DE1497549C3 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Zweistrahl-Spektralphotometer enthaltend eine Lichtquelle, ein optisches System zur Erzeugung eines von der Lichtquelle ausgehenden Lichtbündels, einen Detektor, einen Probenstrahlengang und einen Referenzstrahlengang, einen ersten umlaufenden Strahlenumschalter, durch welchen das Lichtbündel in vorgegebener zyklischer Folge auf den Proben- und den Referenzstrahlengang geleitet wird, einen zweiten umlaufenden Strahlenumschalter, durch welchen in vorgegebener zyklischer Folge Licht aus dem Proben- und aus dem Referenzstrahlengang auf den Detektor geleitet wird, eine Demodulatoranordnung zur Trennung der gegeneinander phasenverschobenen, von Proben- und Referenzstrahlengang herrührenden Detektorsignal-

anteile und Signalverarbeitungsmittel zur Bildung einer Ausgangsinformation als Funktion des Verhältnisses der Intensitäten des von der besagten Lichtquelle ausgehend über Proben- bzw. Referenzstrahlengang geleiteten Lichtbündels.

Bei der einfachsten Form eines Zweistrahl-Spektralphotometers wird Licht von einer Lichtquelle in zwei Lichtbündel aufgespalten, die über einen Proben- und einen Referenzstrahlengang geleitet und durch einen Strahlenumschalter abwechselnd mit voller Apertur auf einen photoelektrischen Detektor geleitet werden. Der Detektor liefert dann ein Wechselsignal, dessen Amplitude proportional der Differenz der am Detektor wirksamen Intensitäten der über den Probenstrahlengang bzw. den Referenzstrahlengang geleiteten Lichtbündel ist und welches eine von zwei um 180° gegeneinander versetzten Phasen aufweist, je nachdem, welche der beiden Intensitäten die größere ist. Dieses Signal wird benutzt, um einen Stellmotor zu steuern, der einen veränderbaren Bündelabschwächer in den Referenzstrahlengang derart hineinbewegt, daß die Intensitäten der beiden Lichibündel gleich gemacht werden und das Wechselsignal am Detektor verschwindet. Die Stellung des Bündelabschwächers ist dann ein Maß für das Verhältnis der Absorptionen, die das Lichtbündei im Proben- bzw. im Referenzstrahlengang erfährt.

Ein solcher »optischer Abgleich« erfordert einen Eingriff in den optischen Strahlengang, wobei die Genauigkeit der Anzeige von dem genauen Arbeiten des Bündelabschwächers abhängt. Es ist daher bekannt, die vom Detektor erhaltenen Signalanteile, die den Intensitäten von Proben- und Referenzlichtbündel entsprechen, mit einer geeigneten Signalverarbeitungsschaltung unmittelbar zur Bestimmung des Intensitätsverhältnisses zu vergleichen.

Bei einer bekannten Anordnung dieser Art sind die Strahlenumschalter, durch welche das von der Lichtquelle ausgehende Lichtbündel zwischen Proben- und Referenzstrahlenbündel umschaltbar und danach entsprechend Proben- und Referenzstrahlengang zu einem gemeinsamen auf den Detektor geleiteten Strahlengang vereinigt werden, so ausgebildet, daß der Detektor Strahlung in der Aufeinanderfolge Probe-Lücke-Referenz-Lücke erhält. Das führt zu einem Ausgangssignal des Detektors mit der Grundfrequenz der Bündelumschaltung proportional zu der Differenz S — R der im Probenstrahlengang und der im Referenzstrahlengang durchgelassenen Bündelintensitäten. Das Ausgangssignal des Detektors enthält weiterhin eine Komponente von der doppelten Grundfrequenz, die proportional zu der Summe der durchgelassenen Bündelintensitäten S + R ist. Durch geeignete elektrische Verarbeitung dieser Ausgangssignale bei den beiden Frequenzen kann man das gesuchte Verhältnis der Bündelintensitäten und damit z. B. der Durchlässigkeiten einer im Probenstrahlengang angeordneten Probe und eines im Referenzstrahlengang angeordneten Referenzmaterials bilden. Dieses Verfahren ist kompliziert und ungenau.

Es ist daher bekannt (S a ν i t ζ k y und H a 1 f ο r d in »Review of Scientific Instruments«, März 1950), Proben- und Referenzstrahlenbündel, die auf einen gemeinsamen Detektor fallen, mit gleicher Frequenzaber eine Viertelperiode gegeneinander phasenverschoben zu unterbrechen. Der Detektor liefert dann ein Signal mit praktisch nur einer Frequenz, dessen Phase von dem gesuchten Verhältnis S/R abhängt. Durch phasenempfindlich mit zwei um 90° gegeneinander versetzten Steuersignalen gesteuerte Demodulatoren können die vom Proben- und vom Referenzstrahlengang herrührenden Signalanteile getrennt werden. Die um eine Viertelperiode phasenverschobene Unterbrechung der Lichtbündel im Proben- und Referenzstrahlengang schließt aber aus, daß die Lichtbündel mit voller Apertur in einem gemeinsamen auf den Detektor fallenden Strahlengang vereinigt werden, da sich die Lichtbündel aus Proben- und Referenzstrahlengang zeitlich überlappen. Es wird daher bei dieser bekannten Anordnung mit

'5 einer geometrisch geteilten Apertur gearbeitet, was offensichtlich erhebliche Probleme mit sich bringt. Während durch das Zweistrahl-Meßverfahren, sei es mit optischem Abgleich, sei es mit elektrischer Quotientenbildung, Änderungen der Lichtquellenintensitat oder Änderungen der Detektorempfindlichkeit kompensiert werden und keinen Einfluß auf die Ausgangsinformation haben, ist das Zweistrahl-Meßverfahren in der bekannten Form nicht in der Lage, Störungen der Messung auszugleichen, die in der Probe bzw. einem Referenzmaterial selbst oder in dem Proben- bzw. Referenzstrahlengang ihren Ursprung haben. Das ist beispielsweise die Probeneigenstrahlung, d. h. Strahlung, die von der Probe selbst emittiert wird und zusammen mit dem von der Lichtquelle

über den Probenstrahlengang auf den Detektor fallenden Lichtbündel auf den Detektor gelangt. Es kann sich aber auch um Strahlung handeln, die z.B. von optischen Gliedern im Proben- oder Referenzstrahlengang ausgesandt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zweistrahl-Spektralphotometer der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß eine Korrektur hinsichtlich derjenigen Signalanteile erfolgt, die nicht durch Absorption der von der besagten Lichtquelle in der Probe oder einem Referenzmaterial hervorgerufen sind aber trotzdem in der Probe oder dem Referenzmaterial und/oder in den optischen Gliedern des Proben- bzw. Referenzstrahlenganges ihren Ursprung haben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Strahlenumschalter dafür eingerichtet sind, nur während zweier Viertelperioden das von der Lichtquelle ausgehende Lichtbündel einmal über den Proben- und einmal über den Referenzstrahlengang auf den Detektor zu leiten, daß während zweier weiterer Viertelperioden der zweite Strahlenumschalter einmal Strahlung aus dem Probenstrahlengang und einmal Strahlung aus dem Referenzstrahlengang auf den Detektor leitet, und der erste Strahlenumschalter gleichzeitig das besagte Lichtbündel wenigstens gegen den jeweils beobachteten Strahlengang abdeckt, und daß die Demodulatoranordnung und Signalverarbeitungsmittel zur Korrektur der Ausgangsinformation hinsichtlich der Strahlung eingerichtet sind, die aus Proben- bzw. Referenzstrahlengang auf den Detektor gelangt, wenn das besagte Lichtbündel durch den ersten Strahlenumschalter abgedeckt ist.

Nach der Erfindung v/erden also während zweier Viertelperioden Proben- und Referenzstrahlengang bei abgedecktem Lichtbündel von der Lichtquelle beobachtet, so daß während dieser Viertelperioden

5 6

ein ζ. B. der Probeneigenstrahlung bzw. der Refe- lässig und nichtreflektierend sind und die Strahlung

renzmaterialeigenstrahlung entsprechendes Signaini- in keinen der Strahlengänge gelangen lassen. Auf

veau am Detektor entsteht und bei der Signalauswer- diese Weise wird während zweier Viertelperioden das

tung in geeigneter Weise berücksichtigt werden kann. Lichtbündel durch den ersten Strahlenumschalter

Dabei kann eine einfache Trennung der von Pro- 5 vollständig abgedeckt. Das ist insofern vorteilhaft,

ben- und Referenzstrahlengang herrührenden Signal- als Probe und Referenzmaterial nicht mehr als not-

anteile durch phasenempfindliche Demodulation wendig von dem Lichtbündel beaufschlagt und damit

ohne Teilung der Apertur und mit günstigem Si- erwärmt werden. Wenn dieses Problem nicht so kri-

gnal-zu-Rausch-Verhältnis dadurch erreicht werden, tisch ist, kann der erste Strahlenumschalter ein von

daß der erste Strahlenumschalter das von der Licht- ¹⁰ dem Lichtbündel unter einem Winkel getroffener,

quelle ausgehende Lichtbündel in einer ersten und auf 180° verspiegelter und auf 180° durchlässiger

einer zweiten Viertelperiode, die unmittelbar aufein- Sektorspiegel sein. In beiden Fällen kann der zweite

anderfolgen, auf Proben- und Referenzstrahlengang Strahlenumschalter ein in einem Schnittpunkt von

lenkt, daß der zweite Strahlenumschalter im gleichen Proben- und Referenzstrahlengang und in der Sym-

Takt viertelperiodenweise abwechselnd die Bündel ¹S metrieebene derselben angeordneter Sektorspiegel

aus Proben- bzw. Referenzstrahlengang mit voller mit abwechselnd verspiegelten und nicht verspiegel-

Apertur längs eines gemeinsamen Strahlenganges auf ten Sektoren sein, der mit der doppelten Frequenz

den Detektor leitet, daß der erste Strahlenumschalter des ersten Strahlenumschalters wechselt. Vorteilhaf-

während der an die erste und die zweite Viertelpe- terweise sind der erste und der zweite Strahlenum-

riode anschließenden beiden Viertelperioden das be- ²⁰ schalter radial gegeneinander versetzte Teile einer

sagte Lichtbündel wenigstens gegen den jeweils über gemeinsamen rotierenden Scheibe,

den zweiten Strahlenumschalter beobachteten Strah- Die Erfindung ist nachstehend an Ausführungsbei-

lengang abdeckt und daß die Demodulatorschaltung spielen unter Bezugnahme auf die zugehörigen

ein Paar von gesteuerten Demodulatoren enthält, die Zeichnungen näher erläutert:

mit 90° Phasenverschiebung zueinander und pha- ^a5 Fig. 1 zeigt den Strahlengang der beiden Bündel

sengleich mit den aus Proben bzw. Referenzstrahlen- durch das Gerät;

gang herrührenden Signalanteilen gesteuert sind. F i g. 2 zeigt eine bevorzugte Form eines ersten

Wenn dann die durch die Probe von der Licht- Strahlenumschalters wie er bei dem optischen System

quelle hindurchtretende Strahlung mit S bezeichnet von F i g. 1 zur Erzeugung der beiden Bündel benützt wird und alle von der Probe auf den Detektor fal- ³° wird;

lende Probeneigenstrahlung mit S₀, und wenn die F i g. 3 zeigt einen zweiten Strahlenumschalter zur

entsprechende Strahlung für den Referenzstrahlen- Wiedervereinigung der beiden Bündel;

gang mit R und R₀ bezeichnet wird, dann ist die Auf- F ig. 4 zeigt einen kombinierten Strahlenumschal-

einanderfolge der auf den Detektor gelangenden ter zur Verwendung in einer Abwandlung des opti-

Strahlung für die vier Viertelperioden: S + S₀, sehen Systems von F i g. 1;

R + R₀, S₀, R₀. Die Signale S und R treten dabei in Fig. 5 bis 8 sind Signaldarstellungen, welche die

benachbarten Viertelperioden einer vollständigen Pe- Signale aus dem Detektor von den beiden Bündeln

riode auf, bilden also zwei um 90° gegeneinander und deren Kombination darstellen;

phasenverschobene Signale, so daß an dem Ausgang Fig. 9 bis 11 sind zum Vergleich dienende Signal-

des einen Demodulators ein Signal entsprechend S darstellungen für ein anderes System;

und an dem Ausgang des anderen Demodulators ein Fig. 12 zeigt Signalverarbeitungsmittel, die bei der

Signal entsprechend R auftritt, während die S₀- und Erfindung anwendbar sind.

/{„-Anteile keine Komponente mit der Grundfre- In F i g. 1 wird Strahlung von einer Infrarot-Strahquenz aufweisen und daher bei der Demodulation ₄₅ lungsquelle S mittels Spiegeln 1, 2,3 und 4 und 5 auf

unterdrückt werden. einem rotierenden Strahlenumschalter 6 gesammelt,

Die Signalverarbeitungsmittel können dann eine der in F i g. 2 in vergrößertem Maßstab gezeigt ist.

von Ausgangssignalen der Demodulatoranordnung Wie man aus dieser Figur ersehen kann, ist der

beaufschlagte Quotientenbildnerschaltung sein. Diese Strahlenumschalter 6 eine Scheibe mit einem durchkann beispielsweise so aufgebaut sein, daß an den ₅₀ sichtigen Quadranten 10, einem reflektierenden

Eingängen eines Differenzverstärkers der Ausgangs- Quadranten 11 und zwei aufeinanderfolgenden Qua-

spannung des einen Demodulators die am Abgriff dranten 12, die geschwärzt sind und Strahlung weder

eines Potentiometers abgegriffene Teilspannung der durchlassen noch in nennenswertem Maße reflektie-

Ausgangsspannung des anderen Demodulators ent- ren.

gegengeschaltet ist und daß vom Ausgang des Diffe- ₅₅ Wenn die Strahlung von dem Spiegel 5 auf den

renzverstärkers ein Stellmotor zur Verstellung des durchsichtigen Quadranten 10 fällt, geht sie gerade

Potentiometerabgriffs gesteuert ist. hindurch und von dort über weitere Spiegel 17, 18,

Die Strahlenumschalter können zur Erzielung der 19 und 20 auf einen rotierenden Strahlenumschalter

angestrebten Wirkung auf verschiedene Weise aufge- 21. Wenn die Strahlung vom Spiegel 5 auf den rebaut sein. 6o flektierenden Quadranten 11 des Strahlenumschal-

Eine Möglichkeit besteht darin, daß der erste ters 6 fällt, wird sie reflektiert und gelangt über Spie-

Strahlenumschalter eine von dem Lichtbündel unter gel 17', 18', 19' und 20' auch auf den Strahlenum-

einem Winkel getroffene umlaufende Scheibe mit schalter 21, und zwar von der entgegengesetzten

einer Folge gleicher Sektoren ist, von denen einer Seite wie das vorherige Teilbündel. Eine Probe, dedurchlässig ist und den Durchtritt des Lichtbündels 65 ren charakteristische Strahlungsabsorption gemessen

in einen Strahlengang gestattet, ein anderer reflektie- werden soll, wird normalerweise bei 25 angeordnet,

rend ist und das Lichtbündel in den anderen Strah- während ein Referenzmaterial in dem anderen Teil-

lengang reflektiert, und zwei Sektoren lichtundurch- bündel bei 26 angeordnet werden kann. Wenn der

rotierende Strahlenumschalter 6 in einer solchen Winkellage ist, daß die Strahlung von dem Spiegel 5 auf den einen oder den anderen der Quadranten 12 fällt, gelangt keine Strahlung von der Strahlungsquelle auf den einen oder den anderen der beiden oben beschriebenen Strahlengänge. Während dieser beiden Zeitabschnitte der betriebsmäßigen Aufeinanderfolge ist daher die einzige Strahlung, die auf die Vorrichtung 21 fällt, die Eigenstrahlung, die längs oder beide der Fig. 3, kann dies durch geeignete Wahl der relativen Umlaufgeschwindigkeiten und der Winkelausdehnung der jeweiligen Sektoren erreicht werden, beispielsweise auch durch Verwendung eines S die Bündel vereinigenden Strahlenumschalters, der in abwechselnd durchlässige und reflektierende Quadranten unterteilt ist, in welchem Falle die Umlaufgeschwindigkeit die gleiche sein müßte wie die des Strahlenumschalters 6. Eine andere Möglichkeit ist in

der Strahlengänge der beiden Bündel läuft und von ¹⁰ F i g. 4 dargestellt, in welcher die beiden Strahlenum-

l d Shl hl i ii Til ii id D

gg

den verschiedenen Bauteilen längs des Strahlenganges einschließlich der Probe 25 und gegebenenfalls des Referenzmaterials 26 herrührt.

Der Strahlenumschalter 21 ist in F i g. 3 dargestellt und besteht, wie man sieht, aus einer Scheibe mit einem durchsichtigen Halbkreis 30 und einem reflektierenden Halbkreis 31, so daß die Strahlung aus den beiden Bündeln abwechselnd auf den Rest des optisehen Strahlenganges gelangt. Der Strahlenumschal-

d Shl schalter zu einem einzigen Teil vereinigt sind. Der äußere Bereich dieses Teiles bildet die den ersten, bündelteilenden Strahlenumschalter und enthält einen reflektierenden Sektor 48 und einen durchlässigen Sektor 49. Der innere Bereich bildet den zweiten, bündelvereinigenden Strahlenumschalter und weist zwei gegenüberliegende Sektoren 50 und zwei gegenüberliegende durchlässige Sektoren 51 auf. Da die Sektoren 50 und 51 nur die halbe Winkelausdehnung

gg gg
ter 21 wird mit der doppelten Frequenz des Strahlen- ²⁰ haben wie die Sektoren 48 und 49, wechselt der

Umschalters 6 angetrieben, so daß einer der beiden Halbkreise im wesentlichen gleichzeitig mit jeweils einem der vier Quadranten des Strahlenumschalters 6 wirksam wird. Dementsprechend wird die Strahlung zweite Strahlenumschalter mit der doppelten Frequenz des ersten Strahlenumschalters, wie es auch notwendig ist. Um eine kombinierte Vorrichtung dieser Art benutzen zu können, ist es notwendig, die in

während des ersten der vier Viertelperioden des Ar- ²⁵ F i g. 1 gezeigten optischen Strahlengänge, beispiels-

beitszyklus des Strahlenumschalters 6, wenn sie durch die Probe 25 hindurchtritt, zusammen mit aller Eigenstrahlung aus dem Probenstrahlengang durch den Strahlenumschalter 21 hindurchgelassen und geweise durch Kürzen der das Proben- und Referenzmaterial enthaltenden Teile der Strahlengänge, so anzupassen, daß die Teile der Strahlengänge, welche durch die Strahlenumschalter 6 und 21 gehen wür-

langt zu dem Rest des optischen Strahlenganges. In ³° den, dicht nebeneinander gebracht werden, so daß der nächsten Viertelperiode, wenn die Strahlung den sie durch die inneren und äußeren Bereiche des kombinierten Strahlenumschalters gehen.

Mittels des beschriebenen optischen Systems erhält

Referenzstrahlengang durchläuft, wird sie von dem Strahlenumschalter 21 reflektiert und läuft zusammen mit aller Eigenstrahlung aus dem Referenzstrahlengang durch den Rest des optischen Strahlenganges. In den letzten beiden Viertelperioden, wenn die Eigenstrahlung allein durch die beiden Strahlengänge läuft, wird sie auch von dem Strahlenumschalter 21 weitergeleitet und, je nachdem, ob der durchsichtige Halbkreis 30 oder der reflektierende Halbkreis 31 wirksam ist, wird die Eigenstrahlung aus dem Probenstrahlengang oder dem Referenzstrahlengang auf den Detektor geleitet.

der Detektor 41 Strahlung in einer Aufeinanderfolge S¹ + Sp, R + R₀, S₀ und R₀, wenn man die gleiche Terminologie benutzt wie vorher. Der Effekt davon ist in den F i g. 5 bis 8 dargestellt.

F i g. 5 zeigt das gesamte Signal, das man von dem Detektor 41 ohne Probe oder Referenzmaterial erhält. F i g. 6 zeigt das Signal, das man von dem Referenzstrahlengang allein erhält. F i g. 7 zeigt das Signal, das man von dem Referenzstrahlengang allein erhält. Schließlich zeigt F i g. 8 das Signal, das man

Die Strahlung gelangt von der Vorrichtung 21 zu ₄₅ von dem Probenstrahlengang allein bei der Durchläseinem Spiegel 32 und dann über weitere Spiegel 33, sigkeit Null der Probe erhält. Die erzielten Vorteile 34 und 35 zum Eingangsspalt 36 eines Monochromators, der generell mit 37 bezeichnet ist. Nach Verlas

sen des Austrittsspaltes 38 des Monochromators tritt versteht man am besten aus einem Vergleich mit den Ergebnissen von Fig. 9 bis 11, welche den Effekt darstellen, der sich mit einem obenerwähnten System

die Strahlung durch Filter 39 und wird von einem ₅₀ ergibt, wie es von Savitzky und H al ford beSpiegel 40 auf einen Detektor 41 geleitet. Der Detek- schrieben wurde. Bei diesem System sind die jeweiligen Signale gegeneinander 90° phasenverschoben, aber da jedes sich über eine halbe Periode erstreckt,

tor ist ein temperaturempfindlicher Detektor, beispielsweise ein Thermoelement oder eine Golayzelle, wie sie in der USA.-Patentschrift 2 557 096 beschrieergibt sich eine Überlappung von einer Viertelpe-

ben ist. Obwohl der Monochromator als Gittermono- ₅₅ riode. Wenn man F i g. 5 bis 8 betrachtet, so sieht

chromator nach Ebert dargestellt ist, kann er jede man, daß, wie schon erwähnt wurde, die Signale S₀

gebräuchliche andere Form annehmen und kann so- und ^₀ keine Komponente mit der Grundfrequenz

gar durch ein oder mehrere Filter ersetzt werden. ergeben, auch wenn sich eine Komponente mit dem

Der Strahlenumschalter 6 wird vorzugsweise mit doppelten dieser Frequenz ergibt. Diese Figuren ma-

einer Frequenz von 13 Hertz angetrieben, und der 6o chen es auch klar, daß die beiden der Probe und dem

Strahlenumschalter 21 muß mit genau dem Doppel- Bezugsmaterial entsprechenden Signale, wie schon

ten dieser Frequenz, d. h. 26 Hertz, angetrieben wer- erwähnt, 90° gegeneinander phasenverschoben sind,

den. Vergleicht man die aus den F i g. 5 bis 8 erhaltenen

Allgemein ausgedrückt ist das Erfordernis, daß die Ergebnisse mit denen von Fig. 9 bis 11, so sieht

Wechselgeschwindigkeit des zweiten Strahlenum- 65 man, daß bei dem System nach der Erfindung ein Si-

schalters 21 doppelt so groß sein sollte wie die des gnal mit der Amplitude »1« und einem Tastzeit-

ersten Strahlenumschalters 6. Ob nun die beiden verhältnis 1: 3 auftritt, während sich bei dem System

Vorrichtungen der Fig. 2 bzw. Fig. 3 entsprechen der Fig. 9 bis 11 eine Amplitude V2 und ein Tast-

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Zeitverhältnis 1 :1 ergibt. Nimmt man die Fourierkomponente dieser Signale mit der Grundfrequenz/, so läßt sich zeigen, daß bei dem System nach der Erfindung die Amplitude um Yl größer ist als bei dem ursprünglichen Savitzky-Hartford-System. Da die Amplitude irgendwelchen Rauschens in den beiden Fällen die gleiche sein sollte, ergibt das neue erfindungsgemäße System eine Verbesserung von YZ im Signal-zu-Rausch-Verhältnis gegenüber dem vorherigen System.

Wie vorher erwähnt, erfordert das Ausgangssignal 41 eine weitere Verarbeitung, um eine Anzeige des Intensitätsverhältnisses der beiden Bündel zu ergeben. Fig. 12 zeigt ein für diesen Zweck geeignetes Demodulatorsystem. Wie in dieser Figur gezeigt ist, wird das verstärkte Ausgangssignal vom Detektor 41 erstens einem Schleifring 60 zugeführt, der mit einem Segment 61 eines Kommutators 62 verbunden ist. Zusätzlich wird das verstärkte Ausgangssignal einer Phasenumkehrstufe 63 zugeführt, welche ihrerseits einen Schleifring 67 speist,- der mit einem Segment 68 eines Kommutators 69 verbunden ist. Die beiden Kommutatoren 62 und 69 sind mit einem Strahlenumschalter, äquivalent dem Strahlenumschalter 6, drehbar verbunden. Dieser ist mit 6 A bezeichnet, da er nicht der Darstellung von F i g. 2 entspricht, weil er keine abdeckenden Quadranten 12 aufweist. Die Kommutatoren sind voneinander isoliert und so gelagert, daß die Segmente, wie dargestellt, gegenphasig angeordnet sind. Der Strahlenumschalter 21 ist in dieser Figur nur dargestellt, um die mechanische Phasenlage in einem herausgegriffenen Moment zu zeigen. Wie oben beschrieben, wird er mittels eines nicht dargestellten Antriebes mit der doppelten Geschwindigkeit der Vorrichtung 6 A angetrieben.

Mit den Kommutatoren 62 und 69 wirken Paare von Bürsten 72 und 73 bzw. 74 und 75 zusammen, und eine Bürste jedes Paares ist mit der entsprechenden Bürste des anderen Paares verbunden. Der Zweck der Kommutatoren und der zugehörigen Bürsten ist es, eine phasenempfindliche Gleichrichtung mit einer 90° Phasenverschiebung zu schaffen, d. h. eine Gleichrichtung und Trennung der beiden am Ausgang des Detektors 41 auftretenden, 90° gegeneinander phasenverschobenen Signale zu bewirken. Infolgedessen erscheint das getrennte und gleichgerichtete Bezugssignal an einer Leitung 78, und das getrennte und gleichgerichtete Probensignal erscheint an einer Leitung 79.

Die Leitung 78 ist mit einem Integrator, bestehend aus einem Widerstand 80 und einem Kondensator 82, verbunden. In ähnlicher Weise ist die Leitung 79 mit einem Integrator, bestehend aus einem Widerstand 84

ίο und einem Kondensator 85, verbunden. Die Kondensatoren 82 und 85 haben einen gemeinsamen Erdpunkt 86. An dem Kondensator 82 liegt ein Potentiometer 88, und an dem Kondensator 85 liegt ein Widerstand 89. Der Schleifer 90 des Potentiometers 88 wird als eine Eingangsklemme eines Schreiberverstärkers 91 benutzt, und das untere Ende des Widerstandes 89 wird an die andere Eingangsklemme dieses Schreiberverstärkers gelegt. Der Ausgang des Schreiberverstärkers 91 steuert einen Stellmotor 92, der den Schleifer 90 verstellt, bis der Ausgleichspunkt erreicht wird, wobei die Stellung des Schleifers 90 dann das Verhältnis der integrierten Signale angibt. Der Schleifer ist am oberen Ende des Potentiometers, wenn die Probe eine Durchlässigkeit von 100 °/o hat, und am unteren Ende bei 0 % Durchlässigkeit.

Die Beschreibung des Demodulatorsystems wurde nur der Vollständigkeit halber aufgenommen als vereinfachte Form eines typischen Systems, das für dies'⁵ sen Zweck benutzt werden kann.

Ein System nach der Erfindung hat zusätzlich zu den schon beschriebenen die folgenden Vorteile: Jedes der beiden Teilbündel benutzt die volle Apertur des Spektralphotometers und folgt somit dem gleichen Strahlengang durch den Monochromator, wodurch schwerwiegende Anpassungsprobleme vermieden werden. Teilweise hierdurch bedingt ist das System viel weniger kritisch hinsichtlich der Anforderungen an die optische Ausrichtung als andere Systerne. Außerdem ist es relativ leicht, die Beleuchtung der Probe durch die Strahlungsquelle auf ein Viertel der Zeit in jeder Periode zu beschränken und hierdurch die Erwärmung der Probe wesentlich zu vermindern.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

ι 4^7 Patentansprüche:

1. Zweistrahl-Spektralphotometer enthaltend eine Lichtquelle, ein optisches System zur Erzeugung eines von der Lichtquelle ausgehenden Lichtbündels, einen Detektor, einen Probenstrahlengang und einen Referenzstrahlengang, einen ersten umlaufenden Strahlenumschalter, durch welchen das Lichtbündel in vorgegebener zyklischer Folge auf den Proben- und den Referenzstrahlengang geleitet wird, einen zweiten umlaufenden Strahlenumschalter, durch welchen in vorgegebener zyklischer Folge Licht aus dem Proben- und aus dem Referenzstrahlengang auf den *5 Detektor geleitet wird, eine Demodulatoranordnung zur Trennung der gegeneinander phasenverschobenen, von Proben- und Referenzstrahlengang herrührenden Detektorsignalanteile und Signalverarbeitungsmittel zur Bildung einer Aus- ^ao gangsinformation als Funktion des Verhältnisses der Intensitäten des von der besagten Lichtquelle ausgehend über Proben- bzw. Referenzstrahlengang geleiteten Lichtbündels, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenumschalter ^a5 (6, 21) dafür eingerichtet sind, nur während zweier Viertelperioden das von der Lichtquelle (5) ausgehende Lichtbündel einmal über den Proben- und einmal über den Referenzstrahlengang auf den Detektor (41) zu leiten, daß während zweier weiterer Viertelperioden der zweite Strahlenumschalter (21) einmal Strahlung aus dem Probenstrahlengang und einmal Strahlung aus dem Referenzstrahlengang auf den Detektor (41) leitet, und der erste Strahlenumschalter (6) gleichzeitig das besagte Lichtbündel wenigstens gegen den jeweils beobachteten Strahlengang abdeckt, und daß die Demodulatoranordnung und Signal Verarbeitungsmittel (Fig. 12) zur Korrektur der Ausgangsinformation hinsichtlich der Strahlung eingerichtet sind, die aus Proben- bzw. Referenzstrahlengang auf den Detektor (41) gelangt, wenn das besagte Lichtbündel durch den ersten Strahlenumschalter (6) abgedeckt ist.

2. Zweistrahl-Spektralphotometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Strahlenumschalter (6) das von der Lichtquelle (5) ausgehende Lichtbündel in einer ersten und einer zweiten Viertelperiode, die unmittelbar auf- _so einanderfolgen, auf Proben- und Referenzstrahlengang lenkt, daß der zweite Strahlenumschalter (21) im gleichen Takt viertelperiodenweise abwechselnd die Bündel aus Proben- bzw. Referenzstrahlengang mit voller Apertur längs eines gemeinsamen Strahlenganges auf den Detektor (41) leitet, daß der erste Strahlenumschalter (6) während der an die erste und die zweite Viertelperiode anschließenden beiden Viertelperioden das besagte Lichtbündel wenigstens gegen den jeweils über den zweiten Strahlenumschalter (21) beobachteten Strahlengang abdeckt und daß die Demodulatorschaltung ein Paar von gesteuerten Demodulatoren (62, 69) enthält, die mit 90° Phasenverschiebung zueinander und phasengleich mit den aus Proben- bzw. Referenzstrahlengang herrührenden Signalanteilen gesteuert sind.

3. Zweistrahl-Spektralphotometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Strahlenumschalter (6) eine von dem Lichtbündel unter einem Winkel getroffene umlaufende Scheibe mit einer Folge gleicher Sektoren ist, von denen einer (10) durchlässig ist und den Durchtritt des Lichtbündels in einen Strahlengang gestattet, ein anderer (11), reflektierend ist und das Lichtbündel in den anderen Strahlengang reflektiert, und zwei Sektoren (12) lichtundurchlässig und nicht reflektierend sind und die Strahlung in keinen der Strahlengänge gelangen lassen (Fig. 2).

4. Zweistrahl-Spektralphotometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Strahlenumschalter (6A) ein von dem Lichtbündel unter einem Winkel getroffener, auf 180° verspiegelter und auf 180° durchlässiger Sektorspiegel ist.

5. Zweistrahl-Spektralphotometer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Strahlenumschalter (21) ein in einem Schnittpunkt von Proben- und Referenzstrahlengang und in der Symmetrieebene derselben angeordneter Sektorspiegel mit abwechselnd verspiegelten und nicht verspiegelten Sektoren ist (F i g. 3) der mit der doppelten Frequenz des ersten Strahlenumschalters (6) wechselt.

6. Zweistrahl-Spektralphotometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Strahlenumschalter radial gegeneinander versetzte Teile einer gemeinsamen rotierenden Scheibe sind (F i g. 4).

7. Zweistrahl-Spektralphotometer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsmittel eine von Ausgangssignalen der Demodulatoranordnung (62, 69) beaufschlagte Quotientenbildnerschaltung ist.

8. Zweistrahl-Spektralphotometer nach den Ansprüchen 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den Eingängen eines Differenzverstärkers (91) der Ausgangsspannung des einen Demodulators die am Abgriff einem Potentiometer (88) abgegriffene Teilspannung der Ausgangsspannung des anderen Demodulators entgegengeschaltet ist und daß vom Ausgang des Differenzverstärkers (91) ein Stellmotor (92) zur Verstellung des Potentiometerabgriffs (90) gesteuert ist.