DE1472207C - Vorrichtung zur Messung des zirkulären Dichroismus. Zusatz su: 1209772 - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des zirkulären Dichroismus optisch aktiver Stoffe, wie sie im Hauptpatent 1 209 772 beschrieben ist, wobei ein im wesentlichen bekannter Monochromator verwandt wird.

Bei dem Gerät nach dem Hauptpatent wird ein monochromatisches Lichtbündel erzeugt, bei dem der Polarisationszustand von der rechtszirkularen Polarisation bis zur linkszirkularen Polarisation zyklisch verändert wird und bei dem dieses Lichtbündel durch eine Probe des optisch aktiven, zu untersuchenden Stoffes geschickt wird, und das so beeinflußte Lichtbündel in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, bei dem man die Wechselstromkomponente und die Gleichstromkomponente trennt und dann die Wechselstromkomponente gleichrichtet, und bei dem durch die Gleichstromkomponente und die gleichgerichtete Wechselstromkomponente dieses Signals eine Registriereinrichtung gesteuert wird, die das Verhältnis zwischen diesen Komponenten liefert, wobei diese Registriereinrichtung den zirkulären Dichroismus der zu untersuchenden Probe mißt. Da die für diese Messungen interessierenden Spektralgebiete vom Ultraviolett bis zum anderen Ende des sichtbaren Spektrums reichen, erteilt man dem Lichtbündel einen Wellenlängengang, der viel langsamer ist als seine Modulation der Polarisation, damit das gesamte, gewünschte Wellenlängenspektrum überstrichen wird und die Änderungen des zirkulären Dichroismus der zu untersuchenden Probe direkt als Funktion der Wellenlänge des die Probe durchsetzenden Lichtes aufgezeichnet werden.

Für dieses Gerät wird ein optischer Quarz- oder Gittermonochromator verwendet, dessen Dispersionssystem in Abhängigkeit von der Zeit nach einem bekannten und reproduzierbaren Gesetz angetrieben wird, wobei die Spalte des Monochromator durch einen Servomechanismus betätigt werden, der durch die Differenz zwischen der Spannung der Gleichstromkomponente des elektrischen Signals und einer einstellbaren Vergleichs- oder Eichspannung gesteuert wird. Die Umwandlung des Lichtflusses in ein elektrisches Signal erfolgt durch einen Fotomultiplikator, an den sich ein Gleichstromtrennverstärker anschließt, an dessen Ausgang einerseits die Wechselstromkomponente verstärkt und dann in einem Gleichrichtersystem synchron mit der Basisfrequenz des Polarisationsmodulators gleichgerichtet wird, der im optischen System des Geräts vorgesehen ist, während andererseits die Gleichstromkomponente bezüglich der Masse symmetrisiert wird. In der Registriereinrichtung werden die beiden so behandelten Komponenten verglichen, so daß man das Verhältnis ihrer Werte erhält.

Bei diesem Gerät wird die Empfindlichkeit vor allem durch das Verhältnis des Signals zu dem vom Fotomultiplikator stammenden Rauschen begrenzt. Die anderen Störungsquellen können praktisch durch entsprechenden Aufbau und sorgfältige Auswahl der Bestandteile der Kreise vcrnachlässigbar klein gemacht werden. Zur Erhöhung der Genauigkeit muß also grundsätzlich der Lichtfluß erhöht werden, der auf die Kathode des Fotomultiplikators fällt.

Bei der in dem Hauptpatent angegebenen Meßvorrichtung entstehen dadurch Lichtverluste, daß ein Rochon-Prisma verwandt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, Lichtvcrlusle durch ein derartiges Rochon-Prisma zu vermeiden.

Dies wird mit Hilfe einer Vorrichtung zur Messung des zirkulären Dichroismus erreicht, bei der polarisiertes Licht auf die zu untersuchende Probe auftrifft, hinter der sich eine Fotozelle befindet, mit einem an sich bekannten Polarisationsmodulator, durch den das Licht vor dem Durchgang durch die Probe periodisch vom rechtszirkularen in den linkszirkularen Polarisationszustand und wieder zurückmoduliert wird, mit einem Gleichstromtrennverstärker, auf den das Ausgangssignal der Fotozelle gegeben wird, mit einem Gleichstromverstärker, auf den die Gleichstromkomponente am Ausgang des Gleichstromtrennverstärkers gegeben und durch den sie symmetrisch gemacht wird, mit einem Wechselstromverstärker, auf den die Wechselstromkomponente am Ausgang des Gleichstromtrennverstärkers gegeben wird, mit einem Synchrongleichrichter, der an den Wechselstromverstärker angeschlossen ist und durch die Frequenz des Polarisationsmodulators gesteuert wird, mit einem

ao Potentiometerwiderstand eines Registriergerätes, auf den die Ausgangsspannung des symmetrisierenden Gleichstromverstärkers gegeben wird und dessen Schleifkontakt, der fest mit dem Registrierstift des Registriergerätes verbunden ist, durch einen Servomotor bewegt wird, der durch die Spannungsdifferenz angetrieben wird, die zwischen dem Schleifkontakt und dem' Synchrongleichrichter besteht, wobei das Steuersignal der Registriereinrichtung so auf den Servomechanismus wirkt, daß diese Differenz durch die Verschiebung des Schleifkontaktes auf Null gehalten wird, wobei ferner das Licht von einem Spaltmonochromator geliefert wird, der in an sich bekannter Weise ein weites Wellenlängenspektrum überstreicht und wobei diese Spalte des Monochromators durch einen Servomechanismus betätigt werden, der durch die Differenz zwischen der Gleichspannung am Ausgang des Trennverstärkers und einer festen Vergleichsspannung angetrieben wird, so daß die Aufzeichnungseinrichtung so arbeitet, daß man die Gleichstromkomponente des Signals am Ausgang der Fotozelle auf einem konstanten Wert hält, nach Patent 1 209 772, wobei die Vorrichtung sich erfindungsgemäß durch die Vereinigung folgender Merkmale auszeichnet: daß das monochromatische, linear polarisierte Lichtbündel dadurch erhalten wird, daß zwischen der Lichtquelle und dem Polarisationsmodulator wenigstens zwei Elementarmonochromatoren im optischen Sinn additiv in Reihe aufgestellt sind, deren Prismen in an sich bekannter Weise zur Einstellung der Wellenlänge gekoppelt sind, und daß wenigstens das letzte dieser Prismen das einfallende Licht in zwei polarisierte Bündel aufteilt, von denen in an sich bekannter Weise eines durch den Austrittsspalt des betreffenden Monochromators ausgeblendet wird.

Eine derartige Vorrichtung weist den wesentlichen Vorteil auf, daß der für die Messung zur Verfügung stehende Lichtfluß erhöht wird, so daß die Genauigkeit der Messungen vergrößert wird. Weiterhin wird das in dem Hauptpatent benötigte Rochon-Prisma eingespart, wodurch die durch dieses Prisma bedingten Lichtvcrluste ausgeschaltet werden. Die Zuverlässigkeit einer derartigen Meßvorrichtung wird dadurch vergrößert und ihre Benutzung wird sicherer und bequemer.

Vorzugsweise wird die erfindiingsgemäße Vorrichtung so ausgebildet, daß das bzw. die zur Aufspaltung des Lichtbündels in zwei vvinkehnäßig getrennte

und linear polarisierte Bündel dienende, aus einem doppelbrechenden Kristall bestehende Prisma mit seiner bzw. ihren Hauptkanten parallel zur optischen Achse aus einem doppelbrechenden Kristall herausgeschnitten ist.

Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand eines in der Zeichnung dargestellten vorzugsweisen Ausführungsbeispiels erläutert werden; In der Zeichnung ist ein allgemeines Schema der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.

■ In der Zeichnung beleuchtet eine Lichtquelle 1 über einen Kondensor, dessen Linsen mit 2 und 3 bezeichnet sind, einen Monochroniatoraufbau, der zwei hintereinander angeordnete Monochromatoren umfaßt, wobei der Eintrittsspalt mit 4 und der Austrittsspalt mit 12 bezeichnet ist, während der Zwischenspalt 8 beiden Monochromatoren gemeinsam ist. Jeder Monochromator ist so aufgebaut, daß er einen N-förmigen optischen Weg aufweist, bei dem die Koma-Fehler so klein als möglich sind. Die drei Spalte sind längs einer Linie ausgerichtet, wobei die Spalte 4 und 12 gekrümmt sind und den gleichen Γ-' Krümmungsradius haben, jedoch symmetrisch zum geraden Spalte angeordnet sind. Die Spalte sind mechanisch gekoppelt, so daß sie gleichzeitig betätigt werden können.

Der erste Monochromator reicht vom Spalt 4 bis zum Spalt 8, enthält-den Spiegel 5, das Prisma 6 und den Spiegel 7. Der zweite Monochromator reicht vom Spalte bis zum Spalt 12, enthält den Spiegel 9, das Prisma 10 und den Spiegel 11. Die Prismen 6 und 10 können mechanisch als Einheit betrachtet werden, sie können z. B. auf derselben Drehscheibe befestigt sein, so daß sie durch den Motor bewegt werden, durch den die Überstreichung des Wellenlängenbereichs des Monochromators gesteuert wird (der Motor ist nicht dargestellt, jedoch entspricht seine Montage derjenigen, wie sie in dem Hauptpatent für den gleichen Motor vorgesehen ist). Das aus dem Spalt 12 austretende Lichtbündel fällt auf eine Linse 15, deren Zweck später erläutert wird. Die gesamte Monochromatoranordnung kann von der Linse 2 bis zur Linse 15 abgedichtet werden und man kann zur Reinigung ein neutrales Gas, z. B. Stickstoff zirkulieren lassen, das im Arbeitsbereich der Wellenlänge nicht absorbiert, wenn man beispielsweise zwischen 1850 und 2000 A arbeitet.

Die beiden Prismen können z. B. synthetische .Quarzprismen sein, die im Ultraviolett stark durchlässig sind und die an der z. B. aluminisierten, reflektierenden Oberfläche im Winkel von 30° geschnitten sind. Sie sind so angeordnet, daß das Licht das Prisma 6 in der Nähe der optischen Achse und in der Gegend des Minimums der Ablenkung durchsetzt. Das Prisma 10 ist so geschnitten, daß die optische Achse des Kristalls parallel zur Kante verläuft. Das durch das Prisma 6 hindurchtretende Licht wird also mit dem ordentlichen Index gebrochen. Das auf das Prisma 10 fallende Lichtbündel wird in zwei rechtwinklig zueinander polarisierte Bündel 13, 14 aufgeteilt, wobei das ordentliche Bündel 13 verwendet wird und durch den Spalt 12 fällt, während das außerordentliche Bündel 14 in der Nähe des Spaltes ausgeblendet wird, wie dies angedeutet ist.

Man kann feststellen, daß bei der soeben beschriebenen Anordnung das Licht nicht nur, wie gewünscht, bei gleicher Bandbreite doppelt so intensiv ist wie bei einem einfachen Monochromator, sondern daß dieses Licht auch in größerem Ausmaß von nichtgebündeltem Störlicht befreit ist und außerdem, daß das Licht am Austritt des Monochromators bereits linear polarisiert ist.

Auf den ersten Blick scheint es, als ob die Lichtverluste größer wären als bei einem einfachen Monochromator, jedoch kann man zeigen, daß die Absorption des Prismas 10 nicht stärker ist als bei Verwendung eines Rochon-Prismas oder eines entsprechenden Prismas als Polarisator und die Reflexionsverluste auf 10 haben praktisch keinen Einfluß auf das ausnutzbare ordentliche Bündel, da der Einfallwinkel in der Nähe des Brewster-Winkels liegt.

Bei 12, im Austrittsspalt des Monochromatoraufbaus, erhält man also ein linear polarisiertes Lichtbündel für den Polarisationsmodulator 16, einen Kristall, der den sogenannten Pockels-Effekt zeigt und bei dem die Elektroden angedeutet sind, mit denen man in an sich bekannter Weise ein elektrisches

ao Wechselfeld an den Kristall anlegen kann. Da das Lichtbündel, das diesen Modulator durchsetzt, eine enge Winkelöffnung haben muß, damit die Steuerung richtig erfolgt, wandelt man das aus dem Spalt 12 austretende Lichtbündel durch die Linse 15 in ein Par-

as allellichtbündel um. An der anderen Seite des Kristalls sammelt eine Linse 17 das modulierte Lichtbündel auf der Küvette 18, die die Probe des zu untersuchenden, optisch aktiven Stoffes enthält. Schließlich wird das Bild des Spalts 12 in der Ebene dieser Küvette abgebildet, so daß man mit sehr geringen Substanzmengen arbeiten kann. Die Linsen können z. B. aus geschmolzenem Quarz bestehen und müssen frei von Doppelbrechung sein.

In der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform sind beide Prismen 6 und 10 aus einem Kristall herausgeschnitten. Hierbei ist jedoch das Prisma 6 in einer solchen Orientierung aus dem Kristall herausgeschnitten, daß der aus dem Spalt 4 auf dieses Prisma auftreffende Strahl ungefähr parallel zur optischen Achse einfällt, so .daß keine Doppelbrechung auftritt. Dagegen ist' das Prisma 10 derart aus einem Kristall herausgeschnitten, daß seine Hauptkante parallel zur optischen Achse verläuft, so daß der von dem Spalt 8 auf das Prisma auftreffende Strahl in zwei rechtwinklig zueinander polarisierte und winkelmäßig getrennte.Bündel getrennt wird.

Ebenso kann das Prisma 6 ein bekanntes, nicht aus einem Kristall herausgeschnittenes Prisma sein, wobei auch das Prisma 6 mit dem Prisma 10 vertauscht sein kann.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Messung des zirkulären Dichroismus, bei der polarisiertes Licht auf die zu untersuchende Probe auftrifft, hinter der sich eine Fotozelle befindet, mit einem an sich bekannten Polarisationsmodulator, durch den das Licht vor dem Durchgang durch die Probe periodisch vom rechtszirkularen in den linkszirkularen Polarisationszustand und wieder zurlick moduliert wird, mit einem Gleichstromtrennverstärker, auf den das Ausgangssignal der Fotozelle gegeben wird, mit einem Gleichstromverstärker, auf den die Gleichstromkomponente am Ausgang des Gleichstromtrennverstärkers gegeben und durch den sie symmetrisch gemacht wird, mit

einem Wechsclstromverstärker, auf den die Wechsclstromkomponente am Ausgang des Gleichstromtrcnnverstärkers gegeben wird, mit einem Synchrongleiclirichter, der an den Wechsclstromverstärker angeschlossen ist und durch die Frequenz des Polarisationsmodulators gesteuert wird, mit einem Potentiometcnviderstand eines Registriergerätes, - auf den die Ausgangsspannung des symmctrisiercnden Gleichstromverstärker gegeben wird und dessen Schleifkontakt, der fest mit dem Rcgistierstift des Registriergerätes verbunden ist. durch einen Servomotor bewegt wird, der durch die Spannungsdifferenz angetrieben wird, die zwischen dem Schleifkontakt und dem Synchrongleiclirichter besteht, wobei das Steuersignal der Registriereinrichtung so auf den Servomechanismus wirkt, daß diese Differenz durch die Verschiebung des Schleifkontaktes auf Null gehalten wird, wobei ferner das Licht von einem Spaltmonochromator geliefert wird, der in an ao sich bekannter Weise ein weites Wellenlängenspcktrum überstreicht und wobei diese Spalte des Monochromator durch einen Servomechanismus betätigt werden, der durch die Differenz zwischen der Gleichspannung am Ausgang des Trenn- .as Verstärkers und einer festen Vergleichsspannung angetrieben wird, so daß die Aufzeichnungseinrichtung so arbeitet, daß man die Gleichstromkomponente des Signals am Ausgang der Fotozelle auf einem konstanten Wert hält, nach Patent 1209 772, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale: daß das monochromatische, linear polarisierte Lichtbündel dadurch erhalten wird, daß zwischen der Lichtquelle (1) und dem Polarisationsmodulator (16) wenigstens zwei Elcmentarmonochromatoren (4, 5, 6, 7, 8,9.10,11,12) im optischen Sinn additiv in Reihe aufgestellt sind, deren Prismen (6; 10) in an sich bekannter Weise zur Einstellung der Wellenlänge gekoppelt sind, und daß wenigstens das letzte dieser Prismen (10) das einfallende Licht in zwei polarisierte Bündel (13,14) aufteilt, von denen in an sich bekannter Weise eines (14) durch den Austrittsspalt (12) des betreffenden ^ Monochromator ausgeblendet wird.

2. Vorrichtung zur Messung des zirkulären Dichroismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. die zur Aufspaltung des Lichtbündels in zwei winkclmäßig getrennte und linear polarisierte Bündel (13, 14) dienende, aus einem doppelbrechenden Kristall bestehende Prisma (10) mit seiner bzw. ihren Hauptkanten parallel zur optischen Achse aus einem doppelbrcchendcn Kristall herausgeschnitten ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen