DE2332635A1

DE2332635A1 - Analysis of trace elements in crystalline materials - using a non-destructive spectrographic system

Info

Publication number: DE2332635A1
Application number: DE19732332635
Authority: DE
Inventors: Anton Alfred Ferdinan Lagerwey
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-06-27
Filing date: 1973-06-27
Publication date: 1975-05-28
Also published as: CH583900A5

Abstract

A now destructive method for the analysis of crystals for the presence of trace elements (lanthanides and heavy metals especially) uses a beam of light having a continuous wavelength spectrum of 380-2000 nm (pref. 300-1200 nm) to produce an absorption and a luminescence spectrum in succession. A crystalline substance having a similar lattice and containing known amounts of the elements sought is used for comparison. Opaque and ground or granulated materials are analysed by an absorption spectrum produced by reflected light. Luminescence is produced by excitation with a light beam having a wavelength spectrum of 380-550 nm. Finely ground substances are coated onto an opaque carrier for analysis. Method is useful for the detection of Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Cr and U, for quality control.

Description

Dip!.-!ng. Jörgen Crasemann
Dipl.-Ing. Vincen* ν. RaffayDip! .-! Ng. Jörgen Crasemann
Dipl.-Ing. Vincen * ν. Raffay

Patentanwälte Hamburg, den 26. Juni 1973 Patent Attorneys Hamburg, June 26, 1973

Z Hamburg 70 . Schioßsfr.6 TeL 68 7005 Z Hamburg 70. Schioßsfr. 6 TeL 68 7005

unsere Akte: 4033/10 our file: 4033/10

Anton Alfred Ferdinand Lagerwey,Anton Alfred Ferdinand Lagerwey,

Grote Stegen^, Eygelshoven/, Niederlande.Grote Stegen ^, Eygelshoven /, Netherlands.

Verfahren und Vorrichtung zum Analysieren von Spurenelementen in kristallinen Substanzen.Method and device for analyzing of trace elements in crystalline substances.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein "\ferfaftren und eine Vorrichtung zum Analysieren von Kristallen, die Spurenelemente enthalten, mittels ihrer optischen Spektren, wobei die Eigenschaften der zu untersuchenden Stoffe nicht verloren gehen.The present invention relates to a conveyor and apparatus for analyzing crystals, which contain trace elements, by means of their optical spectra, whereby the properties of the substances to be examined do not get lost.

Das Bestimmen von Gehalten an Spurenelementen in kristallinen Substanzen auf nichtdestruktivem Wege hat eine industrielle Bedeutung: nämlich zur Kontrolle der Reinheit und Zusammensetzung kristallisierter chemischer Produkte und Naturprodukte, raffiniert oder nicht, sowie zur Qualitätskontrolle von Leuchtstoffen wie sie zum Beispiel gebraucht werden für Bildschirme und elektro-optische Umformer sowie auch' zur Kontrolle gezüchteter Kristalle. Ausserdem sind diese Analysen von Wichtigkeit bei Strukturuntersuchungen an Kristallen für wissenschaftliche Zwecke, sowie zur Altersbestimmung von Gesteinen und genetischen Untersuchungen von kristallisierten Mineralien. Derartige Analysen (Messungen) beruhen oft auf optischen Erscheinungen, die in bestimmten Kristallgittern verursacht werden durch Ionen bestimmter optisch-aktiver Elemente. Solche Elemente sind u.a. dieThe determination of the content of trace elements in crystalline substances non-destructive means has an industrial meaning: namely to control the purity and composition of crystallized chemical Products and natural products, refined or not, as well as for quality control of phosphors such as those used for screens and electro-optical converters as well as' for the control of grown crystals. In addition, these analyzes are important for structural investigations on crystals for scientific purposes, as well as for age determination of rocks and genetic studies of crystallized minerals. Such analyzes (measurements) are often based on optical Appearances caused by in certain crystal lattices Ions of certain optically active elements. Such elements include the

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Lanthaniden (seltene Erden mit Atomnummern 57-71)» die Übergangsmetalle, worunter Chrom und Mangan und auch bestimmte Schwermetalle wie Platin und Uran. Die vorliegende Erfindung beruht auf spektral-analytisches Bestimmungsmethoden der Spurenelemente.· Bekannt sind destruktive Methoden der sogenannten Emissionsspektralanalyse, wobei die zu untersuchende Substanz verdampft wird, der Dampf ionisiert wird und zum Leuchten gebracht, jedoch haben diese vor der Hand liegende Nachteile. Oft ist dabei die benötigte Apparatur kostspielig und an einen festen Ort gebunden; das erforderliche Verfahren ist zeitraubend und kompliziert. Bestimmte Elemente sind mit der Emissionsspektralanalyse sehr schwer zu bestimmen. Auch nichtdestruktive Methoden wie die Röntgenfluoreszenzanalyse haben den Nachteil einer schweren und ortsgebundenen Apparatur; dabei ist die Aufstellung genauer Kalibrationskurven erforderlich.Lanthanides (rare earths with atomic numbers 57-71) »the transition metals, including chromium and manganese and also certain heavy metals such as platinum and uranium. The present invention is based on spectral-analytical methods of determination of trace elements. · Known are destructive methods of the so-called Emission spectral analysis, whereby the substance to be examined is vaporized, the vapor is ionized and made to glow, however these have obvious disadvantages. The equipment required is often expensive and tied to a fixed location; the required Procedure is time consuming and complicated. Certain elements are very difficult to determine with emission spectral analysis. Even non-destructive ones Methods like X-ray fluorescence analysis have the disadvantage of a heavy and stationary equipment; it is necessary to set up precise calibration curves.

Ausser der Emissionsspektralanalyse ist auch die Absorptionsspektralanalyse bekannt; diese Methode kanrtdestruktiv oder nicht-destruktiv sein. Die Absorptionsspektrografie findet fast ausschliesslich Anwendung bei der Untersuchung durchsichtiger Medien wie z.B. Gase, Lösungen oder durchsichtige Feststoffe wie bestimmte Gläser, Kristalle und Edelsteine. Das Absorptionsspektrum zeigt dunkle Linien, die ein kontinuierliches Lichtband unterbrechen; die Wellenlänge der Linien, wo das Licht durch die zu untersuchende Substanz absorbiert wird, sind charakteristisch für die Substanz und die darin enthaltenen Elemente. Bei der Untersuchung halbdurchsichtiger Substanzen lässt man das Licht oft seitlich eintreten; das Innere des Objekts wird, beleuchtet, und das wieder austretende Streulicht wird analysiert. Um fast-undurchsichtige Stoffe untersuchen zu können, kann man aus der Substanz einen sogenannten Dünnschliff herstellen. In dünnen Schichten ist fast jeder Stoff durchsichtig, auch Gold zum Beispiel, so dass man ein Absorptionsspektrum unter diesen Umständen in durchfallendem Licht - aufnehmen kann. Da man einen Schliff herstellen muss, ist diese Methode als destruktiv zu bezeichnen und nicht immer anwendbar. Ein Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, einen besseren und nicht-destruktiven Weg und die dafür benötigte Apparatur zu zeigen, womit man auch sehr gut definierte Absorptionsspektren von quasi-undurchsichtigen Stoffen wie z.B. kristalline Stoffaggregate oder sogar von voll- _kommen undurchsichtigen Substanzen wie Metalloxydpulver aufzeichnen kann.In addition to emission spectral analysis, absorption spectral analysis is also known; this method can be destructive or non-destructive. Absorption spectrography is used almost exclusively for the investigation of transparent media such as gases, solutions or transparent solids such as certain glasses, crystals and precious stones. The absorption spectrum shows dark lines that interrupt a continuous band of light; the wavelength of the lines where the light is absorbed by the substance to be examined are characteristic of the substance and the elements it contains. When examining semitransparent substances, the light is often allowed to enter from the side; the interior of the object is illuminated and the scattered light that emerges again is analyzed. In order to be able to examine almost opaque substances, a so-called thin section can be made from the substance. Almost every substance is transparent in thin layers, including gold, for example, so that under these circumstances an absorption spectrum can be recorded in transmitted light. Since you have to make a cut, this method can be described as destructive and not always applicable. One purpose of the present invention is to show a better and non-destructive way and the equipment required for this, with which one can also record very well-defined absorption spectra of quasi-opaque substances such as crystalline substance aggregates or even of completely opaque substances such as metal oxide powder can.

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Diese Absorptionsspektren verden dann in Verbindung mit den im Folgenden beschriebenen Lumineszenzspektren zur Analyse gebraucht.These absorption spectra are then used in conjunction with the following described luminescence spectra used for analysis.

Zur Vervollständigung einer Analyse von Spurenelementen vie den Lanthaniden in bestimmten Arten kristalliner Stoffe, ist es notwendig, neben einem Absorptionsspektrum auch ein Lumineszenzspektrura aufzuzeichnen, wie schon oben angedeutet. Dies ist um so mehr notwendig, weil es Elemente gibt, die zwar im betrachteten Wellenlängenbereich ein gutes Absorptionsspektrum besitzen, jedoch kein gut messbares Lumineszenzspektrum; ebenso, wie das umgekehrt der Fall sein kann. Darüber hinaus wird die Sicherheit der Identifikation unbekannter Elemente durch dieses Verfahren bedeutend gesteigert, besonders wenn ein Element nicht nur ein gutes Absorptionsspektrum sondern auch ein brauchbares Lumineszenzspektrum aufweist, wie z.B. die Lanthaniden Praseodymium, Neodymium, Holmium und Erbium.To complete an analysis of trace elements such as lanthanides In certain types of crystalline substances, it is necessary to record not only an absorption spectrum but also a luminescence spectrum, as before indicated above. This is all the more necessary because there are elements that have a good absorption spectrum in the wavelength range under consideration have, however, no easily measurable luminescence spectrum; just as it can be the other way around. In addition, the security of the identification unknown elements significantly increased by this method, especially if an element not only has a good absorption spectrum but also has a useful luminescence spectrum, such as the lanthanides praseodymium, neodymium, holmium and erbium.

Bei den üblichen Methoden wird die-Lumineszenz erregt durch Korpuskulär-(Partikel-)Strahlungen, wie z.B. Kathodenstrahlen oder Ionenstrahlen; und auch Fotonenstrahlung von relativ hoher Energie wie Gammastrahlung,With the usual methods, the luminescence is excited by corpuscular (particle) radiation, such as cathode rays or ion beams; and also photon radiation of relatively high energy such as gamma radiation,

t .t.

Röntgenstrahlung und kurz- und langwellige Ultraviolett-strahlung.X-rays and short- and long-wave ultraviolet radiation.

Mit der Erregung durch Korpuskularstrahlung ist es möglich, sehr grosse Energiedichten zu erreichen. Dieses komplizierte Verfahren lässt sich jedoch nur verwirklichen mit einer teuren Apparatur und hat dazu noch den Nachteil, in der zu untersuchenden Substanz grosse Veränderungen hervorzurufen (Gitterdestruktion). Dasselbe gilt auch für Fotonenstrahlungen mit relativ hoher Energie. Ein grosser Nachteil bei der Verwendung kurz- oder langwelliger Ultraviolettstrahlen ist die Schwierigkeit, die für die optimale Erregung der Lumineszenz benötigten hohen Energiedichten zu erreichen. Ein weiterer Nachteil dieses UV-Verfahrens ist, dass die Ultraviolettstrahlung im Kristallgitter oft störende, breite Lumineszenz-Bänder (sogenannte Molekulär-Bander) erregt; wichtige analytische Linien der zu suchenden Elemente können hierdurch maskiert werden, wie z.B. die Lumineszenzlinien von Holmium und Erbium in Kalzium-Wolframat. Noch ein Nachteil dieser Methode besteht darin, dass viele Stoffe undurchsichtig sind für das erregende Ultraviolett-Licht; dadurch wird die LumineszenzWith the excitation by corpuscular radiation it is possible to have very large ones To achieve energy densities. However, this complicated process can only be implemented with expensive equipment and it also has the Disadvantage of causing major changes in the substance to be examined (lattice destruction). The same also applies to photon radiation with relatively high energy. A major disadvantage of using short- or long-wave ultraviolet rays is the difficulty encountered for the to achieve optimal excitation of the luminescence required high energy densities. Another disadvantage of this UV process is that the ultraviolet radiation In the crystal lattice, often disturbing, wide luminescence bands (so-called molecular bands) are excited; important analytical lines The elements to be searched for can thereby be masked, e.g. the luminescence lines of holmium and erbium in calcium tungstate. Another The disadvantage of this method is that many substances are opaque to the exciting ultraviolet light; this makes the luminescence

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nur in den Oberflächenschichten erregt, was ein verzerrtes Analysenbild ergeben kann.only excited in the surface layers, which is a distorted analysis picture can result.

Bei vorliegenden Erfindung wurde überraschenderweise entdeckt, dass es möglich ist, die Lumineszenz der genannten Spurenelemente in einer grossen Anzahl von Substanzen sehr effektiv zu erregen durch Fotonenstrahlung von niedriger Energie (3,25-2,25 eV), d.h. Licht mit einer Wellenlänge zwischen vorzugsweise 38o und 550 nm. Wider Erwarten ist diese Methode auch sehr brauchbar für Stoffe, von denen man bisher angenommen hatte, dass sie nur durch kurzwelliges Ultraviolettlicht (das ist von der Quecksilberlinie 253,7 nm) zur Lumineszenz erregt werden konnten; z.B. das Mineral Scheelit. Man siehe in dieser Beziehung H.C. Dake '.'The Uranium and Fluorescent Minerals",'3rd edition, Oregon, U.S.A..'überraschend ist auch, dass die Linien der Spurenelemente sehr stark erregt werden; die störenden Breitbänder (Molekulärbänder vom Kristallgitter wie oben genannt) dagegen nicht. Die wichtigen Analysenlinien werden also nicht maskiert. In der Praxis zeigt sich, dass die wichtigen Lumineszenzlinien der Lanthaniden und Obergangsmetalle (wie z.B. Chrom) erregt durch Licht, wie oben, im Wellenlängengebiet zwischen 380 und 1200 nm liegen. Sie können alle mit gleicher Effektivität erregt werden. Beispiele dieser lumineszenz-aktiven Ionen sind Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Cr und U usw. Dies ist sehr wichtig, da einige dieser Elemente wie Ho, Er und Tm bis jetzt auf nichtdestruktivem Wege nicht analysiert werden konnten. Sogar mit empfindlichen Methoden der modernen Physik wie die Neutronenaktivierungsanalyse ist dies bis jetzt nicht gelungen.In the present invention it was surprisingly discovered that it is possible, the luminescence of said trace elements in a large Number of substances to be excited very effectively by photon radiation of low energy (3.25-2.25 eV), i.e. light with a wavelength between preferably 38o and 550 nm. Contrary to expectations, this method is also very useful for substances that were previously only assumed to be could be excited to luminescence by short-wave ultraviolet light (that is, from the mercury line 253.7 nm); e.g. the mineral scheelite. See in this regard H.C. Dake '.' The Uranium and Fluorescent Minerals ", '3rd edition, Oregon, U.S.A ..' It is also surprising that the Lines of trace elements are very strongly excited; the interfering broad bands (molecular bands from the crystal lattice as mentioned above), however, do not. The important analysis lines are therefore not masked. In practice it turns out that the important luminescence lines of the lanthanides and transition metals (such as chromium) excited by light, as above, in the wavelength range lie between 380 and 1200 nm. You can all with the same Effectiveness to be excited. Examples of these luminescent active ions are Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Cr and U etc. This is very important since some of these elements like Ho, Er and Tm could not be analyzed in a non-destructive way until now. Even with delicate methods of modern physics such as neutron activation analysis has not yet succeeded in doing this.

Die obenerwähnten Erkenntnisse führen zu folgenden Vorteilen:The above findings lead to the following advantages:

1. Mit einfachen Lichtquellen und einfacher Optik können sehr hohe Energiedichten zur Erregung erreicht werden.1. With simple light sources and simple optics, very high energy densities can be achieved to be achieved for arousal.

2. Für die beschriebene Analyse im Wellenlängengebiet zwischen 3Ö0 und 1200 nm genügt eine einfache und billige (nicht ortsgebundene) Apparatur mit Glasoptik.2. For the analysis described in the wavelength range between 3Ö0 and 1200 nm a simple and cheap (not fixed) apparatus is sufficient with glass optics.

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3. Im Erregerlicht (Glühlampe) sind keine störenden Spektrallinien anwesend. 3. There are no disturbing spectral lines in the excitation light (incandescent lamp).

h. Das Erregerlicht erzeugt keine Veränderungen in der zu untersuchenden Substanz. H. The excitation light does not produce any changes in the substance to be examined.

5. Die maskierende Breitbandlumineszenz (Molekulärbänder) tritt nicht auf.5. The masking broadband luminescence (molecular bands) does not occur.

6. Das Licht aus dieser Quelle kann verhältnismässig tief durchdringen in die zu untersuchende Substanz, wodurch zuverlässige (nicht oberflächengebundene) Analysendaten erzielt werden.6. The light from this source can penetrate relatively deeply into the substance to be examined, whereby reliable (not surface-bound) Analysis data can be obtained.

7. Die zu untersuchende Substanz wird nicht erhitzt.7. The substance to be examined is not heated.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass aufgrund der vorbeschriebenen Erkenntnis ein Messverfahren entwickelt worden ist, bei dem mit ein und derselben Vorrichtung hintereinander Absorptions- und Lumineszenzspektren aufgezeichnet werden können. Hierbei bleibt das zu untersuchende Objekt an derselben Stelle. Dies macht es zum erstenmal möglich, mittels reflektierten oder zerstreuten Lichts Absorptionsspektren aufzuzeichnen von undurchsichtigen Substanzen oder Stoffagglomeraten, und gleich anschliessend mit blauem Licht von derselben Lichtquelle die Lumineszenz der zu analysierenden Spurenelemente zu erregen, wobei alle Nachteile der üblichen Methoden vermieden werden.The essence of the invention is that due to the above Knowledge, a measurement method has been developed in which with a and the same device consecutively absorption and luminescence spectra can be recorded. The object to be examined remains here at the same spot. This makes it possible for the first time to record absorption spectra of opaque light using reflected or scattered light Substances or material agglomerates, and immediately afterwards with blue light from the same light source the luminescence of the one to be analyzed To excite trace elements, avoiding all the disadvantages of the usual methods.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass direkt hintereinander - in willkürlicher Folge - Absorptions - und Lumineszenzspektren aufgezeichnet werden können mit Hilfe eines Lichtbündels im Wellenlängenbereich von 380-1200 nm, also bis im nahen Infrarot, wobei bei Gebrauch spezieller Fotoemulsionen dieses Gebiet noch bis 2000 nm erweitert werden kann.The inventive method is characterized in that directly one after the other - in random order - absorption and luminescence spectra can be recorded with the help of a light beam in the Wavelength range from 380-1200 nm, i.e. up to the near infrared, whereby when using special photo emulsions this area is extended to 2000 nm can be.

Zusammenfassend kann also diese integrierte Messung nach der Erfindung angewandt werden auf quasi-undurchsichtigen Objekten wie z.B. kristalline Aggregate oder vollkommen undurchsichtigen Objekten wie Metalloxyde in -Pulverform. Es ist ja festgestellt worden, dass man von diesen ObjektenIn summary, this integrated measurement according to the invention can be used are used on quasi-opaque objects such as crystalline aggregates or completely opaque objects such as metal oxides in -Powder form. It has been established that one of these objects

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sehr gut definierte Absorptionsspektren aufzeichnen kann, wenn man den zu untersuchenden Stoff - entweder ein undurchsichtiger Korper oder ein ■ Pulver, das mit einem geeigneten Bindemittel auf einem Tragkörper ange- . bracht ist - mit Licht von genügender Intensität bestrahlt und dann das von dem Objekt zerstreute Licht mit einem Spektralanalysator untersucht. Auf diese Weise kann man auch körnige Mineralpräparate - z.B. Apatit-Konzentrate, zubereitet aus Gestein - mit Hilfe der Absorptionsmethode analysieren. Es ist leicht, gute Absorptionsspektren aufzuzeichnen von einem vollkommen undurchsichtigen Oxydpulver wie Nd_p0 oder von-ganzen Kristallen eines undurchsichtigen Minerals wie z.B. Xenotim. Minerale Kristallaggregate, eventuell auf ihrem Gestein, können ohne weiteres und ohne Zerstörung analysiert werden.very well-defined absorption spectra can be recorded if the substance to be examined - either an opaque body or a powder, which is attached to a support body with a suitable binder. is brought - irradiated with light of sufficient intensity and then examined the light scattered by the object with a spectrum analyzer. In this way you can also analyze granular mineral preparations - e.g. apatite concentrates, prepared from rock - with the help of the absorption method. It is easy to record good absorption spectra of a completely opaque oxide powder such as Nd _p 0 or of whole crystals of an opaque mineral such as xenotime. Mineral crystal aggregates, possibly on their rock, can be analyzed easily and without destruction.

Um eine komplette Analyse bestimmter Reihen von Spurenelementen - wie die Lanthaniden - zu ermöglichen, ist es notwendig, ein Absorptionsspektrum aufzuzeichnen in Verbindung mit einem Lumineszenzspektrum. Die Erfindung ermöglicht eine integrierte Analyse der zu untersuchenden Kristalle einschliesslich undurchsichtiger Objekte, indem man nacheinander in willkürlicher Folge ein Absorptionsspektrum und ein Lumineszenzspektrum aufnimmt. Am besten wird die Apparatur so aufgestellt, dass die Bündelachse vom Erregerlicht und die optische Achse des gebrauchten Spektralanalysators einen scharfen Winkel bilden, welcher im prinzip zwischen 0 und 90 eingestellt werden kann. Vorzugsweise wird Licht gebraucht mit einem kontinuierlichen Spektrum und einer hohen Energiedichte, wobei die Wellenlänge derTo do a complete analysis of certain series of trace elements - like that Lanthanides - to make it possible, it is necessary to record an absorption spectrum in conjunction with a luminescence spectrum. The invention enables an integrated analysis of the crystals to be examined, including opaque objects by taking an absorption spectrum and a luminescence spectrum one after the other in an arbitrary sequence. It is best to set up the apparatus in such a way that the bundle axis is from the Excitation light and the optical axis of the used spectrum analyzer form a sharp angle, which is set between 0 and 90 in principle can be. Preferably, light is used with a continuous spectrum and a high energy density, the wavelength being the

ist
maximalen Energie variabel'(Gesetz von Wien). Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Einstellbarkeit des Erreger-Filter-Lichtbündels nach Wellenlängenbereich zum Zwecke der Aufnahme vom Lumineszenzspektrum, und zwar zwischen vorzugsweise 380 und 550 nm; zugleich muss das Analysenlichtbündel durch Ausfiltern des Erregerlichtes abgestimmt werden.is
maximum energy variable '(Law of Vienna). Another important factor is the adjustability of the excitation filter light bundle according to wavelength range for the purpose of recording the luminescence spectrum, specifically between 380 and 550 nm; at the same time, the analysis light beam must be adjusted by filtering out the excitation light.

In der nach dem Prinzip der Erfindung aufgebauten Vorrichtung ist es möglich, von einem Monokristall polarisierte Spektren (Absorption und Lumineszenz) aufzuzeichnen. Bei diesen Polarisationsuntersuchungen kann ein Polarisator in das Analysenbündel gestellt werden; der Polarisator ist drehbar, und mittels einer Gradverteilung kann z.B. der Winkel zwischen SenkrechtenIn the device constructed according to the principle of the invention, it is possible record spectra (absorption and luminescence) polarized by a monocrystal. A polarizer can be used for these polarization examinations be placed in the analysis bundle; the polarizer can be rotated, and by means of a degree distribution, for example, the angle between perpendiculars

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und der Polarisationsrichtung festgelegt verden. Somit können für alle Spektrallinien (Absorptions- und Lumineszenzlinien) die Richtungen in bezug auf die Kristallachsen der maximalen Intensität bestimmt werden. Auch bei normalen Untersuchungen von z.B. polykristallinen Objekten kann dieser Polarisator zweckmässig angewandt werden: nämlich durch Drehung des Polarisators können unerwünschte direkte Oberflachenreflektionen des Objekts weitgehend unterdrückt werden. Dies fuhrt zu einer wesentlich besseren Definition der aufgenommenen Spektren.and the direction of polarization. Thus can for everyone Spectral lines (absorption and luminescence lines) the directions with respect to the crystal axes of maximum intensity can be determined. Also at Normal examinations of e.g. polycrystalline objects, this polarizer can be used appropriately: namely by rotating the polarizer can largely cause unwanted direct surface reflections from the object be suppressed. This leads to a much better definition of the recorded spectra.

Um eine Bestimmung der optischen Hauptrichtungen für Absorption und Lumineszenz des Kristalls zu erleichtern, ist eine Einrichtung vorgesehen, womit das Kristall räumlich orientiert werden kann; und zwar in bezug auf die Hauptachsen der Vorrichtung durch Rotation um drei lotrecht aufeinander stehende Achsen, welche sich im Zentrum des Objekts schneiden. Meistens wird ein Kristall so eingeklemmt, dass die Hauptkristallachse die gleiche ist wie die Rotationsachse.To determine the main optical directions for absorption and To facilitate luminescence of the crystal, a device is provided with which the crystal can be spatially oriented; namely in relation to the main axes of the device by rotation about three perpendicular axes which intersect in the center of the object. Usually a crystal is clamped so that the main crystal axis is the same as the axis of rotation.

Normalerweise wird das zu untersuchende Teil des Objekts mit einer achromatischen Linsenkombination auf den Spektrografenspalt projiziert. (Bildfläche senkrecht zur optischen Achse). Diese Linse ist vorzugsweise beweglich aufgestellt, damit sich die Möglichkeit ergibt, die Oberfläche des Objekts abzutasten. Dies ermöglicht die Aufnahme eines Totalspektrogramms von der ganzen projizierten Oberfläche des Kristalls, und damit die Bestimmung der mittleren Gehalte der Spurenelemente. Auch ist es möglich, die Linse so zu stellen, dass ein Spektrogramm eines bestimmten Kristallteils aufgezeichnet werden kann.Usually the part of the object to be examined is an achromatic one Lens combination projected onto the spectrograph slit. (Image surface perpendicular to the optical axis). This lens is preferable movably set up so that there is the possibility of the surface of the object to be scanned. This enables a total spectrogram to be recorded of the entire projected surface of the crystal, and thus the determination of the mean content of the trace elements. It is also possible To position the lens in such a way that a spectrogram of a specific part of the crystal can be recorded.

Zugleich mit der Aufnahme der Analysenspektren der zu untersuchenden Substanz werden Kalibrationsspektren zur Identifikation der anwesenden Elemente aufgenommen. Die Kalibrationsproben sind dabei zusammengestellt aus derselben chemischen Verbindung wie die zu untersuchende Substanz, jedoch dotiert mit einem bestimmten Spurenelement in bekannter Konzentration; diese Probesubstanz wird auf einem undurchsichtigen Träger befestigt. Zur Analyse wird somit eine Serie dieser Kalibrationsproben benotigt.Simultaneously with the recording of the analytical spectra of the substance to be examined calibration spectra are used to identify the elements present recorded. The calibration samples are composed of the same chemical compound as the substance to be examined, however doped with a certain trace element in a known concentration; this sample substance is attached to an opaque support. To the Analysis therefore requires a series of these calibration samples.

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Die Erfindung betrifft also auch eine Einrichtung zur Analyse von Kristallen, die Spurenelemente enthalten, welche Einrichtung hauptsächlich "besteht aus einer Lichtquelle, einem Primärfilter zur Bestimmung der Qualität des Erregerlichtes, einem Linsensystem zur Konzentration dieses Lichtes auf das zu untersuchende Objekt, einem einstellbaren Objekthalter, und einem Spektralanalysator mit den notwendigen Kalibrationsvorrichtungen, wobei kennzeichnend ist. dass eine Lichtquelle anwesend ist mit einem kontinuierlichen Spektrum in dem angegebenen Analysenwellenlängengebiet; z.B. eine Glühlampe mit einem gedrungenen Wendel, mit weiterhin der Möglichkeit, die Wellenlänge der maximalen Energiedichte für die Untersuchung optimal zu wählen.The invention also relates to a device for analyzing crystals, which contain trace elements, which body mainly "consists of a light source, a primary filter to determine the quality of the excitation light, a lens system to concentrate this light on the area to be examined Object, an adjustable object holder, and a spectrum analyzer with the necessary calibration devices, whereby is indicative. that a light source is present with a continuous spectrum in the specified analysis wavelength range; E.g. an incandescent lamp with a compact filament, with the possibility of changing the wavelength of the optimally choose the maximum energy density for the examination.

In das Erregerlichtbündel sind zwecks optimaler Absorptions- und Lumineszenzmessungen auswechselbare Lichtfilter angebracht. Das gleiche ist der Fall im Analysenbündel.In the excitation light beam are for the purpose of optimal absorption and luminescence measurements replaceable light filters attached. The same is the case in the analysis bundle.

Die Erfindung wird jetzt in Einzelheiten beschrieben mit Hilfe von ,Abb. 1, die eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäss der Erfindung ist.The invention will now be described in detail with the aid of Fig. 1, which is a schematic representation of an apparatus according to the invention.

A. Die Lichtquelle.A. The light source .

Diese ist zusammengestellt aus den Teilen 10-16. Die Glühlampe 10, von hoher Leistung, besitzt eine sehr kleine Glühwendel, die eine sehr hohe Temperatur erreichen kann. Ein Beispiel einer derartigen Lampe ist die Osram-Lampe 61*663 von 1*00 W Leistung 36 V Betriebsspannung. Das Spektrum ist kontinuierlich, und die Energiedichte im blauen Gebiet kann ansehnlich sein; eine Farbtemperatur von 3^00⁰K kann erzielt werden.This is compiled from parts 10-16. The incandescent lamp 10, of high power, has a very small filament which can reach a very high temperature. An example of such a lamp is the Osram lamp 61 * 663 with a power of 1 * 00 W and an operating voltage of 36 V. The spectrum is continuous and the energy density in the blue area can be handsome; a color temperature of 3 ^ 00 ⁰ K can be achieved.

Das Lampenlicht wird gesammelt und parallel mittels dem sphärischen Hohlspiegel 11 und der Kondensorlinse 12 gebündelt. In das Parallelbündel können zwecks Lumineszenzerregung spezielle Filterkombinationen eingeschaltet werden, um ein bestimmtes Wellenlängengebiet durchzulassen. Bei 11+ ist ein geeigneter Vorfilter (Blaufilter) gezeigt: er besteht aus einer Küvette mit Planparallelscheiben, gefüllt mit einer gesättigten Lösung von Kupfersulfat. Die Wärme der absorbierten Rotstrahlen kann durch Kühlung mit Luft (siehe auch 13) oder mit Wasser entfernt werden. Auch die Lampe 10 und die Teile 11 und 12 werden mit Luft durch den Schlauch 13 gefüllt.The lamp light is collected and parallel by means of the spherical concave mirror 11 and the condenser lens 12 are bundled. Can in the parallel bundle For the purpose of luminescence excitation, special filter combinations are switched on in order to allow a certain wavelength region to pass through. At 11+ there is a suitable pre-filter (blue filter) shown: it consists of a cuvette with plane-parallel discs, filled with a saturated solution of copper sulphate. The heat of the absorbed red rays can be cooled by air (see also 13) or removed with water. The lamp 10 and the parts 11 and 12 are also filled with air through the hose 13.

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. Für bestimmte polarospektrografische Messungen kann auch ein Polarisator ins Bündel eingeschaltet werden.. A polarizer can also be used for certain polarospectrographic measurements be switched into the bundle.

Mit der positiven Linse 15 wird das gebündelte und filtrierte Licht auf das Objekt 17 fokussiert. Durch geeignete Wahl dieser Linse (öffnung, Brennweite), welche die Glühwendel auf das Objekt abbildet, kann die gewünschte Energiedichte erreicht werden. Die Temperatur der Glühwendel und damit die Wellenlänge der maximalen Energiedichte kann geregelt werden mit einem Regeltransformator (nicht auf der Zeichnung); dies wird oft getan bei der Aufnahme von Absorptionsspektren. In diesem Fall werden dfe Filter aus dem Erregungsbündel entfernt. Eventuell können nicht erwünschte Wärmestrahlen beseitigt werden mit Filter 16. Ein geeigneter Filter ist z.B. der Interferenz-Wärmereflexionsfilter Nr. 371130 von der Fa. Spindler & Hoyer. Die optische Achse der "Lichtkanone" schneidet die optische Achse vom Spektralanalysator im Objektzentrum; der eingeschlossene spitze Winkel in Zeichnung 1 ist 30°, kann aber variiert werden.With the positive lens 15, the bundled and filtered light is on the Object 17 in focus. By suitable choice of this lens (aperture, focal length), which the filament maps onto the object, the desired energy density can be achieved. The temperature of the filament and thus the The wavelength of the maximum energy density can be regulated with a regulating transformer (not on the drawing); this is often done at the Recording of absorption spectra. In this case dfe filters are taken from the Excitation bundle removed. There may be unwanted heat rays can be eliminated with filter 16. A suitable filter is e.g. the interference heat reflection filter No. 371130 from Spindler & Hoyer. The optical axis of the "light cannon" intersects the optical axis of the spectrum analyzer in the center of the property; the included acute angle in drawing 1 is 30 °, but can be varied.

B. Objekthalter.B. Object holder .

Diese Vorrichtung ist zusammengestellt aus dem Teilen 18-26. Mit Hilfe einer speziellen Einrichtung, Triachsialgoniostat genannt, angedeutet mit 18, kann das zu untersuchende Objekt - z.B. ein Kristall 17 - durch Drehung um drei untereinander lotrechte Achsen räumlich orientiert werden. Das Gerät hat eine Azimutskala 19 zur Bestimmung der Azimutwinkelstellung (Drehung um eine senkrechte Achse). Die Bewegung wird durch einen Steuermotor bedient. Die Azimutachse trägt auf einem zweckmässig gebogenen Arm die Höhenachse 21, die immer in einer waagerechten Fläche liegt; mit der Höhenskala 20 kann die Winkelstellung bestimmt werden. Die Höhenachse 21 trägt wiederum einen zweckmässig gebogenen Arm 22; sie wird gedreht durch einen Höhensteuermotor 23 mit Schneckenradgetriebe. Auf dem Arm 22 ist weiter das Rotationstriebwerk mit Steuermotor 2k montiert. Dieser Motor dreht dabei die als Achse dienende Klaupinzette 26, in der das Objekt 17 gehalten wird. Die Rotationswinkelstellung kann mit Skala 25 abgelesen werden. Alle Bewegungen sind umkehrbar und werden durch Endschalter begrenzt. Die drei Heuptachsen kreuzen sich im Schneidepunkt der optischen Achsen von Lichtquelle und Analysator, in der Mitte von Objekt 17·This device is composed of parts 18-26. With the help of a special device, called a triaxial goniostat, indicated by 18, the object to be examined - for example a crystal 17 - can be spatially oriented by rotating it around three mutually perpendicular axes. The device has an azimuth scale 19 for determining the azimuth angle position (rotation about a vertical axis). The movement is operated by a control motor. The azimuth axis carries the height axis 21 on a suitably curved arm, which always lies in a horizontal surface; the angular position can be determined with the height scale 20. The vertical axis 21 in turn carries a suitably curved arm 22; it is rotated by a height control motor 23 with worm gear transmission. The rotary engine with control motor 2k is also mounted on the arm 22. This motor rotates the claw tweezers 26, which serves as an axis and in which the object 17 is held. The angle of rotation can be read off with scale 25. All movements are reversible and are limited by limit switches. The three main axes intersect at the intersection of the optical axes of the light source and analyzer, in the middle of object 17

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C. Analysenvorrichtung.C. Analyzer .

Diese Einrichtung besteht aus den Teilen 1-9 für die Wellenlängenkalibration und 27-36 für den Spektralanalysator. Das Linienspektrum für die Kalibrätion wird erzeugt durch eine Entladungslampe 1, z.B. eine Argonlampe. Das Licht von der Lampe wird gebündelt mittels des zylindrischen Metallspiegels 2 und abgegrenzt mit der Abschirmung 3. Das Licht von dieser Spektralquelle kann beliebig ein- und ausgeschaltet werden mit einer motorisch (h) bedienten Sperrblende 5· Die Lampe bleibt also elektrisch immer eingeschaltet, nur das Lichtbündel kann unterbrochen werden. Dies ist eine Bedingung für den guten Gebrauch vieler Entladungslampen. Das Spektrallicht wird von der Linse 6 zu einem parallelen Lichtbündel geformt. Das Bündel wird mit dem Metallspiegel 7 und dem teildurchlässigen Planspiegel 9 direkt auf den Eingangsspalt vom Spektrografen 3^ gerichtet. Das Analysenlicht fällt dabei durch Spiegel 9'· dadurch werden Analysenspektrum und Kalibrationsspektrum zugleich aufgenommen. Die Lichtintensität des Kalibrationsbündels kann mit Irisblende 8 beliebig variiert werden.This device consists of parts 1-9 for the wavelength calibration and 27-36 for the spectrum analyzer. The line spectrum for the calibration is generated by a discharge lamp 1, for example an argon lamp. The light from the lamp is bundled by means of the cylindrical metal mirror 2 and delimited with the shield 3. The light from this spectral source can be switched on and off as required with a motorized (h) operated blocking shutter 5 the light beam can be interrupted. This is a condition for the good use of many discharge lamps. The spectral light is shaped by the lens 6 into a parallel light beam. The bundle is directed with the metal mirror 7 and the partially transparent plane mirror 9 directly onto the entrance slit of the spectrograph 3 ^. The analysis light falls through the mirror 9 ', which means that the analysis spectrum and the calibration spectrum are recorded at the same time. The light intensity of the calibration beam can be varied as required with the iris diaphragm 8.

Das vom Objekt 17 ausgestrahlte Licht wird mit der achromatischen Linsenkombination 27 durch Spiegel 9 auf den Spektrografenspalt projiziert. An dieser Stelle kann auch eine bewegbare Linse - eine zweidimensionale elektrisch ferngesteuerte Abtastvorrichtung - angebracht werden.The light emitted from the object 17 is made with the achromatic lens combination 27 projected through mirror 9 onto the spectrograph slit. At A movable lens - a two-dimensional, electrically remote-controlled scanning device - can also be attached at this point.

Polarisierte Spektren können aufgenommen werden mit dem Polarisationsfilter 28, der im Analysenbündel eingeschaltet werden kann. Dieser Filter wird mit Servomotor 29 gedreht; die Winkelstellung kann mit Skala 30 abgelesen werden.Polarized spectra can be recorded with the polarization filter 28, which can be switched on in the analysis bundle. This filter comes with Servo motor 29 rotated; the angular position can be read off with scale 30.

Sehr wichtig ist der Gebrauch von Filtern im Analysenbündel zur Sperrung bestimmter Wellenlängen. Diese Filter können in der Fassung 31 befestigt werden. Diese einfache Vorrichtung kann für Serienarbeit ersetzt werden durch einen elektrisch angetriebenen Filterrevolver, der z.B. automatische Einschaltung von 8,verschiedenen Filtern ermöglicht.The use of filters in the analysis bundle for blocking is very important certain wavelengths. These filters can be fastened in the socket 31. This simple device can be replaced for serial work by means of an electrically driven filter turret, which enables e.g. 8 different filters to be switched on automatically.

Zur richtigen Einstellung des Spektrografen 3h ist es nützlich, das Spektrum vom Objekt visuell zu observieren mittels Hilfsspektroskop 33: Objekt und Beleuchtung können damit einreguliert werden. Das Licht des Analysen-For the correct setting of the spectrograph 3h , it is useful to visually observe the spectrum of the object by means of an auxiliary spectroscope 33: object and lighting can be adjusted with it. The light of analysis

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bündeis muss dann mit dem Strahlenteilungswürfel 32 auf das Hilfsspektroskop gelenkt werden. Der Teil 32 kann ausgeschwenkt werden, um Lichtverluste zu vermeiden.Bündeis must then with the beam splitting cube 32 on the auxiliary spectroscope be steered. The part 32 can be swiveled out in order to avoid loss of light.

Das Licht wird analysiert in Wellenlangen mit dem Zweiprismenspektrografen 3k. Obwohl hier ein beliebiger Typ gewählt werden kann, ist ein lichtstarkes Zweiprismengerat am geeignetsten: für das Analysieren der feinen Linienspektren der Lanthanide sollte die Dispersion bei einer Wellenlänge von 600 nm etwa 3 mn pro mm betragen (30 A* pro mm). Die Registrierung der Spektren erfolgt fotografisch mit einer am Spektrografen angebauten Plattenkamera. Vor dem Mikrometerspalt 36 ist ein Zeitverschluss für fotografische Aufnahmen angebracht.The light is analyzed in wavelengths with the two- prism spectrograph 3k. Although any type can be selected here, a bright two-prism device is most suitable: for analyzing the fine line spectra of the lanthanides, the dispersion at a wavelength of 600 nm should be about 3 mn per mm (30 A * per mm). The spectra are recorded photographically with a plate camera attached to the spectrograph. A time shutter for photographic recordings is attached in front of the micrometer gap 36.

Eine Analyse mit der Apparatur der Erfindung kann im Prinzip wie folgt ausgeführt werden.An analysis with the apparatus of the invention can in principle be carried out as follows will.

Das Objekt sei ein Scheelit-Kristall mit rauher Oberfläche und nur teilweise durchsichtig, wovon die Lanthanide bestimmt werden sollen ohne das Kristall zu beschädigen. Das Kristallgitter ist in diesem Fall bekannt: es ist das Gitter von Kalziumwolframat. Das Problem der Identifikation der Spektrallinie der Lanthanide kann auf zwei Wegen gelost werden:The object is a scheelite crystal with a rough surface and only partially transparent, from which the lanthanides are to be determined without damaging the crystal. The crystal lattice in this case is known: it is the lattice of calcium tungstate. The problem of identifying the The lanthanide spectral line can be solved in two ways:

- Man benotigt dafür eine Reihe von synthetischen Scheelitpräparaten, d.h. Kalziumwolframate, je mit einem bestimmten Prozentsatz, z.B. 1 Atomprozent eines einzigen Lanthanide wie Praseodymium. So ein Präparat wird beschrieben als CaWO. .Pr.1%. - You need a number of synthetic scheelite preparations, ie calcium tungstates, each with a certain percentage, for example 1 atomic percent of a single lanthanide such as praseodymium. Such a preparation is described as CaWO. .Pr. 1%.

Stimmen die Spektrallinien von diesem Präparat in Absorptions- und Lumineszenzspektren überein mit Linien in den beiden Spektren des zu untersuchenden Scheelits, dann ist die Anwesenheit dieses Elementes bewiesen.Are the spectral lines of this preparation in absorption and luminescence spectra correct coincides with lines in the two spectra of the scheelite to be investigated, then the presence of this element is proven.

Aus der Intensität der Linien kann in diesem Fall auch semiquantitativ der Gehalt an Lanthaniden im Versuchsmaterial bestimmt werden.In this case, the intensity of the lines can also be semiquantitative the content of lanthanides in the test material can be determined.

- Aus Versuchen mit den genannten synthetischen Präparaten können Tabellen- Tables

- mit charakteristischen Wellenlängen für jedes Element und für Absorptions-- with characteristic wavelengths for each element and for absorption

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und Lumineszenzspektren für ein bestimmtes Kristallgitter zusammengestellt werden.and luminescence spectra compiled for a specific crystal lattice will.

In diesem Fall können die Wellenlängen der Linien in den Absorptions- und Lumineszenzspektrogrammen der Versuchssubstanz von der photografischen Aufnahme gemessen werden, wenn Kalibrationslinien mit aufgenommen worden sind.In this case, the wavelengths of the lines in the absorption and Luminescence spectrograms of the test substance can be measured from the photographic recording if calibration lines have also been recorded are.

Durch Vergleich mit der Wellenlängentabelle können dann die Elemente identifiziert werden. Wenn nach einer globalen Verteilung der Lanthanide gefragt wird kann man die zweite Methode anwenden.By comparison with the wavelength table, the elements be identified. If a global distribution of lanthanides is asked for, the second method can be used.

Man braucht von der Versuchssubstanz eine Aufnahme vom Absorptionsspektrum und eine Aufnahme vom Lumineszenzspektrum. Beide müssen natürlich das ganze Wellenlängengebiet umfassen. Bei Spektrografen mit grosser Dispersion müssen dafür meistens mehrere Aufnahmen gemacht werden in verschiedenen Wellenlängenbereichen: z.B. von 1200 nm bis 700 nm, von 700 nm bis 500 nm, und von 500 nm bis 380 nm. Neben diesen Spektralaufnahmen müssen dann noch die Kalibrationsspektren imselben Bereich mitfotografiert werden zur genauen Wellenlängenmessung, z.B. die Spektren von Argon, Neon oder Xenon.You need a recording of the absorption spectrum of the test substance and a picture of the luminescence spectrum. Of course, both must encompass the entire wavelength range. For spectrographs with large dispersion In most cases, several recordings have to be made in different wavelength ranges: e.g. from 1200 nm to 700 nm, from 700 nm to 500 nm, and from 500 nm to 380 nm. In addition to these spectral recordings must then also photographed the calibration spectra in the same area are used for precise wavelength measurement, e.g. the spectra of argon, neon or xenon.

Nach Befestigung des Kristalls in der Zange 26 können in willkür ^-^licher Folge nacheinander ein Absorptions- und ein Lumineszenzspektrum aufgenommen werden.After fixing the crystal in the forceps 26, arbitrary ^ - ^ licher Sequence successively an absorption and a luminescence spectrum are recorded.

Zur Aufnahme des Absorptionsspektrums wird die Glühtemperatur der Lampe 10 auf den richtigen Wert gebracht. Im allgemeinen wird kein Filter im Erregerbündel eingeschaltet. Nur bei längeren Aufnahmen in gelb bis blau kann ein Wärmefilter auf Stelle 16 eingeschaltet werden, um unnötige Erhitzung des Objekts zu verhindern. Mit der Linse 27 und den Teilen 32 und 33 (HilfsSpektroskop) wird die Beleuchtung geregelt, bis ein zufriedenstellendes Spektrum erzielt wird. Dabei kann der Winkel zwischen der Erregerbündelachse und der Analysenbündelachse wenn nötig verändert werden. Für Aufnahmen in bestimmten Wellenlängenbereichen können bei 31 geeignete .Filter eingeschaltet werden. Der Spektrograf 3U wird mit einer PhotoplatteThe glow temperature of the lamp is used to record the absorption spectrum 10 brought to the right value. In general, no filter is switched on in the excitation bundle. Yellow to blue only for longer recordings a heat filter can be switched on at point 16 to avoid unnecessary To prevent heating of the object. With the lens 27 and the parts 32 and 33 (auxiliary spectroscope) the lighting is regulated until a satisfactory one Spectrum is achieved. The angle between the excitation bundle axis and the analysis bundle axis can be changed if necessary. Suitable filters can be switched on at 31 for recordings in certain wavelength ranges. The spectrograph 3U comes with a photo plate

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< ι < ι

versehen; mit dem Zeitverschluss 35 kann danach eine Aufnahme gemacht werden.Mistake; a recording can then be made with the time shutter 35.

Anschliessend wird eine Aufnahme vom Lumineszenzspektrum gemacht. Hierzu werden zuerst im Strahlengang der Lichtquelle bei Ik geeignete Erregungsfilter angebracht; für die Erregung des Scheelits wird z.B. ein Kupfersulfatfilter mit nachgeschaltetem Blaufilter gebraucht, wobei die obere Wellenlänge des Erregerlichtes zwischen z.B. 380 und 550 nm eingestellt werden kann. Die Winkelstellung zwischen Lichtkanone und Analysator braucht meistens nicht verändert zu werden, nachdem sie für Absorption richtig eingestellt worden ist. Da dieselbe Stelle vom Kristall untersucht wird, bleibt Linse 27 auch in derselben Stellung. Im Analysenbundel wird nun an Stelle 31 ein geeigneter Sperrfilter angebracht, wodurch die Erregerstrahlung ausfiltriert wird. Die Brennspannung der Lampe 10 wird mittels Beobachtung des Lumineszenzspektrums durch 33 richtig gewählt. Vor der Aufnahme wird der Strahlenteiler 32 meistens ausgeschwenkt, um Lichtverluste zu vermeiden. Der Spektrografenspalt 36 wird mit der Mikrometerschraube auf die richtige Weite gestellt; die Platte in. der Kamera von 3^ wird um eine Streifenbreite verschoben. Jetzt kann mit dem Verschluss 35 nach Einstellung der'richtigen Belichtungszeit eine Aufnahme gemacht werden.A recording of the luminescence spectrum is then made. For this purpose, suitable excitation filters are first attached in the beam path of the light source at Ik; For example, a copper sulfate filter with a downstream blue filter is needed to excite the scheelite, whereby the upper wavelength of the excitation light can be set between, for example, 380 and 550 nm. The angular position between the light cannon and the analyzer usually does not need to be changed after it has been correctly adjusted for absorption. Since the same point is being examined by the crystal, lens 27 also remains in the same position. In the analysis bundle, a suitable blocking filter is now attached at point 31, whereby the excitation radiation is filtered out. The operating voltage of the lamp 10 is correctly selected by observing the luminescence spectrum through 33. Before the exposure, the beam splitter 32 is usually swiveled out in order to avoid loss of light. The spectrograph slit 36 is set to the correct width with the micrometer screw; the plate in. the camera of 3 ^ is shifted by a strip width. After setting the correct exposure time, a picture can now be taken with the shutter 35.

Jetzt hat man also auf der Fotoplatte nebeneinander zwei Spektren registriert, ein Absorptionsspektrum und ein Lumineszenzspektrum. Normalerweise werden zu beiden Seiten der schon aufgenommenen Spektralstreifen Kalibrationsspektren aufgenommen, und zwar wie folgt: Die Lichtquelle 10 wird abgeschaltet. Die Spektrallampe 1 wird eingeschaltet. Die fotografische Platte in der Spektrografenkamera wird auf den richtigen Streifen gestellt. Der Strahlenteilungswurfel 32 bleibt ausgeschwenkt, und der Lichtfilter 31 kann weggenommen werden. Die Belichtungszeit wird mit 35 eingestellt. Auch der Spalt 36 wird auf einen besten Wert eingestellt. Dann wird das KaIibrationslicht durch öffnen der Blende 5 zugelassen und die Aufnahme durch Betatigen des Verschlusses 35 gemacht. Man kann danach einen zweiten Kalibrationsstreifen aufnehmen nach Verschieben der Kassette.So now you have registered two spectra side by side on the photo plate, an absorption spectrum and a luminescence spectrum. Calibration spectra are normally used on both sides of the spectral strips that have already been recorded recorded as follows: The light source 10 is switched off. The spectral lamp 1 is switched on. The photographic The plate in the spectrograph camera is placed on the correct strip. The beam splitting cube 32 remains pivoted out and the light filter 31 can be removed. The exposure time is set to 35. Even the gap 36 is set to the best value. Then the calibration light becomes allowed by opening the shutter 5 and made the recording by actuating the shutter 35. You can then do a second Pick up calibration strips after moving the cassette.

Das Resultat ist dann ein Spektrograf mitThe result is then a spectrograph with

1. einem Kalibrationsstreifen z.B. von Ar — 2. einem Absorptionsspektrum der Versuchssubstanz1. a calibration strip e.g. from Ar - 2. an absorption spectrum of the test substance

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3. einem Lumineszenzspektrum der Versuchssubstanz k. einem Kalibrationsstreifen wie 1.3. a luminescence spectrum of the test substance k. a calibration strip like 1.

Nach Entwicklung der Platte erfolgt die Auswertung: Es kann durch Interpolation, wie üblich, durch Vermessen der Liniendistanzen auf der Fotoplatte, für jede Linie die Wellenlänge bestimmt werden. Es ist möglich, aus der Schwärzung Angaben über Intensitäten zu entnehmen, (im Sonderfall kann auch der Polarisationszustand vermerkt werden).After developing the plate, the evaluation takes place: It can be done by interpolation, As usual, the wavelength can be determined for each line by measuring the line distances on the photo plate. It is possible, information about intensities can be taken from the blackening (in special cases the polarization state can also be noted).

Die numerischen Resultate dieser Messung werden in einer Tabelle gesammelt, wonach mit Hilfe der schon erwähnten Wellenlängentabellen für Lanthanide in Kalziumwolframat die Linien identifiziert werden können.The numerical results of this measurement are collected in a table, according to which the lines can be identified with the aid of the wavelength tables for lanthanides in calcium tungstate already mentioned.

Es stellte sich heraus, dass der Versuchsscheelit des Beispiels die folgenden Elemente enthielt: Eu, Dy, Ho, Er und ein wenig, d.h. einige Teile pro Million, Pr. Aus einer Intensitätsbestimmung konnte geschlossen werden, dass Ho und Er die Hauptelemente waren mit je um 1 Atomprozent, Dy mit 0,5 Atomprozent, und Eu 0,1 Atomprozent.The experimental scheme of the example turned out to be the following Elements included: Eu, Dy, Ho, He and a little, i.e. some parts per million, Pr. From an intensity determination it could be concluded that Ho and Er were the main elements with around 1 atomic percent each, Dy with 0.5 Atomic percent, and Eu 0.1 atomic percent.

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Claims

Expectations

1.Method of analyzing crystals containing trace elements, whereby the properties of the substances to be examined are not lost goj by means of their optical spectra, characterized in that one after the other - in random order - an absorption and a luminescence spectrum are recorded with the help of a light beam a continuous wavelength distribution between 380 nm and 2000 nm, preferably between 3000 nm and 1200 nm.

2. The method according to claim 1, characterized in that opaque Crystals or crystal aggregates or crystal powders are analyzed by means of absorption spectral analysis of the light reflected from the too investigating substance.

3. The method according to claims 1 to 2, characterized in that crystals or crystalline substances are made to luminesce by excitation of light in the wavelength range from 380 to 550 nm.

k. Method according to claims 1-3, characterized in that the trace elements belong to the groups of transition metals, lanthanides and heavy metals, and these elements are identified by comparing the spectra recorded at the same time of the substance to be examined and of reference substances with the same Crystal lattices like this one, but doped with a certain trace element in a known concentration; the reference substance is attached to an opaque support body.

5. The method according to claims 1-U, characterized in that it is applied is applied to monocrystalline and polycrystalline substances or objects that contain trace elements that belong to the group of lanthanides.

6. The method according to claims 1-5, characterized in that fine-grained, transparent or non-transparent substances for examination

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be attached to a non-transparent support body.

7. The method according to claims 1-6, characterized in that the Bundle axis from the excitation light, and the optical axis from the spectrum analyzer Include an adjustable angle, which can be varied between 0 and 90.

8. The method according to claims 1-7> characterized in that for Excitation of the spectra of light with a continuous spectrum and high energy density used in the bundle, the wavelength of the maximum energy density can be regulated.

9. The method according to claims 1-8, characterized in that the The quality of the light beam exciting the luminescence is adjustable in the mentioned wavelength range and that the quality of the analysis light bundle can be adjusted by means of filtering.

10. The method according to claims 1-9, characterized in that Monokrietalle can be analyzed by means of polarized spectra.

11. The method according to claims 1-10, characterized in that the Object during the analysis in the main direction of the optical axis of the analysis apparatus by means of a controllable opto-mechanical Movement is sensed.

12. Device for carrying out the method according to claims 1-11, composed of a light source, a filter combination to determine the quality of the excitation light, a lens combination to concentrate this light on the object to be examined, an object holder and an optical analysis system of lenses, filters and a spectrum analyzer, incidentally a calibration device, characterized in that the light source a continuous spectrum emitted in the analysis wavelength range, has a small incandescent body, and that the wavelengths of the maximum energy density depend on the measurement.

- can be fitted.

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13 · Device according to claim 12, characterized in * that in the exciter bundle and combined interchangeable optical filters are attached in the analysis bundle.

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