CH618267A5

CH618267A5 -

Info

Publication number: CH618267A5
Application number: CH1028177A
Authority: CH
Inventors: Stanley J Kishner
Original assignee: Kollmorgen Tech Corp
Priority date: 1976-08-25
Filing date: 1977-08-22
Publication date: 1980-07-15
Also published as: FR2363088A1; GB1557633A; FR2363088B1; US4097152A; DE2738564C3; JPS5333679A; DE2738564A1; DE2738564B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spektrophotometer für den sichtbaren Spektralbereich zur gleichzeitigen Darstellung des Transmittanzspektrums der Probe im sichtbaren Bereich und zur Messung der Transmittanz bei frei gewählter Wellenlänge in diesem Bereich.

Die meisten Spektrophotometer, die im sichtbaren Bereich des Lichtes arbeiten, benutzen drei Grundelemente: eine Lichtquelle, eine Dispersionseinrichtung zum Zerlegen des Lichtes in die verschiedenen Wellenlängen, und eine lichtempfindliche Messeinrichtung. Die Lichtquelle ist in der Regel eine Glühlampe. Zum Zerlegen des Lichtes wird in der Regel ein Prisma oder ein Beugungsgitter benutzt. Die lichtempfindliche Messeinrichtung besteht entweder aus einem Sekundärelektronenvervielfacher, einem Photowiderstand oder aus einem Photozellelement.

Obgleich die meisten optischen Systeme die Menge des von einem Körper durchgelassenen Lichtes sehr genau messen, besteht, besonders im Lehrbereich, jedoch ein Bedarf, die Menge des durchgelassenen Lichtes auch sichtbar zu machen. Eine solche Sichtbarmachung hat einen unschätzbaren Wert zur Veranschauli ;hung sowohl der Farbenlehre als auch der Ab-sorptionsspekirophotometrie.

Um dieses zu erreichen, ist das erfindungsgemässe Spektrophotometer gekennzeichnet durch eine Lichtquelle;

ein optis :hes System zum Fokussieren des von der Lichtquelle ausge îenden Lichtes;

eine Dis lersions-Einrichtung, die das fokussierte Licht in sein Spektri m zerlegt und damit die bezüglich der Transmittanz zu untersuch ende Probe Beleuchtet;

einen diffusen Beobachtungsschirm zur Wiedergabe des zerlegten und von der Probe durchgelassenen Lichtes;

eine lichtempfindliche Messeinrichtung, die nächst dem

Beobachtungsschirm angeordnet ist und es gestattet, selektive einzelne Spektralbereiche bezüglich des von der Probe durchgelassenen Lichtes auf dem Beobachtungsschirm dargestellten Spektrums zu erfassen;

eine Anzeigeeinrichtung, die darstellt, welcher Teil des auf dem Schirm dargestellten Spektrums von der Messeinrichtung erfasst wird; und eine Anzeigevorrichtung, die die entsprechende Transmittanz anzeigt.

Als Lichtquelle kann eine Glühlampe benutzt werden, die mit einem geradlinigen Leuchtdraht bzw. -faden bzw. -band versehen ist. Die Dispersionseinrichtung kann ein Transmit-tanz-Beugungsgitter sein. Die Lichtmesseinrichtung kann in der Nähe und unterhalb des Beobachungsschirmes und etwas näher dem Beugungsgitter als dem Beobachtungsschirm angeordnet sein.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ist eine Draufsicht einer Darstellung der erfindungs-gemässen Vorrichtung.

Fig. 2 ist ein Teilquerschnitt der erfindungsgemässen Vorrichtung.

Fig. 3. ist eine schematische Darstellung der Vorrichtung gem. Fig. 1.

Im nachfolgenden wird Fig. 1 ausführlich beschrieben. Als Lichtquelle dient eine Glühlampe 1 mit langgestrecktem Glühfaden 2, welcher senkrecht zur Papierebene angeordnet ist. Der Lichtkegel 3, der durch eine kreisförmige Öffnung 4 austritt, trifft auf die Linse 5. Der Abstand der Linse 5 vom Leuchtfaden 2 ist so gewählt, dass auf dem Beobachtungsschirm 6 ein ca. 3-fach vergrössertes Abbild des Leuchtfadens 2 entsteht. Der Beobachtungsschirm ist aus mattiertem Material, wie beispielsweise mattiertem oder opalisierendem Glas oder mattiertem Mylar hergestellt. Durch das zwischen der Linse 5 und dem Schirm 6 angeordnete Beugungsgitter 7 wird das Licht in die einzelnen Spektralbereiche zerlegt. Es werden also Strahlen verschiedener Wellenlänge in verschiedenen Winkeln abgelenkt, wobei der Ablenkungswinkel eine lineare Funktion der Wellenlänge ist.

Das längstwellige sichtbare rote Licht von 700 Nanometern wird am meisten abgelenkt und trifft in Punkt A auf dem Schirm auf. In Punkt A befindet sich also das durch die Linse 5 erzeugte (rote) Bild des Glühfadens 2. Entsprechend wird ein violettes Bild (400 Nanometer) des Glühfadens 2 in Punkt B erzeugt. Die violetten Strahlen des sichtbaren Spektrums werden also am wenigsten abgelenkt.

Da die Glühbirne 1 ein kontinuierliches Spektrum aussendet, wird auch eine kontinuierliche Kette von Abbildern des Glühfadens 2 auf dem Schirm 6 abgebildet, entsprechend jeder einzelnen Wellenlänge. Die Abbilder gehen in einander über, so dass der Betrachter ein kontinuierliches Spektrum sieht.

Das am Beugungsgitter 7 nicht zerlegte Licht trifft auf die schwarze Scheibe 8 ; dadurch wird unerwünschtes Streulicht vermieden. Ist das zu untersuchende Muster eine Flüssigkeit, so wird diese in eine Küvette 9 gebracht, durch die die bereits zerlegte Strahlung hindurchgeht, ehe sie auf den Beobachtungsschirm 6 und die Photomesseinrichtung 10 trifft. Die Stärke der Küvette 9 beeinflusst die Schärfe des Spektrums auf dem Beobachtungsschirm 6 nur wenig, da das optische System eine grosse Tiefenschärfe aufweist. Anstelle der Küvette 9 können auch Gelatine-, Glas- oder Plastikscheiben als Probenkörper verwendet werden; allerdings muss dieser von einheitlicher Färbung sein, da er hinter dem Beugungsgitter 7 im Strahlengang angeordnet ist.

Die Photomesseinrichtung 10 besteht aus einem lichtempfindlichen Halbleiter, dessen Widerstand sich mit der Lichteinstrahlung ändert. Sie ist etwas näher zur Linse 5 angeordnet als

5

in

15

20

25

3«

35

40

45

50

55

60

65

3

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der Beobachtungsschirm 6. Die Blendenzahl des optischen Systems ist so gross, dass das Spektrum sowohl auf der Messeinrichtung 10 als auch auf dem Schirm 6 vollständig scharf ist. Die Photomesseinrichtung 10 ist beweglich angebracht und kann zwischen den Punkten A und B bewegt werden ; sie wird durch Drehen des Knopfes 11 betätigt.

Zum besseren Verständnis der Messeinrichtung 10 wird auf Fig. 2 verwiesen. Das Bild des langgestreckten Glühfadens 2 der Glühbirne 1 ist hoch genug, um auf dem Teil des Schirmes 6 aufzutreffen, der nicht durch die mattierte Maske 12 abgedeckt ist und nur ein undeutliches Bild erkennen lässt, und ebenfalls genügend hoch, um die Messeinrichtung 10 zu treffen. Auf diese Weise misst die Photomesseinrichtung 10 die Lichtintensität des unteren Teils des auf dem Schirm abgebildeten Spektrums, und zwar den Teil, der durch die mattierte Abdeckmaske 12 ver- i deckt ist. Die spektrale Bandbreite der Messung wird in erster Linie durch die Grösse der Messeinrichtung bestimmt und liegt bei etwa 20 Nanometer. Vorzugsweise wird die Photomesseinrichtung 10 durch eine Halterung 13 und ein Getriebe 14 bewegt. Die von der Messeinrichtung gemessene Wellenlänge wird auf dem Beobachtungsschirm durch den Schatten eines Zeigers 15 angezeigt, der an der Messeinrichtung 10 befestigt ist. In einer vorzugsweisen Ausgestaltungsform der Erfindung ist dieser Zeiger 15 einer der beiden Leiter, die mit der Messeinrichtung 10 verbunden sind. Die äussere Seite der mattierten 2 Abdeckmaske 12 ist mit einer Skala versehen, auf der die Wellenlängen im Bereich zwischen 400 und 700 Nanometer angegeben sind.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass die Messung des durch den Probenkörper durchgelassenen Lichtes in drei Stufen erfolgt. 1 Als erstes und noch ohne Probenkörper wird der Drehknopf 11

so eingestellt, dass der Zeiger 15 auf der Anzeigenskala die Wellenlänge anzeigt, bei der die Messung durchgeführt werden soll. Als zweites wird mit Knopf 16 das Potentiometer 17 eingestellt, wodurch gleichzeitig auch das Strommessgerät 18 : eingestellt wird. Die Anzeigenskala des Strommessgerätes 18 ist auf Prozent durchgelassenen Lichtes geeicht, und zwar von 0 bis 100%; als Grundeinstellung dienen 100%. Als dritter Schritt wird der Probenkörper eingesetzt, und die Menge des durchgelassenen Lichtes wird direkt auf dem Strommessgerät 18 ange-1 zeigt.

Die schematische Darstellung in Fig. 3 zeigt den Transformator 19, der die 220 V-Netzwechselspannung in 6 V umwandelt. Mit dieser Spannung wird die Glühlampe 1 betrieben. Die in Serie geschaltete Diode 21 und der parallel geschaltete Kondensator 20 dienen zur Gleichrichtung und Glättung des Stromes und versorgen so den Messstromkreis mit einer Gleichspannung. Der Messstromkreis besteht aus der Photomesseinrichtung 10, dem Potentiometer 17 und dem Amperemeter 18. 1 Ohne Probenkörper wird der Widerstand des Potentiometers 17, welches parallel zum Amperemeter 18 geschaltet ist, so eingestellt, dass das Amperemeter 18 100% anzeigt. Wird die Probe in den Strahlengang gebracht, so nimmt der Widerstand im Messgerät 10 zu und der Strom im Amperemeter 18 ab. Da der Widerstand der Messeinrichtung 10 nicht notwendigerweise linear von der Lichtintensität abhängig ist, und da das Messgerät einen festen Widerstand im Stromkreis darstellt, ist der Strom, der im Amperemeter gemessen wird, nicht linear proportional zur Lichtdurchlässigkeit des Probenkörpers. Diese Nichtlineari-tät wird durch die Skaleneinteilung des Amperemeters 18 ausgeglichen.

2 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Spektrophotometer für den sichtbaren Spektralbereich zur gleichzeitigen Darstellung des Transmittanzspektrums der Probe im sichtbaren Bereich und zur Messung der Transmittanz bei frei gewählter Wellenlänge in diesem Bereich, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle; ein optisches System zum Fokussieren des von der Lichtquelle ausgehenden Lichtes; eine Dispersions-Einrichtung, die das fokussierte Licht in sein Spektrum zerlegt und damit die bezüglich der Transmittanz zu untersuchende Probe beleuchtet ; einen diffusen Beobachtungsschirm zur Wiedergabe des zerlegten und von der Probe durchgelassenen Lichtes ; eine lichtempfindliche Messeinrichtung, die nächst dem Beobachtungsschirm angeordnet ist und es gestattet, selektive einzelne Spektralbereiche bezüglich des von der Probe durchgelassenen Lichtes und auf dem Beobachtungsschirm dargestellten Spektrums zu erfassen ; eine Anzeigeeinrichtung, die darstellt, welcher Teil des auf dem Schirm dargestellten Spektrums von der Messeinrichtung erfasst wird ; und eine Anzeigevorrichtung, die die entsprechende Transmittanz anzeigt.

2. Spektrophotometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine langgestreckte Lichtquelle benutzt wird, vorzugsweise eine Glühlampe mit einem geradlinigen Leuchtdraht bzw. -faden bzw. -band.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Spektrophotometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispersionseinrichtung ein Transmittanz-Beugungsgitter ist.

4. Spektrophotometer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtempfindliche Messeinrichtung in der Nähe des Beobachtungsschirmes, und zwar unterhalb desselben und näher zur Dispersionseinrichtung angeordnet ist.