DE1916074A1 - Spektrophotometer - Google Patents

Description

AMERICAN OPTICAL CORPORATION Southbridge, Massachusetts, USA 01550

Spektrophotometer

Zusammenfassung

Srfindungsgemäß wird ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Analyse flüssiger Produkte geschaffen, bei dem ein Bündel Strahlungsenergie durch eine erste Weglänge einer Probe des Produktes und auf eine Strahlungsenergie feststellende Anordnung gerichtet wird. Die von der feststellenden Anordnung abgegebene Spannung wird einem veränderlichen Vorverstärker zugeführt, und die verstärkte Spannung des Verstärkers unter Ausbilden einer Bezugsspannung eingestellt. Es ist eine Anordnung vorgesehen, die bei deren Betätigung automatisch die Ueglänge der durch dieses Probeprodukt hindurch übertragenen Energie um einen bekannten, konstanten, vorherbestimmten Grad verändert. Bei der veränderten We glänge führt die Ausgangsspannung des Verstärkers zu einem Hinweis auf die Größe der Absorption der Strahlungsenergie durch das Probeprodukt.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Durchführen spektrophotoraetrischer Messungen und insbesondere ein derartiges Verfahren und Vorrichtung, bei den die Länge des Weges der Strahlungsenergie durch die zumessende Flüssigkeicsprobe um einen vorherbestimmten Betrag verändert wird, um so einen Hinweis auf die Größe der Absoprtion im Inneren des Probeproduktes zu ergeben.

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Ein Spektrophotometer mißt den Betrag an Strahlungsenergie, wie Licht, die durch ein Probeprodukt hindurch übertragen wird. Das Probeprodukt liegt in flüssiger Form in einer Küvette oder Reagensrohr vor, durch das das Licht übertragen wird. Da eine einzige Messung als solche keinerlei Bedeutung besitzt, ist eine Bezugsmessung erforderlich, und es sind eine Anzahl unterschiedlicher Anordnungen für das Dufchfuhren einer Bezugsmessung bekannt. So kann die Bezugsmessung z.B. ausgeführt werden, indem ein Bezugsprodukt, wie Wasser oder irgendein beliebiges zur Anwendung kommendes Lösungsmittel, in den Laufweg des Lichts in der

L· gleichen Küvette angeordnet wird, wie es für das Hessen der Lichtdurchlässigkeit des Probeproduktes angewandt wurde. Dies führt theoretisch zu einer genauen Messung, da sowohl., die Probe als auch die Bezugsprodukte in der gleichen Weise unter Anwenden des gleichen Lichtbündels und der gleichen Küvette gemessen werden. Die Nachteile eines derartigen Verfahrens sind unter anderem die Tatsache, daß eine erhebliche Zeitspanne zwischen den zwei Messungen erforderlich ist, innerhalb derer die Küvette gesäubert wird, Jede Verschiebung in der Empfindliche:'_t des Spektrophotometers innerhalb dieser Zeitspanne wird natürlich zu einer nachteiligen Einwirkung auf die Kessung führen» Eei einem anderen Verfahren wird die Bezugsniessung mit dem Bezugsprodukt in .

' einer getrennten Küvette gegenüber der das Probeprodukt enthaltenden Küvette ausgeführt, und die Bezugs- und Probe-küvetten werden nacheinander in den Laufweg des Lichtes des Spektrobiiotometers gebracht. Während diese Anordnung es ermöglicht schnell zwischen Probe- und Bezugsprodukt zu wechseln", wodurch die Wirkung einer Verschiebung des Spektrophotometers hintenangehalten wird, ist doch der Aussagewert der in dieser Weise durchgeführten Messung durch die Tatsache begrenzt, daß die Probe- und Bezu^sprodukte in unterschiedlichen Küvetten gemessen werden. Die Küvetten müssen zwischen den einzelnen Anwendungen sorgfältig gesäubert und entweder getrocknet oder mit einer Menge der neuen Probe vor

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jeder Anwendlang gespült werden. Die Außenseite der Küvetten muß sauber und frei von Fingerabdrücken und dgl. gehalten werden. Dort wo mehr als eine Küvette angewandt wird, ist es erforderlich, sorgfältig abgeglichene Küvetten anzuwenden, um genaue Ergebnisse zu erzielen. Kalibrierte und abgeglichene Küvetten sind kostspielig und die Kosten für das Halten einzelner Sätze derselben sind sehr erheblich.

Eine der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Spektrophotoineter zu schaffen, das viele der Nachteile der Spektrophotometer nach dem Stande derTechnik vermeidet und zwar einschließlich des Erfordernisses von kostspieligen und/oder abgeglichenen Küvetten.

Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein billiges Spektrophotometer zu schaffen, das zu Messungen führt, deren Genauigkeit vergleichbar mit vielen Spektrophotometern nach dem Stande der Technik ist, die wesentlich kostspieliger sind.

Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Durchführen spektrophotometrischer Messungen zu schaffen, das gut für die Anwendung bei sehr kleinen Mengen von Probeprodukten ist und kein getrenntes Bezugsprodukt oder Kalibrierung auf der Grundlage von vorhergehenden Ilessungen an bekannten Proben durch die Vorrichtung erforderlich nacht.

Erfindungsgemäß verfährt man allgemein dergestalt, daß Strahlungsenergie gemessen wird, die zunächst durch eine kurze Weglänge im Inneren des Probeproduktes und sodann durch eine lange Lauflänge in demselben übertragen wird. Die Differenz zwischen den Ilessungenberulit lediglich auf der Veränderung in der Größe der absorbierten Energie in dem Probeprodukt bedingt durch die Veränderung der Weglänge

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durch die Probe. Erfindungsgemäß wird diese Differenzmessung angewandt, um eine Ausgangsspannung zu bilden, die einen Hinweis auf die Größe der Absorption in der Flüssigkeit gibt. Bei einer Anordnung wird die aus der Probe austretende Strahlungsenergie auf eine Strahlung feststellende Anordnung gestrahlt, deren Ausgangsspannung einem veränderlichen Vorverstärker zugeführt wird. Bei einer ersten Weglänge im Inneren der Flüssigkeit wird die durch den Verstärker verstärkte Spannung auf einen Bezugswert eingestellt. Die durch den Verstärker bedingte Verstärkung wird sodann konstant gehalten und die Weglänge automatisch um einen bekann- ■ ten vorherbestimmten Betrag bei Betätigen der Weglänge verändernden Anordnung verändert. Der Verstärker gibt sodann eine Ausgangsspannung ab, die in Beziehung du der Größe der Absorption in der Flüssigkeit steht.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Analysieren eines flüssigen Probeproduktes auf der Grundlage der Absorption von Strahlungsenergie durch das Produkt ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Bündel Strahlungsenergie durch eine erste Weglänge des flüssigen Probematerials gerichtet, um einen vorherbestimmten konstanten Betrag die Weglänge im Inneren des flüssigen Probeproduktes verändert wird, durch das das Bündel der Strahlungsenergie sich auf einer zweiten Weglänge bewegt und aufgrund der Veränderung in der Strahlungsenergieübertragung durch die ersten und zweiten Weglängen die Größe der Absorption dieser Energie in dem Probeprodukt bestimmt wird.

Das erfindungsgemäße Spektrophotometer zum Analysieren einer flüssigen Probe ist dadurch gekennzeichnet, daß dasselbe eine Strahlungsenergiequelle, eine Anordnung für das Anordnen des zu analysierenden flüssigen Probeproduktes in dem Weg der Strahlung von der Strahlungsquelle für die Eewegung der Energie durch eine erste Weglänge im Inneren

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der flüssigen Probe, sowie eine Anordnung aufweist, die bei Betätigung zu einer automatischen Veränderung der Länge des Strahlungsweges im Inneren der Probe um einen vorherbestimmten Betrag führt.

Die Erfindung ist beispielsweise in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht im Aufriß eines erfindungsgemäßen Spektrophotometers.

Fig. 2 eine Vorderansicht des in der Fig₀ 1 wiedergegebenen Spektrophotometers.

Fig. 3 eine längsseitige Ansicht im Schnitt entsprechend der Linie 3-3 nach der Fig. 2.

Fig. 4 eine Ansicht im Schnitt längs der Linie 4-4 nach der Fig. 3.

Fig. 5 eine Ansicht im Schnitt längs der Linie 5-5 nach der Fig. 3.

Fig. 6 eine Ansicht im Schnitt längs der Linie 6-6 nach Fig. 4.

Fig. 7 eine Ansicht im Schnitt längs der Linie 7-7 nach der Fig. 4.

Fig. 3 eine Ansicht im Schnitt längs der Linie 8-8 nach der Fig. 3.

Fig. 9 eine Ansicht im Schnitt längs der Linie 9-9 nach der Fig. 3.

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Fig. 1OA bis 1OD sind weggekrochene Ansichten und zeigen eine vermittels Nocken betätigte Anordnung für das Anheben und Absenken der Lichteinheit in verschiedenen Arbeitslagen.

Fig. 11 ist ein schematisches Schaltdiagramm, das eine Ausführungsform eines Schaltkreises zeigt, der im Zusammenhang mit dem erfindungsgeraäßen Spektrophotometer angewandt werden kann.

Figo 12A und 12B zeigen eine abgewandelte Ausführungsform des Lichtanzeige-Systems, wie es bei dem erfindungsgemäßen Spektrophotometer angewandt werden kann»

Fig. 13 ist eine allgemein diagrammförmige Ansicht einer abgewandelten Anordnung für das automatis ehe Erzielen einer vorherbestimmten Veränderung des Laufweges der Strahlung durch eine Probe.

Fig. 14A und 14B sind Querschnittsansichten längs der Linie 14-14 nach der Fig. 13 und zeigen den lichtübertragenden Stab in verschiedenen Drehlagen.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1, 2 und 3 ist dort das erfindungsgemäße Spektrophotometer gezeigt, das eine Basiseinheit 20 mit einer senkrecht beweglichen Lichteinheit 22 darüber angeordnet aufweist. Die Basiseinheit 20 weist ein Gehäuse mit einer Basisplatte 24, allgemein senkrechte Seitenwände 26 und 28 erstrecken sich von hier aus nach oben, eine nach hinten geneigte vordere Platte 30 und ein allgemein waagerechtes oberes Teil 32 auf. Es ist eine große Öffnung 34 in dem oberen Teil 32 ausgebildet, das durch eine obere Platte 36 verschlossen ist, die an der Bodenfläche des oberen Teils durch Schrauben 38 befestigt

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Eine Strahlungsenergie feststellende Anordnung oder Detektor, wie eine Photozelle 40 ist im Inneren eines Photozellengehäuses 42 angeordnet, das in der Basiseinheit 20 vorliegt. Das Photozellengehäuse weist ein kistenartiges Teil mit einer Öffnung 43 in der oberen Wand desselben auf, wobei an dieser Öffnung e.ine Kondensotlinse 44 angeordnet ist, die dazu dient, das aus einer Probe austretende Licht auf die Photozelle zu richten. Das Photozellengehäuse 42 wird diich eine Tragplatte 46 getragen, die eine begrenzte senkrechte Bewegung ausführen kann. Einzelheiten der Photozellen-Gehäuse-Befestigung und Anordnung für das senkrechte Bewegen desselben sind weiter unten angegeben.

Die Lichteinheit 22 ist hier so gezeigt, daß dieselbe ein kistenartiges Gehäuse mit einer Basis 48, allgemein senkrechten Seiten- und Hinterwänden, einer vorderen Wand 50 mit einer Öffnung 51 und ein oberes Teil aufweist. Eine mit öffnung versehene Befestigungsplatte 52 ist im Inneren des Lichteinheitsgehäuse vorgesehen und trägt eine Strahlungsquelle, wie eine Lampe 54, an der oberen Seite und einen Unterbrechermotor 56 an der unteren Seite. Der Unterbrechermotor 56 weist eine Unterbrecherlochscheibe 58 in dem Lichtweg oder Bündel 60 ausgehend von der Lampe 54 für ein intermittierendes Blockieren des Lichtbündels auf, sobald die Scheibe nach Erregen des Hotors durch denselben in Umdrehung versetzt wird.

Das von der Lampe 54 kommende Strahlenbündel 60 tritt durch eine Öffnung 52A in der Befestigungsplatte 52 und von hier aus durch erste und zweite, im.Abstandsverhältnis vorliegende, Konvergenzlinsen 62 und 64 hindurch, die durch geeignete Linsenhalter direkt unter der Öffnung 52A getragen werden. Das Lichtbündel tritt zwischen den Linsen in allgemein parallelen Strahlen hindurch, und es ist ein Filter 66 lösbar in dem parallelen Strahlenbündel für das Hindurchlacsen von Licht mit praktisch lediglich einer Wellenlänge angeord-

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net. Bei der gezeigten Anordnung liegt eine ortsfeste, mit Öffnung versehene Bühne 68 mit einer nach oben gewendeten, vorderen Kante 70 zwischen den Linsen für das Tragen des lösbaren Filters vor. Es können auch weitere geeignete, hiernicht gezeigte.Anordnungen, wie eine mit Öffnung versehene, lösbare Schale für das Tragen des Filters 66 in Anwendung kommen, wobei die Schale in einer Lage zwischen den Linsen durch die Öffnung 51 in der vorderen Platte des Lichtgehäuses gleitbar ist.

Das gefilterte Bündel 60 von den Linsen 64 kommend, wird auf das Ende eines lichtübertragenden Eintauchstabes 72 durch die Unterbrecherlochscheibe 58 und Filter 66 gerichtet. Gegebenenfalls kann ein Keilinterferenzfilter *fk anstelle des getrennten Filters 66 angewandt werden. Der Keilinterferenzfilter herkömmlicher Bauart ist kreisförmig und drehbar benachbartzu dem oberen Ende einer Tragwelle 76 angeordnet, die sich dirch den Boden hindurch in das Lichteinheitsgehäuse erstreckt. Wie ersichtlich, weist das Filter ein keilförmiges Teil mit einer Dicke auf, das sich in der Umfangsrichtung verändert, wodurch die Filterwellenlänge durch drehbare Einstellung des Filters um die Achse der Welle 76 ausgewählt werden kann. Der Keilinterferenzfilter wird angewandt, wenn ein kontinuierliches Überstreichen des Spektralbereiches angestrebt wird, und getrennte Filter 66 werden dann angewandt, wenn lediglich bestimmte Festliegende Punkte innerhalb des Spektralbereiches in Anwendung kommen. Wenn ein getrenntes Filter 66 in Anwendung kommt, wird der Keilfilter Ik in eine Lage gedreht, wo hierdurch kein Filtrieren bewirkt wird. Normalerweise wird das Instrument nicht mit beiden Filtern betrieben, da lediglich einer erforderlich ist, um ein praktisch monochromatisches Licht zu ergeben. Es sind ortsfeste, getrennte Filter 66 mit optischen Eigenschaften verfügbar, die denjenigen von KeildLnterferenzfiltern überlegen sind. Der Filter 66 kann einen höheren Wirkungsgrad, schmalere Band-

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breite und weniger Streulicht als Keilinterferenzfilter aufweisen, und derartige Filter liegen für Spektralpunkte . (ultraviolett und infrarot) vor, die jenseits des normalerweise durch Keilfilter überstrichenen Bereiches liegen. Es können natürlich auch andere -Anordnungen als Filter bei dem Instrument für das Ausbilden monochromatischen Lichtes, wie Prisma- oder Gittermonochromatoren oder Einliniendampflampen angewandt werden. ■

Unabhängig von der für das Ausbilden des monochromatischen Lichtbündels angewandten Anordnungen tritt praktisch monochromatisches Licht mit ausgewählter bekannter Wellenlänge in das Ende des lichtübertragenden Stabes 72 ein. Der Stab 72ist aus irgendeinem geeigneten Material, wie Glas, gefertigt und die äußere zylinderförmige Oberfläche desselben kann mit einem Mchtdurchsichtigen Material (hier nicht gezeigt) wie Platin, Rhodium oder dgl. überzogen sein, um so ein Austreten des Lichtes aus den Seiten desselben zu verhindern. Praktisch das gesamte monochromatische Licht, das in das obere Ende des Stabes eintritt, tritt somit aus dem unteren Ende desselben aus.

Der lichtübertragende Stab 72 ist in der Basis 48 des Lichteinheitsgehäuse 22 angeordnet und erstreckt sich von hier aus nach unten. Es kann jede geeignete Anordnung für das Befestigen des Stabes an der Basis angewandt werden. Bei der gezeigten Anordnung ist ein mit Flansch versehener Kragen 73 an dem Stab benachbart zu dem oberen Ende desselben festgeklebt. Ein allgemein glockenförmiges Gehäuse 80 mit einer vertieften Öffnung in dem oberen Ende desselben ist an dem Boden des Basisteils 48 z_oB. vermittels Schrauben 02 befestigt. Der radiale Flansch an dem Kragen 78 ist in der Ausnehmung an dem oberen Ende des Gehäuses 80 angeordnet und ruht auf einem federnden O-Ring 84 an dem Boden der Ausnehmung zwecks sicherem Halten des Kragens und daran befestigter Lichtstange in der entsprechenden Lage, Eine licht-

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■ undurchlässige oder das Licht abschirmende Hülse 86 ist gleitbar an dem Gehäuse 80 angeordnet, und ein sich nach außen hin erstreckender Flansch an dem unteren Ende des Gehäuses verhindert ein Abgleiten der Hülse von dem Ende des Gehäuses. Das untere Ende der Stange 72 endet praktisch in der Ebene des unteren Endesdes G hauses 80, Das Gehäuse 80 schützt mechanisch die Stange 72 und schirmt den optischen Weg benachbart zu dem unteren Ende der Stange gegenüber Streulicht ab. Die Hülse 86 führt zu einer zusätzlichen Lichtabschirmung durch Eingriff mit dem oberen Ende eines Drehkopfes 88, wenn die optische Einheit in ihrer Arbeitslage vorliegt.

Der Drehkopf 88 führt zu einer geeigneten Anordnung für das Halten einer Mehrzahl an Küvetten oder Probebechern 90, in denen das zu prüfende flüssige Probematerial vorliegt. Der Drehkopf 88 ist drehbar an einer Führungsstange 92 angeordnet, die sich von dem oberen Teil 32 aus nach oben hin erstreckt. Das untere Ende der Stange ist an einem Querstück 94 angeordnet, das an der Bodenplatte 24 befestigt ist. Es ist eine Mehrzahl an in Umfangsrichtung" im Abstandsverhältiiis vorliegenden Öffnungen 96 in dem Drehkopf ausgebildet, wobei diese Öffnungen nach innen gerichtete Flansche 97 benachbart zu den unteren Enden für das Tragen der Probebecher 90 aufweisen, wobei lediglich einer der Probebecher in der Fig„ 3 so gezeigt ist, daß derselbe direkt unterhalb der lichtübertragenden Stange 72 vorliegt. Ein unter Federeinwirkung stehendes Arretierungsteil 98 an der Welle 99, siehe die Fig₀ 2,4,6 und 9 steht in einem lösbaren Eingriff mit Einkerbungen 100 in der Kante des Drenkopfes für das Fortschalten desselben, wobei die die Becher aufnehmenden Öffnungen axial ausgerichtet zu der Stange 72 vorliegen. Eine Feder 101 benachbart zu dem unteren Ende der Welle drückt federnd die Arretierung gegen den Drehkopf. Man sieht, daß das Lichteinheit-Gehäuse 22 in eine Lage angehoben werden muß, bei

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der der Boden der das Licht übertragenden Stange über den Probebechern endet, die in dem Drehkopf vorliegen, bevor das Drehen des Drehkopfes möglich ist.

Die Becher sind mittig in den Drehkopföffnungen 96 z.B. vermittels mittlerer Ausnehmungen ausgebildet in den Flanschen 97 angeordnet. Ein lichter Raum zwischen dem Becher und dem Drehkopf benachbart zu dem oberen Ende der Öffnungen 97 ist vorgesehen, um so das Glockengehäuse 80 in der unteren Lage aufzunehmen, siehe Fig. 1OB, 1OC und 10D, und um ein Einführenund Entfernen der Becher bezüglich des Drehkopfes zu erleichtern.

Die Küvetten oder Probebecher 90 weisen ein lichtdurchlässiges Bodenfenster 91 auf, so daß eine Lichtübertragung hierdurch möglich wird, und dieselben sind nicht auf irgendeine spezielle Bauart oder auf irgendein spezielles Material beschränkt. In der Zeichnung ist ein einstückiger, aus Kunststoff geformter Becher gezeigt, der aus Glas, Kunststoff oder dgl, gefertigt sein kann. Aus Polystyrol gefertigte Becher sind für die Aufnahme des Probematerials gut geeignet, da Polystyrol gute Lichtübertragung selbst in dem ultravioletten Bereich aufweist und gute kurzzeitige chemische Widerstandsfähigkeit gegenüber den meisten flüssigen Probematerialien besitzt, mit denen die Vorrichtung normalerweise benutzt wird. Zu weiteren gegebenenfalls bezüglich der Küvetten in Anwendung kommenden Haterialien gehören Acrylkunststoff, Polymethylpenten, Polycarbonat und dgl. Kunststoffe.

Der die flüssige Probe aufnehmende Raum in den Küvetten kann mit einem unteren Ende kleinen Durchmessers ausgebildet sein, wobei der Durchmesser ausreichend ist, um den lichtübertragenden Stab 72 aufzunehmen. Das obere Ende des Raums verbreitert sich vorzugsweise nach außen hin unter Aufnahme

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des ansteigenden Probematerials, sobald der Stab 125 in den Raum abgesenkt wird, und um weiterhin das Beschicken der Küvette mit dem Probematerial zu erleichtern. Küvetten mit Räumen unterschiedlicher Größe für unterschiedliches Aufnahmevermögen des Probematerials können zur Anwendung kommen. So können z.B. die Räume einen Innendurchmesser von etwa 3,17 bis 12,7 mm für ein Fassungsvermögen von etwa 50 Mikrolitern bis 1 ml besitzen. Je kleiner der Durchmesser des angewandten Raums ist, um so kleiner muß der Durchmesser der lichtübertragenden Stange 72 sein, damit dieselbe hereinpaßt. Stäbe kleinen Durchmessers sind zerbrechlicher als Stäbe größeren Durchmessers und übertragen ebenfalls weniger Licht. Somit ist eine höhere Empfindlichkeit erforderlich, wenn lichtübertragende Stangen kleinen Durchmessers angewandt werden. Bei dieser Anordnung können genaue Messungen bei sehr kleinen Volumina der Probe ausgeführtwerden.

Es ist nicht nur ein kleines Volumen der Probe erforderlich, sondern die Küvetten besitzen einen einfachen Aufbau und sind billig in der Herstellung. Dieselben können nach einer einmaligen Anwendung weggeworfen werden, wodurch das oftmals schwierige und langwierige Säubern in Fortfall kommt, das bei Hikrozellen nach dem Stande, der Technik erforderlich ist. Das Füllen der Küvetten mit dem Probematerial läßt sich leicht durchführen. Luftblasen an den Basisfenster 91 der Küvette könnten zu fehlerhaften Ablesungen führen und sollten somit vermieden werden. Um Luftblasen von dem Fenster zu entfernen, wird die beschickte Küvette- mit einem geringfügigem Schlag versehen, bevor ein Einführen in den Drehkopf erfolgt. Dies läßt sich z.B_e bewerkstelligen durch Anwenden einer unter Federeinwirkung stehenden Vorrichtung, wie einem automatische Mittelstempel, an dem ein kleiner Amboß an dem Arbeitsende befestigt ist. Die Vorrichtung wird in einer senkrechten Lage getragen, und bei der Benutzung wird die Küvette auf den Amboß gebracht und nach

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unten gedrückt, bis der innere Hammer der Vorrichtung ausgelöst wird. Der durch den Hammer erzeugte Schlag wird durch den Amboß auf die Küvette übertragen, so daß die Blasen in dem Inneren der Probe gelöst und von dem Fenster entfernt weräen. Es können natürlich auch andereAnordnungen zum Entfernen der Blasen aus der beschickten Küvette angewandt werden. In jedem Falle läßt sich das Lösen der Blasen leicht bei den Küvetten erzielen, die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung Anwendung finden.

Es liegt eine Anordnung für das Anheben und Absenken der Lichteinheit 22 in der Basiseinheit 20 vor und weist (siehe die Fig. 8) einen senkrecht gleitbaren Druck- oder Hebestab 102 auf, der axial in den Hülsen 104 und 106 beweglich ist, die durch die obere Platte 36 getragen werden bzw. in dem Hülsenblock 108 beweglich ist, der an der Bodenplatte 24 der Einheit befestigt ist. Das obere Ende des Druckstabes 102 ist mit einer Einstellschraube 102 tür das Einstellen der wirksamen Länge des Stabes versehen, wenn eine zugeordnete Verriegelungsrnutter gelöst wird. Es ist ein Kragen 114 an der Basisplatte 48 und an der Tragwelle 76 zwecks zusätzlicher Starrheit zwischen der Welle 76 und dem Lichteinheitgehäuse befestigt, und dad obere Ende der Einstellschraube 112 kommt mit einem radialen Flansch an dem Kragen 114 für ein senkrechtes Tragen der Lichteinheit 22 in Eingriff. Die Schwenkbewegung der Lichteinheit um die Tragvirelle 76 wird durch gleitenden Eingriff einer Auskerbung 116 an der vorderen Kante der Basisplatte 43 der Lichteinheit mit dem nach oben sich erstreckenden Ende des Führungsstabes 92 verhindert (siehe Fig. 3, 4 und 9).

Das Betätigen des Hebestabes 102 erfolgt unter der Steuerung eines Nockens 118 und eines Nockenstössels 120. Der Nockenstössel 120 weist eine durch einen Block 122 getragene Rolle auf, die an dem Druckstab befestigt ist. Eine Führungs-

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platte 124, die an dem Hebestab 102 befestigt ist, weist eine Auskerbung 126 an dem äußeren freien Ende und eine Öffnung 128 zwiwchen den Enden für-einen gleitenden Eingriff mit einer Welle 130 für die Befestigung der Photozelle bzw. der Tragwelle 76 auf, um so ein Drehen des Druckstabes um seine längsseitige Achse zu verhindern. Der Hebenocken 118 ist an einer Nockenwelle 132 befestigt, wobei die Welle drehbar in einem an der Basisplatte 110 befestigten Block 134 angeordnet ist. Die Welle 132 erstreckt sich von der Seite 26 des Gehäuses aus nach außen und ist mit einem Hebelarm 134 für das manuelle Drehen der Welle und daran befestigtem Hebenocken versehen.

Der Nocken weist drei Nockenabschnitte der Nockenbahn auf, wo keine Änderung der Stössellage erfolgt,118A, 118B und 118C,. wobei ein Paar Nockenabschnitte der Nockenbahn vorliegen, wo eine Änderung der Stössellage erfolgt, und zwar zwischen benachbarten Nockenabschnitten, wo keine Änderung erfolgt. Sobald der Nocken mit dem Stössel an dem höchsten Nockenabschnitt 118A in Eingriff kommt, liegt das Lichtgehäuse mit dem daran befestigten, lichtübertragenden Eintauchstab in der angehobenen Lage (siehe die Fig. 1,2,3 und 10 A vor), wodurch der Drehkopf 88 für das Anordnen einer beschickten Küvette axial ausgerichtet zu dem Stab 72 drehbar vorliegt. Bei dem weiter unten beschriebenen Arbeiten wird der Nocken sodann gedreht, wodurch das Lichtgehäuse in die in der Fig. 1OD gezeigte Lage abgesenkt wird, wobei der Stössel mit dem Nockenabschnitt 118C in Eingriff kommt, v/o keine Änderung der Stössellage erfolgt und ein Betätigungsarm 136, der sich von dem Nocken aus erstreckt, kommt mit dem Betätigungsmechanismus eines Schalters 133 unter Schließen desselben in Eingriff. In dieser lage befindet sich die Lichtübertrageride Stängeln ihrer untersten Lage. Bei Schließen des Schalters 138 wird ebenfalls die durch einen elektronischen Verstärker, der mit dem Aus-

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.laß des Photodetektors 40 verbunden ist, gelieferte verstärkte Spannung automatisch für die Nullablesung des spezifischen Absorptionsmessers 140 an der vorderen Platte 30 eingestellt. (Die Meßvorrichtung 140 kann bezüglich der spezifischen Durchlässigkeit kalibriert sein und in diesem Falle erfolgt eine automatische Einstellung unter Bilden einer Ablesung von 100 in der Lage des Nockens nach der Fig· 10D). Der Nocken wird sodann in die in der Fig. 10B gezeigte Lage gedreht, wobei der Nockenabschnitt 118B mit dem Nockenstössel so in Eingriff kommt, daß der lichtübertragende Stab um eine bekannte vorherbestimmte Strecke aus ■der in den Fig. 1OC und 1OD gezeigten abgesenkten Lage angehoben wird. Die Meßvorrichtung 140 führt sodann zu einem Ablesen der prozentualen Durchlässigkeit oder Absorption der Probe in der Küvette. Weiter unten ist ein elektronischer Schaltkreis für die Verbindung des Photodetektorauslasses mit dem Messer 140 beschrieben. Die hier erläuterte Nocken- und Nockenstösselanordnung stellt eine Vorrichtung dar, die bei der Betätigung zwischen den Lagen nach den Fig. 1OC und 1OB zu einem automatischen Verändern der Länge des Strahlungsweges im Inneren der Probe um einen vorherbestimmten Betrag führt.

In der in den Fig. 1OC und 1OD gezeigten abgesenkten Lage liegt die Öffnung 43 in dem Photokondutorgehäuse gegenüber einem Teil des von dem Bodenende des Stabes 72 ausgehenden Lichfbündels. Um au bewirken, daß die Öffnung 43 dem gleichen Teil des Lichtbündels gegenüberliegt, wenn der Stab in die Lage nach der Fig. 1OB angehoben wird, wird das Photozellengehäuse 42 bei Anheben des Stabes ebenfalls angehoben. Yfenn keine Flüssigkeitsprobe in der Küvette vorliegt, ergibt sich, daß es erforderlich sein würde, das Photozellengehäuse über die gleiche Strecke und die gldche Richtung wie den Stab 72 zu bewegen, wenn der Stab zwisehen den abgesenkten und angehobenen Lagen bewegt wird. Aufgrund des Inde::es der Brechnung der Flüssigkeitsprobe jedoch, wird

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das Photozellengehäuse weniger als die Bewegungsstrecke des Stabes 72 bewegt. Insbesondere ergibt sich dann, wenn der lichtübertragende Stab 72 über eine Stecke T zwischen den abgesenkten und angehobenen Lagen bewegt wird, daß das Photozellengehäuse über eine Strecke T/n bewegt wird, wobei i η der Brechungsindex des flüssigen Probeproduktes ist.

Unter erneute Bezugnahme auf die Fig. S, in der eine Anordnung für das Anheben und Absenken des Photodetektorgehäuses über eine Strecke T/n gezeigt ist, weist diese Anordnung die !felle 130 auf, an der vermittels eines Befestigungsblockes 142 das Photodetektorgehäuse 42 befestigt ist. Schrauben 144 befestigen die Photozellenbefestigungsplatte 46 an dem Block 142, und eine Einstellschraube 146 befestigt den Block an der Welle 130. Eine Kerbe 148 an dem vorderen Ende der Befestigungsplatte 46 steht in einem gleitenden Eingriff mit dem Führungsstab 92, um so eine Drehung der Platte um die längsseitige Achse der Welle 130 zu verhindern (siehe Fig. 5). Die Welle 130 ist senkrecht hin- und hergehend beweglich in axial ausgerichteten Hülsen 150 und 152 in der oberen Platte 36 und dem Basisblock 108. Eine Druckfeder 154 zwischen der Photozellenbefestigungsplatte oder Halterung 46 und dem Block 108 drückt federnd das Photodetektorgehäuse nach oben.

Die obere Bewegungsbegrenzung des Photozellengehäuses wird durch eine einstellbare Begrenzungsschraube 156 eingestellt, die im Gewindeeingriff mit einem Gewindeloch in der Platte 36 steht und weist ein unteres Ende angepaßt für einen Eingriff mit dem Befestigungsblock 142 in der angehobenen Lage auf.

Das obere Ende des Befestigungsstabes 130 ist mit einer Einstellschraube 158 versehen, der für einen Eingriff mit dem Kragen 114 an dem Lichtgehäuse 22 angepaßt ist. Sobald

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das Lichtgehäuse 22 abgesenkt wird, kommt der Kragen in einen Eingriff mit der Schraube 153 und drückt den Stab 130 nach unten unter der Einwirkung der Feder 154. Die Einstellschraube 156 kann für eine Bewegung des Photodetektorgehäuses über die oben angegebene Strecke T/n eingestellt werden. Wenn der Brechungsindex praktisch der gleiche für verschiedene zu prüfende Substanzen ist, ist die Einstellung der Schraube 156 während der Benutzung des Instrumentes bei dem Prüfen derartiger Substanzen nicht erforderlich.

Aufgrund des Beer'sehen Gesetztes ist bekannt, daß die Lichtübertragung durch eine Flüssigkeit sich in einer nicht l&nearen, logarithmischen Weise mit der Konzentration dereBubstanz in dem Testprodukt verändert. Bei dem erfindungsgemäßen Spektrophotometer ist der Logarithmus des Verhältnisses der Intensität des Bündels, wenn der Stab 72 in der abgesenkten Bezugslage nach den Figuren 1OC und 1OD vorliegt zu der Intensität des Bündels, wenn der Stab sich in der angehobenen Lage, wie in der Fig. 1OB gezeigt, befindet, proportional zu der Konzentration der Substanz in dem Probeprodukt. Dieses Verhältnis ist ebenfalls ein Haß für die Größe der Lichtabsorption in dem Proüeprodukt.

Bei der erfindungsgemäßenVorrichtung stellt das Verhältnis der von dem Photodetektor bei Vorliegen des lichtübertragenden Stabes in dem abgesenkten und den angehobenen Lagen abgegebenen Spannungen ein Maß für die prozentuale' Durchlässigkeit oder prozentusale Absorption dar. Der einschlägige Fachmann ist mit zahlreichen Schaltkreisanchrdnungen für die Umwandlung der prozentualen Ablesungen in spezifische Durchlässigkeits- oder Absorptionseinlieiten vortraut. Go kann z.?>_B von dem Photodetektor abgegebene Spannung durch einen Verstärker mit einer logarithmischen Charakteristik hindurchgeführt werden« Ein derartiger V_erstärker kann einen

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üblichen Verstärker mit Rückkopplungsschlaufe aufweisen, die eine anti-logarithmische Charakteristik auf v/eist. Wenn: eine visuelle Anzeige der Durchlässigkeit oder Absorption gewünscht wird, kann die von dem Photodetektor-abgegebene Spannung einfach durch einen linearen Vorverstärker verstärkt und sodann auf ein Anzeigegerät beaufschlagt werden, das eine nicht-lineare logarithmische Skala besitzt.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 11 ist dort ein·neuartiger Schältkreis gezeigt, der zu einer automatischen Nulleinstellung des Schaltkreises führt, sobald der dc.s Licht

fc übertragende Eintauchstab in die Bezugslage entsprechend der kurzen Weglänge abgesenkt wird. Die von der Photozelle 40 abgegebene Spannung weist ein periodisches Signal mit einer Frequenz auf, die von der Geschwindigkeit abhängt, mit der das Bündel durch die Zerhackerklinge 55 zerhackt wird. Eine Elektrode der Photozelle 40 ist mit einer positiven Gleichstromquelle und die andere Elektrode über einen Widerstand 160 mit einem Erdungsanschluß verbundene Das von der Photozelle kommende Signal wird in zwei veränderlichen Vorverstärkungsstufen 162 und 164 verstärkt, -wobei jede Stufe eine kathodengekoppelte Triode-Pentode-Röhre aufweist. Die von dem Photodetektor abgegebene Spannung wird auf das Gitter des Triodeabschnittes der ersten

f Stufe übertragen, und die Spannung von der Stufe wird von der Anode 166 dps Pentodenabschnittes derselben erhalten»

Die Anode 166 ist über einen Kopplungskondensator 168 mit einem Grobverstärker-Spannungsunterteiler 170 verbunden, der eine Mehrzahl an ortsfesten Schalterkontakten eines. Schalters 172 hieran angeordnet aufweist. Der bewegliche-. .■ Kontakt des Schalters 172 steht in Verbindung mit dem :■ Gitter des Triodeabschnittes der zweiten Stufe 164. Die Kathoden der Röhrenabschnitte der zweiten Stufe 164 sind·, miteinander verbunden und der Auslaß dieser Stufe ist mit der Anode 174 derselben mit dem Gitter einer Triodeverstsr-

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stufe 176 über einen Kondensator 178 und Widerstand 180 verbundene. Die Vorverstärkung der ersten und zweiten Stufen 162 und 164 wird durch eine Vorspannung gesteuert, die auf die Steuerelektrode der Pentodenabschnitte über eine VorspannungsSteuerungsleitung 182 beaufschlagt wird. Diese Leitung ist über einen großen Kondensator 184 mit einer Kapazität in der Größenordnung von 10 ja F verbunden. Die Vorspannung an der Leitung' 182 stellt die Vorverstärkung der veränderlichen Vorverstärkerstufen 164 und 162 ein. DieSpannungsquelle für das Aufladen und Entladen des Kondensators 184 unter Einstellen der Spannung an der Vorverstärker steuerleitung ist weiter unten beschrieben.

Die ortsfeste Vorverstärker-Triodenstufe 176 ist mit einem Kathodenverstärker verbunden, und der Auslaß von der Kathode desselben ist über einen Kopplungskondensator mit einer Zwischenstelle an dem Spannungsteiler 188 verbunden. Stellen längs des Spannungsteilers sind mit den ortsfesten Schalterkontakten der normalerweise offenen Skalenschaltern I9OA-I bis 19OA-IO verbunden. Alle beweglichen Schalterkontakte der Schalter I9OA sind miteinander und mit dem Steuergitter einer konstanten Vorverstärker-Pentodenstufe 192 über einen Führungsdraht 191. verbunden. Die Skalenschalter 190A-1 bis I9OA-IO sind mechanisch an die Skalenspreizschalter 190B-IMs 190B-10 angekoppelt für ein gleichzeitiges Schließen der miteinander in Verbindung stehenden Schalter.. Es ist ein zusätzlicher Skalenspreizschalter I9OB-O vorgesehen, für den kein zugeordneter Schalter 190A vorliegt. Alle ortsfesten Kontakte der Schalter 590B-0 bis 190B-10 sind miteinander und mit einer Anschlußklemme des Skalenspreizschaltkreises, der weiter unten erläutert wird, verbunden und in ähnlicher Weise sind alle beweglichen Kontakte der Schalter 19OB-O bis 190B-10 miteinander unt mit dem Skalenspreisnetzv.^rerk verbunden.

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Die Schalter 190-B-O bis 19OB-1O weisen Momentan-Druckknopfschalter auf, die benachbart zu dem vorderen Platte 30 des "Instrumentes, siehe die Fig. 1 und 2, angeordnet sind.

Die von der konstanten Vorverstärkerstufe 192 abgegebene Spannung wird über einen Kopplungskondensator 194 einem Gleichrichternetzwerk 195 zugeführt, das einen Gleichrichter 196 im Nebenschluß und in Serie geschaltet mit dem Gleichrichter 198 und Widerstand 200 -aufweist. Das Gleichrichternetzwerk ist mit der Verbindungsstelle zwischen einem Widerstand 201 und einer Zenerdiode 208 verbunden, die ihrerseits zwischen der Kathode 204 einer Kathodenverstärkerstufe 206 und einer +250 V Quelle angeschlossen sind. Die Zenerdiode arbeitet in dem Zenergebiet, wodurch das Potential an der Leitung 202 bei einem Bezugswert über dem Potential an der Kathode 204 aufrechterhalten wird. Der Bezugswert wird von dem Stromschluß durch die Diode der Kathodenverstärkerstufe 206 abhängen, der seinerseits von dem Vorverstärkungs-Steuerpotential an der Leitung 182 abhängt.

Die von dem Gleichrichter-Netzwerk 195 abgegebene Spannung wird über ein Filternetzwerk 210 mit einer Mehrzahl an in Reihe geschalteten Widerständen und Nebenschlußkondensatoren im Steuergitter 212 der Triodenröhre 214 zugeführt. Die Triode 214 ist als Kathodenverstärker geschaltet, und die hierdurch abgegebene Spannung wird an der Verbindungsstelle zwischen einen Paar der in Serie geschalteten Kathodenwiderstande 216 und 218 erhalten. Ein Führungsdraht von der Verbindungsstelle zwischen den Widerständen 216 und 218 steht inVerbindung mit einer Anschlußklemme 220 des Amperemeters 140 über eine Reihe zugeordneter Widerstände 222 und 224. Die andere Anschlußklemme 225 des Amperemeters steht in Verbindung mit dem beweglichen Arm des Potentiometers 226 in Serie geschaltet mit einem Widerstand 228 in dem

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Kathodenkreis der Kathodenverstärkerstufe 206. Wie weiter oben angegeben, ist das Steuergitter der Triode der Katho-'denverstärkerstufe 206 mit der automatischen Vorspannungssteuerungsleitung 1£2 verbunden. Das Bezugspotentials an der Leitung 202 steht somit in Verbindung mit dem Gleichrichternetzwerk 195 und das Potential an der Anschlußklemme 225 des Amperemeters wird durch das Potential an der Vorverstärkungs-Steuerungsleitung 182 eingestellt, und dies wird wiederum durch die Ladung an dem Kondensator 184 bestimmt. Das Amperemeter 140 ist mit einem Skalaspreiznetzwerk versehen, (4s in Serie geschaltete Widerstände 228 und 230 aufweist, die für eine Verbindung im Nebenschluß mit den Reihenwiderständen 222 und 224 geeignet sind, sobald irgendeiner der Skalaspreizschalter-Kontakte 190B-0 bis 190B-10 geschlossen wird.

Die gleichgerichtete und gefilterte Spannung ausgehend von dem Gleichrichternetzwerk 195 und Filternetzwerk 210 ist für eine Übertragung an den Kondensator 184 in dem Vorverstärkungskreis geeignet, um so die Ladung an dem Kondensator einzustellen, sobald der Schalter 138 geschlossen wird und der Lichtubertragungs-Eintauchstab 270 in der abgesenkten Lage mit der kurzen Weglänge vorliegt. Man sieht somit, daß der Kondensator 184 in der erforderlichen Weise durch den Schalter 138 auf den Wert ader von der Verstärkerstufe 192 abgegebenen, gleichgerichteten und gefilterten Spannung aufgeladen oder entladen wird, sobald der Schalter 138 geschlossen wird.

Sin weiterer Weg für das Aufladen und Entladen des· Kondensators 134 ergibt sich durch einen Schalter 232 und ein Spannungsunterteilernetzwerk mit den Widerständen 234 und 236, die in Serie zwischen der +250 V Stelle und dem Erdungsanschluß vorliegen. Sobald der Schalter 232 geschlossen wird, wird eine Vorspannung von angenähert +4 V auf den Kondensator 184 beaufschlagt. Wenn der lichtübertragende

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Eintauchstab 72 in der unteren Lage mit der kurzen Weglänge ■£ in der Fig. 1OC gezeigt, wobei der Schalter 138 offen ist) vorliegt, kann der Schalter 232 geschlossen werden, und sodann wird der grob-Vorverstärkungs-Steuerungsschalter 172 eingestellt unter Ausbilden einer Ablesung an dem Amperemeter 140. Die Vorverstärkung der veränderlichen Vorverstärkerstufen wird hierdurch für den Betrieb der Stufen innerhalb eines schmalen Bereiches eingestellt, wobei der Betrieb des Schaltkreises höchst wirksam ist. Der Schalter 232 kann einfach ein normalerweise offener Druckknopfschalter an der Vorderseite des Instrumentes sein, wie es die Fig. 2 zeigt.

Die Arbeitsweise der hier erläuterten Schaltkreisanordnung für das Ausbilden eines Signals, das einen Hinweis auf die spezifische Absorption oder Durchlässigkeit einer Probe in einer Küvette gibt, kann anhand der Beschreibung der durch das Instrument ausgeführten Messung erläutert werden. Wie weiter oben beschrieben, wird eine flüssige Probe in eine Küvette 90 eingeführt, wobei durch Schlageinwirkung Luftblasen aus derselben entfernt werden. Sodann wird die Küvette in den Drehkopf 38 eingeführt. Bei Vorliegen der Lichteinheit 22 in der angehobenen Lage nach der Fig. 10A wird der Drehkopf so gedreht, daß die Küvette unter den lichtübertragenden Stab 72 kommt. Das kreisförmige Keilinterferenzfilter 74 wird auf die gewünschte Wellenlängenlage gedreht oder es wird ein Filter 66 der gewünschten Wellenlänge an der Schale 68 angeordnet. Der Eintauchstab 72 wird in die Probe in die in der Fig. 10C gezeigte Lage entsprechend der kurzen Weglänge abgesenkt, wobei der Schalter 138 offen bleibt und der Schalter 232 geschlossen wird, wodurch ein Vorspannungspotential von angenähert + 4V auf den Kondensator 184 beaufschlagt wird. Sodann kann der Schalter 232 geöffnet werden, wobei die 4 V Aufladung an dem Kondensator erhalten bleibt. Der Grobvorverstärkungs-Einstellschalter 172 wird sodann so eingestellt, daß sich eine Ablesung an dem Meßgerät ergibt» In dieser Weise wird

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eine Grobvorverstärkungseinstellung erhalten,wodurch sich ein Arbeiten des Instrumentes innerhalb des angestrebten Arbeitsbereiches ergibt. In der Praxis ist eine erneute Einstellung der Grobverstärkungssteuerung gewöhnlich nicht wieder erforderlich,.bis dta in Anwendung kommende Wellenlänge des Lichtes durch Austausch des Filters 66 und/oder des Filters 74 verändert wird. Die Grobververstärkungseinstellung ist im wesentlichen erforderlich, weil die Intensität der von der Quelle 94 ausgestrahlten Strahlung und die Empfindlichkeit des Strahlungssensofcs 40 sich als eine Funktion der Wellenlänge verändert.

Nach Einstellen der Grobvorverstärkungssteuerung auf die gewünschte Arbeitslage wird die Ladung an dem Kondensator 184 und somit das Potential an der VorverstärkungsSteuerungs leitung 182 so eingestellt, daß sich an dem Meßgerät 140 eine Nullablesung bezüglich der Absorption ergibt, während der Lichtübertragungs-Eintauchstab 72 in der Lage entsprechend der kurzen Weglänge vorliegt. Bei den hier erläuterten automatischen Schaltkreis fü r die Vorverstärkungs Steuerungseinstellang wird dies durch Drehen des Nockens in die in der Fig. 1OD gezeigte Lage bewirkt, wobei der Schalter 138 geschlossen ist, und der Eintauchstab liegt in der Lage entsprechend der kurzen Weglänge vor. Bei Schließen des Schalters 138 wird die durch die Verstärkerstufe 192 abgegebene gleichgerichtete und gefilterte Spannung auf die Vorverstärkungs-Steuerungsschaltung 182 für ein Einstellen der VorverStärkung der Verstärkerstufen 162 und 164 beaufschlagt, und sodann stellt sich die Vorverstärkung der Stufen 162 und 164 automatisch auf einen abgeglichenen Zustand des Schaltkreises ein.

Die Signalhöhe an den Gitter 212 der Triodenstufe 214 hängt von der Differenz des Potentials zwischen der Bezugsspannung an der Leitung 202 von der Zenerdiode 208 und der gleichgerichteten und gefilterten Signalspannung von der Verstärkerstufe 192 ab. Da die Zenerdiode 208 mit der Kathode 204

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der Kathodenverstärkerstufe 206 verbunden ist, ergibt sich, daß die Bezugsspannung an der Leitung 202 ebenfalls von der Vorspannung der Vorverstärkersteuerung an der Leitung 182 abhängt, da das Gitter der Triode der Stufe 206 mit der Leitung 182 verbunden ist. Somit spiegelt sich diese Veränderung der Vorspannung der Vorverstärkungssteuerung an der Leitung 182 in der Bezugsspannung an der Leitung 202 wieder. Aufgrund dieser zwei Rückkopplungsschlaufen-Anordnung (wenn der Schalter 138 geschlossen ist) verändert sich die für den Abgleich des Systems erforderliche Signalamplitude nicht merklich bei dem Wert der Vorspannung der Vorverstär- w kungssteuerung, wo das Gleichgewicht hergestellt ist.

Nachdem der Schalter 138 geschlossen ist, werden die Gitter beider Triodenstufen 206 und 214 miteinander und mit der Leitung 182 verbunden, wodurch gleiche Ströme durch diesel- · ben hindurchtreten und zu einer Nullpotentialdifferenz an den Anschlußklemmen 220 und 225 führen. Das Potentiometer 226 dient als Nulleinsteilung für das Kompensieren von Unsymmetrien in den Stufen 206 und 214. Es liegt weiterhin ein Widerstand 240 zwischen der Kathode der Triodenstufe 214 und der +250 V Quelle für die Überführung eines Stroms durch die Kathodenwiderstände 216 und 218 in der Kathodenverstärkerstufe 214 vof, um so den durch den Widerstand 228 und das Potentiometer 226 in dem Kathodenkreis der Kathodenverstärkerstufe 206 hindurchgeführten Strom zu kompensieren aufgrund der Verbindung mit der +250 V Quelle durch die Zenerdiode 208 und den Widerstand 201.

Nachdem ein Abgleich für den Schaltkreis erreicht ist, wird nach Stabilisieren der Ladung an dem Kondensator 184 der Schalter 138 geöffnet und der lichtübertragende Eintauchstab 72 wird auf die Lage entsprechend der langen Weglänge durch Drehen ü,qs Nockens 118 in die in der Fig. 1OB gezeigte Lage angehoben» Das untere Ende des Stabes 72 verbleibt in der Probe in dieser Lage entsprechend der langen Weglänge eingetaucht. Die Ladung an dem Kondensator 184 bleibt prak-

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konstant

tisch über eine lange Zeitspanne hin,/nachdem der Schalter " 138 geöffnet worden ist, da die Steuergitter, mit denen der . Kondensator verbunden ist, praktisch keinen Strom abziehen.

Wenn das Probeprodukt nicht eine klardurchsichtige Flüssigkeit ist, wird eine niedrigerere Spannung bezüglich des Signals durch den Photodetektor 40 erhalten bei Anheben des lichtübertragenden Stabes 72, da zusätzliches Licht durch die Flüssigkeit absorbiert wird. Die Vorverstärkung der Triodenstufe 2Ö6 wird durch die konstanteVorspannung der Leitung 182 festgelegt, wodurch die Bezugsspannung an der Leitung 202 konstant bleibt. Bei einer verringerten Spannung, wie sie von dem Photodetektor 40 abgegeben wird, wirddie Spannung an dem Gitter 212 der Stufe 214 auf null abnehmen, wodurch die Stufe 214 eine erhöhte Leitfähigkeit erhält unter Ausbilden einer Ablesung an den Meßvorrichtung 140.

Der lichtübertragende Eintauchstab 72 wird automatisch über eine bekannte vorherbestimmte Strecke zwischen den Lagen entsprechend den kurzen und langen Weglängen bei Betätigen des Nockens zwischen den Lagen nach den Fig. 10C und 10B bewegt. Bei einer aufgebauten und geprüften Voixichtung wird eine Weglängendifferenz von 5 mm angewandt (bei herkömmlichen Spektrophotometern wird allgemein eine Weglänge von 10 mm durch die flüssige Probe angewandt). Die Meßvorrichtung der Vorrichtung kann dergestalt kalibriert werden, daß die Nullablesung einer spezifischen Absorption von 0,0 entspricht und eine volle Skalenablesung einer spezifischen Absorption von 1,0 entspricht. Bei einer 5 mm Weglängendifferenz und Pestlegen der Signalhöhe von dem Photodetektor 40 bei der Lage entsprechend der kurzen Weglänge als die 100^0 Signalhölie verändert sich die Signalhöhe von 100^ für eine Probe mit einer spezifischen Absorption von 0,0 auf eine Signalhöhe von 31,62% für eine spezfische Absorption von 1,0.

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Wie in der Fig. 2 gezeigt, führt die obere Skala 140A an der Meßvorrichtung 140 zu einer Ablesung des ersten wesentlichen Zahlenwertes bezüglich der spezifischen Absorption, Für die Genauigkeit der Ablesung der zweiten und dritten wesentlichen Zahlenwerte der spezifischen Absorption ist eine untere Meßvorrichtungsskala 140B vorgesehen, die in hundert Unterteilungen unterteilt werden kann, wobei diese Skala abgelesen wird, wenn sich der Schalter 190A und die Schalter 190B g in der geschlossenen Lage befinden. Die Skalenspreizschalter 190B führen im geschlossenen Zustand zu einer Verbindung der Widerstände 228 und 230 im Nebenf schiiuß mit den Ileßvorrichtungswiderständen 222 und 224 und Erhöhen der Empfindlichkeit der Meßvorrichtung dergestalt, daß die volle Skala 0,1 Einheiten der spezifischen Absorption entspricht. Bei Unterteilung der unteren Skala in 100 Unterteilungen ergibt sich, daß jede Unterteilung der Meßvorrichtung 0,001 Einheiten der Absorption wiedergibt. Die Unterteilungen liegen im praktisch gleichen Abstandsverhältnis an der unteren Skala vor.

Der Spannungsteiler 188 in dem Skalenoffsetnetzwerk wird angewandt, um genau das Signal zu schwächen unter Verändern desselben in Schritte entsprechend 0,1 Einheiten der Absorption. Der Offset ist dergestalt, daß die Meßvorrichtung

null für 0,1, 0,2, 0,3 0,4, Q5, 0,6, 0,7, 0,8 oder 1,0 Einheiten der spezifischen Absorption anzeigt, sobald ein entsprechender der Offsetschalter 190A-1 bis 190A-10 geschlossen wird. Imdem ebenfalls ein Skalensppeiz-Schaltkreischalter 190B immer dann geschlossen wird, wenn ein ; Skalenoffsetschalter geschlossen wird, führt die untere

Skala der Meßvorrichtung zu Ablesungen von 0,0-0,1, 0,1-0,2,. ; 0,2-0,3, 0,3-0,4, 0,4-0,5, 0,5-0,6, 0,6-0,7, 0,7-0,8, ! 0,8-0,9, 0,9-1,0 und 1,0-1,1 Einheiten der spezifischen Absorption in Abhängigkeit davon, welcher der Schalter 190A-0 bis 190A-10 geschlossen wird. Sobald der Druckknopfschalter 190B-0 betätigt wird, wird lediglich ein Skalenspreizschalter geschlossen, da kein Erfordernis vorliegt^

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- 27 das Signal durch das Skalenoffsetnetzwerk zu schwächen.

Während des Betriebes des Instrumentes sei angenommen, daß der Zeiger 14OC der Meßvorrichtung 140 die voll ausgezogen gezeichnete Lage nach der Fig. 2 einnimmt, wenn der lichtübertragende Eintauchstab in die Lage entsprechend der langen Weglänge angehoben ist. Dies weist auf ein Probenprodukt mit einer spezifischen Absorption von 0,2 bis 0,3 hin. Der Druckknopfschalter 190B-2 (der einfach in den Zeichnungen die Zahl 2 haben kann) wird sodann betätigt, und der Zeiger 140C würde sich dann etwa zu der gestrichelt 'gezeigten £age an einer unteren Zahlenablesung von 8 bewegen« Gemessene spezifische Absorption einer derartigen Probe würde sich auf 0,208 belaufen. Für das Messen einer anderen Probe kann der Eintauchstab 72 angehoben und der · Drehknopf 88 gedreht werden. Es können Wischkissen (Fig. 4, 7 und 9) in den Räumen zwischen benachbarten Küvettenräumen vorgesehen sein, wobei auf diese Kissen das Ende des Eintauchstabes abgesenkt werden kann für ein Säubern des Stabes zwischen Proben«

Wenn auch die Vorrichtung einen einfachen Aufbau besitzt und billig hergestellt werden kann, führt dieselbe doch zu Absorptionsmessungen mit einer Genauigkeit vergleichbar den Messungen, wie sie unter Anwenden kostspieligerSPektrophotometer nach dem Stande der Technik erhalten werden. Wie weitet» oben angegeben, ist dieVorrichtung gut für das Anwenden sehr kleiner Mengen von Probeprodukten geeignet, und die Küvetten können billigen Aufbau besitzen und erfordern keinerlei Abgleich oder dgl«

Im Rahmen der Erfindung können Abwandlungen und Modifizierungen durchgeführt werden, wie z.B. kann ein abgewandelter Schaltkreis in Anwendung kommen, der eine manuell gesteuerte VerstärkungESteuerungsanordnung für eine manuelle Einstellung der V_erstärkerfunktion besitzt, um so eine NuIlspannung ergeben zu können, wenn der lichtübertragende

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Stab in der Lage entsprechend der kurzen Weglänge vorliegt. Bei einer derartigen Einstellung der Verstärkerempfindlichkeit wird der Stab in die Lage entsprechend der langen Weglänge bewegt, wodurch sich eine Spannung ergibt, die der spezifischen Lichtübertragung oder Absorption entspricht.

Es kann ebenfalls eine abgewandelte Anordnung des Lichtweges angewandt werden, wie in den Fig. 12A und 12B gezeigt, wobei diese Anordnung eine Platte 250 mit einer Öffnung 252 aufweist, die sich zwischen einer Linse 254 und einem Photodetektor 258 in dem Photodetektorgehäuse 256 befindet. Die Platte 250 liegt im Abstand gegenüber der Linse 254 in &ner Entfernung gleich der Brennlänge der Linse vor. Der lichtübertragende Stab 72 und das Photodetektorgehäuse 256 sind in der oben beschriebenen Weise beweglich zwischen den Lagen entsprechend der kurzen und der langen Weglänge beweglich. Bei dieser Anordnung ist der durch das Hauptlichtbüniel 260, voll ausgezogen gezeigt, eingeschlossene Winkel indentisch in den abgesenkten und angehobenen Lagen nach den Figuren 12A bzw. 12D und die Fläche des Photodetektors 258 und der Linse 254 gegenüberliegend zu dem Lichtbündelverbleibt zwischen den abgesenkten und angehobenen Lagen unverändert. Die Lichtmenge wiedergegeben durch das Bezugszeichen 262 und durch gestrichelte Linien angezeigt, die durch das Küvettenfenster gestreut wird und den Photodetektor 258 erreicht, ist ebenfalls durch die Öffnung 252 begrenzt und verbleibt zwischen der abgesenkten und angehobenen Lage unverändert. Die s stellt eine bevorzugte Anordnung gegenüber der- £nigen nach den Fig. 1 bis 1OD dar, da etwas stark gestreutes Licht von dem Küvettenfenster durch die Öffnung 43 in der Lage entsprechend der kurzen Weglänge des Eintauchstabes 72, siehe die Fig. 1OA, weggeschnitten werden kann, das durch die Öffnung 43 hindurch auf den Photodetektor 40 in der Lage entsprechend der langen Weglänge, siehe die Fig. 1OC und 1OD geführt wird, wodurch sich falsche und möglicherweise negative Ablesungen ergeben.

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Für den einschlägigen Fachmann ergeben sich auch weitere Möglichkeiten für das Verändern der Weglänge durch das ■ Probeprodukt. 3o kann z.B. der senkrecht bewegliche Eintauchstab 72 durch eine Anordnung ersetzt werden, wie sie in den Fig· 13, 14A und 14B gezeigt ist. Dort ist eine Küvette 270 mit einem durchsichtigen Stab 272 gezeigt, der sich in das Probeprodukt im Inneren der Küvette erstreckt, wobei dieser Stab einen nicht zylinderförmigen querseitigen Querschnitt besitzt. Es wird monochromatisches Licht von einer Quelle 274 aus durch die Küvette hindurch und auf einen Photodetektor 276 durch eine Sammellinse 278 geführt. Bei Vorliegen des Stabes in der einen in der Fig. 14A gezeigten Drehlage bewegt sich das Licht durch den Querschnitt des Stabes großer Abmessung und somit durch das Probeprodukt durch die kurze lieglänge. Sobald der Stab um dessen längsseitige Achse über einen Winkel von 90° gedreht wird, nimmt die Weglänge durch das ProbeprodukTf/Bei dner lichtabsorbierenden Probe wird sich die Lichtübertragung zwischen den Lagen des Stabes entsprechend der kurzen und der langen Weglänge unterscheiden, wobei die Differenz durch.den Strahlungsdetektor 276 gemessen wird. Es kann eine Schaltkreisanordnung wie die oben beschriebene angewandt werden, um einen Hinweis auf die spezifische Absorption der Probe zu erhalten.

Anstelle der hier erläuterten Vakuumröhren-Anordnung kann natürlich weiterhin auch ein mit Feststoff-Halbleiter arbeitender Schaltkreis angewandt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren sind weiterhin leicht für eine Automation in jedem gewünschten Ausmaß geeignet einschließlich eines Systems, bei dem keinerlei manuelle Funktionen erforderlich sind.

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Claims (1)

1976074

Patentansprüche

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1 Verfahren zum Analysieren eines flüssigen Probeproduktes auf der Grundlage der Absorption von Strahlungsenergie durch das Produkt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bündel Strahlungsenergie durch eine erste Weglänge des flüssigen Probematerials gerichtet, um einen vorherbestimmten konstanten Betrag die Weglänge im Inneren des flüssigen Probeproduktes verändert wird, durch das das Bündel der Strahlungsenergie sich auf einer zweiten Weglänge bewegt und aufgrund der Veränderung in der Strahlungsenergie-Übertragung durch die ersten und zweiten Weglängen die Größe der Absorption dieser Energie in dem Probeprodukt bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Logarithmus des Verhältnisses der Intensität des Bündels der Strahlungsenergie von der Probe durch die erste Weglänge zu der Intensität des Bündels der Strahlungsenergie von der Probe durch die zweite Weglänge unter Erzielen einer Messung der Absorption der Strahlungsenergie in dem flüssigen Probeprodukt bestimmt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bündel Strahlungsenergie auf eine Strahlungsenergie feststellende Anordnung durch eine erste Weglänge des flüssigen Probeproduktes unter Ausbilden einer ersten Ausgangsspannung der die Strahlungsenergie feststellenden Anordnung gerichtet wird, um einen vorherbestimmten bekannten Betrag die Weglänge im Inneren des flüssigen Probeproduktes, durch das das Bündel der Strahlungsenergie sich hindurchbewegt, unter Ausbilden einer zweiten Ausgangsspannung der die Strahlungsenergie feststellenden Anordnung verändert und der

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Logarithmus des Verhältnisses der ersten und der zweiten Ausgangsspannungen der die Strahlungsenergie feststellenden Anordnung unter Erzielen der Messung der Absorption der Strahlungsenergie in dem flüssigen Probeprodukt bestimmt wird·

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Weglänge der Strahlungsenergie zwischen dem flüssigen Probeprodukt und der die Strahlungsenergie feststellenden Anordnung bei Verändern der Weglänge durch das flüssige Probeprodukt um einen Betrag proportional dem Verhältnis der Veränderung der Weglänge durch das flüssige Probeprodukt bezüglich des Brechungsindexes des Probeproduktes verändert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die von der die Strahlungsenergie feststellenden Anordnung abgegebene Spannung einem veränderlichen Vorverstärker zugeführt, die durch den Verstärker verstärkte Spannung unter Ausbilden einer Bezugsspannung eingestellt, um einen bekannten vorherbestimmten Betrag die Weglänge im Inneren des flüssigen Probeproduktes verändert wird,durch das sich das Bündel der Strahlungsenergie hindurchbewegt unter Konstanthalten der eingestellten Vorverstärkung, wobei edie verstärkte Ausgangsspannung zusammen mit dem Zustand der veränderten Ueglänge ein Ilaß für die Absorption^ der Strahlungsenergie durch dac flüssige Probeprodukt darstellt.

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/6. Spektrophotometer zum Analysieren einer Flüssigkeitsprobe, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe eine Quelle (54) für Strahlungsenergie, eine Anordnung für das Anordnen des zu untetsuchenden flüssigen Probeproduktes in dem Strahlungsweg ausgehend von der Strahlungsquelle (54) für die Bewegung der Energie durch eine erste tfeglänge im Inneren der flüssigen Probe und eine Anordnung aufweist, die bei Betätigen für ein automatisches Verändern der Länge des Strahlungsweges im Inneren der Probe um einen vorherbestimmten Betrag wirksam wird.

7. Spektrophotometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Strahlungsenergie feststellende Anordnung (40) in dem aus der Probe austretenden , Strahlungsweg und eine Anordnung vorgesehen ist, die die Veränderung in der von der Feststellanordnung (40) abgegebenen Spannung aufgrund einer Veränderung in der Übertragung der Strahlungsenergie durch die Probe bei der Veränderung der Weglänge um einen vorherbestimmten Betrag ausnutzt, um ein Signal zu ergeben, das in Beziehung zu der Absorption der Strahlungsenergie in der Probe steht.

8. Spektrophotometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung für das Ausnutzen der Veränderung der von der Feststellanordnung (40) abgegebenen Spannung unter Ausbildung eines in Beziehung zu der Absorption stehenden Signals ein veränderlicher Vorverstärker (162,164) ist.

9. Spektrophotometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daßdie Anordnung für das automatische Verändern der Länge des Strahlungswegesg im Inneren der Probe ein lichtübertragendes Teil (72) ist, das sich in die Probe erstreckt, und eine Anordnung das lichtübertragende Teil (72) öfür die axiale Bewegung in der vorherbestimmten Größe hält.

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10. Spektrophotometer nach Anspruch 6, dadurch g e k e η nz e i c h ne t , daß die Anordnung für das automatische Verändern der Länge des Strahlungsweges im Inneren der Probe ein lichtübertragendes Teil (272) mit nicht zylinddrförmiger Querschnittsform darstellt, das sich in die Probe erstreckt und eine Anordnung vorliegt, die das lichtübertragende Teil zum Ausführen einer Drehbewegung unter Verändern der Weglänge der Bestrahlung im Inneren des Probe umgekehrt zu der Weglänge derselben im Inneren der Stange hält.

11. Spektrophotometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Strahlungsenergie feststellende Anordnung (40) in dem aus der Probe austretenden Strahlungsweg, eine Anordnung einschließlich eines veränderlichen Vorverstärkers (162,164) in Verbindung mit dem Auslaß der die Strahlungsenergie feststellenden Anordnung (40), eine Anordnung für das Einstellen der Vorverstärkung des Verstärkers bei Bewegen der Energie durch die erste Weglänge unter Ausbil.den einer Bezugsspannung und eine Anordnung für das Aufrechterhalten der Vorverstärkung bei dem eingestellten Wert, wenn die Länge des Strahlungsweges verändert wird, vorgesehen sind, wobei der vorherbestimmte Betrag aufgrund der ersten Weglänge für die von dem Verstärker abgegebene Spannung in Beziehung zu der Absorption im Inneren der Probe steht.

12. Spektrophotometer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung für das automatische Einstellen der Vorverstärkung des Verstärkers in dem Zustand der ersten Weglänge des Spektrophotometers vorgesehen ist.

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