DE3840106A1 - Messfuehler fuer ein tragbares analysegeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Meßfühler für ein tragbares Analysegerät der Lichtemissionsart, bei dem die Lichtemission durch Verwendung von Spektrographen auf Git­ terbasis in ein Spektrum zerlegt wird.

Die Lichtemission wird zur Analyse leitfähiger Proben, bei­ spielsweise verschiedener Metalle angewandt. Bei dem Ver­ fahren wird zwischen der Probe und der Sondenelektrode eine elektrische Entladung hervorgerufen. Durch die Entladung wird ein Teil des Materials von der Probenoberfläche ver­ dampft, und die Atome des Materials werden unter Schaffung eines Plasmas erregt und ionisiert. Jedes Element gibt ein ganz bestimmtes Spektrum ab. Der Inhalt verschiedener Ele­ mente in der Probe kann durch Messen des von dem Stoff aus­ gesandten Spektrums definiert werden.

In modernen tragbaren Analysegeräten mit Lichtemission wird Licht durch Verwendung eines gewölbten Gitters in ein Spek­ trum zerlegt und das Spektrum auf eine Kreisumlaufbahn fo­ kussiert. Mittels eines Lichtkabels wird das Licht vom Meß­ objekt in den Spektrographen übertragen. Die Spektrallinien werden durch Verwendung getrennter Photovervielfacherröhren gemessen. Solche Geräte sind allerdings nicht tragbar.

Analysegeräte der Lichtemission können auch mit einem Pris­ menspektrographen arbeiten, der das Spektrum zerlegt. Das Messen erfolgt mit Hilfe eines Liniendetektors. In diesem Fall kann Tragbarkeit sogar erreicht werden; aber die An­ wendbarkeit des Spektrographen ist durch die nichtlineare und temperaturabhängige Dispersion stark eingeschränkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung einiger der Nachteile des Standes der Technik einen verbesserten Meßfühler für Analysen in tragbaren Geräten zu schaffen, der in Verbindung mit Lichtemission verwendbar ist, die mittels eines mit Gitter arbeitenden Spektrographen in ein Spektrum zerlegt werden kann.

Die wesentlichen neuen Merkmale der Erfindung gehen aus den Patentansprüchen hervor.

Im Meßfühler gemäß der Erfindung wird eine elektrische Ent­ ladung zwischen der zu untersuchenden Probe und der Elek­ trode erzeugt, und durch diese Entladung wird Material von der Probenoberfläche verdampft. Die von der Probe abgeson­ derten Atome werden erregt und ionisiert, und dabei gibt jedes Probenelement ein ganz bestimmtes Spektrum ab. Das Spektrum der Probe wird mittels des Meßfühlers gemäß der Erfindung gemessen.

Der Meßfühler gemäß der Erfindung weist mindestens ein Di­ spersions- und Fokussierbauelement auf. Die Dispersions- und Fokussiereigenschaften können entweder in einem einzi­ gen Bauelement oder in getrennten Bauelementen enthalten sein. Wenn die Eigenschaften von einem einzigen Bauelement umfaßt werden, ist in der Vorrichtung gemäß der Erfindung ein ebenes Flächengitter vorgesehen, welches Licht in ein Spektrum zerlegt und auf einen Detektor bündelt. Sind die Eigenschaften in getrennten Bauelementen enthalten, so wird das von der Probe ausgesandte Licht über einen konkaven Spiegel auf ein Gitter geleitet und das von diesem Gitter zerlegte Spektrum dann mittels eines weiteren konkaven Spiegels auf den Detektor gebündelt.

Der Meßfühler gemäß der Erfindung weist auch einen zur Feststellung des Spektrums geeigneten Detektor auf, der vorteilhafterweise aus Detektorelementen zusammengesetzt ist, die für das Messen eines Spektrums geeignet sind. Diese Elemente sind vorteilhafterweise längs einer Linie auf der gleichen Oberfläche angeordnet, so daß sie einen Liniendetektor bilden, der weiterhin an ein Analysegerät und eine Druckvorrichtung angeschlossen ist.

Durch Verwendung des Meßfühlers gemäß der Erfindung kann ein Spektrum analysiert werden, dessen kürzeste Wellenlänge etwa 180 nm beträgt. Folglich kann die Erfindung für Stoffe mit leichter molarer Masse angewandt werden und ist bei­ spielsweise für die Bestimmung des Kohlegehalts von Stahl geeignet.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand schematisch dargestellter Ausführungs­ beispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 ein Schema eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 2 ein Schema eines weiteren bevorzugten Ausführungs­ beispiels der Erfindung;

Fig. 3 ein Schema eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches sich von den Ausführungsbei­ spielen gemäß Fig. 1 und 2 unterscheidet.

Wie Fig. 1 zeigt, wird in einem zwischen einer Elektrode 1, die beispielsweise aus Kupfer, Wolfram oder Silber besteht, und einer Probe 2 angeordneten Gasraum 3 eine elektrische Entladung erzeugt. In dem Gasraum 3 kann ein Edelgas, ein Gemisch aus einem Edelgas mit Wasserstoff und/oder Luft enthalten sein. Durch die elektrische Entladung wird Mate­ rial von der Probe abgesondert und erzeugt im Gasraum 3 ein Plasma, aus dem jedes Element ein ganz bestimmtes Spektrum aussendet. Das vom Plasma ausgesandte Licht wird in einem Meßfühler 11 gemäß der Erfindung von einem Kollimator und/oder Kabel 13 auf einen Spiegel 4 und weiter durch einen Spalt 5 auf, ein ebenes Flächengitter 6 gelenkt. Das ebene Flächengitter 6 dient damit sowohl als Dispersions- wie auch als Fokussierkomponente. Das ebene Flächengitter 6 leitet das Spektrum weiter zu einem Liniendetektor 7. Auf der Basis des vom Liniendetektor 7 gemessenen Spektrums wird unter Anwendung allgemein bekannter Methoden der Ge­ halt der Probe 2 an den verschiedenen Stoffen bestimmt.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das ebene Flächengitter 6 durch eine Anordnung ersetzt, die ein Gitter und mindestens einen konkaven Spiegel aufweist. Hier sind die Dispersions- und Fokussiereigenschaften des Meßfühlers 11 gemäß der Erfindung in getrennten Bauelemen­ ten enthalten. Im Fall von Fig. 2 wird das vom Plasma aus­ gehende Licht über den Spiegel 4 und den Spalt 5 auf einen konkaven Spiegel 8 und weiter auf ein Gitter 9 gelenkt. Das vom Gitter 9 zerlegte Spektrum wird mittels eines weiteren konkaven Spiegels 10 gebündelt und die erhaltene Strahlung auf den Liniendetektor 7 geleitet. Der Gehalt an verschie­ denen Elementen in der Probe wird anhand des vom Liniende­ tektor 7 gemessenen Spektrums in der gleichen Weise wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bestimmt.

Die Erfindung läßt sich vorteilhafterweise auch mit einer Anordnung gemäß Fig. 3 verwirklichen. Hier sind die konka­ ven Spiegel 8 und 10 gemäß Fig. 2 zu einem einzigen konka­ ven Spiegel 12 zusammengesetzt. Im übrigen entspricht das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel dem Ausführungsbei­ spiel gemäß Fig. 2.

Claims (6)

1. Meßfühler für ein tragbares Analysegerät der Licht­ emissionsart, bei dem die Lichtemission mittels Spektrogra­ phen auf Gitterbasis in ein Spektrum zerlegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler (11) zum Zerlegen der Lichtemission in ein Spektrum mindestens ein Dispersions- und ein Fokussierbauelement enthält, und daß der Meßfühler zum Beschreiben des erzeugten Spektrums mit einem Liniendetektor (7) versehen ist.

2. Meßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersions- und Fokussiereigenschaften des Meßfühlers (11) in ein und demselben Bauelement enthalten sind.

3. Meßfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Disper­ sionselement und ein Fokussierelement enthält.

4. Meßfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter des Meßfühlers ein ebenes Flächengitter (6) ist.

5. Meßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersions- und Fokussiereigenschaften des Meßfühlers (11) in getrenn­ ten Bauelementen enthalten sind.

6. Meßfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Liniendetek­ tor (7) ein oder mehrere Detektorelemente aufweist.