DE3207377A1

DE3207377A1 - Vorrichtung zur durchfuehrung einer spektralanalyse

Info

Publication number: DE3207377A1
Application number: DE19823207377
Authority: DE
Inventors: Gary M. 47461 Bloomington Ind. Hieftje; Stanley B. 01886 Westford Mass. Smith jun.
Original assignee: Instrumentation Laboratory Co
Current assignee: Allied Corp
Priority date: 1981-03-04
Filing date: 1982-03-02
Publication date: 1982-11-11
Also published as: CA1187628A; JPS57160047A; AU546278B2; FR2501373A1; GB2093990A; GB2093990B; FR2501373B1; US4462685A; AU8107282A

Description

Besehreibung

Die Erfindung betriffst eine Spektralanalysevorrichtung gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs und insbesondere eine Vorrichtung der Atomabsorptionsart.

Bei Atomabsorptionsspektroskopiegeräten wird Probenmaterial zerstäubt, beispielsweise in einer Flamme oder in einem Rohrofen, worauf eine Strahlung durch das zerstäubte Probenmaterial geleitet wird, die eine Spektrallinie des interessierenden Elements enthält. Die Strahlungsabsorption bei der bestimmten interessierenden Wellenlänge wird gemessen. Häufig ist die Strahlungsquelle mit einer Hohlkathode versehen und weist eine Kathode auf, die aus dem oder den zu messenden Elementen hergestellt ist oder diese enthält und die einen

Strahl aussendet, der aus einem gleichmäßigen, dichten und stabilen Atomspektrum des oder der die Kathode bildenden Elemente besteht. Dieses Spektrum enthält ein oder mehrere sehr schmale Spektrallinien, von denen eine durch eine geeignete Wellenlängenauswahleinrichtung ausgewählt wird, beispielsweise durch ein Gitter oder einen Prisma-Monochromator.

Es hat sich herausgestellt, daß andere Faktoren, die

ΊΟ allgemein als "Untergrund" bezeichnet werden, die Genauigkeit der Atomabsorptionsmessungen beeinflussen, da die Gesamtabsorption, also die Abnahme der Intensität der Strahlung bei ausgewählter Wellenlänge, gemessen wird. Zu dem "Untergrund" tragen Faktoren wie Absorption von Molekülen anstelle von freien Atomen, Instabilität der Strahlungsquelle und Streuung an Teilchen bei, die innerhalb der Probenzerstäubungszone vorliegen. Es wurden bereits verschiedene Versuche zur Untergrundkompensation vorgenommen. Ein photometrisches Doppelstrahlverfahren liefert eine Kompensation für Änderungen in der Strahlungsquelle und den Meßeinrichtungen, schafft jedoch keine hinreichende Kompensation für andere Untergrundfaktoren. In anderen Geräten wird eine breitbandige Hilfsquelle, beispielsweise eine Deuteriumlampe verwendet, um einen Strahl durch den Probenpfad (und den Bezugspfad in einem Doppelstrahlsystem) zu

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lenken. Ein weiteres Kompensationssystem verwendet einen Magneten zur Erzeugung des Zeemaneffekts, nämlich zwei getrennte, orthogonal polarisierte Strahlen, von denen einer eine Wellenlänge enthält, die nahezu identisch mit den Wellenlänge der emittierenden Quelle bei Abwesenheit des Magnetfeldes und der andere Strahlung von zwei verschiedenen Wellenlängen enthält, die zu beiden Seiten der Wellenlänge des ersten Strahls liegt. Ein Nachteil des Kompensationssystems mit der breitban-

-\O digen Referenzquelle liegt in der Einführung weiterer Untergrundprobleme aufgrund von Faktoren wie Schwankungen bei der Referenzquelle und Ausrichtfehler, während das Untergrundkompensationssystem nach dem Zeemaneffekt Aufstellungsschwierigkeiten wegen des Magneten einführt, kompliziert ist und aufwendige instrumenteile Ausstattung erfordert.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes spektroanalytisches Gerät zu schaffen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale.

Gemäß Erfindung wird somit ein spektroanalytisches Gerät geschaffen, welches eine Strahlungsquelle aufweist, die für ein zu analysierendes Element charakteristisctie

Spektrallinienstrahlung ausstrahlt, welches einen Analysenbereich besitzt, der für das Durchleiten eines Strahls von der Quelle offen ist und in der eine zu analysierende Probe zerstäubt wird und welches ferner eine Quellensteuerung zum abwechselnden Aktivieren der Quelle auf einen ersten Intensitätswert für die Aussendung einer Strahlung mit schmaler Spektrallinie bei der Wellenlänge eines festzustellenden Elements und einen höheren Intensitätswert für die Aussendung einer Strah-

-jO lung von breiterer Wellenlänge mit Intensitätsunterdrückung bei der Wellenlänge der schmalen Spektrallinie aufweist. Eine elektronische Umsetzeinrichtung entwickelt ein elektrisches Signal entsprechend der gemessenen Strahlungsintensität des durch den Analysenbereich geleiteten Strahls und es ist eine Einrichtung zur Nutzbarmachung der Relativwerte der elektrischen Signale vorgesehen, die den zwei Quellenerregungsintensitätswerten entsprechen, um eine Konzentrationsinformation über das in der analysierten Probe enthaltene Element zu liefern.

In einer bevorzugten Ausführung ist die Strahlungsquelle eine Hohlkathodenlampe und die Vorrichtung weist erste und zweite elektrische Signalspeichereinrichtungen auf, beispielsweise Abfrage- und Speicherschaltungen, und besitzt eine Synchronsteuerung zum abwechseln-

den Speichern von Signalen aus der Umsetzeinrichtung in den zwei Steuereinrichtungen in Synchronisation mit dem Schalten der Intensitätswerte der Hohlkathodenlampe durch die Quellensteuerung. Vorzugsweise ist der Stromfluß beim Untergrundkorrekturwert mindestens fünfmal so groß wie der Stromfluß für den Probenintensitätswert und in einer bestimmten Vorrichtung ist der Stromfluß durch die Hohlkathodenlampe beim normalen (Proben-)Intensitätswert in der Größenordnung von 5 bis 25 mA, während der höhere (Hintergrundkorrektur-)Intensitätswert in der Größenordnung von 200 bis 500 mA liegt. Die Vorrichtung weist in einer bevorzugten Ausführung Einrichtungen zum Integrieren, der von der Umsetzeinrich— tung entwickelten elektrischen Signale auf und die Steu-

-j5 erung liefert Integrationsintervalle, die den Intensitäten der ersten und zweiten ausgesandten Strahlungen invers zugeordnet sind, wobei das Integrationsintervall für das Probensignal in einer bevozugten Ausführungsform sechzigmal das Integrationsintervall des Unter- grundkorrektursignals ist. Es ist klar, daß andere Integrationsintervalle und Quellenerregungswerte verwendbar sind, nämlich je nach Art der Quelle und der angewandten Signalverarbeitung.

In einer Ausführungsform wird eine Hohlkathodenlampe verwendet, während in einer anderen Ausführungsform

eine Hilfseinheit verwendet wird, wobei die Hohlkathodenlampe zur weiteren Unterdrückung der Strahlungsintensität bei der Wellenlänge der schmalen Spektrallinie dient.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert; es zeigen:

Figur 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels ;

Figur 2 eine perspektivische Ansicht einer bei dem Ausführungsbreispiel gemäß Figur 1 verwendeten Strahlungsquelle;

Figur 3 eine Schemadarstellung einer bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 verwendeten Quellentreiberschaltung;

Figur 4 eine Folge von idealisierten Intensitätskurven der von dem AusfUhrungsbeispiel gemäß Figur 1 ausgesandten Strahlung;

Figuren Kurven zur Darstellung 'von zwei unterschied-5A + 5B
liehen Betriebsweisen der Vorrichtung gemäß

Figur 1;

Figur 6 ein Schemaschaltbild einer bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 verwendeten Signalverarbeitungsschaltung;

Figur 7 ein Impulsdiagramm zur Darstellung des Arbeitsablaufs bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1;

Figur 8' Kurven von mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 erhaltenen Daten des Absorptionsvermögens; und ■

Figur 9 eine perspektivische Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels mit einer Vorrichtung zur zusätzlichen Spektrallinienunterdruckung.

Figur 1 zeigt ein Ausf ührungsbeispieT. in Form eines Atomabsorptionsanalysegeräts, welches ein Bauteil 10 aufweist, das ein Analysengebiet definiert, beispielsweise eine Flamme von einem Zerstäuberbrenner, in welche die zu analysierende Probe geblasen wird, oder ein rohrförmiger Zerstäuberofen. Eine Strahlungsquelle 12 ist eine Hohlkathodenlampe mit einer Kathode des oder der zu analysierenden Elemente und richtet einen Strahl 14 durch einen Atomdampf im Analysengebiet 10 auf einen Wellenlängenfilter oder eine Auswahlvorrich-

tung, die in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Monochromator 16 ist. Der Monochromator 16 weist einen Photosensor 18, beispielsweise eine Photomultiplierröhre auf, die ein elektrisches Signal erzeugt, das proportional der gemessenen Strahlungsintensität ist und das über eine Leitung 20 zu einer Signalverarbeitungsschaltung 22 übertragen wird. Die Signalverarbeitungsschaltung 22 verarbeitet das Photosensorsignal in Abhängigkeit von Befehlen von einer Steuerung 24 und liefert

^O Ausgaben über Leitungen 26 und 28, welche an.eine log-Verhältnisschaltung 30 gelegt werden. Das Ausgangssignal der log-Verhältnis-Schaltung 30 wird über eine Leitung 32 als Absorptionsvermögensignal an ein geeignetes Ausgabegerät 34 gelegt, beispielsweise eine Anzeige

-15 oder einen Aufzeichner. Die Steuerung 24 liefert außerdem Steuerbefehle für eine Treiberschaltung 36, welche Aktivierungsbefehle über eine Leitung 38 an die Strahlungsquelle 12 legt.

Figur 2 zeigt die Strahlungsquelle 12 als Hohlkathodenlampe mit einer Hülle 40, die ein Ausgangsfenster 42 aufweist, durch welches der Strahl 14 hindurchgeht, und die eine Montagebasis 44 besitzt. In der Hülle 40 befindet sich eine Hohlkathode 46, welche durch Isolatoren 48 und 50 abgestützt und an eine Klemme 52 angeschlossen ist. Eine damit zusammenarbeitende Anode 54

hat die Form eines Ringes, der von Isolatorstiften 56 getragen wind und an eine Klemme 58 angeschlossen ist.

Einzelheiten der Treiberschaltung 36 für die Hohlkathode sind in Figur 3 erkennbar. Die Hohlkathodenlampe oder Strahlungsquelle 12 hat an ihrer Anode 54 eine 400 Voltspannungsquelle über eine Klemme 60 angeschlossen, während ihre Hohlkathode 46 über einen Widerstand 62 an die Senkenelektrode 64 eines 450 Volt N-Kanal MOSFET-Schalters 66 angeschlossen ist, beispielsweise ein Air National Rectifier Model 433. Die Quellenelektrode 68 ist über einen Widerstand 70 geerdet und die Steuerelektrode 72 an. eine Verstärkerstufe 74 angeschlossen. Eine Rückkopplungsschleife, die einen Ver-

^₅ stärker 76 enthält, ist zwischen die Quellenelektrode 68 und den invertierenden Eingang 78 des Verstärkers 74 geschaltet. Der Ausgang einer "Vorverstärkerstufe 80 ist über einen Widerstand 82 an den Verstärker 74 angeschlossen und der Eingang zum Vorverstärker 80 über den Widerstand 84 wird von elektronischen Wahlschaltern 86, 88 und 90 gesteuert. Ein Signal am Steuereingang 92 schließt den Schalter 86, um einen Spannungsteiler 94 mit dem Vorverstärker 80 zu verbinden; ein Signal auf dem Steuereingang 96 schließt den Schalter 88, um einen Spannungsteiler 98 an den Verstärker 80 anzuschließen; und in Abwesenheit von einem Steuersignal

auf der Leitung 92 oder der Leitung 96 schließt eine NOR-Schaltung 100 einen Schalter 90, um den Eingang des Verstärkers 80 zu erden. Ein Spannungsteilernetzwerk 94 umfaßt einen Widerstand 102 und ein Potentiometer 104 und sein Ausgang liefert über den Wahlschalter 86 ein erstes Intensitätswertsignal für die Erregung der Hohlkathodenlampe bzw. Strahlungsquelle 12. Das Netzwerk 98 umfaßt einen Widerstand 106 und ein Potentiometer 108 und sein Ausgang aktiviert über den Schalter 88 die

ΊΟ Hohlkathodenlampe 12 auf einem zweiten und höheren Intensitätswert. In einem ersten oder Prüfmodus ist der Schalter 86 geschlossen und das Signal vom Spannungsteiler 94 wird über die-·Verstärker 80 und 74 gelegt, um den Schalter 66 auf zusteuern und einen Prüf strom (i_o)

-j 5 durch die Hohlkathodenlampe 12 fließen zu lassen. Die ausgegebene Kurve 110 der Strahlungsquelle 12 ist in Figur 4A dargestellt und hat in diesem ersten oder Prüferregungsmodus eine schmale Spektrallinie mit einer Spitze 112 bei einer Wellenlänge λ-_η. In einem zweiten oder Untergrundmodus ist der Schalter 88 geschlossen und ein Signal vom Spannungsteiler 98 wird über die Verstärker 80 und 74 zur Betätigung des Schalters 66 derart zugeführt, daß ein wesentlich höherer Strom ( i_o) durch die Hohlkathodenlampe 12 'fließt, nämlich ein Strom von 300 mA, der eine Kurve 114 gemäß Figur 4B erzeugt und bei der Wellenlänge λ_ eine .reduzierte oder

9 * ♦ -

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unterdrückte Intensität 116 aufweist. Die Halbwertsbreite der Probenintensitatskurve 110 beträgt etwa 0,005 Angström, während die Halbwertsbreite der verbreiterten Untergrundkorrekturkurve 114 etwa 0,02 Angström ausmacht, wobei sich diese Breite von Element zu Element verändert. Der Monochromator 16 hat eine Schlitzbreite (Bandpaß) von etwa 5 Angström gemäß 118 in Figur 4C. Die zwei Intensitätskurven sind in Figur 4C übereinander gelegt, wobei der Gesamtbereich der hohen Intensi- -IO tätskurve 114 (Untergrundkorrektur) etwa sechzigmal so groß wie der Bereich der Probenintensitatskurve 110 ist.

Im Betrieb wird die Strahlungsquelle 12 abwechselnd von der Treiberschaltung 36 im normalen (Proben) Intensi-

-I5 tätsmodus (Figur 4A) und im hohen (Untergrund)Intensitätsmodus (Figur 4B) betrieben. Die Dauer der Erregung für den normalen Intensitätsmodus "beträgt nominell 12 Millisekunden, ist jedoch durch die Steuerung 24 veränderbar, und die Dauer jeder hochintensiven Erregung beträgt nominell 300 Mikrosekunden. Die Kurve von Figur 5A zeigt eine Betriebsfolge, bei der die Strahlungsquelle 12 im normalen Intensitätsmodus 120 (i_o) 12 Millisekunden lang mit einem Strom erregt wird, der typischerweise weniger als 20 mA ist, jedoch auch 50 mA oder mehr sein kann; anschließend folgt der Untergrundkorrekturmodus 122 für eine Zeit von 300 Mikrosekunden

mit einer -Intensität, die typischerweise mindestens 200 mA ist. Die Ausgaben von der Strahlungsquelle 12 werden in jedem Modus (mit einer Zulassung von 100 Mikrosekunden für eine hohe Einstellung) derart betrieben, daß die Integrationszeit im Prüfintensitätsmodus 120 etwa sechzigmal so groß wie die Integrationszeit im Untergrundintnensitätsmodus 122 ist. Die integrierten Signale werden in getrennten Prüf- und Halteschaltungen gespeichert und dann in ein Verhältnis gesetzt, um ein

-)0 korrigiertes Absorptionsvermögenssignal zu liefern. Figur 5B ist eine ähnliche graphische Darstellung einer anderen Arbeitsfolge der Vorrichtung, die insbesondere für Analysatoren zweckmäßig ist, welche einen Zerstäuber von der Art eines Rohrofens verwenden, wobei die

-I5 Strahlungsquelle 12 zunächst 6 Millisekunden lang im Prüfintensitätsmodus 124 erregt wird, anschließend 300 Mikrosekunden lang im Hochintensitätsmodus 122* und dannach weitere 6 Millisekunden im Prüfintensitätsmodus 126 erregt wird, wobei wiederum ein Integrations-Zeitverhältnis von etwa 60 geschaffen wird.

Einzelheiten der Signalverarbeitungschaltung 22 sind anhand von Figur 6 erkennbar. Die Figur zeigt eine Verarbeitungsschaltung mit einem einzigen Kanal, es ist jedoch klar, daß eine ähnliche Schaltung für ein Zweikanalgerät ebenso wie in einem Doppelstrahlgerät verwend-

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bar ist. Die Signalverarbeitungsschaltung 22 weist eine Vorverstärkerstufe 130 auf, deren Ausgang über . einen Schalter 132 an eine Integratorschaltung 134 angeschlossen ist, der bei geschlossenem Schalter 136 als Filter arbeitet. Wenn ein Steuerbefehl an eine Leitung 140 gelegt wird, so wird eine Gleichspannungs-Wiederherstellungsschleife 138 vom Ausgang des Integrators 134 an den Eingang des Vorverstärkers 130 gelegt.

-|0 An den Ausgang des Integrators 134 sind zwei Prüf- und Halteschaltungen 150 und 152 angeschlossen, wobei die Schaltung 150 unmittelbar an den Integrator 134 und die Schaltung 152 über «inen Schalter 154 angeschlossen ist, der die Schaltung 152 vom Integrator 134 trennt

-I5 und welcher eine Bezugsspannung in Abhängigkeit von einem Signal am Steuereingang 155 an die Schaltung 152 legt, wenn das Gerät ohne Untergrundkorrektur verwendet werden soll. Der Ausgang der Prüf- und Halteschaltung 150 ist über einen Verstärker 156 und eine Eingabeleitung 26 an die log-Verhältnis-Schaltung 30 angeschlossen und der Ausgang der Prüf- und Halteschaltung 152 ist über einen Verstärker 158 und eine Eingabeleitung 28 mit der log-Verhältnis-Schaltung 30 verbunden. An den Ausgang der log-Verhältnis-Schaltung 30 ist über einen Elektronikschalter 160 (der bei aktiviertem Steuereingang 161 geschlossen ist) ein Treiberverstär-

ker 162 und ein Elektronikschalter 34 angeschlossen, der ein Absorptionsvermögen-Ausgangssignal auf der Leitung 32 liefert. In einem anderen (Emissions-)Modus läßt sich das Prüfsignal von der Schaltung 150 über eine Leitung 166 und einen Schalter 164 direkt an die Ausgabeleitung 32 anschließen.

Zum weiteren Verständnis der Betriebsweise der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung dient das Zeitschalt-

-jO bild von Figur 7. Dieses zeigt eine Folge von Steuersignalen, die von der Steuerung 24 erzeugt und an die Signalverarbeitungsschaltung 22 sowie an die Treiberschaltung 36 gelegt werden. Der Impuls 180 wird über eine Leitung 92 zum Schließen des Schalters 86 ange-

-\ 5 legt; die Impulse 182, 188 und 192 werden über eine Leitung 133 zum Schließen des Schalters 132 angelegt; die Impulse 186 werden auf der Leitung 137 zum Schliessen des Schalters 136 und zum Rückstellen des Integrators 134 angelegt; der Impuls 190 wird auf der Leitung 96 zum Schließen des Schalters 88 angelegt; der Impuls 184 wird über eine Prüf- und Halteschaltung 150 über eine Leitung 151 angelegt; der Impuls 194 wird über eine Leitung 153 an die Prüf- und Halteschaltung 152 angelegt; der Impuls 196 wird über eine Leitung 161 als ein Eingabe/Ausgabe-Fortschreibungsimpuls angelegt; der Impuls 198 ist ein Rückstellbefehl, der am Beginn jedes

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Analysenzyklus erzeugt wird; der Impuls 200 ist ein Gleichspannungs-Wiederherstellungsbefehl, der über eine Leitung 140 an die Schaltung 138 angelegt wird.

In Figur 3 wird die Hohlkathodenlampe 12 durch den Impuls 180 in ihrem Prüfmodus (typischerweise weniger als 20 mA-Stromwert) über . ein Zeitintervall aktiviert, das von der Steuerung 24 in 1 Millisekundenintervallen veränderbar ist. Der Integrationsimpuls 182 startet 100 Mi-

._ krosekunden nach dem Prüfimpuls 180 und endet 10 Mikrosekunden vor der Prüfimpuls 180, so daß das Signal vom Photosensor 18 vom Verstärker 130 zum Integrator 134 (Figur 5) geleitet wi&d. Der Integrator 134 sammelt somit das Ausgangssignal des Photosensors 18 über einen

.._ Zeitraum, welcher von dem Impuls 182 bestimmt wird. Der 300 Mikrosekunden lange Impuls 184 aktiviert hierauf die Leitung 151 , um das integrierte Signal vom Integrator 134 in eine Prüf- und Halteschaltung 150 zu übertragen.. Ein Integrator-Rückstellsignal 186 auf der Leitung 137 entlädt den Kondensator im Integrator 134 und der Schalter 132 ist geschlossen (Impuls 188 von 1000 Mikrosekunden Länge), so daß das Signal vom Photosensors 18 durchgelassen wird, während die Schaltung 134 im Filtermodus ist. Am Ende des Impulses 188 wird ein Impuls 190 (von 310 Mikrosekunden Länge) an die Leitung 96 gelegt, um den Schalter 88 zu schließen und die Hohlkathodenlam-

pe 12 in ihrem höchsten Intensitätsmodus zu aktivieren, typischerweise mit einem Strom von 200 mA oder mehr, um eine Ausgabe gemäß Figur 4B zu erzeugen; 100 Mikrosekunden später verbindet der Impuls 192 den Integrator 134 mit dem Photosensor 18, um die Ausgabe des Photosensors 18 über 200 Mikrosekunden zu sammeln; 10 Mikrosekunden später aktiviert der Impuls 194 (der 300 Mikrosekunden lang ist) die Leitung 153, um Ladung vom Integrator 134 auf die Prüf- und Halteschaltung 152 zu übertra-

-10 gen. Die zwei in den Prüf- und Halteschaltungen 150 und 152 gespeicherten Signale werden über Verstärker 156 und 158 an die log-Verhältnis-Schaltung 30 gelegt. Wenn der Eingabe/Ausgabe-Fortschreibungsimpuls 196 auf die Leitung 161 gebracht wird, um den Schalter 160 zu

-\5 schliessen, wird das Ausgangssignal der log-Verhältnis-Schaltung 30 über den Verstärker 162 an die Ausgabeleitung 32 als korrigiertes Untergrund-Absorptionsvermögen-Signal gelegt, das je nach Wunsch verwendet oder angezeigt wird. Der Gleichspannungswieder.herstellungsbefehl 200 wird am Ende des Analysenzyklus auf der Leitung 140 erzeugt und vervollständigt die Rückkopplungsschleife 138 bei der Vorbereitung für den nächsten Analysenzyklus. Während der Intervalle zwischen den Impulsen 180 und 190 hat der durch die Strahlungsquel-Ie 12 fließende Strom einen Ruhewert von etwa 0,5 mA.

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Das Untergrundkonrekturgerat wurde für eine Anzahl von Elementen entwickelt, einschließlich jener, die in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt sind. Absorptionsvermögenswerte wurden zunächst mit normalem Strom (ig) zur Hohlkathodenlampe 12 und anschließend mit Untergrundkorrekturstrom (i_D) zur Lampe 12 gemessen. Die erhaltene prozentuale Reduktion im Absorptionsvermögen ist in Tabelle 1 unter der Überschrift "Modulationstiefe" aufgeführt.

	Tabelle 1	¹B	Modulation-s-	:rom. mA
Element	¹S	200	tiefe
Ag	8	300	85
Al	16	400	27
As	18	200	54
. Au	12	300	54
Ba	12	200	25
Be	8	200	59
Cd	8	400	94
Co	14	300	79
Cu	10	400	70
Cr	16	300	51
Fe	14	300	50
Pb	8	300	78
Mn	8	300	68
Ni	8	3QO	78
Pt	12	300	40
Se	16	300	49
Tl	8	300	48
Sn	8	• 4OQ	47
V	12	300	28
Zn	8	tzenst	91
Darin sind:	i_ = PrüfsDi

i_o = Untergrundspitzenstrom, mA

A - A Modulatianstiefe = χ

Α_ς = Absorptionsvermögen wahrend Prüfimpuls

A_R = Absorptionsvermögen während Untergrundimpuls

Die Kurve in Figur 8 zeigt die Art der Untergrundkorrektur, die mit der Vorrichtung am Element Mangan erhältlich ist, nämlich eine Modulationstiefe von 68 %.

Eine weitere Intensitätsunterdrückung des Tals 116 in 5

dem Hochintensitätsmodus gemäß Figur 4B läßt sich mit einer in Figur 9 dargestellten Hilfseinheit 200' erreichen . Diese Einheit ist in den Strahl 14 zwischen der Strahlungsquelle 12 und der Analysenzelle 10 von Figur 1 eingesetzt. Gemäß Figur 9 weist die Hilfseinheit 200' eine Hülle 202 mit ebenen Quarzfenstern 204 und 206 an gegenüberliegenden Enden auf. Eine Keramikscheibe 208 trägt eine. Kathode 210, welche das oder die gleichen zu * analysierenden Elemente wie die Strahlungsquelle 12 einschließt und die eine zylindrische Durchgangsbohrung 212 besitzt. Die Hilfseinheit 200' ist derart montiert, daß der Strahl 14 durcti die Bohrung 212 verläuft und wobei eine nicht dargestellte Linse zwischen den Quarzfenstern 42 und 204 die Kathode 46 auf die Kathodenbohrung 212 fokussiert. Der Kathodenzylinder 210 wird über einen Klemmenanschluß 218 aktiviert. Im Betrieb wird die Hilfseinheit 200 zusammen mit der Strahlungsquelle 12 in dem Hochstrombetrieb aktiviert. Atome des festzustellenden Elements werden in der Bohrung 212 erzeugt und absorbieren Strahlung aus' dem Strahl 14, wodurch eine zusätzliche Reduktion im

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Tal 116 erfolgt, wie dies durch das Bezugszeichen in Figur 4B dargestellt ist.

HU/wo

Claims

UEXKÜLL & STOLBERG

PATENTANWÄLTE

BESELERSTRASSE 4 D-20OO HAMBURG 52

EUROPEAN PATENT AI ί ORNEYS

DR J.-D. FRHR. von UEXKÜLL DR. ULRICH GRAF STOLBERG DIPL-ING. JÜRGEN SUCHANTKE DIPL.-ING. ARNULF HUBER
DR. ALLARD von KAMEKE
DR. KARL-HEINZ SCHULMEYER

INSTRUMENTATION
LABORATORY INC.
113 Hartwell Avenue, Lexington,
Massachusetts 02173

V.St.A.

(Prio.

4. März 1981

US 240 542

18459/HU/wo)

März 1982

Vorrichtung zur Durchführung einer Spektralanalyse

Patentansprüche

Vorrichtung zur Durchführung einer Spektralanalyse mit einer Strahlungsquelle (12), die eine Spektrallinienstrahlung aussendet, welche, für ein zu analysierendes Element charakteristisch ist, wobei ein Analysengebiet für das Durchtreten eines Strahls (14) von der Strahlungsquelle (12) offen ist und

in dem eine zu analysierende Probe zerstäubt wird und wobei eine elektronische Umsetzeinrichtung zur Entwicklung eines elektrischen Signals vorgesehen ist, das der gemessenen Strahlungsintensität des von der Strahlungsquelle (12) stammenden und durch das Analysengebiet (10) laufenden Strahls (14) dient, daduch gekennzeichnet, daß eine Steuerung (24) für die Strahlungsquelle (12) zum abwechselnden Aktivieren der Strahlungsquelle (12) auf einen

..Q ersten Intensitätswert zur Lieferung einer ersten Strahlungsausgabe vorgesehen ist, die eine schmale Spektrallinie bei einer Wellenlänge eines festzustellenden Elemerrts aufweist und die auf einen zweiten, höheren Intensitätswert aktivierbar ist,

^₅ um eine zweite Strahlungsausgabe von breiterer Wellenlänge mit Intensitätsunterdrückung bei der zentralen Wellenlänge der schmalen "Spektrallinie zu liefern, und daß Einrichtungen zur Ausnutzung der Relativwerte der elektrischen Signale entsprechend den ersten und zweiten Strahlungsausgaben vorgesehen sind, um eine Konzentrationsinformation bezüglich des in der Probe analysierten Elements zu ergeben .

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (12) eine Hohlkathodenlampe ist.

3. .Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hilfseinheit (200) vorgesehen ist, um die Strahlungsintensität bei der Wellenlänge der schmalen Spektrallinie zu unterdrücken.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (24) zur Aktivierung der Lampe (12) auf einen Ruhestromwert von etwa 1 mA während eines Intervalls zwischen dem ersten und

-ΙΟ zweiten Intensitätswert dient.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (24) Einrichtungen zum Aktivieren der Lampe (12) auf einen ersten Stromwert

-j5 zur Erzeugung der ersten Strahlungsausgabe und Einrichtungen zur Aktivierung der Lampe (12) auf einen Stromwert aufweist, der mindestens fünfmal größer als der erste Stromwert ist, um die zweite Strahlungsausgabe zu ergeben.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste und zweite Speichereinrichtung für elektrische Signale vorgesehen ist, daß eine Synchronsteuerung zum abwechselnden Speichern der Signale von der Umsetzereinrichtung in den ersten und zweiten Speichereinrich-

tungen in Synchronisation mit dem Schalten der Intensitätswerte der Spannungsquelle (12) durch die Steuerung (24) vorgesehen ist und daß eine Nutzbarmachungseinrichtung das Verhältnis der gespeicherten Signale zur Lieferung der Konzentrationsinformation verwendet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutzbarmachungseinrichtung einen log-Verhältnis-Verstärker aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Umgehen des log-Verhältnis-Verstärkers (30) zum Betreiben der Vorrich-

Ί5 tung im Emissionsmodus vorgesehen ist und daß eine Einrichtung zum Aufdrücken eines festgelegten Bezugsignals auf den log-Verhältnis-Verstärker vorhanden ist, um die Vorrichtung in einem Absorptionsmodus ohne Untergrundkorrektur betreiben zu können.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung, zum Integrieren der von der elektronischen Umsetzereinrichtung entwickelten elektrischen Signale vorhanden ist und daß Einrichtungen vorgesehen sind, um

Integrationsintervalle zu schaffen, die den Intensitäten der ersten und zweiten Strahlungsausgaben invers zugeordnet sind.

10. Vorrichtung zur atomaren Absorption mit einer Hohlkathodenlampe (12), die eine Spektrallinienstrahlung aussendet, welche für ein zu analysierendes Element charakteristisch ist und die ein Analysengebiet (10) besitzt, das für die Durchleitung des

-10 Strahls (14) von der Lampe (12) offen ist und in dem die zu analysierende Probe zerstäubt wird, mit einem Monochromator (16) zur Isolierung einer verhältnismäßig schmalen Wellenlänge und mit einer elektronischen Umsetzereinrichtung, die an den Monochromator (16) angeschlossen ist und zur Erzeugung eines elektrischen Signals entsprechend der gemessenen Strahlungsintensität des Strahls (14) von der Lampe (12) dient, der durch das Analysenge— biet (10) läuft, gekennzeichnet durch eine Steuerung (24) für die Lampe (12) zum abwechselnden Aktivieren der Lampe (12) auf einen ersten Stromintensitätswert zur Lieferung einer ersten Strahlungsausgabe, die eine schmale Spektrallinie bei einer Wellenlänge eines festzustellenden Elements aussendet und die auf einen zweiten Stromintensitätswert einstellbar ist, der mindestens fünfmal

höher als der erste Stromintensitätswert ist und zur Erzeugung einer zweiten Strahlungsausgabe dient, welche eine breitere Wellenlänge mit Intensitätsunterdrückung bei der zentralen Wellenlänge der schmalen Spektrallinie besitzt; durch Einrich-r tungen zum Integrieren der von der elektronischen Umsetzereinrichtung erzeugten elektrischen Signale; durch eine Einrichtung zur Erzeugung von Integrationsintervallen, die den Intensitäten der

-IO ersten und zweiten Strahlungsausgaben invers zugeordnet sind; durch erste und zweite Speicher für elektrische Signale; durch eine Synchronsteuerung zum abwechselnden Speichern der Signale von der Integrationseinrichtung in dem ersten und zweiten

-\ 5 Speicher in Synchronisation mit dem Schalten der Intensitätswerte der Lampe (12) mit Hilfe der Lampensteuerung (24); und durch eine Einrichtung, die von dem Verhältnis der gespeicherten Signale ansteuerbar ist und eine untergrundkprrigierte Konzentrationsinformation für das Element in der analysierten Probe liefert.