DE1124721B - Verfahren zur Bestimmung der Drehung der optischen Polarisationsebene - Google Patents

Description

• Verfahren zur Bestimmung der Drehung der optischen Polarisationsebene Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Drehung der optischen Polarisationsebene in einem zu untersuchenden Stoff unter Anwendung einer Lichtquelle mit Polarisatoranordnung vor dem zu untersuchenden Stoff und einer Analysatoranordnung mit einer die Intensität messenden photoelektrischen Meßvorrichtung hinter derselben, bei dem die Intensität eines ersten Lichtstrahles, der in bezug auf die Polarisationsebene des Analysators unter einem bestimmten Winkel durch die Polarisatoran ordnung polarisiert wird, und die Intensität eines zweiten Lichtstrahles, der durch die Polarisatoranordnung unter einem symmetrisch entgegengesetzten Winkel polarisiert wird, gemessen und verglichen werden.
• Die Messung des Winkels der Drehung von polarisiertem Licht in einer Substanz ist von großer Bedeutung, da sie eine Methode zur qualitativen und quantitativen Analyse bildet. Verschiedene Meßverfahren wurden bisher für die Messung einer solchen Erscheinung verwendet. Die gebräuchlichste Meßanordnung besteht darin, daß, bevor die zu untersuchende Substanz in die Meßapparatur gebracht wird, der Analysator so lange gedreht wird, bis ein vollständiges Auslöschen des Lichtes hinter dem Analysator beobachtet wird. Es wird dann die zu untersuchende Substanz in den Lichtstrahl zwischen Polarisator und Analysator eingebracht und der Analysator wiederum bis zu dem Punkt gedreht, in welchem Auslöschen des Lichtstrahles stattfindet. Die hierzu erforderliche Drehung des Analysators bildet ein Maß für die Drehung der Polarisationsebene, die durch die zu untersuchende Substanz bedingt ist.
• Eine solche Methode ist jedoch nicht genau.
• Um eine höhere Genauigkeit zu erzielen, verwendet man Geräte, bei denen das Beobachtungsfeld in zwei Hälften verschiedener Polarisationsrichtung aufgespalten ist, und es wird dann bei der Messung auf Gleichheit der Lichteindrücke in beiden Hälften des Beobachtungsfeldes eingestellt. Solche Meßgeräte besitzen zwar größere Genauigkeit, sie sind jedoch verhältnismäßig kompliziert und kostspielig.
• Außerdem ist auch hier die Empfindlichkeit der Meßanordnung durch die Leistungsfähigkeit des menschlichen Auges begrenzt, ist also individuell abhängig.
• Es ist bereits bekannt, zur Bestimmung der Drehung der optischen Polarisationsebene hinter der Analysatornahordnung eine die Intensität des austretenden Lichtes messende fotoelektrische Meßvorrichtung vorzusehen, wobei das Meßgerät so ausgebildet ist, daß die Intensität eines ersten Lichtstrahl es, der in bezug auf die Polarisationsebene des Analysators unter einem bestimmten Winkel durch die Polarisatoranordnung polarisiert wird, und die Intensität eines zweiten Lichtstrahles, der durch die Polarisatoranordnung unter einem symmetrisch entgegengesetzten Winkel polarisiert wird, gemessen und verglichen werden. Diese bekannte Meßanordnung, die weitgehend alle individuelle Abhängigkeit der Messung beseitigt und dadurch in hohem Maße Reproduzierbarkeit der Messungen liefert, sieht vor, daß der Quotient der Intensitäten der beiden vorgenannten Lichtstrahlen gebildet wird und der optische Drehungswinkel aus diesem Quotienten und einem von dem Winkel zwischen Polarisatorebene und Analysatorebene abhängigen Proportionalitätsfaktor ermittelt wird.
• Die Erfindung beruht auf dem Grundprinzip, welches bei der genannten bekannten Methode Anwendung findet und beruht ebenfalls auf einem Intensitätsvergleich von zwei die Analysatoranordnung des Meßgerätes verlassenden Lichtstrahlen, wobei ebenfalls bei den beiden für die Messung ausgenützten Lichtstrahlen die Polarisationsebene des Analysators und die Polarisationsebene des Polarisators in bezug aufeinander gleiche, symmetrisch liegende Winkel bilden. Es werden jedoch nicht direkt die Intensitäten der beiden Lichtstrahlen zueinander in ein Verhältnis gesetzt. Die Erfindung kennzeichnet sich vielmehr dadurch, daß die Summe E1 + E2 und die Differenz E,- E, der beiden Lichtstrahlintensitäten E1 und E2 gebildet werden und die zu bestimmende optische Drehung entsprechend der Formel £1 - £2 1 E1 + E2 Ztga ermittelt wird, wobei ho; der Winkel zwischen Polarisatorebene und Analysatorebene ist.
• Eine andere Form der gemäß der Erfindung zur Anwendung gelangenden Ausnutzung der Summe und der Differenz der beiden Lichtstrahlintensitäten besteht darin, daß die - zu bestimmende optische DrehungO entsprechend der Formel o = (El - E (E, f E2) 1 -E,E, 8tg ermittelt wird, wobei wiederum ka der Winkel zwischen der Polarisatorebene und der Analysatorebene ist.
• Die Erfindung hat gegenüber dem vorstehend erwähnten bekannten Verfahren, den zu bestimmenden optischen Drehungswinkel unmittelbar aus dem Intensitätenverhältnis der beiden Strahlen abzuleiten, den Vorteil, daß, wie eine nachstehend folgende mathematische Analyse zeigen wird, eine bessere Linearität der Abhängigkeit des Drehungswinkels von den gemessenen Größen sich ergibt.
• Die vorstehend erwähnten Eigenschaften sind an Hand der Zeichnung erläutert. Von den Figuren zeigt Fig. 1 ein Diagramm für die Ableitung der Gleichungen, welche das physikalische Verhalten eines Lichtstrahles charakterisieren, der eine erfindungsgemäße Polarimeteranordnung durchsetzt, Fig. 2 eine Darstellung der Abhängigkeit des Verstärkungsfaktors für verschiedene relative Winkel der Polarisationsebenen des Polarisators und des Analysators, Fig. 3 eine ähnliche Darstellung, welche die Abhängigkeit des trbertragungsfaktors zeigt, Fig. 4 eine graphische Darstellung, welche die Größe der winkelmäßigen Drehung, die bei einer Ausführungsform der Erfindung zu erhalten ist, wiedergibt; die Kurve betrifft das Verhältnis des Differenzbetrages zu dem Summenbetrage der Meßwerte des Lichtmeßgerätes, Fig. 5 zwei Kurven, welche die Berichtigung der Abweichungen, d. h. der Fehlerfunktion, bei einer erfindungsgemäßen Anordnung zeigen, Fig. 6 ein Vektordiagramm, welches den Einfluß eines bestimmten Abweichungswinkels der anfänglichen Phasenwinkel zwischen Analysator und Polarisator auf den Lichtenergiemeßwert wiedergibt, Fig. 7 ein Diagramm, welches die Wiedergabekurven von drei polarimetrischen erfindungsgemäßen Analyseverfahren wiedergibt, Fig. 8 eine schematische Darstellung eines photoelektrischen Kolorimeters, welches im Rahmen der Erfindung Anwendung zu finden bestimmt ist, Fig. 9 eine Seitenansicht eines Vorsatzes, welcher den Polarisator und den Analysator enthält, Fig. 10 eine Draufsicht desselben, Fig. 11 einen vertikalen Mittelquerschnitt, welcher den Vorsatz und die Untersuchungsröhre, letztere mit ihrem Halteorgan, zeigt, Fig. 12 ein Diagramm für Meßergebnisse, welche wäßrige Zuckerlösungen (Sukrose-Lösungen) betreffen, wobei der Tangens des Phasenwinkels zwischen den Polarisationsebenen des Polarisators und des Analysators gleich 5,0 gewählt ist, Fig. 13 eine ähnliche Darstellung für verschiedene Konzentrationen von Chininlösungen in einem Lösungsmittel, welches aus 2 Teilen Chloroform und 1 Teil Äthylalkohol besteht, Fig. 14 ein Diagramm, welches den Einfluß der Wellenlänge des Lichtes auf den Winkel der geraden Linie zeigt, welche die Abhängigkeit des Verhältnisses der Differenz zur Summe für verschiedene Konzentrationen der Lösung bei Wellenlängen zwischen 640 und 490 mll wiedergibt, Fig. 15 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform einer Polarisator-Analysator-Anordnung, Fig. 16 einen vertikalen Schnitt, der längs der Linie A-A der Fig. 15 gelegt ist, Fig. 17 einen Seitenriß in Teildarstellung, der eine andere Ausführungsform einer Polarisator-Analysator-Anordnung zeigt, Fig. 18 eine Teilansicht einer Anordnung, welche einen einzigen Polarisator vorsieht, Fig. 19 ein Diagramm, welches eine gegenüber dem linearen Maßstab verzerrte Anzeigeskala wiedergibt, wobei diese Skala derart ausgebildet ist, daß Meßabweichungen nach Möglichkeit beseitigt sind, Fig. 20 Instrumentenskalen, von denen die eine Skala linear ist und die andere zu dem Zwecke der Berichtigung von Abweichungen korrigiert ist.
• Über die grundsätzlichen Meßmethoden ist folgendes auszuführen: Der optische Drehwinkel einer Substanz kann mittels einfacher Instrumente gemessen werden. Im Prinzip wird ein Polarisator, entweder ein Nicolsches Prisma oder ein einfacher polarisierender Film, in den Strahlengang des Lichtes, welches von einer Lichtquelle, die monochromatisch oder auch nicht monochromatisch sein kann, gesetzt. Es wird dann ein Analysator, ein Nicolsches Prisma oder ein polarisierender Film, in denselben Strahlengang hinter dem Polarisator in Richtung der Fortpflanzung des Lichtes gesetzt. Es besteht ein geeigneter Abstand zwischen dem Polarisator und dem Analysator, dergestalt, daß man die optisch aktive Substanz, welche feste Form, flüssige Form oder gasförmige Form besitzen kann, zwischen beide einsetzen kann; handelt es sich um eine flüssige oder gasförmige Substanz, so ist dieselbe in einem geeigneten durchsichtigen Gefäß bestimmter meßbarer Länge.des Lichtweges unterzubringen.
• Bei Abwesenheit des optisch aktiven Materials im Strahlengang wird der Analysator so gedreht, bis eine vollständige Auslöschung des Lichtes hinter dem Analysator erzielt wird. In diesem Falle macht die Polarisationsebene des Analysators genau einenWinkel von 90" mit der Polarisationsebene des Polarisators.
• Der Analysator besitzt eine Winkelmeßskala, welche im Zusammenwirken mit einem einstellbaren Zeiger es gestattet, den Drehwinkel zu messen.
• Wenn vollständige Auslöschung des Lichtes stattfindet, wird die Bezugsmarke in Koinzidenz mit dem Nullwinkel der Winkelmeßskala gebracht. Unter diesen Umständen bewirkt das Einsetzen des Lichtweges der optisch aktiven Substanz, daß sich wiederum ein Lichteindruck ergibt. Der Drehwinkel, der durch das aktive Medium bedingt ist, entspricht dem Drehwinkel des Analysators, welcher erforderlich ist, um wiederum ein vollständiges Auslöschen des Lichtes zu erzielen. Die Drehung des Analysators kann entweder im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn erfolgen, wenn man gegen die Lichtquelle blickt.
• Unter diesen Bedingungen wird die Drehung im Uhrzeigersinn als positiv bezeichnet, während die Drehung im Gegenuhrzeigersinn als negative Drehung bezeichnet wird. Die winkelmäßige Verstellung, welche an der Teilung der Skala abgelesen wird, ist ein Maß der optischen Drehung, welche die optisch aktive Substanz bewirkt hat.
• Dadurch, daß eine Noniusanordnung an der Winkelmeßvorrichtung vorgesehen wird, läßt sich die Genauigkeit und Empfindlichkeit der Ablesungen vergrößern. Mechanische und optische Verfeinerungen bei der Konstruktion des Winkelmeßgerätes könnten beispielsweise, wenn eine außerordentlich feine Teilung verwendet wird und eine Mikroskopablesung von einer Vergrößerung 1:100 mit einem spiralförmigen oder mikrometrischen Okularnetz benutzt wird, eine Empfindlichkeit von der Größenordnung einer Bogensekunde nach sich ziehen. Solche mechanisch-optischen Vorrichtungen indessen haben den Übelstand, daß sie erstens außerordentlich kostspielig sind und daß sie letzten Endes doch nicht die beobachtete Endempfindlichkeit des Systems verbessern; es ist nämlich das menschliche Auge, welches im wesentlichen die Meßgenauigkeit beschränkt.
• Die Empfindlichkeit, d. h. die Ansprechempfindlichkeit des menschlichen Auges in bezug auf Licht ist keine lineare Funktion, sie ist vielmehr im wesentlichen eine logarithmische Funktion. Obwohl der Bereich der visuellen Aufnahme von Lichteindrücken einen ungeheuer weiten Bereich, nämlich einige 13 Stilbs, umfaßt, ergibt sich die Auflösungsempfindlichkeit des Auges in den meisten Fällen nur zu 20/o bei den am besten geeigneten Energieniveaus. Der genaue Auslöschwinkel kann nicht besser bestimmt werden als mit der Genauigkeit, welche dem Schwellwert des optischen Empfindens des Auges entspricht.
• Überschreitet man diesen Grenzwert, so wird die Meßanordnung durch den bekannten Effekt der toten Zonen beeinflußt, der einen Zustand des indifferenten Gleichgewichtes bildet.
• Das Bedürfnis nach höherer Genauigkeit hat die Entwicklung verschiedener optischer Apparate nach sich gezogen, deren hauptsächliches Ziel ist, den bestehenden Unterschied zu vergrößern, so daß das Auge seine Unterscheidungsfunktionen unter günstigeren Bedingungen durchzuführen vermag.
• Die Verbesserungen, die an den grundsätzlichen Polarisationsgeräten getroffen wurden, werden am besten durch die jetzt allgemein bekannten Vorrichtungen der folgenden Art charakterisiert: das Jellet-Cornusche Doppelprisma, das Lippichsche Polarimeter (end point device), die Laurentsche Halbwellenplatte oder der Quarzkeil-Kompensator, der bei Saccharimetern verwendet wird.
• All diese Anordnungen gestatten eine Winkelmeßgenauigkeit von 10,010, d. h. A 36 Bogensekunden; sie ersetzen den Analysator, der mit vollständiger Auslöschung des Lichtes arbeitet, dadurch, daß das Gesichtsfeld auf gleiche Helligkeit gebracht wird, was sich besser beobachten läßt.
• Die Anordnungen von Jellet-Cornu, Lippich und Laurent verwenden unterteilte Beobachtungsfelder, die zwei oder sogar drei Zonen besitzen. Jede Zone enthält einen Strahl polarisierten Lichtes, dessen Polarisationsachse von der des anderen um wenige Grade winkelmäßig sich unterscheidet. Nachdem die optisch aktive Substanz durchsetzt ist, ist die Richtung der Polarisationsschwingungen in jedem Lichtstrahl um denselben Winkelbetrag gedreht worden, ohne daß die relative ursprüngliche winkelmäßige Versetztheit dadurch beeinträchtigt wurde. Dreht man daher den Analysator in die richtige Richtung, so ergibt sich eine Winkelstellung, bei welcher die Polarisationsachse des Analysators gleiche Winkel mit den beiden Richtungen der einfallenden Strahlen bildet. In diesem Zustand erscheint das Feld gleichmäßig hell, und eine kleine winkelmäßige Verstellung gegenüber dieser Gleichgewichtslage verursacht ein schnelles Dunkelwerden der einen Zone, während die andere Zone intensiv heller wird.
• Eine kurze mathematische Analyse ist hier angebracht. Es sollen die beiden gleichen Amplitudenvektoren, die durch das polarisierende System erzeugt werden, mit Ao bezeichnet werden. Die Winkelstellung, von einer vorgegebenen Bezugsachse aus gerechnet, soll dann die beiden Werte besitzen: 0 + 8 und 0 + 82.
• Die Winkelgrößen #1 und #2 bestimmen den gegenseitigen Phasenwinkel #2 - #1. Wenn beide Vektoren durch die aktive Substanz geleitet werden, werden dieselben winkelmäßig um den gleichen Betrag α verdreht und treten in den Analysator, dessen Polarisationsebene mit der Bezugsachse den Winkel einschließt. Beim Austritt aus dem Analysator sind die Amplituden der Strahlen gleich der Projektion der einfallenden Amplituden auf die Polarisationsachse des Analysators, und daher sind beim Austritt die Amplituden durch die Beziehung gegeben: A1 = Ao cos (0 + 8 + - fl) und A2 = Ao cos (0 + 82 + £2 - fl).
• Die entsprechenden Energien, die von dem Auge aufgenommen werden, sind proportional dem Quadrat der Amplitude, und dieses nimmt die folgende Form an: W1 = A02 cos2 (# + #1 + α - ß) und W2 = AO cos2 (0 + 82 + a -Bei gleicher Beleuchtung ergibt sich W, = Wa.
• Diese Beziehung hat zur Folge, daß gelten muß: cos 2 (0 + £1 + os - ß) = cos 2 (0 + 82 + α - ß), und diese gilt, als die einzige Bedingung, die Interesse besitzt, nämlich für den Fall 81 - 82.
• In diesem Falle kann geschrieben werden #1 = - #2 = #, was zum Ausdruck bringt, daß der eine der Vektoren hinter der Winkelstellung O um den Winkel 8 zurückliegt, während der andere um den gleichen Winkelbetrag vorausliegt.
• Eine Entwicklung der Gleichheit der Kosinusausdrücke ergibt dann die Gleichung: 2 sin 2(0 + bs - 8) sin 28 = 0.
• Diese Gleichung kann nur dann befriedigt werden, da e von Null verschieden ist, wenn 0- + - 8 (2k + 1). gilt. Die letztgenannte Gleichung bringt zum Ausdruck, daß der Analysator quer zu der Hauptwinkel- stellung der beiden Strahlen gestellt werden muß.
• Die Gleichmäßigkeit der Feldbeleuchtung, die durch das Auge festgestellt wird, liegt in bezug auf Genauigkeit bei der Größenordnung von dW= 2°/o der Lichtenergie. Die Bedingung der gleichen Beleuchtung, wobei die durch das Auge bedingte Unbestimmtheit berücksichtigt wird, ergibt die nachfolgende Differentialgleichung: dW # A02 # cos2 (γ - #) = 2A02 [cos (γ - #) sin (γ - #) - cos (γ + #) sin (γ + #)] dγ, wobei der Einfachheit halber geschrieben wurde y=O+n-B.
• Bei der Forderung y = (2k+ 1) 'Z #/2 gilt die nachfolgende Gleichung cos (y+£) = -cos(y-E); hieraus ergibt sich: dW dγ = 4 . tg#.
• Es läßt sich daher die Genauigkeit der Analysator-Winkelstellung als eine Funktion des Phasenwinkels, der durch das Polarisationssystem eingeführt wird, und der Ungenauigkeit des optischen Lichteindruckes dW wie folgt beschreiben: Macht man den Winkel 8 zu 2,5Q, während dW = 0,02 ist, so nimmt die endgültige Genauigkeit den Ausdruck an: dy = 0,02 0,045 1 = 2,2510-4, welches ange-4 nähert drei Viertel einer Bogenminute ist oder etwa i 45 Sekunden.
• Obwohl ein kleinerer Winkel 8 gewählt werden könnte, um die winkelmäßige Ungenauigkeit d7 zu verringern, so muß doch im Auge behalten werden, daß die Lichtenergie, die von dem Analysator austritt, gegeben ist durch: oder in Annäherung We = 240 sin2 e = 0,002 S0 .
• Dieses Äquivalent von 201oo ist außerordentlich schwer zu erzielen, selbst bei Benutzung der stärksten Lichtquellen.
• Die vorstehende Analyse beschreibt sehr genau das grundsätzliche Verhalten der erwähnten Instrumente.
• Die geschätzte Ungenauigkeit von i45 Sekunden stimmt sehr gut überein mit der im allgemeinen beanspruchten Genauigkeit von i36 Sekunden.
• Wie bereits zuvor ausgeführt wurde, unterscheiden sich die drei klassischen Polarimeter in der Konstruktion ihrer Polarisatoren, welche zwei Lichtstrahlen, die gegeneinander winkelmäßig versetzt sind, erzeugen.
• Bei dem Jellet-Cornuschen Polarisator ist das polarisierende Nicolsche Prisma in zwei Halbteile längs der optischen Achse geschnitten. Nachdem von jedem Teil ein gleicher Winkel abgeschliffen wurde, nämlich ein solcher, daß die keilförmigen Teile einen Winkel von 2,5° bilden, werden die beiden Teile miteinander verkittet. Jeder Halbteil polarisiert dann das Licht, welches ihn durchsetzt, und zwar in einer Ebene, die einen Winkel von 5° mit der Ebene des anderen Halbteiles bildet. Der Phasenwinkel ist fest eingestellt, was zur Folge hat, daß man mit unveränderlicher Empfindlichkeit arbeitet und das optische System recht robust ist.
• Bei dem Lippichschen Polarisator benutzt man ein festes, großes Nicolsches Prisma, welches das gesamte Feld ausfüllt, und ein zweites, kleines Nicolsches Prisma zusätzlich zu dem erstgenannten großen Prisma, welches nur einen Teil des Feldes abdeckt.
• Das zusätzliche Nicolsche Prisma kann so orientiert werden, daß es nach Wunsch das Licht in einer Ebene polarisiert, welche einen kleinen Winkel mit der Hauptebene der Polarisation bildet. Eine Verfeinerung des Systems ist darin zu sehen, daß man zwei kleine Nicolsche Prismen mit ihren Ebenen parallel zueinander verwendet. Das Gesichtsfeld wird dann in drei Abschnitte aufgeteilt, wobei der mittlere Abschnitt der mittleren Polarisationsebene entspricht, während die beiden äußeren Abschnitte zu den beiden winkelmäßig versetzten Ebenen gehören. Auf diese Weise ist die Beobachtung noch etwas erleichtert.
• Das Lippichsche System hat den Vorteil, daß seine Empfindlichkeit einstellbar ist, es ist aber seine Konstruktion empfindlich, und die Ecken der kleinen Prismen schleifen sich mit der Zeit ab.
• Bei dem Laurentschen Polarisator wird die winkelmäßige Änderung der Polarisationsebene durch eine verzögernde QuarzpIatte von einer halben Wellenlänge, und zwar bei der Natrium-»D«-Linie gemessen, bewirkt. Diese Platte, die parallel zur Achse des Kristalls geschnitten ist, wird hinter dem polarisierenden Nicolschen Prisma eingesetzt und bedeckt das halbe Gesichtsfeld. Die Vektoramplitude, die aus der Quarzplatte austritt, ist die Vektorsumme des schnellen und des langsamen Strahles und ist von der ursprünglichen Einfallstellung um den doppelten Winkel verschoben, den das Nicolsche Prisma hinsichtlich seiner Polarisationsebene mit den optischen Achsen der Quarzplatte einschließt. Dieser veränderbare Phasenwinkel gilt nur für monochromatisches Licht, für welchen er eingestellt wurde.
• Der Quarzkeilkompensator benötigt nicht die Anwendung monochromatischen Lichtes. In Anbetracht des Dispersionseffektes der Polarisationsdrehung werden die verschiedenen Wellenlängen um verschiedene Winkelbeträge durch das optisch aktive Material gedreht. Um die Beobachtung zu erleichtern, wird ein Material ausgewählt, welches eine Dispersion der Drehung besitzt, die gleich, aber entgegengesetzt ist derjenigen des anderen Materials. Es wurde festgestellt, daß eine Platte aus linksdrehendem Quarz, welche senkrecht zur optischen Achse geschnitten ist, eine Dispersion besitzt, die praktisch ebenso groß, aber im Vorzeichen umgekehrt der Dispersion von Rohrzucker ist. Diese Eigenschaft wird in dem sogenannten Soleil-Quarzkeilkompensator verwendet. Eine rechtsdrehende Quarzplatte wird vor eine Keilkombination von linksdrehenden Quarzplatten gesetzt. Der bewegliche Links-Quarzkeil bewirkt eine Umformung, so daß die Dispersion bei Veränderung der Dicke des Links-Quarzkeiles aufgehoben wird. Die Messung der erforderlichen Übersetzung liefert die Größe der Rotation, die durch das aktive Material bedingt ist.
• Eine jetzt gebräuchliche Methode, um den Winkel der optischen Rotation einer Substanz in einem durchsichtigen aktiven Medium zu messen, ist die von Crumpler vorgeschlagene Methode. Bei der Crumplerschen Anordnung wird ein Lichtstrahl durch ein erstes lichtpolarisierendes Medium, nämlich den Polarisator, geleitet und danach durch die optisch aktive zu untersuchende Substanz. Wenn das polarisierte Licht die Substanz durchsetzt, wird die Polarisationsebene um den Winkels gedreht. Beim Austreten aus der Substanz wird der Lichtstrahl durch ein zweites lichtpolarisierendes Medium, den Analysator geleitet, und der Analysator besitzt eine Polarisationsebene, die unter einem Winkel von 45" zu der des Polarisators geneigt ist. Das Licht, welches den Analysator verläßt, wird mittels eines geeigneten Lichtmeßgerätes gemessen, welches Lichtenergie in elektrische Energie umwandelt. Die aktive Substanz indessen, welche zwischen dem Polarisator und dem Analysator eingebracht wird, absorbiert etwas von der Lichtenergie. Aus diesem Grunde unterscheidet sich die in dem Lichtumformungsgerät gemessene Energie von derjenigen, welche auf die zu untersuchende Substanz einfällt, um zwei Faktoren, nämlich um den Absorptionsfaktor und um die optische Rotation der Substanz. Es ist daher durch eine einzige Messung nicht möglich, diese beiden Funktionen in ihrem gemeinsamen Einfluß auf die gemessene Lichtgröße zu bestimmen. Die Crumplersche Methode erfordert daher die Messung des Absorptionsfaktors unabhängig von der optischen Drehung. Für diesen Zweck wird der Analysator in Nähe zum Polarisator gebracht, wobei die aktive Substanz aus dem Lichtstrahl entfernt wird, und es wird eine Messung des Lichtes, welches am Analysator austritt, vorgenommen. Danach wird die Substanz in den Strahlengang zwischen Analysator und Meßgerät gesetzt, und eine zweite Messung wird von der Lichtenergie vorgenommen, welche den Analysator verläßt. Die zweite Messung ist nicht durch die optische Rotation der Substanz beeinträchtigt, da die Substanz zwischen dem Analysator und dem Lichtmeßgerät sich befindet. Es wird dann eine dritte Messung mit der Substanz vorgenommen, während sie sich zwischen Polarisator und Analysator befindet. Auf diese Weise wird durch drei getrennte Meßoperationen, von denen zwei unter festen Bedingungen der Eichung vorgenommen werden und die sich voneinander um eine bestimmte Konstante, nämlich dem Phasenwinkel zwischen Polarisator und Analysator unterscheiden, der Winkel der optischen Rotation der Substanz bestimmt.
• Die Crumplersche Methode hat verschiedene Nachteile. Die willkürliche Wahl eines Phasenwinkels von 45" zwischen Polarisator und Analysator bestimmt in erheblicher Weise die Empfindlichkeit der Methode.
• Ferner kann die Forderung, daß der Analysator versetzt werden muß, nicht den Bedingungen einer hohen Empfindlichkeit einer Winkelstellung im praktischen Sinne entsprechen, wobei im Auge zu behalten ist, daß der Phasenwinkel zwischen Polarisator und Analysator besser als um 0,00003 Radian bestimmt sein muß.
• Ferner kann diese Methode nicht bei Substanzen ver- wendet werden, welche die Erscheinung des Dichroismus aufweisen, d. h. den sogenannten Cotton-Effekt besitzen. Ferner muß wegen der geringen Empfindlichkeit der Lichtweg durch die Substanz verhältnismäßig lang sein, nämlich etwa 10 cm betragen, und das Licht, welches aus einer solchen Probe einer Lösung austritt, ist ziemlich gering.
• Das Grundprinzip der Erfindung ist in folgendem zu sehen: Die Untersuchung der verschiedenen Typen der klassischen Polarimeter zeigt an> daß trotz der Anwendung aller optischen und mechanischen Verfeinerungen sie in ihrer Genauigkeit und daher in ihrer Anwendungsfähigkeit beschränkt sind, und zwar dadurch, daß die Messung der optischen Rotation von dem subjektiven Eindruck abhängt.
• Es ist naheliegend, Lichtumformgeräte an Stelle des Auges zu verwenden, um den persönlichen Fehler zu eliminieren und Ablesungswerte größerer Genauigkeit zu erhalten, während gleichzeitig der allgemeine instrumentenmäßige Aufwand verringert wird. Moderne wissenschaftliche Meßgeräte und Überwachungsgeräte, wenn sie ihr eigentliches Ziel erfüllen sollen, müssen einfach, robust, empfindlich und in ihrer Anzeige unbeeinflußbar und trotzdem billig herstellbar sein. Ein ökonomischer Gesichtspunkt ist ferner darin zu sehen, daß die Messung und die Überwachungen von ungelernten Arbeitern möglichst schnell und in solcher Weise vorgenommen werden müssen und daß automatische Steuerung, Aufzeichnung und Überwachung kontinuierlich arbeitender Prozesse möglich sein muß. Es müssen ferner die Meßgeräte so konstruiert sein, daß sie einem speziellen physikalischen Meßprinzip angepaßt sind, wobei nur möglichst wenig vermeidbarer Zubehör vorhanden sein darf.
• Wenn daher die optische Beobachtung der sich ändernden Beleuchtung des Feldes eines Polarimeters durch eine Lichtenergiemessung ersetzt wird, dergestalt, daß die am Analysator austretende Energie mittels eines Lichtmeßgerätes gemessen wird, so verschwindet im wesentlichen die subjektive Note des Meßverfahrens.
• Dieser Ersatz an sich, selbst dann, wenn zusätzlich die Bedingung eingeführt wird, daß lineare Abhängigkeit von den Lichtenergien gewährleistet sein soll, garantiert noch nicht, daß die Meßanordnung hinreichend zuverlässig arbeitet. Polarimetrie beruht nicht allein auf der Größe von Energieniveaus, sondern auch in besonderer Weise auf der Vektornatur, woraus sich Bedingungen und Beschränkungen der Konstruktion des Meßgerätes und des Meßverfahrens ergeben.
• Bei der Kombination eines Polarisators mit einem Analysator, gleichgültig, ob sich ein optisch aktives Medium dazwischen befindet oder nicht, muß besondere Beachtung der Tatsache geschenkt werden, daß die zu messende Lichtenergie, welche den Analysator verläßt, eine Funktion von zwei unabhängigen Variablen, nämlich der Amplitude und der Winkellage der Polarisationsschwingung ist. Amplitude und Winkel können, müssen aber nicht voneinander ab hängen. Ferner ist zu beachten, daß die Energie, die bei einer harmonischen Bewegung auftritt, in jedem Augenblick die Summe der kinetischen und der potentiellen Energie ist und proportional dem Quadrat der maximalen Amplitude ist. Entsprechend der Maxwellschen Theorie der Lichtfortpflanzung wird nur die Komponente des polarisierten Schwingungsvektors, welche in Phase mit der Richtung der Polarisationsebene der Reflexion bzw. Brechung ist, in dem gebrochenen oder reflektierten Strahl auftreten.
• Diese Feststellung ist gleichbedeutend damit, daß die Lichtenergie, welche am Analysator austritt, proportional dem Quadrat der Projektion der Schwingungsamplitude auf die Polarisationsebene des Analysators ist.
• Um das Verständnis der nachstehend zur Erörterung gelangenden Gleichungen zu erleichtern, werden nachfolgend verschiedene Beziehungen festgelegt: E = Energie, welche auf das Lichtmeßgerät auftrifft; A = Maximale Amplitude der Energie, welche auf den Analysator auftrifft; 0 = Winkel zwischen der Energie, welche auf den Analysator auftrifft, und der Polarisationsebene des Analysators; e = 2,718 (Basis des natürlichen Logarithmus); k = Absorptionskoeffizient des Mediums; c = Konzentration des absorbierenden Mediums; I = Abstand in Zentimetern, der in dem optisch aktiven Medium durchsetzt wird; e = Dichte der optisch wirksamen Substanz oder Lösung; f= Gewichtsanteil der aktiven Substanz in der Lösung; [α] = spezifischer Drehwinkel in Graden.
• Dementsprechend wird die gemessene Energie E, die durch das Lichtmeßgerät angezeigt wird, ausgedrückt: E = A2cos2O. (1) Bei dieser Beziehung drückt das Produkt der maxi malen Amplitude A der einfallenden linear polarisierten Schwingung mit dem Kosinus des Winkels O, welchen die Schwingungsrichtung mit der Richtung der Polarisationsebene des Analysators bildet, die Größe der Schwingungskomponente längs der Analysatorebene aus.
• Bildet man das Differential dieser Gleichung, so erhält man dE A(l+cos2O) dA-A2sin2Od. (2) 2 Diese Gleichung drückt aus, daß eine Änderung dE der übertragenen Energie E nicht in fester Weise irgendeiner Änderung von zwei Variablen zugeordnet werden kann, es sei denn, daß eine spezielle Anfangsbedingung vorherrscht. Wenn natürlich die AmplitudeA vollständig unabhängig vom Winkels ist, ist die Änderung dE maßgeblich für die Winkeländerung dO, welche in diesem Fall auf die optische Aktivität der Substanz zurückzuführen ist.
• Die Bedingung dafür, daß die Energiemessung als spezifisch für den Winkel angesehen werden kann, ist nur dann als begründet nachzuweisen, wenn die vollständige Gleichung, welche das physikalische Verhalten des Lichtes, das die Polarimeteranordnung durchsetzt, genau aufgestellt und diskutiert wird.
• Es wird jetzt auf Fig. 1 Bezug genommen. Hier verläuft ein Lichtstrahl, der von einer Lichtquelle ausgesendet wird, in der Hauptrichtung vom Punkt O0 zum Punkt 05; dabei tritt er im Punkte Oi in einen Polarisator ein, dessen Polarisationsebene P1 einen Winkel α1 mit der vorgegebenen Bezugsrichtung O1X1 der Vor- derebene Z1O1X1, welche senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung liegt, einschließt.
• Die Energie £01 des Lichtstrahles nach dem Verlassen des Polarisators ist bestimmt durch E01 = E0/2 = A012. (3) Dabei bezeichnet E0, bei Abwesenheit von Absorption, die gesamte Energie des Strahles, der auffällt, und A01 die Amplitude des polarisierten Strahles, der einen Winkel es1 mit der Bezugsrichtung Oi X1 einschließt.
• Der Lichtstrahl durchsetzt dann das optisch aktive Medium von dessen VorderflächeZaO2X2 und legt eine Strecke I in demselben zurück, bevor Austritt an der Stirnfläche Z303X3 erfolgt. Beim Durchsetzen der aktiven Substanz, die durch das Volumen des prismenförmigen Körpers ab cd, a'b'c'd' bezeichnet wird, wird die Richtung des Amplitudenvektors allmählich gedreht, und zwar um einen Winkel 0, wobei gleichzeitig ein gewisser Teil des Lichtes absorbiert wird.
• Es ist daher der physikalische Zustand des Lichtstrahles, der an dem optisch aktiven Medium austritt, vollständig bestimmt durch die Gleichung: Eoí/ = E0le-kle = A012 e-klc = A01"'2 (4) sowie den Winkel #+α1, welchen der Amplitundenvektor A01"' mit der Bezugsachse O3X3 einschließt, welche parallel zur Achse O1X1 verläuft.
• Das polarisierte Licht muß nun in der Ebene Z4O4X4 den Analysator durchsetzen, welcher nur einen Lichtvektor hindurchläßt, dessen Phase mit seiner eigenen Polarisationsebene übereinstimmt. Es ergibt sich daher in diesem Fall der austretende Lichtstrahl von der Amplitude A=A'0,i1cos(0-+cc1-8); (5) dabei ist ß der Winkel Oi X1, welcher die Polarisationsachse des Analysators und die des Polarisators gegeneinander bilden.
• Das die Lichtenergie umformende Organ, welches sich in der Ebene ZsOsXs befindet, erhält daher die Energie Ei zugeführt: E1 = A12 = A012 e-klc cos2(# + α1 - ß); (6) dabei ist der optische Drehwinkel # durch die Beziehung gegeben: 0= [cclPU. (7) In der angegebenen Gleichung wurde die Absorption so dargestellt, als ob dieser Ausdruck allein von der einen Variablen abhängt, obwohl des Lösungsmittel und die Lösung nicht gleiche Farbe haben müssen, sondern von verschiedener Farbe sein können.
• Dementsprechend muß hier bereits festgestellt werden, daß der Absorptionsfaktor als die resultierende Absorption, bedingt sowohl durch Lösungsmittel als auch durch den gelösten Stoff, angesehen werden muß.
• In Wirklichkeit ist der Absorptionskoeffizient die Summe der relativen Koeffizienten der Absorption in jedem Medium, die nacheinander durch den Lichtstrahl durchsetzt werden.
• Die Beziehung der Gleichung (6) stellt in ihrer Gesamtheit den Mechanismus der Lichtenergiemessung mittels eines Lichtumformgerätes dar, wenn das Licht auf dessen empfindliche Fläche auffällt, nachdem es ein aus einem Polarisator und einem Analysator bestehendes System durchsetzt hat und zusätzlich ein dazwischen angeordnetes optisch aktives System durchlaufen hat.
• Die Ausgangsleistung des Umformgerätes ist proportional dem Produkt der drei Hauptterme, nämlich der Amplitude A der harmonischen Schwingung, dem Kosinus des Winkels, welchen der Amplitudenvektor mit der Achse des Analysators bildet, und dem Absorptionskoeffizienten. Entsprechend diesen Beziehungen sind die gelieferten Meßdaten nur von sehr beschränktem Wert; sie sind nicht direkt charakte- ristisch für den optischen Drehwinkel. Ferner wird die Ausgangsleistung wesentlich bestimmt durch den Winkel α1 - ß, den der Analysator und der Polarisator in bezug auf ihre Polarisationsrichtungen miteinander bilden. Da der optische Drehwinkel 0 klein ist, kann die Ausgangsleistung des Lichtmeßgerätes von Null bis zu einem maximalen Wert wandern, je nach der Größe des Winkels arl-B.
• Indem man das totale Differential der Lichtenergie als Funktion der verschiedenen Variablen bestimmt, kann man einige wertvolle Informationen erhalten.
• Das totale Differential ist gegeben durch die Gleichung: Die absolute Empfindlichkeit der Messung nimmt mit der Amplitude A01 der polarisierten Schwingung zu und nimmt ab, wenn die Absorption zunimmt. Aber die gleiche absolute Empfindlichkeit in bezug auf optische Drehung kann zwischen Null und einem Maximalwert sich ändern nach Maßgabe des Winkels 2 (0+cci-8).
• Denn wenn die Beziehung der Gleichung 2(0 (# + cc -8) = oder (# + α1 - ß) = k #/2 (9) gegeben ist, wobei k = 0, 1, 2, ... ist, wird die Funk-#E1 tion = 0, und es ergibt sich daher die Empfind-## lichkeit in bezug auf eine Änderung d# zu Null. Das Verschwinden der Empfindlichkeit ergibt sich sowohl für das Maximum als auch das Minimum des cos(0 + cc1 -8).
• Es ist von besonderer Wichtigkeit, daß für diese Winkel die Abhängigkeit der Ausgangsenergie des Lichtes unabhängig von dem Vorzeichen der optischen Drehung ist. Es kann sich daher das Meßgerät nicht verschieden verhalten für linksdrehende und rechtsdrehende Substanzen. Betrachtet man den Fall, in welchem erfüllt ist: 2(# + α1 - ß) = (2K + 1)#/2, (10) so erhält man ein Maximum für die absolute Empfindlichkeit hinsichtlich der optischen Drehung. Weiterhin ist die Änderung der Ausgangsenergie des Lichtes unterschiedlich für das Vorzeichen der optischen Aktivität, was eine grundsätzliche Bedingung für das Arbeiten eines Meßgerätes ist.
• Die Meßanordnung wird praktisch anwendungsfähig unter bestimmten Bedingungen. Für diese Zwecke muß die Amplitude der polarisierten Schwingung konstant gehalten werden, indem eine angemessene Regelung des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtes angewendet wird.
• Um eine maximale absolute Empfindlichkeit in bezug auf die optische Drehung zu erhalten, muß der Winkel # + α1 - ß so gewählt werden, daß er ein ungerades Vielfaches von 45° ist. In einem solchen Falle zeigt das Meßinstrument entweder die absolute Größe der optischen Drehung an, wenn die Beziehung erfüllt ist: α1 - ß = (2k + 1) #/4 für 0 < # < #/4 0 > # > -#/4 (11) oder aber die Änderung der optischen Drehung bei einem bestimmten Winkel 90, wenn die Beziehung erfüllt ist: Aus Gleichung (7) ergibt sich, daß die Empfindlichkeit des Systems zur Anzeige des optischen Drehvermögens proportional der Länge I des Lichtweges durch das aktive Material hindurch ist bzw. durch die Lösung, die in dem optischen Polarimeter eingebracht ist, hindurch. Das Maß der Regelung der SchwingungsamplitudedA beschränkt die Genauigkeit d0, und zwar in folgender Weise: dA01 # tg(# + α1 - ß)d#. (13) A01 Die partiellen Differentialausdrücke in den Absorptionskoeffizienten bilden etwas, mit dem schwieriger auszukommen ist. Es ist offensichtlich, daß für ideal durchsichtige optisch aktive Substanzen oder deren Lösungen in einem durchsichtigen Medium die Absorptionskoeffizienten verschwinden und daß sie dann in keiner Weise den Drehwinkel zu beeinflussen vermögen. Verschiedene Fälle sind indessen zu erörtern.
• Versucht man, den Drehwinkel für eine optisch aktive gefärbte Substanz, und zwar nicht im Zustand der Lösung, zu messen, so nimmt die Empfindlichkeit, da l die einzige zur Verfügung stehende Variable ist, die Form an: dE1 = A01 e-klc cos2(# + α1 - ß)[k' dl + 2 tg(# + α1 - ß)α #]; (14) da aber d# = [α]# dl gilt, nimmt der Ausdruck zwischen der Doppelklammer den Wert an: [k' + 2tg(# + α1 - ß) [oi] el dl, (15) und wird Null, wenn erfüllt ist: k' = -2tg(# + α1 - ß)#.
• Es kann der Fall eintreten, daß bei Einführen der optisch aktiven Substanz, das Instrument entsprechend anspricht oder es auch nicht tut. Es kann in jedem Fall aber das Ansprechen des Meßgerätes nicht als eine Meßgröße für die winkelmäßige Rotation der Größe und dem Vorzeichen nach angesehen werden.
• Eine negative Rotation hat das Bestreben, die Absorption aufzuheben, wenn der Winkel O+cci-8 positiv ist, und umgekehrt. Die Variation der Länge I des Lichtweges wirkt sich hierbei nicht günstig aus.
• Der einzig mögliche Weg, die optische Drehung zu messen, erfordert die Bestimmung der Absorption in dem aktiven Material mittels eines Spektrophotometers oder eines Kolorimeters, welches einen Lichtstrahl derselben spektralen Zusammensetzung wie der Polarisator benutzt.
• In einem solchen Fall muß im einzelnen das Verfahren wie folgt sein: a = Messung des Durchlaßvermögens unter Anwendung eines Kolorimeters: Ec e-klc = ; (17) E0c b = Eichung des polarimetrischen Meßgerätes entsprechend Epl = E#01 cos2(α1 - ß); (17a) c = Messung der zusammengesetzten Funktion der optischen Drehung und der Übertragung E#2 = E#01 e-klc cos2(# + α1 - ß); (17b) d = Rechnung liefert den Wert cos²(# + α@ - ß) = E#2 # 30c # cos²(α1 - ß); E#1 Ec (17c) dabei ist angenommen, daß der Winkel α1 - ß bekannt ist. Ist der letztgenannte Winkel nicht bekannt, so muß eine zweite Serie von Messungen gemacht werden, wobei der Lichtweg l' = 2 1 in der aktiven Substanz gewählt wird.
• Der Einfluß des Absorptionskoeffizienten nimmt indessen beträchtlich ab, wenn die polarimetrische Messung mit einer Wellenlänge durchgeführt wird, welche dem Maximum des Durchlaßvermögens der aktiven Substanz entspricht oder nahe derselben liegt.
• Wenn das aktive Material in Lösung in einem farblosen Medium sich befindet und eine Färbung bewirkt, deren Intensität von der relativen Konzentration des gelösten Stoffes abhängt, so erhält man eine partielle Differentialgleichung für die Empfindlichkeit folgender Art: dE = -A012 e-klc cos2{(# + α1 - ß)[k + 2tg(# + α1 - ß)#]}ldc. (18) Die Empfindlichkeit ändert sich in Abhängigkeit der Konzentration in ziemlich unübersichtlicher Weise, weil der Ausdruck, der in doppelten Klammern steht, bei einem bestimmten Winkel den Wert Null annimmt und sein Vorzeichen ändert. Es ist dringend erforderlich, monochromatisches Licht einer Wellenlänge zu wählen, die der maximalen Durchlässigkeit der gefärbten Lösung entspricht und dabei eine Messung des Durchlaßvermögens, wie zuvor angedeutet, vorzunehmen. Dieselbe grundsätzliche Bemerkung trifft auf den Fall zu, daß ein gefärbtes Lösungsmittel verwendet wird, wenn auch dabei die Wahl der monochromatischen Wellenlänge entsprechend dem Maximum des Durchlaßvermögens des gelösten Stoffes gewählt werden muß. Wenn man das maximale Durchlaßvermögen des Lösungsmittels auswählt, kann man zu einer Wellenlänge gelangen, die der Kopfwellenlänge des Absorptionsbandes entspricht bzw. derselben sehr nahe kommt, d. h. der Drudeschen Konstanten im entspricht, wobei dann der Cottonsche Effekt auftritt.
• Im Falle einer anomalen Dispersion und in der Nähe des Kopfes des Absorptionsbandes werden dann die Anzeigewerte des Meßgerätes sehr schwer auswertbar.
• Der Cotton-Effekt verlangt vom Experimentator erhebliche Geschicklichkeit, da an jeder Seite des Inflexionspunktes zwei Maxima des Drehvermögens sich ergeben, nämlich ein linksdrehendes und ein rechtsdrehendes.
• Die direkte Messung der Lichtenergie, die das Polarimeter verläßt, kann dazu verwendet werden, das optische Drehvermögen zu bestimmen, vorausgesetzt, daß der Polarisator und der Analysator so angeordnet sind, daß sie einen Winkel von 45° zwischen ihren beiden Polarisationsebenen bilden. Diese Methode ist auch anwendbar, um die winkelmäßigen Änderungen bei einem vorgegebenen Winkelwert e zu messen. Es werden dann die Ebenen des Polarisators und des Analysators so orientiert, daß die Summe ihrer Winkel zusätzlich zu dem voreingestellten Winkel e0 der optischen Drehung gleich 45° oder ein ungerades Vielfaches von 45° beträgt. Auf diese Weise wird es möglich, kleine Änderungen des optischen Drehvermögens in der Nähe eines vorgegebenen Bezugspunktes zu messen.
• Das Meßsystem kann auch leicht bei farblosen aktiven Substanzen oder deren Lösungen verwendet werden. Indessen ergibt sich ein Verlust an Genauigkeit und Empfindlichkeit in größerem oder kleinerem Maße bei gefärbten optischen Medien, es sei denn, daß geeignetes monochromatisches Licht benutzt wird, wobei ein derartiges Licht so ausgewählt wird, daß es den Einfluß der Absorption so gering wie möglich macht.
• Gefärbte Lösungen von aktiven Substanzen haben die Beachtung eines bestimmten Vorzeichens für die winkelmäßige Anordnung zwischen Polarisator- und Analysator-Polarisationsebene zur Folge. Wenn die Substanz rechtsdrehend ist, muß die Ebene der Polarisation des Polarisators einen Winkel von 45° im Uhrzeigersinn, gerechnet von der Winkelstellung der Analysator-Polarisationsebene aus, betragen. Für linksdrehende Substanzen muß die Polarisationsebene bei einem Winkel von 45° im Gegenuhrzeigersinn, gerechnet von der Polarisationsebene des Analysators aus, liegen. Diese Anordnungen bringen es mit sich, daß die Energie des austretenden Lichtes abnimmt, wenn die Konzentration des optisch aktiven Stoffes vergrößert wird.
• Wenn diese winkelmäßigen Beziehungen nicht beachtet werden, so ergibt es sich, daß eine Zunahme der winkelmäßigen Drehung, die von einer Zunahme der Konzentration der gefärbten, optisch aktiven Substanz herrührt, eine Zunahme der Energie des austretenden Lichtes zur Folge hat, die teilweise oder eventuell auch gänzlich durch die gleichzeitig aufretende Zunahme der Absorption absorbiert wird.
• Wenn andererseits eine farblose aktive chemische Verbindung sich in Lösung in einem gefärbten Lösungsmittel befindet, müssen die winkelmäßigen Anordnungen von Analysator- und Polarisator-Polarisationsebenen gerade in entgegengesetzter Weise gewählt werden. Nimmt das Übertragungsvermögen mit der Konzentration des gelösten Stoffes zu, so hat die auftretende Zunahme des Drehvermögens das Bestreben, den Phasenwinkel zwischen den Achsen des Analysators und des Polarisators nach Durchsetzen des Mediums zu verringern.
• Entwickelt man den Ausdruck cos2 (#+α1-ß) der Gleichung (7) in eine Reihe, wobei der Winkel (α1-ß) (2 k+ 1) 4 ist, so ergibt sich ein geeigneter Ausdruck, um die Linearität des Meßsystems zu erörtern, in folgender Weise: Dieser Gleichung ist zu entnehmen, daß ein optischer Drehwinkel von i6° eine Abweichung von weniger als 1 0/o von der Linearität nach sich zieht.
• Wenn man daher den Winkel (α1-ß) gleich zt39° wählt und nicht ihn gleich 45° wählt, unterscheiden sich ein linksdrehendes und ein rechtsdrehendes System um 12° und können daher mit einer Genauigkeit von +1/2 0/o zur Anzeige gebracht werden.
• Die Grundlage des erfindungsgemäßen Quotienten meßverfahrens: Die stets vorhandene Absorption in einem durchsichtigen Medium, sei es, daß ihr Einfluß vernachlässigbar ist oder auch daß er ausschlaggebender Natur ist, erschwert die Messung und die Aufzeichnung des optischen Drehvermögens mit Hilfe einfacher polarimetrischer Anordnungen unter Anwendung eines Lichtmeßgerätes. Es erweist sich daher erforderlich, den Einfluß des Übertragungsfaktors des Mediums zu beseitigen.
• Ein bekanntes Meßverfahren sieht vor, den zu bestimmenden Drehungswinkel # der Polarisationsebene aus dem Verhältnis der gemessenen Lichtintensität E1 und E2 zu bestimmen, die der Lichtstrahl nach Verlassen des Analysators aufweist, wenn zwischen den Polarisationsebenen des Analysators und des Polarisators die Verdrehungswinkel + bzw. - cc vorlagen.
• Es sei zunächst wieder Gleichung (6) in den Vordergrund gestellt und im Interesse der Einfachheit halber wie folgt geschrieben: E1 = A012 e-klc cos2(# + α1 - ß). (20) Es zeigt sich, daß der Faktor e-klc des aktiven Materials, sei es, daß dasselbe im reinem Zustand oder in Lösung sich befindet, unverändert bleibt, wenn durch irgendeinen Kunstgriff der Winkel α1-ß in den Winkel α2-ß geändert wird. Die anderen Parameter, nämlich die Amplitude der Schwingung A, die Länge des Lichtweges l, die Konzentration c und daher auch der Winkel der optischen Drehung, nehmen dann wiederum ihre selben Werte an, aber die gemessene Energie E2 wird einen anderen Wert nach Maßgabe der neuen Winkeldifferenz cc2-8 zwischen Polarisator- und Analysator-Polarisationsebene besitzen.
• Wenn dies zutrifft, kann man für die gleiche optisch aktive Substanz zwei verschiedene Beziehungen aufschreiben, welche die Verhältnisse der verschiedenen Messung wiedergeben, nämlich: E1 = A012 e-klc cos2(# + α1 - ß), (21) E2 = A012 e-klc cos2(# + cc2-8). (22) Eine einfache Division dieser beiden Gleichungen durcheinander liefert das Verhältnis r: cos2(# + α1 - ß) r = E1/E@ = cos2(# + α@ - ß) £2 cos2(o-+cc2-8) wobei die Größen E1 und £2 gemessen werden können unter Anwendung eines Lichtmeßgerätes, während die Winkelgrößen α1-ß und cc2-8 bekannt sind, da sie einem zuvor eingestellten Winkelwert entsprechen.
• Dementsprechend nimmt die meßbare Größe r einen bestimmten Wert an nach Maßgabe des Winkels O.
• Der Absorptionskoeffizient und selbst die Schwingungsamplitude treten in dieser Beziehung nicht mehr hervor.
• Indessen kann das Verhältnis r, das auf diese Weise erzielt wird, nicht für praktische Messungen und Analysen verwendet werden; die Verhältniszahlen können nicht miteinander verglichen werden, und es ist dadurch kein einem allgemeinen Vergleich zugänglicher Wert gegeben.
• Indessen erhalten diese Messungen Brauchbarkeit, wenn sei auf einen bestimmten Ausgangswert bezogen werden. Bei dem letztgenannten Wert nimmt das gemessene Verhältnis, das in seiner Natur dimensionslos ist, jeden beliebigen Wert an, wenn das optische Drehvermögen Null wird, und zwar je nach der Wahl der Winkel α1-ß und α2-ß. Daher muß diese Methode eine Festlegung erfahren.
• Bevor in dieser Richtung weitere Erörterungen angestellt werden, empfiehlt es sich, eine Änderung der Bezugsachsen der Winkelunterschiede festzulegen.
• Wenn man die Richtung der Polarisationsebene des Analysators als Ausgangsrichtung festlegt, so wird der Winkel 8 Null, und die Darstellungsweise vereinfacht sich beträchtlich.
• Die Standardisierung macht es erforderlich, daß der Nullpunkt, d. h. der zu vergleichende Wert, in bestimmter Weise ermittelt wird. Zu diesem Zwecke ist es ausreichend, die Lichtempfindlichkeit des Ausganges des Lichtmeßgerätes festzulegen, die einem optischen Drehwinkel Null entspricht, und zwar auf einen ganz bestimmten bekannten Wert für die beiden winkelmäßigen Anordnungen des Polarisators und des Analysators. Die Ausgangsfestlegung der Meßwerte gibt die nachfolgende Ausgangsgleichung: E0 = A02 cos2 α1 = k2 A02 cos2 α2 für 0=0. = 0 . (24) Diese Gleichung liefert den Bezugspunkt der Messung in Form des Anfangsverhältnisses r= 1, (25) unabhängig von den Werten al und cc2, von welchen alle anderen zu erzielenden Verhältniszahlen, welche den Einfluß der optischen Rotation wiedergeben sollen, ausgerechnet werden.
• Selbstverständlich entspricht die Genauigkeit der Methode der Genauigkeit, die bei der Festlegung des Ausgangspunktes gewählt wurde. Wenn Eo und Eo' die gemessenen Ausgangslichtenergien des Lichtmeßgerätes während der Eichung sind und dE0 und dE0' die absoluten herrschenden Empfindlichkeiten sind, so ergibt sich die Beziehung dE0 - dE0' dr0 = (26) E0 für die Genauigkeit der Definition des Bezugspunktes, wobei gesetzt wird Eo # Eo'.
• Es kann daher, entsprechend der Festlegung der Ausgangsverhältnisse gemäß Gleichung (24) das zu messende Verhältnis, welches der Winkelverdrehung entspricht, geschrieben werden: cos2 α2 cos2(# + α1) r = = E1/E2. (27) cos2 α1 cos2(# + α2) Unabhängig von den Winkeln a1 und a2 nimmt das Verhältnis die Zahl 1 an, wenn 0 den Wert Null annimmt; auf diese Weise ist ein fester Nullpunkt geschaffen.
• Das Abschätzen des Differentials dieses letztgenannten Ausdruckes in Abhängigkeit von der Winkelvariablen 0 charakterisiert die Empfindlichkeit und die Vorteile des Verfahrens: Die Empfindlichkeit und die Funktionen sind keineswegs weiter linear. Indessen kann wegen dieser Tatsache die Meßmethodik nicht ohne weiteres verworfen werden.
• Beachtet man die Empfindlichkeit beim Bezugspunkt, der dadurch sich ergibt, daß der Winkel O Null ist, so nimmt die vorangehende Gleichung den einfacheren folgenden Wert an: dr = 2(tg α2 - tg α1)d#. (29) Es zeigt sich dabei sofort eine hervorstechende charakteristische Eigenschaft. Die Empfindlichkeit, die sich durch die Änderung der Größe dr bei einer bestimmten Winkeländerung d# ergibt, kann jeden Wert zwischen Null und Unendlich annehmen in Anbetracht der Tatsache, daß Tangenten der Winkel α1 und α2 als Faktoren in den Winkelausdruck eingehen. Es ist weiterhin die Empfindlichkeit und der funktionelle Ausdruck abhängig von der Richtung oder dem Vorzeichen des optischen Drehwinkels.
• Man ersieht aus Gleichung (29), daß es sinnlos ist, zu wählen α2 = α1. Wählt man entgegengesetzte Vorzeichen für die Winkel al und cc2, SO geht der Differenzausdruck in die Summe der Tangenten über, und auf diese Weise ergibt sich eine Erhöhung der Empfindlichkeit. Die Wahl des absoluten Wertes für die Tangens ausdrücke kann nicht allein durch die maximale Empfindlichkeit bestimmt werden; die zur Verfügung stehende Ausgangslichtenergie, die proporational cos2cc ist, und ebenso auch ein bestimmter Bereich der optischen Drehung setzen gewisse Grenzen.
• # Die Differenz ist ein Maß für den auswertbaren 2 - α Bereich der Messung.
• Optimale Bedingungen sowohl für das gesamte Verfahren als auch für die konstruktive Bemessung der Instrumente ergeben sich, wenn die Winkel zwischen den Polarisationsebenen des Analysators und des Polarisators gleichgemacht werden, dem absoluten Betrage nach, aber von entgegengesetzten Vorzeichen.
• Die letztgenannte Optimalbedingung bedingt eine gewisse Vereinfachung in den Ausdrücken für das Verhältnis r und die Empfindlichkeit, welche die folgende Form annimmt: cos2(# - α) r = , (30) cos2(# + α) sin2 α cos(# - α) dr = 2 d#, (31) cos3(# + α) wobei gesetzt wird cc2 = -cc1 = α.
• Es wird ferner dr = 4 tg α d#, (32) wenn # = 0 gesetzt wird, dergestalt, daß die Gleichung (32) die Empfindlichkeit im Nullpunkt bestimmt.
• Wenn man etwas weiter die Bedeutung und die Abhängigkeiten der Empfindlichkeiten beim Nullpunkt untersucht, ergeben sich interessante Folgerungen.
• Die Empfindlichkeit am Nullpunkt in Abhängigkeit der kleinsten meßbaren Änderung dE der Lichtenergie E kann geschrieben werden: dr = 2 dz Eo oder d# = # . (34) 2 tg α E0 Für das gleiche meßbare Verhältnis dE/E ergibt sich die meßbare Änderung dc der Konzentration zu 1 dE dc = # . (37) (#) pl2 tg α E Es ist von Interesse, festzustellen, daß die Länge des Lichtweges durch die optisch wirksame Lösung wesentlich vergrößert wird durch den Faktor tg α.
• Bei derselben meßbaren relativen Änderung der Lichtenergie und demselben Lichtweg besitzt das System eine Empfindlichkeit, die um den Faktor 2 tg cc größer ist.
• In Anbetracht dieses wichtigen Vorteiles verliert die nicht erfüllte Linearität einen wesentlichen Teil ihres Nachteiles; eine etwas tiefer gehende Analyse gestattet es, die Möglichkeiten und Grenzen der vorgeschlagenen Methode abzuschätzen.
• Zu diesem Zwecke wird die Gleichung (30) des Verhältnisses r als Funktion der Tangenten der Winkel 0 und cc geschrieben; dadurch erhält man die Beziehung = + tg +tgcctg0)2 (1 -tgcctg0) (38) Dieser Ausdruck gibt noch keine wesentliche Information hinsichtlich des Abweichens von der Linearität, man kann indessen den Ausdruck in einer Reihe nach Ausdrücken von tg α tg 0 entwickeln.
• Auf diese Weise erhält man die Beziehung r = 1 + 4 tg α tg # (1 + 2 tg α tg # + 3 (tg α tg #)2 + 4(tg α tg #)3 ### (39) In gleicher Weise ergibt sich der Ausdruck für die Empfindlichkeit: dr = 4 tg α(1 + tg2#)[1 + 4 tg α tg # + (3 tg α tg #)2 + (4 tg α tg #)3 ###]d#. (40) Abschätzungen sowohl der Werte r als auch dr können im Wege der Serienentwicklung der Tangensfunktion in Abhängigkeit ihres Winkels gewonnen werden: 2#5 tg # = # + #3/3 + . (41) 15 Man erhält daher als den Ausdruck für das Verhältnis r in funktion des optischen Drehwinkels #: für kleine Winkel von O, nämlich kleiner als 0,05 Radian, ergibt sich die Gleichung E1 - E2 # = . (42a) 4E2 tg α Hierbei sind Ei und E2 relative Energien der Lichtstrahlen, die von dem Analysator für die Winkel cc und - cc der Polarisationsebenen der Polarisatoren und des Analysators sich ergeben.
• Es ist offensichtlich, daß der Tangens von a oder der Winkel 0 nicht sehr groß sein muß, um eine Abweichung von einem linearen Äquivalent zu der Funktion zu bedingen. Tatsächlich ergibt sich für die vorgegebenen Werte tgcc = 5 und 0 = 0,1 (43) der Ausdruck 4 tg α # = 2, 8tg2cc02 = 2, 4 --3-tgcc(l + 9tg2cc)03 = 1506666, (44) 16/3 tg2 α(1 + 3 tg2 α) #4 = 1 013 333, Hieraus ergibt sich das Verhältnis 2 892 512.
• Für das vorstehend erörterte bekannte Meßverfahren ist hinsichtlich der erreichbaren Empfindlichkeit Gleichung (34) und hinsichtlich der erzielbaren Linearität Gleichung (42) maßgeblich.
• Die Erfindung sieht vor, das Meßverfahren auf Auswertung der Summe und der Differenz der vorstehend angeführten Lichtstrahlintensitäten Ei und E" zu stützen, und gelangt dabei zu Verhältnissen, die hinsichtlich Empfindlichkeit und Linearität günstiger sind. Hinsichtlich der erzielbaren Empfindlichkeit sind dabei die Gleichungen (51) und (71), welche der für die bekannte Anordnung maßgeblichen Gleichung (34) entsprechen, zu beachten. Hinsichtlich der Linearität sind für die erfindungsgemäßen Verfahren die Gleichungen (46) und (73) zu beachten, welche der Gleichung (42) der bekannten Anordnung entsprechen. Die günstigeren Linearitätsverhältnisse ergeben sich dabei daraus, daß die in den genannten Gleichungen (46) und (73) auftretenden, in 0 nichtlinearen Terme kleiner sind als in Gleichung (42).
• Die Erfindung benutzt den Gedanken, die Verhältniszahl r von ihrem Reziprokwert zu subtrahieren.
• Wenn man die Linearität vergrößern will, ohne daß ein Verlust an erreichbarer Empfindlichkeit auftritt, gelangt man zu einer Untersuchungsmethode, die zumindest sich durch Unterdrückung der Glieder gerader Ordnung auszeichnet.
• Betrachtet man Gleichung (42), so erkennt man, daß wenn der optische Drehwinkel 0 vom Positiven zum Negativen sich ändert, während sein absoluter Betrag beibehalten wird, nur die geraden Terme einen negativen Wert annehmen. Wenn daher die Verhältniszahl r2, die dem negativen Zeichen entspricht, von dem Verhältniswert r1, welcher dem positiven Zeichen entspricht, abgezogen wird, so erhält man aus den Gleichungen 4 r1 = 1 + 4 tg α # + 8 tg2 α #@ + @/3 tg α(1 + 9tg@ α)#@ ### -r1 = -1 + 4 tg α # - 8 tg2 α #2 + 4/3 tg α(1 + 9 tg2 α)#3 ### (45) eine neue Beziehung, die lautet: r1 - r2 = 8 tg α # + 8/3 tg α(1 + 9 tg2 α)#3. (46) In der Gleichung (46) sind die Terme gerader Ordnung verschwunden.
• Obwohl es unmöglich ist, das Vorzeichen des optischen Drehvermögens einer chemischen Substanz zu beeinflussen, so ergibt sich doch, bevor man diese Methode als unpraktisch verwerfen wird, daß die Änderung der Verhältniszahl r durch das Einführen negativer Werte für 0 eine weitere Untersuchung lohnt.
• Zu diesem Zweck wird die ursprüngliche Gleichung der Verhältniszahl r unter Vorzeichenwechsel des Winkels 0 wie folgt geschrieben: r' = cos²(# + α). (47) cos²(# - α) Diese Gleichung ist äquivalent der Beziehung r' = cos²(# + α) = 1, (48) cos²(# - α) r welche der Reziprokwert des ursprünglichen Verhältnisses r ist.
• Es ergibt sich daher die Erkenntnis, daß die Differenz rlr2 der Gleichung (46) gleich der Differenz zwischen der der meßbaren Verhältniszahl r und ihrem Reziprokwert ist und demgemäß die Differenz als Rechengröße Bedeutung besitzt.
• Der optische Drehwinkel 0 steht in direkter Beziehung zu einer meßbaren Größe R im Wege einer funktionellen Abhängigkeit, die eine stärkere Beachtung der Linearität benutzt. Diese neue Beziehung kann in vollständiger Form geschrieben werden: R = E1/E2 - E2/E1 = 8 tg α # + 8/3 tg α(1 + 9 tg2 α)#3...; (49) für sehr kleine Winkell (nämlich kleiner als 0,05 Radian) nimmt diese Gleichung den Ausdruck an: Dabei sind mit E1 und E2 die relativen Lichtenergien der Lichtstrahlen bezeichnet, die an dem Analysator bei den Winkeln oc und -α, die zwischen der Polarisationsebene des Polarisators und des Analysators vorliegen, sich ergeben.
• Das Differential der Gleichung (49) in bezug auf die Variable 0 ergibt die Empfindlichkeit des Meßverfahrens: Da die meßbaren Variationen dE dem Vorzeichen nach entgegengesetzt sind, während die Energien E und E2 einander gleich werden, wenn 0 den Wert Null annimmt, ergibt sich dE - 2tgccd0, (51) E die der bereits gefundenen Gleichung (34) entspricht.
• Die Abweichung von der Linearität wird wesentlich kleiner im Vergleich mit der zuvor betrachteten Methode.
• Nimmt man dieselben Zahlenwerte, wie sie in Gleichung (43) für den Tangens und den Winkel benutzt werden, an, so erhält man 8 tg α # = 4,00, (52) wobei 8/3 tg α(1 + 9tg2 α)#3 = 3,013 333.
• Ferner erhält man die Beziehung und dementsprechend das Verhältnis 5,543 385 p2 = = 1,385 846; 4 zuvor erhält man das Verhältnis p1 = 2,892 512.
• Die zuvor erörterte Methode, die den Winkel der optischen Rotation in Beziehung setzt zu der meßbaren Differenz eines Verhältnisses und seines Reziproken, hat gegenüber der zuvor erörterten Methode Vorteile, hat jedoch nach wie vor den Nachteil, daß keine Linearität vorhanden ist.
• Die Erfindung beruht nun weiter darauf, die Differenz der Verhältniszahlen im Vergleich zu der Summe der Verhältniszahlen zu setzen. Verschiedene Methoden wurden zuvor erörtert, mit deren Hilfe das optische Drehvermögen #, das ein optisch aktives Material liefert, gemessen werden kann. Die Anwendung derselben, obwohl sie an sich einfach durchzuführen sind, bringt zwei nachteilige Erscheinungen mit sich, welche in beträchtlicher Weise die zu erzielende Empfindlichkeit illusorisch macht. Das Fehlen der Linearität zwischen der zu bestimmenden Variablen und der Meßgröße, die in Form eines Verhältnisses gewonnen wird, deren Nullwert nicht mit dem Nullwert der variablen Größe zusammenfällt, verleitet dazu, eine geeignetere Methode zu suchen.
• Die meßbare Lichtenergie, die von einer Polarisationsanordnung abgegeben wird, ist proportional dem cos2 des Phasenwinkels der Polarisationsachsen des Analysators und des Lichtstrahles, der auf denselben fällt. Es können daher die Energien, die diesen beiden verschiedenen Phasenwinkeln entsprechen, wie folgt geschrieben werden: E1 = cos2 α1 und E2 = cos2 α2, (53) wobei die Voraussetzung gemacht wurde, daß es sich um gleiche Amplituden der Schwingungen handelt.
• Diese beiden Größen können miteinander addiert werden oder auch voneinander subtrahiert werden und liefern dann Funktionen zwischen den Phasenwinkeln und den gemessenen Energieamplituden, und zwar in folgender Art: E1 + E2 = cos2 α1 + cos2 α2 = ½ (1 + cos2 α1 + 1 + cos2 α2) = ½ [2 + cos(α1 + α2) cos (α1 - α2)] = 1 + cos(α1 + α2) cos (α1 - α2), (54) E1 - E2 = cos2 α1 - cos2 α2 = ½ (1 + cos2 α1 - 1 - cos2 α2) = ½ [2 sin (α1 + α2) sin (α1 - α2)] = sin (α1 + α2) sin (α1 - α2). (55) Diese beiden simultanen Gleichungen haben eine charakteristische Eigenschaft. Wenn der Unterschied zwischen den Phasenwinkeln gleich #90° wird, nimmt die Gleichung (54) einen konstanten Wert an, während die andere Gleichung (55) gleich dem Sinus der Summe der beiden Winkel wird.
• E1 t E2 = 1, (56) E1 - E2 = - sin(α1 + α2)(#1). (57) Die Differenz zwischen den austretenden Lichtenergien wird daher das Vorzeichen der Summe der beiden Phasenwinkel ausdrücken, während dieselben sich ändern, solange nur die Differenz derselben gleich f 90° ist. Diese Bedingung ist erfüllt, wenn jeder Phasenwinkel sich gleichzeitig um den gleichen Winkelbetrag ändert. Mit anderen Worten, wenn die Phasenwinkel betragen: α1 = α01 + # und α2 = α02 + #, (58) während die nachfolgende Gleichung erfüllt ist: α1 = - cc2 = α01 - α02 = i 2 (59) so kann man diese Gleichungen miteinander kombinieren und die Summe der Phasenwinkel wie folgt schreiben: Die Winkelgröße 0 tritt ferner allein nur in Erscheinung, wenn die Beziehung gegeben ist: α01 # #/4 = 0. (61) Die geeignete Auswahl der Winkelkonstanten unter gleichzeitiger Wahrung der beschränkenden Voraussetzung, daß die Differenz zwischen den beiden Energien die Sinusfunktion der Summe der beiden Phasenwinkel wiedergibt, führt zu der Beziehung Diese Beziehung ist von besonderem Interesse, weil die Linearität zwischen dem Unterschied der Energien und der Variation der Phasenwinkel erhalten bleibt, zumindest innerhalb der Abweichungen entsprechend Gliedern zweiter Ordnung. Da nun ferner die Summe der Energien konstant bleibt, gleichgültig, wie groß die Summe der Phasenwinkel ist, zeigt sich, daß das Verhältnis der Differenz zu der Summe der genannten Energien im wesentlichen proportional dem Phasenwinkel bzw. dessen Änderungen ist. Es ergibt sich daher die Beziehung: E1 - E2 = m sin 2 #; (63) E1 + E2 hierin bedeutet m eine Konstante, und die wiedergegebene Gleichung ist eine im wesentlichen lineare Funktion zwischen meßbaren Größen und der zu bestimmenden Variablen.
• Von größerer Bedeutung für polarimetrische Messungen ist die Tatsache, daß, wenn ein gemeinsamer Faktor, beispielsweise der Übertragungskoeffizient, die absoluten Werte der austretenden Energien beeinflußt, dieser Faktor in der erzielten Endgleichung nicht mehr auftritt.
• Wenn man daher die absoluten meßbaren Lichtenergien, die aus der Polarisationsanordnung austreten, durch ihre vollständigen Ausdrücke in Formen ihrer Schwingungsamplituden wiedergibt sowie ihrer Übertragungskoeffizienten und Phasenwinkel, so kann die Gleichung (63) wie folgt geschrieben werden: Diese Gleichung läßt sich entwickeln und vereinfachen und ergibt den Wert E1 - E2 sin (α1 + α2) sin (α1 - α2) = E1 + E2 1 + cos (α1 + α2) cos (α1 - α2) (65) wobei die Bedingungen α1 - α2 = # #/2, α1 = α01 + #, α2 = cc02 + 0, α01 + α02 = # benutzt sind; bei Verwendung dieser Ausdrücke ergibt sich die einfache Beziehung r = E1 - E2 = # sin 2#. (66) E1 + E2 Hierbei hängt das Vorzeichen von dem Vorzeichen der Summe a01 + a02 ab. Dieses Verhältnis ist proportional dem Sinus des doppelten optischen Drehwinkels und nimmt den Wert Null an, wenn der Winkels dies tut.
• Das Differential der Gleichung (66) in bezug auf die Variable 0 nimmt die Form an: dr = dE/E = # 2 cos 2# # d#. (67) Das Verhältnis unterscheidet daher das Vorzeichen der Änderung d#, und die Empfindlichkeit im Nullpunkt ergibt den minimalen optischen Drehwinkel, welcher bestimmt werden kann zu dE d# = 2E. (68) Obwohl daher die Linearität praktisch über einen weiten Bereich der optischen Rotation gewährleistet ist, liefert diese Methode doch nicht die hohe relative Empfindlichkeit der Verstärkung, die bereits bei den zuvor erörterten Methoden festgestellt wurde.
• Wenn die Phasenwinkel aDl und α02, statt daß sie in dem Sinne beschränkt sind, daß sie den Wert # #/4 annehmen sollen, einen anderen Winkel #α anneh- men, so nimmt die Gleichung (65) die Form an: E1 - E2 sin 2 α sin 2 # = , E1 + E2 1 + cos 2 α cos 2 # wobei gesetzt ist cc01 = -cc02 = -cc.
• Das Differential dieses neuen Ausdruckes im Nullpunkt nimmt daher die Beziehung an: dr = dE/E = 2 tg α d#, (70) und die kleinste meßbare optische Rotation beträgt daher dE d# = 2 tg α E. (71) Diese Gleichung bringt daher zum Ausdruck, daß die Änderung der optischen Rotation in wirksamer Weise durch den Faktor 2 tg α multipliziert wird, welcher beliebig wählbar ist. Die für das Lichtmeßgerät zur Verfügung stehende Menge an Lichtenergie, welche in geeigneter Weise das Gerät zu erregen vermag, beschränkt die Größe der möglichen Verstärkung.
• Vergleicht man den Gewinn der vorstehend erörterten Methode, welche die Differenz zu der Summe in eine Relation ersetzt, mit den zuvor erörterten Methoden, so ist es erforderlich, eine Reihenentwicklung des Ausdruckes (69) vorzunehmen.
• Diese Reihenentwicklung kann geschrieben werden: r = 2 tg α # tg #[1 - (tg α # tg #)2 + (tg α tg #)4 - (tg α # tg #)6 ###], und wenn nun die Beziehung gilt: 1 2 tg # = # + 3 #³ + 15 #5, (72a) so wird schließlich der Ausdruck abgeleitet: Gleichung (73) wird für kleine Winkel O (weniger als 0,05 Radian) zu dem Ausdruck E1 - E2 1 # = # , (73a) E1 + E2 2 tg α wobei E1 und E2 die relativen Energien des Lichtstrahles sind, der von dem Analysator für die Winkel oc und -cc der Verdrehung der Polarisationsebenen des Polarisators und des Analysators sich ergeben. Um die Verbesserung der linearen Charakteristik, im Vergleich mit den zuvor betrachteten Fällen abzuschätzen, soll wiederum das Wertepaar tg α = 5 und # 0 = 0,1 benutzt werden. Die numerische Rechnung liefert dann r = 1 - 0,246 7 - 0,060 0 - 0,0145. (74) Aus Gleichung (74) ergibt sich der Wert p=l -0,201 statt des zuvor erhaltenen Wertes p 1,385 bzw. p = 2,892 512.
• Man sieht daher, daß die Methode, welche die Differenz und die Summe zueinander in ein Verhältnis setzt, sämtliche Vorteile in bezug auf erreichbare Vergrößerung der optischen Rotation aufweist und trotzdem eine hinreichend gute Linearität innerhalb eines annehmbaren Winkelmeßbereiches besitzt.
• Auf dieser Grundlage werden der Phasenwinkel a und die diesbezüglichen Übertragungskoeffizienten durch das Polarimeter als Funktionen der verschiedenen Verstärkungsfaktoren 2 tg α gemessen. Der Übertragungskoeffizient wird bestimmt durch das Quadrat des Kosinus des anfänglichen Phasenwinkels 1 T = cos2 α = . (75) 1 + tg2 α Die nachfolgende Tabelle gibt den Verstärkungsfaktor 2 tga, die Phasenwinkel cc, den Bereich der optischen Drehungdn und die Übertragungskoeffizienten, die von Gleichung (75) erhalten wurden, wieder.

  T = 1

  2 tg α α # α

  1 + tg2 α

  2 45° 00' 005 45° 00' 00" 50%

  4 63° 26' 4".2 26° 33' 55".8 20%

  10 78° 41' 24".24 11° 18' 35".76 3,84%

  20 84° 17' 21" 5° 42' 49" 0,99%

  40 87° 8' 15" 2° 51' 45" 0,25%

  60 88° 5' 27" 1° 54' 33" 0,111%

  100 88° 51' 15" 1° 8' 45" 0,04%

  Unter den verschiedenen möglichen Verstärkungsfaktoren der optischen Drehung (vgl. Fig. 2 und 3) scheinen die Werte 2 tg α = 10 am geeignetsten zur Anwendung in vorhandene Typen von Kolorimetern und Spektrophotometern, da die entsprechenden Übertragungsfaktoren T10 = 3,84% noch verträglich sind mit den genannten Meßgeräten. Diese Wahl hat ferner den Vorteil, daß bei Anwendung eines Lichtweges von 1 cm man die äquivalente optische Drehung erhält, die ein optisches Polarimeter mit einer normalen Zelle von 10 cm Länge liefert, während praktisch die Empfindlichkeit doppelt so groß ist.
• In Anbetracht der praktischen Durchführbarkeit des Systems wurden die Werte des Verhältnisses der Differenz zu der Summe der Verhältniszahl r bis zur sechsten Stelle genau berechnet, wobei die optische Drehung in Schritten von 30 Minuten für den Winkelbereich zwischen 0 und 8°30' variiert wurde, und zwar für die Verstärkungszahl 2 tg α = 10, was einem Winkel von a = 78°41'24".24 entspricht. Die Werte r und die Differenzwerte sind in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt: Werte der Differenz zur Summe der Verhältniszahlen für 2 tg a = 10 (a = 78°41'24".24) nebst Differentialteilen

  Rotation Verhältnis 1. Differenz 2. Differenz 3. Differenz 4. Differenz

  0°00' 0,000 000 0 0,000 000 0 0,000 000 0.087 102 4 -0,000 973 6 30' 0,087 102 4 - 0,000 973 6 0,000 033 1 0,086 128 8 -0,000 940 1°00' 0,173 231 2 - 0,001 914 1 0,000 070 4 0,084 214 7 -0,000 870 1 1°30' 0,257 445 9 - 0,002 784 2 0,000 095 4 0,081 430 5 -0,000 774 7 2°00' 0,338 876 4 - 0,003 558 9 0,000 118 3 0,077 871 6 -0,000 656 4 2°30' 0,416 748 0 - 0,004 215 3 0,000 128 8 0,073 656 3 -0,000 527 6 3°00' 0,490 404 3 - 0,004 742 9 0,000 137 2 0,068 913 4 -0,000 390 4 3°30' 0.559 317 7 0,005 133 3 0,000 134 5 0,063 780 1 -0,000 255 9 4°00' 0,623 097 8 - 0,005 398 2 0,000 127 2 0,058 390 9 -0,000 128 7 4°30' 0,681 488 7 - 0,005 517 9 0,000 112 5 0,052 873 0 -0,000 016 2 5°00' 0,734 361 7 - 0,005 534 1 0,000 099 7 0,047 338 9 -0,000 083 5 5°30' 0,781 700 6 - 0,005 450 6 0,000 084 1 0,041 888 3 0,000 167 6 6°00' 0,823 588 9 - 0,005 283 0 0,000 061 1 0,036 605 3 0,000 228 7 6°30' 0,860 194 2 - 0,005 054 3 0,000 050 4 0,031 551 0 0,000 279 1 7°00' 0,891 745 2 0,004 775 2 0,000 030 4 0,026 775 8 0,000 309 5 7°30' 0,918 521 0 - 0,004 465 7 0,000 023 7 0,022 310 1 0,000 333 2 8°00' 0,940 831 1 - 0,004 132 5 0,000 012 0 0,018 177 6 0,000 344 2 8°30' 0,959 008 7 - 0,003 788 3 0,000 004 0 Die Anwendungsmöglichkeiten des Verfahrens, verglichen mit einem optischen Polarimeter, ergeben sich aus dem Vergleich der kritischen Daten der Winkelauflösung, die im nachstehenden gegeben ist: Polarimeter und winkelmäßiges Auflösungsverfahren

  Optisches Photoelektrisches Polarimeter

  Polarimeter

  d# = # 40" 2 tg α = 2 d# = # 1' 40"

  2 tg α = 5 d# = # 40"

  2 tg α = 10 d# = # 20"

  2 tg α = 20 d# = # 10"

  Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren, eine bessere Linearität der Wiedergabe zu erzielen.
• Es wurde bisher das Verfahren, die Differenz der Verhältniszahlen zur Summe der Verhältniszahlen in Relation zu setzen, in rein theoretischer Weise analysiert, wobei die genaue Winkellage zwischen Polarisator und Analysator behandelt wurde. Dabei wurde das allgemeine Verhalten klar definiert, es bleibt indessen noch übrig, die praktische Durchführbarkeit und Arbeitsweise und auch eventuelle Möglichkeiten in bezug auf Erzielung einer besseren Linearität der Wiedergabe zu behandeln.
• Es muß zunächst die praktische Genauigkeit in Betracht gezogen werden, mit welcher die Anfangsphasenwinkel aufrechterhalten werden, und der Einfluß eines Fehlers bzw. der Einfluß des Toleranzbereiches auf die Wiedergabe muß behandelt werden.
• Die Analyse des Verfahrens beruhte auf der Annahme, daß galt: α1 = - α + # und α2 = α + #, die für die Bedingung # = 0 zu der Einbeziehung führt: E01 = A02e-klc cos2(-α) = A02e-klc cos2(+α) = E02.
• (76) Die angenommene Gleichheit gestattete Gleichung (64) aufzustellen und zu erörtern. Wenn indessen die anfänglichen Phasenwinkel eine Abweichung gegenüber der Gleichheit besitzen, so müssen die Phasenwinkel für jeden bestimmten Wert im allgemeinen wie folgt geschrieben werden: α1 = - α + e1 + # und α2 = α + e2 + #. (77) Die Einführung der Abweichungen e1 und e2 macht eine Anfangseichung mit einem optisch nicht wirksamen Medium erforderlich. Indem man die austretenden Energien E01 und E02 gleichmacht ihrem absoluten Betrage nach, wenn sich kein optisch aktives Material in der Meßanordnung befindet, erhält man die Beziehung: E01 = A012 e-klc cos2 α' = A022 e-klc cos2 α" = E02, (78) wobei die Winkelwerte α' und a" gegeben sind durch die Beziehung a' = -cc + e1 und cc" = +a + e2. (79) Die Eichamplituden A01 und A02 stehen daher zueinander in dem Verhältnis gemäß Gleichung (80): cos2 α' A02 = A01 # . (80) cos2 α" Indem man diese Werte für die verschiedenen Amplituden der Schwingung in die Gleichung einsetzt, welche das Verhältnis der Differenz der Summe der austretenden Energien darstellt, so ergibt sich der nachfolgende allgemeine Ausdruck: E@ @ E@ cos2 α" cos2 α @ cos2 α' cos2 α E1 + E2 cos2 α" cos2 a1 + cos2 α' cos2 x2 (81) Die Winkelgrößen α' und α" sind für ein vorgegebenes Meßgerät konstant. Wenn der optische Drehwinkel Null wird im Grenzfalle, so nimmt auch das Verhältnis gemäß Gleichung (81) den Wert Null an.
• Für irgendeinen anderen Winkel der optischen Rotation # wird diese neue Funktion stärker oder schwächer von der ursprünglichen Gleichung (64) abweichen, und zwar entsprechend der Größe der winkelmäßigen Abweichungen e1 und e2.
• Bedauerlicherweise führt die direkte Entwicklung und analytische Untersuchung der Gleichung (81) zu außerordentlich komplizierten Verhältnissen; wenn man aber die McLaurinsche Reihenentwicklung anwendet: x2 F" x3 F"' F(x) = F(0) + x/1 # F'(0) + # (0) + (0), (82) 2! 3! so kann man das Verhalten der Funktion r untersuchen, wenn winkelmäßige Abweichungen vorliegen.
• Für diesen Zweck werden die aufeinanderfolgenden Ableitungen der Funktion r bei der Bedingung # O = 0 berechnet, während die Anfangsphasenwinkel α' und α" zwischen Analysator und Polarisator die in Gleichung (79) angegebenen Werte besitzt.
• Es ergeben sich daher die nachfolgenden Beziehungen: dr d# = tg α - tg α = tg (α + e2) + tg (α - e1), (83) Bei dieser Ausdrucksweise sind die aufeinanderfolgenden Ableitungen nur von wenig Nutzen. Sie müssen in einer Serie als Ausdrücke von tg α, tg e2 und tg e1 entwickelt werden. Bevor diese Umrechnung durchgeführt wird, sollen für die Zwecke der Vereinfachung der Darstellung die nachfolgenden Ab- kürzungen festgelegt werden: tg α = a, tg e1 = e1, tg e2 = e2. (86) Diese Abkürzungen sollen im weiteren der Rechnung verwendet werden.
• Dementsprechend nimmt die exakte Beziehung zwischen der Differenz und der Summe der Verhältniszahl r und dem Winkel e der optischen Drehung die endgültige Form an: Wenn e2 = e1 = 0 ist, so liefert die Entwicklung denselben Ausdruck, der bereits in Gleichung (73) gefunden wurde. Wenn aber diese beiden Größen nicht weiterhin als Null angenommen werden, beeinflussen sie den Wert der Funktion r. Der Ausdruck zweiter Größenordnung ist von größerer oder kleinerer Bedeutung, je nach der Größe der Summe der beiden Abweichungen, und das gleiche trifft auf die übrigen geraden Terme zu.
• Die Größen e2 und ei können zunächst als klein ihrem absoluten Wert nach angenommen werden, und die Terme, die von ihnen in zweiter und dritter und höherer Potenz abhängen, können als vernachlässigbar angesehen werden.
• Unter diesen Umständen sind die maßgeblichen Terme, welche einen Einfluß auf Änderungen der Funktion r ausüben: Der erste Ausdruck gemäß Gleichung (88) dieser drei Terme beeinflußt den winkelmäßigen Koeffizienten der Neigung der geraden Linie 2a0 und beeinflußt daher die Linearität nicht. Dagegen bedingen die beiden anderen Terme Abweichungen von der Linearität. Während der dritte Term eine grundsätzliche funktionelle Abhängigkeit ist, tritt der zweite Term gemäß Gleichung (89) infolge der Abweichungen e auf. Beide genannten Terme beeinflussen indessen nicht den Winkelkoeffizienten der Tangente der Kurve im Nullpunkt.
• Um den winkelmäßigen Koeffizienten im Nullpunkt innerhalb enger Grenzen auf dem gewünschten Wert 2a zu halten, müssen entweder beide Abweichungen e und e2 Null sein, oder ihr Unterschied muß Null sein.
• Es kann die relative zulässige Abweichung im Nullpunkt direkt geschrieben werden: wo n den prozentualen Toleranzwert wiedergibt, der für den winkelmäßigen Koeffizienten 2a zugelassen wird.
• Gleichgültig, ob eine Voreichung angewendet wird oder dies nicht der Fall ist, ist die Genauigkeit der Winkelstellung des Polarisators gleich der effektiven Empfindlichkeit zu wählen, d. h. gleich dem kleinsten optischen Drehwinkel, der durch das Instrument angezeigt werden soll. Die Größe der zulässigen Toleranz nimmt im wesentlichen den Wert an: Diese Beziehung bringt zum Ausdruck, daß die Genauigkeit der Winkel stellung des Polarisators mit dessen Empfindlichkeit zunimmt. Für zu e = 6" und a = 5 und dE = 0,001 ist die Genauigkeit der Winkelstellung von der Größenordnung e2 - e1 0,000 4 oder 1'20".
• In diesem Punkte ist die vollständige Reihenentwicklung von Nutzen. Für sämtliche praktische Zwecke betrifft die scharfe Forderung hinsichtlich der Gesamtpräzision lediglich die Differenz der beiden Winkel e2 und ei, aber nicht ihren absoluten Wert.
• Gleichzeitig ändert sich die Abweichung von der Linearität entsprechend der Summe der beiden Anfangsabweichungen ei und e2. Es ergibt sich daher die wertvolle Schlußfolgerung: Eine Abweichung von der Linearität kann verringert werden, während gleichzeitig derselbe winkelmäßige Koeffizient im Nullpunkt beibehalten wird. Indem man die Abweichung von der Linearität wie folgt schreibt: sieht man, daß dieser Wert Null wird, wenn entweder 0 = 0 ist oder die Beziehung gilt: Es ist daher möglich, die Linearität des Systems innerhalb eines praktischen Arbeitsbereiches zu verbessern, indem man in geeigneter Weise den Aber- rationsfaktor bemißt. Die Aberration, d. h. die Abweichung von der Linearität, nimmt einen klaren Wert an, wenn man sie als prozentualen Fehler behandelt, was in diesem Fall in folgender Weise geschehen kann: Diese Gleichung, zusammen mit der Bedingung, daß e2-e1 = 0 sein soll, um die Unveränderlichkeit des Neigungswinkels der Tangente im Nullpunkt zu gewährleisten, liefert das erforderliche Material für die weitere Analyse.
• Je nach der Größe der ursprünglichen Winkelabweichung e, die durch die nachfolgende Gleichung definiert wird: e2 + e1 e = = e2 = e1, (96) 2 kann die Aberration gemäß Gleichung (95) entweder ständig negativ sein für e = 0 oder positiv in der Nähe des Nullpunktes; wenn aber e von Null verschieden ist, kann die Aberration durch einen Maximalwert gehen, bevor sie den Wert Null erreicht, und dann ihr Vorzeichen ändern.
• Die Aberration hat das charakteristische Merkmal, daß sie eine eindeutige kontinuierliche Funktion innerhalb eines zweiten Arbeitsbereiches ist, so daß drei oder vier ihrer Punkte die Kurve hinreichend genau wiedergeben, um eine genaue Diskussion durchzuführen.
• Die Aberrationskurve durchläuft in allen Fällen den Punkt Null der r-Funktion. Das positive Maximum, welches der Bedingung unterliegt, daß e von Null verschieden und positiv ist, wird dadurch gewonnen, daß die erste Ableitung der Gleichung (95) Null gesetzt wird: Wenn diese Beziehung den Wert Null annimmt, definiert sie einen optischen Drehwinkel 0m, welcher dem positiven Maximum entspricht: Das Einsetzen des optischen Drehwinkels 0m in Gleichung (95) liefert die maximale Amplitude Nach Durchlaufen des positiven Maximums nimmt die Aberrationsfunktion ab und wird Null für den Winkelwert Der Wert der Aberration, der sich ergibt, wenn der Winkel bei der Bereichsgrenze der optischen Drehung liegt, liefert einen weiteren Bezugspunkt.
• Der letztgenannte Bezugspunkt kann dazu dienen, die Größe der winkelmäßigen Abweichung e zu definieren, die innerhalb des genannten Arbeitsbereiches die kleinstmögliche Aberration liefert.
• Zu diesem Zweck wird der Grenzwert 61 der optischen Drehung als Wert der Variablen e in Gleichung (95) eingesetzt, wobei der entsprechende Aberrationswert dem absoluten Betrage nach gleich dem positiven Maximum wird, aber ein negatives Zeichen annehmen soll. Aus Gleichung (101) ergibt sich die zu verlangende Winkelabweichung e: Wenn a2 sehr groß gegenüber 1 ist, so geht der Ausdruck für die Winkelabweichung über in die Beziehung Es wirkt sich sehr günstig aus, wenn ein Anfangsabweichungswert e in die relative Winkellage oc des Polarisators hineingegeben wird. Dies kann nicht besser dargestellt werden als durch den Vergleich der Aberrationswerte, die sich bei Anwendung und ohne Anwendung eines anfänglichen Abweichungswertes ergeben. In der nachfolgenden Tabelle sind verschiedene Werte angegeben, wobei die Aberrationen in 0/o der Verhältnisfunktion r für die Werte a = 5 und #u = 0,05 gültig sind. Aberrations-Karte

  # = 0,010 00 0,020 00 0,020 71 0,030 00 0,040 00 0,050 00

  e = 0,039 193 dr/r 0,774 7 1,056 1 1,058 0,844 1 0,139 2 -1,059%

  e = 0,00 dr/r -0,246 6 -0,986 5 - -2,219 8 -3,946 -6,166%

  Die in Fig. 5 dargestellten Kurven entsprechen der Aberration bzw. dem Fehler für die Fälle, daß e = O und daß e = 0,039 193 ist. In Anbetracht der Korrektur, die durch die Abweichung e = 0,039 193 bedingt ist, wird die Aberration bzw. der Fehler auf die Werte + 1,058 0/o beschränkt, während ohne diese Korrektionsgröße die Aberration die Werte annimmt: 6,l660/o.
• Es ist festzustellen, daß der Tangens im Nullpunkt der Aberrationskurve den Wert annimmt: Es ist offensichtlich, daß die anfängliche Abweichung e, die zu der Winkelstellung der Polarisatoren sich hinzuaddiert, von demselben Vorzeichen sein muß wie das Vorzeichen des optischen Drehvermögens der aktiven Substanz.
• Es soll nunmehr auf Fig. 6 eingegangen werden, welche das Vektordiagramm wiedergibt, das den Einfluß der Einführung des Abweichungswinkels e in den Phasenwinkel zwischen Polarisator und Analysator in seiner Auswirkung auf die Energiemessung der Lichtstrahlen erkennen läßt. Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß durch die Einführung solcher anfänglichen Abweichungswerte die Linearität der Wiedergabe des Systems innerhalb eines Bereiches von optischen Drehwinkeln, der den experimentellen Bedingungen angepaßt ist, erreicht werden kann. Es stellt hier die Linie O-X die Bezugsachse, welche parallel zu der Polarisationsebene des Analysators liegt, dar. Die Winkel -u: und +a sind die Phasenwinkel zwischen den Polarisationsebenen des Polarisators P1 und des Polarisators P2 in bezug auf die Bezugsachse O-X Der Winkel +e wird zu den anfänglichen Phasenwinkeln hinzugegeben, und es sind dementsprechend die Ebenen der Polarisation der Polarisatoren durch die Winkel gegeben: -cc+e für P1 und +a+e für P2.
• Die Bedingung der Eichung bewirkt Gleichheit der Projektionen der Amplituden der Vektoren Aoi und Aoz auf die Achse O-X. Dies kann jedoch nicht erreicht werden, da die Winkel, welche solche Amplitudenvektoren mit der gemeinsamen Achse einschließen, um den Winkel e verschieden sind, wobei der eine Winkel von dem einen Vektor abgezogen wird und der andere dem Vektor hinzugeführt wird. Dementsprechend muß die Amplitude des Vektors Ao1 auf den Wert A1 reduziert werden, dessen Projektion auf die Achse O-X gleich der Projektion Ao 2 in der neuen Winkelstellung x+e ist. Die Einführung des optischen Drehwinkels 0' bewirkt eine Drehung beider Vektoren um denselben Winkelbetrag, wodurch die ProjektionAl auf die Bezugsachse den Wert Ei annimmt, welcher dem Betrage nach größer ist als die Projektion £o.
• In gleicher Weise hat das Hinzufügen des Winkels Q zu dem bereits bestehenden Winkel folie zur Folge, daß der Kosinus des Winkels, den der Vektor A2 mit des Ncase O-K einschließt, abnimmt, während die Projektion £2 des Vektors A2 kleiner als Eo wird.
• Die prozentuaRe Änderung der beiden Projektionen E and 6 ist unterschiedlich, was zur Folge hat, daß das Auslöschen des dritten Terms der Serienentwicklung der Gleichung t durch den Betrag des Terms zweiter Größenordnung, der in der Entwicklung durch die anfängliche Abweichung e bedingt ist, möglich wird.
• Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, liefert die Erfindung ein Meßverfahren, welches die Winkeldrehung der Polarisationsebene eines Lichtstrahles in einem dazwischenliegenden Medium zu messen gestattet. In zusammenfassender Weise betrachtet wird dies dadurch erreicht, daß die Substanz in einen Lichtstrahl zwischen einem Polarisator und einem Analysator gebracht wird, deren Polarisationsebenen einen vorbestimmten Winkel bilden, der größer als Null und kleiner als 90c ist. Ein solcher Winkel wird dann in einen Winkel gleicher Größe, aber umgekehrten Vorzeichens umgewandelt. Indem die relative Energie der am Analysator auftretenden Lichtstrahlen bestimmt wird, und zwar bei zwei verschiedenen Orientierungen des Polarisators relativ zum Analysator, ergibt sich eine Vergrößerung der winkelmäßigen Drehung, die dem polarisierten Licht durch den Analysator auferlegt wird, und der Drehwinkel wird direkt aus zwei Energiemessungen gewonnen.
• Diese Energiemessungen werden in drei verschiedenen Weisen durchgeführt, nämlich erstens in Form einer direkten Verhältnismessung und zweitens dadurch, daß eine Verhältniszahl gebildet wird und von ihr der reziproke Wert des Verhältnisses abgezogen wird, und drittens dadurch, daß das Verhältnis zwischen einem Differenzbetrag zweier Energiewerte und einem Summenbetrag der Energiewerte gebildet wird. Wenn man einmal das Energieverhältnis für einen bestimmten Phasenwinkel zwischen Polarisator und Analysator erhalten hat, und zwar bei Benutzung einer vorgegebenen Eichsubstanz, kann ein positiver Abweichungswinkel vorgegebener Größe in den Polarisator-Analysator-Phasenwinkel eingeführt werden, und zwar für beide Orientierungsstellungen des Polarisators, zu dem Zwecke, das lineare Ansprechen des Meßsystems zu verbessern.
• Es soll nunmehr das im Rahmen der Erfindung zur Anwendung gelangende Meßgerät beschrieben werden: In Fig. 8 ist in schematischer Weise eine Ausführangsform eines erfindungsgemäßen Meßinstrumentes dargestellt. Es wird hier ein Lichtstrahl durch die Lampe 10 erzeugt, wobei die lampe von einem Stabilisatorgerät mit einem eine konstante Spannung lidim'-den Transformator 11 gespeist wird und auf diese Weise der vorgeschriebene Strom des Gerätes aufrechterhalten wird. Ein vollständig korregierter Spiegel 12 (Mangin-Spiegel) mit rückseitiger Oberfläche fokussiert die Lichtstrahlen, so daß sie mit hoher Intensität durch ein korrosionsfestes Wärmefilter 13 verlaufen. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Lampe 10 eine vorfokussierte Lampe ist, die Silberkontakte besitzt, so daß die dargestellte Kombination eine konzentrierte konstante Lichtquelle bildet, die keinen Schwankungen unterliegt. Eine drehbare Scheibe 14, die aus Aluminium oder einem anderen Material von gutem Wärmeleitvermögen besteht, ist vorgesehen und trägt eine Anzahl von Farbfütern, wobei die Scheibe so angeordnet und ausgerichtet ist, daß irgendein gewünschtes Filter in den Strahlengang des Lichtes gebracht werden kann, beispielsweise das Filter 15. Nachdem das Licht durch ein gewünschtes Filter hindurchgegangen ist, trifft der Lichtstrahl auf die Oberfläche eines Lichtumwandlungsgerätes, beispielsweise einer selbsttätig wirkenden Photozelle 16, deren Ausgangsklemmen an ein elektrisches Anzeigeinstrument 17 angeschlossen sind; das letztere besitzt einen beweglichen Zeiger, der über einer geeigneten kalibrierten Skala spielt. Es ist offensichtlich, daß der Zeiger des Instrumentes über die Skala in einem solchen Maße abgelenkt wird, wie es der Lichtintensität entspricht, die auf die Photozelle 16 auffällt.
• Unter praktischen Verhältnissen wird das Tnstrumentl7 so gebaut, daß es vollständig linear in bezug auf die Lichtenergie wirkt.
• Die Photozelle ist in geeigneter Lage mittels eines geeigneten Stativs 18, welches um die Vertikalachse sich drehen läßt, angeordnet. Die zu untersuchende Substanz, im vorliegenden Fall eine Flüssigkeit, befindet sich in der Röhre 19, welche in den Strahlengang zwischen das Filter 15 und die Photozelle gebracht wird. Die drehbare Anordnung der Photozelle um die Achse des Lichtbündels ist erforderlich, um das Instrument zu eichen. Wenn beispielsweise das Instrument für eine 0- bis 1000/,ige Durchlässigkeit kalibriert werden soll, wird die Photozelle so gedreht, daß der Anzeiger des Instrumentes auf die >100<(-Marke fällt, wenn die Experimentierröhre 19 entfernt ist. Es wird alsdann die Röhre in den Strahlengang gebracht, und das Instrument gibt dann eine direkte Anzeige der Lichtdurchlässigkeit der zu untersuchenden Lösung. Aus optischen Gründen besteht das Experimentierrohr 19 vorzugsweise aus einer rechteckigen genauen Absorptionszelle. Es ist zweckmäßiger, die Photozelle zu drehen, wenn das Instrument geeicht werden soll, als einen Widerstand in den Lampenkreis oder in den Photozellenkreis einzuführen oder eine Lichtblende in den Strahlengang einzuschalten, weil diese Verfahren die Farbtemperatur des Lichtes ändern und dadurch die Linearität der Wiedergabe des Instrumentes beeinllussen und die Lichtverteilung stören.
• Wie bereits erörtert wurde, stellt die Apparatur lediglich ein übliches photoelektrisches Kolorimeter dar, welches eine Scheibe 14 besitzt, die eine Mehrzahl Farbfilter aufweist, die das normale Spektrum überdecken. Solche Kolorimeter besitzen ein Stativ, das so ausgebildet und angeordnet ist, daß die Experimentierröhre leicht in einer geeigneten Stellung in den Lichtstrahlengang zwischen einem ausgewählten Filter und der Photozelle eingebracht werden kann. Um einen solchen Apparat für den Gebrauch gemäß der Erfindung geeignet zu machen, wird ein Vorsatzgerät vorgesehen, welches nicht nur die Experimentierröhre enthält, sondern auch den Polarisator und den Analysator umfaßt. Die Konstruktion eines solchen Vorsatzteiles ist in den Fig. 9 bis 11 dargestellt.
• In Fig. 11 ist ein vertikaler Mittelschnitt wiedergegeben; der Halter 20 besteht aus Metall oder Kunststoff und wird in fester Stellung in der Meßapparatur angeordnet. Ein rechteckiges Loch 21 erstreckt sich in axialer Richtung durch den Halter, und dieses Loch wird von einem querverlaufenden kreisförmigen Loch 22 durchsetzt, dessen Achse mit der Achse des Lichtstrahles, wie dies aus Fig. 8 zu ersehen ist, zusammenfällt; dabei wird auf den Strahlengang zwischen dem Filter 15 und der Photozelle 16 Bezug genommen. Das rechteckige Loch 21 enthält einen Vorsatz 23, der in den Fig. 9 und 10 dargestellt ist; dieser Vorsatz besteht aus geeignetem Material, beispielsweise aus Kunststoff. An gegenüberliegenden Flächen des Vorsatzteiles sind rechteckige Nuten vorgesehen, und in der einen dieser Nuten ist der Polarisator 24, der in Fig. 9 dargestellt ist, vorgesehen, während in der anderen Nut der Analysator, der in Fig. 11 dargestellt ist, angeordnet ist. Der Analysator und der Polarisator bestehen aus Streifen polarisierenden Films, wobei jeder Film in der betreffenden Nut mittels Schrauben 26 befestigt ist. Diese polarisieren- den Filme sind weiterhin um ein querverlaufendes längliches Loch 27 zentriert angeordnet; das Loch befindet sich in gegenüberliegenden Wandungen des Vorsatzteiles, wobei das Loch von einem länglichen, im allgemeinen rechteckigen Loch 28 quer durchsetzt wird. Dieses Loch 28 erstreckt sich nicht über die gesamte Länge des Vorsatzteiles, sondern steht mit einem Loch 29 in Verbindung, welches von geringerer Größe ist, so daß sich dadurch eine nach innen gerichtete Schulter zur Halterung der Experimentierröhre 19 ergibt. Wie in Fig. 10 zu sehen ist, sind die Wandungen des Vorsatzteiles, welche das Loch 28 zur Aufnahme des Experimentierrohres bildet, teilweise von konkaver Form. Eine solche Konstruktion macht es möglich, daß das Experimentierrohr einen festen Sitz erhält, ohne daß sich eine unzulässige Reibung zwischen den Wandungen des Rohres und dem Vorsatzteil ergibt. Weiterhin hat dies den Vorteil, daß die Wandungen nicht direkt Kontakt mit dem Experimentierrohr bilden können, wodurch die Gefahr eines eventuellen Verkratzens der Rohrwandungen beseitigt ist.
• Der Teil 23 besitzt oben eine Schulterfläche 30, welche auf der oberen Fläche des Teiles 20 aufsitzt.
• Die Schulterfläche besitzt einen nach oben ragenden Buckel 31 und geeignete Markierungen, wie beispiels-+ weise die mit X5 in Fig. 10 dargestellten Zeichen. Der Buckel 31 dient als eine Bezugsmarke bei der richtigen Orientierung des Einsatzteiles in dem Halterungsorgan 20. Die Markierungen bezeichnen andererseits die bestimmte Anordnung von Polarisator und Analysator in dem Vorsatzgerät. Die dargestellten Markierungen erleichtern es, daß das Zusatzgerät einen Polarisator und einen Analysator enthält, die so orientiert sind, daß ein positiver Winkel zwischen ihren Polarisationsebenen besteht und daß der Tangens dieses Winkels gleich 5 ist. Wenn das Zusatzgerät in das Halteorgan eingesetzt wird, wird es in seiner festen Lage durch die Kappe 32 gehalten, welche auf ein Gewinde aufgeschraubt wird, das sich am oberen Ende des Halteorgans befindet; die genannte Kappe besitzt ein verhältnismäßig großes mittleres Loch, welches zu allen Zeiten die Markierungen erkennen läßt, die sich auf dem Schulterteil 30 befinden.
• Zwei derartige Zusatzteile 23 sind in einem Meßgerät jeweils vorhanden, wobei das eine einen positiven Phasenwinkel der Polarisationsebenen des Polarisators und des Analysators besitzt, während das andere einen gleichen Phasenwinkel, aber von umgekehrten Vorzeichen besitzt. Der zweite Zusatzteil würde daher die Markierung X5 tragen. Es ist offensichtlich, daß, wenn die in Fig. 11 dargestellte Anordnung an Stelle des Experimentierrohres 19 der Fig. 8 eingesetzt wird, die Lichtstrahlen in Richtung des Pfeiles F längs der Achse 0-04 verlaufen, dergestalt, daß die Lichtstrahlen senkrecht zu der Oberfläche sowohl des Polarisators 24 als auch des Analysators 25 verläuft. Solche Lichtstrahlen treten in das System im Punkt O ein und durchsetzen ungehindert die seitliche Öffnung 22 des Halterungsorgans 20 und ferner den Polarisator 24.
• Ein derartiges Licht, welches jetzt polarisiert ist, tritt in die optisch aktive Substanz ein und durchsetzt sie, wobei die genannte Substanz, die flüssig oder fest sein kann, sich innerhalb des durchsichtigen, aus Glas bestehenden Experimentierrohres 19 beiindet, welches in bezug auf die optische Achse des Systems ausgerichtet ist. Beim Austritt aus der Flüssigkeit, wobei sich eine Drehung der Polarisationsebene des Lichtstrahles ergeben hat, die proportional des Drehvermögens der Flüssigkeit, ihrer Konzentration und der Länge des Lichtweges ist, tritt das Licht durch die Öffnung 27 des Einsatzgerätes und durch den Analysator wieder aus. Der Analysator gestattet, daß nur eine Komponente der polarisierten Schwingung, und zwar diejenige, welche in Phase mit der Ebene der Polarisation des Analysators ist, ohne Absorption austritt. Es tritt schließlich nur ein Lichtstrahl, der Lichtenergie aufweist, deren Schwingungsebene sich in Phase mit der Achse des Analysators befindet, aus dem Halteorgan 20 aus und trifft auf die empfindliche Oberfläche der Photozelle, wobei die letztere solches Licht in einen elektrischen Strom umwandelt, dessen Intensität proportional der Energie des Lichtes ist.
• Das Instrument 17 bewirkt eine direkte Anzeige eines solchen Stromes.
• Um die richtige Arbeitsweise zu erzielen, ist die Polarisationsachse des Polarisators 24, wie Fig. 11 zeigt, in der Richtung O,P, gerichtet, wobei die genannte Richtung einen vorgegebenen Winkel ocl mit einer Bezugsachse einschließt, die senkrecht zu der Ebene ist, welche sowohl die Achsen °1°4 des Lichtstrahles als auch die Vertikalachse °1Z des Experimentierrohres enthält. Die Polarisationsachse des Analysators 25 ist so orientiert, daß sie senkrecht zu der genannten Ebene, welche die optische Achse Oi O4 der Anordnung und die Vertikalachse O1Z des Experimentierrohres enthält, liegt. Dementsprechend ist die Polarisationsachse des Analysators parallel zu der Bezugsachse, von welcher aus sämtliche Winkelstellungen gerechnet wurden. Die Achse, um welche die Photozelle drehbar ist, so daß die Größe des elektrischen Stromes, welcher dem Anzeigeinstrument zugeführt wird, eingestellt werden kann, muß senkrecht zu der Polarisationsachse des Analysators liegen.
• Wie bereits festgestellt wurde, ist ein zweites Zusatzgerät erforderlich. Dieses zweite Zusatzgerät ist in jeder Beziehung identisch mit dem in Fig. 9 bis 11 gezeigten Zusatzgerät, abgesehen davon, daß die Orientierung seiner Polarisationsachse längs der Linie Oi P2 liegt, welche einen Winkel α2 mit derselben Winkelbezugsachse bildet, welche senkrecht zu den Ebenen Oi O4 und O1Z liegt. Vorzugsweise sind die Winkel el und °ç2 gleich, jedoch von entgegengesetzten Vorzeichen. Der üblichen Praxis entsprechend entspricht ein positives Vorzeichen einer Drehung im Uhrzeigersinn, wenn man gegen die Lichtquelle blickt, während ein negatives Vorzeichen eine Drehung im Gegenuhrzeigersinn darstellt.
• Um die Messung des Drehwinkels, der durch eine aktive chemische Substanz in reinem Zustand oder in Lösung bewirkt wird, zu messen, wird wie folgt vorgegangen: Es wird ein Zusatzgerät, welches die + Bezeichnung X5 trägt, in das Kolorimeter in Stellung gebracht, d. h., es wird in den Lichtstrahl zwischen dem Filter 15 und der Photozelle 16 angeordnet. Es wird dann ein Experimentierrohr, welches entweder destilliertes Wasser oder ein Lösungsmittel enthält, in das Gerät eingebracht, und das Anzeigeinstrument wird durch Drehen der Photozelle so geeicht, daß sich eine Ablesung etwa in der Größe von 500/o des vollen Winkelausschlages ergibt. Nach der Eichung wird das genannte Experimentierrohr entfernt und durch ein ähnliches Experimentierrohr ersetzt, welches die zu analysierende Substanz enthält. In Anbetracht des Dreh winkels #, der durch die Substanz bewirkt wird, wird das übertragene Licht, welches auf die Photozelle fällt, sich unterscheiden von dem bei der Eichung benutzten Licht. Angenommen, daß die Anzeige an dem Instrument, jetzt 72,5 ist, so wird dieser Wert E1 genannt.
• Es wird nun das Zusatzgerät, welches die Markierung X5 trägt, aus dem Gerät entfernt und durch ein solches ersetzt, welches die Markierung X5 besitzt. Indem man wiederum das Bezugsexperimentierrohr, welches destilliertes Wasser enthält, einführt, wird das Instrument nochmals geeicht, so daß man 500/o des vollen Ausschlages der Skala erhält. Nachdem man das genannte Experimentierrohr entfernt hat, wird ein solches, welches die zu analysierende Substanz enthält, wiederum in das Zusatzgerät eingebracht, und es wird der neue Übertragungswert an der Skala des Instrumentes abgelesen; derselbe möge beispielsweise 30,3 sein, wobei dieser Wert E2 genannt wird. Die Werte Ei und E2, welche die relativen Energien der Lichtstrahlen wiedergeben, die auf die Photozelle auftreffen, bei Benutzung der beiden Polarisator-Analysator-Anordnungen, sind charakteristisch für die Winkeldrehung, die das Licht durch die Substanz erfahren hat.
• Obwohl die angegebene Eichung der Anordnung vor der Messung die Möglichkeit der Schwankung des Lichtstrahles eliminiert, so beschränkt doch die möglicherweise auftretende Absorption der Lichtenergie durch die zu untersuchende Substanz die Möglichkeit der einfachen Amplitudenmessung, es sei denn, daß man in speziellen Fällen so vorgeht, wie im Zusammenhang mit Gleichung (6) erörtert wurde. Es ist vorzuziehen indessen, sich bei der Messung des Verhältnisses E1 oder der Differenz des Verhältnisses E2 seines reziproken Wertes Elil~ D; oder des Verhältnisses der Differenz zur Summe zu bedienen: E1 El + E2 Die letztgenannte Methode, welche geeignet ist, den Wert der Aberration zu verringern, wenn ein anfänglicher Abweichungswinkel der Orientierung des Polarisators und des Analysators zur Anwendung gelangt, liefert entweder eine angenäherte oder eine exakte Linearität zwischen den gemessenen Größen und dem optischen Drehwinkel.
• In dem soeben diskutierten Beispiel ergibt sich das Verhältnis Ei £2 72,5 - 30,3 E1 + E2 72,5 + 30,3 ein Zahlenwert, der in strenger Beziehung zu dem Winkel der optischen Drehung O besteht. Für diesen Fall ist die Winkeldrehung 0 angenähert E1 - E2 1 # # # = 2°27'36", E1 + E2 2tg α wobei die Gleichung (73) berücksichtigt wurde. Dieser Anzeigewert, es wurde bereits darauf hingewiesen, ist gänzlich unabhängig von der Lichtabsorption in der zu untersuchenden chemischen Substanz. Es ist festzustellen, daß das Vorzeichen der Drehung negativ ist, wenn Ei kleiner ist als E2. Es ist daher die Methode nicht nur imstande, genaue Messungen durchzuführen, die Methode unterscheidet auch das Vorzeichen der optischen Rotation.
• Die optische Rotation des Lichtes, die durch eine zu untersuchende Substanz bewirkt wird, ändert sich mit der Wellenlänge des dieselbe durchsetzenden Lichtes. Unter praktischen Verhältnissen wird man daher die Scheibe mit den Filterplatten drehen und ein Filter aussuchen, welches eine möglichst große Anzeige am Instrument liefert, oder ein Filter, welches in möglichst günstiger Weise einen Unterschied zwischen bestimmten chemischen Verbindungen, die sich in der betreffenden Substanz befinden, macht.
• Es soll nun wiederum nochmals auf Fig. 1 zurückgegriffen werden, und es sei angenommen, daß das Lichtmeßgerät eine Zelle ist, die eine Photo spannung erzeugt. Solche Zellen befinden sich üblicherweise in einem Gehäuse mit einer durchsichtigen Glasplatte oder Kunststoffplatte oder sonst einem Fenster angeordnec, durch welches die Lichtstrahlen durchtreten können und dann auf die aktive Fläche der Zelle auftreffen. Wenn die empfindliche Oberfläche MNPQ der Photozelle nicht vollkommen senkrecht zu der Fortpflanzung des Lichtes Oo 05 steht, vielmehr einen Winkel S mit einschließt, oder wenn die genannte Fläche gedreht ist, um den elektrischen Stromwert entsprechend einzustellen, so ist es erforderlich, daß die Richtung der Polarisationsachse O4X4 des Analysators vollständig senkrecht zu der Drehachse steht.
• Die Vektoramplitude der Lichtschwingung kann ungehindert in Anbetracht der Brechung durch das Glas- oder das Kunststoff-Fenster der Photozelle nur dann durchtreten, wenn die Ebene des genannten Glas- oder Kunststoff-Fensters senkrecht zu der Einfallebene steht. Wenn andererseits der Amplitudenvektor, der auch der elektrische Vektor der Schwingung genannt wird, parallel zu der Ebene der photoelektrischen Oberfläche liegt oder zu der Ebene der Glasscheibe, so wird Licht reflektiert nach außen, in stärkerem oder geringerem Maße, in Abhängigkeit von dem Winkel fl.
• Die Darstellung in Fig. 12 gibt die experimentelle Eichung eines Kolorimeters wieder, welches mit der erfindungsgemäßenPolarisator-Analysator-Anordnung ausgestattet ist, zu dem Zwecke, wäßrige Zuckerlösungen, insbesondere positive, d. h. rechtsdrehende Lösungen, zu untersuchen; dabei beträgt der Lichtweg durch die zu untersuchende Substanz nur etwa 1 cm, und die Winkel oc sind gleich zt78°41'24"24, was dem Tangens von 5 entspricht. Die spektrale Zusammensetzung des Lichtstrahles wird wesentlich durch die relative Energieverteilung einer Lichtquelle von 56000 Kelvin wiedergegeben, wobei das Spektrum an einem Ende bei 3900 Angström und an dem anderen Ende bei 6700 Angström begrenzt ist. Die gestrichelte Kurve in Fig. 12 gibt eine typische Kurve wieder, die man erhält, wenn die einfache Beziehung r'= E, der Ei gemessenen Lichtintensitäten als Funktion der Konzentration der Zuckerlösungen aufgetragen wird. Die Abweichung von der Linearität ist klar ersichtlich, und es würde eine spezielle Eichung des Anzeigeinstrumentes erforderlich sein. Die Kurve, die das E1 - E2 Verhältnis r = in Abhängigkeit der Konzen-@ @ Ei trationen wiedergibt, ist für alle praktischen Zwecke linear, und zwar ist sie dies in Anbetracht der Einführung eines anfänglichenAbweichungswinkels e = 4G Minuten bei der Anfangseinstellung der Polarisatoren entsprechend cc und -cc.
• Fig. 13 ist eine graphische Darstellung, welche die Ergebnisse wiedergibt, die sich bei Auftragen des Verhältnisses r in Abhängigkeit der betreffenden Konzentrationen einer Lösung von Chinin in einem Lösungsmittel, welches aus 2 Teilen Chloroform zu 1 Teil Äthylalkohol besteht. Diese chemische Verbindung zeichnet sich durch eine negative, d. h. eine linksdrehende optische Drehung aus. Es ist zu erkennen, daß die Kurve, die man so erhält, nicht streng linear ist, wenngleich sie es auch angenähert ist.
• Die Abweichung von der Linearität ergibt sich durch eine positive Abweichung von e = 40 Minuten, die bei der Winkelstellung des Polarisators angewendet wurde. Wenn man die anfängliche Abweichung zu e = 40 Minuten wählt, so wird die Kurve besser geradlinig.
• Die vorgenannten beiden experimentellen Ergebnisse beweisen in überzeugender Weise, daß innerhalb des anzuwendenden Bereiches des Verhältnisses r die Abweichung von der Linearität, obwohl sie an und für sich klein ist, vollständig korrigiert werden kann dadurch, daß ein Anfangsabweichungswinkel e in Anwendung gebracht wird. Die Kurven der Fig. 14 zeigen den Einfluß der Wellenlänge des Lichtes auf den Winkelkoeffizienten der geraden Linien, welche das Verhältnis der Differenz zur Summe Ei Ej in Ei + Ei Abhängigkeit von den Konzentrationen für die Wellenlängen 640 und 490mop und für dieselben Zuckerlösungen, die in Fig. 12 wiedergegeben wurden, angibt.
• Wenn nun der Lichtweg durch die Lösung, die untersucht wird, zu 2 cm gewählt wird an Stelle von 1 cm, so werden in sämtlichen Fällen die Verhältniswerte verdoppelt. In solchen Fällen können andererseits die gleichen Meßwerte, die bei Anwendung eines Lichtweges von 1 cm erhalten wurden, dadurch erreicht werden, daß Winkel cc der Winkelsteuerungen der Polarisatoren gewählt werden, dergestalt, daß ihre Tangens den Wert 2,5 an Stelle von 5,0 annehmen.
• Die unter praktischen Verhältnissen erzielbare Genauigkeit für Zuckerlösungen beträgt 20 Sekunden, dergestalt, daß man dadurch eine tatsächliche Empfindlichkeit von 7 Teilen auf 10 000 gewichtmäßig für die beschriebenen Verhältnisse erreicht. Ein Lichtweg von 20 cm durch die Lösung, zusammen mit einem Winkel, der cc = 10 liefert, ergibt eine Empfindlichkeit von 17,5 Teilen pro eine Million bei einer wäßrigen Zuckerlösung.
• Es soll nun auf die Fig. 15 und 16 eingegangen werden, die eine andere Konstruktion einer Polarisator-Analysator-Anordnung zeigen. Das feste Halterungsorgan 35 entspricht dem Halterungsorgan 23 der Fig. 11, ist jedoch unterschiedlich ausgeführt. Das Halterungsorgan 35 besitzt ein viereckiges axiales Licht 36, welches ein Einsatzgerät 37 aufnimmt, das vorzugsweise aus Kunststoff besteht; das Einsatzgerät besitzt ein axiale Bohrung, die ähnlich der Bohrung 28 ist, die in Fig. 10 gezeigt wurde, so daß darin das Experimentierrohr 19 eingebracht werden kann. An der einen Fläche des Halterungsorgans 35 befinden sich zwei im Abstand vorgesehene Führungsschienen 38, 38', welche an ihren inneren Seiten abgeschrägt sind. Diese Schienen sind an dem Halterungsorgan mittels Schrauben 39 befestigt, und es befindet sich zwischen ihnen eine Gleitplatte 40. Die äußere Fläche der Gleitplatte besitzt zwei kreisförmige Nuten bzw. Auskehlungen für die Polarisationsfilme 41 und 42; die genannten Filme sind in ihrer Lage durch drei Schrauben befestigt, welche in geeignete Löcher in der Gleitplatte eingeschraubt sind. Der Polarisator41 besitzt eine Polarisationsebene P2, die sich unter einem Winkel cx in bezug auf die Vertikalachse y-y' befindet, während der Polarisator 42 eine Polarisationsebene P1 hat, die in ähnlicher Weise um den Winkel -cc orientiert ist.
• Die gegenüberliegende Fläche des Halterungsorgans 35 trägt in ähnlicher Weise ein Paar im Abstand angeordneter Schienen 43, 43', welche eine Gleitplatte 44 führen, so daß dieselbe verschoben werden kann.
• Diese Gleitplatte 44 ist in ähnlicher Weise mit einem Paar Auskehlungen versehen, in diesem Falle jedoch enthalten dieselben ein Paar kreisförmiger Analysatoren, die ebenfalls aus Polarisationsfilm bestehen; solche Analysatoren 45 sind in der Fig. 16 zu erkennen.
• Die Polarisationsebenen der Analysatoren sind senkrecht zu der Richtung y-y', wie dies durch den Pfeil A, angedeutet ist. Geeignete Mittel, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind, koppeln mechanisch die beiden verschiebbaren Platten 40 und 44 dergestalt, daß die Platten gleichzeitig zusammen nach rechts und nach links bewegt werden.
• Wenn die Gleitplatten sich in der Stellung befinden, die in Fig. 15 gezeigt ist, bewirkt die Kombination des Polarisators 41 und des Analysators 45 eine Meßmöglichkeit. Wie zuvor im Zusammenhang mit Fig. lt beschrieben wurde, tritt das Licht, welches das Filter durchlaufen hat, durch den Polarisator 41, durch die zu untersuchende Lösung in dem Experimentierrohr 19 und durch den Analysator 45 hindurch, bevor es auf das Lichtumformgerät fällt. Nachdem ein Lichtmessung vorgenommen wurde, bei der Wert Ei erhalten wurde, werden die Gleitplatten nach links verschoben, so daß der Polarisator 42 und sein zugehöriger Analysator in den Strahlengang treten, wodurch die Apparatur für die Durchführung der Messung der Lichtenergie E2 vorbereitet wird.
• Es ist offensichtlich, daß die dargestellte Konstruktion zweckmäßig ist bei Messungen, bei welchen die beiden Analysatoren Polarisationsebenen besitzen, die unter verschiedenen Winkeln relativ zu der Bezugsachse y-y' liegen. In den meisten Fällen indessen werden solche Analysatoren ihre Polarisationsebenen unter einem gleichen Winkel verlaufend haben. Im letzteren Falle ist an sich nur ein einziger Analysator erforderlich, wobei dann dieser Analysator ständig in dem Strahlengang bleibt, ungeachtet der Bewegung der Gleitplatte 40, welche die beiden Polarisatoren 41, 42 trägt. Es ist bei der letztgenannten Anordnung offensichtlich, daß die beiden Platten 40 und 44 nicht mechanisch miteinander gekoppelt sein müssen. Die Anordnung der Gleitplatte 44 zwischen den Schienen 43, 43' erleichtert das Einführen und Entfernen des Analysators. In der Zeichnung sind nicht speziell Anschläge und Marken gezeigt, welche die richtige Stellung der Polarisationsfilme in dem Strahlenbündel wiedergeben.
• Die schnelle Auswechslungsmöglichkeit bei den Fig. 15 und 16 bietet gewisse Vorteile gegenüber der Anordnung gemäß Fig. 9 bis 11, bei welcher die Einsatzteile ausgewechselt werden müssen. Es kann insbesondere der eine oder der andere Polarisator in den Strahlengang so schnell eingebracht werden, wie Ablesungen an dem Instrument vorgenommen werden können; dadurch wird die Notwendigkeit der Eichung der Anordnung vor jeder Ablesung beseitigt.
• Fig. 17 zeigt eine andere, ein schnelles Auswechseln der Polarisatoren gestattende Anordnung. Hier ist die Platte 50, welche die beiden Polarisatoren 51 und 52 trägt, um eine Achse 53 drehbar angeordnet, wobei normalerweise durch eine Feder 54, die an dem Arm 55 der Platte angreift und andererseits an einem festen Punkt befestigt ist, die Platte 50 nach Art eines Kipphebels vorgespannt ist. In der Apparatur ist der Arm 55 von außen zugänglich, so daß er von der Bedienungsperson in die punktierte Lage gebracht werden kann.
• Es ist offensichtlich, daß der Polarisator 51 eine Lage in dem Lichtstrahl einnimmt, wenn die Platte 50 ihre dargestellte Lage besitzt; andererseits ist der Polarisator 52 in den Lichtstrahl eingebracht, wenn der Arm 55 der Platte in die punktiert gezeichnete Lage gebracht ist.
• Es wurden bisher Anordnungen beschrieben, welche zwei Polarisatoren anwendeten, die je für sich in den Strahlengang des Lichtes gebracht werden können, zu dem Zwecke, zwei Ablesungen von Lichtenergie zu gestatten. Die Polarisationsebenen dieser beiden Polarisatoren machen gleiche Winkel, aber solche verschiedenen Vorzeichens, in bezug auf die Polarisationsachsen des Analysators. Fig. 18 zeigt eine Anordnung, bei der nur ein einziger Polarisator 60 in einer kreisförmigen Auskehlung angeordnet ist, die in einer kreisförmigen Platte 61 vorgesehen ist, wobei zur Befestigung Schrauben 62 dienen. Solch eine Platte ist drehbar in der Zeichenebene um ihren Mittelpunkt angeordnet, dergestalt, daß die Winkelstellung der Polarisationsebene des Polarisators auf einen bestimmten Bezugswert der festen Skala 63, die in Winkelbeträgen geeicht ist, eingestellt werden kann.
• Die Drehung der Platte 61 ändert den Phasenwinkel a zwischen den Polarisationsebenen des Polarisators und des Analysators, wobei die Ebene des letzteren durch den Pfeil An angedeutet ist. Indem beispielsweise die Platte im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, kann die Polarisationsebene des Polarisators in die Stellung P gebrachtwerden, entsprechend einem Winkel cs = + 19°, der durch Übereinstimmung einer Skalenlinie der Skala 63 mit einer Linie der Noniusskala 64, die auf der Platte angeordnet ist, festgestellt wird. Ein gleicher Phasenwinkel, aber von entgegengesetztem Vorzeichen, wird dadurch erhalten, daß die Platte im Uhrzeigersinn gedeht wird. Es können nun für diese beiden Stellungen des Polarisators Ablesungen vorgenommen werden, welche die Lichtenergiewerte Ei und E2 liefern.
• Eine Linearität der Anzeige durch Anwendung einer verzerrten Skala kann wie folgt erzielt werden: Die charakteristische Erscheinung der Aberration, welche sich auf das Verhältnis der Differenz zur Summe auswirkt, wurde zuvor untersucht. Es wurde gezeigt, daß der Einfluß der Aberration auf die Linearität der Wiedergabe des Systems kompensiert werden kann dadurch, daß eine gewisse Abweichung des Anfangswinkels der Polarisator-Analysator-Anordnung vorgenommen wird. Im nachfolgenden wird ein Verfahren zur Beseitigung der Aberration beschrieben, welches in der Anwendung einer Verzerrung der Instrumentenskala besteht; diese Methode besitzt größere Einfachheit bei der Messung, wenn der Wert der zu bestimmenden Variablen mittels einer Funktion erhalten wird, welche in bezug auf die genannte Variable nichtlinear ist.
• Im Falle der photoelektrischen Polarimetrie ist bekannterweise der Winkel der optischen Rotation durch ein Kosinus-Quadrat-Gesetz bestimmt, dergestalt, daß der elektrische Strom demselben proportional ist, wie sich durch die nachfolgenden Gleichungen ergibt: I1 = A02 cos2(- α + #) und I2 = A02 cos2(α + #).
• (104) Indem man nun eine Reihenentwicklung für die Funktionen der Ströme I1 und 12 vornimmt, erhält man Indem man die Bezeichnung benutzt a = tg α und annimmt, daß der Strom, der für die Anfangsgrößen I01 = I02 = 100 maßgeblich ist, zu der Beziehung führt: so können die Ausdrücke für I1 und 12 in einfacherer Form wie folgt geschrieben werden: Die Abweichung von der Linearität, d. h. die Aberration, ist in beiden Fällen durch zwei Hauptterme bestimmt, nämlich durch den Term zweiter und dritter Ordnung, wenn der Winkel der optischen Rotation # klein ist.
• Um die Bedingung der Linearität zu erfüllen, muß das Verhältnis der Differenz zur Summe der Funktionen I' und I" linear in bezug auf den Winkel 0-sein, so daß sich ergibt: I' - I" r' = I' + I" = k#. (109) Die Funktionen I' und I" können in folgender Form geschrieben werden: I' = b' + k'# = f1(I1), (110) I" = b" + k"# = f2(I2). (111) Um die Koeffizienten in diesen neuen Funktionen zu bestimmen, ist es erforderlich, zu den Ausgangsbedingungen zurückzugehen, die vorherrschen, wenn der WinkelO Null wird. In diesem Punkt müssen die nachfolgenden Identitäten gelten: = k = = 2a. (112) d# d# Indem man die Identität der Winkelkoeffizienten der Tangenten im Nullpunkt ausdrückt, muß die Bedingung beachtet werden, daß Gleichheit der Tangtenten im Nullpunkt gleichzeitig vorhanden sein muß für die Funktionen I" und I1 und ebenso für I" und I2. Es ergibt sich daher aus der Beziehung für 0- = 0: dI' = k'd# = dI1 = I02ad#. (113) dI" = k"d# = d12 = -102ad0-'. (114) Eine dritte Bedingung, die ebenso sich ergibt aus der identischen Eichung, fordert, daß die Anfangsenergien für # = 0 untereinander gleich sein müssen: A02 I0' = I01 = I0" = I02 = . (115) cos2 α Von diesen verschiedenen Beziehungen erhält man die nachfolgenden Bedingungen: A02 b' = b" = = I0, cos2 α k' = -k" = I02a, k = 2a.
• Schließlich erhält man die Ausdrücke: I' = I0 + I02a#, (116) I" = I0 - I02a#. (117) Daher lassen sich die Funktionen fi (I1) und f (12) explizit in folgender Form schreiben: Für jeden ausgewählten Winkel e besteht ein gleichlautendes eindeutiges Verhältnis zwischen der linearen Funktion 1' und seinem komplexen Gegenstück Ii. Wenn daher die normale Einteilung der Skala des Instrumentes, welche proportional dem Strom ei ist, ersetzt wird durch eine Skalenteilung, die proportional I' ist, so ergibt sich das Verhältnis der Differenz zur Summe der Ablesungswerte linear in bezug auf den optischen Drehwinkel 0. Die Beziehung zwischen I', I1 und rs, 12 ist in der Fig. 19 wiedergegeben, wo die Kurve C'OC die Funktion I1 wiedergibt und so aufgezeichnet wurde, daß sie den Punkt der Ordinate 10 bei dem Punkt O = 0 durchsetzt. Der Winkelkoeffizient der Tangente dieser Kurve im Punkt 0 ist gleich demjenigen der geraden Linie M'OM, welche die Funktion I' wiedergibt, die ebenfalls durch den Nullpunkt verläuft.
• Für einen gegebenen optischen Drehwinkel # schneidet die gerade Linie, die parallel der Ordinaten- achse verläuft, und durch den Wert e der Abszissenachse geht die gerade Linie M'OM im Punkt P und die Kurve C'OC im Punkt Q. Die Ordinatenwerte in diesen beiden Punkten P und Q repräsentieren die Funktionen I' und I1 bei dem Winkelwert #.
• Die Beziehung der I'-Skala zu der normalen I1-Skala ist leicht auf Grund der Gleichungen (116) und (117) festgestellt. Der Winkel 0, welcher einem bestimmten Wert 1' entspricht, ist bestimmt durch: I' - I0 I02a Überträgt man diesen Winkel in Gleichung (107), so ergibt sich der Wert I1 der linearen Skala.
• Nimmt man den nachfolgenden Wert an: tg α = a = 5 und I0 = 100, so ergibt sich die nachfolgende Beziehung zwischen I' und I:

  # = 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07

  I' = 100 000 110 000 120 000 130 000 140 000 150 000 160 000 170 000

  I1 = 100 000 110 239 120 954 132 141 143 795 155 911 168 485 181 512

  e = - 0,00 - 0,01 - 0,02 - 0,03 - 0,04 - 0,05 - 0,06 - 0,07

  I' 100000 90 000 80 000 70000 60000 50000 40000 30000

  I1 = 100 000 90 240 80 965 72 177 63 880 56 078 48 773 41 969

  Für die Werte # = 0,08 bzw. - 0,08 ergeben sich die Werte für 1': 180 000 bzw. 20 000; für I1 ergeben sich die Werte 194 986 bzw. 35 628.
• Die linear wirkende und verzerrte Instrumentenskala ist in Fig. 20 wiedergegeben.
• Eine Zusammenfassung der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt folgendes: Die drei offenbarten polarimetrischen analytischen Verfahren lassen sich wie folgt charakterisieren: Verfahren 1 Es wird ein einfaches Verhältnis von Meßwerten gebildet, wobei der optische Drehwinkel # aus der Beziehung erhalten wird: E1/E2 = 1 + tg α # + 8 tg2 α #2 + 4/3 tg α (1 + 9 tg2 α) #3.
• Dabei bedeutet a = den Phasenwinkel zwischen Polarisator und Analysator, Ei und E2 = die gemessene Energie des Lichtstrahlenbündels, welches beim Analysator für die betreffenden Phasenwinkel a und -α austritt, und 0 = Radian.
• Für sehr kleine optische Rotationswinkel, nämlich solche, die kleiner sind als 0,5 Radian, ist der Winkels direkt aus dem Verhältnis zu Recht zu ermitteln: E1 - E2 4 E2 tg α Verfahren 2 Das Verfahren benutzt das Verhältnis zweier Meß werte minus dem Reziproken des genannten Verhältnisses. Der Winkels wird dabei aus der nachfolgenden Beziehung gewonnen: E1/E2 - E2/E1 = 8 tg α # + 8/3 tg α (1 + 9 tg2 α) #3.
• Für sehr kleine optische Drehwinkel erhält man dann Verfahren 3 Es wird das Verhältnis der Differenz zweier Meßwerte zur Summe der beiden Meßwerte benutzt.
• Der Winkels ergibt sich aus der nachfolgenden Beziehung: Diese Beziehung geht für kleine optische Drehwinkel in die Beziehung über: E1 - E2 1 # = # .
• E1 + E2 2 tg α Die erfindungsgemäßen Verfahren gestatten sehr hohe Verstärkungsfaktoren bei der Bestimmung des optischen Drehwinkels, selbst wenn dunkle gefärbte Lösungen analysiert werden. Der entscheidende Vorteil dieser Methoden gegenüber sämtlichen bekannten Methoden und auch gegenüber der von Crumpler beschriebenen ergibt sich, wenn man den Fall betrachtet, daß es sich um gefärbte oder trübe Medien handelt. Eine polarimetrische Analyse erfordert, daß ein gewisser Teil der Lichtenergie durch die Substanz, welche untersucht wird, hindurchtritt. Praktisch gesprochen, beruht das richtige Arbeiten sowohl eines optischen als auch eines photoelektrischen Polarimeters darauf, daß ein Lichtübertragungsfaktor von mindestens 10/o sich ergibt. Diese Bedingung, die für sämtliche Instrumente gilt, kann durch das Gesetz von Lambert und Beers ausgedrückt werden: E1 = e-kcl = 0,01.
• E2 Dabei bedeutet E1 = die Energie des Lichtstrahles, der die Substanz, welche untersucht wird, trifft, E2 = die Energie des Lichtstrahles, der von der Substanz austritt, e = 2.718 (Basis des natürlichen Logarithmus), k = Absorptionskoeffizient der Substanz, 1 = Lichtweg, der in der Substanz zurückgelegt wird, in cm gemessen, c = Konzentration der Substanz.
• Jede Type eines solchen Instrumentes kann leicht durch die Länge des Lichtweges charakterisiert werden, den es benötigt; diese Länge kann 10 cm sein bei optischen Meßgeräten und bei den Crumplerschen Meßgeräten, da sie nicht den Verstärkungsfaktor ausnutzen, der sich von dem großen Phasenwinkel zwischen dem Polarisator und Analysator ergibt.
• Vergleicht man die Unterschiede der polarimetrischen Methoden auf Grund der Empfindlichkeit dE/E, so können die folgenden Gleichungen aufgestellt werden: dE/E = 2 tg α1 # ##1 = 2 # ##2 = ##3.
• Dabei bedeuten die Suffixe 1, 2 und 3 die erfindungsgemäße Methode, die Crumplersche Methode und die Methode des optischen Polarimeters.
• Für dieselben Koeffizienten des optischen Drehvermögens # führt diese allgemeine Gleichung zu der neuen Gleichung dE = 2 tg α1 (#) = 2(#)l2 = (#)l3 .
• E l0 l0 l0 In dieser Gleichung bedeuten l1, 13 und 13 die erforderlichen Lichtwege bei den verschiedenen Systemen; wo ist ein Standardlängenwert, der dem Drehvermögen 0 entspricht.
• Es kann daher die Länge des Lichtweges ii bei der erfindungsgemäßen Methode mit den beiden anderen Methoden wie folgt verglichen werden: l2 l3 l0 l1 = = = tg α1 2 tg α1 2 tg α1 Die Gleichung für die Übertragung kann für die verschiedenen Systeme wie folgt geschrieben werden: T1 = e-kcl1, T2 = e-Lcl2, T3 = e-kcl2.
• Diese Gleichung läßt sich wie folgt ausdrücken: T1 = e-kcl1, T2 = e-kcl1 tg 1, T3 = e-La 2 tg cc1.
• Dabei gilt die Beziehung l1 2 2 tg N1 = 13.
• Die letzten Beziehungen sind gleichbedeutend mit den folgenden: T1 = e-kcl1, T2 = (T1)tgcc1, T3 = (T1)2 tg α1.
• Wählt man einen noch brauchbaren Übertragungswert aus, nämlich T1 = 0,01, d. h. 1 °/o und rechnet man mit einem von tg cc = 5, so erhält man T1 = 0,01, T2 = 1 # 10-10, T3 = 1 # 10-20.
• Es ist offensichtlich, daß die Übertragungsfaktoren T2 und T3 vollkommene Undurchsichtigkeit des Mediums bedeuten und daß unter solchen Umständen keine Messung des Winkels der optischen Drehung durchgeführt werden kann.
• Wenn das Material noch weniger durchsichtig ist und einen Übertragungsfaktor von T1, 0,01 bei einer Lichtweglänge von 1 mm liefert, daß dann tg cc = 50 erforderlich ist, um die Bedingung einer konstanten Empfindlichkeit in bezug auf optische Drehwinkelmessung zu liefern: 0,1 # 2 # 50 = 10 cm.
• Die entsprechenden Übertragungsfaktoren T2 und T3 ergeben sich dann zu T1 = 0,01 = 1 T2 = 1 # 10-100, T3 = 1. 10-20Q Diese Abstufung der verschiedenen Werte ist bezeichnend für die Meßmöglichkeiten, die das neue Verfahren bietet.
• Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet ferner die Kompensation des Aberrationsfaktors, und zwar in einem solchen Maße, daß die Aberration vernachlässigbar wird. Dies ergibt sich durch Anwendung eines anfänglichen Abweichungswinkels e, der bei dem Phasenwinkel zwischen Polarisator und Analysator in Rechnung gebracht wird. Ein solcher Abweichungswinkel wird durch die Beziehung gegeben: Dabei bedeutet cc = den Phasenwinkel zwischen Polarisator und Analysator, #0 = den Drehwinkel, bei welchem die Abweichung von der Linearität ausgelöscht sein soll.
• Solche Verschiebung der Phasenwinkel führt zu einer Empfindlichkeit von der Größenordnung 1 10-i2 Radian, welche bei früheren Meßmethoden gänzlich ausgeschlossen war.
• Da ferner die Phasenwinkel zwischen Polarisator-und Analysatoranordnung fest bleiben, hängt die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht von einer hohen erreichbaren winkelmäßigen Einstellung der Ebene des Polarisators und des Analysators zueinander ab; sie hängt auch nicht sehr von dem bedienenden Personal ab, wie dies der Fall bei der Crumplerschen Methode ist. Diese Tatsache ist von außerordentlicher Bedeutung, wenn man beachtet, daß eine genaue polarimetrische Analyse erfordert, daß der Winkel zwischen Polarisator und Analysator mit höherer Genauigkeit gemessen werden muß als 0,0003 Radian.
• Aus der vorangehenden eingehenden Beschreibung des Verfahrens und der Anordnung ist es für jeden Fachmann klar, daß das Verfahren und auch die experimentelle Durchführung in speziellen Fällen der Analyse sowohl im Wege der Einzelmessung als auch im Wege kontinuierlicher Meßverfahren mit Aufzeichnung oder ohne Aufzeichnung erfolgen kann.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ist derart, daß es zur Analyse von Strömungen oder zur Überwachung chemischer Prozesse verwendet werden kann.
• Die Beschreibung sah in erster Linie ein System vor, bei welchem Licht durch eine zu untersuchende Substanz geleitet wird; das Verfahren ist jedoch auf solche Fälle nicht beschränkt.
• Es ist offensichtlich, daß ein durchsichtiger Körper auch der polarimetrischen Analyse unter Anwendung der erfindungsgemäßen Verfahren unterworfen werden kann. Ebenfalls ist es im Falle, daß es sich um ein im allgemeinen undurchsichtiges Material handelt, möglich, daß solches Material auf eine Glasplatte gebracht wird, und zwar in einer solchen Stärke, daß das Material noch Licht durchläßt; die entwickelte Methode und die Bestimmung des optischen Drehwinkels, die im vorstehenden gegeben wurde, behalten auch dann noch ihre Gültigkeit.
• Es ist offensichtlich, daß von der im vorstehenden beschriebenen Methode und von den im vorstehenden beschriebenen Geräten in verschiedenster Weise abgewichen werden kann und trotzdem die erfindungsgemäßen Gedanken befolgt werden.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Bestimmung der Drehung der optischen Polarisationsebene in einem zu untersuchenden Stoff unter Anwendung einer Licht- quelle mit Polarisatoranordnung vor dem zu untersuchenden Stoff und einer Analysatoranordnung mit einer die Intensität messenden photoelektrischen Meßvorrichtung hinter derselben, bei dem die Intensität eines ersten Lichtstrahles, der in bezug auf die Polarisationsebene des Analysators unter einem bestimmten Winkel durch die Polarisatoranordnung polarisiert wird, und die Intensität eines zweiten Lichtstrahles, der durch die Polarisatoranordnung unter einem symmetrisch entgegengesetzten Winkel polarisiert wird, gemessen und verglichen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe Ei + £2 und die Differenz Ei-£2 der beiden Lichtstrahlintensitäten gebildet werden und die zu bestimmende optische Drehung (O) entsprechend der Formel = E1E2, 1 Ei +£2 2tgx ermittelt wird, wobei io; der Winkel zwischen Polarisatorebene und Analysatorebene ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu bestimmende optische Drehung O entsprechend der Formel (Ei - £2) (E1 + E2) 1 E1 8tgcc ermittelt wird, wobei + cc der Winkel zwischen Polarisatorebene und Analysatorebene ist.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel cm zwischen der Polarisatorebene und der Analysatorebene zwischen i45 und i85° liegt.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkels: zwischen Polarisatorebene und Analysatorebene etwa rot 78041' beträgt.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 656 389, 664 762, 698 340; USA.-Patentschriften Nr. 2 503 808, 2 731 875; Zeiss Mitteilungen, 1 (1957), Wenking, H.; Zeitschrift für Naturforschung, 6b, 369 (1951); Nature, 168, 662 (1951); J. Opt. Soc. Am., 45, 50 (1955); Technique of Organic Chemistry, Vol. 1, Weißberger, Physical Methods, Part II, S. 1589ff.