DE3720732C2

DE3720732C2 -

Info

Publication number: DE3720732C2
Application number: DE3720732A
Authority: DE
Inventors: Makoto Kodaira Jp Yasuda; Tsune Tokio/Tokyo Jp Miyashita
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-06-23
Filing date: 1987-06-23
Publication date: 1991-11-14
Also published as: DE3720732A1; US4755056A; JPS631937A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vor richtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-OS 33 47 603 entnehmbar.

Auf dem Gebiet der spektroskopischen Analyse wird ein breiter Wellenlängenbereich verwendet, der sich vom Ultra violettbereich bis zum sichtbaren Licht hin erstreckt. Für die benutzte Lichtquelle in einer Vorrichtung, durch die eine qualitative und quantitative Analyse bewirkt wird, während der die Absorption des Lichtes durch Material ge messen wird, ist es insbesondere wichtig, daß Fluktuationen in der Lichtintensität mit der Zeit klein bzw. gering sind. Als Lichtquelle ist z. B. die Xenonkurzbogenlampe bekannt, die jedoch in der Praxis nicht benutzt wird, da deren Fluktuationen in der Lichtintensi tät mit der Zeit groß sind. Andererseits sind als Lichtquellen mit kleinen Fluktuationen in der Lichtintensi tät mit der Zeit eine Deuteriumentladungslampe und eine Wolframlampe bekannt. Das Emissionsspektrum der Deuterium entladungslampe ist stark im Ultraviolettbereich, jedoch schwach im sichtbaren Bereich. Andererseits ist das Emissionsspektrum der Wolframlampe stark im sichtbaren Bereich, jedoch schwach im Ultraviolettbereich. Aus diesem Grunde können diese Lampen nicht allein den breiten Wel lenlängenbereich abdecken, der sich vom Ultraviolettbe reich bis hin zum sichtbaren Licht hin erstreckt. Demzu folge ist in einer bisher bekannten Vorrichtung eine Kon struktion aufgegriffen worden, durch die der Lichtweg mit tels eines Spiegels oder dergleichen mechanisch derart verändert wird, daß die Lichtquelle einer Deuteriumentla dungslampe für die Kurzwellenlängenseite verwendet wird, während eine Wolframlampe für die Langwellenlängenseite benutzt wird. Daraus resultierten die Nachteile, daß der Mechanismus kompliziert ist und daß, da die beiden Licht wege bzw. Lichtpfade miteinander bei der Wellenlänge nicht koinzidieren, bei der die Lichtquellen geändert werden, das gemessene Absorptionsspektrum sich dort stufenweise verändert.

Darüber hinaus ist eine Lampe, bei der eine Deuteriument ladungslampe und eine Wolframlampe in einem Körper derart inkorporiert sind, daß sie als eine Lichtquelle verwendet werden kann, die den sich zwischen dem Ultraviolett- und dem sichtbaren Licht erstreckenden Wellenlängenbereich abdeckt, in der JP-A-59 2 15 654 beschrieben. Da jedoch der Emissionspunkt der Deuteriumentladungslampe und derjenige der Wolframlampe in dieser Lampe unterschiedlich sind, besteht die Schwierigkeit in der Regulierung der beiden Emissionspunkte auf der gleichen Lichtachse sowie darin, daß zwei Stromversorgungen für die Deuteriumentladungs lampe und für die Wolframlampe erforderlich sind.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE-OS 34 27 280 offenbart eine Metallhalogenid-Hochdruck-Entladungspumpe mit einer Füllung aus Quecksilber, mindestens einen Edelgas und Halogeniden der Seltenen Erden, zumindest Holmium und/oder Dysprosium. Lampen dieser Art werden als künstliche Beleuchtung und nicht in der Spektroskopie verwendet. Der Artikel "Innenraumbeleuchtung mit Halogen-Metalldampflampen", der in der Zeitschrift "Der Elektromeister + Deutsches Elektrohandwerk", Jahrgang 48, 1973, Heft 7, Seiten 438-441 veröffentlicht wurde, beschreibt ebenfalls eine Lampe für künstliche Beleuchtung, die nicht in der Spektroskopie benutzt wird. Die Patentschrift DD-PS 1 59 565 beschreibt eine Vorrichtung zur Durchführung einer Spektralanalyse, um einen großen Spektrenbereich gleichzeitig mit einem Bildempfänger relativ kleiner Fläche aufnehmen zu können. Hierzu wird ein Analysenstrahler angewendet. Die deutsche Offenlegungsschrift DE-OS 32 07 377 zeigt eine Atomabsorptionsvorrichtung, die eine Strahlungsquelle aufweist, die eine Spektrallinienstrahlung aussendet, welche für ein zu analysierendes Element charakteristisch ist. Die Strahlungsquelle ist eine Holhkathodenlampe mit einer Kathode des zu analysierenden Elementes. Die deutsche Offenlegungsschrift DE-OS 29 36 544 betrifft eine elektrodenlose Lampenordnung mit einem Kolben zur Aufnahme einer Füllung mit einer Seltenerdverbindung. Die deutsche Offenlegungsschrift DE-OS 15 72 703 betrifft eine Vorrichtung zur Spektroskopie, die als Lichtquelle eine Elektronenstrahlröhre verwendet.

Wie vorstehend anhand der bisher bekannten Techniken be schrieben, ergaben sich wegen nicht geeigneter Licht quellen die Probleme, daß die Vorrichtung kompliziert und kostspielig ist, und daß die Meßergebnisse in ihrer Zuver lässigkeit zu wünschen übrig ließen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Spektroskopie zu schaffen, die die Durch führung von Messungen über einen breiten Wellenlängenbe reich gestattet, der sich vom Ultraviolett- bis hin zum sichtbaren Licht erstreckt, und zwar mit einer einzigen Lichtquelle, ohne eine Vielzahl von Lichtquellen unter schiedlicher Arten verwenden zu müssen, die in Abhängig keit vom Wellenlängenbereich umgeschaltet oder verändert werden müssen.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Da die Metallhalogenidlampe ein Spektrum aufweist, das für einen weiten Wellenlängenbe reich effektiv verwendet werden kann, der sich von etwa 220 nm bis etwa 700 nm hin erstreckt, dank der Emission des Quecksilberatoms, des Halogenids, des Dysprosium und dgl., ist nur eine einzige Lampe als Lichtquelle in einer für diesen Wellenlängenbereich verwendeten Vor richtung zur Spektroskopie erforderlich.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 schematische Darstellungen zweier unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfin dung;

Fig. 3 eine Schnittansicht einer Ausführungsform der Metallhalogenidlampe, die zur Verwirklichung der Erfindung benutzt werden kann; und

Fig. 4 ein Schema, das ein Meßergebnis des Emissionszentrums der in Fig. 3 dargestellten Lampe zeigt.

Nachfolgend wird eine Ausführungsform vorliegender Erfin dung anhand der Fig. 1 erläutert. Gemäß Fig. 1 umfaßt die Vorrichtung eine Dysprosium-Halogenid aufweisende Metallhalogenid-Lampe 1, eine Linse 2, eine Probezelle 3, einen Monochromator 4, ein konkaves Gitter 5, eine Photodiodenanordnung 6 und einen Schaltkreis 7 zur Signalverarbeitung. Von der Metallhalogenid-Lampe 1 emittiertes Licht wird am Ein gangsschlitz des Monochromators 4 durch die Linse 2 fokus siert bzw. gebündelt. Die ein zu messendes Muster enthal tende Probezelle 3 ist gerade vor dem Eingangsspalt an geordnet und absorbiert Licht, das eine dem Muster ent sprechende Wellenlänge aufweist. Das in den Monochromator 4 eintretende Licht wird, nachdem es die Probezelle 3 pas siert hat, durch das konkave Gitter 5 dispergiert und auf der Photodiodenanordnung 6 gebündelt bzw. fokussiert, in Abhängigkeit von der Wellen länge. Der Wellenlängenbereich des fokussierten bzw. ge bündelten Lichtes auf der Photodiodenanordnung 6 erstreckt sich zwischen 220 nm bis 700 nm. Gleichzeitig kann das Absorptionsspektrum bei diesem Wellenlängenbereich gemes sen werden.

Gemäß dieser Ausführungsform ist es möglich, über einen weiten Wellenlängenbereich, der sich von Ultraviolett bis zum sichtbaren Licht hin erstreckt, unverzüglich Messungen auszuführen. Darüber hinaus bringt diese Besonderheit ei nen größeren Effekt, wenn diese Vorrichtung zur Spektros kopie als ein Detektor für Flüssigkeitschromatographie verwendet wird. D.h. in diesem Falle, daß die Probezelle 3 eine Strömungszelle für die Flüssigkeitschromatographie ist. In der Flüssigkeitschromatographie sollten für den ganzen Wellenlängenbereich unverzüglich Messungen durchge führt werden, da die durch den Detektor hindurchgehende Probe mit der Zeit variiert bzw. sich verändert. Bei dieser Ausführungsform kann ein dreidimensionales Chromatogramm in einem weiten Wellenlängenbereich, der sich von Ultra violett bis hin zum sichtbaren Licht erstreckt, auf ein fache Weise erstellt bzw. erhalten werden (Chromatogramm anzeigende Variationen bzw. Veränderungen in den Ab sorptionsspektren mit der Zeit).

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Erfindung auf ein Fourierspektrometer angewendet wird. Die Vorrichtung nach Fig. 2 umfaßt eine Lichtquelle 1 aus einer Dysprosiumhalogenid enthal tenden Metallhalogenidlampe, einen Strahlspalter 12, einen befestigten Spiegel 13, einen sich bewegenden Spiegel 14, eine Probezelle 15, Photodetektoren 16 und 18, ein Laser gerät 17, einen Schaltkreis 19 zur Signalverarbeitung so wie Linsen 20 und 21. Von einer aus einer Metallhalogenid lampe bestehenden Lichtquelle 1 aus emittiertes Licht wird durch die Linse 20 in parallel verlaufende Lichtstrahlen umgeformt und durch den Strahlenspalter 12 in zwei Rich tungen zerlegt. Einer dieser Lichtstrahlen wird durch den befestigten bzw. festgelegten Spiegel 13 reflektiert und wird zum Strahlenspalter 12 zurückgeführt. Der andere Lichtstrahl wird durch den sich bewegenden Spiegel 14 reflektiert und zum Strahlenspalter 12 hin zurückgeführt. Diese Lichtstrahlen überlagern sich gegenseitig, werden durch die Linse 21 gebündelt bzw. fokussiert und dringen in den Lichtdetektor 16 ein, nachdem sie die Probezelle 15 durchquert haben. Um die Position des sich bewegenden Spiegels 14 zu überwachen, wird das durch das Lasergerät 17 emittierte Licht in ähnlicher Weise überlagert und das überlagerte Licht wird auf den Lichtdetektor 18 hin proji ziert bzw. gelenkt. D.h., daß vom Lichtdetektor 16 kommen de Signale in den Schaltkreis 19 zur Signalverarbeitung gebracht werden und durch das überlagerte Signal des La serlichts infolge der Bewegung des sich bewegenden Spie gels 14 getriggert werden. Das Spektroskop ist so kon struiert, daß, nachdem die Daten aufgenommen worden sind, diese im Schaltkreis 19 zur Signalverarbeitung fourier- transformiert werden, um das Absorptionsspektrum zu er halten. Mit einem derartigen Fourier-Transform-Spektroskop hängt der Wellenlängenbereich, für den Messungen durchge führt werden können, vom Emissionspektrum der Lichtquelle ab. Demzufolge ist es gemäß dieser Erfindung möglich, ein Fourierspektrometer zu realisieren bzw. zu schaffen, durch das Messungen über einen weiten Wellenlängenbereich hin durchgeführt werden können, der sich vom Ultraviolett bis hin zu sicht barem Licht erstreckt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner, als weitere Ausführungsform, so konstruiert werden, daß das Ab sorptionsspektrum der Probe gemessen wird, während das Gitter mechanisch ge dreht und als Lichtquelle eine Metallhalogenidlampe ver wendet wird, die Dysprosiumhalogenid enthält. Gemäß dieser Konstruktion kann ein Spektroskop geschaf fen werden, das die Vorteile aufweist, daß, da die Licht quelle nicht gewechselt wird, der Mechanismus einfach und kostengünstig gegenüber dem bisher bekannten System ist, bei denen eine Deuteriumentladungslampe und eine Wolframlampe in Abhängigkeit vom Wellenlängenbereich umge schaltet werden und ferner, daß keine Stufe in den gemes senen Werten ist, infolge des Umschaltens der Lichtquelle.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform einer Metallhalogenidlampe. Eine Bogenröhre 31 ist innerhalb ei ner äußeren Birne befestigt. Leitungsdrähte 33 und 34 verbinden ein Paar von jeweils in der Bogenröhre 31 angeordneten Hauptelektroden 37 und 38 elektrisch mit einer (hier nicht dargestellten) Stromquel le. Das Stammteil 35 ist aus einer Art Glas hergestellt, das einen großen Ausdehnungskoeffizienten aufweist und es zuläßt, die Leitungsdrähte 33 und 34 abzudichten und das durch ein verbindendes Glas mit der äußeren Birne 32 verbunden ist. Das Innenvolumen der Bogenröhre 31 ist etwa 0,3 cm³ und der Abstand zwischen den Hauptelektroden 37 und 38 beträgt 10 mm. Quecksilber, Dysprosium, Quecksilberjodid und inertes Gas zum Starten sind in der Bogenröhre 31 eingeschlossen, um die Lampe herzustellen. Nach ihrer Herstellung verbleibt die Lampe für einige Stunden in einem elektrischen Ofen oder wird für einige Stunden in Betrieb gesetzt. Dann reagiert das einen niedrigen Dampfdruck aufweisende Dysprosium mit Jod und wird umgeformt in Dysprosiumjodid, das einen hohen Dampfdruck aufweist, so daß dieses infolge Entladung zur Lichtemission beitragen kann. Fig. 4 zeigt ein Meßergebnis des Emissionspektrums einer Metallhalogenidlampe, die auf diese Weise hergestellt wurde. Es ist dargestellt, daß sie ein starkes Spektrum über einen Wellenlängenbereich auf weist, der sich von etwa 220 nm bis etwa 700 nm erstreckt.

Claims

Vorrichtung zur Spektroskopie, die aufweist:
- a) eine Lichtquelle (1), die Licht über einen Wellenlängenbereich, der sich wenigstens von 220 nm bis 700 nm erstreckt, aussendet,
- b) eine spektroskopische Einrichtung (4) zum Zerlegen von Licht aus der Lichtquelle (1) über einen Wellenlängenbereich, der sich wenigstens von 220 nm bis 700 nm erstreckt,
- c) eine Detektoreinrichtung (6) zur Erfassung des Betrages des Lichtes, das durch die spektroskopische Einrichtung (4) hindurchgegangen ist, über einen Wellenlängenbereich, der sich wenigstens von 220 nm bis 700 nm erstreckt,
- d) eine Einrichtung (7) zur Signalverarbeitung, die die aus der Detektoreinrichtung (6) kommenden Ausgangssignale verarbeitet, und
- e) eine Einrichtung (3) zur Anordnung eines zu messenden Musters im Lichtpfad von der Lichtquelle (1) zur Detektoreinrichtung (6);
dadurch gekennzeichnet, daß
- f) die Lichtquelle (1) eine Metallhalogenidlampe ist mit einer in einer äußeren Birne (32) befestigten Lichtbogenröhre (31), in der zwei Elektroden (37, 38) angeordnet und Quecksilber, ein inertes Gas und Dysprosiumhalogenid eingeschlossen sind.