DE3133894A1

DE3133894A1 - Zeeman-atomabsorptions-spektralfotometer

Info

Publication number: DE3133894A1
Application number: DE19813133894
Authority: DE
Inventors: Hideaki Koizumi; Kounosuke Mito Ibaraki Oishi; Hideo Katsuta Ibaraki Yamada
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1980-09-24
Filing date: 1981-08-27
Publication date: 1982-05-27
Also published as: US4449820A; GB2085157B; GB2085157A; JPS6051054B2; JPS5757241A; DE3133894C2

Description

HITACHI, LTD,, Tokyo,

Zeeman-Atomabsorptions-Spektralfotometer

Die Erfindung bezieht sich auf Zeeman-Atomabsorptions-Spektralfotometer.

Atomabsorptions-Spektralfotometer werden in großem Umfang zur quantitativen Analyse von in Abwässern, Nahrungsmitteln und Urin enthaltenen Metallelementen eingesetzt. Dabei hat ein Atomabsorptions-Spektralfotometer, das den Zeeman-Effekt nutzt, eine hohe Empfindlichkeit und kann Spuren von Metallen analysieren.

Bei dem Atomabsorptions-Meßverfahren nach Zeeman wird ein Magnetfeld von ca. 10 kG an zerstäubten Probendampf angelegt, und die Resonanzabsorption durch Atome wird erfaßt unter Anwendung von zwei Arten von linear polarisiertem Licht mit Polarisationsebenen, die sich rechtwinklig zueinander schneiden. Das polarisierte Licht (P //) mit einer mit dem Magnetfeld parallelen Oszillationsebene dient

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als Probenlichtstrahl, und das polarisierte Licht (P J.) mit einer zum Magnetfeld senkrechten Oszillationsebene dient als Referenzlichtstrahl. Mit diesem Verfahren ist es möglich, die Hintergrundabsorption genau zu korrigieren, und es resultiert eine sehr stabile Grundlinie infolge des vollständigen Zweistrahlverfahrens; das Verfahren ist seit einigen Oahren bei Wissenschaftlern als besonders zuverlässiges und wirksames Analyseverfahren bekannt. Der Zeeman-Effekt kann auf verschiedene Weise genutzt werden. Z. B. kann abgesehen von dem vorgenannten Verfahren, bei dem das Magnetfeld vorbe-* stimmter Stärke an den Probendampf angelegt wird, das Magnetfeld an die Lichtquelle angelegt werden, oder die Stärke des Magnetfelds kann moduliert werden. Ein Problem, das üblicherweise bei Zeeman-Atomabsorptions-Meßverfahren auftritt, besteht jedoch darin, daß in sehr hohen Konzentrationsbereichen die Eichkurve abfällt.

In Bereichen, in denen die Konzentration größer als eine Konzentration C_p, die eine Höchstextinktion A ergibt,

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ist, fällt die Eichkurve ab und wird invertiert. Es ergibt sich kein Problem hinsichtlich der Zuverlässigkeit der Meßwerte, solange die mit dem Verfahren erfaßten Konzentrationen kleiner als die Konzentration C sind. Die jedoch die Eichkurve durch eine zweiwertige Funktion gegeben ist, garantiert eine durch Messen einer unbekannten Probe erhaltene Extinktion A, jedoch nicht, daß die Probenkonzentration C, ist. Auch besteht die Möglichkeit, daß die Probenkonzentration C-, also größer als C,, sein kann. Insoweit die Eichkurve durch eine zweiwertige Funktion gegeben ist, ist es ganz unmöglich, mit dem ;,; existierenden Verfahren zu bestimmen, ob C, oder C_? die richtige Konzentration ist. Ferner verläuft in Bereichen relativ hoher Konzentrationen die Eichkurve derart, daß es schwierig ist, die Konzentrationen mit ausreichender Genauigkeit zu bestimmen.

Theoretisch kann diese nachteilige Erscheinung wie folgt erklärt werden. Gemäß dem Zeeman-Atomabsorptions-Meßverfahren, bei dem das Magnetfeld an die Probenzerstäübereinheit angelegt wird, wird der Hintergrund korrigiert unter Nutzung von Licht der Lichtquelle, die die gleiche Polarisationsebene wie die Komponente hat, die nicht eine Zeeman-Aufspaltung erfährt, sowie Licht von der Lichtquelle, die rechtwinklig zu der Komponente abstrahlt, und es wird ein Differenzsignal zwischen den beiden Komponenten erzeugt. In den Hochkonzentrationsbereichen erfolgt eine Sättigung der Absorption durch die Atome, wogegen die Hintergrundabsorptioh linear ansteigt. Infolgedessen wird das Differenzsignal gesättigt, und der Eichkurve wird zwangsläufig Krümmungsfaktor zugefügt, so daß die genannte nachteilige Erscheinung auftritt.

Es wurde zwar berichtet, daß theoretisch eine Vielzahl Arten von Zeeman-Atomabsorptions-Meßverfahren realisierbar sind, in der Praxis wurde jedoch nur ein Typ eines Zeeman-Atomabsorptions-Spektralfotometers gebaut. Dieses Spektralfotometer verwendet einen Graphitzerstäuber in einer Probenzerstäubereinheit, bestehend aus einem Graphitrohr und einer Stromversorgung, die das Graphitrohr mit Strom versorgt. Die Probe wird in das Rohr eingeführt und durch die von dem elektrischen Strom erzeugte Ooulesche Wärme zerstäubt.

Eine von den Erfindern der vorliegenden Anmeldung eingereichte US-Patentanmeldung (entsprechend der 3A-Patenttinmeldung Nr. 55-204-39) betrifft ein Verfahren, bei dem die vorgenannte nachteilige Erscheinung, die einem solchen Zeeman-Atomabsorptions-Spektralfotpmeter innewohnt, beseitigt ist.

Während der Entwicklung eines neuen Zeeman-Atomabsorptions· Spektralfotometers, das eine chemische Flamme in der Probenzerstäubereinheit verwendet, ist die Anmelderin auf dasselbe Problem gestoßen.

Bei dem normalerweise eingesetzten Atomabsorptions-Spektralfotometer, das in der Probenzerstäubereinheit eine chemische Flamme verwendet, wird das Extinktionssignal während einer vorbestimmten Dauer gemittelt, um aus der Flamme resultierende Störsignale zu entfernen'. Die Konzentration wird dann aus dem Mittelwert, der die Form einer zweiwertigen Funktion annimmt, bestimmt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Zeeman-Atomabsorptions-Spektralfotometers der Art, das im Probenzerstäuberteil eine chemische Flamme verwendet, wobei das Spektralfotometer auch in Hochkonzentrationsbereichen Messungen ausführt und auch dann korrekte Konzentrationswerte erhält, wenn die Beziehung zwischen dem gemessenen Extinktionssignal und der Konzentration die Form einer zweiwertigen Funktion annimmt.

Das Prinzip der vorliegenden Erfindung ist wie folgt: Bei der Atomabsorption unter Verwendung einer Flamme (chemischen Flamme) wird die Probe von einem Zerstäuber zerstäubt und in die Flamme eingeführt, so daß durch thermische Dissoziation ein Atomdampf gebildet wird. Licht von einer Hohlkathodenlampe durchsetzt den Atomdampf, wodurch die Atomresonanzabsorption gemessen wird. Bei Beobachtung über die Zeit wird der Atomdampf in der Flamme wie folgt gebildet. Wenn die Probe in den Zerstäuber eingebracht wird, steigt die Konzentration des Atomdampfs in der Flamme über die Zeit an. Dann bleibt die Konzentration während einer vorbestimmten Dauer während der Einführung der Probe konstant, und sie

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nimmt nach Beendigung der Probeneinführung über die Zeit ab.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Spitzenwerte der Stärke der Atomabsorptions-Signale erfaßt, während sich die Konzentration des Atomdampfs nach Einführung der Probe in den Zerstäuberteil ändert.

Ferner werden nach der Erfindung die Größen des Spitzenwerte und eines Werts, der durch Mittelung der Atomabsorptions-Signale während einer vorbestimmten Dauer erzeugt wird, verglichen.

Das Zeeman-Atomabsorptions-Spektralfotometer mit einer Lichtquelle, mit einer Zerstäubereinheit, die mit Licht von der Lichtquelle bestrahlt wird und in die eine Probe in eine chemische Flamme einführbar und dort zerstäubbar ist, mit einem Detektor zum Empfang des Lichts von der Lichtquelle nach dessen Absorption durch die Atome in'der Zerstäubereinheit, wobei der Detektor das empfangene Licht in elektrische Signale umsetzt, und mit einer Magneteinheit, die das Magnetfeld mindestens entweder an die Lichtquelle oder an die Zerstäubereinheit anlegt, ist gekennzeichnet durch Einheiten, die Spitzenwerte von Atomabsorptions-Signalen, die in bezug auf Hintergrundabsorption korrigiert sind, erfassen, während sich die Konzentration des Probendampfs in der Zerstäubereinheit nach Einführung der Probe in diese ändert,und die die Probenkonzentration auf der Grundlage der Spitzenwerte bestimmen.

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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm, das das Prinzip gemäß der Erfindung verdeutlicht;

Fig. 2 eine Eichkurve gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 3 das Blockschaltbild eines Ausf ührung.sbeispiels der Erfindung;

Fig. h einen vergrößerten Teil des Ausführungsbeispiels;

Fig. 5 das Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung; und

Fig. 6 ein Flußdiagramm des Ausführungsbeispiels nach Fig. 5.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 erläutert.

Fig. l(a) zeigt die Beziehung zwischen der Konzentration des Atomdampfs in der Flamme und der Zeit. Die Zeit t_Q bezeichnet den Moment, in dem die Probeneinführung beginnt. Wenn die Änderung der Atomdampfkonzentration auf der Grundlage einer Skala sehr kurzer Zeitperioden (0,05-0,1 s) beobachtet wird, steigt die Atomdampfkonzentration in der Flamme bis zu einem Zeitpunkt t., an und bleibt dann konstant, Vom Zeitpunkt t,., an dem die Absorption der Probe beendet ist, beginnt die Konzentration abzunehmen und nähert sich Null zum Zeitpunkt tg. Somit steigt und fällt der Dampfdruck der Probe vermutlich aufgrund der Tatsache, daß die im Zerstäubungsapparat zerstäubte Probe sich in der Brennkammer ausbreitet.,. Versuche haben gezeigt, daß die Konzentration in schwächerem Maß fällt als steigt.

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Fig. .l(b) zeigt eine Eichkurve der Zeeman-Atomabsorption mit der gleichen Konzentrationsachse wie Fig. l(a), Dabei wird die Beziehung, zwischen der Extinktion und der Konzentration bei der Zeeman-Atomabsorption verdeutlicht.. Aus Fig. l(a) ist ersichtlich, daß die Atomdampfkonzentration in der Flamme zum Zeitpunkt t, C, wird. Fig. l(b) zeigt, daß die Extinktion einen Wert A, annimmt, wenn die Atomdampf konzentration C, ist. Die so erhaltene Extinktion ist in Fig. l(c) gezeigt, deren zeitliche Achse in der gleichen Richtung wie in Fig. l(a) verläuft. Zum Zeitpunkt tp ist die Konzentration C ,und die Extinktion hat den Höchstwert A . Danach fällt die Extinktion mit zunehmender Konzentration. Die Konzentration nimmt einen Konstantwert C„ für die Zeitperiode von t-, bis t,- an. Die während dieser Periode beobachtete Extinktion A, ist geringer als die Extinktion A und hat den gleichen Wert wie im Fall der Konzentration C₁. Von t_c bis t_QJ in welchem

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Zeitpunkt die Absorption beendet ist, hat die Kurve den genau umgekehrten Verlauf wie bei Beginn der Absorption. Die Beziehung zwischen der Zeit und der Extinktion hat zwei Spitzen (vgl. Fig. l(c)). Im Fall einer Probe mit einer Konzentration, die höher als C ist, wird die Extinktion zum Zeitpunkt t. kleiner als A . Spitzen P, und P-, die der größten Extinktion A entsprechen, bilden sich jedoch notwendigerweise während der Perioden von t_o~t, und von t,--t₈ aus. Versuche haben gezeigt, daß die Spitzen P, und P- eine so kurze Dauer haben, daß sie nur dann genau beobachtet werden können, wenn die Ansprechgeschwindigkeit höher als 0,2 s ist. Die Grafik von Fig. 2 zeigt eine Beziehung zwischen der Probenkonzentration und der Höhe der Spitze P_?, gemessen mit einem schnellen Signalverarbeitungssystem, woraus bestätigt wird, daß die Eichkurve selbst in den Hochkonzentrationsbereichen nicht umgekehrt wird und daß die Analyse unter Verwendung des Zeeman-Atomabsorptionsmeßverfahrens ordnungsgemäß durchführbar ist.

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Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird ein Ausführungsbeispiel erläutert, wobei zunächst kurz das Zeeman-Atomabsorptions-Spektralfotometer beschrieben wird. Eine Lichtquelle 10 wird von einem von einer Stromversorgung 12 zugeführten Strom eingeschaltet. Das von der Lichtquelle 10 emittierte Licht trifft auf einen Polarisator 14. Das den Poalrisator 14- durchsetzende Licht wird in einer bestimmten Polarisationsebene linear polarisiert. Der Polarisator 14 dreht sich, und die polarisierte Ebene des linear polarisierten Lichts rotiert entsprechend. Das Licht vom Polarisator trifft dann auf eine Zerstäubungseinheit 16, die aus einem eine Flamme erzeugenden Brenner od. dgl. besteht, und wird von den Atomen absorbiert. Die Zerstäubungseinheit 16 liegt in einem Magnetfeld von ca. 10 kG, das von zwei Magneten 18 erzeugt wird. Daher wird die Atomabsorptionslinie in der Zerstäubereinheit 16 nach Zeeman aufgespalten. Von dem die Zerstäubungseinheit 16 durchsetzenden Lichtstrahl wird von einem Monochromator 20 eine vorbestimmte Wellenlänge ausgewählt und zum Einfallen auf einen Detektor 22 gebracht, der elektrische Signale erzeugt, die der Intensität des einfallenden Lichts entsprechen. Die elektrischen Signale werden von einem Vorverstärker 24 verstärkt und von einem lbgarithmischen Umsetzer 26 in logarithmische Größen umgesetzt. Nachdem Störkomponenten durch ein Bandfilter 28 mit einer Zentralfrequenz f, ausgefiltert sind, werden die Signale einem Synchrongleichrichter 30 zugeführt. Dem Synchrongleichrichter 30 werden außerdem von einer Torschaltung 32 Steuersignale mit einer Frequenz f, synchron mit der Rotation des Polarisators 14 zugeführt. Somit werden die Eingangssignale von dem Synchrongleichrichter 30 gleichgerichtet. Die Ausgangssignale des Synchrongleichrichters weisen eine Extinktion auf, die sich mit der Zeit entsprechend Fig. l(c) ändert. Die Ausgangssignale werden von einer Aufzeichnungseinheit Rec aufgezeichnet.

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Weiterhin werden die Lichtextinktionssignale einem Spitzendiskriminator 4-0 zugeführt, der ein Taktglied 4-2 aufweist, das Steuersignale einem Torglied für eine vorbestimmte Dauer nach der Absorption der Probe (z. B. während einer Periode t_Q-t^ in Fig. Ka)) oder für eine vorbestimmte Dauer nach der Einführung der Probe (z. B. während einer Periode t^-tg nach Fig. l(a)) zuführt. Bei Empfang der Steuersignale gibt das Torglied 44 Extinktionssignale an ein Spitzen-Halteglied 46 ab, das den Spitzenwert speichert und ihn an einen Extinktions-Konzentrations-Umsetzer 4-8 leitet, der ihn mit der Eichkurve von Fig. 2 korreliert und einen Konzentrationswert erzeugt, der der eingegebenen Extinktion entspricht. Der Konzentrationswert wird an einer Anzeigeeinheit 50, z. B. einem Meßgerät oder einem Drucker, angezeigt. Das Spitzen-Halteglied 46 speichert entweder die Spitze P, oder P- nach Fig. l(c). Die Genauigkeit ist jedoch höher, wenn die Spitze P- gespeichert wird, weil - wie erwähnt die Spitze P- weniger steil abfällt als die Spitze P, ansteigt und die Signale daher leichter verarbeitbar sind. Somit wird es möglich, hohe Konzentrationen zu erfassen.

Die Extinktionssignale werden ferner einem Diskriminator zugeführt, der das Taktglied 42 enthält, das für die Zeitdauer (z. B. von t~-t,- in Fig. l(a)), in der die Konzentration des Atomdampfs nahezu konstant in der Flamme unterhalten wird, einem Torglied 62 Steuersignale zuführt. Das Torglied 62 wird durch die Steuersignale leitend, und die Extinktionssignale werden einem Mittelwertbüdner 64 zugeführt, der nacheinander Mittelwerte der Eingangssignale errechnet.

Wenn die Spitze von dem Spitzenhalteglied 46 erfaßt wird und die Mittelwertbildung durch den Mittelwertbildner 64 beendet ist, vergleicht ein Vergleicher 66 die Größe der beiden Ausgangssignale. Das Ausgangssignal des Spitzen-

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Halteglieds 4-6 wird mit A und das Ausgangssignal des Mittelwertbildners 64- mit A, bezeichnet. Das Ausgangssignal des Mittelwertbildners 64- wird dem Extinktions-Konzentrations-Umsetzer 68 zugeführt, in dem die Eichkurve der zweiwertigen Funktion gemäß Fig. l(c) enthalten ist. Wenn somit das Ausgangssignal des Mittelwertbildners 6k A-, ist, wählt der Umsetzer 68 entweder die Konzentration C, oder C_?. Wenn der Vergleicher 66 ein Ausgangssignal unter der Bedingung, daß A größer als A, ist, erzeugt, wählt der Umsetzer 68 die Konzentration C-als den Wert, der der Extinktion A, entspricht, und die Konzentration C- wird auf der Anzeigeeinheit 70 angezeigt. Die Konzentration ist C,, wenn das Ausgangssignal des Vergleichers 66 bedeutet, daß A = A,. Wenn A größer als A, ist und wenn es nicht erforderlich ist, derart hohe Konzentrationen zu erfassen, kann der Fehler auf einer Anzeigeeinheit 72 angezeigt werden.

Das Anlegen des Magnetfelds an den Brenner wird unter Bezugnahme auf Fig. k erläutert. Zunächst werden Magnetmaterialien 100 und 101, die nicht mechanisch bearbeitbar sind wegen ihres geringen Wärmewiderstands und ihrer Sprödigkeit, an Stellen angeordnet, an denen sie von der Flamme 102 getrennt sind und keine Wärmestrahlung von dieser aufnehmen. Der Magnetfluß der Magnetmaterialien 100, 101 wird an die Flamme über einen Magnetkreis angelegt, der durch Polschuhe 10ή-, 105 aus Weichstahl gebildet ist. Die Spitzen der Polschuhe 104·, 105, die mit der Flamme 102i<un direkten Kontakt gelangen, weisen Durchgangslöcher 106, 107 auf, und Wasser strömt durch die Löcher 106, 107 und kühlt die Polschuhe 104·, 105. Die Flamme verliert an Stabilität nicht nur dann, wenn ein Teil derselben mit den gekühlten Flächen der Polschuhe in Kontakt gelangt, sondern auch, wenn sie von einem externen

Luftstrom beeinflußt wird. Durch Versuche wurde ferner klargestellt, daß die Sekundärluft eine wesentliche Rolle für die Unterhaltung einer gleichmäßigen Verbrennung auch beim Einsatz eines Brenners mit Vormischung spielt. Daher sollte zwischen der Oberseite.; des Brennerkopfs und den Unterseiten der Polstücke 104·, 105 ein symmetri- j scher Spalt von mindestens 2 mm gebildet sein. Außerdem sollten die Winkel der Oberseite des Brennerkopfs 108 mit den Winkeln der Unterseiten der Polstücke 10ή·, 105 übereinstimmen, so daß die Sekundär luftströme 110, 111 gleichmäßig strömen und die Düse ohne Erzeugung einer Störung erreichen können. Wenn die Sekundärluft nicht symmetrisch nach rechts und links strömt, wird die Flamme zur Spitze eines des Polschuhe hin abgelenkt. Wenn ferner die Sekundärluftmenge nicht ausreichend ist, besteht die Gefahr, daß die Flamme flackert, wodurch der Störpegel erhöht wird. Im Fall eines Einschlitzbrenners mit Vormischung kann die Flamme in einem Maximalspalt von 6 mm unter zuverlässiger Sekundärluftzufuhr gleichmäßig brennen, Die Positionen der in den Polschuhen gebildeten Kühllöcher beeinflussen ebenfalls die Intensität des in dem Spalt aufgebauten Magnetfelds.

Im Hinblick auf den Kühlungswirkungsgrad und die Stärke des Magnetfelds ist es am wirksamsten, das Loch in einem Abschnitt unmittelbar vor der Pickenreduzierung des Polschuhs zu bilden (in einem von der Spitze des Polschuhs um 15 mm beabstandeten Abschnitt), wobei das Loch einen Durchmesser hat, der dem dritten Teil der Dicke (18 mm) des Polschuhs entspricht. Mit der vorgenannten Ausbildung kann die Flamme in dem Magnetfeld, das eine Stärke von bis zu 10 kG hat, gleichmäßig erzeugt werden. Eine Brennerkammer (Vormischkammer) 112 ist mit dem Brennerkopf 108 über eine Leitung 1-14· verbunden. Die Leitung 114· verläuft

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durch ein Loch 116, dessen Durchmesser größer als derjenige der Leitung 114· ist und das in einem unteren 3och 118 des Magneten gebildet ist. Die Magnete sind in einer Probenkammer gesichert, und der Brennerteil ist auf einer Platte 120 angeordnet, die an der Probenkammer befestigt ist und feinfühlig vorwärts und zurück sowie aufwärts und abwärts bewegbar ist.

Ein Anschlag dient dem Zweck, einen Spalt von 2 mm zwischen den Unterseiten der Polschuhe und der Oberseite des Brennerkopfs auch dann zu unterhalten, wenn der Brenner in seine Höchstlage gehoben ist. Der Brennwirkungsgrad wird nicht vermindert, sondern sogar leicht verbessert, wenn die Gesamtlänge des die Brennkammer 112 mit dem Brennerkopf 108 verbindenden Rohrs 11A- weniger als 20 cm beträgt. Der Brennerkopf 108 und die Leitung 114- bestehen aus einem paramagnetischen Metall (z. B. rostfreiem Stahl od. dgl.), so daß sie keine starke Magnetkraft von den Magneten aufnehmen, da es sonst schwierig wird, die Brennerlage feinfühlig zu ändern, oder der Brennerkopf von den Magneten angezogen wird oder es gefährlich wird, den Brennerkopf aufzusetzen oder zu lösen. Der Brennerkopf muß häufig abgenommen werden, so daß sein Inneres gereinigt werden kann. Wenn mit einer H~-Acetylenflamme gearbeitet wird, muß wegen der unterschiedlichen Brenngeschwindigkeiten ein Brennerkopf mit einem engen Schlitz verwendet werden. Dazu wird der gesamte Brenner abgesenkt, und der Brennerkopf 108 wird nach oben gezogen; d. h. der Brennerkopf 108 ist austauschbar. Der Verbindungsabschnitt 122 zwischen der Leitung 114 und dem Brennerkopf 108 ist mit einem 0-Dichtring abgedichtet. Der nachstehend erläuterte Aufbau ist zweckmäßig, wenn der Probenraum der Einrichtung besonders schmal ist. Der Brennerkammer-Teil ist auf der Platte feinfühlig verstellbar angeordnet. Die

Magnete sind auf einer Schiene angeordnet und werden erforderlichenfalls zur Vorderseite des Probenraums gezogen. Die Leitung 114 hat ein Verbindungsteil zum Anschluß an den Brennerkopf 108 sowie ein Verbindungsteil 124- zum Anschluß an den Brennerkammer-Teil 112. Zum Austausch des Brenners wird zunächst die Platte 120 für die feinfühlige Verstellung vollständig gesenkt, und die· Leitung 114· wird aus dem Raum 112 entnommen. Dann werden die Magnete zur Vorderseite des Probenraums bewegt.

Gemäß der vorher erwähnten Optik für das Zeeman-Atomabsorptions-Spektralfotometer wird an die Zerstäubereinheit ein magnetisches Gleichfeld angelegt, wobei die Richtung, in der das Magnetfeld angelegt wird, rechtwinklig zur Lichtachse verläuft. Es ist jedoch eine Vielzahl optischer Systeme für das Zeeman-Atomabsorptions-Spektralfotometer bekannt. Z. B. kann ein Magnetfeld an die Lichtquelle angelegt werden, die Stärke des Magnetfelds kann moduliert werden, die Richtung, in der das Magnetfeld angelegt wird, kann parallel zur Lichtachse verlaufen, oder die vorgenannten Möglichkeiten können kombiniert werden. Das Ausführungsbeispiel der Erfindung ist mit sämtlichen genannten optischen Systemen wirksam einsetzbar.

Unter Bezugnahme auf Fig. 5 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel erläutert.

Der Unterschied In der Optik nach Fig. 5 zu derjenigen nach Fig. 3 liegt darin, daß das von dem Magneten 18 erzeugte Magnetfeld nicht an die Zerstäubereinheit, sondern an die Lichtquelle 10· angelegt wird. Daher werden die von der Lichtquelle ausgehenden Strahlen gemäß Zeeman aufgespalten.

Die TC-Komponente und die ö *- Komponente sind voneinander trennbar unter Einsatz des Polarisators 14, da sie verschiedene Polarisationsebenen haben.

Ein weiterer Unterschied im Signalverarbeitungssystem liegt im Einsatz eines Mikroprozessors MPU. Das Ausgangssignal des Detektors 22 wird durch den Vorverstärker Zk verstärkt und von einem Digital-Analog-Umsetzer bzw. DAU 80 in ein Digitalsignal umgesetzt. Das Digitalsignal wird dann dem MPU 84· über einen Bus 82 zugeführt. Die Steuersignale vom Torglied 32 werden durch e ine Ein-Ausgabeschnittstelle I/O 86 eingeführt. Die Extinktion wird in dem MPU 84 unter Nutzung der Signale von dem Al)U 80 errechnet. Die Extinktionssignale werden ferner in bezug auf ihren Hintergrund durch die Steuersignale korrigiert. Das Programm zum Bestimmen der Konzentration aus der hintergrundkorrigierten Extinktion wurde vorher in einem Festwertspeicher bzw. ROM 88 gespeichert. Das Programm wird unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm von Fig. 6 erläutert. Wenn die Probe in den Brenner eingeführt wird, überwacht ein Unterscheidungsschritt 150 den Ablauf der Zeit t. Wenn die Zeit t zu t~ wird, z. B. 2 s, wird die Mittelung durchgeführt (Verarbeitungsschritt 152). Die Mittelung besteht aus der Einführung der Extinktionsinformation nach jeweils 20 ms, worauf die Mittelung folgt. Die gemittelten Resultate werden in einem Direktzugriffsspeicher bzw. RAM 88 gespeichert. Wenn durch einen Unterscheidungsschritt 15A- eine vorbestimmte Mittelungszeit (2-10 s) beendet wird, führt ein Schritt 156 die Extinktiansdaten nach jeweils 20 ms ein, vergleicht nacheinander die eingeführte Information und speichert größere Werte in dem RAM zur Erfassung eines Spitzenwerts. Nach der Erfassung des Spitzenwerts wählt ein Unterscheidungsschritt 158 entweder das Umsetzungsverfahren (CONV. 1) der Eichkurve nach Fig. 2 oder das Umsetzungs-

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verfahren (CONV. 2) der Eichkurve nach Fig. l(b), um die Extinktion in die Konzentration umzusetzen. Die Wahl wird z. B. über ein Tastenfeld durch eine Ein-Ausgabeschnittstelle I/O 92 eingegeben. Wenn das Verfahren CONV. 1 gewählt wird, errechnet ein Schritt 160 eine Konzentration C, die der Extinktion A entspricht. Wenn das Verfahren CONV. 2 durch den Unterscheidungsschritt 158 gewählt wird, bestimmt ein Schritt 162, ob der.-Spitzenwert oder der gemittelte Wert größer ist. Wenn der Spitzenwert größer als der gemittelte Wert ist, errechnet ein Schritt 164 eine Konzentration Cp, die der Extinktion A, entspricht. In anderen Fällen errechnet eirv Schritt 166 eine Konzentration C,, die der Extinktion A, entspricht. Der Konzentrationswert wird in einem Anzeigeschritt 168 zur Anzeige gebracht. Die Anzeige erfolgt über eine Ein-Ausgabeschnittstelle I/O 9k in einer Anzeigeeinheit 96.

Bei dem Zeeman-Atomabsorptions-Spektralfötometer mit dem vorstehend angegebenen Aufbau ist es möglich, Proben mit höheren Konzentrationen als denen, die bisher mit konventionellen Einrichtungen analysierbar waren, zu analysieren.

Claims

Patentansprüche

Iy Zeeman-Atomabsorptions-Spektralfotometer mit

- einer Zerstäubereinheit, die mit Licht von der Lichtquelle bestrahlt wird und in die eine Probe in eine chemische Flamme einführbar und dort zerstäubbar ist;

- einem Detektor zum Empfang des Lichts von der Lichtquelle nach dessen Absorption durch die Atome in der Zerstäubereinheit, wobei der Detektor das empfangene Licht in elektrische Signale umsetzt; und

- einer Magneteinheit, die das Magnetfeld mindestens entweder an die Lichtquelle oder an die Zerstäubereinheit anlegt;

gekennzeichnet durch

- Einheiten (4-0, 4-8), die Spitzenwerte von Atomabsorptions-Signalen, die in bezug auf Hintergrundabsorption korrigiert sind, erfassen, während sich die Konzentration des Probendampfs in der Zerstäubereinheit (16) nach Einführung der Probe in diese ändert, und die die Probenkonzentration auf der Grundlage der Spitzenwerte (P,, Ρ») bestimmen.

2. Spektralfotometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

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daß die Einheiten zum Erfassen der Konzentration aufweisen:

- eine Stufe (A-O) für die Erfassung von Spitzenwerten und

- einen Umsetzer (4-8), der die Extinktion in einen dem Spitzenwert entsprechenden Konzentrationswert umsetzt.

3. Spektralfotometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Einheiten zum Erfassen der Konzentration aufweisen:

- eine Stufe (A-O) zum Erfassen von Spitzenwerten,

- ein Glied (6A-) zum Erzeugen eines Mittelwerts der Atomabsorptions-Signale während der Periode nach dem Einführen der Probe in die Zerstäubereinheit (16), während welcher Periode die Probendampfkonzentration in der Zerstäubereinheit (16) nahezu konstant bleibt, und

- ein Glied (68), das aufgrund der Größen des Spitzenwerts und des Mittelwerts einen von Atomabsorptions-Signalen entsprechenden zweiwertigen Konzentrationswerten auswählt.

A-. Spektralfotometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Einheiten zum Erfassen der Konzentration einen Mikroprozessor (8A-), einen Direktzugriffsspeicher und einen Festwertspeicher (88) umfassen und im Festwertspeicher ein Programm gespeichert ist, das folgende Schritte aufweist:

Errechnen eines Mittelwerts von Atomabsorptions-Signalen, die innerhalb einer Dauer gelesen werden, in der die Probendampfkonzentration in der Zerstäubereinheit (16) nahezu konstant ist; ^:

Wählen eines Höchstwerts aus den Atomabsorptions-Signalen, die nach Beendigung des vorhergehenden Schritts gelesen werden; und

Errechnen einer Konzentration entweder aus dem Mittelwert oder aus dem Höchstwert auf der Grundlage eines von einer externen Einheit vorgegebenen Sollwerts;
und daß

der Mikroprozessor (84) den Rechenvorgang unter Nutzung des Speicherbereichs des Direktzugriffsspeichers gemäß dem genannten Programm ausführt
(Fig. 5 und 6).

5. Spiktralfotometer nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Richtung des von der Magneteinheit (18) erzeugten Magnetfelds rechtwinklig zur optischen Achse verläuft.

6. Spektralfotometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß die Stärke des von der Magneteinheit (18) erzeugten Magnetfelds gleichbleibend ist.

7. Zeeman-Atomabsorptlons-Spektralfotometer mit

- einer Einheit zum Positionieren einer unbekannten Probe auf der optischen Achse, wobei die Probe durch eine chemische flamme zerstäubt wird;

- eine auf der optischen Achse liegende Einheit, die Licht einer vorbestimmten Wellenlänge durch den Probendampf gelangen läßt;

- einer Einheit, die die Wellenlänge des Lichts oder die von der Probe absorbierte Wellenlänge in Zeeman-Komponenten aufspaltet; und

- eine Einheit zum Erfassen des Lichts, das durch den Probendampf gelangt;

gekennzeichnet durch

- eine Stufe zum Erfassen eines Höchstwerts der Signale im ansteigenden Teil der Atomabsorptions-Signale, wenn die Probe in die ehemische Flamme eingeführt wird, und zum Erfassen eines Höchstwerts der Signale im fallenden Teil der Atomabsorptions-Signale, wenn die Probeneinführung in die chemische Flamme beendet ist.

8. Spektralfotometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

daß die Erfassungsstufe aufweist:

- ein Glied, das die Operation gleichzeitig mit der Einführung der Probe in die chemische Flamme auslöst und während einer vorbestimmten Dauer Signale erzeugt;

- ein Glied (46) zum Speichern eines Höchstwerts von Eingangssignalen; und

- ein Torglied (4-4·), das zwischen den optischen Detektor (22) und das Halteglied (4-6) geschaltet ist, Signale von dem signalerzeugenden Glied (A--2) empfängt und das Ausgangssignal des optischen Detektors (22) dem Halteglied (46) zuführt.

9. Spektralfotometer nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch

ein Glied (48) zur Bildung einer Probenkonzentration aus dem Meßwert der Erfassungsstufe auf der Grundlage einer Beziehung zwischen dem Höchstwert der Stärke der Atomabsorptions-Signale und der Konzentration der Probe.

10. Spektralfotometer nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch

ein Glied (64) zum Erfassen eines Mittelwerts der Stärke von Atomabsorptions-Signalen unter Aufrechterhaltung der Dauer der von dem Detektor erfaßten Atomabsorptions-Signale, während die Probenkonzentration in der chemischen Flamme stabil ist.

11. Spektralfotometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

daß die Stufe zum Erfassen eines Höchstwerts einen Mikroprozessor (84), einen Direktzugriffs- und einen Festwertspeicher (88) aufweist, und

daß der Mikroprozessor (84) die Atomabsorptions-Signale aufeinanderfolgend entweder nach Einführung der Probe in die chemische Flamme oder vor Beendigung der Probeneinführung gemäß einem im Festwertspeicher enthaltenen Programm einführt, die Signale aufeinanderfolgend vergleicht und die Signale mit hohem Wert in dem Direktzugriffsspeicher speichert.

12. Spektralfotometer nach Anspruch 8, 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet,

daß die Richtung des von dem Magneten (18) erzeugten Magnetfelds rechtwinklig zur optischen Achse verläuft.

13. Spektralfotometer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,

daß die Stärke des von dem Magneten (18) erzeugten Magnetfelds gleichbleibend ist.