Deuteriumlampe

Die Deuteriumlampe in der HPLC richtig einsetzen

05.11.12 | Autor / Redakteur: Werner Röpke* / Doris Popp

Abb.1: Deuteriumlampen liefern eine kontinuierliche Strahlung im UV-Bereich.
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Abb.1: Deuteriumlampen liefern eine kontinuierliche Strahlung im UV-Bereich. (Bild: Heraeus Noblelight)

Deuteriumlampen liefern eine kontinuierliche Strahlung im UV-Spektrum und brennen sehr stabil. Aus diesem Grund sind sie besonders für spektroskopische Untersuchungen geeignet. Die Leistung der Lampe sollte aber im Blick behalten werden, da sie über die Lebensdauer deutlich abnimmt.

Früher war alles einfacher. Gott sprach: „Es werde Licht. Und es wurde Licht.“ (Genesis 1, Vers 3). Heute ist das schwieriger, besonders bei Lichtquellen mit ganz speziellen Eigenschaften, wie z.B. in Detektoren für die HPLC. Beginnen wir mit der Deuteriumlampe. Hierbei handelt es sich um eine Gasentladungslampe, in der etwas Deuterium durch Elektronen zum Leuchten angeregt wird. Das emittierte UV-Spektrum von Deuteriumlampen reicht von ca. 150 nm bis weit in den sichtbaren Bereich hinein. Darum sieht man sie leuchten, reine UV-Strahlung würde man ja nicht wahrnehmen. Der Lampenkörper selbst besteht aus synthetischem Quarz, da normales (Fenster-) Glas kaum UV-Strahlung durchlässt. Auch der Quarz absorbiert Strahlung unterhalb von 170 nm. Aus praktischen Erwägungen hat man bei HPLC-Detektoren durch Verwendung spezieller Lampengläser die untere Wellenlänge auf 200 nm begrenzt. Ab 195 nm wird die Strahlung so energiereich, dass sich im Lichtweg sehr viel Ozon bilden würde, das zum einen unerwünscht ist und zum anderen die Absorbtionswerte erheblich verfälschen würde. Durch die Wahl bestimmter Glaszusammensetzungen wird versucht, diesen Effekt zu minimieren. Zum Zünden der Deuteriumlampe wird sie zunächst ähnlich wie bei Radioröhren mit geringer Gleichspannung geheizt. Das ist an einem orangefarbenen Glimmen leicht zu erkennen. Mit einem Hochspannungsimpuls wird die eigentliche Zündung eingeleitet. Aus dem Glühdraht werden Elektronen herausgeschlagen. Die nehmen nun beim Durchlauf des elektrischen Feldes so viel Energie auf, dass sie weitere Gasmoleküle ionisieren und so lawinenartig weitere Elektronen freisetzen. Es baut sich eine stabile Gasentladung auf.

Was ist, wenn die Lampe nicht zündet?

Die meisten Detektoren versuchen dreimal zu zünden. Brennt die Lampe dann immer noch nicht, wird eine Fehlermeldung ausgegeben. Damit sind bereits zwei mögliche Fehlerquellen ausgemacht: Die Heizungsspannung fehlt, die Lampe glimmt nicht oder die Hochspannung fehlt, dann zündet die Lampe nicht.

Eine einfache optische Prüfung lässt also bereits erste Schlüsse auf mögliche Fehlerquellen zu, sollte der Detektor mal nicht funktionieren. Eine gezündete Lampe sendet als sichtbaren Anteil intensiv blaues Licht aus, wobei die unsichtbare UV-Strahlung allerdings den weitaus höheren Anteil ausmacht.

Vorsicht: Jede Art von kurzwelligem UV-Licht schädigt nachhaltig die Netzhaut. Besonders gefährlich ist das UV-Licht von Xenon-Hochdrucklampen, wie sie in Fluoreszenzdetektoren verwendet werden. Diese Bogenlampen werden mit 150 Watt betrieben, im Gegensatz zu den 30-Watt-Deuterium-Entladungslampen.

Alles, was irgendwie glüht, zerlegt sich mit zunehmender Betriebsdauer. Nach etwa 2000 Stunden ist ein Teil des Glühfadens verdampft und hat sich an dem Lampenglas niedergeschlagen. Der Belag absorbiert den größten Teil der UV-Strahlung. Fingerabdrücke haben einen ähnlichen, wenn auch nicht so ausgeprägten, Effekt. Daher sollten Anwender die Lampen nie am Lichtaustrittsfenster berühren.

Zusätzlich reicht aufgrund der Gaszehrung (Diffusion des Füllgas in den Glaskörper) der Zündfunke nicht mehr aus, um das Deuterium stabil leuchten zu lassen. Sollte dies auftreten, muss eine neue Lampe eingebaut werden. Zündet allerdings auch diese nicht, ist mit Sicherheit die Elektronik defekt, was einen Fall für den Service bedeutet.

Verschiedene Bauformen von Deuteriumlampen

Es gibt unterschiedliche Bauformen von Deuteriumlampen:

  • ohne Nase und Halter,
  • mit Nase oder
  • als moderne Lampe mit Halter.

Die Lampen ohne Halter sind mittlerweile völlig vom Markt verschwunden, denn sie mussten im laufenden Betrieb mit der Hand justiert werden. Heute werden ausschließlich vorjustierte Lampen mit Halter verbaut. Die Nase bei manchen Lampen hat fertigungstechnische Gründe: Nur das Lichtaustrittsfenster ist aus Quarz oder speziellem, UV-durchlässigem Glas. Der übrige Körper aus „normalem“ Glas. Eine Nasenlampe kann normalerweise durch eine baugleiche Lampe ohne Nase ersetzt werden. Es gibt weltweit nur eine „Handvoll“ Hersteller von Deuteriumlampen. Hier kaufen alle Gerätehersteller ein und setzen nur eine gerätespezifische Halterung dran. Nun kann natürlich jeder andere Lampenhersteller auch eine Lampe auf den Markt bringen, die genau die gleichen optischen Eigenschaften hat und einen ebensolchen Halter. So wie eine chinesische Glühlampe in eine deutsche Taschenlampe passt und umgekehrt, denn die Gewinde sind weltweit gleich.

Bei Deuteriumlampen allerdings ist nichts genormt, wegen der geringen Anzahl an Lampenherstellern sind die Bauformen überschaubar. Grundsätzlich passt also eine kompatible Lampe, außer der Gerätehersteller lässt für seine Detektoren speziell Lampen anfertigen. Beispiele hierfür wären Lampen für ein besonders niedriges Signal/Rauschverhältnis oder einem verschobenen Brennpunkt. In solchen Fällen funktioniert der Detektor zwar mit Fremdlampen, aber erreicht nicht die geforderte optische Leistung. Hier hilft dem Anwender nur der Test. Jeder seriöse Lieferant wird in den seltenen Fällen, wo die Lampe gar nicht passt, diese auch wieder zurück nehmen.

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