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Vorrichtung zur Messung des zirkularen Dichroismus
Die Erfindung betrifft Verbesserungen, Abänderungen und zusätzliche Ausgestaltungen der im Stammpatent beschriebenen Vorrichtungen zur Messung des zirkularen Dichroismus optisch aktiver Sub- stanzen.
Ziel der Erfindung ist die Erhöhung der Messgenauigkeit, insbesondere durch eine verbesserte Konstruktion des optischen Systems.
Eine Vorrichtung nach dem Stammpatent ist gekennzeichnet durch ein optisches System, das ein monochromatisches Lichtstrahlenbündel mit zyklischer Polarisationsänderung zwischen links-und rechtszirkularer Polarisation und mit zufolge seines Durchganges durch die zu prüfende Substanz veränderter Intensität erzeugt, durch einen elektro-optischen Wandler, welcher das Lichtbündel empfängt und ein elektrisches Signal abgibt, das mindestens in seiner Amplitudenvariation die Änderungen der Lichtintensitätdieses Lichtbündels wiedergibt, durch eine elektronische Schaltungsanordnung, welche das Ausgangssignal des Wandleis in die Wechselstrom-und Gleichstromkomponente trennt und ferner eine Vollweggleichrichtung der Wechselstromkomponente ausführt,
und durch ein Aufzeichnungssystem für das Amplitudenverhältnis der Gleichstromkomponente und der gleichgerichteten Wechselstromkomponente, welches Verhältnis ein Mass für den zirkularen Dichroismus der geprüften Substanz in bezug auf die Wellenlänge des monochromatischen Lichtbündels ist.
Da der Spektralbereich für die Messungen von Ultraviolett bis zum andern Ende des sichtbaren Spektrumsreicht, ist weiters eine Einrichtung zur Veränderung der Wellenlänge des monochromatischen Lichtbündels vorgesehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt der Apparat einen Monochromator mit Quarzoptik, dessen Dispersionssystem als Funktion der Zeit nach einem bekannten und reproduzierbaren Gesetz angetrieben wird. Die Spalte des Monochromators werden durch einen Servomechanismus betätigt, der durch die Differenz zwischen der Spannung der Gleichstromkomponente des elektrischen Signals und einer einstellbaren Vergleichsspannung gesteuert wird. Die Umwandlung des Lichtstroms in ein elektrisches Signal wird durch einen Sekundärelektronenvervielfacher bewirkt.
Bei diesem Apparat ist die Empfindlichkeit vor allem durch das Verhältnis Signalspannung zu Geräuschspannung der Photozelle begrenzt. Die andern Fremdspannungsquellen können durch entsprechende Anordnung und sorgfältige Auswahl der Bestandteile und Schaltungen in vernachlässigbaren Grenzen gehalten werden. Um die Genauigkeit zu erhöhen, soll der auf die Kathode des Sekundärelektronenvervielfachersfallende Lichtstrom gross sein. Dieser Lichtstrom ist abhängig von der Grösse des auf die Probe fallenden Lichtstroms und von der Absorption in der Probe. Letztere lässt sich durch Konzentrations- änderungen und Änderungen der Dicke der durchstrahlten Probe so wählen, dass die Messgenauigkeit optimal wird. Die Grösse des auffallenden Lichtstroms ist eine Funktion der Bandbreite des zu untersuchenden Spektralbereichs.
Diese wieder hängt von den jeweils geforderten Untersuchungen ab und kann deshalb nicht beliebig gewählt werden.
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Zur Erhöhung der Messgenauigkeit bei einer Vorrichtung gemäss dem Stammpatent wird infolgedes- sen im wesentlichen vorgeschlagen, nach einem Merkmal der Erfindung eine Monochromatoreinrichtung aus mindestens zwei einzelnen Monochromatoren vorzusehen, die hintereinander liegen, wobei der Aus- trittsspalt des ersten den Eintrittsspalt des zweiten Monochromators bildet und eine Antriebsvorrichtung der Spalte vorgesehen ist, die eine unmittelbare und gemeinsame Steuerung durch einen Servomecha- nismus gestattet, durch den der Wert der Gleichstromkomponente des Signals der Photozelle konstant gehalten wird. Jeder Monochromator besitzt ein Prisma. Diese Prismen sind auf einem gemeinsamen
Sockel befestigt und werden so gesteuert, dass das austretende Lichtbündel den zu untersuchenden Fre- quenzbereich durchläuft.
Die Erfindung ist an Hand des nachfolgenden Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in der Zeich- nung schematisch dargestellt ist.
Bei diesem Beispiel beleuchtet eine Lichtquelle S über einen Kondensor eine Monochromator- einrichtung. Die Kondensorlinsen sind mit L1 und L2 bezeichnet. Die Monochromatoreinrichtung be- steht aus zwei hintereinander liegenden Monochromatoren, die zwischen dem Eintrittsspalt fl und dem Austrittsspalt f3 angeordnet sind, wobei sich ein für beide Monochromatoren gemeinsamer
Spalt f2 dazwischen befindet. Jeder Monochromator besitzt eine Einrichtung, die einen Strahlengang inForm eines doppelten N definiert, der den Abbildungsfehler des Koma besonders gut beseitigt. Die drei Spalte sind in einer Ebene angeordnet, wobei die Spalte fl und f3 gekrümmt sind und denselben
Krümmungsradius besitzen, jedoch symmetrisch zum Spalt f2 orientiert, der gerade ist. Diese Spalte sind miteinander mechanisch verbunden, so dass sie gleichzeitig mit Hilfe des Motors MF betätigt werden.
Der Motor MF wird über einen Servomechanismus so gesteuert, dass die Gleichstromkomponente des von Sekundärelektronenvervielfacher abgegebenen Signals konstant bleibt.
Der erste Monochromator reicht von Spalt fl bis zu Spalt f2 über den Spiegel Ml, das Prisma P1 und den Spiegel M2. Der zweite Monochromator erstreckt sich von Spalt f2 bis zu Spalt f3, über den Spiegel M3. das Prisma P2 und den Spiegel M4. Die Prismen Pl und P2 sind mechanisch vereinigt zu denken, z. B. durch Befestigung an einer gemeinsamen Scheibe, zu ihrer Einstellung durch den Synchronmotor, der das Durchwandern des Wellenlängenbereichs der Monochro- matoreinrichtung steuert. Der nicht dargestellte Motor besitzt einen ähnlichen Aufbau und eine ähnliche Funktion wie der im Stammpatent für denselben Zweck verwendete Motor. Das bei f3 austretende Bündel ist auf eine Linse L3 gerichtet. Die Monochromatoreinrichtung ist zwischen den Linsen LI bis L3 in einem luftdichten Gehäuse untergebracht.
In diesem kann man zur Reinigung und Kühlung ein neutrales Gas zirkulieren lassen, das innerhalb des zu untersuchenden Wellenbereichs nicht absorbiert, z. B. Stickstoff, wenn man zwischen 185 und 200 nm arbeitet.
DiebeidenPrismenbestehen z. B. aus synthetischem Quarz, der für Ultraviolett sehr durchlässig ist, und sind anschliessend an. ihre reflektierende, z. B. aluminisierte Fläche unter einem Winkel von 300 geschliffen. Sie sind so angeordnet, dass das Licht das Prisma P1 etwa in Richtung der optischen Ach- se des Kristalls und der minimalen Ablenkung durchsetzt. Der Schliff des Prismas P2 ist so ausgeführt, dass die optische Achse des Kristalls parallel zur Kante liegt. Das das Prisma Pl durchsetzende Licht wird also nach dem Brechungsindex für ordentliche Strahlen abgelenkt. Das auf das Prisma P2 fallende Bündel wird in zwei Bündeln aufgespaltet, die senkrecht zueinander polarisiert sind.
Das ordentliche Bündel Fo durchsetzt den Spalt f3 und bleibt erhalten, während das ausserordentliche Bündel Fes wie gezeigt, in der Nähe dieses Spalts ausgeblendet wird.
Man sieht, dass bei der beschriebenen Anordnung der Doppelmonochromator additiv wirkt, so dass im gewählten Spektralbereich doppelt soviel Licht erhalten bleibt wie bei einem einfachen Monochromator, wobei dieses Licht auch besser von allen Frequenzen ausserhalb des gewählten Bereichs befreit ist. Überdies ist es bereits am Ausgang der Monochromatoreinrichtung polarisiert.
Es scheint fürs erste, dass die Lichtverluste bedeutender sind als bei einem einfachen Monochromator, man kann aber erreichen, dass die Absorption des Prismas P2 nicht bedeutender ist als jene des Rochonprismas gemäss dem Stammpatent. Die Reflexionsverluste auf P2 beeinträchtigen praktisch das benutzte ordentliche Bündel nicht, da der Einfallswinkel in der Nähe des Brewster'schen Winkels liegt.
Der Austrittsspalt f3 der Monochromatoreinrichtung liefert ein linear polarisiertes Lichtbündel für den Polarisationsmodulator Cr, z. B. einen den Pockelseffekt aufweisenden Kristall, an dem die Elektrodengezeigtsind, die es gestatten, ihm ein elektrisches Wechselfeld zur Erregung anzulegen, wie an sich bekannt ist. Da dieser Modulator einen kleinen Öffnungswinkel des Lichtbündels, das ihn durchsetzt, erfordert, wenn seine Aussteuerung richtig sein soll, verwandelt man das bei Spalt f3 austre-
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tende Bündel durch die Linse L3 in ein Parallelstrahlenbündel.
Auf der andern Seite des Kristalls konzentriert eine Linse L4 das modulierte Bündel auf eine Küvette Cv, die eine Probe der zu untersuchenden optisch aktiven Substanz enthält, Innerhalb dieser Küvette wird der Spalt f3 abgebildet, was ein Arbeiten mit sehr wenig Probesubstanz gestattet. Die Linsen sind z. B. aus Quarzglas und schwach doppelbrechend.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Messung des zirkularen Dichroismus, nach Patent Nr. 233285, dadurch ge- kennzeichnet, dass eine an sich bekannte Monochromatoreinrichtung mit mindestens zwei einzel- nen Monochromatoren vorgesehen ist, deren Prismen zur Steuerung des ausgesonderten Wellenlängenbe-
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mindestens eines der Prismen aus einem doppelbrechendenzwei senkrecht zueinander polarisierten Bündeln besteht, und dass eines dieser Bündel durch Ausblendung aus dem Austrittsspalt des betreffenden Monochromators abgetrennt wird.