsteiler-Widerstände zur Erzeugung der Elektrodenspannungen gemäß F i g. 2 verwendet.

Um den Bereich des Systems zu erweitern, weist es

eine zweite optische Strahlungsquelle 37, ein Linsensystem 37' und einen zweiten Monochromator in Form eines akustisch-optischen Filters 38 auf. Wenn das Filter 12 ein Quarzfilter in Verbindung mit einer Deuterium- oder UV-Quelle 11 im Spcktralbereich von 2000 bis 4000 A ist, kann der weitere Bereich von 4000 bis 8000 A mittels eines zweiten Filters 38 aus einem CaMoO₄-K.ristal! in Verbindung mit einer Wolfram-Quelle 37 für sichtbares Licht abgedeckt werden. Die programmierte Steuereinrichtung betätigt dann zuerst die Quelle H und das Filter 12 zur Abtastung des kurzwelligen Spcktralbcreiches und schaltet dann zur Betätigung der Quelle 37 und des Filters 38 2ur anschließenden Abtastung des langwelligen Sptktralbereiches um. Das System kann auch so betrieben werden, daß beide Quellen 11 und 37 gleichzeitig angeschaltet sind.

Das System nach F i g. 1 kann auch in anderer Weise derart betrieben werden, daß zwei gleiche Monochromatoren 12 und 38 verwendet und beide im gesamten, durch die Strahlungsquellen 11 und 37 vorge-

λο gebenen Spektralbereich betrieben werden. Bei dieser Betriebsweise arbeiten beide Monochromatoren gleichzeitig, und beide Strahlungsquellen tragen gleichzeitig zur Signalstärke bei, obwohl der Welleniängenbereich maximaler Lichtabgabe bei den beiden Lampen unterschiedlich ist.

Wenn die beiden Materialien mit Licht größerer Intensität durchstrahlt werden sollen, können die beiden Strahlungsquellen 11 und 37 und die beiden Monochromatoren 12 und 38 gleich ausgebildet sein und gleichzeitig eingeschaltet bzw. abgetastet werden. wodurch die Lichtintensität im System im wesentlichen verdoppelt wird.

Bei der Ausbildungsform nach F i g. 3 haben die beiden getrennten Lichtstrahlen zwei getrennte WeI-

lenlängen von beispielsweise 3700 und 4000 Ä, so daß die Probe mit diesen beiden getrennten Wellenlängen gleichzeitig analysiert werden kann.

Das eine akustisch-optische Filter 12 wird an einem HF-Generator 41 mit einer HF-Frequenz «ujvon ζ. Β

100 MHz entsprechend 3700 Ä und das andere Filtei 38 an einem HF-Generatur 42 mit einer HF-Frequenz Oj₂ von z. B. 90 MHz entsprechend 4000 Ä betrieben. Die Frequenz W₁ wird mittels eines Modulators 43 mit der Frequenz ω₃ von z. B. 1 kHz modu liert Die Frequenz n>₂ wird mittels eines Modulators 4< ir t einer Frequenz Oj₄. von z. B. 1,7 kHz moduliert.

Die beiden modulierten Frequenzen bzw. Wellen· Ii igen gelangen durch das Referenzmaterial 34 unc

609641/21;

die Probe 35 zu den zugeordneten optis;hen Detektoren 24 bzw. 25. An den Ausging des Detektors 24 sind zwei elektronische Filter 45 und 46 mit einer Mittenfrequenz f<₃ bzw. ι·<₄ angeschlossen. Zwei weitere gleiche elektronische Filter 47 und 48 sind an den Ausgang des Detektors 25 angeschlossen. Die Ausgange der beiden <-»₃-Filter 45 und 47 sind mit einer Teilerschaltung 26 verbunden und lassen das der 3700 Α-Komponente entsprechende Signal zu der Teilerschaltung und der zugeordneten Meßschaltung 27 bis 33 gelangen. Die Ausgänge der beiden <>₄-Filter 46 und 48 sind mit einer weiteren Teilerschaltung 26' verbunden und lassen das der 4000 A-Komponente entsprechende Signal zu dieser Teilerschall ung und der zugeordneten Meßschaltung 27' bis 33' gelangen.

Beide Monochromatoren können auf ihre jeweilige Wellenlänge für die beiden getrennten Messungen fest eingestellt sein. Beide können aber auch mittels der Steuereinrichtung 13 in der oben erläuterten Weise abgetastet werden. Schließlich kann auch nur einer der Monochromatoren abgetastet und der andere auf eine Frequenz fest eingestellt werden.

Obwohl für die akustisch-optischen Filter Quarzoder CaMoO₄-Kristallc angegeben worden sind, können natürlich auch andere Kristalle wie Lithiumniobat und Proustit verwendet wurden. Das dem Spektrometer zugrunde liegende Prinzip kann in einem weiten optischen Wellenlängenbereich einschließlich des Infrarotbereiches, des Bereiches des sichtbaren Lichtes und des Ultraviolettbereiches zwischen 1000 Λ und 1000 am angewendet werden. Als Strahlungsquellen und als optische Detektoren kommen verschiedene Bauformen einschließlich Halbleiterbauelementen in Betracht. Die Systeme bzw. Instrumente können modular aufgebaut sein, so daß Strahlungsquellen und oder Detektoren zur Einstellung des Instrumentes auf verschiedene Frequenzbereiche ausgetauscht werden können. Beispielsweise kann ein Ultraviolett-Instrument mit Zusatzeinheiten für das Arbeiten im sichtbaren Bereich und im Infrarotbereich vorgesehen sein.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Spektrometer mit einer optischen Sirahlungsqucllenanordnung mit Monochromatoreinrichtungen, mit einer photoelektrischen Empfangseinrichtung und mit einer daran angeschlossenen Auswerteschaltung, die einen Speicher zur Speicherung eines in einem ersten Durchlauf des untersuchten Spektralbereichs in Abwesenheit der Meßprobe gewonnenen Vergleichssignals sowie Normiereinrichtungen zur Erzeugung eines Meß->ignals aus dem in einem anschließenden Durchlauf erhaltenen Absorptionssignal einer Meßprobe und dem gespeicherten Vergleichssignal enthalt, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die optische Strahlungsquellenanordnung zwei getrennte Strahlunesquellen (Il bzw. 37) umfaßt.

b) die Monochromatoreinriciitungen aus 7v,vi getrennten, jeweils von einer der Strahlungsquellen (11 bzw. 37) beaufschlagten Monochromatoren (12 bzw. 38) bestehen,

c) ein Strahlenteiler (21) zur Aufteilung der von den Monochromatoren (12 bzw. 38) ausgehen- ' den Strahlungen auf jeweils einen gemeinsamen Vergleichsstrahlengang (22) und einen gemeinsamen Meßstrahlengang (23) vorgesehen ist,

d) die photoelektrische Empfangseinrichtung ^⁰ einen im Vergleichsstrahlengang (22) and einen im Meßstrahlengang (23) anjeordneten photoelektrischen Wandler (24 bzw. 25) aufweist.

e) die Normiereinrichtungen eine erste, mit den beiden photoelektrischen Wandlern (24 bzw. 25) verbundene Teilerschaltung (26). eine zweite Teilerschaltung (29) sowie eine Schalteinrichtung (27) zur v-ahlweisen Verbindung der ersten Teilerschaltung (26) mit Jer zweiten Teilerschaltung (29) oder mit dem ausgangsseitig an die zweite Teilerschaltung (29) angeschlossenen Speicher (28) enthalten und

f) eine programmierbare Steuereinrichtung (13) zur Ein- und Ausschaltung der Strahlungsquellen (11 bzw. 37), zur Duichstimmung der Monochromatoren (12 bzw. 38) und zur Betätigung der Schalteinrichtung (27) vorgesehen ist.