DE2132458A1

DE2132458A1 - Photoelektrisches Photometer

Info

Publication number: DE2132458A1
Application number: DE19712132458
Authority: DE
Inventors: Norihiko Kiyose; Hisao Tsuruta
Original assignee: Yanagimoto Seisakusho Co Ltd
Current assignee: Yanagimoto Seisakusho Co Ltd
Priority date: 1970-07-04
Filing date: 1971-06-30
Publication date: 1972-01-05
Also published as: FR2097189A1; JPS5425436B1; DE2132458B2; GB1361226A; AU3070771A; FR2097189B1; US3770354A

Description

PATENTANWÄLTE

dr.ing. H. NEGENDANK · dipl.-ing. H. HAUCK · dipl.-phys. W. SCHMITZ

HAMBURG-MÜNCHEN

ZUSTELLUNGSANSCHRIFT: HAMBURG 36 · NEUER WALL 41

TEL. 36 74 28 UND 36 41 15

TELEGR. NEGEDAPATENT HAMBURG

Yanagimoto Seisakusho Co., Ltd. München 15 · mozartstr. 23

28 Jyoshungamaecho, telsssoss«

Shimotoba, Fushimi-ku mEo«. negeiupatent mCnchen

Kyoto, Japan

Hamburg, den 29. Juni 1971

Photoelektrisches Photometer

Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes photoelektrisches Photometer zur Lichtabsorptionsanalyse. Insbesondere bezieht sie sich auf ein verbessertes photoelektrisches Photometer zur Bestimmung des Lichtabsorptionsgrades eines besonderen, in einer Probenflüssigkeit enthaltenen Bestandteiles.

Die Probenkonzentration kann bestimmt werden durch Messung des Durchlässigkeitsgrades einer Probe durch Anwendung der Absorptionsphotometrie und durch Berechnung der Konzentration durch proportionale Verarbeitung des gemessenen Transmissionsgrades. Diese Berechnung wird mit Hilfe folgender Formel durchgeführt, die auf dem Lanbert-Beer·sehen Gesetz beruht:

log I₀ / I =/u 1 C (1)

worin I : die Intensität des auf die Probe auftreffenden ο

monochromatischen Lichtes,

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I : die Intensität des von der Probe hindurchge-

lassenen Lichtes,
/U : der Absorptionskoeffizient 1 : die- Länge der Probe, und C : die Konzentration der Probe

ist.

In der obigen Formel ist /U eine Konstante, die abhängig ist von dem zu analysierenden Probenbestandteil, und 1 ist ebenfalls eine Konstante, wenn für den Probenbehälter eine feste Länge verwendet wird. Wenn der ¥ert I / I gemessen wird, kann demzufolge die Konzentration C der Probe leicht aus der Formel (1) gefunden werden. Nachfolgend soll der Wert log I / I als "Absorptionsgrad" bezeichnet werden.

Bei der Bestimmung des Absorptionsgrades eines besonderen ψ in einer Probe enthaltenen Bestandteiles müssen die Einflüsse berücksichtigt werden, die von den Substanzen ausgehen, die mit in der Probe enthalten sind. Es soll angenommen werden, daß eine Probe eine Absorptionscharakteristik hat, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, und . daß das Absorptionsspektrum entsprechend dem zu analysierenden Bestandteil in der Probe überlagert ist einem anderen Spektrum entsprechend einer Substanz, die gleichzeitig ebenfalls in der Probe enthalten ist. Das spektrale Band

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in Fig. 1, das von der Wellenlänge X₁ bis zur Wellenlänge Χ* „ reicht, und das eine maximale Absorption bei der Wellenlänge p-,-, zeigt, ist das Absorptionsspektrum entsprechend dem zu analysierenden Bestandteil in der Probe. Der Absorptionsgrad As des zu bestimmenden Bestandteiles kann wie folgt berechnet werden:

As =

- (A X₁ + a3_)/2 (2)

p und aA. die Absorptionsgrade der Probe

bei den Wellenlängen A ₁ » A₂ ™^dAn sind. AA₁, aA<₂ und können folgendermaßen ausgedrückt werden:

AA₁ = loc I_oX ₁ / ΐλ₁ , (3)

Αλ₂ = log ΐ_ο%₂ / xX₂ , (h)

AX₃ = log i_o^₃ / x2₃ (5)

worin I /^ , I Λ_ο und I A~ die Intensitäten der monochromatischen Lichtstrahlen sind, die auf die Probe mit den Wellenlängen Λ-, ι Λ₂ und Λ ο auf treffen und ΐΛ., ΙΑ-ο und I Xo die Intensitäten der monochromatischen Lichtstrahlen sind, die durch die Probe mit den Wellenlängen A. , A>₂ und Ao hindurchgehen.

Zur Bestimmung des Absοrptionsgrades Ae eines Bestandteiles einer Probe aus der Formel (2) mit Hilfe eines

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herkömmlichen photoelektrischen Photometers, der eine
Lichtquelle, einen Monochromator, einen Probenbehälter und eine photoelelctrische Zelle enthält, muß a) der Monochromator

drei
dreimal eingestellt werden, nämlich für die/verschiedenen

A„; b)

Wellenlängen Λ₁»Λ₂ und A„; b) für jede der drei Wellenlängen der Probenbehälter zweimal gefüllt werden, nämlich mit der Standardprobe und mit der unbekannten Probe und
^ c) für jede der drei Wellenlängen eine Eichung

für 0 und 100 $> für die Durchlässigkeit oder den Absorptionsgrad gemacht werden, was,somit zu einem beträchtlich aufwendigen.. Meßvorgang führt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein neues und verbessertes photoelektrisches Photometer für die Lichtabsorptionsanalyse zu schaffen, mit dem die Absorptionsgrade für mindestens zwei verschiedene Wellen-langen
gleichzeitig bestimmt werden können. Bei einem Photometer ψ der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe gelöst durch einen Probenbehälter,eine Quelle, die den Probenbehälter bestrahlt, eine Aufteilungsvorrichtung, die den Lichtstrahl von dem Probenbehälter in mehrere Lichtstrahlen mit
eigenen getrennten optischen Strahlengängen aufteilt, die entsprechende monochromatische Vorrichtungen enthalten,
die Strahlen aus monochromatischem Licht mit unterschiedlicher Wellenlänge für die verschiedenen optischen Strahlengänge abgeben, ferner durch in den optischen Strahlengängen

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angeordnete, entsprechende photoelektrische Vorrichtungen, die die entsprechenden Strahlen aus monochromatischem Licht erfassen, eine elektrische Vorrichtung, die die Lichtabsorption der Probe in dem Probenbehälter bestimmt, abhängig von den Signalen, die von den photoelektrischen Vorrichtungen in den Strahlengängen erhalten werden, und eine Verbindungsvorrichtung, die wahlweise die photoelektrischen Vorrichtungen in den verschiedenen optischen Strahlengängen mit der elektrischen Vorrichtung verbindet.

Mit der Erfindung ist ein neues und verbessertes photoelektrisches Photometer geschaffen, das geeignet ist, die Konzentration eines besonderen in einer Probe enthaltenen Bestandteiles zu bestimmen und in dem· der Absorptionsgrad des zu bestimmenden Bestandteiles direkt angezeigt wird.

Bei der Erfindung sind ferner verbesserte Mittel vorgesehen , die die Einflüsse eines Absorptionsspektrums einer anderen in der Probe enthaltenen Substanz bei der Absorptionsphotometrie ausschalten.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Lichtstrahl von dem Probenbehälter in drei Lichtstrahlen mit entsprechenden eigenen getrennten optischen Strahlengängen aufgeteilt. Die Vorrichtungen zum Aufteilen des Lichtstrahles in drei Lichtstrahlen enthalten

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vorzugsweise einen ersten Strahlenaufteiler, der den Lichtstrahl vom Probenbehälter in zwei Lichtstrahlen aufteilt, und die einen zweiten Strahlenaufteiler enthalten, der einen der beiden Lichtstrahlen, die von dem ersten Strahlenaufteiler aufgeteilt wurden, in zwei weitere Lichtstrahlen aufteilt, wodurch drei Lichtstrahlen mit zugehörigen getrennten Strahlengängen erhalten werden.

Das System der Erfindung kann vorzugsweise eine Blende aufweisen, die den Lichtstrom, der den Probenbehälter bestrahlt, steuert, und ferner eine weitere Blende in jedem der optischen Strahlengänge zur Steuerung des Lichtstromes, der auf die photoelektrischen Vorrichtungen in jedem der optischen Strahlengänge auftrifft. Die Blende zum Steuern des den Probenbehälter bestrahlenden Lichtstromes steuert die Breite des Lichtstromes in einer Richtung, wahrend die anderen Blenden in jedem der getrennten optischen Strahlengänge die Breite des Lichtstromes in einer Richtung senkrecht zur ersten Richtung steuern.

Das erfindungsgemäße System kann ferner einen Mittelwertrechner enthalten, um aus den beiden Signalen von den photoelektrischen Vorrichtungen in den beiden optischen

einen Mittelwert
Strahlengängen/zu erhalten, so daß der Mittelwert durch die elektrische Vorrichtung angezeigt werden kann. Die drei verschiedenen vorher erwähnten Wellenlängen sollten

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den Wellenlängen entsprechen, bei denen das Absorptionsspektrum entsprechend dem zu analysierenden Beetandteil der Probe beginnt, endet und sein Maximum hat, und der Mittelwertrechner ermittelt einen Mittelwert aus den beiden Signalen in den geteilten optischen Strahlengängen der Lichtstrahlen, die die ersten beiden Wellenlängen haben.

Die im System enthaltene elektrische Vorrichtung ist gewöhnlich ein elektrischer Stromanzeiger. Die elektrische Stromanzeige kann vorzugsweise eine logarithmische Skala haben. Hat die elektrische Stromanzeige eine natürliche Skala, sollten Mittel zwischen jeder photoelektrischen Vorrichtung und der Stromanzeige vorgesehen sein, um die von jeder der photoelektrischen Vorrichtung ermittelten Werte in logarithmische umzuwandeln.

Nachfolgend soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert werden.

Fig. 1 zeigt ein beispielshaftes Diagramm, das die Absorptionscharakteristik einer zu analysierenden Probe darstellt, bei der zwei Absorptionsspektren einander überlagert sind.

Fig. 2 zeigt einen photoelektrischen Photometer gemäß der Erfindung.

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— O —

Es wird nunmehr insbesondere auf die Zeichnungen Bezug genommen, wobei das grundlegende System der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Pig. 1 dargestellt ist. Eine Lichtquelle bestrahlt das ganze System. Die Lichtquelle 1 bestrahlt zunächst einen Probenbehälter 2 über ein wärmebeständiges Filter 3» eine Kondensorlinse 4 und eine einstellbare Blende 5ο Der Probenbehälter 2 weist einen durchsichtigen Behälter

^ für die zu analysierende Flüssigkeitsprobe auf. Der den Probenbehälter 2 verlassende Lichtstrahl wird durch eine Kondensorlinse 6 parallel gemacht und dann durch einen ersten Strahlenaufteiler 7 in zwei Lichtstrahlen aufgeteilt, die ihren entsprechenden getrennten Strahlengang haben, nämlich den ersten getrennten Strahlengang a und den anderen optischen Strahlengang a¹ . Der Lichtstrahl des anderen optischen Strahlenganges aj_ wird dann weiter mit Hilfe eines zweiten Strahlenauftellers 8 in zwei Lichtstrahlen mit entsprechenden getrennten optischen

™ Strahlengängen aufgeteilt, nämlich den zweiten und dritten getrennten Strahlengang b und £. Jeder der drei getrennten optischen Strahlengänge a, b und e_ enthält monochromatische Mittel 9a, 9b und 9c, eine einstellbare Blende 10a, 10b, 10c und photoelektrische Mittel 11a, 11b, 11c. Die monochromatischen Mittel 9a, ^\> und 9c sehen verschiedene Wellenlängen A , ^. und Λ„ für die verschiedenen getrennten optischen Strahlengänge a, b und £ vor. Es soll angenommen werden, daß diese drei Wellenlängen

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und A.„ identisch sind mit denen, wie sie vorher mit Bezug auf Fig. 1 in der Beschreibung definiert wurden. Jedes der monochromatischen Mittel 9a, 9b und 9c ist vorzugsweise ein Filter, obwohl es auch ein Monochromator sein kann. Die monochromatischen Lichtstrahlen von diesen monochromatischen Mitteln 9a, 9b und 9c erreichen die entsprechenden photoelektrischen Vorrichtungen 11a, 11b und 11c. Die photoelektrischen Vorrichtungen 11a, 11b und 11c können photoelektrische Zellen irgendeines bekannten Typs sein, die die entsprechenden monochromatischen Lichtstrahlen erfassen, um photoelektrische Ströme abhängig von der durch sie empfangenen Lichtenergien zu erzeugen.

In einem wie oben beschriebenen optischen System müssen die photoelektrischen Vorrichtungen 11a, 11b und 11c von gleichem Wert sein, wenn die Durchlässigkeits- oder Absorptionsfaktoren der Probe bezüglich der oben erwähnten drei Wellenlängen A^, A₂ und Λ „ gleich sind. Dies kann durch Steuerung der Blenden 10a, 10b und 10c erreicht werden, um die durch verschiedene Faktoren hervorgerufenen Unterschiede in der Lichtquelle auszugleichen, «ie durch die Art der Lichtquelle 1, die Durchlässigkeitsfaktoren der Filter 9a, 9b und 9c und die spektralen Empfindlichkeiten der photoelektrischen Vorrichtungen 11a, 11b und 11c Da die Einstellung über den ganzen Bereich von 0 bis 100 # geöffneten Blende 5 wirksam sein soll, sind zusätzlich die Blende 5 und jede der Blenden 10a, 10b und 10c so ein-

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stellbar, daß die erstere die Breite des Lichtstroraes in einer Richtung steuert, während die letztere die Breite des Lichtstromes in einer Richtung senkrecht zur ersten Richtung steuert. Die Blende 5 kann entweder vor oder hinter dem Probenbehälter 10 angeordnet werden. Jede der Blenden 10a, 10b und 10c kann entweder vor oder hinter dem Filter 9a, 9b, 9c angeordnet werden.

Jede der photoelektrischen Zellen 11a, 11b und 11c erzeugt einen elektrischen Strom abhängig von der Lichtenergie, die von jedem der Gegenstände erhalten werden. Der elektrische Ausgangsstrom, der von jeder der photοelektrischen Zellen 11a, 11b und 11c ,erzeugt wird, wird einem eigenen logarithmischen Wandler zugeführt, der den elektrischen Ausgangs stromwert in einen logarithmischen Wert umwandelt. Das Ausgangs signal vom logarithmischen Wandler 12b wird direkt über einen elektrischen Kontakt D und einen Wechselschalter S zu einem Strommesser Ad übertragen. Die Ausgangssignale von den lorgarithmischen Wandlern 12a und 12c werden einem Mittelwertrechner 13 eingegeben, der aus den beiden Ausgangssignalen einen Mittelwert errechnet, und der Mittelwert wird dann über einen elektrischen Kontakt B und den Umschalter S zum Strommesser Ad zur direkten Ablesung übertragen.

Es soll nun betrachtet werden, wie der Absorptionsgrad As des besonderen Bestandteiles der Probe direkt durch den

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-11-Strommesser Ad angezeigt werden kann.

Ls soll nun angenommen werden, daß in der vorher erwähnten Formel (2) der Fittelwert aus Ar₁ und Λ ρ A ist, dann ist der erhaltene Absorptionsgrad As durch folgende Formel gegeben:

As = log —τ - log ¹^ '

Βει I Λ ., durch Einstellung der Blenden 5» 10a, 10b und 10c so eingestellt verden kann, daß es gleich I Λ., ist, kann

dei' Absorptionsgrad As wie folgt ausgedrückt werden: As = loc X% / IA (7)

el «Ϊ

Dies bedeutet, daß im Meßkreis für den photoelektrischen Strom der Mittelwert für die Lichtenergien für die Wellenlängen Λ. und4.o» d.h.. der zweite Ausdruck auf der rechten Seite der Formel (2), angezeigt wird, wenn der Umschalter S auf die B-Seite gelegt wird. Wird der Schalter S auf die D-Seite gelegt, dann wird die Absorption für die Wellenlänge A ο angezeigt, d.h. für den ersten Ausdruck auf der rechten Seite der Formel (2). Wird daher in Fig. 2 die Öffnung der Blende 5 so gesteuert, daß ein Ablesen am Strommesser Ad einen Durchlässigkeitsgrad von 100 ^r,o (Absorptionsgrad 0 ^c/o) ergibt, wenn der Schalter S auf die B-Seite gelegt ist, ist der Strommesser Ad in der Lage, direkt den Absorptionsgrad As anzuzeigen, wenn der Schalter auf die D-Seite gelegt ist.

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~" ORtGiNAt

Claims

Patentansprüche

1y Photoelektrisches Photometer zur Lichtabsorptionsanalyse, gekennzeichnet durch einen Probenbehälter (2), eine Lichtquelle (1), die den Probenbehälter (2) bestrahlt, eine Aufteilungsvorrichtung (7» 8), die den Lichtstrahl vom Probenbehälter (2) in mehrere Lichtstrahlen mit eigenen getrennten optischen Strahlengängen aufteilt, die entsprechende monochromatische Vorrichtungen (°-a 9b, 9c) enthalten, die Strahlen aus monochromatischem Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen für die verschiedenen optischen Strahlengänge abgeben, ferner in den optischen Strahlengängen angeordnete entsprechende photoelektrische Vorrichtungen ("Ma, 11b, 11c), die die entsprechenden Strahlen aus monochromatischem Licht ^ erfassen, eine elektrische Vorrichtung (Ad), die die Lichtabsorption der Probe in dem Probenbehälter (2) bestimmt abhängig von den Signalen, die von den photoelektrischen Vorrichtungen (i1a, 11b und 11c) erhalten werden, und eine Verbindungsvorrichtung (s), die wahlweise die photoelektrischen Vorrichtungen (i1a, 11b, 11c) in den verschiedenen optischen Strahlengängen mit der elektrischen Vorrichtung (Ad) verbindet.

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2. Photometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufteilungsvorrichtung den Lichtstrahl von dem Probenbehälter (2) in drei Lichtstrahlen mit eigenen getrennten optischen Strahlengängen (a, aj^, b) aufteilt.
3. Photometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine Blende (5) vorgesehen ist, die den den Probenbehälter (2) bestrahlenden Lichtstrom steuert, und daß eine weitere Blende (iOa, 10b, 10c) in jedem der getrennten optischen Strahlengänge angeordnet ist, die den Lichtstrom steuert, der in die photoelektrischen Vorrichtungen (i1a, 11b, 11c) in jeden der optischen Strahlengänge eintritt.
4. Photometer nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (5) zur Steuerung des Lichtstromes, der den Probenbehälter bestrahlt, die Breite des Lichtstromes in einer Richtung steuert, während die andere Blende in jedem der getrennten optischen Strahlengänge die Breite des Lichtstromes in einer Richtung senkrecht zur ersten Richtung steuert,
5« Photometer nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufteilungavorrichtung zur Aufteilung des Lichtstrahles einen ersten Strahlenaufteiler (7) aufweist, der den Lichtstrahl vom

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ORfSlNAL !NSPBCTSD

Probenbehälter in zwei Lichtstrahlen aufteilt, und daß sie einen zweiten Strahlenaufteiler enthält, der einen der zwei Lichtstrahlen, die vom ersten Strahlenaufteiler aufgeteilt wurden, in zwei weitere Lichtstrahlen aufteilt, wodurch drei Lichtstrahlen mit eigenen getrennten optischen Strahlengängen erhalten werden.
6. Photometer nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittelwertrechner vorgesehen ist, durch den ein Mittelwert aus den zwei Signalen erhalten wird, die von den photoelektrischen Vorrichtungen in zwei der iwriaiflax: optischen Strahlengängen erhalten werden, so daß der Mittelwert durch die elektrische Vorrichtung angezeigt werden kann.
7. Photometer nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die drei verschiedenen Wellenlängen den Wellenlängen entsprechen, bei denen das spektrale Absorptionsband,hervorgerufen durch den zu analysierenden

, Bestandteil der Probe,an gegenüberliegenden Enden und an seinem Scheitelpunkt erscheint, und daß der Mittelwertrechner aus den beiden Signalen in den getrennten optischen Strahlengängen der Lichtstrahlen,

\^b*iUtrj ι einen Mittelwert die die ersteT^Wellenlange/Tpufweisen, /ermittelt.

geändert gemäß Eingabe

eingegangen ata £.«..J£.«...?.3!l -15-

10 9 8 8 2/1319 ORIQtNAL INSPECTED
8. Photometer nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Vorrichtung ein elektrischer Stromanzeiger mit einer logarithmischen Skala ist.
9. Photometer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ferner ein logarithmischer Wandler vorgesehen ist, der die von den photoelektrischen Vorrichtungen ermittelten Werte in logarithmische umwandelt.
10. Photo-meter nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittelwertrechner vorgesehen ist zum Erhalt eines Mittelwertes aus den beiden Logarithmen, die von den beiden logarithmischen Wandlern erhalten werden«

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