DE2708052A1

DE2708052A1 - ANALYZING DEVICE

Info

Publication number: DE2708052A1
Application number: DE19772708052
Authority: DE
Inventors: Hideaki Koizumi; Kenitiro Takahasi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1976-02-27
Filing date: 1977-02-24
Publication date: 1977-10-06
Also published as: AU2262377A; FR2342493A1

Description

BEETZ. LAM PRECHT-B E ETZ PATENTANWÄLTEBEETZ. LAM PRECHT-B E ETZ PATENT LAWYERS

8OOO München 22 - Stelnsdorfstr. IO Dipl.-ing. R. Beetz μπ.8OOO Munich 22 - Stelnsdorfstr. IO Dipl.-ing. R. Beetz μπ.

TELEFON (O88) 29 72OI - 227944· 2BS01O 9 70ROR? Dlpl.-lng.K.LAMPRECHTTELEPHONE (O88) 29 72OI - 227944 · 2BS01O 9 70ROR? Dlpl.-lng.K.LAMPRECHT

Τ·Ι·χ S 22 048-Talagramm Allpatent München ^ fUOUO£ Dr.-Ing. R. BEETZ Jr.Τ · Ι · χ S 22 048-Talagramm Allpatent Munich ^ fUOUO £ Dr.-Ing. R. BEETZ Jr.

Dipl.-Phy·. U. H EIDRICHDipl.-Phy ·. U. H EIDRICH

_s r , Dr.-lng.W.TIMPE _s r , Dr.-lng.W.TIMPE

Dipl.- Ing. J. SI EOFRIE DDipl.- Ing. J. SI EOFRIE D

81-26.559P 2¹». 2. 197781-26.559P 2 ¹ ». 2nd 1977

HITACHI, LTD., Tokio (Japan)HITACHI, LTD., Tokyo (Japan) AnalysenvorrichtungAnalysis device

Die Erfindung betrifft eine Analysenvorrichtung zum Nachweis eines Elements in einer Probe insbesondere mit Atom-Lichtabsorption, -Fluoreszenz oder -Spektralstrahlung.The invention relates to an analysis device for detecting an element in a sample, in particular with Atomic light absorption, fluorescence or spectral radiation.

Bei bisher bekannten Vorrichtungen zum analytischen Nachweis eines (Metall-)Elernente in einer Probe erfolgt das Blitzen oder Anregen der Atomspektrallampe mit Elektroden, wie z. B. einer Hohlkathodenlampe, einer Wasserstoffentladungslampe mit Glimmentladung, einer Entladungslampe mit parallelen Plattenelektroden od. dgl. durchIn previously known devices for the analytical detection of a (metal) element in a sample the flashing or excitation of the atomic spectral lamp with electrodes, such as. B. a hollow cathode lamp, a hydrogen discharge lamp with glow discharge, a discharge lamp with parallel plate electrodes od. Like. By

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-J--J-

Gleichstrom. Jedoch hat die Gleichstrom-Anregung unvermeidbar den Nachteil, daß Rauschen aufgrund Rahmen-Emission wegen unmodulierter Entladung nicht ausgeschlossen werden kann, was zu geringer Analysengenauigkeit mit kleinem Rauschabstand führt.Direct current. However, direct current excitation inevitably has the disadvantage that noise due to frame emission due to unmodulated discharge cannot be excluded, which leads to poor analysis accuracy with a small signal-to-noise ratio.

Weiterhin ist es üblich, die Atomspektrallampe durch einen Impuls-Strom anzuregen oder aufleuchten zu lassen. Diese Anregung oder Ansteuerung hat gegenüber der Gleichstrom-Anregung den Vorteil, daß das emittierte Spektrum eine größere Intensität als bei Gleichstrom-Anregung hat. Jedoch hat die Impulsstrom-Anregung auch den Nachteil, daß ein Zeitintervall zwingend zwischen der Vorderflanke des an die Lampe abzugebenden Impulsstromes und der Erzeugung atomaren Dampfes liegt, weshalb die Intensität des emittierten Spektrums lediglich fortschreitend während der Anfangsphase steigt, und daß die Emissionsspitzen vor allem nach Einspeisen des Impulsstromes erzeugt werden, da Hochspannung zum Auslösen der Entladung erforderlich ist und die Vorderflanke des Impulsstromes plötzlich ansteigt. Außerdem wird der Verlauf der Lichtstärke leicht instabil, da die Spannung zum Auslösen der Entladung nicht konstant ist. Daraus folgt, daß eine höhere Frequenz des Impulsstromes die Verarbeitung des erfaßten Signales stärker vereinfacht. Jedoch ist die Nutzfrequenz des Impulsstromes auf einen Wert in der Größenordnung von 1 kHz aus den oben erläuterten Gründen begrenzt, was zu einer herabgesetzten Analysengenauigkeit führt.It is also customary to excite or light up the atomic spectral lamp by means of a pulse current. This excitation or control has the advantage over direct current excitation that the emitted spectrum has a greater intensity than with direct current excitation. However, the pulsed current excitation also has the disadvantage that a time interval between the leading edge of the pulse current to be delivered to the lamp and the generation atomic vapor, which is why the intensity of the emitted spectrum only increases progressively during the initial phase, and that the emission peaks above all after Feeding the pulsed current can be generated because high voltage is required to trigger the discharge and the leading edge of the pulsed current suddenly rises. Also will the course of the light intensity is slightly unstable, since the voltage for triggering the discharge is not constant. It follows that a higher frequency of the pulse current simplifies the processing of the detected signal more. However, the useful frequency of the pulse current is limited to a value in the order of magnitude of 1 kHz for the reasons explained above, which leads to a reduced analysis accuracy.

Es ist ein Anregungssystem für Lampen bekannt (US-PS 3 610 760), bei dem mit Impulsstrom überlagerter Gleichstrom verwendet wird. Bei diesem herkömmlichen System ist die Zeitdauer, während der der Impulsstrom zu den Elektro-An excitation system for lamps is known (US-PS 3 610 760), which uses direct current superimposed on pulsed current. In this conventional system, the time during which the pulse current to the electrical

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den der Lampe gespeist wird, beträchtlich kürzer als das Intervall zwischen den Impulsen. Damit wird weniger Licht emittiert, was den Rauschabstand verringert. Wenn der Impulsstrori über 20 A zur Emission von möglichst viel Licht steigt, treten sehr instabile Entladungen aufgrund des dielektrischen Durchbruches an Stellen außerhalb des Hohlteiles der Kathode auf. Daher ist das herkömmliche Anregungssysteir (US-PS 3 610 760) unvermeidbar mit geringerer Analysengenauigkeit behaftet.that the lamp is powered is considerably shorter than that Interval between pulses. This means that less light is emitted, which reduces the signal-to-noise ratio. When the impulse flow above 20 A to emit as much light as possible, very unstable discharges occur due to the dielectric Breakthrough in places outside the hollow part of the cathode. Therefore, the conventional excitation system (U.S. Pat 3 610 760) unavoidably afflicted with lower analytical accuracy.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine insbesondere eine Atomspektrallampe mit stabiler Lichtemission aufweisende Vorrichtung anzugeben, mit der ein Element in einer Probe mit erhöhter Genauigkeit und verbesserter Reproduzierbarkeit analytisch nachgewiesen werden kann.It is therefore an object of the invention to provide a particular specify an atomic spectral lamp with stable light emission having device with which an element in a Sample can be detected analytically with increased accuracy and improved reproducibility.

Erfindungsgemäß ist eine Analysenvorrichtung vorgesehen, bei der das Analysieren oder Nachweisen eines Elements in einer Probe erfolgt, indem eine Änderung des Atomspektrums in der Strahlung erfaßt wird, die von einer Atomspektrallampe emittiert wird, die zwei Elektroden aufweist. Wenigstens eine der Elektroden enthält und besteht aus einem Element, das das Atomspektrum emittieren kann. Ein pulsierender Strom wird durch beide Elektroden geschickt. Der Größenbereich des pulsierenden Stromes wird so gewählt, daß die Atomspektrallampe eine stabile Entladung ohne Selbstabsorption durch den atomaren Dampf des Elements selbst erzeugen kann. Der pulsierende Strom wird von einer Stromquelle abgegeben, die Strom-Modulation und Signal-Transformation durchführen kann. Mit einer derartigen Anordnung wird die Lichtstärke der Atomspektrallampe stabilisiert, was zu einer sehr genauen Analysenvorrichtung für Elemente führt.According to the invention, an analysis device is provided in which the analysis or detection of a Element in a sample is done by detecting a change in the atomic spectrum in the radiation emitted by a Atomic spectral lamp is emitted, which has two electrodes. At least one of the electrodes contains and consists from an element that can emit the atomic spectrum. A pulsating current is sent through both electrodes. The size range of the pulsating current is chosen so that the atomic spectral lamp has a stable discharge without self-absorption by the atomic vapor of the element itself. The pulsating stream will from a power source capable of performing power modulation and signal transformation. With such a Arrangement, the light intensity of the atomic spectral lamp is stabilized, resulting in a very accurate analysis device for items leads.

Die Erfindung sieht also eine Vorrichtung zum analytischen Nachweisen eines Elements in einer Probe vor, in-The invention thus provides a device for the analytical detection of an element in a sample, in

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dem die Abweichung des Atomspektrums in der Strahlung erfaßt wird, die von einer Atomspektrallampe abgegeben wird, welche eine Hohlkathode und eine Anode mit der Kathode aufweist, die ein Element enthält oder aus diesem besteht, das das Atomspektrum emittieren kann. Ein pulsierender Strom mit im wesentlichen Sinus-Verlauf wird durch beide Elektroden als Blitzstrom geschickt. Der größte und der kleinste Wert des Blitzstroires sind so gewählt, daß der Bereich festgelegt wird, in dem eine stabile Glimmentladung der Atomspektrallampe gewährleistet werden kann. Der pulsierende Strom wird von einem Strommodulator abgegeben, der seinerseits mit Gleichspannung versorgt und von einer Spannung gesteuert ist, die von einem Funktionsgenerator erzeugt wird. Mit einer derartigen Anordnung wird der von der Atomspektrallampe abgegebenen Lichtintensität ein stabiler Sinus-Verlauf aufmoduliert, wodurch die Verarbeitung des erfaßten Signales erleichtert wird, was zu einer sehr genauen Analysenvorrichtung führt.which detects the deviation of the atomic spectrum in the radiation which is emitted by an atomic spectral lamp, which has a hollow cathode and an anode with the cathode, which contains or consists of an element that can emit the atomic spectrum. A pulsating stream with essentially a sine wave is sent through both electrodes as a lightning current. The largest and the smallest value des Blitzstroires are chosen so that the range is determined in which a stable glow discharge of the atomic spectral lamp can be guaranteed. The pulsating current is delivered by a current modulator, which in turn is supplied with DC voltage and controlled by a voltage generated by a function generator will. With such an arrangement, the light intensity emitted from the atomic spectrum lamp becomes more stable Modulated sine curve, which facilitates the processing of the recorded signal, resulting in a very precise Analysis device leads.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. Show it:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Analysenvorrichtung,Fig. 1 is a block diagram of an inventive Analysis device,

Fig. 2 die Beziehung zwischen dem Anregungs- oder Blitzstrom und der Spannung in einer Hohlkathodenlampe mit einer Aluminium-Kathode,Fig. 2 shows the relationship between the excitation or lightning current and the voltage in a hollow cathode lamp with an aluminum cathode,

Fig. 3 die Beziehung zwischen dem Blitzstrom undFig. 3 shows the relationship between the lightning current and

der Lichtstärke der in Fig. 2 dargestellten Hohlkathodenlampe,the light intensity of the hollow cathode lamp shown in Fig. 2,

Fig. H die Beziehung zwischen dem Anregungsstrom und der Lichtstärke der Hohlkathodenlampe bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, H shows the relationship between the excitation current and the light intensity of the hollow cathode lamp in an embodiment of the invention,

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Fig. 5 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäß angeordneten Stromquelle,5 shows a block diagram of a current source arranged according to the invention,

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Funktionsgenerator s,6 shows a block diagram of an exemplary embodiment of a function generator according to the invention,

Fig. 7 den Verlauf des Ausgangssignales eines Oszillators, der einen Teil des in Fig. 6 dargestellten Funktionsgenerators bildet,7 shows the course of the output signal of an oscillator which forms part of the function generator shown in FIG. 6,

Fig. 8 den Verlauf des Ausgangssignales eines Gleichrichters in Fig. 6,Fig. 8 shows the course of the output signal of a rectifier in Fig. 6,

Fig. 9 den Verlauf eines Signales, das durch additives Vereinigen der Ausgangssignale in Fig. 7 und erhalten wird,FIG. 9 shows the course of a signal which is produced by additive combining of the output signals in FIGS is obtained

Fig. 10 den Verlauf des Eingangssignales zu einem Strommodulator in Fig. 6, und10 shows the profile of the input signal to a current modulator in FIG. 6, and

Fig. 11 ein Blockschaltbild eines Spektrometers mit atomarer Lichtabsorption mittels Zeeman-Effekt nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.11 is a block diagram of a spectrometer with atomic light absorption by means of the Zeeman effect according to another embodiment of the invention.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. In Fig. 1, die eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum analytischen Nachweis von Elementen zeigt, sind eine Hohlkathode 3 und eine Anode 4 dicht in einer Hohlkathodenlampe 5 als Atomspektrallampe angeordnet, die mit Niederdruck-Gas gefüllt ist. Eine pulsierenden Strom abgebende Stromversorgung besteht aus einer Gleichstromquelle 8, einem Strommodulator 7 und einem Funktionsgenerator 9. Der Strommodulator 7 wird mit Strom von der Gleichstrom-The invention is explained below with reference to the drawing. In Fig. 1, a device according to the invention shows for the analytical detection of elements are a Hollow cathode 3 and an anode 4 arranged tightly in a hollow cathode lamp 5 as an atomic spectral lamp which is filled with low-pressure gas. Emitting a pulsating stream The power supply consists of a direct current source 8, a current modulator 7 and a function generator 9. The current modulator 7 is powered by the direct current

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ftf. ftf .

quelle 8 gespeist und durch den Funktionsgenerator 9 gesteuert. Wenn der Strom vom Strommodulator 7 zwischen der Kathode und der Anode der Hohlkathodenlampe 5 fließt, wird ein Atomspektralstrahl 6 aus einem in der Kathode 3 enthaltenen Metallelement von der Kathode 3 mit einer Intensität emittiert, die im wesentlichen in der Form eines Sinussignales moduliert ist.source 8 fed and controlled by the function generator 9. When the current from the current modulator 7 is between the Cathode and the anode of the hollow cathode lamp 5 flows, an atomic spectral beam 6 from one in the cathode 3 contained metal element is emitted from the cathode 3 with an intensity substantially in the form of a Sinusoidal signal is modulated.

Der HF-modulierte Atomspektralstrahl 6 trifft dann auf einen Teil einer Zelle 17 mit atomarer Lichtabsorption und unterliegt einer Resonanzabsorption durch Dampf der gleichen Atome wie des Kathoden-Elements im Teil der Zelle mit atomarer Lichtabsorption. Danach wird lediglich das der Resonanzabsorption unterliegende Spektrum wahlweise mittels eines Spektrometers (Spektromators) 19 herausgenommen und anschließend zu einem Photodetektor oder Photovervielfacher 11 geführt, um in ein Stromsignal umgewandelt zu werden. Der Ausgangsstrom vom Photovervielfacher 11 wird nach Verstärkung durch einen Vorverstärker 12 an ein Bandpaßfilter 13 abgegeben. Die Kennlinie des Bandpaßfilters 13 ist so gewählt, daß lediglich die Frequenz des Lichtes, das von der Atomspektrallampe emittiert wird und erfindungsgemäß in ein HF-Sinussignal umgewandelt wird, das Filter 13 durchlaufen kann, während alle anderen Lichtkomponenten mit unterschiedlichen Frequenzen, die auf den Photovervielfacher 11 auftreffen, vollständig entfernt werden. Außerdem werden das Eigenrauschen des Photodetektors sowie die in die bisher beschriebenen Signal-Verarbeitungseinrichtungen induzierten Rauschsignale durch das Bandpaßfilter 13 ausgeschlossen. Die durch das Bandpaßfilter 13 geschickte Signalkomponente wird als Gleichstrom-Ausgangssignal durch einen Synchron-Gleichrichter 14 abgeführt, der synchron zum Funktionsgenerator 9 betrieben wird, und auf einem Sichtgerät 15 angezeigt.The RF-modulated atomic spectral beam 6 then hits on a part of a cell 17 with atomic light absorption and is subject to resonance absorption by vapor of the same atoms as the cathode element in the part of the cell with atomic light absorption. After that, only that the spectrum subject to the resonance absorption is optionally taken out by means of a spectrometer (spectrometer) 19 and then passed to a photodetector or photomultiplier 11 to be converted into a current signal to become. The output current from the photomultiplier 11 is output to a bandpass filter 13 after amplification by a preamplifier 12. The characteristic of the bandpass filter 13 is selected so that only the frequency of the light that is emitted by the atomic spectral lamp and is converted according to the invention into an HF sinusoidal signal, the filter 13 can pass through all the other light components at different frequencies that hit the photomultiplier 11 should be completely removed. Also be the inherent noise of the photodetector and the noise signals induced in the signal processing devices described so far are excluded by the bandpass filter 13. The signal component sent through the band pass filter 13 is output as a direct current signal by a Synchronous rectifier 14 discharged, the synchronous to Function generator 9 is operated and displayed on a display device 15.

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- if' - if '

Bevor die Erfindung theoretisch näher erläutert wird, sollen zu deren besserem Verständnis zunächst die Eigenschaften der Lichtquelle beschrieben werden, die das Atomspektrum emittiert. Die Fig. 2 zeigt graphisch die Beziehung zwischen der Spannung an der Hohlkathodenlampe und dem Stromfluß durch diese. Die Spannung ist auf der Ordinate in V angegeben, während der Strom auf der Abszisse in mA aufgetragen ist. Die Fig. 3 zeigt graphisch die Beziehung zwischen dem Strom und der Lichtstärke der Hohlkathodenlampe. Der Strom und die Lichtstärke sind auf der Abszisse in mA bzw. auf der Ordinate in willkürlichen Einheiten aufgetragen. Es sei darauf hingewiesen, daß die Abszissen in Fig. 2 und 3 die gleiche unterteilung aufweisen, so daß diese beiden Figuren einfach miteinander zu vergleichen sind. Die Hohlkathode der Lichtquellen-Lampe besteht im Versuch zum Messen der Kennlinie aus Aluminium in schalenähnlicher Form mit einem Innendurchmesser von 4 mm. Neon-Gas ist gasdicht in die Lampe bei einem Druck von 8 Torr gefüllt. Die Lichtintensität wird anhand der durch Aluminium-Atome erzeugten Spektrallinie von 3091 Ä gemessen.Before the invention is theoretically explained in more detail, the properties should first be given for a better understanding the light source that emits the atomic spectrum. Fig. 2 graphically shows the relationship between the voltage across the hollow cathode lamp and the current flow through it. The voltage is on the ordinate given in V, while the current is plotted on the abscissa in mA. Fig. 3 graphically shows the relationship between the current and the light intensity of the hollow cathode lamp. The current and the light intensity are on the abscissa plotted in mA or on the ordinate in arbitrary units. It should be noted that the abscissas in 2 and 3 have the same subdivision, so that these two figures can be easily compared with one another are. The hollow cathode of the light source lamp consists in the attempt to measure the characteristic curve made of aluminum in a bowl-like shape Form with an inner diameter of 4 mm. Neon gas is filled gas-tight in the lamp at a pressure of 8 Torr. The light intensity is measured using the spectral line of 3091 Å generated by aluminum atoms.

Wie aus der Fig. 2 folgt, ist die Entladung der Hohlkathodenlampe im Bereich des negativen Glimmlichtes instabil, indem der durch die Lampe fließende Strom kleiner als 0,3 mA ist. Um eine negative Glimmentladung aufrechtzuerhalten, muß eine höhere Spannung angelegt werden. Im Strombereich von 0,3 bis 2 mA ist die Entladung in normaler Glimmentladung stabil, und es tritt eine normale Glimmentladung mit niedrigerer konstanter Spannung auf. Wenn der Strom über 2 mA anwächst, steigt die Entladungsspannung fortschreitend in einen Bereich anormaler Glimmentladung an. Die Bereiche der normalen und der anormalen Glimmentladung entsprechen dem Bereich, in dem die stabile Entladung auftritt. In Fig. 3 wird die Hohllampe gewöhnlich im Strombereich größer ca. 9 mA verwendet, da in diesem Be-As follows from Fig. 2, the discharge of the hollow cathode lamp is unstable in the region of the negative glow light, in that the current flowing through the lamp is less than 0.3 mA. To maintain a negative glow discharge, a higher voltage must be applied. In the current range from 0.3 to 2 mA, the discharge is normal Glow discharge stable, and normal lower constant voltage glow discharge occurs. If the Current increases over 2 mA, the discharge voltage gradually increases into an abnormal glow discharge region at. The normal and abnormal glow discharge areas correspond to the stable discharge area occurs. In Fig. 3 the hollow lamp is usually used in the current range greater than approx. 9 mA, since in this case

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reich eine hohe Lichtstärke erzielt werden kann. Der Verlauf der Lichtstärke in Fig. 3 ist durch eine Exponentialfunktion gegeben, deren Exponent bei logarithmischer Transformation ungefähr 2,4 beträgt. Dieser Wert gilt für eine im Versuch verwendete Aluminium-Kathode. Wenn ein anderes Metall-Element in der Kathode enthalten ist, hat der Exponent selbstverständlich einen anderen Wert. Bei der herkömmlichen Hohlkathodenlampe liegt der Wert des Exponenten im Bereich zwischen 1 und 3. Bei einer Lampe mit schwerem Wasserstoff hat der Exponent den Wert 1.rich a high light intensity can be achieved. The course of the light intensity in FIG. 3 is given by an exponential function whose exponent for logarithmic transformation is approximately 2.4. This value applies to a aluminum cathode used in the experiment. If another metal element is contained in the cathode, the exponent has of course a different value. The value of the exponent lies in the conventional hollow cathode lamp in the range between 1 and 3. For a lamp with heavy hydrogen, the exponent has the value 1.

Wegen der Entladungseigenschaften der oben beschriebenen Hohlkathodenlampe ist die in Pig. I dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung so aufgebaut, daß die Hohlkathodenlampe durch den HF-modulierten pulsierenden Strom angeregt wird. Hierzu erzeugt der in Fig. 1 dargestellte Funktionsgenerator 9 eine HF-Spannung V mit einem Scheitel- oder Spitzenwert: Because of the discharge properties of the hollow cathode lamp described above, that in Pig. I illustrated device according to the invention constructed so that the hollow cathode lamp is excited by the HF-modulated pulsating current . For this purpose, the function generator 9 shown in Fig. 1 generates an HF voltage V with a peak or peak value:

1 a = (V ♦ V_o sin Wt) (1), 1 a = (V ♦ V _o sin Wt) (1),

mit V = Konstantvorspannungsanteil,with V = constant preload component,

V_Q= pulsierender Spannungsanteil,V _Q = pulsating voltage component,

Oi = Winkelgeschwindigkeit, Oi = angular velocity,

t = Zeit, undt = time, and

a = Exponent.a = exponent.

Der Funktionsgenerator 9 ist so aufgebaut, daß V , U) und a wahlweise in folgenden Bereichen liegen:The function generator 9 is constructed in such a way that V, U) and a are optionally in the following areas:

i V<V_o<V,i V <V _o <V,

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0<SiL < 30 000 bzw.
23C 0 <SiL <30 000 or
23C

0,5 < a < 3.0.5 <a <3.

Die vom Punktionsgenerator 9 erzeugte Spannung V wird an den Strommodulator 7 abgegeben, der seinerseits den pulsierenden Strom proportional zur Eingangsspannung V erzeugt Andererseits liegt Hochspannung von der Gleichstromquelle 8 an der Anode 4 der Hohlkathodenlampe 5. Da der pulsierende Strom zur Kathode 3 gespeist wird, ist der Strom I¹ zwischen der Anode und der Kathode der Lampe 5 gegeben durch:The voltage V generated by the puncture generator 9 is output to the current modulator 7, which in turn generates the pulsating current proportional to the input voltage V. On the other hand, high voltage from the direct current source 8 is applied to the anode 4 of the hollow cathode lamp 5 the current I ¹ between the anode and the cathode of the lamp 5 is given by:

!· = (! + I_o sin Wt) (2),! = (! + I _o sin Wt) (2),

mit I = Konstantvorstrom, undwith I = constant bias current, and

I * pulsierender Stromanteil.I * pulsating current component.

In Gleichung (2) können die Parameter I, I_Q, a und cü geeignete Werte in folgenden Bereichen annehmen:In equation (2) the parameters I, I _Q , a and cü can assume suitable values in the following ranges:

0,5 < a < 3 bzw.0.5 < a <3 or

a < — < 30 000. 23Ca <- <30,000. 23C

Wenn die Lichtintensität der Atomspektrallinie, die durch die bei Anregung durch den Strom I¹ eine Glimmentladung erzeugende Hohlkathodenlampe gebildet wird, mit B bezeichnet wird, während der abhängig von der Art der LampeIf the light intensity of the atomic spectral line, which is formed by the ^{hollow cathode lamp which generates a glow discharge when excited by the current I 1} , is denoted by B, while the depends on the type of lamp

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bestimmte Exponent mit a¹ angegeben wird, gilt die folgende Gleichung:If a certain exponent is ^{specified with a 1} , the following equation applies:

-a¹ -a ¹

B = CI (3),B = CI (3),

mit C s Konstante.with C s constant.

Bei der meist verwendeten Hohlkathodenlampe liegt der Exponent a¹ im Bereich 1,8 ... 25 mit Ausnahme der Schwerwasserstoff-Entladungslampe, bei der der Exponent im wesentlichen den Wert 1 hat. Wenn demgemäß der obige Exponent a so gewählt wird, daß a¹ ¹Hi a für jede verwendete Hohlkathodenlampe gilt, ist die Intensität A des durch die Lampe erzeugten Lichtes gegeben durch:In the case of the hollow cathode lamp that is mostly used, the exponent a ^{1 is} in the range 1.8 ... 25 with the exception of the heavy hydrogen discharge lamp, in which the exponent essentially has the value 1. If, accordingly, the above exponent a is chosen such that a ¹ ¹ Hi a applies to every hollow cathode lamp used, the intensity A of the light generated by the lamp is given by:

A = C (I + I₀ sin Wt)A = C (I + I ₀ sin Wt)

mit C = Konstante.with C = constant.

Der Wechselstromanteil eines durch Erfassen der Lichtintensität A erhaltenen Fühlersignales hat dann einen Sinus Verlauf, der im wesentlichen durch CI sin Ujt gegeben ist. Wenn der zum Unterhalten einer stabilen Glimmentladung in der Hohlkathodenlampe erforderliche Mindeststrom mit I_k bezeichnet wird, dann gilt I^ = I¹ - I_Q. Der Modulations grad des Lichtes ist gegeben durch:The alternating current component of a sensor signal obtained by detecting the light intensity A then has a sine curve which is essentially given by CI sin Ujt . If the minimum current required to maintain a stable glow discharge in the hollow cathode lamp is _{denoted by I k} , then I ^ = I ¹ - I _Q applies. The degree of modulation of the light is given by:

M = I_o/I (5),M = I _o / I (5),

mit I - pulsierender Stromanteil, und I' = Konstantvorstrom.with I - pulsating current component, and I '= constant bias current.

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- VSr- - VSr-

Vie oben erläutert wurde, liegt zwischen den Anregungsstrom und der Lichtintensität einer Hohlkathodenlampe eine exponentiell Beziehung vor (vgl. Fig. 3). Bei der im Versuch verwendeten Lampe mit Aluminium-Kathode hat der Exponent a* genau den Wert 2,4» Demgemäß kann durch Ersetzen von a in Gleichung (2) durch 2,H ein Atomspektrum einer Intensität erhalten werden, die sich mit Sinus-Verlauf ändert. Es ist so möglich, das erfaßte Signal leistungsfähiger mittels eines Ab stimm Verstärkers mit Spitzenwert bei f (= ^- ) zu verarbeiten. Venn angenommen wird, daß die Entladung bei a = 1, I. : 1 bA und I* = 10 mA erfolgt, kann ein Lichtmodulationsgrad größer als 99 % auf dem Scheitel und dem Boden der Lichtintensitätsänderung erreicht werden. Unter diesen Umständen genügt ein einfacher Sinus-Signalgenerator als Funktionsgenerator; da jedoch der Verlauf der tatsächlich erhaltenen Lichtintensität etwas von einem im wesentlichen genauen Sinus-Signal abweicht, können bei der Verarbeitung des die tatsächliche Lichtintensität darstellenden Fühlersignales bestimmte Schwierigkeiten auftreten.As explained above, there is an exponential relationship between the excitation current and the light intensity of a hollow cathode lamp (cf. FIG. 3). In the case of the lamp with an aluminum cathode used in the experiment, the exponent a * has exactly the value 2.4 »Accordingly, by replacing a in equation (2) by 2, H, an atomic spectrum of an intensity that has a sine curve can be obtained changes. It is thus possible to process the detected signal more efficiently by means of a tuning amplifier with a peak value at f (= ^ -). If it is assumed that the discharge takes place at a = 1, I.: 1 bA and I * = 10 mA, a degree of light modulation greater than 99 % can be achieved at the top and bottom of the change in light intensity. Under these circumstances, a simple sine wave generator is sufficient as a function generator; However, since the course of the light intensity actually obtained deviates somewhat from an essentially accurate sinusoidal signal, certain difficulties can arise in the processing of the sensor signal representing the actual light intensity.

Bei bisher durch Impulsstrom angesteuerten üblichen Hohlkathodenlampen wird die Entladung mit einer Verzögerung von 20 bis 80 ,us nach Einspeisung des Impulsstromes ausgelöst. Weiterhin ist ein Zeitintervall von 100 bis 2OO .us erforderlich, um den Hohlraum der Kathode mit atomarem Dampf nach Auslösen der Entladung zu füllen. Dagegen kann mit de« oben beschriebenen erfindungsgemäfien Ansteueroder Anregungsverfahren eine stabile Entladung unterbrechungsfrei ohne Zeitverzögerung erzeugt werden. Da zusätzlich der Anregungsstrom fortschreitend anwächst, werden keine unerwünschten Spektrallinien (-Spitzen) erzeugt, und es ist möglich, einen höheren Modulationsgrad mit höherer Frequenz als beim herkömmlichen Anregungs*- oder Ansteuerverfahren zu erzielen, bei dem der Rechteck-Impulsstrom verwendet wird. Im versuch hat sieh gezeigt, dafi ein Modulationsgrad größerWith the usual ones previously controlled by pulse current Hollow cathode lamps discharge with a delay of 20 to 80 microseconds after the impulse current has been fed in triggered. Furthermore, a time interval of 100 to 2OO .us is required to fill the cavity of the cathode with atomic Fill steam after triggering the discharge. In contrast, with the control or excitation method according to the invention described above, a stable discharge can be generated without interruption and without a time delay. Since the Excitation current increases progressively, no undesired spectral lines (peaks) are generated, and it is possible to have a higher degree of modulation with a higher frequency than with the conventional excitation * or control method using the square-wave pulse current. The experiment has shown that one degree of modulation is greater

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- Ar' -- Ar '-

96 % bei einem leicht abweichenden Sinus-Signal und größer 90 % bei einem im wesentlichen genauen Sinus-Signal erreicht werden kann.96 % can be achieved with a slightly deviating sine signal and greater than 90 % with an essentially accurate sine signal.

Fig. M zeigt graphisch die Beziehung zwischen der Lichtintensität (in willkürlichen Einheiten) bezüglich des Anregungsstroir.es und der Zeit (in ms) in einer ein Atomspektrum erzeugenden erfindungsgemäßen Vorrichtung. Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel wird zunächst angenommen, daß die Kathode der Hohlkathodenlampe aus Aluminium besteht. Die Erfindung ist jedoch keineswegs auf derartige Aluminium-Kathodenlampen beschränkt, sondern kann in gleicher Weise bei verschiedenen Hohlkathodenlampen und mit Schwerwasserstoff gefüllten Entladungslampen angewendet werden, die Kathoden aufweisen, die andere Metallelemente enthalten oder aus diesen bestehen. Zu diesem Zweck ist der Funktionsgenerator so aufgebaut, daß die oben beschriebenen zugeordneten Parameter wahlweise über einem weiten Bereich eingestellt werden können. Modulation aufgrund Atomlichtabsorption einer Probe kann vollständig von derjenigen des emittierten Lichts getrennt werden. Es ist auch möglich, einen Mitnahme- oder Einfangverstärker mit großem Q bzw. Gütefaktor zu verwenden, um so das sich ergebende Signal mit höherem Wirkungsgrad zu verstärken, während es von Hintergrund-Rauschen oder -Signalen getrennt ist.Fig. M graphically shows the relationship between the light intensity (in arbitrary units) with respect to the excitation current and the time (in ms) in an atomic spectrum generating device according to the invention. In the embodiment described, it is initially assumed that the The cathode of the hollow cathode lamp is made of aluminum. However, the invention is by no means restricted to such aluminum cathode lamps, but can be used in the same way are used in various hollow cathode lamps and discharge lamps filled with heavy hydrogen, which Have cathodes that contain or consist of other metal elements. For this purpose, the function generator is constructed so that the above-described assigned parameters can optionally be set over a wide range. Modulation due to atomic light absorption of a sample can be completely different from that of the emitted light are separated. It is also possible to use a driver or capture amplifier with a capital Q or To use figure of merit so as to amplify the resulting signal with greater efficiency while it is from Background noise or signals is separated.

Weiter oben wurde angenommen, daß der Maximalwert des Anregungs- oder Ansteuerstromes für die Hohlkathodenlampe 10 mA beträgt. Jedoch sei darauf hingewiesen, daß der maximale Blitzstrom im Bereich von 10 mA bis 20 mA abhängig von den Arten der Metallelemente der Kathode schwanken kann. D. h., dieser Wert ändert sich abhängig vom Ausmaß der Selbstabsorption durch den atomaren Dampf der Metallelemente der Kathode. Genauer ausgedrückt, der maximale Strom liegt in der Größenordnung von 10 mA fürIt was assumed above that the maximum value of the excitation or control current for the hollow cathode lamp is 10 mA. However, it should be noted that the maximum lightning current in the range from 10 mA to 20 mA depending on the types of metal elements of the cathode can fluctuate. That is, this value changes depending on the degree of self-absorption by the atomic vapor the metal elements of the cathode. More precisely, the maximum current is on the order of 10 mA for

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Netallelemente, die leicht Selbstabsorption aufweisen, wie z. B. Cadmium, Zink od. dgl., während er für Metallelemente, bei denen die Selbstabsorption nur schwierig auftritt, im Bereich von 15 mA bis 20 mA liegt.Metal elements that are easily self-absorbed, such as B. cadmium, zinc or the like, while for metal elements, in which self-absorption is difficult to occur, is in the range of 15 mA to 20 mA.

Im folgenden wird anhand der Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel des Funktionsgenerators und des Strommodulators näher erläutert. Der Funktionsgenerator 100 hat einen Oszillator 101 zum Erzeugen einer Spannung mit einem durch V_Q sin b)t gegebenen Verlauf, einen Vorgleichstrom-Erzeuger 102 zum Oberlagern einer Vorgleichspannung V auf das Ausgangssignal des Oszillators 101 und ein Signaltransformationsglied 103, das bei einem Eingangssignal von z. B. V ♦ V sin (Pt ein Signal A (V ♦ V sin tut) abgibt. Ein Analog-Operationselement 104, das einen Teil des Gliedes 103 bildet, kann aus dem Baustein "AD-503" (hergestellt von der US-Firma AnalogIn the following, an embodiment of the function generator and the current modulator will be explained in more detail with reference to FIG. The function generator 100 has an oscillator 101 for generating a voltage with a curve given by V _Q sin b) t , a pre-direct current generator 102 for superimposing a pre-direct voltage V on the output signal of the oscillator 101 and a signal transformation element 103 which, when an input signal of z . B. V ♦ V sin (Pt emits a signal A (V ♦ V sin does). An analog operational element 104, which forms part of the link 103, can be made from the module "AD-503" (manufactured by the US company Analogue

Device Inc., Morwod, Massachusetts) bestehen, das bei zweiDevice Inc., Morwod, Massachusetts) that consists of two

XY Eingangssignalen X und Y ein Auegangssignal ^{z =} τλ" abgebenXY input signals X and Y emit an output signal ^{z =} τλ " kann. Auf diese Weise kann mittels des Operationselementes 104 der Exponent i im oben beschriebenen Ausgangssignal verwirklicht werden. Andere Exponenten können auf ähnliche Weise gebildet werden. Der Strommodulator 70 dient zum Erzeugen eines zur Eingangsspannung proportionalen Ausgangsstromes.can. In this way, by means of the operation element 104, the exponent i in the above-described output signal be realized. Other exponents can be formed in a similar way. The current modulator 70 is used to generate an output current proportional to the input voltage.

Das Ausführungsbeispiel mit dem oben beschriebenen Aufbau ermöglicht die Emission von Licht aus der Hohlkathodenlampe 5 mit im wesentlichen genauem stabilen Sinus-Verlauf und erleichtert damit die Verarbeitung des erfaßten Signales, wobei Einflüsse von Störlicht und Rauschen ausgeschlossen sind, was zu einer sehr genauen Messung führt.The exemplary embodiment with the structure described above enables the emission of light from the hollow cathode lamp 5 with an essentially precise, stable sinus curve and thus facilitates the processing of the recorded signal, with the influence of interfering light and noise excluded resulting in a very accurate measurement.

Da zusätzlich die Entladung der Lichtquellen-Lampe glatt ohne Unterbrechung erfolgt und keine Nadelimpulse oder Spitzen im emittierten Licht auftreten, ist die Lebensdauer der Lampe größer.In addition, the discharge of the light source lamp takes place smoothly without interruption and no needle pulses or peaks occur in the emitted light, the life of the lamp is longer.

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Ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Punktionsgenerators ist in Fig. 6 dargestellt. Der Punktionsgenerator 90 hat einen Oszillator 91 »it eines Ausgang, der an den Eingang des Strommodulators H Ober einen Widerstand 93 angeschlossen ist, welcher parallel zu einen Gleichrichter 92 liegt. Der Strommodulator H hat einen weiteren Eingang, an den Stron von einer Gleichstromquelle 96 über einen Widerstand 9*1 abgegeben wird. Der Oszillator 91 erzeugt ein Signal I sin 6>t (vgl. Pig. 7)» das gleichgerichtet und zu« Gleichstrom I_Q (Fig. 8) geglftttet wird. Das Gleichstromsignal I_Q wird dann zum Ausgangssignal von Oszillator 91 addiert, um das Signal I_Q sin CDt ♦ I_Q (Fig. 9) zu erzeugen, das dann zu eine» konstanten Strom I von der Gleichstromquelle 96 über den Widerstand 3 addiert wird, wodurch ein Signal I sin OJt ♦ 1_Q ♦ I (vgl. Fig. 10) entsteht. Das zuletzt genannte Stroe-Signal wird durch den Strommodulator * so moduliert, daß ein Entladungsstrom mitAnother embodiment of the puncture generator according to the invention is shown in FIG. The puncture generator 90 has an oscillator 91 with an output which is connected to the input of the current modulator H via a resistor 93 which is parallel to a rectifier 92. The current modulator H has a further input to which current is delivered from a direct current source 96 via a resistor 9 * 1. The oscillator 91 generates a signal I sin 6> t (cf. Pig. 7) "which is rectified and _{smoothed to" direct current I Q} (FIG. 8). The direct current _{signal I Q} is then added to the output signal of oscillator 91 in order to generate the signal I _Q sin CDt ♦ I _Q (Fig. 9), which is then added to a »constant current I from the direct current source 96 via the resistor 3, whereby a signal I sin OJt ♦ 1 _Q ♦ I (cf. Fig. 10) is produced. The last-mentioned Stroe signal is modulated by the current modulator * so that a discharge current with einem Verlauf a (I sin 6üt ♦ I ♦ I) in der Hohlkathoden-a course a (I sin 6üt ♦ I ♦ I) in the hollow cathode

o οo ο

lampe 5 erzeugt werden kann, ait a « Parameter, der durch den Strommodulator eingestellt wird.lamp 5 can be generated ait a «parameter passed by the current modulator is set.

Es sei nun angenommen, daß der KonstantStromanteil I₀ des Signales I_Q sin ölt, das vom Oszillator 1 abgegeben wird, um ungefähr 80 % abhängig von Änderungen in der Umgebungstemperatur im Bereich von -10 ⁰C bis 50 ⁰C schwankt. Wenn unter diesen Umständen der die Entladung unterhaltende Strom für eine Umgebungstemperatur von 30 °C beim zuerst erläuterten Ausfflhrungsbeispiel (Fig. 5) eingestellt wird, wächst der Stromanteil I_Q um 5 % oder mehr mit der unter Ik ⁰C herabgesetzten Temperaturänderung· Dann wird der Strom unter den die Entladung unterhaltenden Wert gesenkt, wodurch die Entladung abgeschlossen wird. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 6 führt dagegen die Abweichung des AusgangsstiIt is now assumed that the constant current portion of the signal I ₀ I _Q sin oils discharged from the oscillator 1 varies by about 80% in response to changes in the ambient temperature in the range from -10 ⁰ C to 50 ⁰ C. If, under these circumstances, the current sustaining the discharge is set for an ambient temperature of 30 ° C. in the exemplary embodiment explained first (FIG. 5), the current component I _Q increases by 5 % or more with the temperature change reduced below Ik ^{0 C.} Current is lowered below the level that sustains the discharge, thereby completing the discharge. In the embodiment of FIG. 6, however, the deviation of the output sti des Gleichrichters vom gewünschten oder Soll-Strom I_Q ledig-of the rectifier from the desired or target current I _Q

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- Kr-- Kr-

lieh zu einer Verschiebung des die Entladung unterhaltenden Stromwertes. Auf diese Weise kann eine Änderung des Stromes I aufgrund einer Änderung der Umgebungstemperatur und damit die Verschiebung des die Entladung unterhaltenden Stromes wesentlich auf 1/20 im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 5) herabgesetzt werden. Wenn ein sehr genauer Gleichrichter verwendet wird, kann der Einfluß der Umgebungstemperatur-Änderung auf weniger 1/100 herabgesetzt werden.lent to a postponement of the entertaining discharge Current value. In this way, a change in the current I due to a change in the ambient temperature and thus the shift of the current sustaining the discharge substantially to 1/20 compared to the first embodiment (Fig. 5) can be reduced. If a very accurate rectifier is used, the influence of the ambient temperature change can be reduced to less than 1/100.

Auf diese Weise ist es mit dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6 möglich, den kleinsten Wert des Entladungsstromes aufrechtzuerhalten und damit den Modulationsgrad hiervon im wesentlichen konstant unabhängig von der Temperaturänderung und der verwendeten Zeitdauer zu machen.In this way, it is possible with the embodiment of FIG. 6, the smallest value of the discharge current to maintain and thus the degree of modulation thereof essentially constant regardless of the temperature change and the length of time used.

Es versteht sich, daß das Ausführungsbeispiel der Fig. 6 nicht nur für die modulierte Anregung von der Hohlkathoden lampe, sondern auch für andere Entladungslampen angewendet werden kann.It goes without saying that the embodiment of FIG. 6 can be used not only for the modulated excitation of the hollow cathode lamp, but also for other discharge lamps.

Fig. 11 zeigt ein erfindungsgemäßes Spektrometer mit atomarer Lichtabsorption, das den Zeeman-Effekt verwendet. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird angenommen, daß die Frequenz des Ausgangssignales vom Funktionsgenerator 9 auf T₄. (z. B. 1500 Hz) eingestellt ist. Die Sinus-Spannung der Frequenz f. wird an den Strommodulator 7 abgegeben. Der von der Gleichstromquelle 8 eingespeiste Gleichstrom wird so durch den Strommodulator 7 in ein Sinus-Signal moduliert, und der kleinste Wert des Stromes während jeder Periode wird in den kleinsten Strom ungesetzt, der die Entladung in der Hohlkathodenlampe 5 unterhalten kann. Der pulsierende Strom vom Strommodulator 7 wird zur Hohlkathodenlampe 5 gespeist, damit diese Licht mit einer Intensität emittiert, die im gleichen Sinus-Verlauf schwankt, gleich der Frequenz f.. Der Lichtstrahl 6 wird in linearpolarisierte Anteile mittels eines umlaufenden Polarisators 16 zerlegt. Da der Linear-11 shows an atomic light absorption spectrometer according to the invention which uses the Zeeman effect. To simplify the description, it is assumed that the frequency of the output signal from the function generator 9 is at T ₄ . (e.g. 1500 Hz) is set. The sinusoidal voltage of the frequency f. Is output to the current modulator 7. The direct current fed in from the direct current source 8 is thus modulated into a sinusoidal signal by the current modulator 7, and the smallest value of the current during each period is set into the smallest current that can sustain the discharge in the hollow cathode lamp 5. The pulsating current from the current modulator 7 is fed to the hollow cathode lamp 5 so that it emits light with an intensity that fluctuates in the same sine curve, equal to the frequency f. Since the linear

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Polarisator l6 umläuft, dreht sich die Polarisationsebene mit der Frequenz f~· Der Lichtstrahl 6 wird danach zur Zelle 17 mit teilweiser atomarer Lichtabsorption geschickt, die den Zeeman-Effekt aufweist. Hierzu wird die Zelle 17 mit teilweiser atomarer Lichtabsorption zwischen Magneten 18 vorgesehen und mit einem Magnetfeld einer Stärke größer einigen kG beaufschlagt. Unter dem Einfluß des Zeeman-Effektes wird das Licht 6 in einen Lichtanteil mit einer Schwingungsebene parallel zum Magnetfeld und einen Lichtanteil mit einer Schwingungsebene senkrecht zum Magnetfeld zerlegt. Lediglich der erste Anteil wird durch ein Element in einer Probe absorbiert, während der letzte Anteil nicht absorbiert wird.Polarizer 16 rotates, the polarization plane rotates with the frequency f ~ · The light beam 6 then becomes Cell 17 sent with partial atomic light absorption, which has the Zeeman effect. For this purpose, the cell 17 is with partial atomic light absorption provided between magnets 18 and some with a magnetic field of a strength greater kG applied. Under the influence of the Zeeman effect, the light 6 becomes a light component with a plane of oscillation parallel to the magnetic field and a light component with an oscillation plane perpendicular to the magnetic field. Only the first portion is due to an element in a sample absorbed while the last fraction is not absorbed.

Wenn auf diese Weise die Polarisationsebene des auf die Zelle 17 einfallenden Lichts durch Rotation des Polarisators 16 gedreht wird, tritt Resonanzabsorption in der Zelle 17 mittels des Dampfes einiger Atome auf, wie z. B. des Metallelements der Kathode der Lampe 5· Auf diese Weise wird die Lichtintensität von der Zelle mit atomarer Lichtabsorption mit der Drehfrequenz f₂ (z. B. 100 Hz) moduliert, wie z. B. dem Sinus-Signal überlagert. Da der Modulationsgrad aufgrund atomarer Absorption proportional zur Dichte des atomaren Dampfes ist, kann eine quantitative Analyse durchgeführt werden, indem der obige Modulationsgrad gemessen wird. Das Spektrometer 19 ist so eingestellt, daß es lediglich das Licht nach Resonanzabsorption auswählen kann, und das intensitätsmodulierte Licht vom Spektrometer 19 wird in ein entsprechendes Stromsignal mittels des Photovervielfachers 11 umgesetzt.In this way, when the plane of polarization of the light incident on the cell 17 is rotated by rotating the polarizer 16, resonance absorption occurs in the cell 17 by means of the vapor of a few atoms, such as. B. of the metal element of the cathode of the lamp 5 · In this way, the light intensity from the cell with atomic light absorption is _{modulated at the rotational frequency f 2} (e.g. 100 Hz), such as e.g. B. superimposed on the sine signal. Since the degree of modulation due to atomic absorption is proportional to the density of atomic vapor, quantitative analysis can be carried out by measuring the above degree of modulation. The spectrometer 19 is set so that it can only select the light according to resonance absorption, and the intensity-modulated light from the spectrometer 19 is converted into a corresponding current signal by means of the photomultiplier 11.

Das Strom-Ausgangssignal vom Photovervielfacher 11 wird durch einen Vorverstärker 12 verstärkt und durch ein Bandpaßfilter 13 mit einer Mittenfrequenz T, und einer Bandbreite - fp geschickt. Die Frequenzanteile außer f. - f ^ f < f 4 f werden ausgeschlossen. Mit anderen Worten, der von der Zelle 17 (Teil atomarer Lichtabsorption) emittierte Lichtanteil sowie anderes Rauschen werden entfernt. FoIg-The current output signal from the photomultiplier 11 is amplified by a preamplifier 12 and passed through a bandpass filter 13 with a center frequency T 1 and a bandwidth - fp. The frequency components except f. - f ^ f <f 4 f are excluded. In other words, the light component emitted by the cell 17 (part of atomic light absorption) as well as other noise are removed. Result-

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lieh wird lediglich der Anteil fp durch die Erfassungsoperation des Demodulators 20 geschickt.Only the portion fp is borrowed by the detection operation of the demodulator 20 sent.

Um eine genau lineare Beziehung zwischen dem endgültigen Ausgangssignal und der Dichte oder Konzentration des atomaren Dampfes zu erzielen, wird das Ausgangssignal des DemodulatorsTo have an exactly linear relationship between the final output and the density or concentration of the atomic To achieve steam, the output signal of the demodulator

20 zu einem logarithmischen Umsetzer 21 gespeist, dessen Ausgangssignal mit der Frequenz f_ an ein zweites Bandpaßfilter 22 einer Frequenz-Kennlinie mit steiler Spitze bei der Frequenz fp abgegeben wird, wodurch alle anderen Frequenzanteile außer f. ausgeschlossen werden. Das endgültige Ausgangssignal20 fed to a logarithmic converter 21, whose output signal with the frequency f_ to a second bandpass filter 22 of a frequency characteristic with a steep peak at the frequency fp is emitted, whereby all other frequency components except f. can be excluded. The final output signal

21 kann erhalten werden, indem die Ausgangsfrequenz f vom Filter 22 durch einen Synchron-Gleichrichter synchron mit Impulsen gleichgerichtet wird, die durch einen Synchronsignal-Generator 26 synchron mit der Drehung des Polarisators 16 erzeugt werden.21 can be obtained by taking the output frequency f from Filter 22 is rectified by a synchronous rectifier in synchronism with pulses generated by a synchronous signal generator 26 in synchronism with the rotation of the polarizer 16.

Um die Genauigkeit der Nessungen zu verbessern, istTo improve the accuracy of the measurements

eine Rückkopplung aus einem Hochspannungsgenerator 25 vor-a feedback from a high voltage generator 25

vorbestimmte3predetermined3

gesehen, so daß ein/konstantes Signal konstant vom Photovervielfacher 11 bei jedem Spitzenwert vom Eingangslichtsignal auf herkömmliche Weise erzeugt wird, damit der Hochspannungsgenerator 25 das Rückkopplungssignal nach Vergleich des Ausgangssignales des Fühlers 20, das synchron mit den Impulsen des Synchronisiersignal-Generators 26 erfaßt wird, mit einem gewünschten Spitzenwert des Photovervielfachers erzeugt.seen, so that a / constant signal is constantly generated by the photomultiplier 11 at each peak value of the input light signal in a conventional manner, so that the high voltage generator 25 the feedback signal after comparing the output of the sensor 20, which is synchronous is detected with the pulses of the synchronizing signal generator 26 is generated with a desired peak value of the photomultiplier.

Mit einer derartigen Vorrichtung kann eine Abnahme in der Lichtintensität aufgrund Lichtabsorption und -streuung durch Moleküle der Probe in der Zelle 17 mit atomarer Lichtstreuung kompensiert werden.With such a device, a decrease in light intensity due to light absorption and scattering by molecules of the sample in the cell 17 with atomic Light scattering can be compensated.

Mit diesem Spektrometer mit atomarer Lichtabsorption können Einflüsse aufgrund Hintergrund-Absorptionen und Stör-With this spectrometer with atomic light absorption, influences due to background absorption and interference

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strahlen auf zufriedenstellende Weise ausgeschlossen werden, die bei bisher üblichen Spektrometern gleicher Art nicht zu vermeiden sind.rays can be excluded in a satisfactory way, which with previously common spectrometers of the same type cannot be avoided.

In einer Abwandlung des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels kann eine Lichtquelle für Messungen in einem herkömmlichen Spektrometer mit atomarer Absorption aus einer Hohlkathodenlampe bestehen, die durch Strom angeregt wird, der mit der Frequenz f. moduliert ist. Zusätzlich wird eine Schwerwasserstoff-Entladungsröhre als Korrekturlichtquelle verwendet und mit der Frequenz f₂ angeregt. Die Hintergrundanteile können dann durch die oben beschriebene Signalverarbeitung ausgeschlossen werden.In a modification of the embodiment described above, a light source for measurements in a conventional spectrometer with atomic absorption can consist of a hollow cathode lamp which is excited by a current which is modulated with the frequency f. In addition, a heavy hydrogen discharge tube is used as a correction light source and is excited _{with the frequency f 2.} The background components can then be excluded by the signal processing described above.

Die Lichtquelle für die erfindungsgemäße Analysenvorrichtung zum Element-Nachweis kann auch für eine Lichtemissions-Analysenvorrichtung, bei der die zu analysierende Probe in der Hohlkathodenröhre vorgesehen ist, und für eine Zerstäubungs- oder Glüh- bzw. Glimmlampe vorgesehen werden, bei der die nachzuweisende Probe für einen Teil eines Metallgehäuses durch eine Isolation ersetzt ist und ein Spektrum durch Anregung des durchgeschickten Stromes emittiert.The light source for the analysis device according to the invention for element detection can also be used for a light emission analysis device in which the sample to be analyzed is provided in the hollow cathode tube, and for a sputtering or incandescent or glow lamp can be provided, in which the sample to be detected is for a part a metal housing is replaced by insulation and a spectrum is generated by stimulating the current that is passed through emitted.

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Claims

AnsprücheExpectations

'I .J Analysenvorrichtung zum Element-Nachweis in einer Probe, gekennzeichnet durch'I .J Analysis device for element detection in a sample, marked by

eine Atomspektrallampe (5) mit zwei Elektroden (3, ¹O, deren wenigstens eine ein Element enthält oder aus diesem besteht, das das Spektrum des nachzuweisenden Elements emittieren kann,a Atomspektrallampe (5) with two electrodes (3, ¹ O, which contains at least one an element or consists of which can emit the spectrum of the element being detected,

einen Detektor (11), der Licht entsprechend dem von der Atomspektrallampe (5) emittierten Licht erfaßt, unda detector (11) which detects light corresponding to the light emitted from the atomic spectral lamp (5), and

eine Stromversorgung für die Elektroden (3, 4) der Atomspektrallampe (5), mit einem Strommodulator (7), der pulsierenden Strom an die Atomspektrallampe (5) in einem Betriebsbereich mit stabiler Glimmentladung und geringer Selbstabsorption des Spektrums abgibt, einer Gleichstromquelle (8), die Gleichstrom zum Strommodulator (7) speist, und einem Funktionsgenerator (9), der Spannung zum Steuern des vom Strommodulator abgegebenen pulsierenden Stromes erzeugt (Fig. 1).a power supply for the electrodes (3, 4) of the atomic spectral lamp (5), with a current modulator (7), the pulsating current to the atomic spectral lamp (5) in an operating range with stable glow discharge and lower Emits self-absorption of the spectrum, a direct current source (8), which feeds direct current to the current modulator (7), and a function generator (9), the voltage for controlling the pulsating current output by the current modulator generated (Fig. 1).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsgenerator (100) einen Oszillator (101) zum Erzeugen eines Sinus-Wechselstromes und einen Vorgleichstrom-Erzeuger (102) aufweist, um dem Wechselstrom vom Oszillator (101) einen Gleichstrom zu überlagern (Fig. 5).2. Device according to claim 1, characterized in that that the function generator (100) has an oscillator (101) for generating a sinusoidal alternating current and a pre-direct current generator (102) to generate the alternating current to superimpose a direct current from the oscillator (101) (Fig. 5).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsgenerator (100) ein Signaltransformationsglied (103) aufweist, das das resultierende Signal aus der überlagerung des Gleichstromes auf den Wechselstrom transformiert (Fig. 5).3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the function generator (100) has a signal transformation element (103) which the resulting signal transformed from the superposition of the direct current to the alternating current (Fig. 5).

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ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

¹J. Vorrichtung nach Anspruch I₁ ¹ J. Device according to Claim I ₁

dadurch gekennzeichnet,characterized,

daß der Funktionsgenerator (90) aufweist:that the function generator (90) has:

einen Oszillator (91) zum Erzeugen eines Sinus-Wechselstrom-Signales,an oscillator (91) for generating a sinusoidal alternating current signal,

einen Gleichrichter (92) zum Gleichrichten und Glätten des Wechselstrom-Signales vom Oszillator (9O, um einen Gleichstrom einer Amplitude gleich der Amplitude des Wechselstrom-Signales zu erzeugen, unda rectifier (92) for rectifying and smoothing the AC signal from the oscillator (90 to produce a DC current of an amplitude equal to the amplitude of the AC signal, and

einen Vorgleichstrom-Erzeuger (93, S^, 96) zum Oberlagern eines Gleichstromes auf ein Signal entsprechend dem Überlagerten Wechselstrom- und Gleichstrom-Signal, die vom Oszillator (91) bzw. Gleichrichter (92) abgegeben sind (Fig. 6).a pre-direct current generator (93, S ^, 96) for superimposing a direct current on a signal corresponding to the superimposed alternating current and direct current signal which are emitted by the oscillator (91) or rectifier (92) (FIG. 6).

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor aufweist:5. Apparatus according to claim 1, characterized, that the detector has:

ein Spektrometer (19) zum Wählen eines Spektrums mit der Wellenlänge des nachzuweisenden Elements,a spectrometer (19) for selecting a spectrum with the wavelength of the element to be detected,

einen Photodetektor (11) zum Umwandeln des vom Spektrometer (19) abgegebenen Spektrums in ein entsprechendes Stromsignal, unda photodetector (11) for converting the spectrum emitted by the spectrometer (19) into a corresponding current signal, and

einen Synchron-Gleichrichter (23) zum Gleichrichten des Stromsignales vom Photodetektor (11) synchron mit dem pul-a synchronous rectifier (23) for rectifying the current signal from the photodetector (11) synchronously with the pulse

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sierenden Strom.sizing stream.

6. Analysenvorrichtung zum Element-Nachweis in einer Probe, gekennzeichnet durch6. Analysis device for element detection in a sample, marked by

eine Atomspektrallampe (5) mit zwei Elektroden (3, ¹O» deren wenigstens eine ein Element enthält oder aus diesem besteht, das das Spektrum des nachzuweisenden Elements emittieren kann,a Atomspektrallampe (5) with two electrodes (3, ¹ O "which at least one contains an element or consists of which can emit the spectrum of the element being detected,

eine Stromversorgung für die Elektroden (3, Ό der Atomspektrallampe (5)»a power supply for the electrodes (3, Ό of the atomic spectral lamp (5) »

eine Atomisiereinrichtung, die atomaren Dampf der nachzuweisenden Probe erzeugt und mit dem von der Atomspektrallampe (5) emittierten Spektrum bestrahlt ist,an atomizing device that generates atomic vapor of the sample to be detected and is irradiated with the spectrum emitted by the atomic spectral lamp (5),

einen Lichtdetektor (11) zum Erfassen des Spektrums der Atomisiereinrichtung,a light detector (11) for detecting the spectrum of the atomizing device,

wobei die Stromversorgung aufweist:wherein the power supply comprises:

einen Strommodulator (7), der pulsierenden Strom in einem Betriebsbereich mit stabiler Glimmentladung in der Atomspektrallampe (5) und geringer Selbstabsorption des Spektrums abgibt,a current modulator (7) which emits pulsating current in an operating range with a stable glow discharge in the atomic spectral lamp (5) and low self-absorption of the spectrum,

eine Gleichstromquelle (8), die Gleichspannung (Gleichstrom) an den Strommodulator (7) legt, unda direct current source (8) which applies direct voltage (direct current) to the current modulator (7), and

einen Funktionsgenerator (9)» der Spannung zum Steuerna function generator (9) »the voltage for controlling des vom Strommodulator (7) abgegebenen pulsierenden Stromesof the pulsating current delivered by the current modulator (7) erzeugt, undgenerated, and

einen Lichtmodulator (16, 18) zum Modulieren des von dera light modulator (16, 18) for modulating the from the

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- ΛβΤ- - ΛβΤ-

Atomic spectral lamp (5) when excited by the pulsating current emitted light with a frequency lower than that Frequency of the pulsating current (Fig. 11).

7. Apparatus according to claim 6,

characterized,

that the light detector has:

a spectrometer (19) which selects the spectrum of the wavelength of the element to be detected,

a photodetector (11) for converting the spectrum picked out by the spectrometer (19) into a current signal,

a demodulator (20) for demodulating the frequency of the current signal from the photodetector (11) into the frequency signal the light modulator (16, 18), and

a synchronous rectifier (23) for rectifying the current output signal from the demodulator (20) synchronously with the Light modulator (16, 18) (Fig. 11).

8. Apparatus according to claim 6,

characterized,

that the light modulator has:

a rotating polarizer (16) for polarizing the light emitted by the atomic spectral lamp (5) and rotating the Polarization direction with a predetermined frequency, and

a magnet device (18) which pre-sets a magnetic field Starch in a place of atomic absorption

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of the light emitted by the atomic spectral lamp (5) applies (Fig. 11).

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