DE3635684C2 - - Google Patents
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-
- G—PHYSICS
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-
- G—PHYSICS
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- G01N21/3103—Atomic absorption analysis
- G01N2021/3114—Multi-element AAS arrangements
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit mindestens zwei unterschiedlichen
Atomspektrallam
pen
gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
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 Strahlenvereinigungssystem 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.
Aus der US-PS 27 41 691 ist eine Beleuchtungsanordnung
für die Infrarot-Spektroskopie bekannt, bei der die Strahlung
einer einzigen ringförmigen Lichtquelle mit Hilfe einer
Spiegelanordnung aufgefangen und auf der optischen Achse
konzentriert wird. Durch diese Anordnung kann Strahlung
aus einem vergrößerten Flächenbereich aufgenommen und
somit eine höhere Strahlungsintensität in dem Meßstrahlen
bündel erzeugt werden.
Aus der DE-AS 15 47 416 ist ein Sternspektrometer bekannt,
bei dem die aus dem Unendlichen kommende Strahlung
eines Sterns mit Hilfe einer Spiegellinsenanordnung ge
sammelt wird. Die im Unendlichen liegende Strahlungs
quelle liegt auf der optischen Achse der Spiegellinsenan
ordnung.
Die 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 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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 Meßstrahlbündel.
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.
Da das Strahlenvereinigungssystem nur mit reflektierenden
Flächen arbeitet, ergibt sich als weiterer Vorteil, daß die
von den einzelnen Atomspektrallampen emittierten Lichtintensi
täten nahezu verlustfrei in den Meßstrahlgang 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 Achse 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
Meßstrahlenbündel 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 optische 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 Teilbündel
aus, die durch die Bohrung 11 im Hohlspiegel 5
hindurchtreten. Eines der Teilbündel 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 soviele 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 unterschiedlichen Atom
spektrallampen (1, 2; 15, 16), denen jeweils derartige
optische Mittel (17, 18) vorgeschaltet sind, daß jede der
Atomspektrallampen ein paralleles Lichtstrahlbündel (19, 20)
aussendet, und mit Mitteln zur Vereinigung der Lichtstrahlen
bündel (19, 20) in einem gemeinsamen Meßstrahlenbündel (10),
dadurch gekennzeichnet, daß
als Mittel zur Vereinigung der Lichtstrahlenbündel (19, 20)
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
Lichtstrahlenbündel (19, 20) parallel zur optischen Achse
(6) des Hohlspiegels (5) und außerhalb des durch den Fang
spiegel (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 (11) 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 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.
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