DE3608468A1

DE3608468A1 - Lichtquellenoptik fuer ein spektrometer zur multielementanalyse

Info

Publication number: DE3608468A1
Application number: DE19863608468
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Phys Dr Witte
Original assignee: Bodenseewerk Perkin Elmer and Co GmbH
Current assignee: PE Manufacturing GmbH
Priority date: 1986-03-14
Filing date: 1986-03-14
Publication date: 1987-09-17

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

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.