Einrichtung zur Spektralanalyse Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Spektral analyse durch Messung der atomaren Absorption, mit einer Strahlungsquelle, einem Strahlungssensor und einer Brennvorrichtung zur Erzeugung einer Flamme im opti schen Weg zwischen der Strahlungsquelle und dem Strahlungssensor, wobei die Brennvorrichtung je eine Leitung für Brennstoff und Oxydationsmittel sowie An- schlussmittel zum Verbinden dieser Leitungen mit Quel len für Brennstoff bzw. Oxydationsmittel umfasst, mit einer an den beiden Leitungen angeschlossenen Misch kammer und einem daran befestigten Brennerkopf, wel cher die Anordnung der Flamme relativ zum optischen Weg bestimmt.
Es sind bereits Einrichtungen für die Spektralanalyse durch Messung der Absorption einer Flamme, die ange regte Atome der zu bestimmenden Substanz enthält, bekannt geworden; die Flamme wird dabei durch eine besonders konstruierte Brennereinrichtung erzeugt.
Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer solchen Einrichtung, die eine grössere Genauigkeit in der Zün dung und Regulierung der Flamme und damit eine bessere Stabilität der Brennereinrichtung als die bekann ten Einrichtungen aufweist und die insbesondere Korrek turen für die Fehler vorsieht, die sich aus Änderungen in der räumlichen Struktur der Flamme und Änderungen der Bestandteile der Flamme ergeben, und die sich leicht handhaben und bedienen lässt.
Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Spektralana lyse ist dadurch gekennzeichnet, dass je eine als Blende zur Strömungsregulierung dienende feste, kreisförmige Öffnung in den beiden Leitungen, zwischen und mit Abstand von den Anschlussmitteln und der Mischkam mer angeordnet sind, und dass in den beiden Leitungen zwischen den Öffnungen und den Anschlussmitteln je eine Regelvorrichtung vorgesehen ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungs gemässen Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich folgende Teile vorgesehen sind; eine zweite Strahlungsquelle, wobei beide Strahlungsquellen als Hohlkathodenröhren ausgebildet sind; drei weitere Strah- lungssensoren, die zusammen mit dem ersten Sensor paarweise je einer der Strahlungsquellen zugeordnet sind; eine optische Vorrichtung, die bewirkt, dass Strah lung aus jeder der Strahlungsquellen auf einem ersten Weg durch die Flamme zu einem Sensor des zugehöri gen Paares und auf einem zweiten Weg ausserhalb der Flamme zum zweiten Sensor des Paares geführt wird;
für jedes Paar Sensoren eine elektronische Schaltungs- anordnung, welche für jeden Sensor des Paares einen an diesen angeschlossenen logarithmischen Verstärker, der als Ausgangssignal den Logarithmus des Sensorsignals I bzw. I, bildet, eine an die beiden logarithmischen Ver stärker angeschlossene Summationsschaltung, welche log(I/Io) bzw. log(Io/I) bildet, und eine Anzeigevorrich tung für das letztere Signal aufweist; sowie Mittel, um das Signal log(I/Io) bzw. log(Io/I) der einen Schaltungs anordnung der Anzeigevorrichtung der andern Schal tungsanordnung zuzuführen, um Änderungen des Zu standes der Flamme zu kompensieren.
Mit dieser Ausführungsform ist es möglich, die Flamme mittels Einführung einer Eichsubstanz in die Brennstoffmischung zu überwachen, und weiter kann die Anzeige der Einrichtung linearisiert werden, so dass sie dem Lambert-Beerschen Gesetz entspricht.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Ein richtung der Erfindung anhand der Zeichnungen erläu tert.
Fig. 1 zeigt die optische Anordnung des Ausfüh rungsbeispiels mit der Flamme in stark schematisierter Darstellung; Fig. 2 eine Frontansicht auf das Gehäuse einer Bedie nungsvorrichtung des Ausführungsbeispiels mit Einstell elementen; Fig. 3 im Blockschaltbild eine Vorrichtung zur Über- Im der Flamme; Fig. 4 in schematischer Darstellung eine Brennerein- richtung mit Zündvorrichtung;
Fig. 5A und 511 Schaubilder, welche die mit der beschriebenen Ausführungsform der Einrichtung mit Düsenöffnungen im Gasstrom erzielbare zeitliche Stabili tät erkennen lassen; Fig. 6 ein stark vereinfachtes Blockschaltbild eines der elektronischen Kanäle des Ausführungsbeispiels; Fig. 7 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Linearisierung der Anzeige der Einrichtung; Fig. 8 ein Schaltbild der elektronischen Einrichtung des Ausführungsbeispiels; Fig. 9 in graphischer Darstellung das Verhalten der Einrichtung des Ausführungsbeispiels in der Anwärmpe riode nach dem Einschalten;
Fig. 10 und 11 zeigen die Abhängigkeit der Ansprech empfindlichkeit der Einrichtung des Ausführungsbei spiels vom Verhältnis Luft-Brennstoff und Fig. 12 eine graphische Darstellung der relativen Sta bilität der Einrichtung bei Verwendung einer Eichsub- stanz.
In der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung ist die durch einen Brenner erzeugte Flamme mit 10 bezeichnet. Es sind zwei Strahlungsquellen 12 und 14, im vorliegenden Beispiel Hohlkathodenröhren der für Instrumente mit atomarer Absorption üblichen Art, vorgesehen. Jede Hohlkathodenröhre erzeugt ein Linienspektrum, in dem eine bestimmte Wellenlänge vorhanden sein muss, die auch die zu analysierende Substanz in der Flamme des Brenners emittiert und damit absorbiert. So kann die Hohlkathodenröhre 12 unter anderem eine bestimmte Calciumlinie und die Hohlkathodenröhre 12 unter ande rem eine bestimmte Strontiumlinie aussenden.
Die Einrichtung enthält zusätzlich als Strahlungssen sor 20 einen Photomultiplier, dem ein 3-Meter-Ebert- Monochromator 22 zugeordnet ist, ferner als Strahlungs sensoren 24, 26 und 28 Photodioden. Vor der Photodiode 24 ist ein Filter 30 angeordnet, welches nur die für die Messung benötigte, bestimmte Wellenlänge aus dem Spektrum der Röhre 14 durchlässt. Ein gleiches Filter 32 ist vor der Photodiode 26 angeordnet; ein vor der Photodiode 28 angeordnetes Filter 34 lässt nur Strahlung einer bestimmten von der Röhre 12 erzeugten Wellenlän ge durch.
Der von der Röhre 12 erzeugte Strahl 40 fällt durch einen Strahlenteiler 42 aus Quarz und wird durch die sphärische Quarzlinse 44, die für die D-Linie des Na triums eine Brennweite von 64 mm hat, zwecks Durch gang durch die Flamme 10 des Brenners so fokussiert, dass das Bild der Blende der Röhre 12 im Mittelpunkt 46 der Flamme abgebildet wird. Bei dieser Ausführungs form befindet sich die Blende der Röhre 12 im Abstand <B>160</B> mm von der Linse 44, und das Bild bei 46 hat einen Abstand von 90 mm von der Linse 44. Eine zweite Linse 48. die der Linse 44 gleich ist, fokussiert den Lichtstrahl nach Durchgang durch die Flamme so, dass er durch den Strahlenteiler geht und auf den Spalt 50 des Monochro- mators 22 abgebildet wird.
Im Monochromator wird der Lichtstrahl durch einen Spiegel 52 auf ein optisches Gitter 54 reflektiert und von diesem weiter auf einen Spiegel 56 und durch die Austrittsblende 58 auf den Photomultiplier 20 reflektiert.
Der Strahlenteiler 42 reflektiert einen Teil des Strahls 40 durch eine sphärische Quarzlinse von 50 mm Brenn weite hindurch auf eine Strahlenteilerplatte 62, von wo er durch das Filter 34 auf die Photodiode 28 gelenkt wird. Dieser optische Weg, der die Flamme umgeht, dient zur Überwachung der Röhre 12 unabhängig von der Flam me.
Der Strahl 70 aus der Röhre 14 geht durch den Strahlenteiler 42 und fällt nach Fokussierung durch die Linse 60 durch den Strahlenteiler 62 durch das Filter auf die Photodiode 26; dieser optische Weg hat dieselben optischen Eigenschaften wie der zur Photodiode 28 gehörende optische Weg. Ein Teil des Strahls 70 wird durch den Strahlenteiler 42 auf die Linse 44 gelenkt, die im Punkt 46 in der Flamme 10 ein Bild der Blende der Röhre 14 erzeugt, und wird nach Durchgang durch die Linse 48 am Strahlenteiler 49 durch das Filter 30 hindurch auf die Photodiode 24 gelenkt.
In der Frontansicht der Fig. 2 ist hinter einer Mittel platte eine schematisch dargestellte Brenneinrichtung (Fig. 4) mit einem Brenner 80 und einer Mischkammer 82 vorgesehen, in welche die zu analysierende Probe einge saugt wird. Über die Mittelplatte ragt nach oben ein Abzugskanal 84 für die Verbrennungsprodukte der Flamme. Im oberen Teil der linken Platte befinden sich ein Netzschalter 90, ein Schalter 92 für die Röhren, ein Schalter 94 für die Zufuhr des Oxydationsmittels und ein Flammenschalter 96. Im unteren Teil der linken Platte sind ein Einstellknopf 98 und eine Anzeigeskala 100 für das Brennstoffsystem, ein entsprechender Einstellknopf 102 und eine Skala 104 für die Zufuhr des Oxydations mittels angeordnet. Bei diesem Instrument wird als Brennstoff Azetylen C2H2 und als Oxydationsmittel Luft oder Stickoxydul N2O verwendet.
Auf der rechten Platte befindet sich im oberen Teil ein Einstellknopf 110, der die Breite des Eintrittsspaltes 50 und des Austrittsspaltes 58 des Monochromators 22 regelt. Der Einstellknopf 112 regelt die Einstellung des Gitters 54, und das Anzeigeinstrument 114 zeigt die Wellenlänge der Gittereinstellung. Das Anzeigeinstru ment 116 zeigt das Ausgangssignal des Multipliers 20 (Kanal A) und das Anzeigeinstrument 118 das Ausgangs signal der Photodiode 24 (Kanal B) an. Jedem Anzeige kanal ist ein Nullpunktseinstellknopf 120 und Eichknopf 122 zugeordnet. Zusätzlich ist ein automatischer Null punkts-Druckschalter 123 zum automatischen Einstellen des Nullpunkts der Einrichtung beim Einsaugen einer. bekannten Standardsubstanz oder Leerprobe vorgese hen.
Im unteren Teil der rechten Platte sind ein Ablese- Halteschalter 124, ein Kanalwählschalter 126 mit drei Einstellungen (A, B; A; A/B) und ein Zeitkonstantenein stellknopf 128 angebracht. Zusätzlich sind zwei Messin- strumente für die Anzeige des den Hohlkathodenröhren der Kanäle A und B zugeführten Stroms bei Einstellung durch die Einstellknöpfe 134 vorgesehen.
Weitere Mess- instrumente sind das Messinstrument 140 für den Aus gangsstrom des Photomultipliers und das Messinstrument 142 für den Ausgangsstrom der Photodiode 28 (Kanal A), das Messinstrument 144 für den Strom der Photodi ode 24 und das Messinstrument 146 für den Strom der Photodiode 26 (Kanal B), und endlich das Messinstru- ment 148, welches den Referenzstrom, welcher der Intensität h entspricht, im Kanal B anzeigt.
Direkt unter jedem der Messinstrumente 140, 142, 144 und 146 befindet sich je ein Regelknopf<B>150,</B> mit welchem die Verstärkung des an den zugehörigen Photosensor ange schlossenen Kreises geregelt werden kann.
Andere Einstellvorrichtungen sind für jeden Kanal ein Bereichseinstellknopf 152, für jeden Kanal ein Kur venkorrekturknopf 154, und ein Testpunkteinstellknopf <B>156</B> zur Einstellung je eines aus einer Anzahl von Testpunkten in jedem Kanal, wobei die ausgewählten Testpunkte durch eine Steckbuchse, die auf jeden der Kanalstecker 158 aufgeschoben werden kann, miteinan der verbunden werden können. Die in Fig. 3 im Blockschaltbild dargestellte Flam menüberwachungsvorrichtung ermöglicht in dieser Aus führungsform die Wahl von Luft über die Leitung<B>160</B> oder von Stickoxydul über die Leitung 162 als Oxyda tionsmittel und von Azetylen über die Leitung 164 als Brennstoff. Jede Leitung enthält ein Sicherheitsventil 166 und ein elektromagnetisch gesteuertes Ventil 168.
Das Sicherheitsventil verhindert den Durchfluss und unter drückt dadurch die Flamme, wenn der Druck in einer der Leitungen zu niedrig ist. Ein weiteres Sicherheitsventil 170 spricht auf eine besondere Brennereinstellung an; wenn das Oxydationsmittel Stickoxydul ist, wird das Sicherheitsventil 170 nur dann betätigt, wenn sich der richtige Brenner in der richtigen Stellung auf der Kammer 82 befindet. Ein Ansaugrohr 172 ist mit der Leitung 174 für das Oxydationsmittel verbunden. Regelvorrichtungen 176 in der Leitung 174 für das Oxydationsmittel und in der Leitung 167 für den Brennstoff regeln den Druck des durch eine kreisförmige Öffnung 178 in jeder Leitung zum Brenner 80 fliessenden Gases; die Öffnung für das Oxydationsmittel hat einen Durchmesser von 0,8 mm und die Öffnung für den Brennstoff einen Durchmesser von 0,6 mm.
Eine Leitung<B>182</B> für die Zündflamme, die mit einem Elektromagnetventil 180 versehen ist, führt Brenn stoff in die Nähe des Brenners 80, der dort durch einen Funkenzünder 184 gezündet wird. Der Flammendetektor 186 dient zur Überwachung der Flamme; die Brennstoff zufuhr wird selbsttätig unterbrochen, wenn während einer vorbestimmten Zeitspanne keine Flamme vorhan den ist.
In Fig. 4 ist die Brenneinrichtung schematisch im Längsschnitt dargestellt. Sie enthält eine Mischkammer 82, auf welcher der Brenner 80 montiert ist. An die Mischkammer 82 sind die Leitung 190 für Brennstoff, die Leitung 192 für Oxydationsmittel und das Ansaugrohr 172 angeschlossen. Am oberen Ende der Mischkammer ist eine Sprengmembran 194 angebracht, die bei Entste hen eines zu grossen Drucks in der Mischkammer zerspringt. Über dem Brenner 80 befindet sich eine Zünd- Brennstoffleitung 182 und ein selbsttätiger Funkenzünder 184. Dieser erzeugt beim Drücken des Knopfs 96 wieder holte Funken für die Leitung 182, durch welche das durch die Leitung 182 fliessende Gemisch entzündet wird; dadurch wird wieder die durch den Brenner 80 fliessende Brennstoffmischung gezündet.
Wenn nach zwölf Sekunden keine Flamme entstanden ist, wird die Zündung selbsttätig abgestellt und die Einrichtung kehrt in die gesperrte Sicherheitsstellung zurück.
In Fig. 5B ist die Verbesserung der zeitlichen Stabili tät dargestellt, die sich in der durch die Öffnungen 178 erzielten Arbeitsweise der Einrichtung ergibt, und zwar im Vergleich zu Fig. 5A für eine Einrichtung mit Nadel ventilen. Bei der in Fig. 5A dargestellten Messkurve mit Regelung des Gasstroms durch Nadelventile wurde eine Probe einer wässrigen Calciumlösung einer Konzentra tion von 4 Teilen pro Million angesaugt und die Einrich tung so eingestellt, dass die Absorption A nahezu 350/o war; dabei entstand ein Ausgangssignal 196. Bei gleicher Konzentration und Absorption, jedoch bei Verwendung von Öffnungen 178 in den Leitungen wurde gemäss Fig. 5B ein Ausgangssignal 198 erzeugt.
Im Blockschaltbild der Fig. 6 ist in vereinfachter Form der erste elektronische Kanal A zusammen mit anderen Teilen der Einrichtung dargestellt. Ein Zeitim pulsgeber 200 liefert Rechteckimpulse, welche die Strah lung der Röhre 12 modulieren. Die Strahlung dieser Röhre wird durch eine Referenz-Photodiode 28 und einen Photomultiplier 20 überwacht. Die Wechselstrom- Ausgangssignale dieser Sensoren werden durch Verstär ker 202 verstärkt und durch Demodulatoren 204 syn chron demoduliert.
Die von den Demodulatoren gelieferten Gleich stromsignale werden durch die Verstärker 206, die eine logarithmische Kennlinie haben, umgeformt und in der Subtraktionsschaltung 208 addiert, wodurch die Diffe renz log(I/Io) oder log(Io/I) gebildet wird. Das von der Subtraktionsschaltung 208 gelieferte Signal wird dem Servoverstärker 210 zugeführt, der den Servomotor 212 betätigt, wodurch das Potentiometer 214 so eingestellt wird, dass ein das Verhältnis 1/I" darstellendes Aus gangssignal vom Messinstrument<B>116</B> angezeigt wird. Über die Leitung 222 wird nach Massgabe der Einstel lung des Knopfes 128 eine selbsttätige Nulleinstellung des Messinstruments bewirkt.
Der Kanal enthält ebenfalls eine Kompensations schaltung 220, die der Linearisierung der Anzeige ge- mäss dem Lambert-Beerschen Gesetz dient. Dabei wird dem einen der logarithmischen Verstärker 206 eine Kom pensationsspannung -kIo zugeführt, um den spektralen Anteil Ir der durch die Flamme hindurch gemessenen Gesamtintensität I* zu eliminieren, der von der zu ana lysierenden Substanz unbeeinflusst ist.
Es gilt
EMI0003.0010
1) <SEP> I* <SEP> = <SEP> 1. <SEP> e-a <SEP> _I- <SEP> I
<tb> 2) <SEP> 1 <SEP> = <SEP> I* <SEP> - <SEP> IN <SEP> = <SEP> Io <SEP> e-a
<tb> 3) <SEP> Ix <SEP> - <SEP> KIo
<tb> 4) <SEP> I* <SEP> _ <SEP> kIo <SEP> - <SEP> Io Darin ist I* die durch die Flamme hindurch gemesse ne Gesamtintensität aller spektralen Anteile; der erste Term Io e-a repräsentiert den spektralen Anteil der In tensität, welcher durch Absorption durch die analysierte Substanz modifiziert ist, und der zweite Term IN die nicht durch die Substanz modifizierten Anteile. I ist die Intensität bei einer absorbierenden Wellenlänge nach Durchgang der Strahlung durch die Flamme, a die Extinktion für diese Wellenlänge und k eine bei gege benen Betriebsbedingungen konstante Zahl.
Fig. 7 zeigt den Einfluss der Linearisierung der Extinktion Ä als Funktion der Konzentration für eine Messung an Calcium.
In Fig. 8 ist ein detailliertes elektrisches Schaltbild der elektronischen Einrichtung mit den beiden Kanälen A und B wiedergegeben. Jedem der Kanäle sind zwei Sensoren 20, 28 bzw. 24, 26 zugeordnet. Ein Zeitimpuls geber 200 liefert Rechteckimpulse geeigneter Frequenz im Gebiet von etwa 100 bis 1000 Hz, die den vom Speisungsgerät 230 an die Röhren 12 und 14 gelieferten Strom modulieren. Die vom Zeitimpulsgeber erzeugten Impulse werden über die Leitungen 232 ebenfalls den Demodulatoren 204 zugeführt.
Die an jeden der Photosensoren angeschlossenen Schaltungen im ersten Teil der beiden Kanäle entspre chen sich im wesentlichen; deshalb soll nur die an die Photodiode 28 angeschlossene Schaltung im Kanal A im einzelnen beschrieben und sollen die Unterschiede der entsprechenden Teile der Schaltungen der anderen Pho tosensoren genannt werden. Das Ausgangssignal der Photodiode 28 wird einem Vorverstärker 234 mit paral lelgeschaltetem Rückkopplungswiderstand 252 und wei ter über einen Kopplungskreis, der aus den Kondensato ren 236 und 238 und einem Widerstand 240 besteht, dem Wechselspannungsverstärker 202 zugeführt. Dieser Ver- stärker ist ein regelbarer rückgekoppelter Verstärker.
Der Rückkopplungswiderstand 242, der einen Widerstands wert (Wirkwiderstand) von über<B>1000</B> MSZ hat, ist mittels eines der Knöpfe 150 (Fig. 2) so verstellbar, dass der Verstärkungsgrad in einem Bereich von acht binären Stufen geändert werden kann. Der Ausgang des Verstär kers ist über Kondensatoren an den Demodulator 204 angekoppelt, dessen Ausgang über ein Filter, welches aus einer Drossel 248 und einem RC-Netzwerk 250 besteht, mit dem logarithmischen Verstärker 206 verbunden ist. Das Messinstrument 142 zeigt das Ausgangssignal des logarithmischen Verstärkers dieser Schaltung an.
Die zum Photomultiplier 20 gehörende Schaltung im ersten Teil des Kanals A ist entsprechend aufgebaut. Der Regulierwiderstand 242 dieser Schaltung wird mit Hilfe des Verstärkungsregelknopfs 150 (Fig. 2) eingestellt. Das Messinstrument 140 zeigt das Ausgangssignal des log arithmischen Verstärkers 206 dieser Schaltung an. Zwi schen die beiden parallelen Zweige eines jeden Kanals ist eine Kompensationsschaltung 220 für die Linearisierung der Anzeige geschaltet, welche einen Filterkreis 260, einen Rückkopplungsverstärker 262, ein Potentiometer 264 mit Kurvenkorrekturknopf 154 (Fig. 2) und einen Spannungsteiler mit den Widerständen 266 und 268 enthält.
Durch den Kompensationskreis wird ein Teil eines Referenzsignals, welcher kIo entspricht, vom Signal, welches l'' entspricht, subtrakiert, so dass das Ausgangssignal des Kanals eine lineare Funktion der Konzentration wird.
Kanal B, welcher als Bezugskanal für die Messung der Standardsubstanz dient, weist Sensoren 24 und 26 auf. Er ist in elektrischer Beziehung entsprechend aufge baut wie der Kanal A, der zu den Sensoren 20 und 28 gehört.
Das Ausgangssignal eines der logarithmischen Ver stärker 206 eines jeden Kanals, z.B. gemäss Fig. 8 das Ausgangssignal der Verstärker, die zu den Sensoren 28 und 26 gehören, wird über einen Widerstand 280 einem Kehrwertverstärker 282 zugeführt, der den Kehrwert des Signals bildet. Die beiden Ausgangssignale in jedem Kanal werden dann über Widerstände 284 dem Subtrak tionskreis 208 zugeführt, der als Ausgangssignal log I/Io (bzw. log h/I) liefert. Dieses Signal wird über einen Widerstand 290 dem der Änderung des Massstabs der Anzeige dienenden Verstärker 292 zugeführt, dessen Rückkopplungswiderstand 294 mittels des Knopfs 152 (Fig. 2) einstellbar ist.
Ein selbsttätiger Nullpunktsein stellkreis, der durch den Druckschalter 123 Fig. 2) betätigt wird, enthält eine Rückkopplungsschleife mit einem Servoverstärker 300 und einen Einstellwiderstand 302, der durch den Bereichseinstellknopf 152 einstellbar ist. Der Servoverstärker speist den Servomotor 304, welcher am Potentiometer 306 die Nullpunktseinstellung bewirkt.
Das Ausgangssignal des Verstärkers 292 wird über ein Filternetzwerk 310 einem Verstärker<B>312</B> zugeführt, der den mittels des Zeitkonstanteneinstellknopfs 128 der Fig. 2 einstellbaren Kondensator 314 und das mittels des Eichknopfs 122, Fig. 2, einstellbare Eichpotentiometer 316 enthält. Der Ausgang des Verstärkers 312 ist über einen Widerstand 320 an einen Servoverstärker 210 angeschlossen, der den Servomotor 212 des Anzeigezäh lers 116 im Kanal A bzw. 118 im Kanal B einstellt.
Der geeichte Kanalwählschalter 126, Fig. 2, hat eine erste Stellung 332 für gleichzeitigen getrennten Betrieb beider Kanäle A und B, eine zweite Stellung 334 zum Betrieb allein des dem Monochromator 22 zugeordneten Kanals A und eine dritte Stellung 336, in welcher das Ausgangs signal des Referenzkanals B über den Kopplungswider stand 340 und den Kehrwertverstärker 342 einem Poten tiometer 214 am Ausgang des Kanals A zugeführt wird, welches zur Kompensation von Veränderungen des Zu stands der Flamme dient. Der Ablese-Halteschalter 124, Fig. 2, ermöglicht die Einzelablesung der Messinstru- mente 116 und 118.
Die Einrichtung ist verhältnismässig einfach zu bedie nen. Im folgenden werden die zur Ausführung der Analyse eines Elements erforderlichen Schritte beschrie ben. Es können bei Einstellung des Kanalwählschalters 126 in der Stellung 332 entweder gleichzeitig zwei Elemente analysiert werden oder es kann bei Einstellung des Schalters in der Stellung 336 eine Referenzmessung mit Standardelement ausgeführt werden. Es genügt je doch, dass die Arbeitsweise der Einrichtung anhand einer Beschreibung bezüglich des Kanals A allein erläutert wird, wobei der Kanalwählschalter 126 die Stellung 334 einnimmt.
Für eine solche Analyse wird der Halteschalter 124 in die Haltestellung gebracht, in der er ausgenommen bei Ablesungen verbleibt. Die Einstellknöpfe 134 für den Strom der Hohlkathodenröhren werden bis zum An schlag entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn gedreht; die Knöpfe 154 für Kurvenkorrektur werden auf Null ge stellt; der Netzschalter 90 wird eingeschaltet. Die Hohl kathodenröhre 12 für Kanal A wird eingesetzt und die Hohlkathodenröhre 14 für Kanal B entfernt. Vor die Photodiode 28 wird ein passendes Lichtfilter 34 gesetzt. Die Röhre 12 wird mittels des Schalters 92 eingeschaltet und der Einstellknopf 134 so eingestellt, dass das Messin- strument 130 (Fig. 2) die gewünschte Ablesung zeigt.
Während des Warmwerdens der Röhre kann die Justie rung des Brenners 80 geprüft werden. Mittels des Ein stellknopfs 112 für das optische Gitter 54 (Fig. 1) wird die passende Monochromator-Wellenlänge eingestellt, die am Fenster 114 (Fig. 2) erscheint. Die Spalte des Mo- nochromators können am Knopf 110 (Fig. 2) eingestellt werden. Die Verstärkungsregelknöpfe 150 werden so eingestellt, dass die Messinstrumente 140 und 142 die gewünschten Ablesungen zeigen; die Einstellung des Messinstruments 140 wird, falls erforderlich, auf die Einstellung des optischen Gitters und auf die Spannung des Photomultipliers 20 abgestimmt.
Dann wird durch Betätigen der Schalter 94 und 96 die Flamme gezündet, und es werden die Einstellknöpfe 98 und 102 so eingestellt, dass an den Instrumenten 100 und 104 die richtige Ablesung erscheint. Während des Ansau gens einer leeren Lösung kann der Nullpunktsdruck- schalter 123 einige Sekunden lang gedrückt werden und der Halteschalter 124 in die Ablesestellung gebracht werden. Wenn die Ablesung am Anzeigeinstrument 116 von Null verschieden ist, kann der Einstellknopf 120 benutzt werden, um das Instrument auf Null zu stellen.
Die weitere Eichung erfolgt während des Ansaugens einer Standardlösung, wobei der Bereichseinstellknopf 152 so eingestellt wird, dass am Instrument 140 eine zweckmässige Ablesung erscheint. Es kann dann eine Prüfung ausgeführt werden, indem man eine leere Lö sung ansaugt, um zu sehen, ob das Instrument auf Null zurückgeht. Ist dies nicht der Fall, so wird die Orientie rung des Brenners geändert. Nach dieser Eichung ist die Einrichtung betriebsbereit.
Wenn eine Referenzmessung mit Standardelement ausgeführt werden soll, werden zunächst mit dem Kanal- wählschalter 126 in Stellung 332 die Kanäle A und B unabhängig voneinander geeicht, worauf der Schalter in die Stellung 336 gebracht wird und eine bestimmte Menge des Standardelements in die Flamme gesaugt wird.
In Fig. 9 ist der zeitliche Verlauf der Ablesung am Anzeigegerät der Einrichtung bei einer Einstellung darge stellt, bei welcher eine Extinktion A von 0,25 einem vollen Skalenanschlag entsprach. Die Zeit t ist auf der Abszisse in Minuten dargestellt. Die Kurve 350 wurde erhalten mit dem Schalter 126 in Stellung 334 und die Kurve 352 mit dem Schalter 126 in Stellung 336. Bei beiden Messungen wurde die Einrichtung anwärmen gelassen; es waren neue Hohlkathodenröhren eingesetzt, die im angegebenen Startpunkt eingeschaltet wurden. Das Doppelkanalsystem (Schalter in Stellung 336) war inner halb Sekunden betriebsbereit, während das Einkanalsy stem (Schalter in Stellung 334) erst nach etwa sechs Minuten im betriebsfähigen Zustand war und nie den Gleichgewichtszustand des Zweikanalsystems erreich te.
In Fig. 10 ist die Extinktion A für Strontium und Calcium als Funktion des Verhältnisses Luft zu Brenn stoff im Brennstoffgemisch dargestellt. Wie man erkennt, beeinflusst dieses Verhältnis die Messungen erheblich. Weiter verlaufen bei Luft-Brennstoff-Verhältnissen ab etwa 9 die Kurven für Strontium und Calcium praktisch parallel, so dass jede als Eichkurve verwendet werden kann.
Die Wirkung einer solchen Eichung ist dargestellt in Fig. 11A und 11B; Fig. 11A zeigt für Calcium die Empfindlichkeit der Einrichtung als Funktion des Ver hältnisses Luft zu Brennstoff bei Messung mit einem Kanal A ohne inneren Standard. Gemäss Fig. 11B steigt bei Messung mit zwei Kanälen A und B mit Strontium als Standardelement der gemessene Wert A im Kreu zungspunkt der Kurven der Fig. 10 an und verläuft im Bereich von 8 : 1 bis 12 : 1 für das Verhältnis Luft zu Brennstoff praktisch auf gleicher Höhe.
Fig. 12 demonstriert auf anderer Basis die Bedeutung des Doppelkanalsystems mit innerem Standard. Für beide Messungen wurde Serum verwendet, welches im Verhältnis 25: 1 mit 1%igem EDTA verdünnt war. In beiden Fällen wurde der Flamme als Eichsubstanz Stron tium zugegeben. Fig. 12A gibt die Extinktion für Calcium gemessen mit dem Schalter 126 in der Stellung 334 (Kanal A allein) an, und Fig. 12B zeigt die entsprechende Messung bei Eichung mit Strontium, mit Schalter 126 in Stellung 336 (Kanäle A und B).
Demgemäss ermöglicht die Erfindung die Schaffung eines vielseitigen spektralanalytischen Instruments auf der Grundlage atomarer Absorption unter Korrektur der sich aus Intensitätsschwankungen der Hohlkathodenröh ren, aus Schwankungen beim Ansaugen sowie aus Ände rungen der Flammenanordnung sich ergebenden Fehler; es lassen sich dadurch genaue Messungen bis zu Werten der Absorption von etwa 99,9% erzielen. Aufeinander abgestimmte Einstellungen ermöglichen Messungen der Absorption mit einer Genauigkeit von 0,2 bis<B>0,57,</B> in einem linearen Bereich von einigen Tausendstel bis zu drei Einheiten der Extinktion.