DE19518599A1 - Empfängersystem für eine Echelle-Spektrometeranodnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Empfängersystem für eine Echelle- Spektrometeranordnung, wobei Lichtleiter zur Übertragung des Lichtes von Spektrallinien von der Fokalfläche der Echelle-Spektrometeranordnung zu einem Empfängersystem vorgesehen sind und jeweils einem Empfänger mehrere Lichtleiter zugeordnet sind.

Bei einer Gruppe von Emissionsspektrometern, den Sequenzgeräten (Czerny-Turner-Anordnungen; "Intr. to ind.coup.Plasma Atomic Emission Spectrometry", Elsevier 1989, S. 110) wird im allgemeinen das Gitter gedreht und damit das Spektrum vor den Empfängern vorbeibewegt. Es werden meist zwei Photomultiplier als Empfänger benutzt, die entsprechend den zu detektierenden Wellenlängen abwechselnd eingeschwenkt werden. (VARIAN, Liberty 100/200, Publ.No.85 10097000).

Dieses Prinzip erfordert zwar wenige Empfänger, aber lange Meßzeiten, da pro Meßzeiteinheit nur ein Spektralelement meßbar ist. Allerdings erlauben es diese Spektrometer, alle interessierenden Spektrallinien zu erfassen. Die zwei verwendeten Photomultiplier stellen noch keine ideale Anpassung an die Wellenlängen dar, jedoch erhöht eine Erhöhung der Empfängerzahl den Gerätepreis, ohne die Geschwindigkeit zu erhöhen. Weiterhin würde auch eine größere Anzahl von PMT dem Sequenzgerät nicht den Betrieb mit "inneren Standard" erlauben, bei dem ein Empfänger auf einer festen Wellenlänge stehenbleibt und der Meßwert dieses Empfängers mit den Meßwerten der anderen Empfänger, die die Wellenlängen wechseln, ins Verhältnis gesetzt wird.

Aus dem Patent DD 2 17 626 sowie dem Simultanspektrometer PQ 110 der Anmelderin ist es bekannt, in einem Echellesystem interessierenden Spektrallinien über Spalte in der Fokalfläche des Echellesystems Lichtleitfasern zuzuordnen,wobei jeweils mehrere Fasern über Stellmittel, beispielsweise ein verschiebbares Schlittensystem, jeweils einem Empfänger zugeordnet werden.

Zwischen den Empfängern und der Lichtleiterhalterung ist jeweils eine feststehende Lochblende angeordnet und die Fasern werden an dieser Blende schrittweise vorbeibewegt.

Derartige Simultanspektrometer haben den Vorteil der gleichzeitigen Messung mehrerer Spektrallinien und damit der Verkürzung der Gesamtmeßzeit sowie der Anwendung des inneren Standards.

Allerdings besteht das Problem, daß eine Vielzahl von Empfängern vorgesehen sein muß , die jeweils bezüglich ihrer spektralen Empfindlichkeit an den jeweiligen Wellenlängenbereich angepaßt sind, was sich nachteilig auf den Gerätepreis auswirkt.

Das trifft auch auf Anordnungen gemäß EP-A-316802 zu, die eine zweidimensionale Matrixanordnung lichtempfindlicher Pixel an den Orten der interessierenden Spektrallinien mit jeweils zugeordneten elektronischen Bauteilen beschreibt.

Die Alternative bestünde im Einsatz von Weitbereichsempfängern über den gesamten Spektralbereich, was aber einen Verlust an Meßempfindlichkeit bedeuten würde.

Es soll daher ein Empfangssystem geschaffen werden, das eine hohe Meßempfindlichkeit für den gesamten Spektralbereich und eine Vielzahl interessierender Spektrallinien ermöglicht, eine Analyse mit "innerem Standard" gewährleistet, aber dennoch aufwands- und kostenmäßig mit den beschriebenen Sequenzgeräten vergleichbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des ersten und achten Anspruchs gelöst.

Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Aufgrund der drei, vorzugsweise vier Kanäle wird es ermöglicht, über den gesamten Spektralbereich mit angepaßtem Empfänger zu arbeiten, die Methode des inneren Standards mit bis zu drei Bezugslinien zu realisieren und eine Rauschunterdrückung über die Kanalkorrektion durchzuführen.

Erfindungsgemäß sind jeweils mehrere Lichtleitfasern dabei so vor den Empfängern, vorzugsweise PMT-s angeordnet, daß ihre Austrittsachsen annähernd auf einen gemeinsamen Punkt gerichtet sind, wobei dieser Punkt in der Nähe oder auf der Photokatode des PMT liegt, wodurch örtliche Schwankungen der Empfindlichkeit auf der Photokatode, die die Messung sonst beeinflussen, elimimiert werden.

Eine Sektorblende gewährleistet, daß jeweils nur das Licht vorzugsweise einer ausgewählten Faser auf den Empfänger trifft. Durch Verschiebung der Blende oder der Faseranordnung wird die Zuordnung der Einzelfasern zu den Empfängern gesteuert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Darstellungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 Die Zuordnung einiger ausgewählter Spektrallinien zu den Empfängern

Fig. 2 Die Anordnung der Lichtleitfasern vor den Empfängern.

In Fig. 1 ist ein hinter einer nicht dargestellten Fokalebene einer Spektrometeranordnung mit Echelle-Polychromator angeordneter Faserblock 1 dargestellt, der über Lichtleitfasern 2 mit einem Empfängerblock 3 verbunden ist, der hier aus vier Empfängern 4 besteht, die, wie dargestellt linear ,aber auch quadratisch angeordnet sein können. Vor jedem Empfänger ist eine Faseraufnahme 5 mit Bohrungen für die einzelnen mit je einem Faserstecker 6 versehenen Fasern 1 angeordnet.

Fig. 2 zeigt die mit Fasersteckern 6 versehenen Fasern 1, die in die festen Faseraufnahmen 5 gesteckt sind. Die Faseraufnahme 5 enthält Bohrungen, durch die das Licht in Richtung der Empfänger 4 gelangt. Diese Bohrungen sind, wie dargestellt, so ausgebildet, daß sich die verlängerten Lichtaustrittsachsen der Lichtleiter in einem Punkt in der Nähe oder auf der Empfängerfläche schneiden, wodurch das Austrittslicht der einzelnen Fasen mit gleicher Empfindlichkeit gemessen werden kann.

Zwischen der Faseraufnahme 5 und dem Empfänger 4 ist eine drehbare Blende 7 vorgesehen, die von einem Antrieb 8 bewegt wird und eine Bohrung 9 enthält, so daß das Licht von vorzugsweise nur einer Faser auf den Empfänger (PMT) gelangt. Die Blende kann aber auch so gestaltet sein, daß das Licht von mehr als einer Faser auf den jeweiligen PMT gelangt. Dabei können die Fasern auch auf zwei Kreisbögen angeordnet sein.

Die Erfindung ist jedoch nicht an die beschriebene Ausführungsform gebunden. Insbesondere können auch die Lichtleiter 2 mit ihren Aufnahmen 5 drehbar angeordnet sein und die Blende 7 bleibt fest oder es sind sowohl die Blende 7 als auch die Aufnahme 5 dreh- oder verschiebbar angeordnet. Eine vorteilhafte Ausführung besteht in einer Anordnung aus drei Empfängern, denen wie oben beschrieben, die Lichtleitfasern zugeordnet sind, mit folgenden Charakteristiken:

Empfänger 1: Rauscharmer PMT für den unteren UV-Bereich von etwa 160-300 nm zur Erfassung der Spektrallinien in der Nähe der Nachweisgrenze, vorzugsweise ein solar-blind-PMT
Empfänger 2: Weitbereichs-PMT (ca. 190-650 nm) zur Messung von Spektrallinien mit mittleren Anforderungen an das Nachweisvermögen
Empfänger 3: Rotempfindlicher PMT für den Spektralbereich bis mindestens 800 nm
sowie besonders vorteilhaft einem
Empfänger 4: Weitbereichs-PMT mit niedrigem Rauschpegel, der simultan zu den Empfängern 1-3 arbeitet und bei interner Standardisierung und bei Unterdrückung nichtkorrelierender Rauschkomponenten Verwendung findet.

Claims (10)

1. Empfängersystem für eine Echelle-Spektrometeranordnung, wobei Lichtleiter zur Übertragung des Lichtes von Spektrallinien von der Fokalfläche der Echelleanordnung zu einer Empfängeranordnung vorgesehen sind und jeweils einem Empfänger mehrere Lichtleiter zugeordnet sind, bestehend aus mindestens drei Empfängern, die für zumindest teilweise unterschiedliche Wellenlängenbereiche ausgelegt sind sowie einer Anordnung der jeweils einem Empfänger zugeordneten Lichtleiter so, daß sich ihre ausgangsseitigen Verlängerungen in einem Punkt auf- oder in der Nähe der Empfängerfläche schneiden.

2. Empfängersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiter in einer Aufnahme vor dem Empfänger auf einen gemeinsamen Schnittpunkt ihrer Verlängerung ausgerichtet sind.

3. Empfängersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiter konzentrisch in der Aufnahme ausgerichtet sind.

4. Empfängersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiter in der Aufnahme lösbar, vorzugsweise steckbar angeordnet sind.

5. Empfängersystem nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiter sich zwischen der Aufnahme und dem Empfänger eine Blende befindet, die jeweils nur für einen Teil der Lichtleiter den Lichtweg zum Empfänger frei gibt.

6. Empfängersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Freigabe des Lichtweges Aufnahme und Blende gegeneinander verschiebbar sind.

7. Empfängersystem nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine bezüglich der Aufnahme verdreh- oder verschiebbare Blende.

8. Empfängersystem für eine Echelle-Spektrometeranordnung, wobei Lichtleiter zur Übertragung des Lichtes von Spektrallinien von der Fokalfläche der Echelleanordnung zu einer Empfängeranordnung vorgesehen sind und jeweils einem Empfänger mehrere Lichtleiter zugeordnet sind, bestehend aus mindestens drei Empfängern, die für zumindest teilweise unterschiedliche Wellenlängenbereiche folgendermaßen ausgelegt sind:

Empfänger 1: Rauscharmer PMT für den unteren UV-Bereich von etwa 160-300 nm zur Erfassung der Spektrallinien in der Nähe der Nachweisgrenze Empfänger 2: Weitbereichs-PMT (ca. 190-650 nm) zur Messung von Spektrallinien mit mittleren Anforderungen an das Nachweisvermögen
Empfänger 3: Rotempfindlicher PMT für den Spektralbereich bis mindestens 800 nm

9. Empfängersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Empfänger 4 als Weitbereichs-PMT vorwiegend zur internen Standardisierung und Rauschunterdrückung vorgesehen ist.