JPH03500689A - 原子吸収分光計における磁界発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 原子吸収分光計における磁界発生装置 技術分野 本発明は、原子吸収分光計における背景吸収の補正のためのゼーマン効果を発生 するために周期的にオンおよびオフするように配置された電磁石によって磁界を 発生するための原子吸収分光計における磁界発生装置に関する。

従来技術 原子吸収分光計はサンプル中に期待される元素の量または濃度を測定するのに使 用する。このため線放出光源、例えば中空カソードランプからの測定光ビームは 光電検出器に向けられる。。

噴霧装置はこの測定光ビームの光路中に配置される。分析すべきす゛ンブルは該 サンプルの成分が原子状態で存在するようにこの噴霧装置中に噴霧される。測定 光ビームは期待される元素の共鳴線を含んでいる。測定光ビームのこれらの共鳴 線は原子雲中に期待される元素の原子によって吸収される一方、サンプル中に含 有される他の元素は測定光ビームに影響を及ぼさない。

それゆえ、測定光ビームはその光路中に期待される原子の数の測定かつしたがっ てサンプル中の期待元素の濃度または量の測定である減衰に、適用される噴霧方 法に応じて、従わされる。

測定光ビームが受ける吸収は期待される元素の原子によってのみ発生される。例 えば分子による光の吸収による「背景吸収」がある。この背景吸収はと（に高怒 度の測定により補正されねばならない。

フレームはサンプルがその中に溶液として噴霧される噴霧装置として役立つこと ができる。高感度測定に関しては電熱霧化が好ましくは使用される。すなわち、 サンプルは炉内に導入され、該炉は電流を通すことにより高温に加熱される。そ れにより、サンプルはまず乾燥され、次いで灰にされ、かつ最後に霧化される。

次いで［原子雲Ｊが炉内に発生されその雲内に期待される原子が原子状態で存在 する。測定光ビームはこの炉を通って通過させられる。これらの炉は異なる形状 を有することができる。それらは好都合にはグラファイトから作られる。

ゼーマン効果は背景補正に使用される。磁界が霧化サンプル中の吸収原子に加え られるとき、これらの原子の共鳴線の分裂および移動が行なわれる。その場合に 原子の共鳴線は測定光ビームのスペクトル線ともはや一致せずかつ原子吸収は境 界線ケースに発生しない。これは磁界が加えられるときにまた存在する非原子背 景吸収と、磁界が加えられないとき背景吸収に重畳される実際の原子吸収との間 の識別を許容する。

これは原子吸収分光計中の電磁石がゼーマン効果を有するおよびゼーマン効果を 有しない原子吸収を測定することができるために交互にオンおよびオフすること を必要とする。本発明はこれを達成する装置に関する。

ドイツ連邦共和国特許出願第１，９６４，４６９号から、放射線が線放出器とし て設計された単一光源から生じ、サンプルを通過するその放射線が長手方向ゼー マン効果の使用によって周波数変調される原子吸収分光計が知られている。この 従来の原子吸収分光計においては中空カソードランプが電磁石の極片間に配置さ れる。極片の一方は測定光ビームがそれを貫通する孔を有している。その場合に 測定光ビームは噴射装置として役立つフレームおよびモノクロメータによって方 向づけられかつ光電検出器に衝突する。電磁石はオンおよびオフされるように配 置され、それにより背景吸収に関連して補正されるサンプル原子の原子吸収がオ フされかつオンされる電磁石により信号間の差から測定されることができる。電 磁石の巻線は極片上に設けられる。

この従来技術の原子吸収分光計においては線放出光源の放出線はゼーマン効果に よって周期的に移動されかつしたがって放出光の周波数は変調されかつサンプル の吸収線はない。これは中空カソードランプが光源として使用されるとき中空カ ソードランプの放電が、ドイツ連邦共和国特許出願第１，９６４．４６９号にお いてすでに述べられたように、磁界によって影響を及ぼされるため問題が生ずる かも知れない。

ドイツ連邦共和国特許出願第２．１６５．１０６号から噴霧装置、すなわち、光 源の代りに、霧化されるべきサンプルにオンおよびオフされるように配置された 電磁石の磁界を印加することが知られている。その点で噴霧装置はフレームであ る。磁界は測定光ビームの伝播の方向に対して垂直に印加される。「横方向の」 ゼーマン効果による吸収線の分裂が行なわれ、それは再び測定光ビームの放出線 およびサンプルの吸収線の相対的移動を生じる。再び、期待される元素の原子に よる原子吸収と磁界をオンおよびオフすることによる非特定の背景吸収との間の 識別を可能にする。

横方向のゼーマン効果が使用されるとき、スペクトル線はその波長がオフされた 磁界によりそれぞれの線の非移動波長に対応する中央線およびそれに関連してよ り長いおよびより短かい波長に移動される２木の側方線に分裂させられる。中央 線および側方線は異なって偏光される。それゆえ、中央線の影響は偏光子によっ て除去されることができる。

従来技術の原子吸収分光計においては、ゼーマン効果を生じる磁界が一方向整流 の主交流電圧によって励磁される電磁石によって発生される。半波の最大のまわ りの主交流電圧の半波の狭い区域はゼーマン効果が発生するとき背景吸収を測定 するのに使用される。それにより、比較的短かい有用な信号が背景吸収の測定の 結果として生じる。この有用な信号は主電圧の主周波数および振幅によって非常 に影響を及ぼされる。

放出線および吸収線の明瞭な分離を保証するゼーマン効果によりスペクトル線を 分裂させるのには非常に強力な磁界が要求される。これを達成するためには強力 な励磁電流が電磁石の巻線に発生されねばならない。従来技術の原子吸収分光計 においてはこの電流は主電圧から発生される。従来技術の原子吸収分光計におい てゼーマン効果を発生する電磁石の電力要求はかなり高い。これは、他の間で、 所望しない過熱を生じる。

逓昇コンバータによる主正弦波電流消費用集積制御回路は公知である（［シーメ ンス・コンポーネンツＪ　２４　（１９８６年、９−１３および「シーメンス・ コンポーネンツＪ　２４　（１９８６年月０３〜１ｏ７）。

逓昇コンバークはコンデンサがそれに接続される入力からなる。

インダクタが制御スイッチとして作用するトランジスタと直列に、コンデンサに 対して並列方法で入力に接続される。

さらに、インダクタはダイオードを介してコンデンサに接続され、該コンデンサ は出力に接続される。トランジスタは主周波数に比して高い周波数で制御回路に よってクロックされる。

制御回路は逓昇コンバータの出力電圧が電圧の所望値と比較される第°１制御増 幅器からなる。得られた誤差信号は整流された主交流電圧に対応する信号により 乗算器によって乗算される。

乗算器は電流の所望値を供給する。所望の電流値は第２制御増幅器によりインダ クタおよびトランジスタを通って流れる電流と比較される。第２制御増幅器およ びそれにより制御されるドライバは高周波制御動作および電流が整流された主交 流電圧の波形に対応するパルス量によりトランジスタを制御する。この方法にお いて出力電圧は制御されかつ主電圧は常に正弦波電流で負荷される。

発明の開示 本発明の目的は、現在の型式の装置において出来るだけ小さくかつ軽量な電源ユ ニットにより電磁石用電流を発生することにある。

本発明のさらに他の目的は印加された磁界による測定において有効な信号の周期 を延長することにある。

最後に、本発明の目的は、従来装置に比して電力消費かつしたがって、また電力 損失を低減することにある。

本発明によれば、この目的は、 （ａ）主交流電圧を入力側で直流電圧に変圧する手段、（ｂ）入力側の直流電圧 がそれに供給されかつ−主周波数より実質的に高い周波数で入力側の直流電圧を 変調するインバータ手段、 一インバータ手段によって変調された直流電圧を逓降する変圧器、および −直流電圧を出力側で発生するための整流器およびフィルタ手段からなる変圧器 手段、および （ｃ）出力側の直流電圧を電磁石に周期的に供給するための切換え装置によって 達成される。

かくして、主交流電圧は直接電磁石に供給されない。それに反して、直流電圧が 主交流電圧から発生される。この直流電圧は主交流電圧の周波数に比して高い周 波数で変調される。この変調電圧は変圧器によって逓降される。変圧器は、周波 数が高いため、あたかも主交流電圧が直接変圧されねばならなかったように、実 質上より小さくすることができる。逓降電圧は再び整流される。次いでこの整流 電圧は適切に脈動されかつ電磁石の巻線に供給される。電磁石の巻線への脈動供 給は逓降電圧のため利用し得る電子部品によって達成されることができる。この 供給の周波数は主周波数にもはや従わされない。また半波の最大のまわりの狭い 区域にゼーマン効果による測定を制限することは要求されない。反対に、磁界の より好都合な信号波形が達成されることができる。

本発明の変更は従属する請求の範囲の要旨である。

図面の簡単な説明 第１図は背景吸収が長手方向のゼーマン効果の使用によって補償される原子吸収 分光計の構造を示す概略図、第２図はそれによって長手方向のゼーマン効果が発 生される電磁石および該電磁石の空隙中のサンプルの電熱霧化用炉を示す部分断 面側面図、 第３図は第２図の線■−■に沿う断面図、第４図は電磁石を周期的にオンおよび オフするための電カニニットを示すブロック図、 第５図は整流された主交流電圧を制御された直流電圧に変換するために第４図の 回路中の逓昇コンバータを制御する回路を示すブロック図、 第６図は第４図の電カニニットの変圧器手段の構造を示す詳細図、 第７図は第６図の変圧器手段のスイッチングトランジスタを制御するための回路 を示す回路図、 第８図は電磁石の巻線を通る電流を制御する回路を示す回路図、 第９図は第８図の回路の電磁石の巻線の電流および制御スイッチの切換え状態の 波形を示す波形図、第１０図は第１図の原子吸収分光計における電磁石の電流、 線数出光源のオン段階および信号処理の種々の測定段階の波形を示す波形図、 第１１図は原子吸収分光計の動的測定範囲を拡大するための「３磁界動作（スリ ーフィールドオペレーション」における電流および種々の測定段階の波形を示す 波形図である。

本発明の好適な実施例 第１図は原子吸収分光計全体の概略図を示す。

原子吸収分光計はランプ、光学系および光電検出器がその中ニ装置されるハウジ ング１０を有している。該ハウジングはサンプルキャビティ１２を画成する。噴 霧（霧化）装置１４はサンプルキャビティ１２内に配置される。

原子吸収分光計は第１光源１６として中空カソードランプを有している。光源１ ６は期待される一定の元素の共鳴線に対応する線スペクトルを放出する。測定光 ビーム１８は光源１６から生じる・測定光ビーム１８は平面ミラー２０によって 偏光されかつ凹面ミラー２２によってハウジング１００開口２４を通ってサンプ ルキャビティの中心に集束される。次いで測定光ビームは開口２４と一直線に整 列されるハウジング１０の開口２６を通過しかつ第２凹面ミラー２８に衝突する 。該第２凹面ミラー２８は測定光ビーム１８を平面ミラー３０を介してモノクロ メータ３４０入ロスリツト３２に集束させる。光電検出器３８はモノクロメータ ３４の出口スリット３６の後ろに配置される。光電検出器３８の信号は信号処理 回路４０に供給される。

噴霧装置１４は炉装置の実際の炉体４２のみが第１図に図示されている電熱霧化 用炉、およびサンプルの位置に磁界を発生するためにオンおよびオフされるよう に配置される電磁石４４からなに整列された極片４６および４８を有する。−直 線に整列された孔５０および５２は極片４６および４８に設けられる。孔５０お よび５２は炉体４２の長手方向孔５４と一直線に整列される。測定光ビーム１８ は孔５０および５２および炉体の長手方向孔を通過する。コイルホルダ５６およ び５８はそれぞれ極片５０および５２上に配置される。電磁石４４のコイル６０ および６２はそれぞれこれらのコイルホルダ５６および５８のまわりに巻回され る。符号６４は炉体４２を通る電流を制御する電カニニットを示す０図示のごと く、電流は測定光ビーム１８の方向に対して横方向に供給されかつ管状炉体４２ を通って周部方向に流れる。電磁石４４は磁界が交互にオンおよびオフされるよ うに磁石制御器６６によって制御される。サンプルの位置において電磁石４４の 磁界は炉体内で測定光ビーム１８の伝播方向に向けられる。それゆえ、長手方向 のゼーマン効果は磁界がオンされるときサンプル原子において発生される。それ はサンプル原子の吸収線が２本の線に分裂させられることを意味し、各線は妨害 されない最初の吸収線に対して移動される。最初の吸収線の波長によるサンプル 中の原子吸収は存在しない、それゆえまた、期待される元素の原子はこの測定光 ビームが元素を特徴づける非移動共鳴線のみを含有するため測定光ビーム１８を 吸収しない。それゆえ、背景吸収のみが磁界がオンされるとき測定される。背景 吸収について補正された実際の原子吸収の部分はオンおよびオフされる磁界によ る測定から決定されることができる。このため、電磁石４４０オンおよびオフの サイクルは線６８によって示されるように信号評価回路４０に供給される。長手 方向のゼーマン効果を使用することにより光路中に配置された偏光子は除去され ることができかつ有用な信号が改善される。

電磁石４４および炉体を備えた噴霧装置の構造が第２図および第３図に詳細に示 される。

電磁石４４は積層鉄板および一直線に整列された極片４６．４Ｂから作られるＵ 形状の磁気帰還路７６を有している。極片は筒状でありかつ互いに向い合う端部 において切截円錐状にテーバが付けられる。極片４６および４８は一直線に端部 片７８および８０上に配置され、これらの端部片はそれぞれＵ形状磁気帰還路７ ６の脚部に設けられかつそれから内方に突出する。−直線に整列された孔５０お よび５２はそれぞれ極片４６および４８および端部片７８および８０を通って延 在する。極片４６および４８内には孔５０および５２が、それぞれ炉体４２の中 心に測定光ビームの集束（フォーカッシング）を保証するために円錐状内面によ って設けられる。端部片７８および８０の区域には孔５０および５２がそれぞれ 肩部８２を形成する。窓ホルダ８４および８６はそれぞれ孔５０および５２に挿 入されかつＯ−リング８８によって密封される。窓９０は窓ホルダ８４および８ ６に支持されかつ反射を回避するために、それぞれ窓ホルダ８４および８６に斜 めに配置されかつ密封リング９２によって支持される。

アルミニウムのような非磁性材料から作られる一体要素９４が極片４６および４ ８上に配置される。この要素はコイルホルダ５６および５８を形成し、該ホルダ のまわりに界磁コイル６０および６２がそれぞれ巻回されかつ他方で炉がそれら の間に支持される接点の一方を支持する接点支持体９６を形成する。界磁コイル ６０および６２は明瞭にするために第２図および第３図には示されていない。

コイルホルダ５６および５８は２つのフランジ９８および１００または１０２お よび１０４およびハブ部分１０６および１０８をそれぞれ有するスプール形状要 素によって形成される。ハブ部分１０６および１０８はそれぞれ極片４６および ４８の形状に適合させられる。支持部片は２つのコイルホルダ５６および５８の 各々に向い合っているフランジ１００および１０２の間に配置される。それはコ イルによりフランジ上に働かされる圧力を収容する。またフランジ１００と１０ ２との間に配置されるのはブロック１１０である。インサート１１４は孔１１２ 内に設けられる。このインサートはその外面に曲りくねった形状の溝１１６を有 する。孔１１２の内面とともにこれらの溝は冷却通路を形成する。この冷却通路 は冷却液用の入口１１８および出口１２０と連通ずる。インサートは不活性ガス 人口１２４が設けられるヘッド部分１２２を有している。中実軸方向孔１２６は インサートを通って延び、第３図の左方端において閉止される。接点１２８はこ の軸方向孔内に設けられ、その接点により電熱霧化用の炉１３０が一例で支持さ れかつその接点を通って炉１３０用の電流供給が達成される。

接点１２８は軸方向孔１２６内に配置される軸１３２およびヘッド１３４を有し ている。該ヘッド１３４はその端面に凹所１３６を有する。まず、この凹所１３ ６は端面に隣接する部分１３８において筒状でありかつ次いで部分１４０におい て円錐状に狭い。中実軸方向孔１４２は軸１３２を貫通しかつ凹所１３６の底部 で終端する。半径方向人口１４４は第３図の頂部でヘッド１３４の筒状部分１３ ８に形成され、その入口を通ってサンプルが炉内に導入されることができる。

電磁石４４の磁気帰還路７６は軸受要素がボルト１５０によって支持されるＵ形 状断面を有する薄板金属要素１４６によって囲まれる。枢動可能なアーム１５４ は軸受ブツシュ１５６を介して軸受要素１５２のビン１５２に枢着される。可動 ブロック１５８は枢動可能なアーム１５４に設けられる。ブロック１１０と同様 に、ブロック１５８は孔１６０内に配置される。インサート１６２はその外面に Ｕ形状溝１６４を有しかつ孔１６０の内面とともに、冷却通路を形成する。この 冷却通路はその端部で冷却液用の入口開口１６８および出口開口１６８と連通ず る。インサートはヘッド１７０を有している。中実軸方向孔１７２はインサート １６２およびヘッド１７０を貫通する。第３図の右側で、軸方向孔１７２は窓に よって閉止される。不活性ガス開口１７４は軸方向孔１７２に開口する。接点１ ７６は軸方向孔１７２内に配置される。接点１７６は筒状軸１７８および平らな ヘッド１８０を有している。円錐状凹所１８２がヘッド１８０の端面に形成され るつ凹所はほぼ凹所部分１４０に対応する。孔１４２と同様な中実軸方向孔１８ ４は接点１７６の軸１７８を貫通する。

第３図に示されるように、枢動可能なアーム１５４の作動位置において、炉１３ ０は円錐状接触面１８６および１８８を有する接点１２８と１７６との間に支持 される。次いで接点１２８および１７６は一直線に整列される。電流はブロック １１０および１５ｇ、インサート１１４および１６２および接点１２８および１ ７６を通って炉１３０に供給される。

このため、ブロック１１０およびインサート１６２は高電流ケーブル用のプラグ 型コネクタ１９０および１９２を備えている。

炉１３０は第２図において最良に認められることができる炉体４２を適切に収容 する。第３図に見ることができる直径的に対向する接触リブ１９４および１９６ が炉体４２に沿って延在する。実質上筒状接触部片１９８および２００が接触リ ブ１９４および１９６に隣接し、前記接触部片は円錐状接触面１８６および１８ ８によって接点１２８と１７６との間に支持される。接触部片１９８と２００の 軸線は第３図の紙面において接点１２８および１７６の軸線と一直線に整列させ られｌ　かつ測定光ビーム１８と一直線にされる炉体の軸線に対して垂直に延在 する。入口開口は、第２図および第３図の頂部で表わされるように、これら２本 の軸線に対して垂直に炉体内に設けられる。この入口開口は入口開口１４４と一 直線に整列されかつこの入口開口を通ってサンプルが炉１３０内に導入されるこ とができる。

接点１２８および１７６はそれらの凹所１３６および１６８によりキャビティを 形成する。このキャビティは炉１３０を収容する。接点１２８および１７６は比 較的狭い分離ギャップ２０２によってのみ互いに分離される。枢動可能なアーム １５４は空気式傾斜装置（図示せず）によって第３図において時計方向に偏向さ れることができる。

これは矢印によって第３図に示される。それにより、インサート１６２および接 点１７６を備えたブロック１５Ｂは偏向させられかつ炉１３０に近づき易い。こ の方法において炉１３０の交換が達成されることができる。不活性ガスは不活性 ガス開口１２４および１７４を通って供給される。この不活性ガスは孔１２６お よび１７２それぞれをかつ軸方向孔１４２および１８４を通って、炉１３０の接 触部片１９８および２００それぞれに流れる。次いでさらに説明されねばならな い通路によって炉１３０内に分配される。接点１２８および１７６および炉１３ ０はグラファイトから作られる。不活性ガスは炉１３０が加熱されるとき該炉が 空気酸素と接触しかつしたがって燃える−のを阻止する。

測定光ビーム用の中央開口を備えた遮蔽円板２０４が、第２図において見ること ができるように、接点１２８と極片４８の端面との間に配置される。遮蔽円板２ ０４は該遮蔽円板２０４の平面内で高い熱伝導性をかつこの平面に対して垂直に 低い熱伝導性を有する熱分解プラスチックから作られる。この方法において極片 ４８は炉１３０および接点１２８の高温から保護される。

インサート１６２および接点１７６の軸方向孔１７２および１８４および接触部 片２００および接触リブ１９６の不活性ガス通路２０６は同時に炉要素４２の壁 の一部が作像装置２１２によって放射線検出器２１０によって観察される高温計 光路２０８を収容するのに役立つ。放射線検出器の信号は炉要素４２の温度の測 定を提供しかつ炉温度の制御を許容する。

第４図は第１図の電カニニット６６のブロック図を示す。

主電圧は入力端子２１２に供給される。この電圧は雑音抑制用フィルタ２１４に 通されかつ整流器２１６によって整流される。整流された主電圧は逓昇コンバー タ２１８に供給されそれにより整流された主電圧が平滑化されかつ制御された直 流電圧が発生される。加えて、逓昇コンバータは正弦波電流が主電圧から取られ るのを保証する。逓昇コンバータ２１８の制御された直流電圧は逓昇コンバータ ２１８の出力に接続される変圧器２００の入力側の直流電圧を形成する。この変 圧器は以下で説明する。

逓昇コンバータ２１８は入力でのコンデンサ２２２および出力で並列に接続され たコンデンサ２２４および２２６からなる。さらに、逓昇コンバータ２１８はイ ンダクタ２２８およびダイオード２３０からなる。制御スイッチとして作用する ように接続されるトランジスタ２３２はインダクタ２２８を介して電気回路を閉 じる。トランジスタ２３２が禁止されるときダイオード２３０は回復ダイオード として有効でありそれによりトランジスタ２３２が禁止されるときインダクタに 誘起される電圧はコンデンサ２２４．２２６を充電する。

電流センサ２３４はトランジスタ２３２と直列に配置される。コントローラ２３ ６は線２３８を通ってコンデンサ２２４および２２６に供給される直流電圧およ び線２４０を通る電流センサからの信号を得る。

第５図はコントローラ２３６を例示するブロック図である。

コントーラは第１制御増幅器５００からなる。信号は制御増幅器５００の入力５ ０２に印加されかつコンデンサ２２４．２２６の「入力側の直流電圧」の所望値 を示す。この直流電圧の実際値は線２３８を介して制御増幅器５００の第２人力 ５０４に供給される。制御増幅器は出力５０６に出力信号を供給しその出力信号 は誤差に比例する。この信号は直流電圧の所望値にコンデンサ２２４．２２６を 充電するために主電圧から引き出されねばならない電流の測定である。乗算器５ ０８において出力５０６での出力信号が該乗算器５０８の入力５１０に供給され る整流された交流電圧により乗算される。

乗算器５０８はトランジスタ２３２が導通であるときインダクタを通って流れる 電流の所望値を供給する。この所望値は整流された主交流電圧の波形を有してい る。乗算器５０８の所望値は第２制御増幅器５１４の入力５１２に供給される。

トランジスタ２３２を通って流れる電流の実際値は制御増幅器５１４の第２人力 ５１６に供給される。この実際値は線２４０を通って電流センサ２３４にまで供 給される。第２制御増幅器５１４はトランジスタ２３２をドライバ段５１８およ び制御作動を備えた制御線２４１を介して制御しその周波数は主周波数に比して 大きくかかつそれによりインダクタを通る電流は整流された交流電圧の波形を有 する所望値に追随するように制御される。

この方法においてコンデンサ２２４および２２６での電圧は第１制御増幅器５０ ０により一定の値を維持するように制御される。第２制御増幅器は正弦波電流が 主電圧から引き出されるのを保証する。コンデンサ２２４および２２６はエネル ギ蓄積器として役立つ。

コンデンサ２２４および２２６は変圧器手段２２００Å力側用の直流電圧を供給 する。

変圧器手段２２０は１次巻線２４４および２次巻線２４６を有する変圧器２４２ からなる。第１端において１次巻線２４４はスイッチングトランジスタ２４８を 介して正の入力端子２５０に接続される。この入力端子はコンデンサ２２４．２ ２６の対応する端子に接続される。

その第２端において１次巻線はスイッチングトランジスタ２５２を介して負の入 力端子２５４に接続される。この入力端子はコンデンサ２２４．２２６の対応す る他の端子に接続される。１次巻線２４４の第２端子はダイオード２５６を介し て正の入力端子２５０に接続される。ダイオード２５６の通過方向は１次巻線２ ４４の第２端から入力端子２５０に対してである。１次巻線２４４の第１端はダ イオード２５８を介して負の入力端子２５４に接続される。ダイオード２５８の 導通方向は入力端子２５４から１次巻線２４４の第１端に対してである。

オーム抵抗器２６０およびコンデンサ２６２の直列接続は１次巻線子２５０と２ ５４との間に配置される。

スイッチングトランジスタ２４８と２５２は主周波数に比して比較的高い周波数 において、回路２６８により周期的に導通および非導通にされる。１次巻線２４ ４の消磁電流はダイオード２５６．２５８を通って流れることができる。

ダイオード２７０．２７２および抵抗器２７４．２７６およびコンデンサ２７８ 、２８０の直列接続を有する磁束コンバータ／整流器回路２６９は２次巻線２４ ６に接続される。これらの抵抗器およびコンデンサの直列接続は妨害電圧を抑制 するのに役立つ。磁束コンバータ／整流器回路２６９は直流電圧を供給する。該 直流電圧は並列に接続されたインダククタ２８２およびコンデンサ２８４によっ て平滑される。この方法において直流電圧は出力端２８６および２８８に発生さ れる。同時に、コンデンサ２８４はさらにエネルギ蓄積器として役立つ。

スイッチングトランジスタ２４８．２５２は第８図に詳細に例示される回路２６ ８によって制御される。

充電電流に比例する信号を供給する電流センサ２９０は第６図の変圧器の１次巻 線２４４と直列に配置される。第７図に見ることができるように、電流センサ２ ９０は制御回路２６８の入力端子２９２および２９４に接続される。これは第４ 図に線２９６で示される。電流センサの交流信号はダイオード２９８によって整 流され、フィルタ網３０２によって平滑されかつしたがって集積回路として示さ れるスイッチ制御ドライバモジュール３０４の電流センサ入力に接続される。

端子２８６および２８８での変圧器手段２２０の出力電圧Ｕａは同様に電圧デバ イダ３０６を介してスイッチ制御ドライバモジュール３０４に供給される。さら に、ツェナーダイオード３１０によって制限される電圧デバイダ３０８から分岐 される出力電圧Ｕａの部分電圧は増幅器３１２に供給されかつ基準電圧と比較さ れる。増幅された差電圧はまたスイッチ制御ドライバモジュール３０４に印加さ れる。

スイッチ制御ドライバモジュール３０４は出力３１４で脈動ドライバ信号を供給 する。スイッチ制御ドライバモジュールへの電流および電圧信号の供給パワーフ ラックスの電流および電圧の制限を行なう。

出力３１４からのドライバ信号はドライバ段３２０および３２２の入力３１６お よび３１８に供給され、それによりスイッチングトランジスタ２４８および２５ ２はそれぞれ制御可能である。ドライバ段３２０および３２２は実質上同一であ る。それゆえ、一方のドライバ段のみが図示されかつ詳細に説明される。

直流供給電圧ＵＨはドライバ段の入力３２４に供給される。この直流供給電圧は 電カニニット３２６によって供給される。電カニニット３２６はその１次巻線３ ３０が供給入力端子３２２に接続される変圧器３２８からなる。整流器ブリッジ ３３６は変圧器３２８の２次巻線３３４に接続される。整流された交流電圧は能 動フィルタ３３８によって平滑されかつ端子３４０で直流供給電圧ＵＨを供給す る。

ドライバ段３２０に１次巻線３４２とスイッチングトランジスタ３４４の直列接 続が直流供給電圧と接地との間に配置される。１次巻線３４２は２次巻線３４８ を有するフェライト変圧器３４２に付属する。

オンのときに１次巻線３４２を通って発生されるサージ電圧は、トランジスタ３ ４４がオンされるとき、ツェナーダイオード３５ｏ１ダイオード３５２および抵 抗器３５４を有する制限回路によって制限される。スイッチングトランジスタの 制御電極は入力３１６に接続される。スイッチングトランジスタはドライバ電圧 によって制御される。

２次巻線３４８で交流電圧を生じる脈動電流はスイッチングトランジスタ３４４ の周期的な導通および非導通状態のため１次巻線に流れる。この交流電圧は抵抗 器３５０を通って降下しかつダイオード３５２および抵抗器３５４を介して集積 回路として示される増幅器３５６に供給される。ツェナーダイオード３８４は増 幅器３５６の入力において電圧を許容し得るレベルに制限する。

さらに他の電圧３５８が電源端子３３２に接続される。変圧器３５８は端子３６ ０および３６２において交流電圧を供給する。この交流電圧は他の電圧から電流 的に分離される。端子３６０および３６２はまた第７図の右側の頂部に示される 。交流電圧はダイオード３６４によって整流される。整流された電圧は抵抗器を 介してコンデンサ３６６を充電する。コンデンサ３６６の電圧はツェナーダイオ ード３６８によって安定化される。

エミッタ抵抗器３７２を有するトランジスタ３７０はコンデンサ３６６の電圧に 接続される。トランジスタ３７０のベースは増幅器３５６の出力３７４にかつ抵 抗器３７６を介してコンデンサ３６６の正の端子に接続される。トランジスタ３ ７０のエミッタはダイオード３７８を介して増幅器の出力３７４に接続される。

加えて出力端子３８０がトランジスタ３７０のエミッタに接続される。第７図に 見ることができるように、出力端子３８０はスイッチングトランジスタ２４８の 制御電極に接続される。端子３６２に接続される出力端子３８２はスイッチング トランジスタ２４８のソースに接続される。

ドライバ段３２２はドライバ段３２０と同様に構成される。ドライバ段３２２は 端子２８８および３９０を有する変圧器３８６を介して電位なしの交流電圧によ って充填される。出力端子３９２および３９４はスイッチングトランジスタ２５ ２のソースに接続される。

変圧器２４２ば変圧器手段２２０が主周波数より実質上高い周波数で作動するた め小さくかつ軽量にすることができる。

界磁コイル６０および６２によって形成される電磁石４４０巻線４００ハフリフ ジ回路の直径的に対向する分岐に配置される２つのダイオード４０２および４０ ４および２つの制御スイッチ４０６および４０Ｂからなるブリッジ回路に配置さ れる。変圧器手段２２０の出力電圧はブリッジ回路に供給される。電磁石４４の 巻線４００はブリッの回路と同様に見える。すなわち、制御スイッチ４０６、該 スイッチ４０６に接続される第１端およびスイッチ４０８に接続される第２端を 有する巻線４００、および制御スイッチ４０Ｂは端子４１０および４１２に印加 される変圧器手段２２０の出方電圧間で直列に印加される。制御スイッチ４０６ ．４０８はスイッチングトランジスタによって形成される。巻線４００の第２端 はダイオード４０４を介して正の端子４１０に接続される。ダイオード４０４の 導通方向は巻線４００の第２端から端子４１０に対してである。巻線４００の第 １端はダイオード４０２を介して端子４１２に接続される。ダイオード４０２の 導通方向は端子４１２から巻線４００の第１端に対してである。

スイッチ４０６および４０８は制御回路４１４によって制御される。

この回路は第９図に関連して説明される。

消勢段階の間中両スイッチ４０６および４０８は開放される。電磁石を付勢する ために両スイッチ４０６および４０８は閉勢される。電磁石４４の強力な自己誘 導により電流は側面４１６によって示されるような有ｌｌＩ傾斜で連続的に増加 する。この増加は電流の所望値かつしたがって磁界の所望値が達成されるまで連 続する。このときにスイッチ４０６は開放される。それにより磁界が中断される 。中断磁界は電磁石４４の巻線４００に電圧を誘起し・この電０　圧はこれまで 存在している電流の流れを維持するために役立つ・巻線４００は電圧源を形成し かつ第４図においてスイッチ４０８およびダイオード４０２を通って時計方向に 流れる電流を発生する。

電流はこの電気回路の損失のためゆっくり減少し、この減少は第９図に符号４１ ８によって示されるような増加よりゆっくり生じる。電流が一定値以下に減少し たときスイッチ４０６は再び閉成される。次いで電流は側面４１６の傾斜により 再び増加する。

これば符号４２０によって符号９に示される。電流の所望値は迅速に達成される 。それゆえ、スイッチ４０６は矩形パルス４２２によって示されるような短時間 のみ閉成される。制御回路４１４は巻線４００を通る電流が付勢段階の間中はぼ 一部レベルに維持されるヒステリシスを有する２段電流制御のように作用する。

電磁石が再び消勢される（第９図、点４９８）とき、両スイッチ４０６および４ ０８は開放される。このときに、また、中断磁界によって誘起される電圧は最初 の方向への電流の流れを維持しようとする。しかしながら、この電流の流れはダ イオード４０４、入力またはブリッジ回路に接続されたコンデンサ４２４および ダイオード４０２からなる回路に生じる。この方法において、コンデンサ４２４ は再び充電される。電磁石の磁界中に蓄えられたエネルギは再びコンデンサ４２ ４に供給される。この方法においては磁界を発生するための電磁石の電力要求は 小さく保持されることができる。これはまた構成要素の設計に好都合な効果を有 する。また電磁石によって発生される熱は従来装置に比して低減される。

制御回路は第８図に詳細に示される。付勢信号は入力４２６に供給されかつ電磁 石４４の付勢を開始する。この付勢信号は第９図の最下方の線の信号の波形に対 応する。スイッチ４０８が閉成され、それはスイッチングトランジスタがインバ ータ４２８および４３０およびトランジスタ４３２および４３４を介して導通す ることを意味する。スイッチ４０６は第７図のドライバ段３２０および３２２と 同様に構成されるドライバ段４３６によって電位なしで制御される。ドライバ段 ４３６は主端子４３８に供給される主電圧によって変圧器４４０を介して付勢さ れる。変圧器４４０の出力電圧はダイオード４４２によって整流されかつコンデ ンサ４４４を充電する。コンデンサ４４４に供給される電圧はツェナーダイオー ド４４６によって安定化される。コンデンサの正の電圧は抵抗器４４８を介して 増幅器４５２の入力４５０に供給される。エミッタ抵抗器４５６を有するトラン ジスタ４５４はまたコンデンサ４４４を通って存在する電圧に接続される。トラ ンジスタ４５４のベースは一方で増幅器４５２の出力４５８に、かつ他方で、抵 抗器５６０を介して直流電圧源として作動するコンデンサ４４４の正の端子に接 続される。トランジスタ４５４のエミッタはダイオード４６２を介して増幅器４ ５２の出力４５８に接続される。さらに、トランジスタ４５４のエミッタはスイ ッチ４０６の制御電極に接続される。光学的結合装置４６６の一部を形成するフ ォトトランジスタ４６４は増幅器４５２の入力においてコンデンサ４４４の負の 端子に接続される。光学的結合装置４６６の他の部分は第８図の右下方象眼に示 される発光ダイオード４６８である。

発光ダイオード４６８が発光しないとき、フォトトランジスタ４６４は非導通で ある。コンデンサの正の電圧は増幅器の入力４５０に印加される。それにより、 増幅器の出力４５８は負となる。トランジスタは非導通となる。ソースに対する スイッチ４０６０制御電極での電圧はゼロになりかつスイッチ４０６は非導通と なる。

しかしながら、発光ダイオード４６８が発光するとき、フォトトランジスタ４６ ４は導通となり、増幅器４５２の入力での電圧はゼロとなりかつ増幅器４５２の 出力での電圧は正となる。トランジスタ４５４は増幅器４５２の出力での正の電 圧により導通となる。次いで正の電圧がトランジスタ４５４のエミッターコレク タ接合を介してスイッチ４０６の制御電極に供給される。スイッチは導通となる 。

発光ダイオードの発光は２つの条件に依存する。それゆえ、発光ダイオード４６ ８は論理要素の条件°“Ｈ”　（高い）を示す直流供給電圧ＵＨとナントゲート ４７０の出力との間に配置される。

入力４２６の制御信号はナントゲート４７０の入力に供給される。フリップフロ ップ４７２の出力はナントゲート４７０の他の入力に供給される。フリップフロ ップ４７０は電磁石４４０巻線４００に流れる電流用のヒステリシスを有する２ 段電流制御の一部を形成する。

巻線４００を通って流れる電流を示す信号はホール素子を有する電流センサ４７ ４によって供給される。この信号は端子４７８．４８０に供給されかつ増幅器４ ８２によって増幅される。増幅器４８２の出力電圧は一方で、第１比較器４８４ ０反転入力に、がっ他方で第２比較器４８６の反転入力に供給される。巻線４０ ０を通って流れる電流の所望値を示す電圧が入力端子４８８に供給される。２つ の部分電圧は３つのオーム抵抗器４９０．４９２および４９４からなる電圧デバ イダによってこの電圧から分岐させられる。低い電圧が比較器４８４の非反転入 力に供給され、高い電圧が比較器４８６０反転入力に供給される。比較器４８４ は増幅器４８２の出力電圧が低い部分電圧以下に降下するとき“Ｌ゛°　（低い ）から“Ｈ”　（高い）に切り換わる。他の比較器４８６は増幅器４８２の出力 電圧が高い成分の電圧を超えるときＬからＨに切り換わる。比較器４８４の出力 はフリップフロップ４７２をセットする。比較器４８６の出力はフリップフロッ プ４７２をリセットする。

消勢段階の間中フリップフロップ４７２はセットされる。先行周期の間中比較器 ４８４はＬからＨに切り換えられかつ電磁石４４が消勢されたときフリップフロ ップを設定した。対応して、信号Ｈは第８図のナンドゲー）　４７０の上方入力 に印加される。付勢段階の間中、入力４２６における信号はＬ′°である。それ ゆえ、ナントゲートの出力はＨである。対応して、電圧は今や発光ダイオード４ ６８に供給される。発光ダイオード４６８は発光しない。それにより、フォトト ランジスタ４６４は非導通である。これはまたスイッチ４０６を前述されたよう に非導通にさせる。スイッチ４０８はまたそれが、入力端子４２６における制御 信号によって、直接、すなわち他の接続なしに制御されるため非導通である。

制御信号Ｈが、第９図の第３の線に対応して、入力端子４２６に発生するとき、 スイッチ４０８は導通となる。加えて、信号Ｈがまた第８図のナントゲート４７ ０の下方入力に発生する。この点において、ナントゲート４７０の再入力は状態 Ｈを呈する。したがって、ナントゲート４７０の出力は状態りになる。この点に おいて、電圧は発光ダイオード４６８に供給される。発光ダイオード４６８は発 光しかつそれによりフォトトランジスタ４６４のエミッターコレクタ接合を導通 させる。それにより、また、スイッチ４０６が導通となる。この点において、両 スイッチ４０６および４０８は導通である。それにより、巻線４００は電圧に接 続される。巻線４００を通る電流は、前述のごとく、側面４１６に対応して、増 加する。かくして、電流センサ４７４の電圧および増幅器４８２の出力電圧が同 様に増加する。所望の電流値が達成されるとき、その所望値は比較器４８６の反 転入力においてより高い部分電圧によって決定され、次いで比較器がＬからＨに 切り換わる。この点において、フリップフロップ４７２はリセットされる。フリ ップフロップの出力信号はＬとなる。それにより、ナントゲート４７０の再入力 はもはや状態Ｈを呈しない。ナントゲート４７０の出力はＨとなる。発光ダイオ ード４６８は消光され（それによりフォトトランジスタ４６４は非導通となりか つスイッチ４０６は非導通となる。これにより電流の減少４１８が第９図に関連 して説明したように、電流が比較器４８４の非反転入力において下方部分電圧以 下に降下するまで行なわれる。これは再びフリップフロップの設定を行ないかつ スイッチを導通させる。

電磁石４４の巻線４００を通る主電流はより高いおよびより低い電圧によって決 定される値の間に維持される。点４９８において入力端子４２６の信号がＬに降 下するとき、それは背景吸収の測定時間が決定されることを意味し、一方でスイ ッチ４０Ｂが非導通状態に変りかつ他方で、第８図のナンドゲー）４７０の下方 入力の信号が状態りに変わる。これはナントゲート４７０の出力で信号Ｈをかつ 発光ダイオード４６８を消去を生じる。それゆえ、また、スイッチ４０６は非導 通となる。この点において、記載された作用は誘起された電圧の電流がダイオー ド４０２および４０４を介してコンデンサ４２４を充電するように生じる。

かくして、記載された装置は比較的長い測定時間の炉１３０への磁界の適用およ びゼーマン効果による測定を許容する。かくしてゼーマン効果によま背景吸収の 測定は従来装置におけるような主電圧の最大の近くの短かい周期に制限されない 。磁界がそれによってオンおよびオフされる交番周波数は主周波数に拘束されな い。主振動の影響は供給電圧および磁石電流の繰返し制御によって除去される。

台形状電流波形の側面は「暗電流」、すなわち線発生光源１６がオフされるとき 原子吸収分光計の検出器によって供給される信号を決定するのに使用される。こ のｒ暗電流」は一部は検出器の実際の暗電流であるが一部はサンプルおよび炉の 放出によって発生される信号である。したがって、光源１６は、巻線４００の電 流が所望値に対応することを意味する、電磁石４４が完全に付勢されるとき、ま たは巻線４００の電流がゼロであるときオンされる。電流の増加および減少の間 中、光源１６はオフされる。

電磁石４４が付勢されるとき、背景吸収が決定される。原子吸収に加えて背景吸 収の測定が、電磁石４４が消勢されるときなされる。光源１６がオフされるとき 、暗電流は側面の区域において決定される。記載された回路はほぼ同一の時間間 隔が、各測定サイクルの間中背景測定、原子吸収測定および暗電流測定に利用し 得る動作モードを許容する。これは第１０図に示される。

第１１図は記載された装置によって許容されるさらに他の動作モードを示す。サ ンプル中に期待される元素の量についての対数化吸収の依存がゼーマン原子吸収 分光学による原子吸収分光計において非常に非直線的であることが見い出された （「応用分光学」第３８巻（１９８４年）　、１４１〜１４Ｂ頁）。直線化は背 景吸収が磁界の２つの異なる磁界強度により測定されるために達成されることが できる。それにより測定範囲は拡大されることができる。

記載された装置は入力端子４８８への対応する所望値の入力により第１１図に示 したように電磁石４４の巻線４００の電流波形を許容する。そこで、測定は強力 な磁界により導かれ、測定は弱い磁界により導かれそして測定は第１１図の第２ 、第３および第４線に対応してオフされる磁界により導かれる。暗電流が再び側 面の区域で測定される。

手続補正書動式） 平成２年１１月２６日

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．原子吸収分光計における背景吸収の補正のためのゼーマン効果を発生するた めに周期的にオンおよびオフするように配置された電磁石によって磁界を発生す る原子吸収分光計における磁界発生装置において、 （ａ）主交流電圧を入力側で直流電圧に変圧する手段（２１６，２１８）、（ｂ ）入力側の直流電圧がそれに供給されかつ−主周波数より実質的に高い周波数で 入力側の直流電圧を変調するインバータ手段（２４４，２４８，２５２，２５６ ，２５８）、−前記インバータ手段によって変調された直流電圧を逓降する変圧 器（２４２）、および、 −直流電圧を出力側で発生するための整流器およびフィルタ手段（２７０，２７ ２）からなる変圧器手段（２２０）、および（ｃ）出力側の直流電圧を電磁石に 周期的に供給するための切換え装置（４０２，４０４，４０６，４０８）を特徴 とする原子吸収分光計における磁界発生装置。
2. ２．前記主交流電圧を入力側で直流電圧に変圧するための前記手段が、 （ａ）ブリッジ整流器（２１６）、および（ｂ）入力側の直流電圧が制御可能で あり、かつ主交流電圧から取り出される入力電流が主周波数を有する正弦波形に 調整される逓昇コンバータ（２１８）からなることを特徴とする請求の範囲第１ 項に記載の原子吸収分光形における磁界発生装置。
3. ３．（ａ）前記切換え装置が各直径的に対向する分岐に１つのダイオード（４０ ２，４０４）および２つの他の分岐の各々に第１および第２の制御スイッチ（４ ０８，４０６）を有するブリッジ回路からなり、（ｂ）前記ブリッジ回路は前記 変圧器手段（２２０）の出力側の直流電圧によって供給され、 （ｃ）前記電磁石（４４）の巻線（４００）が前記ブリッジ回路の対角線に配置 され、 （ｄ）前記第１の制御スイッチ（４０８）が、制御装置（４１４）によって、磁 界の設定および維持を含んでいる能動時間間隔だけ、電磁石のオンおよびオフの 所望周波数において周期的に導通され、そして前記スイッチは残りの時間の間中 非導通であり、（ｅ）前記第２の制御スイッチ（４０６）は前記第１スイッチ（ ４０８）の前記能動時間間隔の間中前記電磁石（４４）の巻線（４００）を通る 一定電流を調整するために２段電流制御手段（４８４，４８６，４７２，４６６ ）によって制御されそして前記第２スイッチはまた残りの時間の間中非導通であ り、 （ｆ）前記電磁石（４４）の巻線（４００）は２つのダイオード（４０２、４０ ４）と直列に接続されかつ変圧器手段（２２０）の出力に接続され、そして前記 巻線（４００）に誘起される電流は磁界の中断以前にダイオード（４０２，４０ ４）を通って前記変圧器手段（２２０）に逆流しかつ両制御スイッチ（４０６， ４０８）が非導通であるとき、前記ダイオードの出力側に配置された蓄勢コンデ ンサ（４２４）を充電することを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記 載の原子吸収分光計における磁界発生装置。
4. ４．（ａ）前記電磁石（４４）が消勢されるときまたは該電磁石が完全に消勢さ れるとき前記原子吸収分光計の線放出光源（１８）をオンしかつ前記電磁石（４ ４）の巻線（４００）の電流波形の上昇および下降側面の間中前記光源をオフす るように配置されるランプ制御手段、および （ｂ）前記光源がオフされる間隔の間中前記原子吸収分光計の暗電流および放出 線を測定するたその手段を特徴とする請求の範囲第３項に記載の原子吸収分光計 における磁界発生装置。
5. ５．前記２段コントロールの所望値と各周期の間中少なくとも２段階に可変であ ることを特徴とする請求の範囲第３項または第４項に記載の原子吸収分光計にお ける磁界発生装置。
6. ６．前記電磁石（４４）の巻線（４００）は前記電磁石（４４）の極片（５０， ５２）に配置される２つのコイル（６０，６２）によって形成されることを特徴 とする請求の範囲第１項ないし第５項のいずれか１項に記載の原子吸収分光計に おける磁界発生装置。