Colloquium Spcctroscopicum Internntionale VI (Amaterdnm. 1950). Pergnnlon Press Ltd., London

SECTION II

EMISSION SPECTROMETRY

Direktauswertung von Spektren im Schumadngebiet E. L~SCHER

Instit.ut fiir technische Physik, Universitiit Lausanne

Abstract-The paper begins with a discussion regarding the geometrical disposition and the

kind of det,ectors used in several methods for the direct measurement of spectral line intensities in the Schumann region. The most appropriate detectors were (1)-the photomult,iplier with fluorescent screen or (2)-the Geiger-Miiller counter sensitive for ultra-violet light. In cont,inuous

service the Geiger-Miiller counters are not constant and their lifetime is very short (a few weeks). Calcium tungst.at,e has been found as the best of the different fluorescent. products.

DIE Bedeutung vakuumspektroskopischer Methoden [l, 21 sowohl in der Emissions- nnalyse als such in der Molekiilphysik hat in den letzten Jahren zugenommen. Die klassische Detektion von Lichtintensit%ten, deren Wellenl%ngen kleiner als 2000 A sind, geschieht such heute noch mit Busserst gelat,inearmen Photoemulsionen nach SCHUMANN [3] oder mit einer fluoreszierenden Fliissigkeit getrgnkten Emulsion nach Duc~aux und JEANTET [4]. Heute liegt das Hauptinteresse jedoch bei der clirekteu Messung der Lichtintensitgten.

- 47.52

Ahb. 1. G.M. Ziihlrolll~.

Versuche mit gasgefiillten Photozellen [.‘i] ergaben nicht die gewtinscht,e Empfindlichkeit~. DUNKELMAN und LOCK [6] versahen einen RC!A IP2s Multiplier mit einer diinnen Quarzun~hiillung. Damit erhielten sie eine beachtliche Empfind- lichkeit bis hinunter zu 1600 a. Die SpezialrGhren sind allerdings nicht im Handel erh%ltlich.

Das Hauptinteresse richtete sich deshalb auf die lichtempfilidlichen Z&lrohre und Photomultiplier mit Fluoreszenzschirmen.

Zun%chst wurden Messungen mit Geiger-Miiller ZBhlrohren durchgefiihrt. Die Konstruktion dieser ZLhlrohre aus Messing sehen wir in Abb. 1.

Auf die Innenw%nde der i%hlrohre wurde eine Cadmiumschicht (Photoeffekt) im Vakuum aufgedampft. Als Fenster wurde LiF in 0,s mm Dicke verwendet. Der ZSihldraht war aus MolybdBn van O,l mm Durchmesser. Die Stopfen waren in Keramik ausgefiihrt, Als Gasfiillung diente ein Gemisch 1 : 10 von Aethylalkohol

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E. LiiSCHRR

und Argon. Gepriift wurden die Zghlrohre in einer Anordnung nach Abb. 2. Die Lgnge des Plateaus war mehr als 300 Volt bei einer Steilheit von 5 StGssen/min pro 100 Volt.

Lampe G.M:Ziihlrohr

iTIr??

i II Hochspannung lmpulsidhler

I d

Filter

Abb. 2. Prtiungsaufstellung fiir G.M. Ziihlrohre.

Die Empfindlichkeit fti ultraviolettes Licht nahm mit der Zeit sehr stark ab, was wahrscheinlich der Absorption des Alkohols an den ZSihlrohrwB;nden zuzu- schreiben ist. Ferner lag der Nulleffekt von Anfang an mit SO bis 120 Stijssen pro Minute -je nach Bhlrohr sehr hoch.

bderungen des Dunkelstroms 6094 B

2

:z

-1 : z -

1 I I t I 4 70 60 50 40 30 20 10 0

Zei t sek

2 Lnderungen des Dunkelstroms

6094 C

I I I I I I I I 90 ,8D 70 60 50 40 30 20 10 0

Zeit sek

Lnderungen des Dunkelstroms IP21

1 I I I I I I I 60 70 60 50 40 30 20 10 0

Zeit sek

Abb. 3, 4, 5. Variation im Dunkelstrom des Sekundiirelektronenvervielfachers 6094B (3) 6094C (4) IP21 (5)

Das Hauptinteresse der weiteren Versuche richtete sich deshalb ausschliesslich auf SekundSGrelektronenvervielfacher mit Fluoreszenzschirmen. Es wurden zun&chst aus den im Handel erhiltlichen Photomultipliern die geeignetsten

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Direktauswertung van Spektren im Schumanngebiet

ausgewlihlt [7]. Wesentlich fur die Wahl wsr ausser der Empfindlichkeit, die Grosse des Dunkelstromes und die Variation desselben. In den Abbildungen, 3, 4 und 5 ist die zeitliche Variation des Dunkelstromes eines RCA IP21, EM1 6094C und EM1 6094B dargestellt. Die Dynodenspannung betrug je 160 Volt.

Der Mittelwert des Dunkelstromes betrug ftr den RCA IP21-Multiplier, 0,02 Mikroamp. Fur die beiden EM1 war er kleiner :als 0,Ol Mikroamp. Noch bessere Resultate wurden mit einem Photomultiplier nach SCHAETTI [8] erzielt. Leider

Zeit sek

Electronenvervlelfocher 6094 B

Anregnung durch Hg 2462 8

Abb. 6. Beispiel einer Empfindlichkeitsmessung fluoreszierender Substanzen.

sind diese nicht im Handel erhgltlich. Die Variation des Dunkelstromes kann erheblich verkleinert werden, wenn der Photomultiplier mit fliissiger Luft [9] gektihlt wird.

.Aus der grossen Anzahl fluoreszierender Substanzen wurden fiir die endgultigen Versuche Natriumsalicylat und Kalziumwolframat ausgewlihlt. In Tabelle 1 sind die Empfindlichkeitsmessungen mit der Hg-Linie 2482 if dargestellt.

Tab. 1

Versuch No. Ne-Salicyl8t c8w0,

Auasch1a.g in mV Ausschlag in mV

1 16mV 20 mV 2 10 mV 18 mV 3 6mV 17mV 4 14 mV 17 mV 5 14 mV 18 mV 6 13 mV 21 mV

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E. LijSCHER

Jeder Versuch stellt einen Mittelwert von je 30 Messungen dar. In Abb. 6 sehen -wir ein Beispiel einer solchen registrierten Messung.

Das Kalziumwol.&ami& ekes sich zusammen mit dem EMI-Multiplier ala geeignetst.

Die Messanordnung ist in Abb. 7 schematisch dargestellt. Dynomischer Kondensotor

Photozelle

L

-~s,en ,y-~H~~

J lntegrierender Konderisotor

Abb. 7. Messaufstellung fiir fluoreszierende Substanzen.

Diese Multiplier, bei denen die fluoreszierende Substanz direkt auf der Stirnseite der Rijh?e aufgetragen wurde, waren im Vakuumspektrographen nach LiisCHER [lo]

montiert. Der Empfgngerteil dieses Spektrographen wurde in einer reinen Stick- stoffatmosph&re gehalten. In Abb. 8 ist der Intensit&tsverlauf der Kohlenstofflinie

Zeit sek

Verdompfung C’ 1930

Abb. 8. Intensitittsverlouf der Linie CI 1930 mit der Zeit.

C I 1930 in Funktion der Zeit dargestellt, als Beispiel einer direkten Messung von Spektrallinienintensitlten. Als Probe diente eine Eisenlegierung von 0,74% C- Gehalt, angeregt mit einem Feussner-Funken Typ ARL-High Precision-Source.

Die beschriebenen Versuche wurden im Forschungslaboratorium der Applied Research Laboratories in Lausanne durchgefiihrt. Es ist eine angenehme Pflicht

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Direktauswertung van Spektren im Schumanngebiet

des Autors, der Direktion der Applied Research Laboratories fiir das grossziigige Zurverfiigungstellen der notwendigen Mittel zu danken.

Literatur [l] INN E. C. Y. Spectrochim. Actu 1955 ‘4 65. [2] L~~SCFIER E. Chimia 1955 9 298. [3] SCHUMANN V. Akad. Wiss. Wien 1893 (2A) 102 625. [4] DIJCLAIJX und JEANTET J. Phys. et le Rad. 192; 2 154. [5] LITTLE E. P. J. Opt. Sot. Amer. 1946 36 168. [6] DUN~ELMAN L. und Locx C. J. Opt. Sot. Amer. 1951 41 802. [7] LiiSCEER E. 2. angew. Math. und Phys. 1954 5 343. [s] SCHAETTI N. 2. angew. Math. und Phys. 1951 2 123. [9] J. BRANDM~~LLER und MOSER H. 2. angew. Phys. 1956 8 142. [lo] L~SCHER E. He&v. Phys. Actu. 1955 28 492.

Diskussion Herr RITSCIIL: Geniigte die Konstanz cles Feussner-Funkens fiir die Photometric. Antwort: Die Anregung auf dem Feussner Funken der ARL-High Precision Source ist

geniigend kons tent. Herr LEHMANN: Wie hoch muss die Konst.anz der Speisespannung sein fiir den Multipliertyp

E.M.I.B. Antwort: besser als 0,1x,. Herr HEI~ICI: Welches Bindemittel wurde fur den C&Wolfram& verwendet? Antwort: Die besten Erfahrungen sind mit dem Binclemittel “Metzler” gemacht. Mr. MENZIES: Why did you choose the 1930-A and not the 1657-A carbon line. Was this

entirely because of the grating blaze? Antwort: We found that the line 1930 A wit,h our grating was strungrr than the line of

1657 A.