DE3608468A1 - Lichtquellenoptik fuer ein spektrometer zur multielementanalyse - Google Patents
Lichtquellenoptik fuer ein spektrometer zur multielementanalyseInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Lichtquellenoptik für
ein Spektrometer zur Multielementanalyse.
In der Atomabsorptions-Spektrometrie (AAS) wird von
einer Lichtquelle, z. B. einer Hohlkathodenlampe,
Licht mit einer Wellenlänge emittiert, die für ein
bestimmtes, gesuchtes Element charakteristisch ist
und mit der Absorptionswellenlänge dieses Elements
übereinstimmt. Ein Meßlichtbündel dieser Wellen
länge wird durch eine atomisierte Probe geleitet.
Dabei tritt eine Absorption des Meßlichtbündels
auf, die ein Maß für die Konzentration oder Menge
des gesuchten Elements in der Probe ist. Die Atome,
deren Absorptionswellenlänge mit der Wellenlänge
übereinstimmt, die von der Lichtquelle emittiert
wird, absorbieren Licht aus dem Meßlichtbündel.
Andere Atome bewirken dagegen eine solche Absorp
tion nicht.
Hohlkathodenlampen emittieren im allgemeinen nur
die Spektrallinien eines einzigen Elements, z. B.
von Kupfer. Will man mehrere Elemente in der Probe
vermessen, dann muß man die Lampe wechseln und für
jedes Element eine neue Messung durchführen. Das
erfordert entsprechend viel Zeit. Außerdem ist eine
entsprechend große Probenmenge erforderlich. Für
jede einzelne Messung eines Elements wird eine ge
wisse Probenmenge benötigt.
Es ist bekannt, "Multielementlampen" zu verwenden.
Das sind Lichtquellen, welche gleichzeitig die
Emissionslinien mehrerer Elemente aussenden. Solche
Lampen zeigen einige Nachteile: Die Anzahl der Ele
mente, deren Emissionslinien von einer Lampe ausge
sandt werden, ist begrenzt. Die zu kombinierenden
Elemente können nicht beliebig gewählt werden, da
die Anregungsbedingungen für verschiedene Elemente
unterschiedlich sind. Außerdem ist die Strahlungs
dichte der verschiedenen Linien im allgemeinen ge
ringer als bei einer "Einzelelementlampe".
Es ist auch bekannt, zwei Lichtquellen zu verwenden
und das Licht der einen Lichtquelle über einen
feststehenden, halbdurchlässigen Spiegel in den
Strahlengang der anderen Lichtquelle hineinzu
spiegeln. Dabei wird das Licht aber erheblich ge
schwächt. Sowohl von dem Licht, das von der einen
Lichtquelle an dem halbdurchlässigen Spiegel re
flektiert wird als auch von dem Licht, das von der
anderen Lichtquelle durch den halbdurchlässigen
Spiegel hindurchtritt, geht ein großer Anteil (50%
bei einem genau halbdurchlässigen Spiegel) ver
loren. Das Verfahren ist in der Praxis auf nur zwei
Lichtquellen beschränkt. Schon bei drei Licht
quellen, die über zwei teildurchlässige Spiegel
gemeinsam zur Wirkung gebracht werden können, ist
die Schwächung des Lichts so groß, daß kaum noch
brauchbare Strahlungsflüsse zur Verfügung stehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Lichtquellenoptik für ein Spektrometer zur Multi
elementanalyse zu schaffen, das die Kombination
beliebiger Elemente gestattet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch
- a) eine Mehrzahl von wenigstens im wesentlichen monochromatischen Lichtquellen und
- b) optische Mittel, durch welche Lichtbündel dieser Lichtquellen in einen gemeinsamen Strahlengang umlenkbar sind.
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der
Unteransprüche.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind
nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen
Zeichnungen näher erläutert:
Fig. 1 zeigt eine Ausführung, bei welcher eine
Überlagerung von Lichtbündeln, die von
mehreren im wesentlichen monochroma
tischen Lichtquellen ausgehen, über
eine Mehrzahl von Sektorspiegeln er
folgt.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungform, die
im Prinzip ähnlich arbeitet wie die von
Fig. 1, bei welcher jedoch die Sektor
spiegel um eine gemeinsame Rotations
achse umlaufen.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf die Sektor
spiegel in Richtung der Rotationsachse
gesehen.
Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform, bei
welcher die Überlagerung der Lichtbün
del durch zwei einander zugekehrte
Spiegel mit einem geeigneten Muster von
Durchlässen erzielt wird.
Fig. 5 zeigt das Spiegelmuster des oberen der
beiden Spiegel von Fig. 4.
Fig. 6 zeigt das Spiegelmuster des unteren der
beiden Spiegel von Fig. 4.
Fig. 7 zeigt mehrere Bündel gleichen geometri
schen Leitwertes.
Fig. 8 zeigt die Erzeugung der Bündelab
schnitte in der Lichtquellenoptik und
in der Probe.
Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform mit
einem Beugungsgitter.
In Fig. 1 ist mit 10 eine erste Lichtquelle, z. B.
eine Hohlkathodenlampe, bezeichnet. Die Lichtquelle
10 emittiert ein Lichtbündel 12, von dem nur die
Bündelachse gezeichnet ist. Die Bündelachse des
Lichtbündels 12 bestimmt einen gemeinsamen Strah
lengang für das Lichtbündel 12 von der Lichtquelle
10 sowie von Lichtbündeln, die von weiteren Licht
quellen 16, 18 und 20 ausgehen. Die Lichtquellen
16, 18 und 20 sind gestaffelt seitlich von dem
Lichtbündel 12 und dem gemeinsamen Strahlengang 14
angeordnet. Durch einen rotierenden Sektorspiegel
22 wird periodisch das Lichtbündel 12 von der
Lichtquelle 10 unterbrochen und das Lichtbündel 24,
das von der Lichtquelle 16 ausgeht, in den gemein
samen Strahlengang 14 eingespiegelt. In ent
sprechender Weise wird durch einen rotierenden
Sektorspiegel 26 ein Lichtbündel 28, das von der
Lichtquelle 18 ausgeht, periodisch in den gemein
samen Strahlengang 14 eingespiegelt. Durch einen
Sektorspiegel 30 wird ein Lichtbündel 32, das von
der Lichtquelle 20 ausgeht, periodisch in den
gemeinsamen Strahlengang 14 eingespiegelt. Die
Sektorspiegel 22, 26 und 30 laufen um zueinander
parallele Achsen 34, 36, 38 um und haben solche
relative Winkellagen, daß während einer Umlauf
periode nacheinander das Lichtbündel 12, das
Lichtbündel 24, das Lichtbündel 28 und das Licht
bündel 32 in den gemeinsamen Strahlengang 14
eingespiegelt wird.
Die Staffelung der Lichtquellen 16, 18 und 20 ist
so, daß sich für alle Lichtbündel 12, 24, 28 und 32
gleiche optische Weglängen ergeben. Zu diesem Zweck
sind die Ebenen der Sektorspiegel 22, 26 und 30 mit
ihren Flächennormalen unter 45° zur Achse des ge
meinsamen Strahlengangs 14 angeordnet. Jede der
weiteren Lichtquellen 16, 18 und 20 ist spiegel
symmetrisch zu der ersten Lichtquelle 10 in bezug
auf die Ebene des zugehörigen Sektorspiegels 22, 26
bzw. 30 angeordnet.
Die Ausführung nach Fig. 2 und 3 ist in ihrer
Wirkungweise ähnlich der von Fig. 1. Entsprechende
Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen
wie dort. Hier sitzen jedoch drei Sektorspiegel
40, 42 und 44 auf einer gemeinsamen Umlaufwelle 46.
Die Radien der Sektorspiegel sind unterschiedlich,
so daß jeder der Sektorspiegel 40, 42 und 44 den
gemeinsamen Strahlengang 14 schneidet. Fig. 3 zeigt
eine Draufsicht auf die Sektorspiegel.
Bei der Ausführungform nach Fig. 4 weisen die
optischen Mittel zur Umlenkung der Lichtbündel in
einen gemeinsamen Strahlengang zwei einander
zugekehrte, umlaufende, mit Durchlaßbereichen
versehene Spiegel, nämlich einen ersten Spiegel 48
und einen zweiten Spiegel 50 auf. Die beiden
Spiegel 48 und 50 sind auf gegenüberliegenden
Seiten einer um eine Achse 52 umlaufenden Platte 54
aus lichtdurchlässigem Material, beispielsweise
Quarz, aufgebracht. Von den in Abständen vonein
ander angeordneten Lichtquellen 56, 58, 60, 62, 64 und
66 fallen Lichtbündel 68, 70, 72, 74, 76 bzw. 78 auf
die Spiegel 48, 50. Die Spiegel 48 und 50 sind mit
Mustern derart verspiegelt, daß beim Umlauf der
Spiegel 48, 50 die verschiedenen Lichtbündel 68 bis
78 nacheinander in den gemeinsamen Strahlengang 80
durch die Spiegel hindurchtreten oder nach Re
flexion an den Spiegeln in den Strahlengang 80
reflektiert werden. Bei der in den Fig. 4 bis 6
dargestellten, bevorzugten Ausführungsform sind auf
einer zur Umlaufachse 52 der Spiegel 48, 50 paralle
len, im Abstand von der Umlaufachse 52 verlaufenden
gedachten Linie 82 drei Lichtquellen 56, 60, 64 auf
einer ersten Seite der Spiegel 48, 50 und drei
Lichtquellen 58, 62, 66 auf einer zweiten Seite der
Spiegel 48, 50 angeordnet. Wie aus Fig. 5 und 6
ersichtlich ist, weisen die Muster der Verspiege
lung auf dem ersten und auf dem zweiten Spiegel 48
bzw. 50 je sechs unterschiedliche Sektoren auf, die
in beiden Mustern übereinstimmen mit 84, 86, 88, 90, 92
und 94 bezeichnet sind. Die Muster sind in Fig. 5
und 6 so dargestellt, wie sie sich bei Blickrich
tung von unten in Fig. 4 ergeben.
Das Muster auf dem ersten Spiegel 48, ist durch
drei gedachte konzentrische Kreise 96, 98 und 100
bestimmt. Das Muster auf dem zweiten Spiegel 50 ist
durch vier gedachte konzentrische Kreise 102, 104,
106 und 108 bestimmt. Der Durchmesser des innersten
Kreises 102 des zweiten Spiegels 50 ist kleiner als
der Durchmesser des innersten Kreises 96 des ersten
Spiegels 48. Im übrigen verlaufen die Kreise 96, 98
und 100 für das Muster des ersten Spiegels 48,
zwischen den Kreisen 102, 104 und 108 für das Muster
des zweiten Spiegels 50. Das Muster der Verspiege
lung des ersten Spiegels 48 enthält dann einen
ersten Durchlaßbereich 110 in dem ersten Sektor 84
im Bereich des innersten Kreises 96, einen zweiten
Durchlaßbereich 112 in dem dritten Sektor 88 im
Bereich des mittleren Kreises 98 und einen dritten
Durchlaßbereich 114 in dem fünften Sektor 92 im
Bereich des äußeren Kreises 100. Das Muster der
Verspiegelung des zweiten Spiegels 50 weist einen
ersten, sich über 360° erstreckenden Durchlaßbe
reich 116 im Bereich des innersten Kreises 102 auf.
Daran schließt sich ein zweiter Durchlaßbereich 188
in dem zweiten Sektor 86 im Bereich des nächstinne
ren Kreises 104 an. Ein dritter Durchlaßbereich 120
ist in dem vierten Sektor 90 im Bereich des zweit
äußersten Kreises 106 vorgesehen. Schließlich ent
hält das Muster einen vierten Durchlaßbereich 122
in dem sechsten Sektor 94 im Bereich des äußersten
Kreises 108. Die von den drei Lichtquellen 56, 60, 64
auf der ersten Seite der Spiegel 48, 50 ausgehenden
Lichtbündel 68, 72, 76 treffen im Bereich je eines
der das Muster der Verspiegelung des ersten Spie
gels 48 bestimmenden Kreise 96, 98 bzw. 100 auf
diesen Spiegel 48. Die von den drei Lichtquellen
58, 62, 66 ausgehenden Lichtbündel 70, 74, 78 treffen
im Bereich je eines der drei äußeren, das Muster
der Verspiegelung des zweiten Spiegels 50 be
stimmenden Kreise 104, 106 bzw. 108 auf diesen
Spiegel 50. Der gemeinsame Strahlengang 80 liegt in
der Verlängerung des Lichtbündels 68, das von der
Lichtquelle 56 ausgeht.
Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt:
Wenn sich der erste Sektor 84 in der durch die
Umlaufachse 52 und der Linie 82 bestimmten Ebene
(der Papierebene in Fig. 4) befindet, tritt das
Lichtbündel 68 durch den ersten Durchlaßbereich 110
des Spiegels 48 und durch den zentralen ersten
Durchlaßbereich 116 des zweiten Spiegels 50 hin
durch in den gemeinsamen Strahlengang 80 und bildet
dort das Meßlichtbündel. Die Lichtbündel 72 und 76
werden von der Rückseite des Spiegels 48, die
geschwärzt sein kann, abgedeckt. Ebenso werden die
Lichtbündel 70, 74 und 78 im ersten Sektor von der
Unterseite des Spiegels 50 an einem Eintritt in die
Platte 54 gehindert.
Wenn der zweite Sektor 86 in die Ebene der Umlauf
achse 52 und Linie 82 gelangt, werden alle von oben
in Fig. 4 einfallenden Lichtbündel 68, 72 und 76
durch die Rückseite des Spiegels 48 abgedeckt. Das
Lichtbündel 70 von der Lichtquelle 58 tritt durch
den zweiten Durchlaßbereich 118 des Spiegels 50
hindurch, wird von dem Spiegel 48 reflektiert und
durch den Durchlaßbereich 116 des zweiten Spiegels
50 hindurch in den gemeinsamen Strahlengang 80
gelenkt. Die Lichtbündel 74 und 78 werden wieder
durch die Rückseite des Spiegels 50 abgedeckt.
Wenn der dritte Sektor 88 in die Ebene der Umlauf
achse 52 und Linie 82 gelangt, fällt das Licht
bündel 72 von der Lichtquelle 60 durch den Durch
laßbereich 112 hindurch, wird von dem zweiten
Spiegel 50 reflektiert und fällt im Bereich des
innersten Kreises 96 wieder auf den ersten Spiegel
48. Von diesem Spiegel 48 wird es dann durch den
Durchlaßbereich 116 des zweiten Spiegels hindurch
in den gemeinsamen Strahlengang 80 reflektiert.
Wenn der vierte Sektor 90 in der Ebene der Umlauf
achse 52 und der Linie 82 ist, werden wieder alle
von oben einfallenden Lichtbündel 68, 72 und 76 von
der Rückseite des ersten Spiegels 48 abgedeckt. Von
der Rückseite des zweiten Spiegels 50 werden die
Lichtbündel 70 und 78 abgedeckt, während das Licht
bündel 74 durch den Durchlaßbereich 120 des zweiten
Spiegels 50 hindurch in die Platte 54 eintritt.
Dieses Lichtbündel wird dann im Bereich des Kreises
98 von dem ersten Spiegel 48 reflektiert, wird im
Bereich des Kreises 104 von dem zweiten Spiegel 50
reflektiert und schließlich im Bereich des Kreises
96 wieder von dem ersten Spiegel 48 durch den
Durchlaßbereich 116 hindurch in den gemeinsamen
Strahlengang 80 gelenkt.
Wenn der fünfte Sektor 92 sich in der Ebene der
Umlaufachse 52 und Linie 82 befindet, werden die
Lichtbündel 68 und 72 von der Rückseite des ersten
Spiegels 48 und die Lichtbündel 70, 74 und 78 von
der Rückseite des zweiten Spiegels 50 abgedeckt.
Das Lichtbündel 76 fällt im Bereich des Kreises 100
durch den Durchlaßbereich 114 des ersten Spiegels
48 hindurch. Das Lichtbündel erfährt Reflexionen an
dem zweiten Spiegel 50 im Bereich des Kreises 106,
an dem ersten Spiegel 48 im Bereich des Kreises 98,
an dem zweiten Spiegel 50 im Bereich des Kreises
104 und wieder an dem ersten Spiegel 48 im Bereich
des Kreises 96, so daß es wieder durch den Durch
laßbereich 116 hindurch in den gemeinsamen Strah
lengang 80 gelenkt wird.
Wenn schließlich der sechste Sektor 94 sich im
Bereich der Ebene der Umlaufachse 52 und der Linie
82 befindet, wird nur das Lichtbündel 78 von dem
Durchlaßbereich 94 durchgelassen, während die
Lichtbündel 70 und 74 von der Rückseite des zweiten
Spiegels 50 und die Lichtbündel 68, 72 und 76 von
der Rückseite des ersten Spiegels 78 abgedeckt
werden. Das Lichtbündel 78 erfährt drei Reflexionen
an dem ersten Spiegel 48 im Bereich der Kreise 100,
98 und 96 und zwei Reflexionen an dem zweiten Spie
gel 50 im Bereich der Kreise 106 und 104 und wird
schließlich von dem ersten Spiegel 48 ebenfalls
durch den Durchlaßbereich 116 hindurch in den ge
meinsamen Strahlengang 80 reflektiert.
Es werden also nacheinander die Lichtbündel von den
Lichtquellen 56, 58, 60, 62, 64 und 66 in den gemein
samen Strahlengang 80 geleitet.
Die erwähnten optischen Mittel definieren einen
kritischen Bündelabschnitt. Bei der Ausführungform
nach Fig. 1 und 2 erstreckt sich der kritische
Bündelabschnitt auf dem von der Lichtquelle 10
ausgesandten Bündel 12 von dessen Kreuzungspunkt
mit dem Sektorspiegel 22 bis zum Kreuzungspunkt mit
dem Sektorspiegel 30. Dieser Bündelabschnitt wird
für die Bündel 24, 28 und 32 ohne Änderung der
Bündelgeometrie lediglich gefaltet. Bei der Anord
nung nach Fig. 4 erstreckt sich der kritische
Bündelabschnitt vom Eintritt des von der Licht
quelle 66 emittierten Bündels 78 in die Platte 54
bis zum Eintritt des von der Lichtquelle 56
emittierten Lichtbündels 62 in die Platte 54 in der
Nähe der Rotationsachse 52. Dieser im Zickzack
gefaltete Bündelabschnitt wird für die anderen
Lichtquellen 58, 60, 62 und 64 mehr oder weniger und
für die Lichtquelle 56 vollständig entfaltet.
Der geometrische Leitwert des Lichtbündels ist an
anderen Stellen der Geräteoptik vorgegeben, z. B.
begrenzt durch die Geometrie eines Graphitrohres
oder vorgegeben durch einen empfängerseitigen
Polychromator. Der genannte kritische Bündelab
schnitt muß unter Berücksichtigung dieses geome
trischen Leitwerts günstig gestaltet werden. Die
Bündelquerschnitte müssen im Vergleich zur Länge
des kritischen Bündelabschnitts ausreichend klein
sein. Sie sollen aber auch in ihrer absoluten Größe
nicht zu groß werden. Das läßt sich optimal dann
erreichen, wenn an das eine Ende des kritischen
Bündelabschnittes eine Luke und an das andere Ende
eine Pupille gelegt wird.
Bei der Anordnung nach Fig. 1 wählt man zweckmäßi
gerweise die Luke und die Pupille gleich groß. Man
erhält dann einen parallel begrenzten kritischen
Bündelabschnitt. Die Bündelquerschnitte sind im
Bereich der Sektorspiegel 32, 26 und 30 im wesent
lichen gleich. Dadurch werden die Signalflanken,
die während der Bewegung der Spiegelkante durch das
Lichtbündel entstehen, für jede Lichtquelle 10, 16,
18, 20 gleich lang, wenn auch die Spiegel gleich
groß sind.
Fig. 4 zeigt ineinandergeschachtelt die Längs
schnitte von vier Bündeln der genannten Art. Sie
weisen alle den gleichen geometrischen Leitwert
auf. Je größer das Bündel ist, um so günstiger wird
sein Verhältnis von Länge zu Breite. Die hier
verwendeten optischen Mittel erfordern ein bestimm
tes Mindestmaß dieses Verhältnisses. In Fig. 1 muß
z. B. das Verhältnis Länge zu Breite mindestens zwei
betragen, um eine vollständige Trennung der Licht
bündel 24, 28, 32 der Lichtquellen 16, 18, 20 zu er
reichen. Bei einer größeren Anzahl von Lichtquellen
muß das Verhältnis entsprechend größer sein. Das
bedingt nach Fig. 7 eine bestimmte Mindestgröße des
kritischen Bündelabschnitts und damit eine bestimm
te Mindestgröße der Spiegel.
Bei den Anordnungen nach Fig. 2 und Fig. 4 sind die
wirksamen Spiegelradien von Lichtquelle zu Licht
quelle und in Fig. 4 von Reflexionspunkt zu Re
flexionspunkt unterschiedlich. Man erhält dann
gleiche Signalflanken, wenn die Bündelbreite
proportional zum jeweils wirksamen Spiegelradius
ist.
Bei der Anordnung nach Fig. 2 kann man z. B. eine
Pupille an die Stelle legen, an der das Lichtbündel
24 der Lichtquelle 16 auf den Sektorspiegel 40
trifft, und eine Luke an die Stelle, an der das
Lichtbündel 32 der Lichtquelle 20 auf den Sektor
spiegel 44 trifft. Die Breite der größeren Pupille
verhält sich zur Breite der kleineren Luke wie der
wirksame Radius des Sektorspiegels 40 zum wirksamen
Radius des Sektorspiegels 44.
Entsprechend kann man in Fig. 4 eine kleine Luke an
die Stelle setzen, an der das Lichtbündel 68 der
Lichtquelle 56 in die Platte 54 eintritt, und eine
große Pupille an die Stelle, an der das Lichtbündel
78 der Lichtquelle 66 in die Platte 54 eintritt.
Die Stelle, an der der gemeinsame Strahlengang 80
austritt, erzeugt keine Signalflanken, da sie
ständig durchlässig ist. Das Verhältnis Länge zu
Breite des kritischen Bündelabschnitts muß dann so
gewählt werden, daß auch am breiten Ende dieses
kritischen Bündelabschnitts noch eine ausreichende
Bündeltrennung erzielt wird.
Die Signalflanken werden durch diejenigen Bündel
längsschnitte bestimmt, die senkrecht zu den wirk
samen Spiegelradien liegen, also in den Fig. 1, 2
und 4 durch diejenigen Bündellängsschnitte, die
senkrecht zur Zeichenebene orientiert sind. Die
Bündellängsschnitte in der Zeichenebene dagegen
beeinflussen die ausreichende oder ungenügende
Bündeltrennung.
Die genannte an der Lichtquellenseite breite und an
der Austrittsseite schmale Bündelform läßt sich
leicht realisieren und begünstigt eine optimale
Bündelgeometrie in der Flamme oder in der Graphit
rohrküvette. Fig. 8 zeigt eine vorteilhafte Anord
nung.
Eine Hohlkathode 124 wird von einer Linse 126 abge
bildet. Es entsteht ein Bild 128 der Hohlkathode
124. Dort kann erforderlichenfalls eine Feldblende
angeordnet werden. Das Lichtbündel wird von einer
Aperturblende 130 begrenzt. Es entsteht ein
"kritischer Bündelabschnitt" der gewünschten Form
zwischen der Aperturblende 130 und dem Bild 128. Da
jede Lichtquelle 56 bis 66 eine eigene Linse benö
tigt und jede Lichtquelle nur Licht einer einzigen
Wellenlänge emittiert, genügen einfache Quarzlinsen
oder bei größeren Wellenlängen einfache Glaslinsen.
Chromatische Fehler werden nicht wirksam. Die nach
folgende optische Abbildung wird vorzugsweise mit
einem Hohlspiegel erzeugt. Dieser ist in Fig. 8
jedoch der einfachen Darstellung wegen durch eine
Linse 132 ersetzt. Die Linse 132 bildet die Pupille
33 und die Luke 34 mit unterschiedlichen Abbil
dungsmaßstäben ab derart, daß die Pupille verklei
nert und die Luke vergrößert abgebildet wird. Es
kann natürlich auch eine dieser Abbildungen im
Verhältnis 1:1 erfolgen, oder es können beide
Abbildungen unterschiedlich verkleinert oder
unterschiedlich vergrößert erfolgen. Auf jeden Fall
wird aber die Abbildung so gestaltet, daß die
beiden Bilder gleich groß sind: Das Bild 134 der
Pupille 130 hat die gleiche Breite wie das Bild 136
der Luke 128. Dieser Bündelabschnitt zwischen den
Bildern 134 und 136 ist dann optimal für eine
Flamme oder ein Graphitrohr.
Bei den beschriebenen Anordnungen werden zeitlich
nacheinander und in periodischer Wiederholung
mehrere Lichtquellen zur Wirkung gebracht. Die
Lichtquellen können z. B. Hohlkathodenlampen sein.
Eine dieser Lichtquellen kann aber auch eine
Kontinuumslampe für die Untergrundkompensation
sein. Ferner kann man, falls erforderlich, auch ein
Dunkelsignal erzeugen. Dazu wird in einem oder
mehreren Periodenabschnitten die Strahlung aller
Lichtquellen abgedeckt.
Eine andere Ausführungsform zeigt Fig. 9. Bei der
Ausführung nach Fig. 9 sind die "optischen Mittel",
durch welche die Lichtbündel der verschiedenen
Lichtquellen in einen gemeinsamen Strahlengang
umlenkbar sind, von einem dispergierenden Element
in Form eines Beugungsgitters 138 gebildet. Das
Beugungsgitter ist ein Konkavgitter mit einem
Rowlandkreis 140 und einer Flächennormalen 142.
Lichtquellen 144, 146 und 148 in Form von Hohl
kathodenlampen sind auf dem Rowlandkreis so zu dem
dispergierenden Element 138 angeordnet, daß die
Wellenlänge des von jeder Lichtquelle 144, 146, 148
emittierten Lichts von dem dispergierenden Element
138 in einen gemeinsamen Strahlengang 150 gelenkt
wird.
Der Ausfallswinkel α des gemeinsamen Strahlenganges
150 an dem das dispergierende Element 138 bildenden
Beugungsgitters ist größer als null. Eine Konti
nuumslampe 152 zur Untergrundkompensation ist auf
dem Rowlandskreis 140 so angeordnet, daß ihr Licht
in nullter Gitterordnung in diesen gemeinsamen
Strahlengang 150 gebeugt wird. In dem gemeinsamen
Strahlengang ist auf dem Rowlandkreis 140 eine
Probe 154 angeordnet.
Vor jeder Lampe 144, 146, 148 und 152 sitzt jeweils
eine zylinderförmige Hülse 156, 158, 160 bzw. 162 mit
einer am gitterseitigen Ende angeordneten Blende.
Dadurch werden Bündel 164, 166, 168 und 170 begrenzt
und eine zu erhöhtem Falschlicht führende Über
strahlung des Gitters vermieden. Die in der Probe
154 zusammenfallenden Bilder der Lichtquellen
werden auf dem Eintrittsspalt eines weiteren,
empfängerseitigen Polychromators 172 abgebildet.
Der "Lampenpolychromator" besitzt keine Spalte im
strengen Sinn. Als Eintrittsspalte dienen die
Lichtquellen, also z. B. die Hohlkathoden von
Hohlkathodenlampen oder die Kontinuumslampe 152,
selbst. Ein Austrittsspalt ist nicht erforderlich,
weil die Lampenbilder monochromatisch und daher
nicht spektral auseinandergezogen sind. Auf dem
Eintrittsspalt des Empfängerpolychromators 172
sitzen die zusammenfallenden Bilder der Licht
quellen 144, 146, 148 und 152. Diese Bilder sind
wesentlich breiter als der schmale, die spektrale
Auflösung bestimmende Eintrittsspalt des Polychro
mators 172. Unregelmäßige Bewegungen dieser Bilder,
z. B. infolge der Flammenunruhe bei Verwendung einer
Flamme als Probe 154, beeinflussen das Signal kaum.
Der "Lampenpolychromator" dient lediglich zur
Zusammenführung der Lichtbündel, aber hat keinen
Einfluß auf die spektrale Auflösung des Geräts.
Für die einwandfreie Funktion der Lichtquellenoptik
nach Fig. 9 ist es wesentlich, daß jede Lichtquelle
an einer bestimmten, der von ihr emittierten
Wellenlänge entsprechenden Stelle auf dem Rowland
kreis 140 angeordnet ist. Zu diesem Zweck können in
den Positionen, aus welchen Licht der von den ver
schiedenen Lichtquellen emittierten Wellenlängen in
den gemeinsamen Strahlengang 150 gebeugt wird,
Halterungen für die Lichtquellen angeordnet sein.
Die Lichtquellen und Halterungen können dann so
markiert und ausgebildet sein, daß in jede Halte
rung nur eine Lichtquelle einsetzbar ist, welche
die der Position dieser Halterung zugeordnete
Wellenlänge emittiert.
Um Lichtquellen gleichzeitig verwenden zu können,
welche dicht beieinanderliegende Wellenlängen
emittieren, ohne daß wegen der dazu erforderlichen
Anordnung der Lichtquellen in dicht beieinander
liegenden Positionen auf dem Rowlandkreis 140
konstruktive Probleme auftreten, können die Licht
quellen zu beiden Seiten der Position der nullten
Gitterordnung angeordnet oder in das Gerät einsetz
bar sein. Es wird dann bei einer Lichtquelle eine
Beugung in der ersten Ordnung und bei der anderen
Lichtquelle eine Beugung in der minus ersten Ord
nung ausgenutzt.
Claims (21)
1. Lichtquellenoptik für ein Spektrometer zur
Multielementanalyse, gekennzeichnet durch
- a) eine Mehrzahl von wenigstens im wesent lichen monochromatischen Lichtquellen (10, 12, 16, 18, 20; 56, 58, 60, 62, 64, 66; 144, 146, 148) und
- b) optische Mittel (22, 26, 30; 40, 42, 44; 48, 50; 138), durch welche Lichtbündel dieser Lichtquellen in einen gemeinsamen Strah lengang (14; 80; 150) umlenkbar sind.
2. Lichtquellenoptik nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die optischen Mittel von
umlaufenden Sektorspiegeln (22, 26, 30; 40, 42,
44) gebildet sind.
3. Lichtquellenoptik nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß
- a) eine erste Lichtquelle (10) auf der Achse des besagten gemeinsamen Strahlengangs (14) angeordnet ist,
- b) weitere Lichtquellen (16, 18, 20) seitlich von dem gemeinsamen Strahlengang (14) an geordnet sind und
- c) jeder der weiteren Lichtquellen (16, 18, 20) ein umlaufender Sektorspiegel (22, 26, 30; 40, 42, 44) zugeordnet ist, durch welchen ein von dieser Lichtquelle (16, 18, 20) aus gehendes Lichtbündel (24, 28, 32) während jeweils eines Teils der Umlaufperiode in den gemeinsamen Strahlengang (14) umlenk bar ist,
- d) wobei während eines anderen Teils der Umlaufperiode alle Sektorspiegel sich außerhalb des gemeinsamen Strahlengangs (14) befinden und einen Durchgang eines Lichtbündels (12) von der ersten Licht quelle (10) über den gemeinsamen Strahlen gang (14) freigeben.
4. Lichtquellenoptik nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Lichtquellen (16, 18, 20)
seitlich von dem gemeinsamen Strahlengang (14)
derart gestaffelt angeordnet sind, daß sich für
alle Lichtbündel (12, 24, 28, 32) gleiche optische
Weglängen ergeben.
5. Lichtquellenoptik nach Anspruch 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß
- a) die Ebenen der Sektorspiegel (22, 26, 30; 40, 42, 44) mit ihrer Flächennormalen unter 45° zur Achse des gemeinsamen Strahlen gangs (14) angeordnet sind und
- b) jede der weiteren Lichtquellen (16, 18, 20) spiegelsymmetrisch zu der ersten Licht quelle (10) in bezug auf die Ebene des zugehörigen Sektorspiegels (22, 26, 30; 40, 42, 44) angeordnet ist.
6. Lichtquellenoptik nach Anspruch 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß
- a) die Sektorspiegel (40, 42, 44) um eine ge meinsame Achse (46) umlaufen, die mit der Achse des gemeinsamen Strahlengangs (14) einen Winkel von 45° bildet, und
- b) die Radien der Sektorspiegel (40, 42, 44) unterschiedlich sind, so daß jeder der Sektorspiegel (40, 42, 44) den gemeinsamen Strahlengang (14) schneidet.
7. Lichtquellenoptik nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß
- a) die optischen Mittel zwei einander zuge kehrte, umlaufende, mit Durchlaßbereichen versehene Spiegel (48, 50) aufweisen,
- b) von den in Abständen voneinander angeord neten Lichtquellen (56, 58, 60, 62, 64, 66) Lichtbündel (68, 70, 72, 74, 76, 78) auf die Spiegel (48, 50) fallen und
- c) die Spiegel (48, 50) mit Mustern derart verspiegelt sind, daß beim Umlauf der Spiegel (48, 50) die verschiedenen Licht bündel (68, 70, 72, 74, 76, 78) nacheinander in den gemeinsamen Strahlengang (80) durch die Spiegel (48, 50) hindurchtreten oder nach Reflexion an den Spiegeln (48, 50) in den Strahlengang (80) reflektiert werden.
8. Lichtquellenoptik nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß
- a) auf einer zur Umlaufachse (52) der Spiegel (48, 50) parallelen, im Abstand von der Um laufachse verlaufenden, gedachten Linie (82) drei Lichtquellen (56, 60, 64) auf einer ersten Seite der Spiegel (48, 50) und drei Lichtquellen (58, 62, 66) auf einer zweiten Seite der Spiegel (48, 50) angeord net sind,
- b) die Muster der Verspiegelung auf einem ersten und einem zweiten Spiegel (48 bzw. 50) je sechs unterschiedliche Sektoren (84, 86, 88, 90, 92, 94) aufweisen,
- c) das Muster auf dem ersten Spiegel (48) durch drei gedachte konzentrische Kreise (96, 98, 100) bestimmt ist,
- d) das Muster auf dem zweiten Spiegel (50) durch vier gedachte konzentrische Kreise (102, 104, 106, 108) bestimmt ist, wobei der Durchmesser des innersten Kreises (102) des zweiten Spiegels (50) kleiner als der Durchmesser des innersten Kreises (96) des ersten Spiegels (48) ist und im übrigen die Kreise (96, 98, 100) für das Muster des ersten Spiegels (48) zwischen den Kreisen (102, 104, 106, 108) für das Muster des zwei ten Spiegels (50) verlaufen,
- e) das Muster der Verspiegelung des ersten
Spiegels (48)
- e₁) einen ersten Durchlaßbereich (110) in dem ersten Sektor (84) im Be reich des innersten Kreises (96),
- e₂) einen zweiten Durchlaßbereich (112) in dem dritten Sektor (88) im Be reich des mittleren Kreises (98) und
- e₃) einen dritten Durchlaßbereich (114) in dem fünften Sektor (92) im Be reich des äußeren Kreises (100) aufweist,
- f) das Muster der Verspiegelung des zweiten
Spiegels (50)
- f₁) einen ersten, sich über 360° er streckenden Durchlaßbereich (116) im Bereich des innersten Kreises (102),
- f₂) einen zweiten Durchlaßbereich (118) in dem zweiten Sektor (86) im Be reich des nächstinneren Kreises (104),
- f₃) einen dritten Durchlaßbereich (120) in dem vierten Sektor (90) im Be reich des zweitäußersten Kreises (98) und
- f₄) einen vierten Durchlaßbereich (122) in dem sechsten Sektor (94) im Be reich des äußersten Kreises (108) aufweist,
- g) die von den drei Lichtquellen (56, 60, 64) auf der ersten Seite der Spiegel (48, 50) ausgehenden Lichtbündel (68, 72, 76) im Be reich je eines der das Muster der Ver spiegelung des ersten Spiegels (48) be stimmenden Kreise (96, 98, 100) auf diesen Spiegel (48) treffen und
- h) die von den drei Lichtquellen (58, 62, 66) auf der zweiten Seite der Spiegel (48, 50) ausgehenden Lichtbündel (70, 74, 78) im Be reich je eines der drei äußeren, das Muster der Verspiegelung des zweiten Spiegels (50) bestimmenden Kreise (104, 106, 108) auf diesen Spiegel (50) treffen.
9. Lichtquellenoptik nach Anspruch 7 oder 8, da
durch gekennzeichnet, daß die beiden Spiegel
(48, 50) auf gegenüberliegende Seiten einer
umlaufenden Platte (54) aus lichtdurchlässigem
Material aufgebracht sind.
10. Lichtquellenoptik nach einem der Ansprüche 2
bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes
Lichtbündel wenigstens der überwiegende Teil
des im Bereich der besagten optischen Mittel
verlaufenden Bündelabschnitts in einem Bündel
längsschnitt, der in der Einfallsebene des
Lichtbündels liegt, zwischen einer Luke und
einer Pupille liegt.
11. Lichtquellenoptik nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß für jedes Lichtbündel
wenigstens der überwiegende Teil des im Bereich
der besagten optischen Mittel verlaufenden
Bündelabschnitts in einem Bündellängsschnitt,
der senkrecht zur Einfallsebene des Licht
bündels liegt, zwischen einer Luke und einer
Pupille liegt.
12. Lichtquellenoptik nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß Luke und Pupille solche
Breiten haben, daß die Bündelbreiten an den
Reflexionsstellen proportional sind dem Abstand
der Auftreffstelle des Bündels auf einen Spie
gel von der Umlaufachse des Spiegels.
13. Lichtquellenoptik nach einem der Ansprüche l10
bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß
- a) der Bündelabschnitt jedes Lichtbündels im Bereich der besagten optischen Mittel mindestens in einem Längsschnitt ein kon vergierendes Bündel ist und
- b) dieses Bündel mindestens in diesem Längs schnitt als ein parallelbegrenztes Bündel am Ort einer Probe abgebildet wird.
14. Lichtquellenoptik nach einem der Ansprüche 2
bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens
eine der Lichtquellen ein Kontinuumstrahler für
die Untergrundkompensation ist.
15. Lichtquellenoptik nach einem der Ansprüche 2
bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeu
gung von Dunkelsignalen die Sektorspiegel bzw.
Spiegel in einem Periodenabschnitt alle Licht
quellen gegen den gemeinsamen Strahlengang ab
schatten.
16. Lichtquellenoptik nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß
- a) die besagten optischen Mittel von einem dispergierenden Element (138) gebildet sind und
- b) die Lichtquellen (144, 146, 148) so zu dem dispergierenden Element (138) angeordnet sind, daß die Wellenlänge des von jeder Lichtquelle (144, 146, 148) emittierten Lichtes von dem dispergierenden Element (138) in den gemeinsamen Strahlengang (150) gelenkt wird.
17. Lichtquellenoptik nach Anspruch 16, dadurch
gekennzeichnet, daß der gemeinsame Strahlengang
(150) durch eine Probe (154) hindurch zu einem
gesonderten Polychromator (172) verläuft, in
welchem das Licht wellenlängenabhängig aufge
spalten und auf den emittierten Wellenlängen
zugeordnete Detektoren geleitet wird.
18. Lichtquellenoptik nach Anspruch 16 oder 17, da
durch gekennzeichnet, daß das dispergierende
Element (138) ein Beugungsgitter ist.
19. Lichtquellenoptik nach Anspruch 18, dadurch ge
kennzeichnet, daß
- a) der Ausfallwinkel (α) des gemeinsamen Strahlengangs (150) an dem Beugungsgitter größer als null ist und
- b) das Licht einer Kontinuumslampe (152) zur Untergrundkompensation in der nullten Gitterordnung in diesen gemeinsamen Strahlengang (150) gebeugt wird.
20. Lichtquellenoptik nach einem der Ansprüche 18
oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß Licht
quellen zu beiden Seiten der Position der
nullten Gitterordnung angeordnet oder in das
Gerät einsetzbar sind.
21. Lichtquellenoptik nach einem der Ansprüche 18
bis 21 dadurch gekennzeichnet, daß
- a) in den Positionen, aus welchen Licht der von den verschiedenen Lichtquellen emittierten Wellenlängen in den gemein samen Strahlengang gebeugt wird, Halterun gen für die Lichtquellen angeordnet sind und
- b) die Lichtquellen und Halterungen so mar kiert und ausgebildet sind, daß in jede Halterung nur eine Lichtquelle einsetzbar ist, welche die der Position dieser Halte rung zugeordnete Wellenlänge emittiert.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19863608468 DE3608468A1 (de) | 1986-03-14 | 1986-03-14 | Lichtquellenoptik fuer ein spektrometer zur multielementanalyse |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19863608468 DE3608468A1 (de) | 1986-03-14 | 1986-03-14 | Lichtquellenoptik fuer ein spektrometer zur multielementanalyse |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE3608468A1 true DE3608468A1 (de) | 1987-09-17 |
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ID=6296297
Family Applications (1)
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DE19863608468 Withdrawn DE3608468A1 (de) | 1986-03-14 | 1986-03-14 | Lichtquellenoptik fuer ein spektrometer zur multielementanalyse |
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