DE2401451A1

DE2401451A1 - Hf-erregte lichtquelle

Info

Publication number: DE2401451A1
Application number: DE2401451A
Authority: DE
Inventors: Howard E Dehaven; Robert M Hruda
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1973-01-16
Filing date: 1974-01-12
Publication date: 1974-07-18
Also published as: JPS49106202A; US3826950A

Description

DiPL-ING. KLAUS NEUBECKER

Patentanwalt
4 Düsseldorf 1 - Schadowplatz"9

•Düsseldorf, 10. Jan. 1974

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

HF-erregte Lichtquelle

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf KF-erregte Lichtquellen und insbesondere auf Quellen, die in der Lage

zu
sind, Licht mit einer Wellenlänge/emittieren, die für ein Material innerhalb eines Lampenelements charakteristisch ist, insbesondere zur Auswertung in Verbindung mit Atomabsorptionsspektroskopie. Bei derartigen Quellen ist es notwendig, eine Gasentladungslampe zu verwenden, in der ein Lichtbogen oder Plasma in einem Dampf erzeugt wird, der bei elektrischer Erregung auf optische Emission eine oder mehrere Spektrallinien erzeugt, die für das Dampfmaterial charakteristisch sind. Das Material kann ein Gas, Metall oder ein Metallsalz sein. Eine in diesem Zusammenhang Anwendung findende Lichtquelle ist die Hohlkathode, wie sie in der U. S. PS 3 264 511 vom 2. 8. 1966 - G. K. Yamasaki - , die auf die gleiche Anmelderin wie die vorliegende Anmeldung zurückgeht, beschrieben wird. Die Hohlkathodenlampe stellt die häufigste Spektralquelle dar.

Ebenso ist beträchtlicher Arbeitsaufwand auf elektrodenlose Entladungslampen als Spektralquellen aufgewandt worden. Der Begriff "elektrodenlos" bedeutet, daß die Lampen ohne Flektroden in dem Kolben ausgebildet sind und daß die

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Entladung durch HF-Elektrische Felder ausgelöst und aufrechterhalten wird. Die Hochfrequenz (HF) kann im Bereich von 300 bis 3000 MEz liegen. Diese Lampen sorgen für eine höhere Intensität als die Hohlkathodenlampen und gewährleisten, daß es zu keiner Verunreinigung infolge der Anwesenheit von Elektroden und anderen Elementen innerhalb des Kolbens kommt. Die elektrodenlose Lampe weist allgemein einen zylindrischen Quarzkolben auf, dessen Länge normalerweise größer als sein Durchmesser ist. Das Volumen im Inneren des Kolbens ist in den meisten Anwendungsfällen bis auf einige Torr mit einem geeigneten Gas wie Argon oder Neon, zusammen mit einem verdampfbaren Gas des gewünschten Elements, angefüllt. Die Lampe wird dann in einer geeigneten FF-Feldzone angeordnet, wie sie durch den Hohlraumresonator, eine Antenne oder eine sonstige geeignete Einrichtung erzeugt wird. Nach dem Eeaufschlagen des Lampengebiets mit einem HF-Feld wird das Gas wie etwa Argon ionisiert. Diese Entladung neigt dazu, den Quarzkolben und das Ea₁Iz wie etwa Bleijodid zu erwärmen, bis genug Blei verdampft ist, worauf die Lampe dann von Argonbetrieb auf Betrieb mit verdampftem Salz übergeht. Das Ergebnis ist die gewünschte Spektralemission infolge Elei. Diese gesprühten Atompartikel des Bleis werden bombardiert _fund ein Teil davon wird von einem Grundniveau auf ein höheres Energieniveau angehoben. Wenn diese angeregten Sprühatome in ihren niedrigeren Grundnieauzustand zurückkehren, wird ursprünglich von den bombardierenden Partikeln absorbierte Energie in der FDcm von Strahlung freigegeben, die für das Blei in dem Kolben charakteristische Spektrallinien hat. Dieser Spektralstrahlungsstrahl wird dann durch eine verdampfte Probe einer zu analysierenden Lösung oder eines Materials gerichtet. Wenn die Wellenlänge der Ftrahlung von der Spektralquelle derjenigen entspricht, die erforderlich ist, um die verdampften Atome in der Frobe, die sich auf dem Grundniveauzustand befinden, zu erregen, wird ein Teil der Intensität der Spektralstrahlung durch die Atome der verdampften Probenlösung absorbiert. Es ist üblich, dann die Strahlung nach Durchlauf durch die unbekannte Probe auf einen Monochromator zu richten, der auf die Wellenlänge der

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anfänglichen Strahlung von der Quelle eingestellt ist. Ein geeigneter Detektor 1st dem zugeordnet, der die Menge der Absorption infolge der Probe oder nicht infolge der Probe mißt, so daß man den Wert der in der unbekannten Probe absorbierten spektralen Strahlung ermittelt. Dieses Atomabsorptionsverfahren ist allgemein bekannt.

In Verbindung mit der HF-Lichtquelle vom Entladungstyp ist die Lampe oder deren Kolben in dem ein hohes elektrisches Feld aufweisenden Bereich eines Hohlraums angeordnet. Der Zweck des Hohlraums besteht darin, Energie von einer HF-Quelle an das Gas in dem Lampengebiet zu übertragen. Der Resonanzhohlraum-Aufbau wird verwendet, um das in dem Hohlraum befindliche elektrische Feld zu erhöhen. Es ist naturgemäß wünschenswert, die Impedanz des Hohlraums an die der Koaxialleitung der HF-Energiequelle anzupassen. Wenn die Resonanzfrequenz des Hohlraums auf die HF-Quelle abgestimmt und die Impedanz angepaßt wird, so wird die von dem Hohlraum reflektierte Energie auf einem Minimum gehalten.

Es läßt sich feststellen, daß die Ausgestaltung eines solchen Resonanzhohlraums für die Erregung elektrodenloser Lampen kompliziert ist, weil die Lampe zwei unterschiedliche EF^-Lasten darstellt. Im erloschenen Zustand stellt die Lampe eine einfache Kapazität dar, während sie im gezündeten Zustand einem komplexen Blindwiderstand mit einem induktiven, einem ohmschen sowie einem kapazitiven Anteil gleichwertig ist. Fenn der Hohlraum auf die günstigste Arbeitsfrequenz der Lampe abgestimmt wird, kommt es nach dem Erlöschen der Lampe zu einer ernsthaften Verstimmung, so daß eine I>7euzür>dung versucht wird. Der Kachteil eines P.esonanzhohlraums besteht darin, daß die reaktiven Kennwerte der Entladung sich mit dem Zustand der Entladung in der Lampe ändern. Die spektrale Strahlung der Entlcdung ist gegenüber Änderungen in der eintreffenden KF-Dnergie oder änderungen in der Fopplungsintensität zwischen der HF-Quelle und der Entladung, äußerst empfindlich. Eine Lösung besteht darin, eine Triggerspannung in der Form eines

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HF-Feldes vorzusehen, um die ursprüngliche Entladung hervorzurufen, die danach durch die in den Hohlraum eingeleitete HF-Energie aufrechterhalten wird. Eine solche Lösung erfordert naturgemäß einen zusätzlichen Schaltungsaufwand und weitere Spannungsquellen.

Erfindungsgemäß ist eine HF-erregte Lichtquelle gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Bestimmung einer Zone mit einem elektrischen Feld, in der eine elektrodenlose Entladungslampe

sowie

angeordnet ist,yeine Haupt-Abstimmeinrichtung zur augenblicklichen Modifizierung des die Entladungslampe umgebenden Feldes, um dadurch das Feld durch eine günstige vorübergehende Lage zur Aktivierung der Lampe zu modifizieren und dann zu einer zur Aufrechterhaltung einer stabilen Entladung von der Lampe geeigneten stationären Lage zurückzukehren.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Anordnung nach der Erfindung zur Handhabung HF-erregter Lampen;

Fig. 2 eine Endansicht des Hohlraumaufbaus der Fig. 1; und

Fig. 3 in vergrößertem Maßstab eine Schnittansicht der in Fig. 1 und 2 eingesetzten Abstimmeinrichtung.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 einen Hohlraumresonator 9 mit einem Zylinderkörper 10, der aus einem geeigneten elektrisch leitenden Material bestehen oder mindestens eine elektrisch leitende Beschichtung auf seiner Innenfläche wie etwa Silber haben kann. Die Länge des Zylinderkörpers 10 kann etwa 10 cm betragen. Der Durchmesser des Zylinderkörpers 10 kann etwa 4 cm betragen. Am einen Ende des Zylinderkörpers 10 ist eine Endplatte mit einer öffnung 14 vorgesehen, durch die die HF-Energie in den durch den Zylinderkörper 10 begrenzten Hohlraum 11 von einer

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HF-Quelle 1.6 eingekoppelt wird. Ein etwa aus Glas bestehendes Fenster 33 kann am gegenüberliegenden Ende des Zylinderkörpers 10 vorgesehen sein. Das Fenster 33 ist für Strahlung von der Lampe 24 durchlässig. Es kann ferner eine öffnung in dem Fenster 33 vorgesehen sein, oder es kann das Fenster 33 auch fehlen. Eine Anpassungsstufe 18 kann zwischen die HF-Quelle und den Hohlraum 11 geschaltet sein, um für einen optimalen Energieübergang zwischen der HF-Quelle 16 und dem Hohlraum 11 zu sorgen. Eine Schleife 20 kann in dem Hohlraum 11 vorgesehen sein, um die Energie in den Hohlraum 11 einzukoppeln. Am einen Ende ist mit der Endplatte mit der öffnung 14 ein Rohrkörper verbunden, der sich über eine Strecke von etwa 6 cm davon erstreckt. Der Durchmesser des Rohrkörpers 22 kann etwa 1,5 cm betragen. In Nähe des Endes des Rohrkörpers 22 befindet sich ein Kolben oder die Lampe 24_f die ein Gas enthält sowie ein Element, dessen charakteristische Emission gesucht wird. Die Lampe 24 kann einen Durchmesser von etwa 10 mm und eine Länge von weniger als T cm bis zu einigen Zentimetern haben. Das Volumen in dem Kolben 24 kann einige cm betragen. Der Kolben kann ein speziell ausgestaltetes Fenster 25 für den Durchgang der Spektralstrahlung aufweisen. Um die Lampe 24 kann eine Graphithülse vorgesehen sein, wobei der Kolben der Lampe in der öffnung in dem Rohrkörper 22 angeordnet ist. Der Kolben kann über den Rohrkörper 22 etwa 0,5 cm hinausragen. Das elektrische Feld in dem Hohlraum 11 ist im Bereich der Nase des Rohrkörpers 22 konzentriert.

Dem Zylinderkörper 10 ist eine Abstimmeinrichtung 30 zugeordnet. Die Abstimmeinrichtung 30 weist eine Haupt-Abstimmschraube oder -HüIre 38 auf, die in den Hohlraum 11 eingesetzt ist, wobei ihre Erstreckung innerhalb des Hohlraums 11 mittels, des Gewindes an der Außenseite eingestellt werden kann, das in eine Gewindeöffnung 39 in der Wand des Zylinderkörpers 10 eingeschraubt ist. Die Abstimmeinrichtung 30 weist ferner eine Kondensatorplatte in dem Hohlraum 11 auf, die an einem Druckstift 34 angebracht ist. Die Kondensatorplatte 32 sowie die Abstimmeinrichtung 30 sollen aus elektrisch leitendem Material bestehen bzw. damit '

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beschichtet sein. Der Druckstift 34 ist in einem mittleren Bereich 40 der Abstimm-Hülse 38 angeordnet, und ferner ist darin eine Feder 36 angeordnet, um den Druckstift 34 in einen entspannten oder stationären Zustand nach außen zu drücken, wie das mit einer strichpunktierten Linie für die Kondensatorplatte 32 angedeutet ist (Fig. 3). Durch Eindrücken des Druckstifts 34 bewegt sich die Kondensatorplatte 32 nach innen - vgl. Fig. 3 - in eine vorübergehende Lage, entsprechend der zeichnerischen Darstellung,

Die Abstiinmeinrichtung 30 wird in dem entspannten oder stationären Zustand durch Einstellung der Hülse 38 eingestellt, so daß der Hohlraum 11 bzw. der Zylinderkörper 10 auf einen Wert nahe der Resonanzfrequenz abgestimmt wird, wobei die elektrische Lampe 24 gezündet ist, um eine hohe Stabilität der Lichtabgabe zu schaffen. Das sorgt für einen hohen Wert eines elektrischen Feldes im Entladungsgebiet der Lampe 24. Im. unerregten Zustand wird der Hohlraumresonator 9 nicht auf einen in Nähe der Resonanz liegenden Wert erregt. Vielmehr wird die Kondensatorplatte 32 durch Eindrücken des Druckstifts 34 in den Hohlraum gebracht, so daß der Hohlraumresonator durch einen Resonanzzustand im Hinblick auf den unerregten Zustand gebracht wird. Infolgedessen wird in dem elektrischen Entladungsbereich der Lampe 24 ein hohes elektrisches Feld erzeugt und die Lampe 24 durch das so erzeugte Feld gezündet. Sodann wird der Druckstift 34 freigegeben, so daß der Hohlraum in seinen Zustand eines maximalen Wirkungsgrads mit der aktivierten Lampe zurückkehren kann. Es versteht sich, daß andere Verwirklichungsformen der Erfindung möglich sind, beispielsweise abweichende Abstimmeinrichtungen, die dem Hohlraum zugeordnet sind, und ebenso könnte gewünschtenfalls das Zündsystem sich von der Haupt-Abstimmeinrichtung unterscheiden.

Patentansprüche i 409829/0859

Claims

Patentansprüche ;

HF-erregte Lichtquelle, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Bestimmung einer Zone mit einem elektrischen Feld, in der eine elektrodenlose Entladungslampe angeordnet ist, eine Haupt-Abstimmeinrichtung zur augenblicklichen Modifizierung des die Entladungslampe umgebenden Feldes, um dadurch das Feld durch eine günstige vorübergehende Lage zur Aktivierung der Lampe zu modifizieren und dann zu einer zur Aufrechterhaltung einer stabilen Entladung von der Lampe geeigneten stationären Lage zurückzukehren.
2. Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmeinriehtung (30) eine Vorspannungseinrichtung zur Vorspannung eines Abstimm-Elements in der stationären Lage aufweist, in der das elektrische Feld für eine stabile Emission von der Lampe günstig ist,
3. Lichtquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstimm-Element entgegen der Vorspanneinrichtung durch manuelle Betätigung aus der stationären Lage in die vorübergehende Lage Überführbar ist, um das elektrische Feld zu einem Feld zu modifizieren, das für die Anregung einer Entladung in der Lampe aus einem inaktiven Zustand günstig ist,
4. Lichtquelle nach einem der Ansprüche.1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Bestimmung einer Zone mit einem elektrischen Feld von einem Hohlraumresonator (9) gebildet ist.
5. Lichtquelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraumresonator (9) eine öffnung aufweist, durch die das von der Entladungslampe erzeugte Licht zum Äußeren des Hohlraums hin austreten kann, sowie durch eine Ein-

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richtung zur Einleitung von HF-Energie in den Hohlraumresonator zur Erzeugung eines elektrischen Feldes in dem Gebiet der Entladungslampe, ferner durch eine Hilfs-Abstimmeinrichtung zur Abstimmung des Hohlraumresonators auf eine Frequenz für die Erzeugung einer stabilen spektralen Entladung von der Lampe, wenn diese aktiviert ist,
6. Lichtquelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfs-Abstimmeinrichtung einstellbar ist, um eine stationäre Lage zur Aufrechterhaltung einer günstigen Abstimmung zu schaffen, und daß die Haupt-Abstimmeinrichtung beweglich ist, um augenblicklich eine Mehrzahl Lagen zu durchlaufen und damit die Abstimmung im Hinblick auf eine günstige Zündung der Lampe im wesentlichen zu maximieren.
7. Lichtquelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Haupt- und die Hilfs-Abstimmeinrichtung ein gemeinsames Abstimm-Element haben und daß die Haupt-Abstimmeinrichtung einen federbelasteten Stiftkörper aufweist, wobei die Feder das Abstimm-Element in der stationären Lage vorspannt und die-Lage des Stiftkörpers durch manuelle Betätigung so beeinflußbar ist, daß das Abstimm-Element augenblicklich durch die Mehrzahl Lagen bewegt wird.

KN/nb 3

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