DE2456713A1

DE2456713A1 - Atomabsorptions-spektrometer

Info

Publication number: DE2456713A1
Application number: DE19742456713
Authority: DE
Inventors: Hans Walter Kiefer; Lothar Herbert Riethmueller; Ernst Guenther Ro Spreitzhofer
Original assignee: Bodenseewerk Perkin Elmer and Co GmbH
Current assignee: PE Manufacturing GmbH
Priority date: 1974-11-30
Filing date: 1974-11-30
Publication date: 1976-06-10
Also published as: US4032235A

Description

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PATENTANWÄLTE Dipl.-Phys. JÜRGEN WEISSE · Dipl.-Chem. Dr. RUDOLF WOLGAST

D 5602 LANGENBERG · BÖKENBUSCH 41 Postfach 86 · Telefon: (02127) 4019 - Telex: 8516895

P atent arme !dung Bodenseewerk PerkinElmer & Co. GmbH/ 777 tiberlingen/Bodensee Atomabsorptions-Spektrometer

Die Erfindung betrifft ein Atomabsorptions-Spektrometer, welches als Zweistrahlgerät mit einem durch atomisierte Probensubstanz geleiteten Probenstrahlengang und einem Referenzstrahlengang ausgebildet ist, mit einer linienemittierenden ersten Lichtquelle, welche eine Resonanzlinie eines gesuchten Elements emittiert, und einer ein kontinuierliches Spektrum emittierenden zweiten Lichtquelle, einer Chopperanordnung, durch welche in vorgegebener zyklischer Folge in aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten abwechselnd Licht von der linienemittierenden ersten Lichtquelle auf Proben- und Referenzstrahlengang und Licht von der zweiten Lichtquelle auf Proben- und Referenzstrahlengang geleitet und zur Erzeugung eines Dunkelsignals beide Lichtquellen in beiden Strahlengängen abgedeckt werden einem Detektor, der sowohl von dem Proben- als auch von dem Referenzstrahlengang beaufschlagt ist und einer Auswerterschaltung, welche eine mit der Chopperanordnung synchronisierte Signalweiche zur Trennung der von den verschiedenen Lichtquellen und Strahlengängen herrührenden

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Signalanteile enthält.

Die zweite Lichtquelle, die ein kontinuierliches Spektrum emittiert, hat bekanntermaßen den Zweck, den Einfluß der "Untergrundabsorption" zu kompensieren, welche durch Molekularabsorption, Absorption durch das Lösungsmittel der Probenlösung oder durch Streuung, z.B. an Salzkristallen, hervorgerufen werden kann. Die Untergrundabsorption wird dadurch gemessen, daß die Strahlung von einer Lichtquelle, die ein kontinuierliches Spektrum in einem breiten, die Resonanzlinie des gesuchten Elementes enthaltenden Wellenlängenbereich liefert, ebenfalls der Untergrundabsorption unterliegt. Diese Untergrundabsorption kann über den gesamten Bereich hinweg als im wesentlichen konstant angesehen werden. Die Absorption, der diese Kontinuumstrahlung im Bereich der schmalen Resonanzlinie durch die Atome des gesuchten Elements unterworfen ist, kann gegenüber der Gesamtabsorption in dem wesentlich breiteren Wellenlängenbereich praktisch vernachlässigt werden. Durch Vergleich mit der Bündelintensität, welche sich für den besagten Wellenlängenbereich des kontinuierlichen Spektrums längs des Referenzstrahlenganges ergibt, kann die Untergrundabsorption bestimmt werden. Diese Untergrundabsorption kann dann in einer Signalauswertung zeichnerisch berücksichtigt werden (DT-OS 2 3o3 533).

Es ist eine Auswerterschaltung vorgeschlagen worden (Patentanmeldung P 24 o7 6o7.1) bei welcher von der Chopperanordnung eine Signalweiche für die Signale des über die Chopperanordnung in verschiedenen Winkelbereichen derselben nacheinander von verschiedenen Strahlenbündeln beaufschlagten photoelektrischen Empfänger gesteuert ist. Dadurch werden die von den einzelnen Strahlenbündeln herrührenden Signale auf verschiedene Kanäle umgeschaltet. Das geschieht dadurch, daß die Chopperanordnung zwischen den Winkelbereichen mit peripheren Marken versehen ist, die durch einen Fühler zur Erzeugung von Schaltimpulsen

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abtastbar sind. Durch die Schaltimpulse ist ein Schieberegister vorschaltbar, von dessen Ausgängen die einzelnen Kanäle nacheinander anschaltbar sind. Eine der Marken ist zur Erzeugung eines von den Schaltimpulsen verschiedenen Märkierimpulses ausgebildet. Das Fühlersignal ist auf eine monostabile Kippschaltung geschaltet, und das Fühlersignal und der Ausgang der monostabilen Kippschaltung sind zur Erzeugung eines Löschimpulses am Löscheingang des Schieberegisters nur aus dem Markierimpuls miteinander logisch verknüpft. In jedem Kanal ist ein erster gesteuerter elektronischer Schalter, ein hinter dem Schalter gegen Masse geschalteter Speicherkondensator, ein Verstärker hoher Eingangsimpedanz und ein am Ausgang des Verstärkers liegender zweiter gesteuerter elektronischer Schalter vorgesehen. Allen Kanälen ist ein Logarithmierverstärker nachgeschaltet. Die ersten und die zweiten gesteuerten elektronischen Schalter sind jeweils in gegeneinander versetzten Takten von den Ausgängen des Schieberegisters durchsteuerbar. Am Ausgang des Logarithmierverstärkers liegt wenigstens ein Kondensator mit einer Klemme an, der über gesteuerte elektronische Erdungsschalter mit seiner zweiten Klemme an Masse schaltbar ist. Die zweite Klemme des Kondensators ist über wenigstens einen gesteuerten elektronischen Ausgangsschalter und vorzugsweise einen Verstärker an eine Ausgangsklemme gelegt. Die gesteuerten elektronischen Schalter sind von den Ausgängen des Schieberegisters nacheinander durchsteuerbar. Die zweite Klemme des am Ausgang des Logarithmierver stärkers liegenden Kondensators liegt über je einen gesteuerten elektronischen Ausgangsschalter an je einem speichernden Verstärker an, der einen Speicherkondensator am Eingang aufweist. Die Erdungsschalter sind zusammen mit den zweiten Schaltern der dem Probenstrahlengang des ersten bzw. dem Referenzstrahlengang des zweiten Strahlenbündels entsprechenden Kanälen und die Ausgangsschalter zusammen mit den zweiten Schaltern der dem Referenzstrahlengang des ersten bzw. dem Probenstrahlengang des zweiten Strahlenbündels ent-

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sprechenden Kanäle durchschaltbar. Die Ausgänge der besagten speichernden Verstärker sind auf einen Summierverstärker geschaltet.

Es wird durch eine solche oder eine ähnliche Auswerterschaltung ein Ausgangssignal erzeugt, welches unabhängig von der Untergrundabsorption im Probenraum ist. Theoretisch ist das erhaltene Ausgangssignal auch unabhängig von der Lampenhelligkeit und der Detektorempfindlichkeit. In der Praxis ergeben sich jedoch Schwierigkeiten, wenn die Höhe des Signalpegels zum Beispiel durch Unterschiede in der Lampenhelligkeit stark schwankt, da die Auswerterschaltung nur für einen bestimmten Bereich von Signalpegeln optimal ausgelegt ist. Das gilt insbesondere, wenn nach Art der Patentanmeldung P 24 o7 6o7.1 Logarithm!erverstärker verwendet werden, welche die logarithmische Änderung des durch eine Diode fließenden Stromes in Abhängigkeit von der angelegten Spannung ausnutzen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Atomabsorptions-Spektrometer der eingangs definierten Art so auszubilden, daß sich Änderungen in der Lampenhelligkeit der ein kontinuierliches Spektrum emittierenden zweiten Lichtquelle nicht auf den Signalpegel auswirken.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch

(a) einen umschaltbaren Verstärker für die Detektorsignale, der gesteuert von der Chopperanordnung während derjenigen Abschnitte jedes Zyklus, während welcherLicht von der ersten Lichtquelle auf den Detektor fällt, auf einen vorgegebenen festen und während derjenigen Abschnitte jedes Zyklus, während welcher Licht von der zweiten. Lichtquelle auf den Detektor fällt, auf einen veränderbaren Verstärkungsgrad umschaltbar ist, und

(b) einen Regler, dem ein festes Bezugssignal als Sollwert und der Signalanteil des Detektorsignals, der von der über den Referenzstrahlengang geleiteten Strahlung der zweiten

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Lichtquelle herrührt, als Istwert zugeführt wird und durch den der veränderbare Verstärkungsgrad des Verstärkers im Sinne einer Verringerung der Regelabweichung gesteuert ist.

Es wird also das Signal, welches durch die zweite Lichtquelle über den Referenzstrahlengang, also unbeeinflußt von einer Probe, erzeugt wird, ständig auf einen konstanten Wert geregelt. Mit dem gleichen Verstärkungsgrad wird auch das Signal verstärkt, welches von der über den Probenstrahlengang herrührenden geleiteten Strahlung der zweiten Lichtquelle herrührt.

Die Erfindung kann in der Weise verwirklicht werden, daß die Chopperanordnung periodisch in einem ersten Teil des Zyklus nach jeweils einer ersten Dunkelperiode das Licht der ersten Lichtquelle nacheinander über die beiden Strahlengänge und in einem zweiten Teil des Zyklus nach jeweils einer zweiten Dunkelperiode das Licht der zweiten Lichtquelle nacheinander über die beiden Strahlengänge auf den Detektor leitet und daß der Verstärker während des zweiten Teils des Zyklus auf den veränderbaren Verstärkungsgrad umschaltbar ist.

Bei einer solchen Anordnung würden die während der Dunkelperiode auftretenden Dunkelsignale unterschiedlich verstärkt. Deshalb wird vorteilhafterweise die Anordnung so getroffen, daß der Ausgang des besagten umschaltbaren Verstärkers über zwei parallele Kanäle an einem Eingang eines Operationsverstärkers anliegt, die je einen ersten bzw. zweiten gesteuerten Schalter und je einen mit dem Schalter in Reihe liegenden ersten bzw. zweiten Kondensator enthalten, daß der besagte Eingang über einen dritten gesteuerten Schalter an Masse anlegbar ist und daß der erste gesteuerte Schalter während des ersten Teils des Zyklus, der zweite gesteuerte Schalter während des zweiten Teils des Zyklus und der dritte gesteuerte Schalter während jeder Dunkelperiode geschlossen wird.

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Der umschaltbare Verstärker kann so ausgebildet sein, daß der umschaltbare Verstärker einen Operationsverstärker enthält, dessen Ausgangsspannung über einen Spannungsteiler auf den Eingang gegengekoppelt ist, daß der Spannungsteiler einen ersten Festwiderstand und die Parallelschaltung eines mit einem ersten gesteuerten Schalter in Reihe liegenden zweiten Festwiderstandes und eines mit einem zweiten, gegensinnig zu dem ersten gesteuerten Schalter in Reihe liegenden Photowiderstandes enthält, daß der Photowiderstand von einer Lichtquelle belichtet ist, deren Helligkeit von dem Regler gesteuert ist, und daß der erste gesteuerte Schalter während des zweiten Teils des Zyklus geöffnet und der zweite gesteuerte Schalter geschlossen wird.

Eine digitale Lösung besteht darin, daß der umschaltbare Verstärker einen Operationsverstärker mit einem Festwiderstand in der Gegenkopplungsschleife enthält, an dessen Eingang das Detektorsignal einmal über einen Festwiderstand und einen damit in Reihe liegenden, synchron mit der Chopperanordnung gesteuerten Schalter und zum anderen über die Parallelschaltung einer Mehrzahl binär gestufter, mit je einem gesteuerten Schalter in Reihe liegender Festwiderstände anliegt, daß der erste gesteuerte Schalter während des ersten Teils des Zyklus im schließenden und während des zweiten Teils des Zyklus im öffnenden Sinne angesteuert ist, daß die mit den gestuften Festwiderständen in Reihe liegenden Schalter während des ersten Teils des Zyklus sämtlich im öffnenden Sinne und während des zweiten Teils des Zyklus von den Ausgängen eines vorwärts-und rückwärtszählenden Binärzählers angesteuert sind, daß der Binärzähler während des Abschnittes jedes Zyklus, während welches Licht von der zweiten Lichtquelle über den Referenzstrahlengang auf den Detektor gelangt, einen Zählimpuls erhält und daß die Zählrichtung des Binärzählers von einem Komparator bestimmt ist, an dem die Amplitude des Detektorsignals während dieses Abschnittes zusammen mit einer festen Bezugsspannung anliegt.

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Die Erfindung ist nachstehend an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 ist eine Blockdarstellung und veranschaulicht den Grundgedanken der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 zeigt schematisch den Intensitätsverlauf am photoelektrischen Empfänger;

Fig. 3 zeigt ein Schaltbild eines mit analogen Bauelementen aufgebauten umschaltbaren Verstärker;.

Fig. 4 zeigt schematisch den Aufbau der Auswerterschaltung;

Fig. 5 zeigt Signalverläufe an verschiedenen Stellen der Schaltung und

Fig. 6 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des umschaltbaren Verstärkers, bei welcher der Verstärkungsgrad durch digitale Mittel regelbar ist.

In Fig. 1 ist mit 1 ο die kontinuierlich strahlende zweite Lichtquelle bezeichnet. Durch eine Chopperanordnung 12, die nach Art der DT-OS 2 3o3 533 augebaut sein kann, wird die Strahlung von dieser zweiten Lichtquelle sowie von der linienemittierenden ersten Lichtquelle 14 in bestimmter zyklischer Folge, die aus Fig. 2 ersichtlich ist, über Proben- und Referenzstrahlengang.auf einen photoelektrischen Detektor 16 geleitet. Die elektrischen AusgangsSignale des photoelektrischen Detektors 16 werden über einen umschaltbaren und regelbaren Vorverstärker 18 auf eine Signalweiche 2o geschaltet.

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Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, besteht ein voller Zyklus der Chopperanordnung aus einem ersten Teil TI und einem zweiten Teil T2. Der erste Teil T1 enthält nacheinander eine erste Dunkelperiode D1, während welcher kein Licht von den Lichtquellen 1o, 14 auf den Detektor 16 gelangt, einen Abschnitt HC , während welches Licht von der linienemittierenden ersten Lichtquelle 14 über den Referenzstrahlengang auf den Detektor 16 gelangt, und einen Abschnitt HC_p, während welches das Licht von der Lichtquelle 14 über den Probenstrahlengang auf den Detektor 16 fällt. Ein zweiter Teil des Zyklus enthält wieder eine Dunkelperiode, daran anschließend einen Abschnitt, während welches Licht von der zweiten Lichtquelle 1o über den Probenstrahlengang auf den Detektor 16 gelangt, und einen weiteren Abschnitt, während welches Licht von der zweiten Lichtquelle über den Referenzstrahlengang auf den Detektor 16 fällt.

Die Signalweiche 2o arbeitet synchron mit der Chopperanordnung 12 und trennt die während der verschiedenen Abschnitte auftretenden Signale, wobei diese Signale um die während der Dunkelperioden auftretenden Dunkelsignale berichtigt werden. Es entstehen daher vier Meßsignale, die von der ersten Lichtquelle bei Strahlenführung über Proben- und Referenzstrahlengang und von der zweiten Lichtquelle bei Strahlenführung über Proben-und Referenzstrahlengang herrühren.

Der Verstärkungsgrad des Vorverstärkers 18 ist umschaltbar, wie durch den Umschalter 22 in Fig. 1 symbolisiert ist. Während des ersten Teiles T1 jedes Zyklus wird der Verstärkungsgrad des Verstärkers 18 auf einen festen (gegebenenfalls von Hand einstellbaren) Wert geschaltet. Während des zweiten Teils T2 des Zyklus erfolgt eine Umschaltung auf einen veränderbaren Verstärkungsgrad. Dieser veränderbare Verstärkungsgrad wird von einem Regler 24 gesteuert. Dem Regler 24 wird ein festes Bezugssignal von einer Bezugssignalquelle 26 als Sollwert und

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der Signalanteil des Detektorsignals, der von der über den Referenzstrahlengang geleiteten Strahlung der beiden Lichtquellen 1o herrührt, als Istwert zugeführt. Der veränderbare Verstärkungsgrad des Verstärkers wird von dem Regler im Sinne einer Verringerung der Regelabweichung geregelt. Auf diese Weise wird der Verstärkungsgrad des Verstärkers während des ersten Teils des Zyklus, also während Strahlung von der ein kontinuierliches Spektrum emittierenden Lichtquelle 1o auf den Detektor gelangt, so geregelt, daß diese Strahlung über den Referenzstrahlengang einen vorgegebenen Signalpegel hervorruft. Die über den Probenstrahlengang laufende Strahlung wird in ihrem Signalpegel in entsprechender Weise variiert.

Fig. 3 zeigt eine analoge Schaltung für den Aufbau des Verstärkers 18. Vom Detektor 16 erscheint ein Signal der Signalform 1 (Fig. 5) an einem Eingang 28. Durch einen Koppelkondensator 3o wird das Signal zu einer Nullinie zentriert, wie durch den Signalverlauf 2 in Fig. 5 dargestellt ist. Das Signal liegt über einen Widerstand 32 an dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 34 an. Der nicht-invertierende Eingang des Operationsverstärkers 34 liegt über einen Widerstand 36 an Masse. Vom Ausgang des Operationsverstärkers 34 erfolgt eine Gegenkopplung, und zwar wird von der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 34 mittels eines Spannungsteilers 38, 4o in einem Punkt 42 eine Teilspannung abgegriffen, die über einen Widerstand 44 auf den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 34 geschaltet ist. Das Teilerverhältnis des Spannungstellers 38, 4o bestimmt den Grad der Gegenkopplung und damit den Verstärkungsgrad des Verstärkers. In Reihe mit dem Widerstand 4o liegt ein gesteuerter Schalter in Gestalt eines FET 46. Parallel zu der Reihenschaltung des Festwiderstands 4o und des FET 46 liegt ein Photowiderstand 48 in Reihe mit einem gesteuerten Schalter (FET) 5o. Die gesteuerten Schalter 46 und 5o werden von einem Steuersignal 5 (Fig. 5), das von der Chopperanordnung auf einen Eingang 52 gegeben wird,

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gegensinnig angesteuert, und zwar der FET 46 über eine Diode und der FET 5o über einen invertierenden Verstärker 56. Durch das Steuersignal 5 wird der gesteuerte Schalter 46 während des ersten Teils jedes Zyklus und der gesteuerte Schalter 5o
während des zweiten Teils jedes Zyklus geschlossen.

Ein Ausgangssignal 3 (Fig. 5) wird an einem Ausgang 58 abgegriffen.

Bei Schließen des gesteuerten Schalters 46 ergibt sich ein
fester Verstärkungsgrad des Verstärkers 18. Bei Schließen des Schalters 5o wird der Verstärkungsgrad durch den Widerstandswert des Photowiderstands 48 bestimmt. Der Photowiderstand 48 wird von einer Lichtquelle, beispielsweise einer Lumineszenzdiode 6o, belichtet. Die Helligkeit dieser Liquelle 6o wird
gesteuert von dem Regler 24. Der Regler 24 enthält einen
Operationsverstärker 62. Dem invertierenden Eingang des
Operationsverstärkers 62 wird über einen gesteuerten Schalter 64 einmal ein Referenzsignal in Form eines Stromes von einer
negativen Spannungsquelle durch einen Widerstand 66 zugeführt und zum anderen über einen Widerstand 68 ein Signal entsprechend der ungeschwächten Intensität der zweiten Lichtquelle 1o, also ein Signal, welches von dem über den Referenzstrahlengang geleiteten Licht der zweiten Lichtquelle herrührt. Der
gesteuerte Schalter 64 ist über die Diode 7o von dem am Eingang 52 anliegenden Steuersignal 5 (Fig. 5) gesteuert, derart, daß er während des zweiten Teils des Zyklus schließt. Der Ausgang des Operationsverstärkers 62 wird durch einen Transistor 72
verstärkt und steuert über einen Widerstand 74 die Helligkeit der Lichtquelle 6o und damit den Verstärkungsgrad des mit dem Operationsverstärker 34 aufgebauten Vorverstärkers 18. Der
Ausgang am Emitter des Transistors 72 ist über einen Kondensator 76 und einen Widerstand 7 8 auf den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 62 gegengekoppelt, so daß der Regler

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ein Pl-Verhalten hat.

Der Ausgang 58 des Verstärkers 18 wird einer Signalweiche zugeführt, die in Fig. 4 schematisch dargestellt ist.

Die Signalweiche enthält einen Operationsverstärker 8o, an dessen nicht invertierendem Eingang über einen Widerstand 82 zwei parallele Kanäle anliegen. Jeder dieser Kanäle enthält einen Kondensator 84 bzw. 86 und einen damit in Reihe liegenden gesteuerten Schalter 88 bzw. 9o. Die gesteuerten Schalter 88 und 9o sind zueinander komplementär und werden über zueinander gegensinnig gepolte Dioden 92 bzw. 94 von dem Signal 5 (Fig. 5) gegensinnig angesteuert. Der Punkt zwischen den Kondensatoren 84 und 86 und dem Widerstand 82 ist über einen gesteuerten Schalter 96 an Masse anlegbar. Der gesteuerte Schalter 96 wird über einen Widerstand 98 von einem Signal 6 (Fig. 5) angesteuert derart, daß der Schalter 96 während jeder Dunkelperiode geschlossen wird. Der Operationsverstärker 8o enthält einen Gegenkopplungszweig mit einem Widerstand Too vom Ausgang auf den invertierenden Eingang. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 8o ist außerdem über einen Widerstand 1o2 an Masse gelegt. "

Der Ausgang des Operationsverstärkers 8o wird über gesteuerte Schalter, die von der Chopperanordnung betätigbar sind, während jedes Zyklus nacheinander auf vier Kanäle verteilt. Jeder dieser Kanäle enthält eine Speicherschaltung, von denen in Fig. 4 nur eine dargestellt ist. Diese enthält einen gesteuerten Schalter To4, der während des BC -Abschnitts geschlossen ist. Auf den Signalwert während dieses Abschnitts wird ein Kondensator 1o6 aufgeladen, der an dem nicht invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 1o8 anliegt, so daß der Operationsverstärker ein entsprechendes Signal an seinem Ausgang zeigt, auch wenn der Schalter 1o4 anschließend wieder öffnet.

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Dieses Signal vom Ausgang des Operatxonsverstarkers 1o8 liegt über den Widerstand 68 und den gesteuerten Schalter 64 an dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 62 an.

Durch den Verstärker 18 werden die beiden Dunkelsignale während der Dunkelperioden D1 und D2 unterschiedlich verstärkt, wie aus dem Signalverlauf 3 in Fig. 5 ersichtlich ist. Dem wird dadurch Rechnung getragen, daß die Kondensatoren 84 und 86, die während des zweiten bzw. ersten Teiles jedes Zyklus mit dem Eingangssignal in Reihe geschaltet sind, während der jeweiligen Dunkelperiode nach Abschließen des gesteuerten Schalters 96 auf das entsprechende Dunkelsignal aufgeladen werden. Über den Widerstand 82 liegt an dem Eingang des Operationsverstärkers 8o ein Signal 4" (Fig. 5) welches während beider Dunkelperioden auf der Nullinie liegt. Mit 6 in Fig. 5 ist das Steuersignal bezeichnet, durch welches der gesteuerte Schalter 96 während jeder Dunkelperiode geschlossen wird.

Fig. 6 zeigt eine andere Ausführung des Verstärkers 18, bei welche die Verstärkungsregelung auf digitalem Wege geschieht. Bei dieser Anordnung wird das Signal 1 (Fig. 5) von dem photoelektrischen Detektor 16 über einen Kondensator 11o auf einen Operationsverstärker 112 gegeben, in dessen Gegenkopplungsschleife ein Widerstand 114 liegt. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 112, an dem der Kondensator 11o anliegt, ist über einen Widerstand 116 gegen Masse geschaltet. Am Eingang des Operationsverstärkers 112 ergibt sich dann das Signal 2- von Fig. 5. Dieses Signal liegt an dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 118, und zwar einmal über einen gesteuerten Schalter 12o und zum anderen über die Parallelschaltung einer Mehrzahl von binär gestuften Festwiderständen 122 bis' 136, mit denen jeweils ein gesteuerter Schalter 138 bis 152 in Reihe liegt. Der Operationsverstärker 118 hat einen Widerstand 154 in der Gegenkopplungsschleife. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 118 liegt über einen Widerstand 156 an Masse.

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Der gesteuerte Schalter 12o wird über einen Widerstand 158 von dem Signal 5 in Fig. 5 angesteuert, welches an einem Eingang 16o anliegt. Die gesteuerten Schalter 138 bis 152 werden über Dioden 162 bis 176 von den Ausgängen eines Binärzählers 178 gesteuert, und zwar so, daß der Schalter geschlossen wird, wenn die zugehörige Zählerstufe gesetzt ist.

Über Dioden 18o bis 194 können außerdem sämtliche Schalter 138 bis 152 von dem Signal 5 aus Fig. 5 am Eingang 16o im öffnenden Sinne angesteuert werden.

Jedesmal während des zweiten Teils des Zyklus wird von dem Signal 5 ein Taktimpuls auf den Takteingang des Zählers 178 gegeben. Dieser Taktimpuls bewirkt eine Aufwärts- oder Abwärtszählung je nach dem Zustand eines Komparators 196, an dem einmal eine feste Referenzspannung über einen Widerstand 198 und zum anderen über einen Widerstand 2oo das Ausgangssignal des Speicherglieds 1o6, 1o8 (Fig. 4) anliegt.

Während des ersten Teils T1 des Zyklus ist der gesteuerte Schalter 12o geschlossen, während über die Dioden 18o bis 194 sämtliche Schalter 138 bis 152 geöffnet sind. Der Verstärker arbeitet jetzt mit einem festen, durch die Widerstandswerte des Widerstands 154 und eines mit dem Schalter 12o in Reihe liegenden Widerstandes 2o2 bestimmten Verstärkungsgrad. Während des zweiten Teils der Periode ist der Schalter 12o geöffnet. Es sind diejenigen der Schalter 138 bis 152 geschlossen, deren zugehörige Zählerstufen gesetzt sind. Je nach dem, ob das über den Widerstand 2oo am Komparator 196 anliegende Signal größer oder kleiner als das über den Widerstand 198 anliegende Referenzsignal ist, wird ein Impuls aufwärts oder abwärts in den Zähler 178 eingezählt. Nach einigen Zyklen wird sieh dann ein Zustand einstellen, in welchem der Verstärkungsgrad'während des zweiten Teils des Zyklus jeweils gerade so groß ist, daß die Signale am Komparator 196 gleich sind.

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Claims

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Patentansprüche

Atomabsorptions-Spektrometer, welches als Zweistrahlgerät mit einem durch atomisierte Probensubstanz geleiteten Probenstrahlengang und einem Referenzstrahlengang ausgebildet ist, mit einer linienemittierenden ersten Lichtquelle, welche eine Resonanzlinie eines gesuchten Elements emittiert, und einer ein kontinuierliches Spektrum emittierenden zweiten Lichtquelle, einer Chopperanordnung, durch welche in vorgegebener zyklischer Folge in aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten abwechselnd Licht von der linienemittierenden ersten Lichtquelle auf Proben- und Referenzstrahlengang und Licht von der zweiten Lichtquelle auf Proben- und Referenzstrahlengang geleitet und zur Erzeugung eines Dunkelsignals beide Lichtquellen in beiden Strahlengängen abgedeckt werden, einem Detektor, der sowohl von dem Proben-als auch von dem Referenzstrahlengang beaufschlagt ist, und einer Auswerterschaltung, welche eine mit der Chopperanordnung synchronisierte Signalweiche zur Trennung der von den verschiedenen Lichtquellen und Strahlengängen herrührenden Signalanteile enthält, gekennzeichnet durch:

(a) einen umschaltbaren Verstärker (18) für die Detektorsignale, der gesteuert von der Chopperanordnung (12) während derjenigen Abschnitte (HC_n,- HC₁J jedes Zyklus, während welcher Licht von der ersten Lichtquelle (14) auf den Detektor (16) fällt, auf einen vorgegebenen festen und während derjenigen Abschnitte (BC_n, BC₀) jedes Zyklus, während welcher Licht von der zweiten Lichtquelle (1o) auf den Detektor (16) fällt, auf einen veränderbaren Verstärkungsgrad umschaltbar ist, und

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(b) einen Regler (24) , dem ein festes Bezugssignal als Sollwert und der Signalanteil des Detektorsignals, der von der über den Referenzstrahlengang geleiteten Strahlung der zweiten Lichtquelle (1o) herrührt, als Istwert zugeführt wird und durch den der veränderbare Verstärkungsgrad des Verstärkers (18) im Sinne einer Verringerung der Regelabweichung gesteuert ist.

Atomabsörptions-Spektrometef nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Chöpperanordnung periodisch im einem ersten Teil (Ti) des Zyklus nach jeweils einer ersten Dunkelperiode'(Di) das Licht der ersten Lichtquelle (14) nacheinander über die beiden Strahlengänge und in einem zweiten Teil (T2) des Zyklus nach jeweils einer zweiten Dunkelperiode (D2) das Licht der zweiten Lichtquelle (1ο) nacheinander über die beiden Strahlengänge auf den Detektor' (16) leitet und daß der Verstärker (18) während des zweiten Teils (T2) des Zyklus auf den veränderbaren Verstärküngsgrad umschaltbar ist.

Ätomabsorptioris-Spektrömeter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des besagten umschaltbaren Verstärkers (18j über zwei parallele Kanäle an einem Eingang eines Operationsverstärkers (8ο) anliegt, die je einen ersten bzw. zweiten gesteuerten Schalter (88, 9o) und je einen mit dem Schälter in Reihe liegenden ersten bzw. zweiten Kondensator (84, 06) enthalten, daß der besagte Eingang ^;uber einen dritten gesteuerten Schalter

(96) an Masse anlegbar ist und daß der erste gesteuerte Schalter (88) während des ersten Teils (T1) des Zyklus, der_: zweite gesteuerte Schalter (9b) während des zweiten Teils (T2) des Zyklus und der dritte gesteuerte Schalter

(96) während jeder Dunkelperiode '(TDT," D2J; geschlossen wird.

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4. Atomabsorptions-^Spektxometer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der umschaltbare Verstärker einen Operationsverstärker (3.4) enthält, dessen Ausgangs spannung über einen Spannungsteiler auf den Eingang gegengekoppelt ist, daß der Spannungsteiler einen ersten Festwiderstand (38) und die Parallelschaltung eines mit einem ersten gesteuerten Schalter {46} in Reihe liegenden zweiten Festwiderstandes (4o) und eines mit einem zweiten, gegensinnig zu dem ersten gesteuerten Schalter (5o) in, Reihe liegenden Photowiderstandes (48) enthält, daß der Photowiderstand (48) von einer Lichtquelle (6.o) belichtet ist, deren Helligkeit von dem Regler (24) gesteuert ist, und daß der erste gesteuerte Schalter (46) während des zweiten Teils (T2) des Zyklus geöffnet und der zweite gesteuerte Schalter (5o) geschlossen wird.

5. Atomabsorptions-Spektrometer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der umschaltbare Verstärker einen Operationsverstärker (118) mit einem Festwiderstand (154) in der Gegenkopplungsschleife enthält, an dessen Eingang das Detektorsignal einmal über einen Festwiderstand (2o2) und einen damit in Reihe liegenden, synchron mit der Chopperanordnung gesteuerten Schalter (12o) und zum anderen über die Parallelschaltung einer Mehrzahl binär gestufter, mit je einem gesteuerten Schalter (138 bis 152) in Reihe liegender Festwiderstände (122 bis 136) anliegt, daß der besagte gesteuerte Schalter '(12ο) während des ersten Teils (Tl) des Zyklus, im schließenden und während des zweiten Teils (T2) des Zyklus im öffnenden Sinne angesteuert ist, daß die mit den gestuften Festwiderständen (122 bis 136) in Reihe liegenden Schalter (138 bis

. 152) während des ersten Teils (T1) des Zyklus sämtlich im öffnenden Sinne und während des zweiten Teils (T2) des Zyklus von den Ausgängen eines vorwärts- und rückwärts-

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zählenden BinärZählers (178) angesteuert sind, daß dem Binärzähler. (178) während des Abschnittes (BC_n) jedes Zyklus, während welches Licht von der zweiten Lichtquelle (1o) über den Referenzstrahlengang auf den Detektor (16) gelangt,, einen Zählimpuls erhält, und daß die Zählrichtung des Binärzählers (178) von einem Komparator (196) bestimmt ist, an dem die Amplitude des Detektorsignals während dieses Abschnittes zusammen mit einer festen Bezugsspannung anliegt.

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L e e r s e i t e