FR2605404A1 - Multi-spectral lamp arrangement for atom absorption spectroscopy - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un système avec au moins deux lampes spectrales atomiques émettant un faisceau parallèle de rayons lumineux ainsi que les moyens pour concentrer les faisceaux de rayons en un rayonnement commun de travail. The present invention relates to a system with at least two atomic spectral lamps emitting a parallel beam of light rays as well as the means for concentrating the beams of rays into a common working radiation.
Des systèmes pour concentrer le rayonnement de différentes sources de lumière spectrales en un faisceau lumineux de travail commun sont par exemple nécessaires en spectroscopie par absorption atomique pour l'identification simultanée de plusieurs éléments dans une susbtance échantillon. Systems for concentrating the radiation from different spectral light sources into a common working light beam are, for example, required in atomic absorption spectroscopy for the simultaneous identification of several elements in a sample substrate.
Les systèmes connus utilisent, pour la concentration des rayons, des ensembles des miroirs semi-transparents, deux lampes nécessitant un miroir pour la concentration des rayons et un autre miroir doit être ajouté pour chaque lampe supplémentaire. De tels ensembles de miroirs ne peuvent bien entendu conduire qu'une fraction des intensités individuelles des lampes au trajet du faisceau de travail. Les pertes de rayonnement sont, pour la plupart du temps, si importantes qu'elles donnent, pour la mesure, un rapport signal/bruit relativement mauvais. De plus, l'ajustage correct des miroirs les uns par rapport aux autres impose des difficultés, en particulier lorsque le dispositif doit être incorporé dans des appareils portables qui sont soumis à des charges inévitables par à-coups. Known systems use, for the concentration of the rays, sets of semi-transparent mirrors, two lamps requiring a mirror for the concentration of the rays and another mirror must be added for each additional lamp. Such sets of mirrors can of course only lead to a fraction of the individual intensities of the lamps in the path of the working beam. The radiation losses are, for the most part, so great that they give, for measurement, a relatively poor signal-to-noise ratio. In addition, the correct adjustment of the mirrors with respect to each other poses difficulties, in particular when the device has to be incorporated in portable devices which are subjected to inevitable loads in spurts.
D'autres systèmes connus de concentration des rayons avec un rendement lumineux supérieur utilisent des grilles de diffraction en tant que moyen de concentration des rayons ou bien un miroir oscillant à réflexion totale. Dans les deux cas, les directions des radiations des lampes doivent être ajustées de manière très soignée, et il en résulte donc une sensibilité accrue aux chocs. Other known systems for concentrating rays with a higher light output use diffraction grids as a means of concentrating rays or else an oscillating mirror with total reflection. In both cases, the directions of radiation of the lamps must be adjusted very carefully, and this results in increased sensitivity to shocks.
La présente invention a par conséquent pour tâche de créer un système de lampes spectrales multiples qui soit largement insensible à l'ajustement, possède un fort rendement lumineux et puisse être réalisé de manière très compacte. The present invention therefore has the task of creating a system of multiple spectral lamps which is largely insensitive to adjustment, has a high light output and can be produced in a very compact manner.
Cette tâche est réalisée, selon l'invention, par le fait que l'on prévoit, comme moyen pour la concentration des faisceaux de rayonnement, un réflecteur de concentration et un miroir d'arrêt se trouvant sur l'axe optique du réflecteur de concentration, les lampes spectrales atomiques étant disposées de manière que les axes optiques de leurs faisceaux de rayonnement soient parallèles à l'axe optique du réflecteur de concentration et en dehors de la zone couverte par le miroir d'arrêt. This task is carried out, according to the invention, by the fact that there is provided, as a means for the concentration of the radiation beams, a concentration reflector and a stop mirror located on the optical axis of the concentration reflector , the atomic spectral lamps being arranged so that the optical axes of their radiation beams are parallel to the optical axis of the concentration reflector and outside the area covered by the stop mirror.
Selon d'autres configurations avantageuses de l'invention, on prévoit, en tant que miroir d'arrêt, un miroir d'arrêt se trouvant à 450 par rapport à l'axe optique du réflecteur de concentration ; le réflecteur de concentration présente un perçage se trouvant sur l'axe optique ; en tant que miroir d'arrêt, un miroir concave est prévu, dont l'axe optique correspond à l'axe optique du réflecteur de concentration ; la distance entre le réflecteur de concentration et le miroir d'arrêt est plus grande que la distance focale de réflecteur de concentration et la distance focale du miroir d'arrêt est dimensionnée de manière que les faisceaux de rayonnement qu'il capte soient focalisés, en direction de la lumière, derrière le réflecteur de concentration, sur l'axe optique ; la distance entre le réflecteur de concentration et le miroir d'arrêt est égale à la somme des distances focales de ces miroirs. Par ailleurs, on peut utiliser, comme miroir d'arrêt, un miroir convexe, dont l'axe optique correspond à l'axe optique du réflecteur de concentration ; la distance entre le réflecteur de concentration et le miroir d'arrêt est, dans ce cas, plus petite que la distance focale du réflecteur de concentration et la distance focale du miroir d'arrêt est dimensionnée de manière que les faisceaux de rayonnement qu'il réceptionne soient focalisés, en direction de la lumière, derrière le réflecteur de concentration.According to other advantageous configurations of the invention, there is provided, as a stop mirror, a stop mirror located at 450 relative to the optical axis of the concentration reflector; the concentration reflector has a hole on the optical axis; as a stop mirror, a concave mirror is provided, the optical axis of which corresponds to the optical axis of the concentration reflector; the distance between the concentration reflector and the stop mirror is greater than the focal distance of the concentration reflector and the focal distance of the stop mirror is dimensioned so that the beams of radiation which it picks up are focused, direction of the light, behind the concentration reflector, on the optical axis; the distance between the concentration reflector and the stop mirror is equal to the sum of the focal distances of these mirrors. Furthermore, it is possible to use, as a stop mirror, a convex mirror, the optical axis of which corresponds to the optical axis of the concentration reflector; the distance between the concentration reflector and the stop mirror is, in this case, less than the focal distance of the concentration reflector and the focal distance of the stop mirror is dimensioned so that the beams of radiation that it receive are focused, towards the light, behind the concentration reflector.
La construction de base de ce système de concentration des rayons est connue du télescope astronomique à réflexion. Celui-ci focalise la lumière d'une étoile se trouvant à l'infini et émettant par conséquent des rayons lumineux parallèles, dans un plan de l'image. La présente invention part du fait que la pupille du télescope peut être subdivisée en zones individuelles, qui sont éclairées par les faisceaux de rayons parallèles des lampes spectrales atomiques. I1 se produit alors, dans le plan focal, la concentration souhaitée des faisceaux de rayons en un faisceau de travail. The basic construction of this ray concentration system is known from the astronomical reflection telescope. This focuses the light of a star located at infinity and therefore emitting parallel light rays, in a plane of the image. The present invention starts from the fact that the pupil of the telescope can be subdivided into individual zones, which are illuminated by the beams of parallel rays of the atomic spectral lamps. I1 then occurs, in the focal plane, the desired concentration of the beams of rays in a working beam.
L'aptitude d'un tel système dans le but de la spectroscopie par absorption atomique n'est donnée que si, lors de l'analyse spectrale du faisceau de travail après l'interaction avec l'échantillon à analyser, un monochromateur prévu possède, relativement aux lignes spectrales irradiant diverses zones de la pupille, la même courbe d'étalonnage que pour les lignes spectrales émises par une lampe spectrale individuelle se trouvant sur l'axe optique. On a pu établir, de manière surprenante, que la courbe d'étalonnage du monochromateur ne changeait pas lors de l'utilisation du système selon l'invention. Les faisceaux de rayonnement provenant de diverses lampes spectrales atomiques se comportent comme s'ils étaient émis par une seule source de lumière. The ability of such a system for the purpose of atomic absorption spectroscopy is only given if, during the spectral analysis of the working beam after interaction with the sample to be analyzed, a planned monochromator has, relative to the spectral lines irradiating various zones of the pupil, the same calibration curve as for the spectral lines emitted by an individual spectral lamp being on the optical axis. It was surprisingly possible to establish that the calibration curve of the monochromator did not change when the system according to the invention was used. Beams of radiation from various atomic spectral lamps behave as if they were emitted from a single light source.
Comme, pour la représentation des diverses sources de lumière dans le plan focal, une qualité de photographique de représentation n'est pas nécessaire, l'ajustage de l'ensemble est moins critique. Aucune condition trop sévère n'est imposée sur le parallélisme des rayons lumineux à l'intérieur de chaque faisceau ni sur le parallélisme des axes optiques. As, for the representation of the various light sources in the focal plane, a photographic quality of representation is not necessary, the adjustment of the whole is less critical. No excessively severe condition is imposed on the parallelism of the light rays inside each beam nor on the parallelism of the optical axes.
Comme le système de concentration des rayons ne travaille qu'avec des surfaces réfléchissantes, on obtient, comme autre avantage, que l'intensité lumineuse émise par chaque lampe spectrale atomique est transmise presque sans perte dans le parcours du faisceau de travail. As the ray concentration system only works with reflective surfaces, we get, as another advantage, that the light intensity emitted by each atomic spectral lamp is transmitted almost without loss in the path of the working beam.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails'et avantages de celle-ci apparaitront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre, faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels
- la figure 1 montre une forme de réalisation de l'invention avec miroir d'arrêt plan
- la figure 2 montre une forme de réalisation de l'invention avec miroir d'arrêt concave
- la figure 3 montre une forme de réalisation de l'invention avec miroir d'arrêt convexe
- la figure 4 montre une représentation détaillée de la structure selon la figure 2 ; et
- la figure 5 montre une représentation détaillée de la structure selon la figure 3.The invention will be better understood and other aims, characteristics, details and advantages thereof will appear more clearly during the explanatory description which follows, made with reference to the appended schematic drawings given solely by way of example illustrating several embodiments of the invention and in which
- Figure 1 shows an embodiment of the invention with plane stop mirror
- Figure 2 shows an embodiment of the invention with concave stop mirror
- Figure 3 shows an embodiment of the invention with convex stop mirror
- Figure 4 shows a detailed representation of the structure according to Figure 2; and
- Figure 5 shows a detailed representation of the structure according to Figure 3.
La figure 1 montre une structure avec deux lampes spectrales atomiques 1, 2. Par des moyens non représentés, l'on est assuré que ces lampes émettent des faisceaux lumineux parallèles, dont les axes optiques 3, 4 sont parallèles. Figure 1 shows a structure with two atomic spectral lamps 1, 2. By means not shown, it is ensured that these lamps emit parallel light beams, whose optical axes 3, 4 are parallel.
Les faisceaux lumineux tombent sur un réflecteur de concentration 5 dont l'axe optique 6 est également parallèle aux axes optiques 3, 4. Vis-à-vis du réflecteur de concentration 5 est disposé un miroir d'arrêt plan 7, qui est placé à 45 par rapport à l'axe optique 6 du réflecteur de concentration 5. Sa distance par rapport au réflecteur de concentration 5 est plus petite que sa distance focale, qui est donnée par le point de croisement 8' des axes optiques. 3, 4 convergents après réflexion sur le réflecteur de concentration 5. The light beams fall on a concentration reflector 5, the optical axis 6 of which is also parallel to the optical axes 3, 4. Opposite the concentration reflector 5 is arranged a plane stop mirror 7, which is placed at 45 relative to the optical axis 6 of the concentration reflector 5. Its distance from the concentration reflector 5 is smaller than its focal distance, which is given by the crossing point 8 'of the optical axes. 3, 4 converging after reflection on the concentration reflector 5.
Le miroir d'arrêt 7 dévie les faisceaux de rayonnement de 90 vis-à-vis de l'axe optique 6 du miroir creux 5 et les concentre au point focal 8. A l'aide d'une lentille 9, on produit un faisceau parallèle de travail 10. The stop mirror 7 deflects the beams of radiation 90 with respect to the optical axis 6 of the hollow mirror 5 and concentrates them at the focal point 8. With the aid of a lens 9, a beam is produced working parallel 10.
Sur la figure 2, le réflecteur de concentration 5 possède un perçage central 11. Le miroir d'arrêt 12 est concave, dans ce cas, et se trouve face au réflecteur de concentration 5 sur l'axe optique 6. Sa distance au réflecteur de concentration 5 est plus grande que sa distance focale. Il focalise les faisceaux de rayonnement à travers le perçage 11 au point 13. Une lentille 9 produit, dans ce cas également,un faisceau parallèle de travail 10. In FIG. 2, the concentration reflector 5 has a central bore 11. The stop mirror 12 is concave, in this case, and is facing the concentration reflector 5 on the optical axis 6. Its distance from the reflector concentration 5 is greater than its focal length. It focuses the radiation beams through the bore 11 at point 13. A lens 9 produces, in this case also, a parallel working beam 10.
Sur la figure 3, le réflecteur de concentration 5 se trouve, sur l'axe optique 6, face à un miroir convexe d'arrêt 14, et à une distance qui est plus petite que la distance focale. Le miroir d'arrêt 14 focalise les faisceaux de rayonnement à travers le perçage central 11 dans le réflecteur de concentration 5, au point 13. Une lentille 9 produit de nouveau un faisceau parallèle de travail 10. In FIG. 3, the concentration reflector 5 is located, on the optical axis 6, facing a convex stop mirror 14, and at a distance which is smaller than the focal distance. The stop mirror 14 focuses the radiation beams through the central bore 11 in the concentration reflector 5, at point 13. A lens 9 again produces a parallel working beam 10.
La figure 4 montre les conditions géométriques lors de l'utilisation de tubes à cathode creuse 15, 16 en tant que lampes spectrales. Par des lentilles 17, 18 en série avec les lampes, on produit des faisceaux parallèles 19, 20 de rayonnement lumineux, qui font impact sur le réflecteur de concentration 5. Un miroir d'arrêt 12 est disposé face à ce réflecteur de concentration 5, dont la distance est égale à la somme des distances focales des deux miroirs. Du miroir d'arrêt 12 partent des faisceaux parallèles de rayonnement, qui traversent le perçage 11 dans le réflecteur de concentration 5. L'un des faisceaux est réhaussé par des hâchures pour montrer son comportement caractéristique. FIG. 4 shows the geometric conditions when using hollow cathode tubes 15, 16 as spectral lamps. By lenses 17, 18 in series with the lamps, parallel beams 19, 20 of light radiation are produced, which impact on the concentration reflector 5. A stop mirror 12 is arranged opposite this concentration reflector 5, whose distance is equal to the sum of the focal distances of the two mirrors. Parallel beams 12 emit parallel beams of radiation, which pass through the bore 11 in the concentration reflector 5. One of the beams is enhanced by hatching to show its characteristic behavior.
Le trajet parallèle des rayons derrière le réflecteur de concentration 5 peut bien entendu être prolongé de manière à pouvoir, par exemple, insérer une chambre d'atomisation pour la spectroscopie par absorption atomique. Grâce à une lentille 21, les faisceaux lumineux 19, 20 affectés aux tubes à cathode creuse 15, 16 peuvent être représentés sur la fente d'entrée 22 d'un monochromateur, non représenté. Toute la construction est extrêmement compacte, et les faisceaux de rayonnement se traversant plusieurs fois ne sont pas mutuellement influencés. The parallel path of the rays behind the concentration reflector 5 can of course be extended so as to be able, for example, to insert an atomization chamber for atomic absorption spectroscopy. Thanks to a lens 21, the light beams 19, 20 assigned to the hollow cathode tubes 15, 16 can be represented on the input slot 22 of a monochromator, not shown. The whole construction is extremely compact, and the beams of radiation crossing several times are not mutually influenced.
La figure 5 ne montre, pour la simplicité, qu'un tube à cathode creuse 15, qui est retenu dans un boîtier 23. Par l'utilisation d'un miroir d'arrêt convexe 14, on obtient une construction encore plus courte. On peut bien entendu disposer, symétriquement à l'axe optique 6 du réflecteur de concentration 5, autant de lampes spectrales atomiques que le permettent les dimensions géométriques. Avantageusement, on peut disposer quatre lampes spectrales atomiques décalées de 900. FIG. 5 shows, for simplicity, only a hollow cathode tube 15, which is retained in a housing 23. By the use of a convex stop mirror 14, an even shorter construction is obtained. It is of course available, symmetrically to the optical axis 6 of the concentration reflector 5, as many atomic spectral lamps as the geometric dimensions allow. Advantageously, one can have four atomic spectral lamps offset by 900.
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