DE1472251A1 - Differentialrefraktometer - Google Patents

Description

PATfNTANWXLTB

DR.-»NG. H. DIPL-ING. K. BOHR DIPL-ING. S. STAEGIÄ

MONCHiN5

NOLLERSTR. 31

Beschreibung Hr. 63O6

zum Patentgesuch

dea. Herrn Ernnett St. Clair WATSON, Ridgefield, Connecticut / V.St.A.

betreffend

DIFFSiEIITIAIJlEFBAKTOMETER PRIORITÄT; I3. Juli 196*f - ?.St.A.

Die Erfindung betrifft ein Differentialrefraktoaeter, welches besonders gut zur Messung unterschiedlicher Brechungezahlen von FlUsBigkeiteproben dient.

Die Messung der Brechungszahl ist eine der ältesten, an Stoffen vorzunehmenden physikalischen Messungen« Ss gibt gemäße den Stande der Technik drei Qrundtypen von Refraktometern:

1) Der Typ, bei welchem der kritische Winkel gemessen wird, wie dies bei dea Abb4-und Pulfrlehrefrakton»ter der Fall ist} hierbei wird die Reflexion an der ZwIschenfläche nahe dea kritischen Winkel photoaetrisch gesessen und au« den Fresnelgleichungen die Brechungezahl berechnet.

809847/0078 ttmm Untertanen ιαλ ι % ι ai». % Ht. 1 am s «μ

2) Der Spektrometer- oder Strahlenabienktyp, bei welchem die Brechung eines Lichtstrahls durch eine prismenartige Probe gemessen wird.

3) Der Interferometertyp, bei welchem die Verlangsamung eines die Probe durchlaufenden Strahles mit einem Bezugsstrahl der gleichen Probe verglichen wird. Aus dem durch die beiden Strahlen entstehenden Interferenzbild kann die Brechungezahl der Probe bestimmt werden.

Jeder der obigen drei Refraktometertypen kann nach dem Differenzverfahren betrieben werden, indem die Differenz der Brechzahlen zwischen zwei Prbbeflüssigkeiten gemessen wird. Zusätzlich können alle drei Typen photometrisch automatisiert werden. Eine Anzahl automatisch aufzeichnender Differentialrefraktometer auf der Grundlage aller drei vorangehenden Typen sind bereits hergestellt worden. Alle derartigen bekannten Refraktometer weisen jedoch bestimmte Beschränkungen bezüglich Empfindlichkeit, Reproduzierbarkeit, Probenahmeesung und Kompliziertheit des Aufbaue auf.

Das Problem der Probenabmessung tritt insbesondere auf solchen Gebieten, wie beispielsweise der Chromatographie, hervor, wo die von einer Chromatographensäule abgegebene Menge an Probensubstanz ein sehr geringes Volumen aufweist. Be besteht somit ein Bedarf sur Schaffung eines Differentialrefraktometera, welches lediglich ein· sehr geringe Probenabmessung erfordert und als Anzeigeinstrument für eine Chromatographensäule verwendbar ist. Bei einem solchen

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Anwendungefall ist es weiterhin erwünscht, dass das Refraktometer eine kontinuierliche Messung bei hoher Empfindlichkeit, guter Reproduzierbarkeit, schneller AneprechfKhigkeit, guter Stabilität und automatischer Ablesung ermöglicht. Hauptzweck der vorliegenden Erfindung ist deragemäse die Schaffung eines Differentialrefraktometere mit den vorangehend angegebenen Vorteilen. Die Erfindung ist nachstehend an Band der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine in einem erfindungsgemässen Refraktometer enthaltene Probenkammer in Schnittdaratellung zur Veranschaulichung der Wirkungsweise des derates,

Fig. 2 die Intensität des reflektierten und durchgelesenen Lichtanteile bei Durchstrahlung einer Probe mit einem Einfallswinkel von 60° ale Funktion der Brechungszahldifferenz zwischen einer Probenflüssigkeit und Glas,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungegemässen Refraktometers in schematischer Darstellung,

Fig. k einen Bestandteil des Refraktometers nach Fig. 3 in Draufsicht,

Fig. 5 einen anderen Bestandteil des Refraktometers nach Fig. 3 in Draufsicht,

Fig. 6 ein abgeändertes AusfUhrungsbeispiel eines erfindungs-

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I ·+ / L· /L O I

gemaseen Refrnkto?neterr> in schcmatiBclier Darstellung,

Fig. 7 ein wciitiiiea Auci iihrungnbeispiel eines erfindun&'C-gomäBson Refraktometers in schemataccher Darstellung,

Fig. 8 cine Refraktometer noch Fig. 7 in Verbindung mit einer zußoordnoton elektrischen Schaltung,

Fig. 9 einen Schnitt längs dei- Linien 9-9 von Fig. 7 in aufgebrochener Darstellung,

Fig. 10 ein Wellondiagramm zur Verannchaulichung der Wirkungsweise eines crfindungsgoinässen RefraktoaeterB.

Erfindungsge na GB ist ein Differentialrefraktometer nach dem Fresnel'-sehen Reflexionsgesetz vorgesehen, wobei Licht durch eine Probe und eine Bezunoflüssigkeit gestrahlt wird, welche eine gemeinsame Zwischenfläche mit dem anderen Material von unterschiedlicher Biechungszahl aufweisen. Das Licht i'ällt auf dia Zwischenflache nahe dem kritischen Winkel ein, so dans ,i<-'de Änderung der Brechungszahl in der Probenflüfcsigkeit eine Vernchiebung der Intensität deo Ldchteo bewirkt, v.ölches entweder reflektiert wird oder durch die Zwischenfläche durchgelaesen wird. Für eine praktische Ausführungsform eines Instrumentes soll das Licht die Zwischenfläche bei einem Einfallewinkel treffen, welcher sehr wenig kleiner als der kritische Winkel ist. Lichtanzeiger sind entweder in dem Strahlengang der durchgelassenen oder der reflektierten Strahlen angeordnet. Die Differenz zwischen

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den Gleichetromausgangseignalen der Anzeiger wird dann zur Betätigung einer Aufzeichnungseinrichtung verwendet, welche die Differenz der Erechsahlen anzeigt. Wahlweise kann eine Schwingblende vorgesehen sein, um abwechselnd die Strahlen der Probe und der Bezugeeubstanz _i zu einem einzigen Anzeiger zu leiten. Die mit Wechselstrom arbeitende Ausführungsform mit einem einzigen Anzeiger ergibt dann die Messung dar Differenz der Refraktionen. Dementsprechend sind vier grundsätzlich imterr.cMedliche Außführuugnforinan dsv vorliegenden Erfindung möglich:

1. Mesnung der beiden durr.hgelaesenen Komponenten unter Ver-

v/sndung eines doppelten Gleichetromphotometers. 2. Meinung der durchgelesenen Komponenten unter Verwendung öineo mit einem einzigen Anzeiger und einem Umschalter

ausgestatteten Photometers.
3· Messung der reflektierten Komponenten unter Verwendung

eines zwei Anzeiger aufweisenden Qleichstromphotoineters. k. ilessimg der reflektierten Komponenten unter Verwendung eines mit einem einzigen Anzeiger sowie einem Umschalter

versehenen Photometers. I

In allen Fällen kann das Differenzeignal direkt abgelesen werden oder zur Betätigung einer Koapensationseinheit (Abschwächer, "Wiederherstellungsglas¹' und dergleichen) verwendet werden, deren Einstellung dnnn abgelesen wird.

Jede der vorangehenden Aueführungaforaen wird durch das dritte Material bestimmt, welches eine gemeinsame Zwischenfläche zwischen

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der Probe und der Bezugsubstanz bildet. Dies ergibt eine Symmetrie der Messung, welche deren Empfindlichkeit für allgemeine Fehlereinflüsse vermindert. Gemäss dem bekannten Strahlablenkverfahren sind beispielsweise zwei Flüssigkeiten in Tandeniart und nicht Seite an Seite angeordnet. Dies ist als nichtsymmetrisch zu betrachten, weil eine Flüssigkeit vor der anderen angeordnet sein muos. Eine Folge einer Asymmetrie besteht darin, dass die erste Flüssigkeit durch die Lichtquelle stärker als die zweite Flüssigkeit aufgeheizt werden kann. Eine weitere wesentlichere Schwierigkeit besteht darin, dass die einen einzigen Wert umfassende direkte Differenzmessung der Strahlablenkung iiu Vorgleich zum Differenzverfahren mit absoluter Genauigkeit ausgeführt werden muss. Dies bedeutet, dass die Winkel-Stabilität der optischen Achsen sehr gut sein muss.

Eine Alternative zii dem S trahlablenkver fahren ist in einem Artikel von Jones, Ashuarjund Stahley mit dem Titel "Aufzeichnungsrefraktoaieter" in Analytical Chemistry, Band 21, Nr. 12, Dezember 19^9 vorgeschlagen. Bei diesem Refraktometer werden die Probe und die Bezugs- \ substanz jeweils von einem unterschiedlichen Stück eines dritten Materials berührt. Dieses Refraktometer löst jedoch nicht das Problem, da der Winkel zwischen den getrennten Stücken dea dritten Material» aufrechterhalten werden muss. Ein solches Instrument besteht im wesentlichen aus zwei getrennten reflektierenden Glas-auf-Flüssigkeit-Freenelinstruaenten, welche Seite an Seite angeordnet sind und durch eine geaeinsane Lichtquelle betrieben werden. Fig. 1 zeigt die Art, in welcher auf eine Zwischenfläche nahe dea kritischen Winkel auftreffendes Licht in zwei Komponenten entsprechend des Fresnel 'sehen

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Reflexionsgesetz aufgeteilt wird. Bei dieser Barstellung enthält ein Gehäuse 10 ein Eingangeprisma 12 und ein Ausgangsprisma Ik, welche .gegenüberliegende, im Abstand befindliche Flächen aufweisen und dazwischen ein Volumen 16 für die Probe bilden« Ein Einlass 18 und ein Auslass 20 ermöglichen, eine Probenflüssigkeit durch das Probenvolumen 16 zu führen. Das Gehäuse 10 ist mit optischen Fenstern 22, 2k, 26 versehen. Sin Lichtstrahl der Intensität I tritt durch das Fenster

ein und trifft auf die Zwischenfläche zwischen dem Prisma 12 sowie der Probenflüssigkeit in einem Winkel A, welcher nahe bei, jedoch | etwas unterhalb des kritischen Winkels liegt. Dementspreckend wird ein Teil des Lichtes von der Zwischenflache reflektiert und verläset das Prisma durch das Fenster Zk mit einer Intensität I . Das restliche

Licht verläuft durch die Probenflüssigkeit sowie das Ausgangeprisma mit einer leichten Verschiebung infolge der Dicke des Probenvolumens und tritt durch das Fenster 26 mit einer Intensität I. aus. Da die Brechungszahl der Probenflüssigkeit schwankt, ändert sich auch der kritische Winkel, so dass die relativen Intensitäten des reflektierten (I) und des durchgelesenen (I₄.) Lichtes eine entsprechende Änderung

Γ ν

gemäss den Fresnel'sehen Reflexioneg·setzen erfahren.

Fig. 2 zeigt die IntensitätBänderung der reflektierten und durchgelassenen Teile eines einfallenden Lichtstrahls als Funktion einer Änderung der Probenflüssigkeit. Bei diesem fichaubild beträgt der Einfallswinkel A 60°, die BrechungsBahl des Eingangsprismas 1,5*K> und diejenige der Probenflüesigkeit für einen kritischen Winkel von 60° 1,553· Auf der Abszisse ist die Änderung der Brechungezahl der Flüssigkeit aufgetragen. Der Anteil dts durchgelassenen und reflek-

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tierten Iiohtea let auf getrennten Unterteilungen der Absslese angegaben, file Surren liegen deswegen auseinander, weil die Durohläesigkeltekurre 28 die Durchlässigkeit durch zwei untereohiedllche Zwischen- · •flächen, d.h. bei« Eintritt und Verlassen der Probenflüasigkeit darstellt, während die Reflexionskurve 30 die Reflexion lediglich der ersten Bwischenflache darstellt. Die Kurve 28 ergibt die Durchlässigkeit lediglich des Hauptlichtstrahle, welcher durch die Probe lediglich einaal hindurchgeht. Vielfach reflektierte Strahlen sind in der Kurve 28 unbeachtet geblieben· An jeder Kurve sind Linien X und X

eingezeichnet, welche eine Zunahme der Brechungszahl der Probe von 5,6 χ 10~3 Einheiten angeben. Bei einer solchen Änderung der Probenbrechungssahl stiege der durchgelassene Anteil durch die SSwischenflachen von 0,220 auf 0,330 an, was einer Intensitätsänderung von 0,210 Einheiten oder einem Modulations faktor von 175 % entspricht« Die Intensität des entsprechenden reflektierten Strahles würde sich von 0,656 auf 0,427 ändern, wobei dies eine Intensität tsänderung von 0,229 Einheiten oder einem Modulationsfaktor von 35 % entspricht» Somit ergibt sich, dass trots der etwas niedrigeren Empfindlichkeit der durchgelesenen Komponente diese bei dem vorliegenden Beispiel eine 5 mal eo groeee Modulation aufweist. Entsprechend ist diese Komponente für viele Anwendungsfälle für eine bevorzugte Betriebsweise nach der vorliegenden Erfindung verwendbar. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass ein erfindungsgeaässes Refraktometer auf beide Arten betrieben werden kann. Auf jeden Fall ist es günstig, die reflektierte Komponente sum Betrieb zu verwenden, wenn die su messenden Substanzen eine hohe Absorption aufweisen.

Bei einem erfindungsgemäss konstruierten Instrument wird die tat-

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sächliche Meeeung »wischen den X- und Ϊ-Punkten der Kurve «wischen awe! verschiedenen Flüssigkeiten vorgenommen, deren eine die Prob· und deren andere die Bezugssubstans ist. Bei Anwendung auf die Chromatographie von Flüssigkeiten könnt· die Besugsflussigkeit die Trägerflüssigkeit oder Lösung sein, während die Probe den Ausfluss ans ' der Säule darstellt.

In Flg. 3-5 let ein einfaches Differentialrefraktometer naota der Erfindung unter Berücksichtigung der Torangehenden Gesichtspunkte dargestellt« Bei diesem System ist die Probenkammer aus einem SLngangsprisma 32 und einem Ausgangsprlsma J>h zusammengesetzt. Zwischen den entsprechenden Flüchen der Prismen ist eine dünne Dichtung 36 eingesetzt, welche aus geeignetem Material, beispielsweise einer dünnen Plastikfolie, bestehen kann· Die Dichtung 36 ist mit swel Ausschnitt-Öffnungen versehen, welche ein Probenvolumen 38 und ein Bezugsvolumen hO bilden. Wenn eine stetige Messung einer Strömung der Probensubstanz erfolgen soll, kann die Dichtung offenbar auch in geeigneter Weise als Kammer ausgebildet sein und Hnlaes- und Auslasskanal· zu Räumen 38, *»O aufweisen. Licht von einer Lichtquelle 8 wird durch eine Linse kZ parallelisiert und verläuft durch das Prisma 32 zu den beiden durch die Flüssigkeiten in den Säumen 38, *tO gebildeten Flächen und su der Fläche des Prismas 32, welche beiden Flüssigkeiten

gemeinsam ist. Bin Teil der Strahlung wird danach in der geatrlohelt dargestellten Weise reflektiert und läuft durch eine 8a—IHns· kk zu einem Anzeiger D*. Das durchgelassene Licht tritt durch das Prisma J)h in eine Sammellinse 46, welche die Strahlung auf einem Anseiger fokussiert. Das Licht, welches zu jeder der Linsen kk_t k6 verläuft,

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besteht aus swel Strahlen entsprechend de« Probenraua 36 und de« Besugssubstaasraua hO* Hne rotierende Wechselblend« 4β ist swischen der Line· kZ und dem Prima 32 angebracht, so daee Licht wechselweise durch jeden Probenraua 38 und den Besugeeubetansraus bO verläuft. Die Wechselblende iet in Fig. 5 dargestellt; sie uafasst eine gekrttaate Öffnung 50 sub Durchlaufen von Licht durch den Besugsraua kO während einer Halbwelle und eine gekrtiaate öffnung 52 sue Durchleiten ▼on Licht durch den Probenraua 38 während der anderen Halbwolle. Deaentsprechend ergibt das Ausgangssigaal jedes der Anseiger D₁ D¹ eine Ψ periodische Amplitudenschwankung, welche proportional der Differens zwischen den Refraktionen der Flüssigkeiten in de· Probenraua 38 und dea Bezugeraua kO ist.

Bine wahlweise Konstruktion in Draufsieht ergibt sich au« Fig. 6, welche der Konstruktion nach Fig. 8 ähnlich ist, jedoch keine Wechselblende aufweist. Bei dieser AusfUhrungefora wird das Licht des Probenrauaee 38 durch eine Linse 5** geführt, welche auf einen Anseiger D1 . fokussiert. Das Licht des Besugsrauaee kO wird durch eine Linse 56 geleitet« welche auf einen Anseiger D2 fokussiert. Bei einer Anordnung dieser Art ist keine Wechselblende erforderlich, und die Xnderung der Refraktion wird durch die Differens der Ausgangesignale der beiden Anseiger angegeben.

Das Instrument nach Fig. 7-9 verwendet die durchgelassen· Strahlung und weist ein Photometer ait einea einsigen Anseiger und einer Wechselblende auf. Das optische Systea des Instrumentes ergibt sich hierbei aus Fig. 7, während in Fig. 8 die zugehörige elektrische

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Schaltung für «la auf*eicbaendee Differentials frektow* te r dargestellt let. Hierbei wird lieht ran einer eine Lichtquelle bildenden Laaye 5β ,auf einen ßchlit* 62 Mittels einer Idnee 60 abgebildet« Das Lieht des Schiit»·* 62 wird dann durch eine Ilnee 6% paralUlisiert «mi tritt durch eine Keiner 66, weXohe tin tingangepxiee* 66a und ein Ausgangsprisaa 66b uafasat. line Swlschendlehtnng 67 bildet Flüssig·» keitskaaaera für die Probe und die Besugssubstans, »le dl·· bereit« vorangehend beschrieben wurde· Ale Priesen und die Dichtung sind in eine« Oehäuee 68 enthalten, welchen ua eine Achee 70.(Fig» β) drehbar let, ua den Winkel au variieren, bei de« Licht auf die Zvischenflache swlsohen den Priaaa 66a und jeder der Flüssigkeiten fällt. Eine Line« 72 bildet die Unterkaaaern der Kaaaern 66 auf einer Apperturblende 7¹* sb, welche ewei rechteckige Durchtritte geaKaa Pi«ζ. 9 aufweisen. Diese Durchtritte entsprechen den entsprechenden Bildern der Flüssigkeit slew—era, sind jedoch etwas kleiner. Une Wechselblende 76 1st nahe der Blende 7¹* angeordnet und geaäss Fig. auegelegt, ua wechselweise den ersten und »weiten Durchtritt der Blende ?k dea einfallenden Licht aussuaetsea. Xin Paar optischer Abschwächer 7$, 77 ist ebenfalls bub 8eecke eines Ausgleiche in dea Strahlengang der Probe und der Besugasubstans einaetsbar. Diese Abschwächer können eine geeignete Fora haben. Abgeflachte Drähte oder Blender, welche in den fitrahlengängen drehbar angeordnet sind, erwiesen sich beispielsweise als günstig. Die feohselblende 76 wird duroh einen Motor 78 in Drehung versetst. Das Bild des BonUta·· 62 wird duroh eine linse 8θ bei eine« Anselger 82 gebildet. Dieses Bild wird wechselnd durch Licht gebildet, welches durch die eine und durch die andere der beiden rittasigkeitskaaaern verläuft. Die Intensität

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des auf den Anzeiger 82 fallenden Lichtes und das entsprechende elektrische Auegangssignal des Anzeigers sind in Flg. 10 dargestellt, wobei Its die Intensität des durch die Probenkammer durchlaufenden Uchtes angibt, während Itr die Intensität des durch die Besugakanner laufenden Lichtes darstellt.

Fig. 8 zeigt die Schaltung für das Differentialsfraktoaeter. 115 Volt Wechselspannung von 60 Hz gelangen von einen Netzanschluss 6h über einen ein- und abschaltbaren Netzechalter 86 zu den Wechselblendennotor 78 sowie zu einen Oleichstronanschlussgerät 88. Das Oleichstronanschlussgerät 88 erzeugt eine Auegangsspannung von 20 V· Die Lanpe 58 liegt in Serie nit einer Denodulatorlanpe 90 und einen ßtronbegrenzerwiderstand 92 parallel an den Ausgang des GIeIchstronanschlussgerates "Der Zweck der Denodulatorlanpe 90 ist nachfolgend noch näher erläutert. Die Denodulatorlanpe 90 iet an einer Seite der Wechselblende 76 angeordnet. Bin Denodulatoranzeiger 9^ ist dicht neben der anderen Seite der Wechselblende angebracht. Die Anordnung des Anzeigers 9*t gegenüber der Wechselblendenscheibe ?6 ergibt sich aus Fig. 9. Das positive Ausgangsslgnal dee Qleichetromanschlussgerätes 78 liegt Über ein Amperemeter 96 an dem Anzeiger 92. Der Anzeiger 92 ist ein lichtenpfindlicher Widerstand, beispielsweise eine Photozelle oder eine Kadniun/Selen-Zelle. Das Auegangesignal dee Detektors wird einen elektrischen Spannungsteiler $8 in Form eines geerdeten Widerstandes 100 zugeführt, der nit in Abstand befindlichen Abgriffen 102 versehen ist. Diese Abgriffe eind durch einen beweglichen Kontakt 104 abtastbar· Der Ausgang des Kontaktes 10^ wird durch einen 20 Hz-Veretärker IO6 verstärkt· Der Deraodulationsanzeiger Sk liegt in Reihe nit den Ausgang des Ver-

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stärkers 106 und let ait eine« Aufzeichnungsgerät 108 verbunden. . Im Betrieb rotiert der Motor 78 alt 600 U/fein. Jede Drehung der Wechselblende 76 unterbricht jeweils den Proben- und Bezugsstrahl zweimal, um bei jeder Umdrehung gemüse 71g. 10 einen vollständigen Zyklus au erhalten. Dies ergibt ein pulaierendea ÖleIchstromsignal von 20 Hzι das auf das Eingangssignal des Verstärkers 106 mit Hilfe des sich ändernden Widerstandes des Anzeigers 82 aufaodullert wird. Bei dem vorliegenden System soll die Differenz zwischen den durchgelaseenen Intensitäten des Proben» und BeaugSstrahls (I₄₃ - I. ) ermittelt werden. Dies entspricht der Amplitudendifferenz zwischen den positiven und den negativen Scheitelwerten an dem Verstärker 106. Die Wecheelstromkomponente de« pulsierenden Qleiohstromsignale wird durch den Verstärker 106 verstärkt und läuft durch den Anzeiger 9**· Gemäss Fig. 9 wird das auf den Anzeiger 94 fallende Licht synchron mit dem durch eine der Ohterkammern der Kammer 96 laufenden Licht unterbrochen. Weiterhin ist der Anzeiger 9Λ derart aufgelegt, dass er ein- und abschaltet, wobei ein verbaltnlsmässig niedriger Wiederstand (beispielsweise 300 Ohm) auftritt, wenn Licht durch die Demodula- · tionslampe' 90 austritt und ein sehr hoher Widerstand vorliegt (beispielsweise 30 Kiloohm), wenn Licht von dieser Lampe durch die Wecheelblende 76 abgedeckt wird. Ansprechend dient der Anzeiger 9k in wirksamer Weise als Bln/Aus-Sohalter, um das Ausgangasignal des Verstärkers IO6 zu der Aufzeiohnunfseinriohtung 108 lediglich während der positiven Halbwelle zu Übertragen. Somit dient der Anzeiger 9Λ zur Demodulation des Signale des Detektors 280, so dass das Aufzeichnungsgerät IO8 lediglich ein8lgnal "sieht", welohe· tür die Amplitudendifferens zwischen den Intensitäten des Bezugs- und Probenetrahles charakteristisch

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let. Wi* vorangehend erlMutert wurde, let dies« Aoplitudeadiffereas charakteristisch fttr dl· Differeas der Refraktion »wischen dar Proben- und Basugaflüasigkeit In der Kuuaar 66.

Beispiele

Zur Durchführung einer M»a«ung wurd· «In OerÄt geallae 71g. 7-9 rerw«nd«t. AIa BaetigeflUaeigkait dient Waaaar und ala ProbanflUaaig· f kalt alna «Meariga Zuokarluaung. Dar Einfallswinkel (A) wurd* derart justiert_y daea 5 % Strahlung durehgalaeaen wurde, wenn eich Waaaer in beiden Uhterkaaaern dar Eaaaar befand. Samaoh wurden ZnekarlSeungan Ton bekannter Brachungasahl durch dia Probankajuwr geführt, ua da« Inatruaant in Einheiten der Diff*r*aabr*chungasahl au *ich*n. Hierbei argab aioh folgendesι

1. Dia ainloala noch anseigbare Diffaransbrachungasahl (entsprechend daa Störpegel)

Zuckerlösung).

daa Störpegel) betrug _± 5 χ 1θ"⁸ (etwa 0,3 Teile pro Hillion wässrig·

2. DynaalMher Bareich (Terhältnla dar aaxlaalen sur alniaalen ansaig»

bavan Diffaraaabrechungasahl) war gröeaar ala 50 000.

3· SIa eharaktarlatiaoba Drift pro tftunde ohne Taqparaturregalung batra« etwa 10~⁶ Differenabrechumtasahleinheiten.

k» Dia Salt aaoh dar ProbenalnftDurung bis in Irralehan eines Taapara turglaichgawlchtea entsprechend einer Differenabrechungseahl τοη 10 ^r

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■ ·

(etwa 0,001⁰C) betrug weniger al« 2 Min bei Baumtemperatur.

5. Das erforderliche Probenvolumen betrug weniger ale 5 er. Die

-9 miniaal nachweisbar« Menge an Lösung betrug eoait annähernd 1,5 χ 10 *g Zucker.

Diese vorangehenden Messwerte sind ia Vergleich sum Stande der Technik sehr günstig. Aus diesem Grund weist die vorliegende Erfindung folgende wichtige Leistungsaerkaale auf: . |

1. Die Verwendung von aus Flüssigkeit und Glas gebildeten Zwiscbenflachen, welche sowohl der Proben- als auch der Bezugsflüssigkeit gemeinsam sind, ermöglicht eine entsprechende Stabilität der Differensmessungen nach Fresnel, da eine Notwendigkeit eur Stabilität der Müsseren optischen Achsen nicht besteht. Die dünnen, symmetrisch angeordneten Proben- und Bezugsvolumina in Berührung mit den gemeinsamen Oberflächen ergeben ein schnelles und nahes Temperaturgleichgewicht zwischen der Proben- und Bezugsflüssigkeit.

2. Die Verwendung des durchgelassenen und nicht des reflektierten Lichtes bei der Fresnelmessung ermöglicht die Verwendung eines nahezu auf Null eingestellten und mit hoher Modulation arbeitenden Photometers, welches den Photometerstörpegel und Drifterscheinungen vermeidet.

3« Die Verwendung einer den Strahl "schaltenden" Wechselblende und ein einziger Anzeiger in dem Photometersystem steigern weiterhin die Stabilität der Messung.

Erfindungsgemäss ist ein sehr geringes Probenvolumen erforderlich.

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Die Dicke der Dichtung und des entsprechenden Probenraumes können in der Grössenordnung bis zu 25 Mikron (0,001 Inch) gewählt werden. Dies ergibt einen schnellen Differenztemperaturausgleich. Auch erhält man eine sehr niedrige Absorption bei Verwendung der durchgelassenen Strahlung zum Betrieb der Vorrichtung.

Bei den meisten Wechselblenden verwendenden optischen Systemen sind diese an dem Ende des Systems angeordnet, wo sich die Lichtquelle befindet. Gemäss der vorliegenden Erfindung kann eine Rotation der Wecheelblende vor der Zelle leichte Ablenkungen des Lichtstrahles infolge Schlierenbildung bewirken. Diese Winkelabweichungen beeinflussen die Durchlässigkeit (oder die Reflexion) der Zelle. Die Anordnung der Wechselblende hinter der Zelle gemäss Fig. 7 und 8 eliminiert diese Schwierigkeit, so dass das System die Intensität der durchgelassenen Strahlung mit gröseerer Genauigkeit anzeigt. Diese Anordnung der Wechselblende ist jedoch, obgleich bevorzugt anzuwenden, zur Durchführung des Gedankens der vorliegenden Erfindung nicht unbedingt erforderlich.

Die Erfindung ist auch nicht auf Verwendung von Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich beschränkt. Vielmehr kann elektromagnetische Strahlung von jeder Frequenz einschliesslich, jedoch ohne Beschränkung, infraroter und ultravioletter Strahlung verwendet werden.

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Claims (4)

(V 39 544 IXa/42h) EMHETT ST. CLAIR ViATSOlJ UEUE PATEIiTAITSPRÜOHE:

1. Refraktometer zur Bestimmung des Brechungsindex von festen Körpern oder deforraierbaren Medien mit zwei jeweils winklig zu pax'allelisiertem kohärentem einfallendem Licht ausgerichteten, in einer Ebene liegenden Grenzflächen, welche jeweils aus einen gleichen Stoff verhältnisnäiig hoher optischer Dichte, vorzugsweise Glas, und einem in Strahlungsrichtung dahinter angeordneten Stoff einer zu messenden Probe bzw. einem Vergleichsstjff von demgegenüber geringerer optischer Dichte ausgebildet sind, wobei der Einfallswinkel des Lichtes an den Grenzflüchen nur geringfügig unterhalb des Totalreflexionswinkels liegt, zumindest einem Strahlungsempfänger, auf welchen von der Probe und von dem Vergleichsstoff ausgehende Teilstrahlen fokussiert sind, und einer durch die Ausgangssignaie des Strahlungsempfängers beaufschlagten Auswerteeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der einen Bestandteil der beiden Grenzflächen (12, 16 3B; 12, 16, 40) bildende Stoff (12) von verhältnismäßig hoher

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-s-

ootiseher Dichte aus einer.r einzigen Stück r.;it eirior der Probe sowie tion YergLeijhsnt^ff irjgewendeteri ebenen Fläche besteht und das einfallende Lichx (1.,) i- einem einzigen Strahlenbündel auf der: Stoff (12) von hoher optischer Dichte gerichtet ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch rei:nr.n::ciclmot, da,?, auf der ebenen Fläche dea einer. Bestand bei" der Grenzflächen (12, 16, 38; 12, 16, 40) bildenden Stoffes (12) von verhältnismäSig hoher optischer Dichte eine Schicht (36) optisch undurchlässigen Dichtunrsrnaterialo cit sv^ei in geringen Abstand nebeneinander vergesehenen Penstern (Zo, -IC), Vielehe rit einer flüssigen oder ganf'rnigen Probe ιπΛ einem flüssigen oder gasförmigen Tergieichsstoff füllbar rrind, und auf dem DichtiingsDateriai (Jo) eine Abschlu'! :;ehioht (14) angeordnet sind.

'■'.. Gerät nach ein ei: "ier Anaprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet;, 'IaJ die AL.;eh"Ai.;.schicht (14) aus ovtis'ih durchliissigen IlaTerial besteht.

4. Gerät nach einer, der Ansprüche 1-3» dadurch gekennzeichnet-, da:,, der einen Bestandteil beider Grenzflächen bildende Stoff (12) von verhältnismäßig hoher optischer Di?.:.-te- in Form eines I-risnias ausgebildet ist, dessen eine

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lif; r/u den Grenzflächen verlaufende Fläche auf den einfallenden ,3 urahleiibündel (l ) senkrecht steht, "und daß im cerincen Auotniid zu dieser letztgenannten Prisnenfläche oine ILolliEjaterlinse (42) angeordnet ist.

PATCNTANWALTb Οβ.-ΙΜβ H.FINCKEDIH-ING H OIPL-ING S.STAE*K

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BAD OR)GINAt