DE3121216A1

DE3121216A1 - "spektralfotofluormeter"

Info

Publication number: DE3121216A1
Application number: DE19813121216
Authority: DE
Inventors: Kunihiko Moriyama Shiga Ohkubo
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1980-05-28
Filing date: 1981-05-27
Publication date: 1982-02-04
Also published as: JPS5710423A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Spektralfotofluormeter (auch als Spektralfluorfotometer bezeichnet), das ein oder mehrere Beugungsgitter zum Dispergieren ^von Strahlung verwendet. Wenn bei Spektrornetern, die ein Beugungsgitter als dispergierendes Element verwenden, nicht das gebeugte Licht nullter Ordnung vollständig ausgeblendet wird, wird dieses Licht durch die Innenwand-Oberfläche des Gehäuses des Instruments zurück zu dem Gitter reflektiert, so daß es erneut gebeugt bzw. "doppelt" durch das Gitter gebeugt wird und das doppelt gebeugte Licht aus dem Austrittsschlitz als Streulicht austritt.

Bei Spektralfotofluormetern, die relativ schwaches Fluoreszenz-Licht einer Probe messen, verringert dieses Streulicht d.iG Signal/Störverhältnis wesentlich, so daß eine korrvkti· Messung behindert wird. K:; i;;t jedoch :;ehr ■ ■> luv ι <; ι-1 υ , il.-i:. in null Ι.'.·ι* nriJnuiiy vi>ii '.I¹MIi Bcuguiiu'.^gi Lt.or

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gebeugte Licht vollständig auszublende'n". "Das in "nullter Ordnung gebeugte Licht ist das Licht, das regulär bzw. spiegelnd durch das Gitter reflektiert wird. Bei herkömmlichen Spektrometern werden sowohl die Eintritts- als auch die Austrittsschlitze in derselben Ebene angeordnet, die das Zentrum des Beugungsgitters enthält _und senkrecht zu der Drehachse des Beugungsgitters liegt; damit sind nicht nur das in nullter Ordnung gebeugte Licht des Gitters, sondern auch das in nullter Ordnung gebeugte Licht, das erneut einfällt und doppelt von dem Gitter gebeugt wird, in derselben Ebene vorhanden, so daß das doppelt gebeugte Licht in ähnlicher Weise aus dem Austrittsschlitz als störendes Streulicht austritt.

Folglich ist es Aufgabe der Erfindung, ein Spektralfotofluormeter zu schaffen, bei dem die vorstehend erläuterte Störung aufgrund des in nullter Ordnung gebeugten Lichts vollständig beseitigt ist. Ferner soll ein Spektralfotofluornieter geschaffen werden, das eine hohe Empfindlichkeit hat. Darüber hinaus·soll ein Monochromator geschaffen werden, der zur Verv/endung in einem Spektralfotofluormeter geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen' unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch in perspektivischer Ansicht die Anordnung der Lichtquelle, der Eintritts- und Austrittsschlitze und des Gitters eines herkömmlichen Monochromator in Verbindung mit den durch das Gitter gebeugten Lichtstrahlen,

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Fig. 2 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 1, die jedoch die erfindungsgemäße Anordnung zeigt,

Fig. 3 eine Aufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 2,
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Fig. 4 eine Seitenansicht der Anordnung gemäß Fig. 3,

Fig. 5 schematisch perspektivisch ein Ausführungsbeispiel

der Erfindung, und
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Fig. 6 schematisch perspektivisch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Erfindungsgemäß sind die Eintritts- und Austrittsschlitze des Monochromator auf gegenüberliegenden Seiten der Ebene angeordnet, die den Mittelpunkt des Gitters enthält
und senkrecht zu der Drehachse des Gitters liegt, so daß das bereits erwähnte doppelt gebeugte Licht nicht aus dem Austrittsschlitz austritt.
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Fig. 1 zeigt schematisch einen herkömmlichen Monochromator, der eine Lichtquelle, wie beispielsweise eine Xenonlampe Xe, einen Eintrittsschlitz Si und einen Austrittsschlitz So sowie ein konkaves Beugungsgitter G aufweist, das drehbar um eine Achse X gehalten ist. Mit P ist die Ebene bezeichnet, die den Mittelpunkt 0 des Gitters enthält und senkrecht zu der Achse X liegt. Wie bereits erwähnt, sind bei der herkömmlichen Anordnung sowohl der Eintritts- als auch der Austrittsschlitz Si und So, die Lichtquelle Xe und der Mittelpunkt O des Gitters G in derselben Ebene P angeordnet.

Das Licht von der Lichtquelle Xe, das durch den Eintrittsschlitz Si geht, wird durch das Gitter G in Licht unterschiedlicher Ordnung gebeugt. Das gebeugte Licht Lo null-

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] ter Ordnung bildet ein Bild Io auf der inneren Wandfläche V/ des Instruments, während die unterschiedlichen Wellenlängen des gebeugten Lichts erster Ordnung, von denen lediglich eine, nämlich L, gezeigt ist, Bilder L, an der ς Wandfläche W bilden. Wie bereits erwähnt, wird das in

nullter Ordnung gebeugte Licht Lo von der inneren Wandfläche V/ des Instruments reflektiert, so daß es zu einer Sekundärlichtquelle wird, die als das Bild Io in Fig. 1 gezeigt ist. Ein Teil des Lichtes der Sekundärlichtquelle Io breitet sich hin zu dem. Beugungsgitter G aus, wie durch die gestrichelte Pfeilspitze auf dem Lichtstrahl Lo gezeigt ist, so daß es auf das Gitter auftrifft, um erneut dispergiert bzw. "doppelt" gebeugt in Strahlen verschiedener Wellenlänge zu werden, von denen lediglich einer als

gestrichelte Linie Ld gezeigt ist. Dieses doppelt gebeugte Licht stimmt^z-^T-^{überein mit bzw}· überlappt das gebeugte
Licht erster Ordnung (die von dem doppelt gebeugten Licht
gebildeten Bilder sind mit gestrichelten Linien Id dargestellt), so daß das doppelt gebeugte Licht teilweise aus dem Austrii.tf.ticliLLLs als Streulicht austritt, was die Messung behindert.

Qm derartiges Streulicht am Austritt aus dem Austrittsschlitz zu hindern, wird erfindungsgemäß der Eintritts- schlitz Si auf der einen Seite bzw. oberhalb eier Ebene P angeordnet, während der Austrittsschlitz So auf der gegenüberliegenden Seite oder unterhalb der Ebene P derart angeordnet wird, daß die Achse des Lichts L von der Lichtquelle 'Xe auf das Gitter G auf trifft und daß das gebeugte Licht Lo nullter Ordnung denselben Winkel θ mit der Ebene P bildet, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. In den Fig. 2, bis 4 bezeichnen dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 entsprechende Teile; in Fig. 3 sind die Schlitze und die Bilder des gebeugten Lichts aus Gründen der Einfachheit und der Klarheit der Darstellung in ihrer Höhe verlängert dargestellt.

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Aufgrund der außerhalb der Ebene angebrachten Eintrittsund Auf.trittsschlitze bildet das in nullter Ordnung gebeugte Licht ein Bild Io und die Strahlen unterschiedlicher Wellenlänge des in erster Ordnung (sowie in höherer

5 Ordnung) gebeugten Lichtes bilden Bilder I., und zwar beide auf der inneren Wandfläche W des Monochrornators unterhalb der Ebene P auf derselben Höhe wie der Austrittsschlitz So.

Wie bereits erläutert, wirkt das Bild Io des in nullter Ordnung gebeugten Lichts Lo als Sekundärlichtquelle. Ein Teil des Lichtes der Sekundärlichtquelle Io breitet sich zurück zum Gitter aus, wie durch die gestrichelte Pfeilspitze auf dem Lichtstrahl Lo dargestellt ist. Das Gitter dispergiert erneut bzw. beugt das Licht der Sekundärlichtquelle Io zum zweiten Mal in Strahlen unterschiedlicher Wellenlänge. Aufgrund der außerhalb der Ebene angebrachten Eintritts- und Austrittsschlitze werden jedoch die Bilder Id der doppelt gebeugten Lichtstrahlen oberhalb der Ebene P auf derselben Höhe wie.der Eintrittsschlitz Si gebildet, so daß einige der Strahlen den Eintrittsschlitz Si passieren, jedoch keiner von ihnen aus dem Austrittsschlitz So austritt, so daß er die Messung stören würde.

In Fig. 5 ist schematisch ein Spektralfotofluormeter gey.eLj',1, dar·; entsprechend der Erfindung aufgebaut ist. Das I. ich U I, von einer Quelle, wie be i.sp ie lswei so einer Xenonlaiiip·· X·· w ί γΊ durch einen konkaven !-μ iogel M auf den L'iritrittsschlitz Si eines Anregungsmonochromators Mx fokussiert. Das durch den Eintrittsschlitz Si hindurchgehende Licht wird durch ein Gitter G gebeugt und das gebeugte Licht tritt aus einem Austrittsschi. Ltz So aus, so daß üü iiiil' i*iii'· ','.I¹IIi' !! μ i'iij ι/. i f fl. wil'il, * I ϊ ■ - <·ΐιιι· '/.ti ;jii.i I y:. i <ίτ·ιι

de Prob-..- enthält.
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Die angeregte Probe emittiert Fluoreszenzstrahlung, die von einem Emissionsmonochromator Mf desselben Aufbaus wie der Anregungsmonochromator Mx empfangen wird. Das Licht von dem Monochromator Mf tritt in einen Detektor, beispielsweise eine Fptovervielfacherröhre PM _ein, die ein entsprechendes elektrisches Signal erzeugt. Das Signal wird durch einen Verstärker A verstärkt, um an ein Aufzeichnungsgerät R angelegt zu werden. Das Licht, das aus dem Austrittsschlitz So des Anregungsmonochromators Mx austritt, um in die Zelle S einzutreten, bildet einen rechten Winkel mit dem Fluoreszenzlicht, das aus der Probe in der Zelle emittiert wird, um in den Emissionsmonochromator Mf durch dessen Eintrittsschlitz Si einzutreten.

In dem Anregungsmonochromator Mx ist der Eintrittsschlitz Si auf der oberen Seite einer nicht gezeigten Ebene angeordnet, die den Mittelpunkt 0 des Gitters G enthält und sich senkrecht zu der Drehachse X des Gitters erstreckt, während der Austrittsschlitz So auf der unteren Seite der Ebene angeordnet ist. In ähnlicher Weise ist in dem Emissionsmonochromator Mf der Eintrittsschlitz Si auf der oberen Seite einer nicht gezeigten Ebene angeordnet, die den Mittelpunkt O des Gitters G enthält und sich senkrecht zu der Drehachse X des Gitters erstreckt, während der Austrittsschlitz So auf der unteren Seite derselben Ebene angeordnet ist.

Wie bereits erläutert, wird bei herkömmlichen Spektralfotofluormetern das gebeugte Licht nullter Ordnung in dem Anregungsmonochromator doppelt gebeugt, wodurch eine beträchtliche Streulichtmenge erzeugt wird, die durch die Probe gestreut wird bzw. die Probe zur Erzeugung von Fluoreszenzstrahlung anregt. Das gestreute Licht und das Fluoreszenzlicht tritt in den Emissionsmonochromator ein, so daß es hierdurch die Spektralanalyse der Probe stört.

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] Das heißt, der Eniissiunsiuonochromator eftip-"

fängt (a) das Anregungslicht einer bestimmten Wellenlänge, das von der Probe gestreut wird, (b) das Fluoreszenzlicht, das von der Probe aufgrund des Anregungslichts emittiert wird, (c) das Streulicht, das durch Dispersion des in nullter Ordnung gebeugten Lichts im Anregungsmonochromator erzeugt und dann durch die Probe gestreut wird und (d) das von der Probe bei Anregung durch das Streulicht emittierte Fluoreszenzlicht. Im allgemeinen haben diese Lichtstrahlen unterschiedliche Wellenlänge. Gemessen werden soll der Lichtstrahl (b). Aufgrund der Dispersion des in nullter Ordnung gebeugten Lichts in dem Emissionsmonochromator werden jedoch die Lichtstrahlen (a), (c) und/oder (d) in ähnlicher Weise gemessen.

Durch die Anordnung außerhalb der Ebene des Eintrittsbzw, und Austrittsschlitzes beim Anregungsmonochromator entsprechend der Erfindung werden die Lichtstrahlen (c) und (d) im wesentlichen unterdrückt, _so daß die Lichtstrahlen

(a) und (b) in den Emissionsmonochromator eintreten. Da wie bereits erwähnt, der Eniissionsmonochromator denselben Aufbau wie der Anregungsmonochromator hat, so daß das
Streulicht, das durch Doppelbeugung des in nullter Ordnung gebeugten Lichtstrahles erzeugt wird, am Austritt aus dem Austrittsschlitz So gehindert wird, werden die Lichtstrahlen (a) wie auch die Lichtstrahlen (c) und (d), wenn welche verbleiben sollten, nahezu vollständig abgeblockt, was zu einer Verbesserung des Signal/Störverhältnisses im Ausgangssignal der Fluoreszenzmessung führt.

Fig. 6 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel, der Erfindung, wobei der Anregungsmonochr*omator Mx denselben Aufbau wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 hat. In Fig. 6 ist jedoch der Emissionsmonochromator Mf nach Fig. 5 durch ein Filter F ersetzt, das eine gewünschte Wellenlänge aus dem Fluoreszenzlicht ausfiltert, das von der

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] Probe durch deren Anregung emittiert wird."

V/enn ein Emissionsmonochromator verwendet wird, kann der i'.rüüU· Anteil de;:; von der Prob;.· ^"^;'-rauten Lichtes (wie ς es vorstehend mit (a) und (c) bezeichnet worden ist ) , das durch das Anregungslicht _und das" Streulicht des Anregungs monochromators erzeugt worden ist, vollständig durch den Emissionsmonochromator beseitigt werden, wobei lediglich das in nullter Ordnung gebeugte Licht in dem Emissionsmo-•jQ nochrornator, das erneut durch dessen Gitter dispergiert wird, als die Messung nachteilig beeinflussendes Streulicht verbleibt, so daß ein relativ hohes Signal/Störverhältnis erzielt werden kann.

Wenn jedoch ein Filter zur Wellenlängenselektsion des von der Probe emittierten Fluoreszenzlichtes verwendet wird, dient allein das Filter zum Entfernen des nachteiligen Einflusses des aus dem Anregungsnionochromator austretenden Streulichtes, so daß, wenn Streulicht mit einer Wellenlänge nahe bei der Wellenlänge des Fluoreszenzlichtes, das gemessen werden soll, auszufiltern ist, das Signal/Störverhältnis erheblich verringert wird.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung jedoch ist es möglich, nahezu vollständig das Streulicht, das durch Dispersion des in nullter Ordnung gebeugten Lichts im Anregungsmonochromator erzeugt wird, d.h. die größte Menge des Streulichtes, die ansonsten einen negativen Einfluß auf das' Ergebnis der Spektralanalyse bzw. der Messung ausüben wurde, auszublenden, so daß mit einem einfachen Filter eine ausreichend hohe Empfindlichkeit bei einfachem Aufbau erzielt werden kann.

Somit wird erfindungsgemäß das durch Disperöion des in nullter Ordnung in dem Monochromator gebeugten Lichtstrah-

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DE *

] les erzeugte Streulicht wesentlich verringert, so daß die Empfindlichkeit der Fluoreszenzmessung wesentlich erhöht v/erden kann.

Beschrieben wird ein Spektralfotofluormeter, .bei dem mindestens der Anregungsmonochromator so aufgebaut ist, daß der Eintritts- und der Austrittsschlitz auf gegenüberliegenden Seiten einer Ebene angeordnet sind, die den Mittelpunkt des Gitters enthält und senkrecht zu dessen Drehachse liegt, so daß das doppelt gebeugte Licht nullter Ordnung nicht aus dem Austrittsschlitz als Streulicht austreten kann.

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Leerseite

Claims

T.edtke - Bohuno - Kinne 3121216 USTSS m Grupe - Pellmann ..;...

; Dipl.-lng. R Λϊαηβ: ; DipH-lng. P. Grupe Dipl.-lng. B. Pellmann

Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2

Tel.: 089-5396 53

Telex: 5-24845 tipat

cable: Germaniapatent München

27.Mai 1981

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case Shimadzu-54

Patentansprüche

1Λ Spektralfotofluormeter, gekennzeichnet durch eine Liclitrortiolle (Xe), einen Monochromator (Mx) mit einem Eintrittsschlitz (Si), einem um eine Achse drehbaren Beugungsgitter (G) und einem Austrittsschlitz (So), wobei entweder der Eintritts- pder der Austrittsschlitz auf einer Seite einer Ebene angeordnet ist, die den Mittelpunkt ces Beugungsgitters enthält und senkrecht zu der Drehachse des Beugungsgitters liegt, und der andere Schlitz auf der gegenüberliegenden Seite der Ebene angeordnet ist, eine Zelle (S), die im Lichtweg des Ausgangslichtes des Monochromators angeordnet ist, eine Einrichtung (Mf;F), die eine Wellenlänge aus dem Fluoreszenzlicht der Probe in der Zelle selektiert, und eine Einrichtung (A), die ein elektrisches Signal entsprechend dem Licht der gewählten Wellenlänge erzeugt.
2. Spektralfotofluormeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Wahl einer Wellenlänge einen zweiten Monochromator (Mf) aufweist, der einen Eintrittsschlitz (Si), ein um eine Achse drehbares Beugungsgitter (G) und einen Austrittsschlitz (So) hat, wobei

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Deutsche BanK (München) Kto. 51/61070 Dresdner Bank (München) Kto. 3939844 Postscheck (München) Kto. 670-43-804

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einer der Schlitze auf einer Seite einer Ebene angeordnet ist, die den Mittelpunkt (0) des Beugungsgitters des zweiten Monochromators enthält und senkrecht zu der Drehachse des Gitters liegt_/ und der andere Schlitz auf der gegenüberliegenden Seite der Ebene angeordnet ist.
3. Spektralfotofluormeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Wahl einer Wellenlänge ein Filter (F) aufweist.
4. Monochromator zur Verwendung in einem Spektralfotometer, gekennzeichnet durch einen Eintrittsschlitz (Si), ein um eine Achse (X) drehbares Beugungsgitter (G) und einen Austrittsschlitz (So), wobei einer der Schlitze auf

einer Seite einer Ebene angeordnet ist, die den Mittelpunkt (0) des Beugungsgitters enthält und senkrecht zu der Drehachse des Gitters liegt, und der andere Schlitz auf der gegenüberliegenden Seite der Ebene angeordnet ist.
5. Monochromator nach Anspruch 4, gekennzeichnet

durch die Verwendung als Anregungsmonochromator in einem Spektralfotofluormeter.
6. Monochromator nach Anspruch 4, gekennzeichnet
durch die Verwendung als Emissionsmonochroniator in einem Spektralfotofluormeter.

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