DE2207298A1

DE2207298A1 - Strahlungsenergie-Analysator für Atomabsorpti ons-An alyse

Info

Publication number: DE2207298A1
Application number: DE19722207298
Authority: DE
Inventors: Norman Brea Calif. Shifrin (V.StA.). GOIn 25-00
Original assignee: Beckman Instruments Inc
Current assignee: Beckman Coulter Inc
Priority date: 1971-02-16
Filing date: 1972-02-16
Publication date: 1972-09-07
Also published as: CA947107A; FR2125286B1; US3689158A; FR2125286A1; AU3805372A; GB1317704A; JPS5144831B1; DE2207298B2

Description

13 6OO Dr_n H/s·

Patentanwälte DIpI. Ing. C. Wallach j β p^g _]g7? Dipl. Ing. G. Koch ' ^tQIL

Dr. T. Haibach
8 München 2
Kaufingerstr. 8, Tel. 24027S

Beckman Instruments, Inc., Pullerton₈ Calif«

V. St. A.

Strahlungsenergie-Analysator für Atoinabsorptions-

Analyse

Die Erfindung betrifft allgemein die Strahlungsenergie· Analyse und näherhin einen Strahlungsenergie-Analysator für Atomabsorptions-Analyse.

Die Atomabsorptionsspektroskopie hat im Verlauf der
letzten Jahre zunehmende Verwendung bei der Identifizierung und Untersuchung verschiedener Elemente gefundene Die Zahl
der Elemente, die durch Atomabsorption bestimmbar sind, ist rasch angewachsen, obzwar diese Methode anfangs nur auf einige wenige Elemente beschränkt war. Im Fall bestimmter Elemente besitzt das Verfahren der Atomabsorption eine Reihe
von Vorteilen, insbesondere höhere Empfindlichkeit und relativ größere Selektivität, gegenüber anderen Methoden der
Elementenbestimmung.

Beim Atomabsorptionsverfahren wird ein Atomdampf erzeugt, welcher freie Atome des nachzuweisenden Elements enthält. Falls diese freien Atome des Elements sich im Grund-

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zustand befinden und mit einer Lichtquelle bestrahlt werden, die Licht emittiert, das Wellenlängen entsprechend den Linien des Atomabsorptionsspektrums des betreffenden Elemente enthält, so absorbieren die neutralen freien Atome des betreffenden Elements Strahlung bei diesen Wellenlängen. Wird diese Absorption gemessen, so lassen sich hieraus sowohl qualitative wie auch quantitative Feststellungen hinsichtlich des Elements treffen.

Bisher war es üblich, den die freien Atome des nachzuweisenden Elements im Grundzustand enthaltenden Atomdampf durch Einblasen der Probe in eine Flamme zu erzeugen. Der Dampf wird mit einem geeigneten Licht- bzw. Strahlungsbündel bestrahlt, üblicherweise mittels einer Hohlkathodenlampe, deren Kathode aus dem bzw. den nachzuweisenden Element (en) besteht oder sie enthält. Unter geeigneten Bedingungen besteht die Emission einer Hohlkathodenlampe aus einem stetigen, intensiven und stabilen Atomspektrum des bzw. der die Kathode bildenden Elements bzw, Elemente. Dieses Spektrum besteht im allgemeinen aus sehr schmalen Linien, von denen normalerweise eine der Resonanzfrequenz der im Grundzustand befindlichen Atome entspricht. Wählt man nun die Resonanzfrequenzlinie mittels einer geeigneten Wellenlängen-Aussonderungsvorrichtung wie beispielsweise einem Prismen- oder Gittermonochromator und mißt man die absorbierte Strahlungsmenge, so läßt sich sowohl das Vorliegen des betreffenden Elements wie auch seine Konzentration bestimmen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß anderweitige Absorptionen bei der Resonanzfrequenz die Genauigkeit der Atomabsorptionsmessungen beeinträchtigen, da hierbei die Geeantabnähme der Strah-

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lungaintensität bei der Resonanzfrequenz oder die totale Absorption gemessen wird. Diese unerwünschten tatsächlichen oder scheinbaren Absorptionen, die nachfolgend zusammenfassend als "Hintergrundabsorption" bezeichnet werden, beruhen auf Effekten wie molekularer Absorption (im Unterschied zu der Absorption durch die freien Atome der interessierenden Elemente), Absorption des Lösungsmittels» Absorption des Matrixsalzes sowie Instabilität der fUr die Messung verwendeten Emission der Resonanzfrequenz durch die Strahlungsquelle· Ein weiterer Mechanismus der "Hintergrundabeorption", der sich als Abnahme der den Detektor erreichenden Intensität der Resonanzfrequenz äußert, beruht auf der Streuung der gemessenen Resonanzfrequenzstrahlung durch in der Flamme vorhandene Salzteilchen· Zwar läßt sich die Instabilität der Emission der für die Messung verwendeten Resonanzfrequenz durch die Strahlungsquelle mittels herkömmlichen photometrischen Doppelstrahlverfahren kompensieren, d. h. dadurch, daß man die zur Messung verwendete Resonanzfrequenz gleichzeitig einen Bezugsstrahlengang durchlaufen läßt, welcher die Flamme nicht enthält, und das Verhältnis aus der Intensität des Probenstrahls zu der des Bezugsstrahls bildet; derartige herkömmliche Doppelstrahlverfahren gewährleisten jedoch keine ausreichende Kompensation hinsichtlich der anderweitigen oben erwähnten Hintergrundabsorptionsfaktoren·

Die Erfindung betrifft somit einen Strahlungsenergie-Analysator für Atoraabsorptions-Analyse, bei welcher eine auf ihren Gehalt an einem bestimmten Element zu analysierende Probe mit von einer Primäretrahlungsquelle gelieferter Resonanzstrahlung des zu analysierenden. Elements durchstrahlt und dieae Strahlung einem Strahlungsenergiedetektor

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zugeführt wird, der ein der jeweiligen auffallenden Strahlungsintensität proportionales elektrisches Auβgangssignal erzeugt.

Durch die Erfindung soll ein Strahlungsenergie»Analysator dieser Art für Atomabeorptions-Analyse geschaffen werden, bei dem eine automatische Kompensation bezüglich der Hintergrundabsorption gewährleistet ist.

Zu diesem Zweck ist bei einem Strahlungsenergie-Analysator der vorstehend genannten Art gemäß der Erfindung Torgesehen, daß der Analysator zur Kompensation bezüglich Hintergrundabsorption folgende Teile aufweist: eine Hilf·« strahlungsquelle, welche Strahlung innerhalb eines die Resonanzwellenlänge der von der Primärstrahlungsquelle erzeugten Resonanzstrahlung enthaltenden, gegenüber der Bandbreite dieser Resonanzstrahlung der Primärlichtquelle breiten Vellenlängenbereichs erzeugt; eine zwischen den Strahlung«- quellen und dem Strahlungsdetektor angeordnete Vellenlängenwählvorrichtung zur Aussonderung eines die Resonanzwellenlänge der Primärstrahlungsquelle einschließenden schmalen Vellenlängenbandes; eine Vorrichtung, mittels welcher abwechselnd Impulse der von der Primärstrahlungsquelle gelieferten Resonanzstrahlung und der von der Hilfsstrahlungsquelle erzeugten Strahlung längs einem Bezugs- und eines Probenstrahlengang dem Strahlungsdetektor zugeführt werden; sowie mit dem elektrischen Ausgangssignal des Strahlungsdetektor beaufschlagte Schaltungemittel zur Erzeugung einer elektrischen Ausgangsgröße, die lediglich von der durch die freien Atome des zu analysierenden Elements herrührenden Absorption abhängt.

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Durch die Erfindung wird somit ein Atomabsorptions-Analysator geschaffen, der ein Maß für die Hintergrundabsorption liefert, so daß die als eigentliche Meßgröße inter« essierende, von den freien Atomen des zu analysierenden Elements herrührende Absorption genauer bestimmbar wird. Und zwar erfolgt dies nach dem Grundgedanken der Erfindung auf der Grundlage eines ZweistrahlVerfahrens, wobei sowohl eine Breitbandstrahlung wie auch die Resonanzfrequenzstrahlung längs beiden Strahlengängen gelenkt und die gesamte Strahlung in Kombination einem einzigen Detektor zugeführt wird und durch geeignete Signalverarbeitung ein lediglich dem Absorptionsvermögen der freien Atome des zu analysierenden Elements proportionales Signal abgeleitet wird.

Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die auf die Strahlungsdetektor-Ausgangsgröße ansprechenden Schaltungsmittel ein dem Auedruck (log PR - log PS) - (log AR - log AS) proportionales elektrisches Ausgangssignal erzeugen·

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Fig. 1 eine grafische Darstellung der relativen Intensität der Primär* und der Hilfsstrahlung am Detektor, in Abhängigkeit von der Bandbreite;

Fig. 2 ein Blockschema eines Atomabsorptions-Analysators gemäß der Erfindung;

Fig. 3 eine grafische Darstellung der Strahlungsenergie und der Detektorausgangesignale in dem Analysator gemäß Fig. 2.

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In Fig. 1 a 1st die 2138-X-Resonanzfrequenzlinie el« ner Zn-Hohlkathodenlampe dargestellt, wobei der Intensität der Hohlkathodenlampe bei dieser Frequenz auf einer relativen Intensitätsskala der Wert 100 zugeordnet ist· Es sei angenommen, daß, wie in Fig. 1 a veranschaulicht, die scheinbare oder Geeamtabsorption 0,5 Absorptionseinheiten (AE) betrage· Nimmt man jedoch an, daß die Hintergrundabsorption 0_tk AE zu der scheinbaren oder Gesamtabsorption beiträgt, so beträgt die tatsächliche Absorption der Probe, d.h. die Absorption durch die freien Zn-Atome in der Probe, nur 0,1 AE. Der relative Anteil der Hintergrundabsorption zur scheinbaren oder Gesamtabsorption ändert sich von Prob· zu Probe; das Verhältnis von 0,4 zu 0,1 AE ist hier nur zur Erläuterung gewählt·

Zur Vellenlängenaussonderung werden in Atomabsorptionsspektralphotometern üblicherweise Monochromatoren, und zwar sowohl Gitter- wie auch Prismen-Monochromatoren, verwendet· Es sei angenommen, daß der We11anlangen-Nennwert Aq des Monochromator auf die Zn-ResonanzIinie von 2138 Ä eingestellt ist; eine Untersuchung der Spaltfunktion des Monochromator β zeigt, daß dies· dreieckförmig verläuft» und daß die spektrale Spaltbreite (SSW) groß im Vergleich zur Bandbreite der 2138-X-Linie der Hohlkathodenlampe ist. Die voll ausgezogene Linie in Fig. 1 b gibt die Spaltfunktion einer kontinuierlichen Strahlungsquelle wider, d. h. einer Strahlungsquelle, die sämtlich· Wellenlängen im interessierenden Bereich emittiert, wobei angenommen ist, daß die Nenn-Wellenlänge des Monochromator auf 2138 A* eingestellt ist und die Intensität der Strahlungsquelle bei dieser Wellenläng· gleich der in Fig. 1 a veranschaulichten Intensität der Hohlkathodenlampe ist. Läßt man die von dieser kontinui«r-

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lichen Strahlungsquelle emittierte Strahlung durch die gleiche Probe wie in Fig. 1 a hindurchtreten, so erhält nan eine Spaltfunktion etwa gemäß der gestrichelten Linie in Fig. 1 b, da eine Hintergrundabsorption über die ge-» 8amte spektrale Spaltbreite hin erfolgt. Der kleine Einschnitt im Scheitel der durch die gestrichelte Linie in Fig« 1 b dargestellten Spaltfunktion rührt von der Absorption durch die freien Atome der Probe her, die nur inner* halb der sehr schmalen Bandbreite der Resonanzfrequenz auftritt. Die Spaltfunktion veranschaulicht auch die Frequenzverteilung der Strahlung am Strahlungsenergiedetektor· Indem man die Intensität einer kontinuierlichen Strahlungsquelle mißt, deren Bandbreite groß im Vergleich zu der Resonanzfrequenz ist und diese einschließt, und die sowohl einen Bezugs- wie auch einen Probenstrahlengang durchläuft, wird eine genauere Messung und Erfassung der Hintergrundabsorption möglich, wie nachfolgend noch im einzelnen beschrieben wird.

In Fig. 2 is$ ein Strahlungsenergie-Analysator veranschaulicht, der speziell für Zwecke der Atomabsorptions-Analyse angepaßt ist und erfindungsgemäß nach dem oben anhand der Figuren 1 a und 1 b erläuterten Prinzip mit einer automatischen Kompensation bezüglich der Hintergrundabsorption versehen ist. In diesem Analysator liefert eine Primäre trahlvings quelle 10 Strahlung mit der bzw. den Resonanzfrequenz (en) des zu analysierenden Elements· Als derartige Strahlungsquelle dient typischerweise eine elektrodenlose Entladungslampe, eine Hohlkathodenlampe mit einer Kathode aus dem zu analysierenden Element, oder, wie häufig angewandt, eine Mehre! einen tenlampe, deren Pri-när-Resonanzfre— quenz in der «reiter unten beschriebenen Weise durch eine

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Vellenlängen-Aussonderungevorrlchtung ausgewählt wird· Ein· Hllfsstrahlungsquelle 11 liefert eine kontinuierliche Strahlung wenigsten· innerhalb einer Bandbreite, die grofi Im Vergleich zur Bandbreite der Primärstrahlungsquelle ist und die jeweils verwendete Prlmär-Resonanewellenlänge einschließt· Als Hilfsstrahlungsquelle kann jede beliebige Breltbandetrahlungsquelle verwendet werden, wie beispielsweiae eine herkömmliche Glühlampe, eine Wasseretofflampe oder eine Hoch· druck-Xenon- oder Xenon-Queoksilber-Bogenlampe verwendet werden·

Zn Fig. 2 ist nur eine derartige Strahlungsquelle dar· gestellt ι ftweeknSfiig werden jedoch mehrere derartige Strahlungequellen vorgesehen, die kontinuierliche Strahlung Über «inen weiten Frequensberelch in verschiedenen Spektralberelohen erzeugen. Diese Strahlungequellen sind eur alternativen Terwendung vorgesehen, alt einem Spiegel oder einer anderweitige« 8trahlumlenkvorrichtung al· Strahlungawähler«

Im Strahlengang der Hllfsstrahlungsquelle 11 kamt «in· einstellbare Schwächungsvorrichtung wie beiepielswelse «in Kamm 12 vorgesehen «ein» um die von der Hilf »strahlung·«» quelle gelieferte Energie Im wesentlichen auf die von der Primlrstrahlungsquelle gelieferte Energie abgleichen su kennen· Zwar ist ein derartiger Abgleich für die Erfindung nicht wesentlich, da das Verhältnis der Hintergrundabsorption tür scheinbaren oder Gesamtabsorption von der Hilfestrahlungsquelle von deren Intensität unabhängig gleich istι jedooh 1st ein Energieabglelch avischen der Hilfestrahlungequelle und der Primär·trahlungsquelle allgemein erwünscht, um den Strahlungsdetektor und anderweitige elektronische

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Bauteile insgesamt innerhalb eines vertretbaren dynamischen Bereichs zu halten. Die von der Primär- und von der Hilfsstrahlungsquelle kommenden Strahlungen worden durch einen rotierenden Sektorspiegel 13» der in geeigneter Weise, beispielsweise mittels eines Motors i4, angetrieben ist, längs eines gemeinsamen Strahlengangs kombiniert. Aus diesem gemeinsamen Strahlengang wird die Strahlung durch einen Strahlenteiler längs einem Bezugsstrahlengang 17 mit festen Spiegeln 18 und 19 sowie längs einem Probenstrahlengang 21 mit festen Spiegeln 22 und 23 umgelenkt. Der Bezugs- und der Probenstrahlungsgang werden durch einen Strahlvereiniger 2k wiederum kombiniert und einer geeigneten Wellenlängen-Wählvorrichtung wie beispielsweise einem Monochromator 26 zugeleitet, der nur ein ausgewähltes Wellenlängenband am dem Detektor 27 durchläßt. In dem Probenatrahlungsgang ist ein· beliebige geeignete Vorrichtung zur Erzeugung eines Atomdampfes, der im Grundsustand befindliche freie Atome des su analysierenden Elements enthält, vorgesehen; üblicherweise besteht diese Vorrichtung aus einem Brenner 28, in dessen Flamme die su analysierende Probe eingeblasen wird.

Der Strahlenteiler 16 und der Strahlvereiniger Zk sind so ausgebildet und angeordnet, daß die beiden Strahlengänge innerhalb des gemeinsamen Strahlengangs räumlich zusammenfallen. Es kann eine beliebige Strahlmodulation vorgesehen werden) in Fig. 2 erfolgt eine Strahlmodulation mittels einer Reih· von öffnungen bzw. von Spiegelsektoren an dem rotierenden Sektorepiegel 13· Selbstverβtändlieh kenn·» gegebenenfalls durch andere räumlich· Anordnungen der Primär- und Hilfestrahlungslichtquelle und durch verschiedener Spiegel beide Strahlen an ver-

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spiegelten Sektoren des rotierenden Sektorspiegels reflektiert bzw. durch eine Reihe von öffnungen in dem Sektorspiegel durchgelassen werden.

Ein geeignetes Modulationescheina ist in Fig· 3 veranschaulicht; da das elektrische Auegangesignal des Detektor· wenigstens idealisiert proportional der Jeweiligen momentanen Intensität der auf den Detektor auftreffenden Strahlung ist, veranschaulicht Fig. 3 sowohl die Strahlung·· energie am Detektor wie auch da· elektrische Ausgangssignal des Detektors. Vie in Fig. 3 veranschaulicht, haben sowohl da· optische Signal wie auch das elektrische Ausgangssignal de· Detektor· (i) eine Komponente AR, die proportional der den Bezugsstrahlengang durchlaufenden Energie der Hilfastrahlungsquelle ist und keine Hintergrundabeorption enthält, (ii) eine Komponente AS, die proportional der Energie der Hilfestrahlungequelle entlang dem Proben·trahlengang let und gleich der Komponente AR abzüglich der Ge-•amtabsorption in dem Proben·trahlengang ist, d. h. abzüglich sowohl der Hintergrundabeorption wie auch der Ab* sorption durch die freien Atome, de· weiteren (iii) eine Komponente PR, die proportional der Energie der Resonanz* frequenz im Bezugsetrahlengang iat und keine Hintergrondabeorption enthält, aowie schließlich (iv) eine Komponente PS, die proportional der Reaonanzfrequenzenergie im Proben· trahlengang iet und gleich der Komponente PR abzttglloh der Geeamtabaorption im Probenstrahlengang, d. h. abzüglich sowohl der Hintergrundabsorption wie der Absorption duroh die freien Atome, iet.

Unter Bezugnahme auf Flg. 1 und die diesbezüglichen obigen Darlegungen und unter der Annahme, daß al· Vollen-

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längen-Wählvorrichtung ein auf die jeweils interessierende Resonanzfrequenz, beispielsweise 2138 £ eingestellter Monochroma tor vorgesehen ist, ist die Spaltfunktion durch die Darstellung in Figr. 1 b wiedergegeben. Die spektrale Spaltbreite ist selbstverständlich eine Funktion der (geometrischen) Spaltbreite, der Monochromator-Brennweite und der jeweiligen Veilenlängeneinsteilung Aq. In dem Bereich, in welchem die meisten Elemente Resonanzfrequenzen, wie sie Üblicherweise in Atomabsorptlonemessungen verwendet werden, aufweisen und für übliche Brennweiten von Monochromatoren und (geometrische) Spaltbreiten, wie sie für Zwecke der Atomabsorption üblicherweise verwendet werden, ist eine typische spektrale Spaltbreite etwa 7 A*· Das ist groß im Vergleich zu der Bandbreite von 0,3 A* der typischen Resonanzfrequenslinie der Primäretrahlungsquelle. Obwohl daher die AS-Komponente die gesamte Absorption, d. h. sowohl die Hintergrundabsorption wie auch die Absorption durch die freien Atome, umfaOt, ist die Absorption durch die freien Atom· so klein im Vergleich zur Hintergrundabsorption, daß sie demgegenüber vernachlässigbar ist, da die Hintergrundabsorption über das gesamte Frequenzprofil des Spalts auftritt, während die Absorption durch die freien Atome nur innerhalb der sehr schmalen Bandbreite der Resonanzfrequenslinie wirksam ist. Für die oben angegebenen Werte der spektralen Spaltbreite und des Resonanzfrequenzprofils wäre der theoretische maximale Fehler, selbst für eine hochkonzentrierte Absorptionsprobe, kleiner als 0,5 $, Daher kann für praktische Zwecke die Komponente AS gleich AR, d. h· der anfänglichen Intensität der Strahlungahilfsquelle, abzüglich nur der Hintergrundabsorption angesehen werden.

Da die AS- und AR-ßignale lediglich die Klntergrundabsorpticn betreffende Information enthalten und die PS- und

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PR-Signale Information enthalten» die ebenfalle in Beziehung rar Hintergrundabeorption steht, kann durch geeignete Si« gnalbearbeitungsschaltungen hieraus ein Signal abgeleitet werden« das nur auf die freie Absorption des Elements, d. h« die gewünschte Information, bezogen ist. Diese Signale können entweder zu Angaben als Durchlässigkeiten oder als Absorptionsvermögen verarbeitet werden; beide Größen stehen in Besiehung zur Absorption·

In Fig. 2 ist ein einfaches elektronisches System veranschaulicht, mit dem sieh ein nur von der Absorption der freien Atome des interessierenden Elements abhängiges Signal gewinnen läßt, wobei im gezeigten Beispiel als Ablesewert das Absorptionsvermögen der freien Atome dient. Das von dem Detektor 27 gelieferte elektrische Signal wird einem Demodulator 28 zugeführt, der synchron mit dem Strahlmodulator 13 betrieben wird und die elektrischen Signalkomponenten AB, AS, PR und PS getrennten Signalkanälen zuführt, deren jeder Jeweils logarithmische Verstärker 31, 32, 33 und 3k aufweist. Die Ausgangsgröße dieser Verstärker ist jeweils ein dem Logarithmus der Eingangsgröße proportionale· Signal. Werden daher die Ausgangsgrößen der logarithmic sehen Verstärker 31 und 32 dem Eingang eines Differenzverstärker 36 zugeführt, derart, daß dessen Ausgangsgröße log AR - log AS wird, so erhält man damit ein Signal, das lediglich eine Punktion des Hintergrund-Absorptionsvermögens 1st. Entsprechend werden die Ausgangsgrößen der Verstärker 33 und 34 einem zweiten Differenzverstärker 37 zugeführt, derart, daß dessen Ausgangsgröße gleich log PR lpg PS₉ d. h. dem Gesamtabsorptionβvermögen ist. Durch Subtraktion des von dem Verstärker 36 gelieferten Signals von dem vom Verstärker 37 gelieferten Signal in einem weiteren

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Differenzverstärker 38 erhält man eine resultierende Ausgangsgröße, die ausschließlich eine Funktion des Absorptionsvermögens der freien Atome, d. h. der gewünschten Größe, ist· Dieses Signal wird einer geeigneten Anzeigevorrichtung 39 wie beispielsweise einer Registriervorrichtung, einem Meßgerät oder einem Analog-Digital-Umsetzer zugeführt, der zur Anzeige des wahren Absorptionsvermögens oder zur direkten Anzeige der Konzentration geeicht sein kann*

Selbstverständlich können die gesonderten einzelnen logarithmlsehen Verstärker 31 bis 3h durch einen einzigen, zwischen dem Detektor 27 und dem Demodulator 28 vorgesehenen logarithmischen Verstärker ersetzt werden oder auch vollständig in Portfall kommen, falls anstelle der Differenzverstärker 36 und 37 verhältnisbildende logarithmische Verstärker verwendet werden. Aufgrund der bekannten Beziehung zwischen Absorptionsvermögen, Durchlässigkeit und Absorption kann ferner die Anzeige mit Hilfe geeigneter Signalbearbeitungeschaltungen in jeder der vorstehend erwähnten Größen erfolgen· Als Vorrichtung zur Wellenlängenaus β onderung wurde im beschriebenen Ausführungsbeispiel ein Monochromator zugrundegelegt; jedoch kann statt dessen jede anderweitige geeignete Vorrichtung zur Aussonderung eines die Resonanzfrequenz enthaltenden Strah« lungttwellenlängenbereiehs verwendet werden, der groß im Vergleich zur Resonanzfrequenzbandbreite ist· Ein schmales Bandpaßfilter 1st ein Beispiel einer derartigen alternativen Möglichkeit·

Vorstehend wurde ein speziell für Atomabsorptions-Analysezwecke angepaßter Strahlungsenergie-Analysator mit

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automatischer Kompensation bezüglich der Hintergrundabsorption beschrieben und erläutert. Selbstverständlich kann das beschriebene spezielle Ausführungsbeispiel in mannigfacher Hinsicht abgewandelt werden, ohne daß hier» durch der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

Patentansprüche * BAD ORIGINAL

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Claims

Patentansprttehe

1. ) Strahlungsenergie-Analysator für Atoraabsorptions-Analyse, bei welcher eine auf ihren Gehalt an einem be» at!amten Element zu analysierende Probe mit von einer Prlaarstrahlungsquelle gelieferter Resonanzstrahlung des zu analysierenden Elements durchstrahlt und diese Strahlung einen Strahlungsenergiedetektor zugeführt wird, der ein der jeweiligen auffallenden Strahlungsintensität proportionales elektrisches Ausgangssignal erzeugt, dadurch gekennzeichnet ₍ daß der Analysator zur Kompensation bezüglich Hintergrund« absorption folgende Teile aufweist: eine HiIfsstrahlungsquelle (11), welche Strahlung innerhalb eines die Reοonanzwellenlänge der von der Primäretrafclungsquelle (lO) erzeugten Resonanzstrahlung enthaltenden, gegenüber dor Bandbreite dieser Resonanzstrahlung des· Primärlichtquelle breiten VellenlSngenbereichs erzeugt; eine zwi« sehen den Strahlungsquellen (1O, 11) und dem Strahlungsdetektor (27) angeordnete Wellenlängsn-wShlvorrichtung (26) zur Aussonderung eines die Resonanzwellenlänge der PrlBarstrahlungsquelle einschließenden schmalen WellanlMngenbandes; eine Vorrichtung (I3_t "J ^i} » mittels welcher abwechselnd Impulse der von dt··:.- Primär strahlungsquelle (10) gelieferten Resonanzstrahlung und der von der Hilfsstrahlungsquelle (ii) erzeugten Strahlung längs einem Bezugs- und einem Probenstrahlengang (i7 bzw. 21) dem Strahlungsdetektor (27) zugeführt werden; sowie alt dem elektrischen Ausgang»signal des Strahlungsdetektor (27) beaufschlagte Schaltimgsmittel (29, 31 - 3**, 36 - 39) zur Erzeugung einer elektrischen Aus«

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gangsgröße, <ji· lediglich von der durch di· freien Atome dee su analysierenden Elements herrühi*enden Absorption abhängt.

2. Strahlungsenergie-Analysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsgröße des Strahlungsdetektors (27) eine der Intensität der Hilfsstrahlung entlang dem Bezugsstrahlengang (i7) proportionale erste Komponente AR, eine der Intensität der Hilfsstrahlung entlang dem Probenstrahlengang (21) proportionale zweite Komponente AS, eine der von der Primärstrahlungsquelle erzeugten Resonanzstrahlung entlang dem Bozugsstrahlengang (17) proportionale dritte Komponente PR₁ sowie eine der von der PrimäretrahlungsquelIe erzeugten Resonanzstrahlung entlang dem Probenstrahlengang (21) proportionale vierte Komponente PS aufweist, und daß die auf die Detektor-Ausgangsgröße ansprechenden Schaltmittel folgende Teile umfassen: erste Schaltmittel (31, 32, 36), welche auf die erste (AR) und die zweite (AS) Komponente des Detektor-Ausgangesignalβ ansprechen und in Abhängigkeit hiervon ein die Hintergrundabsorption im Probens tr ahlengang (21) im Resonanzwellenlängenbereich wiedergebendes erstes elektrisches Signal erzeugen} zweite Schaltmittel (33» 3**, 37), welche auf die dritte (PR) und vierte (PS) Komponente der Detektor-Ausgangsgröße ansprechen und in Abhängigkeit hiervon ein die Gesamtabsorption im Probenstrahlengang (21) bei der Resonanzwellenlänge wiedergebendes zweites elektrische· Signal erzeugen; sowie mit den ersten und zweiten elektrischen Schaltmittel verbundene dritte elektrische Schaltmittel (38, 39) zur Erzeugung des ausschließlich die auf de? Absorption der freien Atome des zu anaIy-

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eierenden Elemente im Probenstrahlengang beruhende Absorption wiedergebenden elektrischen Ausgangssignals·

3. Strahlungeenergie-Analysator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Strahlungsdetektor- Ausgangsgröße ansprechenden Schaltungsmittel (31 bie 34, 36 bis 39) ein·dem Ausdruck (log PR - log PS) (log AR - log AS) proportionales elektrisches Ausgange» signal erzeugen.

4. Strahlungsenergie-Analysator nach Anspruch 2 oder 3t dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Strahlungsdetektor-Ausgangsgröße ansprechenden Schaltmittel logarithm! β ehe Verstärker (31 - 34) zur Erzeugung logarithai scher Funktionen der Komponenten (AR, AS, PR, PS) der Strahlungsdetektor·-Ausgangsgröße sowie Subtraktionaschaltungen (36, 37) zur Bildung der Differenz zwischen der ersten und der zweiten Komponente sowie zur Bildung der Differenz zwischen der dritten und der vierten Komponente der Strahlungsdetektor-Ausgangsgröße aufweisen.

5· Strahlungsenergie-Analysator nach Anspruch Z oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Strahlungsdetektor-Ausgangsgröße ansprechenden Schaltmittel logaxithaiβehe Differenzverstärker aufweisen.

6. Strahlungsenergie-Analysator nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 2 - 5· dadurch gekennzeichaet, daß die auf die Ausgangsgröße des Strahlungsdetektors (27) ansprechenden Schaltmittel einen Demodulator (29) zur gesonderten Gewinnung der Komponenten (AR, AS,

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PR, PS) der Strahlungsdetektorausgangsgröße aufweist«,

7. Strahlungsenergie-Analysator nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen zur Strahlengangsführung eine Strahlmoduliervorrichtung (13» 1^) mittels welcher Impulse der von der Hilfsstrahlungsquelle erzeugten Strahlung und der von der Primärstrahlungsquelle erzeugten Resonanzstrahlung abwechselnd l&ngs Bezugs- und Probenstrahl engängen (17 bzw. 21) gelenkt werden, sowie eine Strahlvereinigungs-Vorrichtung (24) aufweisen, mittels welcher von dem Bezugs- bzw. von dem Probenstrahlengang kommende Strahlung entlang einem gemeinsamen Strahlengang dem Strahlungsdetektor (27) zugeführt wird.

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