DE1598872A1

DE1598872A1 - Vorrichtung fuer Spektroskopie unter Benutzung innerer Reflexion

Info

Publication number: DE1598872A1
Application number: DE19671598872
Authority: DE
Inventors: Turner Arthur F; Harrick Nicolas J
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1966-02-04
Filing date: 1967-02-01
Publication date: 1970-11-12
Also published as: NL6701521A; FR1510467A; BE693657A; GB1174005A; US3436159A

Description

Dr. Herbert Scholl

FateatumU

fc»eldir: MV. Philips' Gtoeilampenfabrieken AtoN^ PHA- 20 409 Anmeldung vom. 3I , J_anuar 1967

N.Y. Philips¹ Gloeilampenfabrieken, Eindhoven / Holland

"Vorrichtung für Spektroskopie unter Benutzung innerer Reflexion"

Die Erfindung "betrifft ein Innenreflexionselement für Innenreflexionsspektroskopie, das einen nahezu völlig strahlungsdurchlässigen Körper aus einem Material mit verhältnismäßig hoher Brechzahl enthält.

Ein solches Element ist bekannt. Es enthält einen Halbzylinder, einen zylindrischen Stab oder eine dünne Platte aus für Ultrarotstrahlung durchlässigen Materialien mit verhältnismäßig hoherBrechzahl. Ein Ultrarotstrahlenbündel wird so durch das Element gerichtet, daß es auf eine Grenzfläche des Elementes unter einem Einfallswinkel, der größer als der Grenzwinkel für die Grenzfläche ist, trifft, so daß das Bündel an dieser Fläche total reflektiert wird und sich durch das Element ausbreitet. Wenn jedoch an dieser Grenzfläche ein absorbierendes Material angebracht ist, findet infolge der Wechselwirkung des absorbierenden Materials mit dem Bündel Absorption der Bündelenergie statt. Dies wird

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als sogenannte abgeschwächte !Totalreflexion bezeichnet, und das austretende Bündel weist Absorptionsspektren -von der Art auf, wie sie sich bei der üblichen Ultrarotspektrophotometrie ergeben. Das geschilderte System wird immer mehr als Hilfsmittel bei der Analyse benutzt. Einer seiner besonderen Vorteile, namentlich eines eine dünne Platte verwendenden Elements, ist die Möglichkeit, Hunderte von Innenreflexionen innerhalb des Elementes zu erhalten, wobei jeweils eine Wechselwirkung mit dem absorbierenden Medium auftritt, so daß schwache Absorptionen verstärkt und somit gemessen werden können.

Die Empfindlichkeit der beschriebenen Technik hat jedoch bestimmte Grenzen und es wird bald ein Punkt erreicht, an dem eine Verlängerung der Platte zur Erhöhung der Zahl der Innenreflexionen schädliche Nebenwirkungen zur Folge hat, die den Vorteil der verstärkten Absorption zunichte machen. Außerdem ist für eine Vergrößerung der Abmessungen der Platte eine größere Menge des zu analysierenden Materials erforderlich. Es besteht nicht nur das Bedürfnis nach empfindlicheren Geräten, sondern auch nach Geräten, mit denen sehr geringe Mengen irgendeines unbekannten Materials detektiert und analysiert werden können.

Der Hauptzweck der Erfindung ist, ein verbessertes Element mit Benutzung innerer Reflexion zu schaffen, bei dem die Strahlung in stärkerem Maße im absorbierenden Medium absorbiert wird.

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Dies wird dadurch erreicht, daß auf einem Teil der Oberfläche dieses Körpers zwei dünne Schichten angebracht sind, von denen die innere eine verhältnismäßig niedrige Brechzahl und die äußere eine verhältnismäßig hohe Brechzahl hat, wobei der Körper ein Strahlungsbündel empfangen und es durch die innere und die äußere Schicht hindurch auf die Außenoberfläche der äußeren Schicht treffen lassen kann unter einem Winkel, der größer als der Grenzwinkel ist, so daß das Bündel an dieser Außenoberfläche total reflektiert wird» außer wenn es durch das Vorhandensein eines absorbierenden Mediums auf dieser Außenoberfläche abgeschwächt ist. Die erste oder innere Schicht ist im wesentlichen eine dünne Schicht für frustrierte Totalreflexion, auf der die zweite oder äußere Phaseneinstellschicht in Form einer Interferenzschicht angebracht ist". Auf der Außenoberfläche dieser Interferenzschicht ist das absorbierende Medium vorhanden. Die Beschaffenheit der inneren Schicht, d.h. ihre Dicke und Brechzahl, wird so gewählt oder eingestellt, daß das auffallende Bündel ein Reflexionsvermögen sieht, das nahezu gleich dem Reflexionsvermögen an der Grenzfläche zwischen der Außenschicht und dem absorbierenden Medium ist. In dieser Weise wird die in die Außenschicht eintretende Strahlung in ihr gefangen, so daß bei jedem einfallenden Strahl die Strahlung oder das Licht manche Reflexionen erfahren kann. Je höher die Güte dee durch die Außenschicht gebildeten Raums ist, umso höher ist die Zahl dieser Reflexionen. Das ganze System bildet einen optischen Hohlraumresonator hoher Güte, der mit einer absorbierenden Schicht versehen ist. Dadurch, daß das Licht oder die Strahlung, dan bzw. die in der Außensohlcht gefangen ist, durch Totalreflexionen festgehalten wird, kann der elektrische Vektor des elektromagnetischen leides an der Außenoberflache dieser Schicht sehr groß sein, was die ohnehin nchon starke Wechselwirkung mit einer auf dieser Oberfläche vorhandenen absorbierten Schicht noch verstärkt.

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Wie aus dem vorstehenden hervorgeht, liefert das System die erwünschte verstärkte Absorption nur für eine bestimmte Wellenlänge der Strahlung. Deshalb läßt sich das System so einstellen, daß es besonders empfindlich für ein bestimmtes absorbierendes Medium ist. Es ist jedoch auch möglich, die Resonanzfrequenz des Hohlraumresonators dadurch zu ändern oder abzustimmen, daß der Einfallswinkel des Strahlungsbündels geändert wird, so daß man dem System diese besondere Empfindlichkeit in einem bestimmten Frequenzband erteilen kann. .

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig, 1 eine Ausführungsform eines Ultrarotspektrometers, bei dem ein Innenreflexionselement nach der Erfindung Anwendung findet,

Fig. 2 die dünnen Schichten des Innenreflexionselementes nach Fig. 1 bei der Wechselwirkung mit einem auffallenden Bündel,

Fig. 3 die Weise, in der die Innenschicht zur Regelung

und 4-

des vom auffallenden Bündel gesehenen Reflexionsvermögens einstellbar ist,

Fig. 5 Eurvenzur Erläuterung der Eigenschaften einer Interferenzschicht,

Fig. 6 Kurven zur Erläuterung der Wirkungsweise einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Innenreflexi ons elemente, und

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I¹Ig. 7 eine abgeänderte Ausführungsform einer zu verwendenden dünnen Platte.

» 1 stellt sehematisch ein Ultrarotspektrometer dar, bei dem eine Ausführungsform des Innenreflexionselementes naoh der Erfindung Verwendung findet. Das Innenreflexionselement besteht aus einem Halbzylinder 1 aus für Ultrarotstrahlung durchlässigem Material. Auf der llachseite des Halbzylinders ist eine dünne Schicht 2 für frustrierte !Totalreflexion angebracht, die etwa eine Wellenlänge dick ist, eine verhältnismäßig niedrige Brechzahl hat und auf der eine dünne Interferenzschicht 3 angebracht ist, die eine verhältnismäßig hohe Brechzahl und ebenfalls eine Dicke von etwa einer Wellenlänge hat. Die Dicke der Schichten ist in der Zeichnung stark übertrieben dargestellt. Das absorbierende Medium ist durch die Kreise 4 auf der Außenoberfläche der Interferenζ schicht 3 dargestellt. Auf die gekrümmte Seite des Halbzylinders 1 fällt ein Ultrarotstrahlenbündel 1o, das von einer bekannten Quelle 11 herrührt. Das aus dem Element 1 austretende Bündel ist mit 12 bezeichnet, und wird,ebenso wie bei einem üblichen Spektrometer, in einem Monochromator 13 monochromatisch gemacht, wodurch das sich ergebende Bündel aus Strahlung mit einer einzigen Wellenlänge durch einen üblichen Detektor 14 detektiert und seine Intensität in einem bekannten XY-Registriergerät 15 registriert wird. Das Registriergerät 15 liefert dabei Spektren der Bündelintensität des Bündels in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Wenn das absorbierende Medium 4 die Bundelstrahlung absorbieren kann, erscheinen die bekannten Absorptionsbanden der erhaltenen Spektren bei den entsprechenden Wellenlängen. Das InnenreflexIonselement 1 unterscheidet sich von den bekannten Elemente» durch das Vorhandensein der beiden dünnen Schiohten 2 und 3. Wie bereits erwähnt, bezweckt die Erfindung, die Absorption im

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absorbierenden Medium» d.h., in der dünnen Schicht 4, zu verstärken, und die dünnen Schichten 2 und 3 sind so ausgebildet, daß das Absorptionsvermögen in der absorbierenden dünnen Schicht 4 hohe Werte hat. Dies wird deutlicher aus der nachfolgenden Erörterung der Eigenschaften der Frustrierte-iTotalreflexions-Schicht und der Interferenzschicht hervorgehen.

Pig. 2 zeigt die Interferenzschicht 3 und die auf ihre freie untere Fläche aufgebrachte absorbierende Schicht 4. Im Vergleich mit der Frustrierte-Iotalreflexions-Schicht 2 hat die Interferenzschicht 3 eine verhältnismäßig hohe Brechzahl. Das auf«die Grenzfläche treffende Bündel 1o wird in eine durchgelassene Komponente 18 und eine reflektierte Komponente 22 zerlegt. Ein Bündel 18, das auf die Grenzfläche zwischen der Interferenzschicht 3 und dem umgebenden Medium, d.h. der absorbierenden Schicht 4» unter einem den Grenzwinkel übersteigenden Winkel trifft, dringt tatsächlich etwas in das absorbierende Medium ein und steht somit mit dessen Molekülen in Wechselwirkung. Dadurch wird die Intensität des an dieser Grenzfläche reflektierten Bündels 2o um die in der absorbierenden Schicht absorbierte Energie verringert. Das Reflexionsvermögen R, . der Grenzfläche ist gleich 1oo - A, wobei der Wert 1oo das Reflexionsvermögen bei Totalreflexion und A die von der absorbierenden Schicht absorbierte Energie angibt. Das reflektierte Bündel 2o erfährt, wenn es auf die Grenzfläche zwischen der Interferenzschicht 3 und der Frustrierte-Eotalreflexions-Schicht 2 trifft, eine teilweise Reflexion, die durch die Komponente 18^f dargestellt ist, und eine teilweise Durchlaaeung, die durch die Komponente 22· dargestellt ist, und diese Reflexionen und Durchlassungen setzen sich in der

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dargestellten Weise länge der Grenzfläche fort, jedoch mit abnehmender inrpliim.de, wobei sich jeweils eine reflektierte Komponente 18 * und eine durchgelassene Komponente 22^f ergeben. Wie für übliche Interferenzschichten bekannt ißt, ist durch die Einstellung der Dicke d^ der Interferenzschicht 3» wenn auch der Einfallswinkel Θ, die Brechzahl der Interferenzschicht 3 und die beim Eindringen des Bündels in das absorbierende Medium 4 auftretende JPhasenYeränderung bekannt sind, die Phase der durchgelassenen Komponenten 22' derart regelbar, daß diese gegenüber der Komponente 22 praktisch um 18o in der Phase -verschoben sind, wie dies z.B. bei den sogenannten intireflexschichten der Fall ist. Diese Phasenveränderung um 18o° gilt für die Wellenlängen des auffallenden Bündels, für die die optische Dicke der Interferenzschicht 3 praktisch gleich einem ganzen Vielfachen der halben Wellenlänge ist, was selbstverständlich vom Einfallswinkel β, der Breohzahl der Interferenzschicht und den bei ihren Grenzflächen auftretenden Phasenänderungen abhängt. Um die Wechselwirkung für eine bestimmte Absorptionsbande zu verstärken, werden die Dicke d-, und der Einfallswinkel Θ· dann auch so bemessen, daß sich das erforderliche 18o°-*Phasenverhältnis der durchgelassenen Komponenten 22 und 22* ergibt. Wie weiter ersichtlich ist, ist es bei einer bestimmten Dicke d-, der Interferenzschicht möglich, durch Änderungen des Einfallswinkels Θ·, der übrigens stets größer als der Grenzwinkel sein muß, den durch die Interferenzschieht 3 gebildeten Hohlraumresonator in Resonanz zu bringen und ihn auf verschiedene Wellenlängen abzustimmen.

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Die Einstälung der Phase der durchgelassenen Komponenten 22 und 22' mittels der Interferenzschicht ist eine zwar notwendige, jedoch an sich nicht genügende Bedingung, um die durchgelassenen Komponenten völlig aufzuheben und dadurch dafür zu sorgen, daß die Strahlung tatsächlich auf die Interferenzschicht 3 beschränkt ist. Die zweite wesentliche Anforderung ist, daß die Amplituden der reflektierten Komponente 22 und der Summe der durchgelassenen Komponenten 22' einander gleich gemacht werden.

Das Gleichmachen der Amplituden zur Erzielung einer Aufhebung der durchgelassenen Komponenten wird durch die Beschaffenheit der Frustrierte-Iotalreflexions-Schicht 2 besorgt, die das Reflexionsvermögen R₁ ~ des auf die Grenzschicht treffenden Bündels bestimmt. Pur eine Beschreibung der technischen Anforderungen, denen diese Schicht genügen muß, um das erforderliche Reflexionsvermögen Rj ~ zu liefern, das dem Reflexionsvermögen R_ . an der äußeren Grenzschicht angepaßt ist, wird auf die amerikanische Patentschrift 2,6o1,8o6 verwiesen. Die Prustrierte-Eotalreflexions-Schicht 2 hat offensichtlich im allgemeinen eine verhältnismäßig niedrige Brechzahl im Vergleich zur Interferenzschicht 3 und eine Dicke, die ebenso wie der Einfallswinkel so gewählt ist, daß sich das erwünschte Reflexionsvermögen ergibt. Wenn die Phase mittels der Dicke der Interferenzschicht 3 und mittels des Einfallswinkels in die Interferenzschicht richtig eingestellt ist, und wenn die Amplituden mittels der Dicke und der Zusammensetzung der Schicht 2 einander gleich gemacht sind, ist in einem bestimmten absorbierenden Medium eine nahezu vollständige Absorption für eine bestimmte Wellenlänge eines linear polarisierten auffallenden Bündels erzielbar. Dadurch ist es möglich, bei dieser einen Wellenlänge mit Hilfe äußerst dünner Schichten oder geringer Mengen des absorbierenden Mediums 4 eine erhebliche Abschwächung des austretenden Strahls 1? zu erhalten.

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Die Wirkungsweise der Prustrierte-QJotalreflexions-Schicht ist anhand der Figuren 3 und 4 "besser verständlich.

Fig. 3 zeigt die bekannte Verbindung zweier Prismen 23 und 24, die durch eine aus einem Material 25 mit niedrigerer Brechzahl und einer Dicke d₂ bestehende Frustrierte-Iotalreflexions-Schicht voneinander getrennt sind. Ein auf die Grenzfläche dieses Materials treffendes Strahlungsbündel 26 erzeugt eine reflektierte Komponente 27 und eine durchgelassene Komponente 28. Die Größe· dieser beiden Komponenten hängt von der Dicke d₂ des Materials 25 ab, was durch die Kurven der Fig. 4 dargestellt ist. In Pig. 4 ist die Größe der durchgelassenen Komponente T und der reflektierten Komponente R in Abhängigkeit vom Abstand d« aufgetragen. Wie ersichtlich ist, ist das Reflexionsvermögen der Vorrichtung durch geeignete Einstellung der Dicke do auf jeden erwünschten Viert einstellbar. Entsprechend läßt sich durch geeignete Einstellung der Dicke d₂ der Schicht 2 das Reflexionsvermögen R. ~ so regeln, daß es dem Reflexionsvermögen R~ . an der Grenzfläche mit dem absorbierenden Medium angepaßt ist.

Pig. 5 zeigt in der Literatur verfügbare Kurven, die die reflektierte Leistung in Abhängigkeit von den Wellenlängen einer bekannten Fabry-Perot-Interferenzschioht aeigen, die gleichwertig mit der Interferenzschicht 3 des Innenreflexionselementes nach der Erfindung ist. Die an der Interferenzschicht reflektierte Leistung ist für verschiedene Werte des Reflexionsvermögens R^ ^ und R^ ^ auf der Ordinatenachse aufgetragen. Diese beiden Reflexionsvermögen sind sich in sämtlichen Fällen gleich. Die Kurve 3o stellt den Fall dar, daß die Reflexionsvermögen verhältnismäßig niedrig sind. Die Kurve 31 gilt für sehr hohe

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Reflexionsvermögen, während aie Kurve 32 für einen zwischenliegenden Fall gilt. Wie ersichtlich, sind die Wellenlängenbereiche der absorbierten oder durchgelassenen Strahlung umso langer, je höher das Reflexionsvermögen der Interferenz schicht ist. Mit anderen Worten, die der Kurve 31 entsprechende Situation entjjricht einem optischen Hohlraum mit hoher Güte. Die nicht reflektierte leistung wird absorbiert (oder, im Falle der üblichen Fabry-Perot-Bauart, durchgelassen).

Wenn die vorstehende Analyse auf den vorliegenden Fall angewandt wird, lassen sich die in Fig. 6 dargestellten Kurven ableiten. In Fig. 6 ist die Intensität des austretenden Strahls 12 der Fig. 1 in Abhängigkeit vom Reflexionsvermögen der Grenzfläche mit dem absorbierenden Medium R, ,, das gleich 1-A ist, (A = das Absorptionsvermögen des absorbierenden Mediums 4) aufgetragen, Bs sind für drei Fälle Kurven gezeichnet. Im ersten Fall, Kurve 35, ist das Reflexionsvermögen R. , gleich 5o#. Wie ersichtlich, tritt dort, wo kein absorbierendes Medium vorhanden ist, was dem Schnittpunkt der X-Achse und der Y-Achse entspricht, 5o $> des auffallenden Strahls aus. Entsprechend erfolft im Falle, in dem das Reflexionsvermögen R₅ , 1oo# beträft, selbstverständlich Totalreflexion ohne Frustration, so daß das ganze auftreffende Bündel austritt. Zwischen dienen Punkten sinkt die Intensität des austretenden Bündels auf 0 ab, wenn das Reflexionsvermögen R- . 5o?S beträgt und somit gleich dem Reflexionsvermögen R₁ , ist. Das gleiche gilt bei der Ableitung der Kurven 36 und 37 für die Fälle, in denen das Reflexionsvermögen R₁ ^ 75# bzw. 95# beträgt. Wie eine Betrachtung dieser Kurven lehrt, ändert' sich das Absorptionsvermögen, der Kehrwert der Leistung im austretenden Bündel 12, entsprechend der Kurve 37 umsomehr bot

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Änderungen von IU _Λ, je größer das Reflexionsvermögen R₁ , wird. Entsprechend wird, mit Zunahme des Absorptionsvermögens die Kurve breiter, und auch die Leistung im austretendem Bündel kann bei einer unendlich dicken Schicht des absorbierenden Mediums höchstens 5o $ werden, entsprechend der Kurve 35. Dies bedeutet, daß die durch die Erfindung erzielten Torteile zunächst dann tatsächlich erhalten werden, wenn sehr dünne Schichten eines schwach absorbierenden Materials analysiert werden müssen, weil dies bedeutet, daß man mit Kurven entsprechend der Kurve 37 arbeiten würde, wobei trotz des Vorhandenseins einer nur äußeret geringen Menge am zu untersuchenden Stoff sehr starke und scharf abgegrenzte Absorptionsbanden erhalten werden tonnen.

Fig. ⁿ zei^t eine Yariante der in Fig. 1 dargestellten Geometrie. In dieser Figur sind auf einer dünnen Platte 4o auf einer oder beiden ebenen Grenzflächen die Frustrierte-Totalreflexions-Schicht 2 und die Interferenzschicht 3 gemäß der Erfindung angebracht. Im Prinzip ist die Wirkungsweise die gleiche, außer daß infolge von Vielfachreflexion in der dünnen Platte 11 die erwünschte vollständige Absorption wahrscheinlicher ist. Der Effekt kann auch durch die gestrichelte Kurve in Pig. 6 dargestellt werden für den Fall, daß R., - 95 i> beträgt bei 1o Reflexionen in der Platte 4o. Wie ersichtlich, ist die Anpassung der Reflexionsvermögen nicht so kritisch zur Aufrechterhaltung der vollständigen Absorption, aber dafür ist hier das Gebiet der großen Absorption über einen größeren Bereich von Werten des Reflex!onsvermögens an der Grenzfläche mit dem absorbierenden Medium verbreitert. Man vergleiche die Kurve 45 für den Fall eier Vielfachreflexion mit der Kurve 37 für eine einzige Heflerion, Dies hat den Vorteil, daß etwaige Abwe.i ohun^on den teollinderten Bündels und weitere Unregelmäßigkeiten In Syatem ausgeglichen werden.

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Wie aus dem vorstehenden einleuchten dürfte, ist es für die Vorrichtung erforderlich, daß das auffallende Bündel gut kollimiert ist, um dafür zu sorgen, daß im Interferensschichtelement die richtigen Phasenverhältnisse aufrechterhalten werden, so daß der gegenseitige Ausgleich auch tatsächlich zustande kommt. Weiter ist ersichtlich, daß es, weil die Phasenänderung und das Reflexionsvermögen "bei einer reflektierenden G-rensfläche im allgemeinen für die beiden Polarisationskomponenten des Bündels verschieden sind, meistens nur möglich ist, die erwünschten Ergebnisse mit Hilfe der beschriebenen geeigneten Einstellungen entweder für die Schwingung, deren elektrischer Vektor in der Einfallsebene liegt, oder für die Schwingung, deren elektrischer Vektor senkrecht auf der Einfallsebene steht, zu erhalten. Deshalb ist es erwünscht, im System einen Polarisator zu verwenden, um dafür zu sorgen, daß nur die erwünschte Komponente in das Innenreflexionselement nach der Erfindung eintritt. Weil die Absorption für die Schwingung, deren elektrischer Vektor in der Einfallsebene liegt, immer größer ist, wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Verwendung dieser Komponente meistens bevorzugt. Die Erfindung kann bei sämtlichen Wellenlängen Anwendung finden, bei denen die übliche Spektroskopie benutzt werden kann, obgleich die wichtigsten Anwendungen die Spektroskopie im Ultraviolett- und Ultrarotbereich sein dürften. Einige Beispiele von Innenreflexionselementen nach der Erfindung, die für die Detektion einer bestimmten Absorption ausgelegt sind, werden zur Erläuterung der Weise, in der die Erfindung angewandt werden kann, nachstehend beschrieben.

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Beispiel 1

Wasser hat eine Absorptionsbande bei einer Wellenlänge von 2,9 Mikron. Es soll jetzt ein Innenreflexionselement nach der Erfindung hergestellt werden, das die Absorption gerade bei dieser Wellenlänge verstärkt, wenn eine Wasserschicht mit einer bestimmten Dicke, im angenommenen lall einer Dicke von 1,45 Mikron, vorhanden ist. Als Innenreflexionselement findet ein Germaniumkörper in Form eines in Fig. 1 dargestellten HalbZylinders Verwendung, was den Vorteil verschafft, daß der Einfallswinkel durch Drehung des Zylinders variiert werden kann. Bei einem festen bekannten Einfallswinkel kann ein Prisma mit ebenen Eintritts- und Austrittsflächen Verwendung finden, sofern selbstverständlich das Bündel gut kollimiert ist. Als Frustrierte-Totalreflexions-Schicht wird Bariumfluorid BaFo benutzt; diese Schicht hat eine Dicke von o,435 Mikron. Die Phaseneinstell- oder Interferenzschicht besteht aus über der BaFp-Schicht angebrachtem Germanium. Diese Schicht hat eine Dicke von o,35 Mikron. Der Einfallswinkel beträgt 3o°. Die Brechzahl des Germaniumkörpers ist 4> die der Germaniumschicht 3,8 und die des Bariumfluorides 1,47. Die Vorrichtung ist für die Strahlung bestimmt, bei der der elektrische Vektor in der Einfallsebene liegt.

Beispiel 2

Die Absorptionsbande, um die es sich hier handelt, gehört dem Oll-Radikal, das eine Resonanz bei einer Wellenlänge von 3,4 Mikron aufweist. Die betreffende Strahlung ist die, bei der der elektrische Vektor senkrecht zur Einfallsebene verläuft. Das benutzte Innenreflexionselement Ist eine Mehrfachreflexionsplatte aus Silicium (n = 3,5)

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für einen Einfallswinkel von 3o . Me Frustrierte-Totp.lreflexions-Schicht besteht aus SiO₂ (n = 1,45) und die Interferenzschicht besteht aus Ge (n = 3,8) mit einer Dicke von o,115 Mikron. Die nachstehende Tabelle gibt geeignete Dicken d₂ der !"rustrierte-ÜJotalreflexions-Schicht für verschiedene angenommene Werte des Reflexionsvermögens R.. , an.

1 >	3	1	,3	d₂ .
99		ο	,9	Mikron
95		0	,7	"Mikron
9ο			Mikron

Fahrend im Idealfall das Reflexionsvermögen R₄ ~ so gewählt werden müßte, daß es genau gleich dem Reflexionsvermögen 1-A des absorbierenden Mediums wäre» wodurch die gewählte Wellenlänge völlig verschwinden würde, würde in der Praxis selbstverständlich die Absorption auch bei verhältnismäßig großer Ungleichheit verstärkt werden. Dies bedeutet, dp.'B die Erfindung auch bei der Analyse mancherlei Stoffe, die eine Absorptionsbande in der Nahe der gewählten Wellenlänge haben, in Form von Schichten mit verschiedenen Dicken Anwendung finden kann.

Mr einen Fachmann sind mehrere Abänderungen möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Patentansprüche:

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Claims

Patentanerprüehe:

1. ^Tnnenrefle:xlonselement für Innenreflexionsspektroskopie, dos einen nahezu völlig strahlungsdurehlässigen Körper pus einem Material mit verhältnismäßig hoher Brechzahl enthält, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Teil der Oberfläche dieses Körpers (1) zwei dünne Schichten (2, 3) angebracht sind, von denen die innere (2) eine verhältnismäßig niedrige Brechzahl und die äußere (3) ^ine verhältnismäßig hohe Brechzahl hat, wobei der Körper (1) ein Strahlungsbündel (io) empfangen und es ^nrch die innere und die äußere Schicht hindurch auf dip Außenoberfläche der äußeren Schicht treffen lassen kann unter einem Winkel, der größer als der Grenz-

ist, so daß das Bündel an dieser Außenoberfläche reflektiert wird, außer wenn es durch das Yorhand p>n sei η eines absorbierenden Mediums auf dieser Außenoberfläche abgeschwächt ist.

2. T^nenreflexionseleTnent nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Schichten eine Dicke von der Größenordnung· einer Wellenlänge aufweisen.

¹^. Innenreflexionselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (1) die Form eines Halbzylinders hat, auf dessen eb'GfleT Fläche die Schichten angebracht sind.

4. Tnnenreflexionselement nach Anspruch 2, dadurch gekenn-"ei chnet, daß der Förper die Form einer dünnen Platte hat und daß die Schichten (2, 3) auf mindestens

großen Grenzfläche der Platte angebracht sind (Pi.r. 7).

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Innenreflexionsspektrophotometer mit Mitteln zur Lieferung eines Strahlungsbündels, durch die ein Strahlungsbündel durch ein nahezu völlig durchlässiges Innenreflexionselement hindurch gerichtet werden kann, so daß es mit einem absorbierenden Medium auf einer AußenobeifLäche des Elements in Wechselwirkungsgerät, und mit Mitteln zum Analysieren des Bündels, durch die die Intensität des austretenden Bündels in Abhängigkeit von der Wellenlänge des Bündels bestimmt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß zwei übereinander angebrachte dünne Schichten auf dem Teil der Außenoberfläche des Innenreflexionselements vorgesehen sind, der mit dem absorbierenden Medium in Berührung gebracht wird, wobei dieses Element so angeordnet ist, daß das Strahlungsbündel durch die dünnen Schichten hindurchgeht und unter einem Winkel, der größer als der Grenzwinkel ist, auf die Außenoberfläche der äußeren Schicht trifft, so daß das Bündel an dieser Außenoberfläche total reflektiert wird, außer insofern es durch das Vorhandensein des absorbierenden Mediums abgeschwächt wird, wobei die innere der beiden dünnen Schichten eine derartige Charakteristik, hat, daß das auftreffende Bündel bei der Grenzfläche dieser Schicht mit dem Element für mindestens eine Wellenlänge ein Reflexionsvermögen sieht, das nahezu gleich dem Reflexionsvermögen der Grenzfläche der äußeren dünnen Schicht des absorbierenden Mediums ist, wobei die äußere dünne Schicht eine derartige Charakteristik hat, daß bei der erwähnten Wellenlänge die aus der Grenzfläche der beiden dünnen Schichten austretenden Komponenten in einem derartigen Phasenverhältnis zueinander stehen, daß sie einander nahezu aufheben, so daß die Strahlung im wesentlichen auf die äußere dünne Schicht beschränkt bleibt, wodurch sich eine verstärkte Wechselwirkung mit dem absorbierenden Medium auf der Oberfläche dieser Schicht ergibt.

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6. Spektrophotometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es Mittel zur Änderung des Einfallswinkels des Strahlungsbündels enthält, wodurch die Wechselwirkung mit dem absorbierenden Medium für verschiedene Wellenlängen verstärkt werden kann.

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