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Probenzelle für Spektralapparate Die Erfindung bezieht sich auf eine
Probenzelle für Spektralapparate, bei welcher ein Spiegel zwischen einem Eingangs-
und einem Ausgangsspalt angeordnet ist und den Spalten je ein verschwenkbar gelagerter
Spiegel gegenüberliegt, derart, daß das Meßstrahlenbündel mehrmals zwischen den
Spiegeln hin-und herreflektiert wird, ehe es auf den Ausgangsspalt fällt. Bei der
Untersuchung von Proben geringer Absorption, vornehmlich von Gasen, ist es erforderlich,
das Meßstrahlenbündel auf einem möglichst langen Weg durch die Probe zu leiten,
um bequem meßbare Absorption zu erhalten. Damit aber dadurch die Apparatur nicht
unerwünscht groß wird, ist es bekannt, das Meßstrahlenbündel in der Probenzelle
zu »falten«. Es sind in der Probenzelle mehrere einander gegenüberliegende Spiegel
vorgesehen, zwischen denen das Meßstrahlenbündel mehrmals hin- und herläuft, ehe
es aus der Probenzelle wieder austritt.
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Auf diese Weise erhält man einen langen Lichtweg in der Zelle, ohne
daß deren Abmessungen und die Menge des erforderlichen Probengases unerwünscht groß
werden. Es sind Zellen dieser Art bekannt, bei welchen ein Spiegel zwischen einem
Eingangs- und einem Ausgangsspalt angeordnet ist und den Spalten je ein verschwenkbar
gelagerter Spiegel gegenüberliegt, derart, daß das Meßstrahlenbündel mehrmals zwischen
den Spiegeln hin- und herreflektiert wird, ehe es auf den Ausgangsspalt fällt. Durch
Justierung der beiden den Spalten gegenüberliegenden Spiegel kann die Anzahl der
Durchgänge des Meßstrahlenbündels durch die Probenzelle und damit die Weglänge in
der Probensubstanz verändert werden.
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Bei den bekannten Probenzellen dieser Art bietet das Justieren der
Spiegel recht erhebliche Schwierigkeiten. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
eine Probenzelle zu schaffen, bei welcher diese Spiegel auf einfache Weise mittels
eines einzigen Stellgliedes mit großer Genauigkeit verstellbar und justierbar sind.
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Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß die beiden den Spalten
gegenüberliegenden Spiegel mit langen Schwenkarmen verbunden sind, die mittels einer
Stellwelle verschwenkt werden, welche ein Rechts- und ein Linksgewinde trägt, wobei
auf dem Rechts- und dem Linksgewinde je ein Stein geführt ist, der über ein Kugellager
auf den Schwenkarm wirkt und die Schwenkarme damit durch federnde Mittel in Anlage
hält.
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Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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Fig. 1 ist ein Grundriß einer Anordnung nach der Erfindung;
Fig. 2
zeigt einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1.
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In Fig. 1 erzeugt eine infrarote Strahlungsquelle S in Verbindung
mit den erforderlichen Spiegeln ein Meßstrahlenbündel 10 und ein Vergleichsstrahlenbündel
12. Das Meßstrahlenbündel 10 wird durch geeignete Spiegel auf dem Eingangsfenster
14 eines »Langwegzellen«-Gehäuses 16 fokussiert. Das Meßstrahlenbündel trifft auf
den sphärischen Spiegel 18 und wird auf den sphärischen Spiegel 20 reflektiert.
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Der sphärische Spiegel 20 ist feststehend und sammelt den auftreffenden
Strahl auf einem sphärischen Spiegel 22. Von dem Spiegel 22 aus läuft das Strahlenbündel
auf das Austrittsfenster 24. Von dem Austrittsfenster 24 wird das Strahlenbündel
über eine geeignete Spiegelanordnung in den Eingangsspalt 26 des Monochromatorgehäuses
28 geleitet. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist die Länge des Weges, den das Meßstrahlenbündel
in der »Langwegzelle« zurücklegt, angenähert viermal der Abstand vom Eingangsspalt
14 zu dem ersten Spiegel 18. Dieser Abstand kann jedoch erheblich verlängert werden
durch genaue und sorgfältige Justierung der Spiegel 18 und 22. Die Spiegel 18 und
22 sind so angeordnet, daß ihre reflektierenden Flächen um die Punkte schwenkbar
sind, die von parallelen, durch die Fenster 14 und 24 hindurchtretenden Strahlen
getroffen werden. Durch Verschwenken des Spiegels 18 um den Drehpunkt 30 entgegen
dem Uhrzeigersinn kann das infrarote Strahlenbündel so gelenkt werden, daß es den
Spiegel 20
in einem Punkt trifft, der näher an dem Fenster 24 liegt
als das in der Zeichnung dargestellt ist. Wenn der Spiegel 22 dann um den Drehpunkt
32 im Uhrzeigersinne aber um einen Betrag, der genau der Verschwenkung des Spiegels
18 entspricht, verschwenkt wird, so kann man mehrfache Durchgänge des Strahlenbündels
10 durch die Zelle 16 erzielen, wobei das Meßstrahlenbündel immer noch in der Nähe
des Austrittsfensters 24 fokussiert ist. Durch eine solche Justierung hat es sich,
wie an sich bekannt, als möglich erwiesen, die wirksame Weglänge der Probenzelle
bis um einen Faktor zehn zu vergrößern.
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Die sich daraus ergebende Verbesserung in der Genauigkeit der Analyse
ist für den Fachmann augenscheinlich. Die genaue Justierung der Spiegel 18 und 22
wird nun dadurch erreicht, daß jeder Spiegel auf einem entsprechenden Arm 34 und
36 gelagert ist, der im wesentlichen parallel zur Längsachse der Zelle 16 liegt.
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An den äußeren Enden der Justierarme ist ein Justiermechanismus vorgesehen,
der den Justierarmen gleiche, aber gegensinnige Schwenkbewegungen erteilen kann.
Die Justiervorrichtung enthält eine geeignete Grundplatten- und Winkel anordnung
38, welche eine Welle 40 an beiden Enden mittels geeigneter Lager 42 unterstützt.
Diese Konstruktion erkennt man deutlicher aus der Darstellung gemäß Fig. 2. Die
Welle 40 ist mit an einer Seite mit einem rechtsgängigen Gewinde 44 und an der anderen
Seite mit einem linksgängigen Gewinde 46 versehen. Auf den mit Gewinde versehenen
Wellenabschnitten sind mit einem Innengewinde versehene erste Schwenkarmverstellmittel
48 und zweite Schwenkarmverstellmittel 50 vorgesehen. Ein Kugellager 52 mit geeigneten
Laufflächen ist zwischen dem Arm 34 und den Verstellmitteln 48 vorgesehen, um eine
longitudinale Relativbewegung zuzulassen. Ein ähnliches Lager 54 ist zwischen dem
Arm 36 und den Verstellmitteln 50 vorgesehen. Die Verstellmittel 48 und 50 erstrecken
sich nach unten in eine Öffnung der Grundplatte 38, um ihre Drehung um die Welle
40 zu verhindern. Auf der Welle 40 sitzt ein geeigneter Rändelknopf 56, der eine
Verdrehung der Welle ermöglicht. Eine geeignete Feder 58 verbindet den ersten und
zweiten Arm 34 und 36 und erzeugt eine ständige nach innen gerichtete Belastung
zwischen diesen. Man sieht leicht, daß eine Verdrehung des Knopfes 56 eine Bewegung
der
Schwenkarmverstellmittel 48 und 50 in entgegengesetzter Richtung längs der Achse
der Welle 40 zur Folge hat. Wenn die Verstellmittel 40 und 50 sich auseinanderbewegen,
so erteilen sie den Armen 36 und 34 eine Spreizbewegung entgegen der Wirkung der
Feder 58, so daß sie den Spiegel 18 an seinen Drehpunkt im Uhrzeigersinn und den
Spiegel 22 um einen gleichen Betrag um seinen Drehpunkt entgegen dem Uhrzeigersinn
verschwenken. Wenn der Knopf 56 so bewegt wird, daß er die Verstellmittel 48 und
50 einander annähert, so wird der Spreizdruck auf die Arme 34 und 36 entlastet,
wodurch die Feder 58 die Arme in ihre Ursprungslage zurückführt und den Spiegeln
18 und 22 einander entgegengerichtete Schwenkbewegung, wobei sich der Drehsinn nunmehr
umkehrt, erteilt.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gerätes
ist der Rändelknopf 56 innerhalb des Zellengehäuses angeordnet. Es ist aber offensichtlich,
daß auch eine äußere Einstellmöglichkeit vorgesehen werden könnte.