DE3635684A1 - Multispektrallampenanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit mindestens zwei ein paralleles Lichtstrahlenbündel aussendenden Atomspektrallam­ pen und Mitteln zur Vereinigung der Strahlenbündel in einem gemeinsamen Meßstrahlengang.

Anordnungen zur Vereinigung der Strahlung unterschiedlicher Spektrallichtquellen zu einem gemeinsamen Meßlichtbündel werden z. B. in der Atomabsorptions-Spektroskopie zum gleich­ zeitigen Nachweis mehrerer Elemente in einer Probensubstanz benötigt.

Bekannte Anordnungen benutzen zur Strahlenvereinigung halb­ durchlässige Spiegelkombinationen, wobei zwei Lampen zur Strahlenvereinigung einen Spiegel benötigen und für jede weitere Lampe ein weiterer Spiegel eingefügt werden muß. Solche Spiegelkombinationen können naturgemäß nur einen Bruchteil der einzelnen Lampenintensitäten dem Meßstrahlen­ gang zuführen. Die Strahlungsverluste sind meist so groß, daß sich für die Messung ein relativ schlechtes Signal-Rausch- Verhältnis ergibt. Darüber hinaus bereitet die korrekte Justierung der Spiegel zueinander Schwierigkeiten, insbe­ sondere wenn die Vorrichtung in tragbare Geräte eingebaut werden soll, die unvermeidlichen Stoßbelastungen ausgesetzt sind.

Andere bekannte Strahlenvereinigungssysteme mit höherer Lichtausbeute benutzen Beugungsgitter als Strahlvereiniger oder einen schwingenden totalreflektierenden Spiegel. In beiden Fällen müssen die Einstrahlrichtungen der Lampen sehr sorgfältig justiert werden, wodurch wiederum eine erhöhte Stoßempfindlichkeit entsteht.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Multispektrallampenanordnung zu schaffen, die weitgehend justierunempfindlich ist, eine hohe Lichtausbeute besitzt und sehr kompakt realisiert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Mittel zur Vereinigung der Strahlenbündel ein Hohlspiegel und ein auf der optischen Achse des Hohlspiegels liegender Fangspiegel vorgesehen sind, wobei die Atom-Spektrallampen so angeordnet sind, daß die optischen Achsen ihrer Strahlenbün­ del parallel zur optischen Achse des Hohlspiegels und außer­ halb des durch den Fangspiegel abgedeckten Bereichs liegen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Merk­ malen der Unteransprüche 2 bis 8 angegeben.

Der grundsätzliche Aufbau dieses Strahlenvereinigungssystems ist durch astronomische Reflexions-Teleskope bekannt. Diese fokussieren das Licht eines im Unendlichen liegenden, und da­ her parallele Lichtstrahlen aussendenden Sterns in eine Bildebene. Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß die Pupille des Teleskops in einzelne Bereiche aufgeteilt werden kann, die durch die parallelen Strahlenbündel der Atomspek­ trallampen ausgeleuchtet werden. In der Brennebene ergibt sich dann die gewünschte Vereinigung der Strahlenbündel zu einem Meßstrahlenbündel.

Die Eignung einer solchen Anordnung für Zwecke der Atomab­ sorptions-Spektroskopie ist nur dann gegeben, wenn bei der Spektralzerlegung des Meßstrahlenbündels nach der Wechsel­ wirkung mit der zu analysierenden Probe ein nachgeschalteter Monochromator bezüglich der über unterschiedliche Pupillen­ teilbereiche eingestrahlten Spektrallinien dieselbe Eichkurve besitzt wie für die aus einer einzigen, auf der optischen Achse liegenden Spektrallampe emittierten Spektrallinien. Es hat sich in überraschender Weise herausgestellt, daß sich die Eichkurve des Monochromators bei Verwendung der erfindungs­ gemäßen Anordnung nicht ändert. Die aus unterschiedlichen Atomspektrallampen stammenden Strahlenbündel verhalten sich so, als würden sie aus einer einzigen Lichtquelle emittiert werden.

Da bei der Abbildung der verschiedenen Lichtquellen in der Brennebene keine fotografische Abbildungsqualität benötigt wird, ist die Justierung des Aufbaus wenig kritisch. Sowohl an die Parallelität der Lichtstrahlen innerhalb der einzelnen Strahlenbündel als auch die Parallelität der optischen Achsen werden keine allzu hohen Anforderungen gestellt.

Das das Strahlenvereinigungssystem nur mit reflektierenden Flächen arbeitet, ergibt sich als weiterer Vorteil, daß die von den einzelnen Atomspektrallampen emittierte Lichtintensi­ tät nahezu verlustfrei in den Meßstrahlengang übertragen wird.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Anordnung werden nachfolgend anhand schematischer Darstellungen in der Zeich­ nung beschrieben. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 eine Ausführungsform mit ebenem Fangspiegel,

Fig. 2 eine Ausführungsform mit konkavem Fangspiegel,

Fig. 3 eine Ausführungsform mit konvexem Fangspiegel,

Fig. 4 eine Detaildarstellung des Aufbaus nach Fig. 2 und

Fig. 5 eine Detaildarstellung des Aufbaus nach Fig. 3.

Fig. 1 zeigt einen Aufbau mit zwei Atomspektrallampen 1, 2. Durch nicht dargestellte optische Mittel ist gewährleistet, daß diese Lampen parallele Lichtstrahlenbündel aussenden, deren optische Achsen 3, 4 zueinander parallel sind.

Die Strahlenbündel fallen auf einen Hohlspiegel 5 mit der optischen Achse 6, die ebenfalls parallel zu den optischen Achsen 3, 4 liegt. Dem Hohlspiegel 5 gegenüber ist ein ebener Fangspiegel 7 angeordnet, der unter 45° zur optischen Achse 6 des Hohlspiegels 5 steht. Sein Abstand zum Hohlspiegel 5 ist kleiner als dessen Brennweite, die durch den Schnittpunkt 8′ der konvergierenden optischen Achsen 3, 4 nach Reflektion am Hohlspiegel 5 gegeben ist.

Der Fangspiegel 7 lenkt die Strahlenbündel um 90° gegenüber der optischen Achse 6 des Hohlspiegels 5 ab und vereinigt sie im Brennpunkt 8. Mit Hilfe einer Linse 9 wird ein paralleles Meßsstrahlenbündel 10 erzeugt.

In Fig. 2 enthält der Hohlspiegel 5 eine zentrale Bohrung 11. Der Fangspiegel 12 ist hier konkav und steht dem Hohlspiegel 5 auf der optischen Achse 6 gegenüber. Sein Abstand zum Hohl­ spiegel 5 ist größer als dessen Brennweite 8. Er fokussiert die Strahlenbündel durch die Bohrung 11 hindurch im Punkt 13 . Eine Linse 9 erzeugt auch hier ein paralleles Meßstrahlenbün­ del 10.

In Fig. 3 steht dem Hohlspiegel 5 auf der optischen Achse 6 ein konvexer Fangspiegel 14 gegenüber, und zwar in einem Ab­ stand, der kleiner als die Brennweite 8′ ist. Der Fangspiegel 14 fokussiert die Strahlenbündel durch die zentrale Bohrung 11 im Hohlspiegel 5 hindurch im Punkt 13. Eine Linse 9 er­ zeugt wiederum ein paralleles Meßstrahlenbündel 10.

Fig. 4 zeigt die geometrischen Bedingungen bei Verwendung von Hohlkathodenlampen 15, 16 als Spektrallampen. Durch den Lampen vorgeschaltete Linsen 17, 18 werden parallele Licht­ strahlenbündel 19, 20 erzeugt, die auf den Hohlspiegel 5 auftreffen. Dem Hohlspiegel 5 steht ein Fangspiegel 12 gegen­ über, dessen Abstand gleich der Summe der Brennweiten beider Spiegel ist. Vom Fangspiegel 12 gehen daher parallele Strahlenbündel aus, die durch die Bohrung 11 im Hohlspiegel 5 hindurchtreten. Eines der Strahlenbündel ist durch Schraffur hervorgehoben, um diesen Sachverhalt zu verdeutlichen.

Der parallele Strahlengang hinter dem Hohlspiegel 5 kann selbstverständlich verlängert werden, so daß in ihm z. B. eine Atomisierungskammer für die Atomabsorptions-Spektroskopie eingefügt werden kann. Durch eine Linse 21 können die den Hohlkathodenlampen 15, 16 zugeordneten Strahlenbündel 19, 20 dann auf den Eintrittsspalt 22 eines nicht dargestellten Monochromators abgebildet werden. Der gesamte Aufbau ist äußerst kompakt, wobei sich die sich mehrfach durchdringen­ den Strahlenbündel gegenseitig nicht beeinflussen.

Fig. 5 zeigt der Einfachheit halber nur eine Hohlkathoden­ lampe 15, die in einem Gehäuse 23 gehaltert ist. Durch die Verwendung eines konvexen Fangspiegels 14 ergibt sich ein noch kürzerer Aufbau. Symmetrisch zur optischen Achse 6 des Hohlspiegels 5 können selbstverständlich so viele Atomspek­ trallampen angeordnet werden, wie es die geometrischen Ab­ messungen erlauben. Vorzugsweise lassen sich vier Atomspek­ trallampen jeweils um 90° versetzt anordnen.

Claims (8)

1. Anordnung mit mindestens zwei ein paralleles Lichtstrah­ lenbündel (19, 20) aussendenden Atomspektrallinien (1, 2; 15, 16) und Mitteln zur Vereinigung der Strahlenbündel in einem gemeinsamen Meßstrahlengang (10), dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Vereinigung der Strahlenbündel ein Hohlspiegel (5) und ein auf der optischen Achse ( 6) des Hohlspiegels (5) liegender Fangspiegel (7, 12, 14) vorgesehen sind, wobei die Atomspektrallampen (1, 2; 15, 16) so angeordnet sind, daß die optischen Achsen (3, 4) ihrer Strahlenbündel (19, 20 ) paral­ lel zur optischen Achse (6) des Hohlspiegels (5) und außer­ halb des durch den Fangspiegel (7, 12, 14) abgedeckten Bereichs liegen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Fangspiegel ein unter 45° zur optischen Achse (6) des Hohl­ spiegels (5) stehender Fangspiegel (7) vorgesehen ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlspiegel (5) eine auf der optischen Achse (6) liegende Bohrung (1) aufweist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Fangspiegel ein Konkavspiegel (12) vorgesehen ist, dessen optische Achse mit der optischen Achse (6) des Hohlspiegels (5) zusammenfällt.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Hohlspiegel (5) und Fangspiegel (12) größer als die Brennweite ( 8) des Hohlspiegels (5) ist und die Brennweite des Fangspiegels (12) so bemessen ist, daß die von ihm aufgefangenen Strahlenbündel in Lichtrichtung hinter dem Hohlspiegel (5) auf der optischen Achse (6) fokussiert werden.

6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Hohlspiegel (5) und Fangspiegel (12) gleich der Summe der Brennweiten dieser Spiegel ist.

7. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Fangspiegel ein Konvexspiegel (14) vorgesehen ist, dessen optische Achse mit der optischen Achse (6) des Hohlspiegels (5) zusammenfällt.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Hohlspiegel (5) und Fangspiegel (14) kleiner als die Brennweite des Hohlspiegels (5) ist und die Brennwei­ te des Fangspiegels (14) so bemessen ist, daß die von ihm aufgefangenen Strahlenbündel in Lichtrichtung hinter dem Hohlspiegel (5) fokussiert werden.