DE2744168A1

DE2744168A1 - Magnetooptisches spektralphotometer

Info

Publication number: DE2744168A1
Application number: DE19772744168
Authority: DE
Inventors: Masaru Ito; Seiichi Murayama; Kounosuke Ohishi; Manabu Yamamoto
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1976-10-01
Filing date: 1977-09-30
Publication date: 1978-04-06
Also published as: GB1582753A; US4166697A; JPS5343592A; DE2744168B2; FR2366551A1; JPS5621093B2; FR2366551B1; DE2744168C3

Description

.4- 27U168

BEiICIJPEIBUNG

Die Erfindung betrifft ein einen magnetooptischen Effekt ausnützendes Spektral photometer.

Wenn Licht in einen Raum einfällt, in welchem Atome regellos verteilt vorliegen und es dort durch die Atome gestreut wird, dann ist die Art der Streuung des Lichts eine zweifache. Die eine Art verursacht eine Änderung der Wellenlänge des Lichts vor und nach der Streuung, die andere nicht. Vorausgesetzt, die Intensität des Lichts ist so niedrig, daß die Absorption des Lichts durch die Atome in dem Raum vernachlässigbar ist, dann ist im Falle der letzteren Art die Intensität des in die Einfallsrichtung des ankommenden Lichts gestreuten Lichts, d.h. die Intensität des vorwärtsgestreuten Lichts, dem Quadrat der Anzahl der an der Streuung beteiligten Atome proportional, während die Intensität des in Richtungen gestreuten Lichts, die von der Vorwärtsrichtung verschieden sind, der Anzahl der an der Streuung beteiligten Atome selbst proportional ist. Auf der anderen Seite steigt im Falle der Resonanzstreuung, bei welcher die Wellenlänge des einfallenden Lichts mit der Resonanzlinie der Atome zusammenfällt, die Intensität des gestreuten Lichts, verglichen mit der Nicht-Resonanzstreuung, merklich an. Die Wellenlänge der Resonanzlinie ist von Element zu Element verschieden und bekannt. Dementsprechend läßt sich ein zu messendes Probenatom mit hoher Empfindlichkeit analysieren, wenn Licht mit der Wellenlänge der Resonanzlinie des Probenatoms in den das Probenatom enthaltenden Raum gesandt und das durch die Atome in Vorwärtsrichtung gestreute Licht gemessen wird.

809814/0840

Für das in Vorwärtsrichtung gestreute Licht sind jedoch Wo Hein länge und Laufrichtung die gleichen wie beim einfallenden Licht. Es ist daher unabdingbar notwendig, irgendwie zwischen dem einfallenden Licht und dem gestreuten Licht zu unterscheiden.

Nach Λ. Corney, B.P. Kibble und G.W. Series, Proceedings of the Royal Society of London, Band Λ 29 3, Seite 70 (1966) wird bei Anlegen eines Magnetfelds an die Atome wegen des Faraday- oder Voigt-Effekts die Polarisationsrichtung des gestreuten Lichts von derjenigen des einfallenden Lichts verschieden, und ebenso wird im Falle eines magnetooptischen Effekts das vorwärtsgestreute Licht mit größerer Intensität beobachtet als sonstiges gestreutes Licht. D.A. Church und T.H.

Hadeishi stellen in Applied Physics Letters, Band 24, Seite 185 (1974) fest, daß sich die oben genannten, durch Corney et al beschriebenen Tatsachen in entsprechender Anpassung zur Analyse eines zu messenden Probenatoms ausnützen lassen.

Das Meßprinzip ist schematisch in Fig. 1 dargestellt. Licht von einer Lichtquelle 1, welche ein Spektrum mit der Wellenlänge der Resonanzlinie eines zu messenden Atoms emittiert, wird über einen Polarisator 2 in linearpolarisiertes Licht mit einer Polarisationsrichtung P-i umgewandelt und in den Raum mit den zu messenden Probenatomen 3 eintreten gelassen. Das einfallende linearpolarisierte Licht wird durch die Probenatome (die üblicherweise in der Glasphase vorliegen) gestreut. Wird ein Magnetfeld H parallel (oder senkrecht) zur Richtung des einfallenden linearpolarisierten Lichts angelegt, dann ändert sich wegen des Faraday- oder Voigt-Effekts die Polarisation des gestreuten Lichts gegenüber derjenigen des einfallenden Lichts.

809814/0840

27AA168

Das einfallende Licht und das vorwärtscjestreute Licht v/erden auf einen Analysator 4 geschickt, wobei nur diejenige Komponente des vorwärtsgestreuten Lichts, deren Polarisationsrichtung P^ senkrecht zur Polarisationsrichtung P. des einfallenden linearpolarisierten Lichts liegt, vom Analysator 4 durchgelassen und durch einen Detektor 5 nachgewiesen wird. Durch Verwendung eines Doppelbildpolarisationsprismas als Analysator ist es möglich, gleichzeitig zwei Polarisationskomponenten, die in rechtem Winkel zueinander liegen, d.h. das einfallende linearpolarisierte Licht und das vorwärtsgestreute Licht, gleichzeitig nachzuweisen. Die Art der Streuung und des Nachweises sind in den Fign. 2a und 2b veranschaulicht.

Gemäß Fig. 2a wird ein Rochon-Prisma und gemäß Fig. 2b ein Wollaston-Prisma als Analysator verwendet. Jedes Prisma besteht aus zwei Arten von optisch einachsigen, anisotropen Kristallen, die so miteinander verbunden sind, daß ihre optischen Achsen einen Winkel von 90° einschließen. Das Rochon-Prisma der Fig. 2a besteht aus einem rechteckigen Prisma 4a, dessen optische Achse parallel zur Laufrichtung des einfallenden Lichts liegt, und einem mit diesem Prisma verbundenen rechteckigen Prisma 4b, dessen optische Achse parallel zu einer schrägen Ebene 4e des Prismas 4a und senkrecht zur Laufrichtung des einfallenden Lichts liegt. Wenn Licht in der durch einen Pfeil angedeuteten Weise auf das Rochon-Prisma fällt, wird es durch das Prisma in zwei zueinander senkrecht polarisierte Lichtbündel mit verschiedenen Ausbreitungsrichtungen zerlegt. Von diesen zwei von der schrägen Ebene 4e, d.h. der Grenzfläche zwischen den zwei rechteckigen Prismen 4a und 4b, her getrennten Lichtbündeln geht das eine, P,

8098U/0840

_₇_ 27 ki.

welches in der Einfallsebene (in der Zeichenebene) polarisiert ist, ungebrochen hindurch, während das andere, S, welches senkrecht zur Einfallsebene polarisiert ist, gebrochen wird.

Im in Fig. 2b gezeigten Wollaston-Prisma liegt die optische Achse des Prismas 4c auf der Einfallsseite bezüglich der schrägen Ebene 4b in der Einfallsebene und senkrecht, zum einfallenden Licht. Daher werden beide durchgelassenen Strahlen P und S gebrochen.

Wie in diesen Beispielen dargestellt, v/erden die Richtungen der zwei durch das DoppelbiIdpolarisationsprisma getrennten Bündel P und S duich die Richtung der schrägen Fläche 4e bestimmt.

Fig. 3 zeigt eine auf dem Doppelstrahlverfahren basierende Meßmethode zur Korrektur von Meßfehlern, die sich aus Schwankungen der Intentsität des einfallenden Lichts oder der Lichtabsorption von Molekülen ergeben. In dieser Fig. 3 stellt 1 eine Lichtquelle dar, welche Licht emittiert, das die Resonanzlinie eines zu messenden Probenatoms enthält. 2 bezeichnet einen Polarisator. Das Symbol H bezeichnet ein an die Atome in einer Richtung senkrecht zum einfallenden Licht (eine Richtung parallel zum einfallenden Licht ist ebenfalls möglich) angelegtes Magnetfeld. Es bezeichnen ferner 3 Atome, 4 einen Analysator (Doppelbildprisma), 5¹ und 5¹¹ Detektoren, und 6 eine Auswertvorrichtung.

Das gezeigte Meßsystem ist so eingerichtet, daß bei Abwesenheit von zu messenden Atomen 3 nur ein Lichtbündel durch den durch das Doppelbildpolarisationsprisma gebildeten Analysator 4 geht. In diesem Fall hat das vom Analysator 4 durchgelassene Licht die gleiche Polarisationsebene Ρ} wie das einfallende linearpolarisierte Licht und wird durch den Detektor 5¹¹ nachgewiesen. Bei Anwesenheit von nachzuweisenden Atomen 3

8098U/0840

durchlaufen zwei Lichtbündel den Analysator 4. Das dabei neu erscheinende Licht hat die Polarisationsebene P2, die senkrecht zur Polarisationsebene P- liegt, und wird durch den Detektor 5¹ nachgewiesen. Da das Licht beider Polarisationsebenen P₁ und P₂ im selben Verhältnis der Absorption und Streuung durch Moleküle und Teilchen unterworfen ist, läßt sich der Meßfehler infolge von Schwankungen der Intensität des einfallenden Lichts oder der Absorption durch die Moleküle kompensieren, indem die Ausgangsgrößen der Detektoren 5' und 5^J' unter Verwendung der Auswertvorrichtung 6 zueinander ins Verhältnis gesetzt werden. Ebenso ist es möglich, verschiedene Elemente zu analysieren, indem ein Wellonlängenselektor zur Auswahl einer gewünschten Wellenlänge zwisehen den Analysator 4 und die Detektoren 5· und 5'' gesetzt wird. Aus der auf die Erfinder zurückgehenden älteren japanischen Patentanmeldung 143 979/1975 (entsprechend US-Patentanmeldung Serial No. 746 831) ergibt sich, daß sich die Elementaranalyse einer gegebenen Probe mit hoher Genauigkeit durchführen läßt, indem aus einer einem Magnetfeld unterworfenen Probenkammer kommendes Licht unter Verwendung eines Doppelbildpolarisationsprismas in einen ordentlichen Strahl und einen außerordentlichen Strahl^ zerlegt wird, beide Lichtbündel auf den gleichen Eingangsspalt ein und desselben Spektralphotometers konvergiert werden, sie unter Verwendung eines einzelnen dispersiven Elements getrennt werden, die Lichtbündel durch getrennte Detektoren getrennt detektiert werden und indem man einen Vergleichsmeßwert der Intensität polarisierten Lichts unter Verwendung des anderen Lichts (einfallenden Lichts) als Referenz gewinnt.

8098U/0840

Es gibt jedoch zwei Fälle, wie in den Fign. 4 und 5 gezeigt, wo zwei Lichtbündel Lg und L_R, die die gleiche Wellenlänge aber verschiedene Laufrichtungen haben, in ein dispersives Element eintreten. Zur Vereinfachung der Erläuterung ist in diesen Figuren ein konkaves Beugungsgitter als als dispersives Element verwendet gezeigt obwohl die Erläuterung natürlich auch für ein ebenes Beugungsgitter oder ein Prisma gilt.

Fig. 4 zeigt den Fall, wo die optischen Achsen der beiden Lichtbündel mit gleicher Wellenlänge aber verschiedenen Laufrichtungen in einer Ebene liegen, welche senkrecht zu der Ebene verläuft, die die Richtung der Rillen des Beugungsgitters 9 enthält, d.h., in der aus der Dispersionsrichtung bestehenden Ebene.

Die zwei durch die Eingangsnadellöcher a, b der Eingangsplatte 7 eintretenden Lichtbündel Lg, L_R werden jeweils durch das Beugungsgitter 9 abgebeugt und ergeben Bilder zwischen den Ausgangsnadellöchern d und c auf der Ausgangsplatte 8. Bezeichnet man den Abstand zwischen den Nadellöchern a und d mit Dg und den Abstand zwischen den Nadellöchern b und c mit D_R, dann ändern sich D„ und D_R mit der Wellenlänge. Jedesmal wenn die Wellenlänge verändert wird, ist es daher notwendig, den Abstand zwischen c und d zu ändern.

Andererseits ist im allgemeinen wegen Störungen im Beugungsgitter selbst oder unregelmäßiger Reflexion auf seiner Oberfläche Streulicht auf dem Beugungsgitter vorhanden. Dieses Streulicht hat in der aus
der Dispersionsrichtung bestehenden Ebene senkrecht zu den Rillen einen größeren Einfluß als parallel zu den Rillen. Wenn eines der beiden Lichtbündel Lg und L_n extrem schwach ist, dann durchläuft das Streulicht des stärkeren Lichtbündels das Ausgangsnadelloch des

6098U/0840

27AA168

schwächeren Lichtbündels und führt zu einem Meßfehler. Wenn das Licht ein kontinuierliches Spektrum besitzt und dazu die Ausgangsnadellöcher d und c in einer aus der Diepersionsrichtung bestehenden Ebene liegen, dann läuft Licht mit von der zu messenden Objektspektralkomponentc verschiedenen Spektralkomponenten wechselseitig durch andere Ausgangsnadellöcher, wodurch eine genaue Messung unmöglich wird.

Nach allem ist es Aufgabe der Erfindung, ein einen magnetooptischen Effekt ausnützendes Spektralphotometer zu schaffen, bei welchem von Schwankungen der Intensität des einfallenden Lichts, der Absorption und Streuung durch unterbrechende Moleküle usw. herrührende Meßfehler durch einen einfachen Mechanismus unter Verwendung eines dispersiven Elements beseitigt sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein einen magnetooptischen Effekt ausnützendes Spektra1-photorneter, welches mit einer Einrichtung zum Anlegen eines Magnetfelds an eine zu messende Probe versehen ist, und welches die Probe analysiert, indem linearpolarisiertes Licht, welches die Resonanzlinie der Probe enthält, auf die Probe eingestrahlt wird, das einfallende Licht in zwei Lichtbündel mit aufeinander senkrecht stehenden Polarisationskomponenten zerlegt wird, diese zwei Lichtbündel konvergiert, unter Verwendung eines dispersiven Elements spektral zerlegt und die zwei resultierenden Lichtbündel nach einer Doppelstrahlmethode zur Analyse der Probe nachgewiesen werden, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Ebene, welche die zwei in das dispersive Element eintretenden Lichtbündel enthält, so angeordnet ist, daß sie im wesentlichen senkrecht zu der durch die Dispersionsrichtung des dispersiven Elements definierten Ebene liegt.

0O98U/O84O

27AA168

Im folgenden wird die Erfindung in Verbindung

mit den Fign. 5 bis 8 der beigefügten Zeichnung im einzelnen erläutert. Die bereits erwähnten Fign. 1 bis 4 dienten der Erläuterung des Hintergrunds der Erfindung. Es war bzw. waren

Fig. 1 eine scheinatische Darstellung, welche das Prinzip der aneilytischen Messung eines Spurenelements unter Verwendung eines magnetooptischen Effekts zeigt, Fign. 2a und 2b schematischo Dai'stellungen, die den

Polarisationszustand in dem magnetooptischen Spektralphotometer entsprechend der Art eines verwendeten Doppelbildpolarisationsprismas zeigen,

Fig. 3 eine schematische Ansicht, welche das Prinzip der Messung einer Probe nach einer Doppelstrahlmethode im magnetooptäsehen Spektralphotometer zeigt,

Fig. 4 eine schematische Ansicht, welche die Beziehung zwischen dem einfallenden und abge

beugten Licht zeigt, wenn zwei Lichtbündel der gleichen Wellenlänge mit bezogen aufeinander verschiedenen Einfallswinkeln auf ein konkaves Beugungsgitter zum Einfall gebracht werden und die diese Bündel enthaltende Ebene

im rechten Winkel zu den Rillen des Gitters liegt.

Von den Fign. 5 bis 8 ist

Fig. 5 eine schematische Ansicht, welche den Hauptabschnitt einer bevorzugten Ausführungsform des

erfindungsgemäßen Spektralphotometers zeigt,

809814/0840

27U168

Fig. 6 eine schematiche Ansicht, welche den wesentlichen 7vufbau dieses Spekt.ralphotometers zeigt,

Fig. 7 eine r>chcmatische Ansicht, welche einen Abschnitt zur Aufnahme der Probe, der einer

der Hauptabschnitte des Spektralphotometers nach der Erfindung darstellt, zeigt und Fig. 8 eine schematiche Ansicht, welche einen Abschnitt zur Aufnahme einer Probe und einen Analysierabschnitt einer weiteren Ausführungs

form des erfindungsgemäßen Spektralphotometers zeigt.

Im folgenden wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 5 ein Spektralphotometer erläutert, welches einen magnetooptischen Effekt ausnützt und als dispersives Element ein konkaves Beugungsgitter verwendet. Im einzelnen sind zwei Lichtbündel Lg, L_R mit gleicher Wellenlänge aber verschiedener Polarisationsrichtung so angeordnet, daß ihre optischen Achsen in einer Ebene liegen, welche parallel zur Richtung der Rillen des konkaven Beugungsgitters 9 ist.

Durch die Eingangsplatte 7 sind Eingangsnadellöcher a und b gebohrt, welche parallel zur Richtung der Rillen des Beugungsgitters 9 liegen, und die Bündel Lg, L_R können durch diese Nadellöcher eintreten. Das vom Beugungsgitter 9 abgebeugte Licht bildet die Bilder der Nadellöcher a und b an durch die Wellenlänge bestimmten Stellen. Wenn das einfallende Licht Licht einer bestimmten Wellenlänge ist, werden die Bilder zu Punkten, welche Bilder auf den Ausgangsnadellöchern d und c der Ausgangsplatte 8 in Fig. 5 sind. In diesem Fall liegen die Oberfläche des konkaven Beugungsgitters 9 und die Nadellöcher a, b, c und d natürlich auf einem Rowland-Kreis.

809814/0840

27U168

In Richtung der Rillen wirkt das Beugungsgitter wie ein einfacher Spiegel, der gewöhnliche Spiegelreflexion verursacht. Daher liegen die Nadellöuher d und c in einer Ebene, die parallel zur Richtung der Rillen ist. Der Abstand D zwischen einer die Nadellöcher a und b verbindendem Linie und einer die Nadel-1öcher c und d verbindenden Linie hängt von der Wellenlänge des einfallenden Lichts ab. Der /abstand zwischen c und d ändert sich jedoch nicht. Bei Veränderung der Wellenlänge des einfallenden Lichts ist es möglich,die Bilder der Nadellöcher a und b auf den Nadellöchern d und c zu erzeugen, indem das Beugungsgitter 9 um eine Z-Achse, welche parallel zu den Rillen verläuft, gedreht und die Lage der Nadel],öcher c und d unverändert gelassen wird. Wenn ein ebenes Beugungsgitter oder ein Prisma verwendet wird, sind die Verhältnisse sehr ähnlich.

Fig. 6 zeigt einen Teil des Spektralphotometers, der vom Analysator bis zu den Detektoren reicht. Das Licht, welches die zu messende Probe durchlaufen hat, durchläuft den durch das Doppelbildpolarisatior.sprisma gebildeten Analysator 4, wird in die Lichtbündel L_R und Lg zerlegt, die durch eine Linse 10 konvergent gemacht werden, die Eingangsnadellöcher a und b des Spektrometers durchlaufen, durch das Beugungsgitter 9 abgebeugt werden, die entsprechenden Ausgangsnadellöcher d und c durchlaufen und dann durch die Detektoren 5'' und 5¹ nachgewiesen werden. Die Ausgangsgrößen dieser Detektoren werden durch die Auswertvorrichtung zueinander ins Verhältnis gesetzt und damit die Meßausgangsgröße bestimmt. Diese Verhältnisbildung ermöglicht eine Kompensation von Meßfehlern, die von der Absorption und Streuung durch Moleküle usw. herrühren, mit Ausnahme

8Q98U/0840

von auf Atomdampf zurückgehenden Fehlern.

Die Kbene, die die beiden Lichtbündel nach dem Durchlaufen des Analysators 4 des Doppelbildpolarisationsprjsmas enthält, die die Nadellöcher a und b verbindende Linie sowie die die Nadellöcher c und d verbindende Linie liegen alle in Ebenen, die zu den Rillen des Beugungsgitters 9 parallel sind. Zum Nachweis verschiedener Elemente muß die Wellenlänge verändert werden. Die Auswahl der Wellenlänge kann in diesem Fall entweder durch Drehen des Beugungsgitters 9 um die Z-Achse, die parallel zu dessen Rillen ist, oder durch Bewegen des Satzes der Ausgangsnadellöcher c und d unter Festhalten des Beugungsgitters 9 geschehen. Mit anderen Worten, die Wellenlänge kann entweder durch Drehen des Beugungsgitters oder durch eine Parallelversetzung des Satzes von Ausgangsnadellöchern c und d als ganzen ausgewählt werden. Es ist nicht notwendig, die Nadellöcher c und d einzeln und getrennt zu bewegen.

Es sei nun angenommen, daß von den zwei Lichtbündeln das Bündel L_R ein solches ist, welches auch dann den Analysator 4 durchläuft, wenn die Probe nicht vorhanden ist. Wenn die Konzentration der Probe gering ist, dann ist das andere Bündel L_s extrem schwach.

Bei Verwendung der in Fig. 4 gezeigten Anordnung wird daher, wie weiter oben erwähnt, das Streulicht von Ln stark, so daß eine genaue Messung der Intensität von Lg nicht durchführbar ist. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist es jedoch möglich, das Streulicht zu minimalisieren und Lg mit einem hohen Maß an Genauigkeit zu messen. Auf diese Weise ermöglicht die Erfindung mit Hilfe eines einfachen Mechanismus, eine Probe mit hoher Genauigkeit in einem Doppelstrahlsystem gleicher Wellenlänge zu messen.

8Q98U/0840

27U168

Fig. 7 zeigt die Art und Weise, in der ein Magnetfeld an den Atomdampf der Probe angelegt wird und ferner dir Anordnung des Doppelbildpolarisationspris-Kias. Wie bereits in den Fign. 1 und 3 gezeigt, wird das Magnetfeld an den Atomdampf 3 parallel oder senkrecht zur Laufrichtung des einfallenden Lichts angelegt. Wenn das Magnetfeld H mittels des Magneten 14 senkrecht angelegt wird, fällt jedoch die Richtung mit der Doppelbrechung eines einachsigen anisotropen Mediums, welches die Richtung des magnetischen Feldes H als optische Achse hat, zusammen. Tn einem solchen Fall ist es äußerst wünschenswert, die Richtung des Magnetfelds H in einem Winkel von 45° bezüglich der Polarisationsrichtung P^ des einfallenden Lichts anzuordnen.

Die Lichtbündel L_R und Lg, die durch das den Analysator 4 bildende Doppelbildpolarisationsprisma getrennt werden, und in der Richtung P^ und der dazu senkrechten Richtung P^ polarisiert sind, treten dann, wie in Fig. 5 gezeigt, in das Spektrometer ein.

Wie bereits erwähnt, ist die die Bündel L_R, Lg enthaltende Ebene senkrecht zu der aus der Dispersionrichtung des dispersiven Elements des Spektrometers bestehenden Ebene. Bei der Herstellung eines Spektralphotometers wird die oben genannte aus der Dispersionrichtung bestehende Ebene zweckmäßigerweise horizontal oder vertikal angeordnet, um die Konstruktion und Wartung des Geräts zu vereinfachen. Aus diesem Grund liegt die die Bündel L_R, Lg enthaltende Ebene vertikal oder horizontal. Da der Analysator 4 senkrecht zum Polarisator 2 liegt, muß das Magnetfeld H unter einem Winkel von 45° in Bezug auf die Horizontalebene angelegt werden.

8098U/0840

27AA168

Fig. 8 zeigt ein Beispiel, in dom ein Rochon-Prisma als Doppelbildpolorisationsprisma verwendet wird. Dor Analysator 4 ist so angeordnet, daß bei Abwesenheit von Alomdampf 3 das einfallende linearpolarisierte Licht den durch das Rochon-Prisma gebildeten Anaüysator 4 unter Brochnung durc Häuft. Der Brechnungswinkel hängt von der Wellenlänge ab und folglich verläuft das durchgelassene Licht Lr entsprechend der Wellenlänge des einfallenden Lichts in verschiedene Richtungen. Bei Vorhandensein von Atomdanipf 3 wird eine Lichtkomponente gebildet, deren Polarisationsrichtung P^ senkrecht zu P₁ liegt und die den Analysator 4 durchläuft, ohne gebrochen zu v/erden. Daher ist die Richtung des durchgelassenen Lichts L_g unabhängig von der Wellenlänge des einfallenden Lichts konstant.

Diese durchgelassenen Lichtbündol L_R und L_g werden auf die Eingangsspalte a und b mit Hilfe eines geeigneten hinter dem Rochon-Prisma angeordneten optisehen Systems (beispielsweise der Linse 10) projiziert, wodurch das Licht mit der Wellenlängenkomponente, die der Atomresonanzlinie der zu analysierenden Probe entspricht, spektralanalysiert, herausgegriffen und nachgewiesen wird.

Atomresonanzlinien von Schwermetallelementen, die über ihren Beitrag zur Umweltverschmutzung usw. schädliche Auswirkungen auf Lebewesen haben, liegen meistens im nicht sichtbaren Ultravioletten. Falls der Polarisator 2 und der Analysator 4 so eingerichtet sind, daß sie das Licht mit einer Polarisationskomponente, die unter einer Brechnung den Analysator 4 durchläuft, in ein Signallicht umwandeln, ändert sich durch diese Brechung des Lichts

8098U/0840

während seines; Durchgangs durch den Analysator 4 der optische Weg zu den Photodetcktornn mit der Wollen] änge. Daher wird die Justierung des optischen Systems extrem zeitaufwendig, weil zur Justierung am Anfang im allgemeinen sichtbare Strahlung verwendet wird. In der Folge davon ergibt sich eine Differenz in den optischen Wegen zwischen der sichtbaren Strahlung und der tatsächlich für die Messung verwendeten ultravioletten Strahlung.

Wenn, wie in Fig. 8, Licht, welches nicht gebrochen wird, als das Signallicht verwendet wird, ändert sich die Brennweite der Linse mit der Wellenlänge. Obwohl die Fokussierwciise der Li.ehtbündel und ähnliches sich ebenfalls mit der Wellenlänge ändert, bleibt die Lage des optischen Weges selbst unverändert. Eine Justierung ist daher leicht zu bewerkste]ligen. Da die Intensität des Referenzlichts groß ist, laßt sich die Justierung für das optische System des Referenzlichts relativ leicht durchführen. Es ist auch möglich, die Lage des optischen Weges durch Umwandlung des Lichts in sichtbare Strahlung durch Verwendung eines Fluoreszentmaterials zu überprüfen. Wegen der hohen Intensität des Referenzlichts läßt sich durch Verwendung von nur einem Teil desselben bewirken, daß reproduzierbar ein vorgegebener Anteil des Referenzlichts die Photodetektoren erreicht, selbst wenn der optisehe Weg sich mit der Wellenlänge ändert. Bei dieser Ausführungsform läßt sich der gleiche Effekt auf ähnliche Weise durch Verwendung eines Senarmont-Prismas anstelle des Rochon-Prismas als Analysator erreichen.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung wurden zwei getrennte Nadellöcher für die zwei Lichtbündel Lg, L_R vorgesehen. Da sich der optische Weg von L_R mit der Wellenlänge ändert, ist es jedoch manchmal zweckmäßiger, ein einziges gemeinsames Nadelloch oder Spalt für beide

8098U/0840

_ ₁₈ _ 27ΑΛ168

Bündel L₀ und L_n zu verwenden. Im Rahmen der Erfindung müssen die zwei Lichtbündcl nicht notwendigerweise auf den gleichen Abschnitt des gleichen dißpcrs.iven Elements gelangen, sondern dürfen auf verschiedene Abschnitte des Elements gelangen.

Die charakterisierenden Merkmale der Erfindung lassen sich auch so ausgestalten, daß sie einem einen magnetooptischcn Effekt ausnützenden Spektralphotometer, welcher, ein anderes optisches System hat, angepaßt sind.

Beispielsweise läßt sich die Erfindung dem in der japanischen Patentanmeldung 30 103/1975 beschriebenen Spektrometer anpassen.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich klar, daß die durch die Erfindung gegebene Anordnung den Nachweis von Signalen unterschiedlicher Wellenlänge bei festgehaltenem Abstand zwischen den zwei Detektoren sicherstellt. In diesem Zusammenhang sollte offensichtlich sein, daß die Detektoren nicht immer in perfekter Weise vertikal ausgerichtet sein müssen, sondern bezüglich einander in der vertikalen Richtung innerhalb des durch die Messung zugelassenen Bereichs versetzt sein können, vorausgesetzt daß ihr Abstand unverändert bleibt.

Wie vorstehend beschrieben, ist es erfindungsgemäß möglich, ein beliebiges Element mit einem hohen Maß an Genauigkeit nach der Doppelstrahlmethode der gleichen Wellenlänge unter Verwendung eines einzigen dispersiven Elements zu messen und die Meßvorrichtung ohne Schwierigkeiten zu justieren.

8098U/0840

Claims

27AA168

PA EN !"Ar-'W/ii. VE

SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOF³F EBRINGHAUS FINCK

MARIAHILFRLATZ 2 & 3, MDNCi ICtJ Ό POSTADREKSE: POS(FACH f]L>O16n, D-BOUO N¹ILjNCHF.N 95

HITACHI, LTD. 30. September 1977

DA-5516

Magnetooptisches Spektralphotometer

PATENTANSPRÜCHE

.J Einen magnetooptischen Effekt ausnützendes Spektralphotometer, mit einem Raum zur Aufnahme einer zu messenden Probe; einer Einrichtung zum Anlegen eines Magnetfeldes an den Raum; einer Einrichtung zum Einstrahlen von linear polarisiertem Licht in den Raum; einer Polarisations-Trenneinrichtung zur Aufnahme, Zerlegung und Weiterleitung

809814/0840

des einfallenden Lichts nach dem Durchlaufen des Raums in zwei Lichtbündeln mit zueinander senkrechten Polarisationskomponenten; einer Spektralanalysatoreinrichtung mit einer Einrichtung zum Konvergentniachen der beiden durch die Polarisations-Trenneinrichtung getrennten Lichtbündel und mit einem dispersiven Element zur spektralen Zerlegung der zwei so konvergent gemachten Lichtbündel; und einer Lichtnachweiseinrichtung zum Nachweisen der beiden durch das dispersive Element zerlegten Lichtbündel, dadurch gekennzeichnet, daß das dispersive Element (9) so angeordnet ist, daß die Ebene, die die zwei auf das dispersive Element treffenden Lichtbündel (L_R, Lg) enthält im wesentlichen senkrecht zu der Ebene verläuft, die durch die Dispersionsrichtung des dispersiven Elements definiert ist.
2. Spektralphotometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Richtung des angelegten Magnetfelds (H) senkrecht zur Richtung des in den Raum eingestrahlten Lichts liegt und einen Winkel von 45° in Bezug auf die Polarisationsrichtung des eingestrahlten Lichts und einen Winkel von 45° relativ zur Horizontalebene definiert.

8098U/0840
3. Spcktralphotometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Einrichtung zur Einstrahlung von Licht und die Polarisations-Trenneinrichtung (4) so angeordnet sind, daß die die zwei von der Polarisations-Trenneinrichtung ausgehenden Lichtbündel (Lr, Lg) enthaltende Ebene eine Vertikalebene ist.
4. Spektralphotometer nach einem der Ansprüche 1

bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisations-Trcnneinrichtung (4) so ausgebildet ist, daß sie einen geradlinigen Durchgang desjenigen aus dem Raum auf die Polarisations-Trenneinrichtung auftreffenden Lichts gestattet, dessen Polarisationsrichtung senkrecht zu derjenigen des eingestrahlten Lichts ist.

8098U/0840