DE2201384A1 - Two-beam spectrophotometer - Google Patents

Two-beam spectrophotometer

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DE2201384A1
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monochromator
sample
radiation
spectrophotometer according
mirror
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DE19722201384
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German (de)
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Hans-Martin Dipl-Phys Dr Bolz
Wolfgang Dipl-Phys Dr Witte
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PE Manufacturing GmbH
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Bodenseewerk Perkin Elmer and Co GmbH
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Description

Zweiatrahl-SpektralphotometerTwo-beam spectrophotometer

Die Erfindung betrifft ein Zweistrahl-Spektralphotometer, bei welchem eine Strahlungsquelle, ein optisches System, enthaltend einen Monochromator mit Eintritts- und Austrittsspalt, und ein Strahlungsempfänger vorgesehen sind, wobei das optische System ein Meß- und ein Vergleichsstrahlenbündel erzeugt, die nach Durchgang durch den Monochromator auf dem Strahlungsempfänger gesammelt werden.The invention relates to a two-beam spectrophotometer, in which a radiation source, an optical system containing a monochromator with entrance and exit slit, and a radiation receiver are provided, the optical system generating a measuring and a comparison beam, which are collected on the radiation receiver after passing through the monochromator.

Zweistrahl-Spektralphotometer sind Geräte, bei denen von einer Lichtquelle zwei Lichtbündel, ein Meß- oder Prοbenstrahlenbündel und ein Vergleichsstrahlenbündel, ausgehen. Das Probenstrahlenbündel tritt durch eine Probenküvette, die mit einer zu untersuchenden Substanz gefüllt ist, während das Vergleichslichtbündel im allgemeinen durch eine Vergleichsprobenküvette hindurchtritt. Die beiden Bündel werden dann über geeignete Spiege!anordnungen und einen "Chopper" zeitlich abwechselnd in einem gemeinsamen Strahlengang auf den Eintrittsspalt eines Monochromators geleitet. Der Chopper ist ein rotierender Sektorspiegel, der während einer Phase das eine Lichtbündel durchläßt und während einer anderen Phase das andere Lichtbündel in die gleicheTwo-beam spectrophotometers are devices in which two light bundles, a measuring or sample beam, are produced from a light source and a comparison beam, go out. The sample beam passes through a sample cuvette that contains a sample to be examined Substance is filled, while the comparison light beam generally passes through a comparison sample cell. The two bundles are then arranged over suitable mirrors and a "chopper" alternating in time in a common beam path onto the entry slit of a monochromator directed. The chopper is a rotating sector mirror that lets through one light beam during one phase and during another phase the other light beam into the same

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Richtung reflektiert. Der Monochromator kann ein Gittermonochromator sein oder ein Prismenmonochromator, welcher die Strahlung spektral zerlegt.Direction reflected. The monochromator can be a grating monochromator be or a prism monochromator, which splits the radiation spectrally.

An einem Austrittsspalt tritt Strahlung eines engen Wellenlängenbereiches aus. Der Austrittsspalt wird über meist asphärische Hohlspiegel auf einen Detektor, z.B. ein Thermoelement, abgebildet. Durch Verschwenken von optischen Gliedern im Monochromator, z.B. des Gitters oder eines Littrow-Spiegels, wird das Spektrum abgetastet.Radiation of a narrow wavelength range occurs at an exit slit the end. The exit slit is directed to a detector, e.g. a thermocouple, via mostly aspherical concave mirrors. pictured. By swiveling optical elements in the monochromator, e.g. the grating or a Littrow mirror, the spectrum is scanned.

Solche Zweistrahl-Spektralphotometer sind als kommerzielle Geräte erhältlich. Es handelt sich dabei um relativ große und schwere Geräte, die z.B. fest auf einem Labortisch aufgestellt werden. Probenküvette und Vergleichsprobenkuvette sind in Durchstrahlungsrichtung gesehen nebeneinander in einem relativ großen Probenraum angeordnet, und zwar in gesonderten Halterungen. Der Probenraum trennt ein Lampengehäuse mit der zugehörigen Optik von den übrigen Teilen des optischen Systems.Such dual-beam spectrophotometers are available as commercial devices. These are relatively large and heavy devices that are, for example, set up firmly on a laboratory table. Sample cell and comparison sample cell are in Arranged next to one another in a relatively large sample space, as viewed in the direction of irradiation, and specifically in separate Brackets. The sample space separates a lamp housing with the associated optics from the other parts of the optical system.

Die bekannten kommerziellen Zweistrahl-Spektralphotometer machen es erforderlich, Proben von zu untersuchenden Substanzen in das Labor zu bringen, in welchem das Gerät aufgestellt ist. Das ist mit Zeitverlust verbunden und birgt die Gefahr von Verwechslungen in sich.The known commercial two-beam spectrophotometers make it necessary to take samples of substances to be examined to the laboratory in which the device is installed. This is associated with loss of time and carries the risk of mix-ups in itself.

In den bekannten Spektralphotometern sind die optischen Elemente und damit die Bündelquerschnitte recht groß. Will man nicht mit übermäßig großen Küvetten arbeiten, dann ist man gezwungen, die Strahlungsquelle in die Küvette oder in deren unmittelbarer Nähe abzubilden. Das führt zu folgenden Nachteilen:In the known spectrophotometers, the optical elements and thus the beam cross-sections are quite large. Do you want do not work with excessively large cuvettes, then you are forced to image the radiation source in the cuvette or in its immediate vicinity. This leads to the following disadvantages:

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a) Die Zwischenabbildung der Strahlungsquelle erfordert zusätzliche optische Bauelemente (Versteuerung des Spektrometers).a) The intermediate image of the radiation source requires additional optical components (taxation of the Spectrometer).

b) Die Zwischenabbildung erfordert wegen der zusätzlichen BündeIahschnitte zusätzlichen Raum, wodurch das Spektrometer vergrößert wird.b) The intermediate figure requires because of the additional Fret cuts additional space, which makes the Spectrometer is enlarged.

c) Im Bild der Strahlungsquelle ist die Bestrahlungsstärke und damit die Belastung der Probe, insbesondere die Probenerwärmung, recht groß.c) In the image of the radiation source is the irradiance and thus the load on the sample, in particular the sample heating, quite large.

d) Infolge der zusätzlichen Bündelabschnitte wird die gesamte optische Weglänge zwischen Strahlungsquelle und Empfänger vergrößert. Dadurch ist die atmosphärische Strahlungsabsorption sehr hoch, was in bekannter Weise (insbesondere durch die Absorptionswirkung des atmosphärischen Wasserdampfes) zu Schwierigkeiten führt, wie schnell schwankende Strahlungsenergie, Inkompensation usw.d) As a result of the additional bundle sections, the entire optical path length between the radiation source and receiver enlarged. As a result, the atmospheric radiation absorption is very high, which is known in Way (especially due to the absorption effect of atmospheric water vapor) to difficulties leads to how rapidly fluctuating radiant energy, incompensation, etc.

Bei den bekannten Spektralphotometern ist es üblich, Proben- und Vergleichsstrahlenbündel parallel nebeneinander laufen zu lassen und die beiden Küvetten, wie bereits erwähnt, nebeneinander in die Strahlungsbündel zu setzen. Es wurde ebenfalls bereits erwähnt, daß dabei die Küvetten in einem einzigen und relativ großen Probenraum angeordnet sind und deshalb gesonderte Halterungen erfordern. Eine solche Anordnung ist aber auch in anderer Hichsicht nachteilig: Um die beiden Bündel einander parallel auszurichten, werden häufig Planspiegel verwendet. Auch die Zusammenführung der zueinander parallel ausgerichteten Bündel geschieht häufigIn the known spectrophotometers, it is customary for sample and comparison beams to run parallel to one another and, as already mentioned, place the two cuvettes next to each other in the radiation beam. It was too already mentioned that the cuvettes are arranged in a single and relatively large sample space and therefore require separate brackets. Such an arrangement is also disadvantageous in another respect: In order to align the two bundles parallel to one another, plane mirrors are often used. The merging of the Bundles aligned parallel to each other often happens

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mit Planspiegeln, welche die Bündel in geeigneter Weise umlenken. Darüberhinaus - und jetzt unabhängig von dem Parallellauf der beiden Bündel - werden Planspiegel oft auch im gemeinsamen Strahlengang verwendet, z.B. unmittelbar vor oder hinter dem Monochromator.with plane mirrors that deflect the bundle in a suitable manner. In addition - and now independent of the parallel run of the two bundles - plane mirrors are often used in the same beam path, e.g. immediately in front of or behind the monochromator.

Die Planspiegel dienen also entweder dazu, Probenbündel und Vergleichsbündel zueinander parallel anordnen zu können, oder dazu, den gesamten Strahlengang enger zusammenzurücken. Mitunter sind sie auch erforderlich, um die verschiedenen optischen Gruppen, wie Strahlungsquellenteil, Probenraum, Photometerteil, Monochromator und Empfängerteil, sich nicht räumlich überkreuzen zu lassen. Dagegen haben diese Planspiegel keine für die Funktion des Gerätes wesentliche Aufgabe, wie z.B. Abbildung der Strahlungsquelle auf den Eintrittsspalt oder auf den Empfänger. Es werden also optische Elemente verwendet, die einen gewissen Aufwand erfordern, ohne für die Funktion des Gerätes zwingend notwendig zu sein.The plane mirrors therefore either serve to be able to arrange sample bundles and comparison bundles parallel to one another, or to move the entire beam path closer together. Sometimes they are also required to make the different optical Groups such as the radiation source part, the sample space, the photometer part, the monochromator and the receiver part do not differ spatially to cross over. In contrast, these plane mirrors have no essential task for the function of the device, such as E.g. imaging of the radiation source on the entrance slit or on the receiver. So optical elements are used which require a certain amount of effort without being absolutely necessary for the function of the device.

Bei den bekannten Spektralphotometern ist es weiterhin erforderlich, den Austrittsspalt sehr stark verkleinert auf dem Empfänger abzubilden, da bekanntlich das Signal/Rauschverhältnis umso günstiger wird, je kleiner der Empfänger ist. Eine starke Verkleinerung erfordert besondere Maßnahmen, wie z.B. die Verwendung eines Elipsoidspiegels. Elipsoidspiegel sind beträchtlich teurer als sphärische Spiegel.With the known spectrophotometers it is still necessary to map the exit slit very much reduced on the receiver, since the signal-to-noise ratio is known The smaller the recipient, the cheaper it is. One large reduction requires special measures, such as the use of an ellipsoid mirror. Are ellipsoidal mirrors considerably more expensive than spherical mirrors.

Es ist erforderlich, die Spaltbreite wellenlängenabhängig zu verändern, um einen annähernd konstanten Strahlungsfluß auf den Empfänger einwirken zu lassen. Natürlich kann stattdessen auch z.B. der l&stärkungsgrad wellenlängenabhängig gesteuert werden. Auf jeden Fall aber sind Steuerungs- oder Re-It is necessary to change the slit width as a function of the wavelength in order to have an approximately constant radiation flux to let the recipient act. Of course, the intensity level can also be controlled as a function of the wavelength, for example will. In any case, control or re-

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gelungssysteme nötig, damit das Gerät z.B. während der Registrierung unter annähernd gleichen Energiebedingungen arbeiten kann, weil andernfalls die Anzeige zeitweise ein kriechendes Verhalten (bei zu geringer Energie) oder ein Überschwingen (bei zu hohen Energien) zeigen kann. Die bekannten Eegelungs- und Steuerungssysteme sind recht aufwendig. Außerdem müssen z.B. bei einer Spaltbreitensteiierung die Spaltbacken, die in bekannter Weise in Richtung der Spaltbreite verschoben werden, sehr präzise bewegt werden, da die Spaltbreiten im allgemeinen sehr klein sind. Die erforderliche Präzision liegt dabei in der Größenordnung von einigen um. Es ist einleuchtend, daß eine solche Bewegung sehr aufwendig ist.gel systems are necessary so that the device can be used e.g. during registration can work under approximately the same energy conditions, because otherwise the display will temporarily turn on crawling behavior (if the energy is too low) or an overshoot (if the energy is too high). The known Regulation and control systems are quite complex. In addition, e.g. in the case of a gap width stiffening the gap jaws, which are moved in a known manner in the direction of the gap width, are moved very precisely, since the gap widths are generally very small. The required precision is in the order of magnitude of some around. It is evident that such a movement is very laborious.

Moderne Geräte arbeiten vorzugsweise mit Gittern. Die Vorteile gegenüber Prismengeräten sind bekannt: Höhere Dispersion und damit bei gleicher Auflösung breitere Spalte und also höhere Strahlungsleistung, oder umgekehrt, bei gleicher Strahlungsleistung höhere Auflösung. Außerdem zeigen Gitter eine gleichmäßigaBDispersion als Prismen, was zu einer weniger starken Veränderung der spektralen Spaltbreiten mit der Wellenlänge führt. Modern devices prefer to work with grids. The advantages over prism devices are well known: Higher dispersion and thus wider gaps and thus higher radiant power, or vice versa, with the same resolution same radiation power, higher resolution. In addition, gratings show a uniform dispersion than prisms, what leads to a less pronounced change in the spectral slit widths with the wavelength.

Gitter haben aber gegenüber den Prismen den Nachteil, daß sie verschiedene Ordnungen, also mehrere Wellenlängen zugleich den Austrittsspalt passieren lassen. Es ist also eine Vorzerlegung notwendig, z.B. durch optische Kanten-(bei Arbeiten in der ersten Ordnung) oder Bandfilter (Bei Arbeiten in höheren Ordnungen). Die Filter müssen nacheinander bei bestimmten Wellenlängen in den Strahlengang geschwenkt werden. Die Filter erfordern also einen eigenen Bewegungsmechanismus und ein eigenes Steuersystem. Es istIn comparison with prisms, however, gratings have the disadvantage that they have different orders, that is to say several wavelengths at the same time let the exit gap pass. It is therefore necessary to pre-decompose, e.g. by optical edge (for Working in the first order) or band filter (when working in higher orders). The filters must be one after the other be pivoted into the beam path at certain wavelengths. The filters therefore require their own Movement mechanism and its own control system. It is

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beispielsweise bekannt, die Filter in jeweils eine Halterung zu setzen, welche mit jeweils einem Drehmagneten verbunden sind. Die Drehmagnete werden durch Mikroschalter ein- und ausgeschaltet, die ihrerseits durch Nocken betätigt werden, die sich auf einer mit dem Wellenlängenvorschub verbundenen Scheibe befinden. Diese ganze Vorrichtung ist recht aufwendig.known for example, the filter in a holder to set, which are each connected to a rotary magnet. The rotary magnets are operated by microswitches switched on and off, which in turn are actuated by cams that move on one with the wavelength advance connected disc. This whole device is quite expensive.

Bei bekannten Spektralphotometern sind Eintritts- und Austrittsspalt des Monochromators gleich groß. Ein optimales Verhältnis zwischen Auflösung und Strahlungsfluß läßt sich damit nicht erzielen.In known spectrophotometers there are entry and exit slits of the monochromator is the same size. An optimal one Relationship between resolution and radiation flux can be do not achieve with it.

Es ist einleuchtend, daß die recht großen, beweglichen Bauelemente (Gitterbewegung, Meßblendenbewegung, Schreiberantrieb) stabile und damit große Übertragungsglieder und starke Antriebsmotore erfordern. Auch die erforderliche elektrische Energie kann nur mit relativ großen und schweren Bauelementen (z.B. Transformatoren) zur Verfügung gestellt werden. Die bekannten Geräte sind deshalb notwendigerweise recht groß und schwer.It is obvious that the rather large, movable components (Grid movement, measuring diaphragm movement, recorder drive) stable and therefore large transmission links and strong ones Require drive motors. The required electrical energy can only be achieved with relatively large and heavy components (e.g. transformers) are made available. The known devices are therefore necessarily quite large and difficult.

Mitunter könnte es auch als Nachteil empfunden werden, daß die Geräte von einer äußeren Energieversorgung (Netzanschluß) abhängig sind, obwohl dieser Nachteil bei den größeren Geräten, die im allgemeinen fest aufgebaut und installiert sind, kaum ins Gewicht fällt.Sometimes it could also be perceived as a disadvantage that the devices are powered by an external power supply (mains connection). are dependent, although this disadvantage in the larger devices, which are generally fixed and installed, hardly matters.

Das Zweistrahl-Spektralphotometer nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß es als tragbares Gerät (-£ 20 kg) von relativ kleinen Abmessungen (Volumen < 30 1) ausgebildet ist, wobei die Verminderung des Lichtleitwertes und damit desThe two-beam spectrophotometer according to the invention is characterized in that it is designed as a portable device (- £ 20 kg) of relatively small dimensions (volume < 30 1), the reduction in the light conductance and thus the

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Signal-zu-Rausch-Verhältnisses, welche sich durch eine Verkleinerung der Abmessungen und Abstände im Gerät gegenüber handelsüblichen kommerziellen Geräten ergibt, durch eine Vergrößerung des öffnungswinkels (V f /BH < 5»8) und/oder mindestens eines der beiden (vertikalen und horizontalen) Gesichtsfeldwinkel (f/h<18, spektrale Auflösung > 1 cm bei einer Wellenzahl von 1000 ) wenigstens teilweise kompensiert wird, wobei "f" die Kollimatorbrennweite, "B" und "H" Breite.und Höhe des Strahlungsbündels am Gitter und "h" die Spalthöhe ist. Die kleinen Abmessungen bringen verschiedene Vorteile mit sich: Das Gerät wird handlich und kann, da allein schon durch die Kleinheit ein geringes Gewicht erzielt wird, leicht und tragbar sein. Da für fast alle Bauteile weniger Material verwendet wird, ergibt sich eine Verbilligung. Auch die Herstellung ist in vielen Fällen billiger. Beispielsweise können sehr viele kleine Spiegel in einem Arbeitsgang verspiegelt werden, während große Spiegel nur jeweils in geringen Stückzahlen zugleich verspiegelt werden können oder gar einzeln verspiegelt werden müssen. Viele Bauteile können mit geringerem Aufwand im Vergleich zu ihrer Größe sehr kräftig und robust gestaltet werden. Kleine Bauteile können mitunter in ihrem konstruktiven Aufbau sehr einfach sein. Ein Beispiel: Ein kleiner Spiegelhalter kann im wesentlichen aus einem kräftigen Winkelblech bestehen, während ein größerer Spiegelhalter z.B. als Gußstück mit Verstärkungsrippen ausgeführt werden muß.Signal-to-noise ratio, which s in the device as compared with normal commercial equipment by reducing the dimensions and spacing erg ibt, by enlarging the aperture angle (V f / BH <5 »8) and / or at least one of the two ( vertical and horizontal) field of view angle (f / h <18, spectral resolution> 1 cm with a wave number of 1000) is at least partially compensated, with "f" the collimator focal length, "B" and "H" width and height of the radiation beam at the grating and "h" is the gap height. The small dimensions have various advantages: The device is easy to handle and can be light and portable, since the small size alone makes it light. Since less material is used for almost all components, the price is reduced. Production is also cheaper in many cases. For example, a large number of small mirrors can be mirrored in one operation, while large mirrors can only be mirrored in small numbers at the same time or even have to be mirrored individually. Many components can be made very strong and robust with less effort compared to their size. Small components can sometimes be very simple in their construction. An example: A small mirror holder can essentially consist of a sturdy angle plate, while a larger mirror holder has to be made, for example, as a cast piece with reinforcing ribs.

Es erscheint trivial, ein Zweistrahl-Spektralphotometer der bekannten Bauart sehr klein zu bauen. Da jedoch die maßstäbliche Verkleinerung eines Spektralphotometers sich in starkem Maße negativ auf die Spezifiktationen auswirkt, ist ein kleines Gerät gerade für einen Fachmann nicht naheliegend, sondern wird im Gegenteil bei der Konzeption eines neuen Ge-It seems trivial to build a two-beam spectrophotometer of the known type very small. However, since the scaled Downsizing a spectrophotometer has a major negative impact on the specifications a small device is not obvious, especially for a specialist, but, on the contrary, is used when designing a new

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rates von vornherein ausgeschlossen. Der Erfindungsgedanke wird erst sinnvoll, wenn Maßnahmen getroffen werden, welche die negativen Auswirkungen auf die Spezifikation mildern. Dadurch können die Spezifikationsreduzierungen in solchen Grenzen gehalten werden, daß ein für viele Zwecke noch "brauchbares Gerät entsteht. Es "besteht eine Wechselwirkung zwischen den erwähnten Maßnahmen, der Kleinheit des Gerätes, dem Gerätepreis und der Reduzierung der Gerätespezifikationen: Das kleine Gerät führt zunächst zwar zu einem niedrigen Preis, aber zu reduzierten Spezifikationen, derart, daß entweder die Spezifikationen völlig ungenügend sind oder aber die Preisreduzierungen so gering sind, daß sie die Spezifikationßverluste nicht ausgleichen. Die erwähnten Maßnahmen verbessern die Spezifikationen, verkleinern das Gerät noch weiter und führen zum Teil auch zu einer weiteren Verbilligung. Auf diese Weise ist es erstmals möglich, ein kleines und billiges Gerät mit brauchbaren Spezifikationen zu schaffen, weil man mittels der erwähnten Maßnahmen einen brauchbaren Kompromiß finden kann zwischen Geräteabmessungen, Preis und Spezifikationen.rates excluded from the start. The idea of the invention only makes sense if measures are taken to mitigate the negative effects on the specification. As a result, the specification reductions can be kept within such limits that a for many purposes still "A useful device is created. There is an interaction." between the measures mentioned, the small size of the device, the device price and the reduction in device specifications: The small device initially leads to a low price, but to reduced specifications, such that either the Specifications are completely inadequate or the price reductions are so small that they represent a loss of specification not equalize. The measures mentioned improve the specifications, downsize the device even further and lead partly also to a further reduction in price. In this way it is possible for the first time to have a small and cheap device to create with usable specifications, because one can find a usable compromise by means of the measures mentioned can choose between device dimensions, price and specifications.

Es ist einleuchtend, daß die Verwendung leichten Materials zu einer weiteren Gewichtsreduzierung des Gerätes führt. Wegen der kleinen Abmessungen können selbst dort leichte Werkstoffe verwendet werden, wo das bei großen Geräten aus Stabilitätsgründen nicht möglich ist.It is evident that the use of light material leads to a further weight reduction of the device. Because of the small dimensions, lightweight materials can even be used there used where this is not possible with large devices for reasons of stability.

Auch die Verwendung leichter Werkstoffe erscheint trivial, ist aber zunächst nicht naheliegend, da bei den bekannten Spektralphotometern z.B. aus Stabilitätsgründen vielfach schwerere Werkstoffe verwendet werden müssen. Erst die erfindungsgemäßen kleinen Abmessungen erlauben die Verwendung leichterer Werkstoffe, die bei großen Bauteilen nicht stabil genug wären.The use of light materials also appears trivial, but is initially not obvious, as it is with the known spectrophotometers For reasons of stability, for example, heavier materials often have to be used. Only the invention Small dimensions allow the use of lighter materials that would not be stable enough for large components.

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Ein Spektralphotometer kann dadurch klein gehalten werden, daß man ein Spektrometer bekannter Bauart und Größe in seinem Aufbau und in seinen wesentlichen Bauteilen einfach maßstabgetreu verkleinert. Es ist bekannt, daß damit auch der Lichtleitwert verkleinert wird, und zwar im Quadrat des Verkleinerungsverhältnisses. Proportional zum Lichtleitwert verkleinert sich auch das Signal/Rauschverhältnis, welches unter anderem ein Maß für die Leistungsfähigkeit des Gerätes darstellt. Wegen dieses Zusammenhanges hat offensichtlich in der Fachwelt ein technisches Vorurteil bestanden, dahingehend, daß ein solches Gerät keine brauchbaren Spektren liefern würde.A spectrophotometer can be kept small by having a spectrometer of known make and size in its Structure and its essential components simply scaled down. It is known that the light guide value is reduced by the square of the reduction ratio. Reduced proportionally to the light guide value the signal-to-noise ratio, which is a measure of the performance of the device, among other things. Because this connection has obviously existed in the professional world, a technical prejudice to the effect that such Device would not provide usable spectra.

Der Lichtleitwert läßt sich bei sonst gegebenen Abmessungen, insbesondere bei gegebenen Brennweiten und Spiegelabständen, dadurch erhöhen, daß man die öffnungswinkel oder/und die Gesichtsfeldwinkel vergrößert. Diese Zusammenhänge sind an sich bekannt. Es ist jedoch bei großen Geräten nicht erforderlich, mitunter sogar nicht erwünscht, die öffnungswinkel und Gesichtsfeldwinkel bis zur praktisch möglichen Grenze zu vergrößern, weil damit auch teuere Bauteile, wie z.B. Gitter und asphärische Spiegel vergrößert werden müssen. Es ist leichter, einfach den ganzen optischen Aufbau, insbesondere die Spiegelabstände zu vergrößern, wodurch man z.B. bei gleicher Auflösung breitere Spalte und damit einen größeren Lichtleitwert erhält.The light conductance can be calculated with dimensions otherwise given, in particular with given focal lengths and mirror distances, by increasing the opening angle and / or the field of view angle enlarged. These relationships are known per se. However, it is not necessary for large devices sometimes even undesirable, the opening angle and field of view angle up to the practically possible limit, because it also means expensive components, such as grids and aspherical ones Mirrors need to be enlarged. It's easier to just do the whole optical setup, especially the mirror spacing to enlarge, whereby, for example, one obtains wider gaps and thus a higher light guide value with the same resolution.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß sich bei kleinen Spektrometern durch Vergrößerung der öffnungswinkel und/oder Gesichtsfeldwinkel ein ganz erheblicher Gewinn an Leistungsfähigkeit erzielen läßt, ohne daß Bauelemente wie das Gitter übermäßig teuer werden. Die Kosten für ein Gitter können dann immer noch einen sehr kleinen Bruchteil der Kosten für ein Gitter eines Spektralphotometers der bekannten Größe betragen.In contrast, the invention is based on the knowledge that in the case of small spectrometers, increasing the opening angle and / or field of view angle can achieve a very significant gain in performance without the need for components such as the grid will become excessively expensive. The cost of a grid can then still be a very small fraction of the cost for a grating of a spectrophotometer of the known size.

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Die bekannten Spektralphotometer sind sehr teuer. Man erwartet daher von solchen Geräten eine hohe Leistungsfähigkeit, z.B. hinsichtlich der spektralen Auflösung, und zwar auch dann, wenn für die überwiegende Anzahl der Meßprobleme eine geringere Auflösung ausreicht. Der Erfindung liegt demgegenüber die weitere Erkenntnis zugrunde, daß ein geringer Verzicht an Auflösung, der die Einsatzfähigkeit des Gerätes für die meisten Meßprobleme nicht einschränkt, mit einem ganz beträchtlichen Gewinn an Lichtleitwert verbunden ist.The known spectrophotometers are very expensive. Such devices are therefore expected to have a high level of performance, e.g. with regard to the spectral resolution, even if for the majority of measurement problems a lower resolution is sufficient. The invention is based on the further knowledge that a small Waiver of resolution, which does not limit the usability of the device for most measurement problems, with one quite a considerable gain in light conductance is connected.

Bei den bekannten Spektralphotometern haben die öffnungswinkel und der vertikale Gesichtsfeldwinkel (Spalthöhe) gewisse Größen. Eine weitere Vergrößerung führt nicht nur - wie bereits erwähnt - zu einer Vergrößerung der teuren Bauteile, wie z.B. Gitter, sondern auch zu einer größeren Unscharfe der Abbildung, da die Abbildungsfehler zunehmen. Die zulässige Unscharfe richtet sich nach der Auflösung, d.h. nach der Spaltbreite. Da die bekannten Spektralphotometer eine hohe Auflösung zeigen, sind dort auch die genannten Winkel begrenzt.In the known spectrophotometers, the aperture angles and the vertical field of view angle (gap height) certain sizes. A further enlargement not only leads - as already mentioned - to an enlargement of the expensive components, such as grids, but also to a greater degree of blurring of the image, since the aberrations increase. The permissible uncertainty depends on the resolution, i.e. on the Gap width. Since the known spectrophotometers show a high resolution, the angles mentioned are also limited there.

Es ist zwar bekannt, bei einem Spektralphotometer verschiedene Spaltbreiten, z.B. in Form umschaltbarer Spaltprogramme, einzustellen; dabei bleiben jedoch die genannten Winkel konstant, die sich nach der kleinsten Spaltbreite richten. Der Strahlungsfluß ändert sich dann in bekannter Weise proportional zum Quadrat der Spaltbreite.It is known to use different spectrophotometers Set gap widths, e.g. in the form of switchable gap programs; however, the angles mentioned, which are based on the smallest gap width, remain constant. The radiation flux then changes proportionally to the square in a known manner the gap width.

Demgegenüber liegt dem Erfindungsmerkmal der Winkelvergrößerung die Erkenntnis zugrunde, daß bei optimaler Ausnutzung aller optischer Daten ein Gewinn an Lichtleitwert (oder Strahlungsfluß) erzielt werden kann, der in beträchtlich stärkerem Maße als mit dem Quadrat der Spaltbreite wächst. Baut man näm-In contrast, the feature of the invention of the angle enlargement is based on the knowledge that with optimal utilization of all optical data, a gain in light conductance value (or radiation flux) can be achieved which is considerably greater Dimensions than grows with the square of the gap width. Do you build

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lieh ein kleines, einfaches Spektralphotometer, das nicht nur wahlweise eine geringere Auflösung einzustellen gestattet, sondern das von vornherein auf eine etwas reduzierte Auflösung ausgelegt ist, dann kann man die öffnungswinkel und den vertikalen Gesichtsfeldwinkel gegenüber den gebräuchlichen Werten vergrößern, weil man die Unscharfe den breiteren Spalten anpassen kann.borrowed a small, simple spectrophotometer that didn't it is only possible to optionally set a lower resolution, but rather that from the outset to a somewhat reduced one Resolution is designed, then you can see the opening angle and the vertical angle of view compared to the usual Increase values because you can adjust the blurring to the wider columns.

Es liegt hier also wieder eine Wechselwirkung zwischen verschiedenen erfindungsgemäßen Merkmalen vor: Das Gerät wird verkleinert. Dadurch sinkt der Lichtleitwert. Die Spaltbreite wird etwas vergrößert, wodurch die Auflösung etwas absinkt, aber der Lichtleitwert wieder angehoben wird. Infolge der breiteren Spalte werden die Anforderungen an die Abbildungsschärfe geringer. Die Spalthöhe und die öffnungswinkel können vergrößert werden. Dadurch wird der Lichtleitwert abermals vergrößert.So here again there is an interaction between different ones features according to the invention: The device is scaled down. This reduces the light guide value. The gap width is increased slightly, which decreases the resolution a bit, but the light guide value is increased again. As a result of the wider column, the requirements for image sharpness are increased less. The gap height and the opening angle can be increased. This is the light guide value enlarged again.

Die weiter unten aufgeführten Zahlenbeispiel werden zeigen, in welch starkem und selbst für einen Fachmann überraschendem Ausmaß die Spektralphotometer der bekannten Bauart und Größe unter Berücksichtigung der obigen Zusammenhänge verkleinert werden können, und zwar bei nur geringfügiger Reduzierung der Leistungsfähigkeit.The numerical examples given below will show in what strong and surprising even for a person skilled in the art The extent of the spectrophotometer of the known type and size has been reduced, taking into account the above relationships with only a slight reduction in performance.

Zunächst sollen jedoch der Lichtleitwert und der Einfluß des öffnungswinkels und des Gesichtsfeldwinkels auf den Lichtleitwert näher erläutert werden.First, however, the light guide value and the influence of the aperture angle and the field of view angle on the light guide value are explained in more detail.

Der Lichtleitwert ist eine Größe, die Lichtstrom und Leuchtdichte in der Photometrie verknüpft. Befindet sich vor einer ersten Blende der Fläche f. (Aperturblende des optischen Sys-The light conductance value is a quantity that links luminous flux and luminance in photometry. Located in front of a first diaphragm of the surface f. (aperture diaphragm of the optical system

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tems) eine Fläche der Leuchtdichte B, dann ist der Lichtstrom durch eine zweite Blende (Gesichtsfeldblende) der Fläche fp, die sich in einem gegenüber dem Blendendurchmesser genügend großen Abstand a von der ersten Blende befindet, tems) is an area of luminance B, then the luminous flux through a second diaphragm (field of view diaphragm) of the area fp, which is opposite to the diaphragm diameter there is a sufficiently large distance a from the first diaphragm,

ca f1 * f2 . B Setzt man in Analogie zu dem ohmschen Gesetz den Lichtstrom ca f 1 * f 2 . B If one sets the luminous flux in analogy to Ohm's law

gleich einem elektrischen Strom und die Leuchtdichte gleich einer elektrischen Spannung, dann entspricht der Ausdruckequals an electric current and the luminance equals an electric voltage, then the expression corresponds

f1 f 1

a2 a 2

einem Leitwert, also einem reziproken Widerstand. Bei einer maßstäblichen Verkleinerung eines Gerätes, z.B. um den Faktor 1/2, verringern sich die beiden Flächen f,- und f^ auf jeweils 1/4, ebenso das Abstandsquadrat. Der Leitwert und damit der Lichtstrom wird daher auf 1/4 vermindert, und das gleiche gilt für das Signal-zu-Eausch-Verhältnis. Das Signal-zu-Rausch-Verhältnis läßt sich aber durch verschiedene Maßnahmen wieder anheben. Es können nämlich einmal die öffnungswinkel vergrössert werden und zum anderen die Gesichtsfeldwinkel, d.h. Spaltbreite und Spalthöhe im Verhältnis zu den Brennweiten. Das läuft praktisch auf eine Veränderung von f^. und f~ in der obigen Beziehung hinaus. Die Möglichkeiten der beiden Maßnahmen sind zwar begrenzt durch die Forderungen hinsichtlich Abbildungsschärfe, spektraler Auflösung, Empfängergröße und öffnungswinkel am Empfänger. Eine Verbreiterung der Spalte verringert beispielsweise die spektrale Auflösung. Beide Maßnahmen sind aber sehr wirksam. Der Lichtleitwert ist proportionala conductance, i.e. a reciprocal resistance. If a device is scaled down, e.g. by the factor 1/2, the two areas f, - and f ^ decrease to each 1/4, as well as the square of the distance. The conductance and thus the luminous flux is therefore reduced to 1/4, and the same applies to the signal-to-noise ratio. The signal-to-noise ratio but can be raised again by various measures. Namely, the opening angle can be increased once and on the other hand the angle of the field of view, i.e. slit width and slit height in relation to the focal lengths. That practically runs on a change of f ^. and f ~ in the above Relationship beyond. The possibilities of the two measures are limited by the requirements regarding image sharpness, spectral resolution, receiver size and aperture angle on the receiver. A widening of the column decreases for example the spectral resolution. However, both measures are very effective. The light guide value is proportional

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zum öffnungswinkel im Vertikalschnitt, zum öffnungswinkel im Horizontalschnitt und zum Gesichtsfeldwinkel im Vertikalschnitt (Spalthöhe). Er ist weiterhin proportional zum Quadrat des Gesichtsfeldwinkels im Horizontalschnitt (Spalfbreite). Die Spaltfbreite geht quadratisch ein, weil mit einer Vergrößerung der Spalfbreite gleichzeitig eine Vergrößerung des ausgenutzten Spektralbereiches verbunden ist. Allerdings ist mit der Vergrößerung der Spalfbreite aus eben diesem Grunde eine Verminderung der Auflösung, d.h. eine Vergrößerung der spektralen Spalfbreite proportional zum Gesichtsfeldwinkel im Horizontalschnitt verbunden.to the opening angle in the vertical section, to the opening angle in horizontal section and to the field of view angle in vertical section (gap height). It is still proportional to the square of the field of view angle in horizontal section (slit width). The gap width goes in as a square, because with one An increase in the width of the gap is associated with an increase in the spectral range used. However With the enlargement of the slit width, for precisely this reason, there is a reduction in the resolution, i.e. an increase the spectral width proportional to the angle of the field of view in the horizontal section.

Um die Möglichkeiten quantitativ abschätzen zu können, seien folgende Zahlenbeispiele genannt:In order to be able to estimate the possibilities quantitatively, the following numerical examples are given:

1. Die Spiegelabstände werden auf die Hälfte verkleinert. Alle öffnungswinkel und Gesichtsfeldwinkel werden um 20% vergrößert. Die spektrale Spaltbreite nimmt um 20% zu. Der Lichtstrom und damit das Signal-zu-Rausch-Verhältnis nimmt um 40% ab, d.h. es fällt auf 60%.1. The mirror distances are reduced by half. All opening angles and field angles are enlarged by 20%. The spectral slit width increases by 20%. The luminous flux and thus the signal-to-noise ratio decreases 40%, i.e. it drops to 60%.

2. Die Spiegelabstände werden auf die Hälfte verkleinert. Die beiden öffnungswinkel und der vertikale Gesichtsfeldwinkel bleibt erhalten. Die spektrale Spaltbreite nimmt um den Faktor 2 zu. Der Strahlungsfluß bleibt erhalten.2. The mirror distances are reduced by half. The two opening angles and the vertical field of view angle is retained. The spectral slit width increases by a factor of 2 to. The radiation flux is retained.

3. Die Spiegelabstände werden auf 1/4 verkleinert. Die beiden öffnungswinkel und der vertikale Gesichtsfeldwinkel werden um 20% vergrößert, die spektrale Spaltbreite nimmt um den Faktor 2 zu. Der Strahlungsfluß nimmt um 58% ab, d.h. fällt auf 42 % ab.3. The mirror distances are reduced to 1/4. The two opening angles and the vertical field of view angle are enlarged by 20%, the spectral slit width increases by a factor of 2. The radiation flux decreases by 58%, i.e. falls to 42%.

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4. Die Spiegelabstände werden auf 1/4 verkleinert. Die beiden öffnungswinkel und der vertikale Gesichtsfeldwinkel bleiben erhalten. Die spektrale Spaltbreite nimmt um den Paktor 3 zu. Der Strahlungsfluß wird um 44% reduziert, d.h. fällt auf 56% ab. 4. The mirror distances are reduced to 1/4. The two opening angles and the vertical field of view angle remain. The spectral slit width increases by the factor 3. The radiation flux is reduced by 44%, i.e. drops to 56%.

5. Die Spiegelabstände werden auf 1/4 verkleinert. Die beiden öffnungswinkel und der vertikale Gesichtsfeldwinkel bleiben erhalten. Die spektrale Spaltbreite nimmt um den Paktor 4 zu. Der Strahlungsfluß bleibt erhalten.5. The mirror distances are reduced to 1/4. The two opening angles and the vertical field of view angle remain. The spectral slit width increases by a factor of 4. The radiation flux remains.

Diese Zahlenbeispiele zeigen, daß man bei einer Verkleinerung der Spiegelabstände auf die Hälfte oder gar auf 1/4 durchaus noch vernünftige Spezifikationen für das Gerät erhält. Insbesondere über die spektrale Spaltbreite läßt sich der Verlust an Strahlungsfluß wirkungsvoll kompensieren oder zumindest klein halten. Wenn keine Gasspektren, sondern nur Flüssigkeitsspektren aufgenommen werden sollen und außerdem keine Präzisionsmessungen, sondern nur Übersichtsmessungen verlangt werden, ist eine Vergrößerung der spektralen Spaltbreite um einen Paktor 2, 3 oder auch 4 durchaus tragbar.These numerical examples show that if the mirror spacing is reduced to half or even to 1/4 still receives reasonable specifications for the device. In particular about the spectral slit width effectively compensate for the loss of radiation flux or at least keep it small. If no gas spectra but only liquid spectra are to be recorded and, in addition, no precision measurements, but only overview measurements are required, is an increase in the Spectral slit width around a factor of 2, 3 or 4 is quite acceptable.

Bei einem bekannten kommerziellen Gerät nimmt das optische System eine Fläche von etwa 50cm χ 35 cm ein. Bei einer Halbierung der Linearabmessung kommt man auf etwa 25 cm χ 18 cm, bei einer nochmaligen Halbierung auf etwa 12 cm χ 9 cm. Wenn auch eine Reduzierung der geometrischen Abmessungen der elektrischen und elektronischen Bauelemente und der mechanischen Teile nicht ganz in dem gleichen VerhältnisIn a known commercial device, the optical system occupies an area of about 50 cm 35 cm. At a Halving the linear dimension comes to about 25 cm χ 18 cm, if halved again to about 12 cm χ 9 cm. Albeit a reduction in the geometric dimensions the electrical and electronic components and the mechanical parts are not quite in the same proportion

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erreichbar ist wie bei dem optischen System, so erscheint doch eine Reduzierung der Geräteabmessungen auf etwa 20 cm χ 15 cm mit einer Höhe von 10 cm bis 12 cm durchaus möglich. Es läßt sich auf diese Weise ein tragbares, handliches Gerät herstellen, ohne daß die optischen Eigenschaften des Gerätes unzulässig verschlechtert würden.is achievable as with the optical system, it appears However, a reduction of the device dimensions to about 20 cm χ 15 cm with a height of 10 cm to 12 cm is quite possible. In this way, a portable, handy device can be produced without the optical properties of the device being impaired would be inadmissibly deteriorated.

Die Verkleinerung des Gerätes unter weitgehender Aufrechterhaltung der optischen Eigenschaften kann durch konstruktive Maßnahmen hinsichtlich des optischen Systems erheblich erleichtert werden.The downsizing of the device while largely maintaining it the optical properties can be significantly increased by constructive measures with regard to the optical system be relieved.

Diese konstruktiven Maßnahmen können - einzeln oder in Kombination oder in Teilkombination - in folgendem bestehen:These constructive measures can - individually or in combination or in partial combination - consist of the following:

a) Durch das optische System des Gerätes erfolgt eine Abbildung der Strahlungsquelle nacheinander nur auf dem Monochromator-Exntritts spalt, dem Monochromator-Austrittsspalt und dem Strahlungsempfänger unter Vermeidung weiterer Zwischenabbildungen. a) The optical system of the device is used to image the radiation source one after the other only on the monochromator exit slit, the monochromator exit slit and the radiation receiver while avoiding further intermediate images.

b) Jedes optische Element des optischen Systems erfüllt entweder die Funktion einer reellen Abbildung, oder der Dispersion oder der Überlagerung der Strahlengänge.b) Every optical element of the optical system either fulfills the function of a real image, or the dispersion or the superposition of the beam paths.

c) In dem optischen System erfolgen sämtliche Abbildungen durch sphärische Spiegel.c) All images in the optical system are made by spherical mirrors.

d) Die Strahlengänge von Meß- und Vergleichsstrahlenbündel sind geometrisch-optisch kongruent, und es wird nur ein einziger rotierender Sektorspiegel (zur Bündelzusammenführung) verwendet.d) The beam paths of the measuring and comparison beams are geometrically and optically congruent, and there is only a single rotating sector mirror (for bundling) used.

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e) Zwei nach entgegengesetzten Richtungen von der Strahlungsquelle ausgehende Lichtbündele) Two light beams emanating from the radiation source in opposite directions

. werden durch zwei symmetrisch zu einer die Lichtquelle und einen umlaufenden Sektorspiegel enthaltenden Ebene angeordnete Hohlspiegel einmal direkt und einmal nach Reflexion an dem Sektorspiegel auf dem Monochromator-Eintrittsspalt gesammelt.. are symmetrical to one, the light source and a circumferential sector mirror containing plane arranged concave mirror once directly and once after reflection at the sector mirror on the monochromator entrance slit collected.

f) Der Monochromator ist ein Gittermonochromator in Czerny-Turner- oder Ebert-Anordnung, jedoch vorzugsweise in Ebert-Anordnung.f) The monochromator is a grating monochromator in Czerny-Turner or Ebert arrangement, however preferably in an Ebert arrangement.

g) Der Austrittsspalt des Monochromators wird durch einen sphärischen Hohlspiegel auf einem Strahlungsempfänger, z.B. ein Thermoelement, abgebildet.g) The exit slit of the monochromator is opened by a spherical concave mirror a radiation receiver, e.g. a thermocouple.

h) Eine Proben- und eine Vergleichsprobenküvette sind in Durchstrahlungsrichtung hintereinander symmetrisch zu der dazwischen vorgesehenen Strahlungsquelle in den Strahlengängen der beiden Lichtbündel angeordnet.h) A sample cell and a comparison sample cell are one behind the other in the direction of irradiation symmetrical to the radiation source provided in between in the beam paths of the two Arranged light bundle.

i) Für Proben—und Vergleichsproben sind gesonderte Probenräume vorgesehen, die in ihren Abmessungen im wesentlichen denen der Probenküvette und der Vergleichsprobenküvette entsprechen, so daß die Küvetten darin formschlüssig gehalten werden.i) For samples and comparison samples are separate Sample spaces are provided, the dimensions of which are essentially those of the sample cuvette and the Comparative sample cuvette correspond so that the cuvettes are held in it with a positive fit.

j) Proben- und Vergleichsprobenküvette sind von oben in die Probenräume einsetzbar.j) Sample and comparison sample cells are from above can be used in the rehearsal rooms.

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k) Die Probenräume weisen im Bereich der Einsetzöffnungen trichterartige Erweiterungen auf, die das Einsetzen der Küvetten erleichtern.k) The sample chambers have funnel-like expansions in the area of the insertion openings, which make it easier to insert the cuvette.

1) ^intritts- und Austrittsspalt des Ebert- oder Czerny-Turner-Monochromators werden von diametral einander gegenüberliegenden Abschnitten kreisbogenförmiger Spalte in einem Spaltrad gebildet. Das Spaltrad ist Wellenlängen- bzw. wellenzahlsynchron verdrehbar. Die Spaltbreite ändert sich nach Maßgabe des geforderten Spaltprogramms längs der kreisbogenförmigen Spalte.1) ^ i n tritts- and exit slit of the Ebert or Czerny-Turner monochromator are formed by diametrically opposed portions of circular-arc column in a Spaltrad. The split wheel can be rotated synchronously with the wavelength or the number of waves. The gap width changes according to the required gap program along the arc-shaped gap.

m) Optische Vorzerlegungsfilter für die Unterdrückung unerwünschter Ordnungen sind fest mit dem Spaltrad verbunden und gelangen bei der wellenzahlsynchronen Verdrehung des Spaltrades nacheinander in den Strahlengang.m) Optical pre-decomposition filters for suppression unwanted orders are firmly connected to the split wheel and occur when the split wheel rotates synchronously with the number of shafts one after the other in the beam path.

n) An dem Sektorspiegel sind axial versetzt radiale Sektorblenden vorgesehen, die beiderseits der Strahlungsquelle in die Strahlengänge der beiden Lichtbündel eintauchen und diese mit einer die meßtechnische Eliminierung der Probeneigenstrahlungbewirkenden Frequenz und Phasenlage in bezug auf den Sektorspiegel unterbrechen.n) On the sector mirror, radial sector diaphragms are axially offset and provided on both sides of the radiation source immerse in the beam paths of the two light bundles and these with a frequency and phase position which cause the elimination of the sample's own radiation by measurement interrupt in relation to the sector mirror.

o) Das Gerät wird mittels einer Batterie betrieben.o) The device is operated by a battery.

p) Das Gerät enthält einen Federmotor, der den Wellenzahl antrieb des Spektrometers (Drehung des Gitters, Spaltbreitensteuerung und Abszissenvorschub des Schreibers) bewirkt. Vorzugsweisep) The device contains a spring motor that drove the wave number of the spectrometer (rotation of the Grid, gap width control and abscissa feed of the recorder). Preferably

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erfolgt das Spannen des Federmotors dadurch, daß nach einer vorhergehenden Registrierung der Schreiber von Hand von der Endwellenzahl auf die Anfangswellenzahl zurückgestellt wird. Schreiber, Gitter und Spaltbreitensteuerung sind mechanisch miteinander gekoppelt.the tensioning of the spring motor takes place in that after a previous registration the recorder is manually reset from the ending wave number to the starting wave number. Recorder, grille and gap width control are mechanically coupled to one another.

q) Die Strahlungsquelle ist durch eine Flamme beheizt.q) The radiation source is heated by a flame.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden somit lediglich die für die Funktion des Gerätes unbedingt notwendigen Lichtquellenbilder erzeugt, also auf den Monochromator-Eintrittsspalt, auf dem Monochromator-Austrittsspalt und auf dem Empfänger. Alle weiteren Zwischenabbildungen, insbesondere auch in der Küvette, entfallen. Dadurch werden über eine maßstabgetreue Verkleinerung eines Spektrometers gekannter Größe hinaus noch folgende weitere Vorteile erzielt:In a further embodiment of the invention, only those that are absolutely necessary for the function of the device are therefore used Light source images generated, i.e. on the monochromator entrance slit, on the monochromator exit slit and on the receiver. All other intermediate images, in particular also in the cuvette, are omitted. As a result, a true-to-scale reduction of a spectrometer is known In addition to its size, the following advantages are achieved:

Der Platzbedarf für den optischen Aufbau wird noch weiter verringert, weil die für die nicht zwingend notwendigen Zwischenabbildungen erforderlichen zusätzlichen Strahlungsbündel, die natürlich einen gewissen zusätzlichen Raum beanspruchen, entfallen. Auch die dafür erforderlichen optischen Abbildungselemente entfallen, was nicht nur zu einer materiel- lea. Kosteneinsparung führt, sondern auch eine Vereinfachung der optischen Justierung mit sich bringt, deren Arbeitsaufwand annähernd der Anzahl der optischen Elemente proportional ist. Unvermeidliche Unvollkommenheiten in der Justierung wirken sich um so weniger aus, je weniger optische Elemente zu justieren sind. Außerdem wird die gesamte optische Weglänge zwischen Strahlungsquelle und Empfänger durch den Fortfall der für die zusätzlichen Zwischenabbildungen erforder-The space requirement for the optical structure is further reduced because the additional radiation bundles which are not absolutely necessary and which of course take up a certain additional space, are not required for the intermediate images. The optical imaging elements required for this are also omitted, which not only results in a material . This leads to cost savings, but also simplifies the optical adjustment, the workload of which is approximately proportional to the number of optical elements. Inevitable imperfections in the adjustment have less of an effect, the fewer optical elements need to be adjusted. In addition, the entire optical path length between the radiation source and the receiver is no longer required for the additional intermediate images.

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lichen Bündel noch weiter reduziert, was zu einer starken Reduzierung der ungünstigen Auswirkungen atmosphärischer Absorptionen (Energieschwankungen, Inkompensation) führt.lich bundle is further reduced, resulting in a large reduction in the adverse effects of the atmospheric Absorption (energy fluctuations, incompensation) leads.

Die kleinen Bündelquerschnitte erlauben es, auf eine Zwischenabbildung der Lichtquelle in der Küvette zu verzichten und die Küvette z.B. in die Nähe einer Pupille zu setsen. Trotzdem muß die Küvette nicht größer sein als bei den bekannten Geräten oder kann sogar kleiner sein. Die relativ starke Probenerwärmung bei Abbildung der Lichtquelle auf die Küvette wird bei Verzicht auf eine solche Abbildung vermieden. Es liegt hier wieder eine Kette von.günstigen Einflüssen vor, die bei einer normalen Verkleinerung nicht vorhanden wäre: Die kleineren Strahlungsbündel lassen es zu, die übliche Zwischenabbildung der Lichtquelle auf die Küvette zu eliminieren, dadurch wird die Probenerwärmung reduziert und der optische Aufbau wird in seinen gesamten Abmessungen noch kleiner und das Gerät noch billiger; falls die kleinen Geräteabmessungen in ihrer Größe vorgegeben sind, kann man die Spiegelabstände, Brennweiten usw. gegenüber einer maßstabgetreuen Verkleinerung wieder etwas vergrössern und damit die Spezifikationen wieder etwas verbessern.The small bundle cross-sections allow an intermediate image dispense with the light source in the cuvette and place the cuvette e.g. near a pupil. Nevertheless, the cuvette does not have to be larger than in the known devices or can even be smaller. The relative excessive heating of the sample when the light source is imaged on the cuvette is avoided if such an image is not used. Here again there is a chain of favorable influences that do not exist with a normal reduction in size would be: The smaller bundles of radiation allow the usual intermediate image of the light source on the cuvette to eliminate, thereby the sample heating is reduced and the optical structure is in its entire dimensions even smaller and the device even cheaper; if the small device dimensions are given in terms of their size, you can increase the distance between the mirrors, focal lengths, etc. compared to a true-to-scale reduction and thus improve the specifications again a bit.

Die Einflüsse der Erfindungsgedanken sind wechselseitig. Weder die maßstabgetreue Verkleinerung noch der Verzicht auf Zwischenabbildung in der Küvette sind jeweils für sich allein sinn voll, weil in einem Fall keine dem Preis entsprechende Leistung und bei brauchbarer Leistung keine drastische Reduzierung der Geräteabmessungen erzielt werden können und im anderen Fall die Küvetten übermäßig groß sein müssen.The influences of the inventive ideas are reciprocal. Neither the true-to-scale reduction nor the omission of intermediate images in the cuvette are each separate only makes sense because in one case there is none corresponding to the price Performance and with usable performance no drastic reduction of the device dimensions can be achieved and in the other case the cuvettes must be excessively large.

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Der optische Aufbau der bekannten Geräte enthält nicht nur über die unbedingt notwendigen Abbildungselemente hinaus noch weitere Abbildungselemente für weitere Zwischenabbildungen, sondern auch Planspiegel zur Bündelfaltung. Diese für die Funktion des Gerätes nicht zwingend notwendigen Planspiegel entfallen ebenfalls in dem erfindungsgemäßen Spektrometer. Auch dadurch ergeben sich Vorteile, wie materielle Verbilligung durch den Fortfall selbst und Erleichterung der Justierung.The optical structure of the known devices does not only contain the absolutely necessary imaging elements still further imaging elements for further intermediate images, but also plane mirrors for bundle folding. These Planar mirrors that are not absolutely necessary for the function of the device are also omitted in the inventive concept Spectrometer. This also results in advantages, such as material reduction in price due to the elimination itself and relief adjustment.

Auch der rotierende Sektorspiegel ist ein Planspiegel, der zur Bündelfaltung dient. Diese Bündelfaltung dient aber dem für die Funktion des Gerätes wesentlichen Zweck der Strahlzusammenführung. Der rotierende Sektorspiegel fällt also nicht unter die grundsätzlich entbehrlichen Spiegel und ist auch in dem erfindungsgemäßen Gerät vorhanden.The rotating sector mirror is also a plane mirror that serves for bundle folding. However, this bundle folding serves the purpose of the essential for the function of the device Beam merging. The rotating sector mirror is therefore not included in the mirror that is fundamentally dispensable and is also present in the device according to the invention.

Bei den bekannten Geräten werden asphärische Spiegel verwendet, z.B. Toroidspiegel in der Photometeroptik, Parabolspiegel im Littrowmonochromator und Ellipsoidspiegel in der Empfängeroptik.In the known devices, aspherical mirrors are used, e.g. toroidal mirrors in photometer optics, parabolic mirrors in the Littrow monochromator and ellipsoid mirror in the receiver optics.

Da in dem erfindungsgemäßen Gerät die Lichtquelle direkt auf den Monochromator-Eintrittsspalt abgebilet wird, also mehrfache Abbildungen, deren Abbildungsfehler (z.B. sphärische Aberration) sich addieren können, entfallen, und diese eine Abbildung nur zur Spaltausleuchtung dient, sind sphärische Spiegel für diesen Zweck völlig ausreichend. Als Monochromator wird ein Ebert-Monochromator benutzt, der ebenfalls nur einen sphärischen Spiegel benötigt und sogar nur mit einem solchen Spiegel seine volle Leistungsfähigkeit zeigt. Das gleiche gilt für einen Czerny-Turner-Mono-Since, in the device according to the invention, the light source is mapped directly onto the monochromator entrance slit, that is multiple images, whose image errors (e.g. spherical aberration) can add up, are omitted, and this one image only serves to illuminate the gap, spherical mirrors are completely sufficient for this purpose. as Monochromator, an Ebert monochromator is used, which also only requires a spherical mirror and even only shows its full potential with such a mirror. The same goes for a Czerny-Turner mono

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chromator lediglich mit dem Unterschied, daß dann zwei sphärische Spiegel benötigt werden. Die Verwendung eines sphärischen Spiegels in der Empfängeroptik läßt sich folgendermaßen begründen:chromator with the only difference that then two spherical mirrors are needed. The use of a spherical mirror in the receiver optics can be as follows establish:

Bei gegebener Strahlungsleistung ist das Signal/Rausch-Verhältnis des Empfängers um so besser, je kleiner der Empfänger ist. Eine praktische, untere Grenze für die Größe der Empfängerfläche ist nicht nur durch empfängertechnologische Probleme gegeben, sondern auch durch abbildungstechnische Grenzen. Der Mon-ochromator-Austrittsspalt muß möglichst stark verkleinert auf den Empfänger abgebildet werden. Diese Abbildung muß nicht absolut scharf sein, jedoch muß der weit überwiegende Teil der Strahlung auf die Empfängerfläche konzentriert werden. Bei Verwendung eines sphärischen Spiegels ist das praktisch ausnutzbare Verkleinerungsverhältnis hauptsächlich durch die sphärische Aberration begrenzt. Etwas ähnliches gilt für einen Ellipsoidspiegel, jedoch läßt sich hier ein günstigeres Verkleinerungsverhältnis erreichen als mit einem sphärischen Spiegel. Eine noch stärkere Verkleinerung ist in einem recht engen Rahmen, der durch prinzipielle, physikalische Zusammenhänge gegeben ist, zwar grundsätzlich möglich, jedoch mit einem um Größenordnungen höheren und in der Praxis nicht zu vertretenden Aufwand verbunden. Das Optimumbezüglich Leistung und Aufwand liegt bei den bekannten Spektralphotometern in der Verwendung eines Ellipsoidspiegel. Aus diesen Gründen findet man bei den bekannten Spektralphotometern in der Empfängeroptik solche Spiegel. Die Empfängerflächen der bekannten Empfänger sind diesen Abbildungsverhältnissen angepaßt.For a given radiated power, the smaller the receiver, the better the signal-to-noise ratio Recipient is. A practical, lower limit for the size of the receiver area is not only due to receiver technology Problems given, but also due to limitations in terms of illustration technology. The monochromator exit slit must be mapped to the receiver as much smaller as possible. This figure doesn't have to be absolutely be sharp, but the vast majority of the radiation must be concentrated on the receiving surface. When using a spherical mirror, the practically usable reduction ratio is mainly through the spherical aberration is limited. Something similar applies to an ellipsoidal mirror, but one can be said here Achieve a more favorable reduction ratio than with a spherical mirror. An even bigger reduction is in a very narrow framework, which is given by fundamental, physical relationships, in principle possible, but associated with an order of magnitude higher and not justifiable in practice. The optimum in terms of performance and effort is the use of the known spectrophotometers of an ellipsoidal mirror. For these reasons, one finds the known spectrophotometers in the receiver optics such mirrors. The receiving surfaces of the known receivers are adapted to these imaging conditions.

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Anders liegen die Verhältnisse bei dem erfindungsgemäßen kleinen Spektralphotometer. Der Monochromator-Austrittsspalt ist schon von vornherein kleiner als bei den bekannten Geräten. Man kann nun hier ebenfalls mit einer optimalen Verkleinerung arbeiten und kleinere Empfänger benutzen. Das hat den Vorteil der Erhöhung des Signal-Rausch-Verhältnisses. Diese Verwendung von Ellipsoidspiegeln und sehr kleinen Empfängern liegt durchaus im Rahmen der Erfindung. Da aber die bekannten Empfänger den größeren Spektralphotometern angepaßt sind und die Schaffung sehr kleiner Empfänger einen erheblichen Entwicklungsaufwand erfordert, ist es auch sinnvoll und zumindest vorläufig besonders vorteilhaft, die vorhandenen Empfänger zu verwenden. Der Austrittsspalt braucht dann nur noch verhältnismäßig wenig verkleinert auf den Empfänger abgebildet zu werden. Dazu ist ein sphärischer Spiegel ausreichend, der beträchtlich billiger ist als ein Ellipsoidspiegel. Es gehört also zu einer Ausgestaltung der Erfindung, auch in der Empfängeroptik lediglich einen sphärischen Spiegel zu verwenden. The situation is different in the case of the one according to the invention small spectrophotometer. The monochromator exit slit is smaller from the start than with the known ones Devices. You can now also work with an optimal reduction and use smaller receivers. This has the advantage of increasing the signal-to-noise ratio. This use of ellipsoidal mirrors and a lot small receivers is well within the scope of the invention. But since the known receivers use the larger spectrophotometers are adapted and the creation of very small receivers requires considerable development effort, it is also sensible and, at least for the time being, particularly advantageous to use the existing receivers. Of the The exit slit then only needs to be mapped onto the receiver in a relatively small size. A spherical mirror, which is considerably cheaper than an ellipsoidal mirror, is sufficient for this. So it belongs to an embodiment of the invention to use only a spherical mirror in the receiver optics.

Auch hier ist wieder eine Kette günstiger Einflüsse der einzelnen Erfindungsgedanken aufeinander zu erkennen. Die kleinen Abmessungen des optischen Aufbaus schließen auch einen entsprechend kleinen Austrittsspalt ein. Dieser kleine Spalt erfordert nur eine relativ schwach verkleinernde Abbildung auf den Empfänger. Diese schwach verkleinernde Abbildung wiederum erlaubt die Verwendung eines sphärischen Spiegels, der seinerseits mit einer Preisreduzierung verbunden ist. Diese Preisreduzierung - zusammen mit anderen Preisreduzierungen - erlaubt es, die Anschaffung eines kleinen Gerätes mit etwas reduzierten Spezifikationen lohnend zu machen.Here, too, a chain of favorable influences of the individual inventive ideas on one another can be seen. the Small dimensions of the optical structure also include a correspondingly small exit slit. This little one Gap only requires a relatively weakly reducing image on the receiver. This weakly diminishing Figure in turn allows the use of a spherical mirror, which in turn is associated with a price reduction is. This price reduction - along with other price reductions - allows the purchase of a to make small devices with somewhat reduced specifications worthwhile.

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Bei den bekannten Spektralphotometern achtet man darauf, daß in den beiden Strahlengängen die gleiche Anzahl reflektierender Flächen vorhanden ist, um die Reflexionsverluste in beiden ßtrahlengängen einander gleich zu machen. Die Reflexionsverluste an einem Spiegel sind jedoch einmal sehr gering und zum anderen weitgehend wellenlängenunabhängig, so daß keine Schwierigkeiten bestehen, unterschiedliche Verluste in beiden Strahlengängen z.B. durch Trimmblenden auszugleichen. Es vereinfacht den optischen Aufbau, die Reflexion des einen Bündels am rotierenden Sektorspiegel nicht durch eine zusätzliche Reflexion des anderen Bündels auszugleichen. Dementsprechend besteht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung darin, in den beiden Strahlengängen eine unterschiedliche Anzahl von Reflexionen vorzusehen und insbesondere die Anzahl der Reflexionen um 1 differieren zu lassen, nämlich um die Reflexion am Sektorspiegel in einem Strahlengang.With the known spectrophotometers one takes care that that the same number of reflective surfaces is present in the two beam paths in order to make the reflection losses in both beam paths equal to one another. However, the reflection losses on a mirror are on the one hand very low and on the other hand largely independent of the wavelength, so that there are no difficulties in finding different losses in the two beam paths e.g. Compensate trim panels. It simplifies the optical structure, the reflection of one bundle on the rotating sector mirror not to be compensated by an additional reflection of the other bundle. Accordingly, there is another Embodiment of the invention is to provide a different number of reflections in the two beam paths and in particular to allow the number of reflections to differ by 1, namely the reflection on the sector mirror in a beam path.

Auf diese Weise wird ein zusätzlicher Spiegel eingespart, der bei den bekannten Spektralphotometern notwendig ist, um die Reflexionsverluste in den beiden Strahlengängen auf optischem Wege zu kompensieren. Wie das Ausführungsbeispiel weiter unten zeigt, ist es dadurch sogar möglich, den Photometerteil besonders einfach und gedrängt aufzubauen. Auch diese Maßnahme dient also dazu, das Gerät ohne zusätzliche Einflüsse auf die Spezifikationen noch kleiner und billiger zu machen.In this way, an additional mirror is saved, which is necessary with the known spectrophotometers, to optically compensate for the reflection losses in the two beam paths. Like the embodiment shows below, it is even possible to set up the photometer part in a particularly simple and compact manner. Even this measure is therefore used to make the device even smaller and cheaper without additional influences on the specifications close.

Die bekannten Photometeroptiken lassen sich in zwei Gruppen einteilen:The known photometer optics can be divided into two groups:

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* 209833/0669* 209833/0669

a) Die Strahlung wird bereits an der Lichtquellea) The radiation is already at the light source

in zwei Bündel aufgeteilt und hinter dem Probenraum mittels eines rotierenden Sektorspiegels räumlich wieder zusammengeführt. Die beiden Strahlengänge sind in geometrisch-optischer Hinsicht zueinander spiegelbildlich, so daß auch nach der räumlichen Zusammenführung die Abbildungsfehler (z.B. Koma) sich spiegelbildlich auswirken, was zusammen mit der nachfolgenden Optik zu ungleichen Abbildungsfehlern führt. Diese Tatsache wirkt sich wiederum nachteilig auf alle von der Symmetrie abhängigen Erscheinungen aus, wie z.B. Inkompensation, Krümmung in der 100 - Linieusw.divided into two bundles and behind the sample space by means of a rotating sector mirror spatially brought together again. The two beam paths are geometrically and optically mirror images of each other, so that the imaging errors even after the spatial merging (e.g. coma) have a mirror-image effect, which together with the subsequent optics become unequal Imaging errors. This fact, in turn, adversely affects all of the symmetry dependent phenomena, such as incompensation, curvature in the 100 line, etc.

b) Die Strahlung wird der Lichtquelle in Form eines einzigen Bündels entnommen, das dann mittels eines ersten Sektorspiegels aufgeteilt und mittels eines zweiten Sektorspiegels wieder zusammengeführt wird. Diese Anordnung ist in geometrisch-optischer Hinsicht kongruent (beide Strahlengänge liefern nach der Zusammenführung deckungsgleiche Abbildungsfehler), jedoch ist die Verwendung zweier Sektorspiegel, die synchron zueinander laufen müssen, recht aufwendig.b) The radiation is taken from the light source in the form of a single beam, which then divided by means of a first sector mirror and again by means of a second sector mirror is merged. This arrangement is congruent from a geometrical-optical point of view (both Beam paths deliver congruent imaging errors after merging), but is the use of two sector mirrors that are synchronous have to run to each other, quite time-consuming.

Gegenüber diesen bekannten Anordnungen kennzeichnet sich die Erfindung in einer weiteren Ausgestaltung durch die Anordnung eines geometrisch-optischen kongruenten Strahlengangs bei Verwendung nur eines einzigen Sektorspiegels. Das wird in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erreicht, wenn man die beiden Strahlengänge zwischen Lichtquelle und Sektorspiegel in ihrer räumlichen Anordnung inCompared to these known arrangements, the invention is characterized in a further embodiment by the Arrangement of a geometric-optical congruent beam path when using only a single sector mirror. This is achieved in a preferred embodiment of the invention if the two beam paths are between the light source and sector mirrors in their spatial arrangement in

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"bezug auf die Sektorspiegelebene zueinander spiegelbildlich wählt, wobei die Lichtquelle in der Sektorspiegelebene sitzt und die Bündelaufspaltung schon an der Lichtquelle erfolgt. Da in dem einen Strahlengang infolge der Spiegelung am Sektorspiegel eine Seitenumkehr erfolgt, liefert die räumliche spiegelbildliche Anordnung der beiden Strahlengänge nach der Vereinigung Deckungsgleichheit der Abbildungsfehler. Die Bündel laufen nach der Vereini-" gung weiter, als kämen sie von ein und derselben optischen Anordnung her."With respect to the sector mirror level, they are mirror images of each other selects, whereby the light source sits in the sector mirror plane and the bundle splitting is already at the light source he follows. Since a page reversal occurs in one beam path as a result of the reflection at the sector mirror, provides the spatial mirror-image arrangement of the two beam paths after the congruence of the union the aberration. The bundles run according to the association as if they came from the same optical arrangement.

Die zur Sektorspiegelebene räumlich spiegelbildliche Anordnung ist keine zwingende Voraussetzung zur Erreichung eines geometrisch-optisch kongruenten Strahlenverlaufs, sondern nur eine besonders einfache und bevorzugte Anordnung. Man erreicht grundsätzlich die gleiche geometrischoptische Wirkung, wenn man einen ursprünglich räumlich spiegelbildlichen Aufbau mittels zusätzlicher Planspiegel so faltet, daß die spiegelbildliche Symmetrie im räumlichen Aufbau gestört wird. Es kommt allein darauf an, daß nach Auffaltung der Strahlengänge an allen Planspiegeln (einschließlich dem Sektorspiegel) zwei deckungsgleiche Strahlengänge entstehen. In diesem allgemeinen Sinn ist das hier besprochene Merkmal der Erfindung zu verstehen, das Jetzt zusammenfassend noch einmal formuliert wird:The spatially mirror-inverted arrangement of the sector mirror level is not a mandatory requirement for achieving this a geometrically-optically congruent beam path, but only a particularly simple and preferred arrangement. You basically get the same geometrical-optical effect if you get one originally spatially mirror-image structure by means of additional plane mirrors folds so that the mirror-image symmetry in space Structure is disturbed. The only thing that matters is that after the beam paths have been unfolded at all plane mirrors (including the sector mirror) two congruent beam paths are created. In this general sense is to understand the feature of the invention discussed here, which will now be summarized once again:

Die Bündelaufspaltung geschieht an der Lichtquelle, es wird nur ein Sektorspiegel (zur Bündelzusammenführung) verwendet, und der Strahlengang ist geometrisch-optisch kongruent.The bundle splitting takes place at the light source, only one sector mirror is used (to merge bundles), and the beam path is geometrically and optically congruent.

Die geometrisch-optische Kongruenz der Strahlengänge wirkt sich günstig auf die photometrische Genauigkeit aus. ManThe geometrical-optical congruence of the beam paths has a favorable effect on the photometric accuracy. Man

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erreicht durch die geschilderte Anordnung Spezifikationsmerkmale, die man sonst nur bei teuren Zwei-Chopper-Geräten findet. Gegenüber Zwei-Chopper-Geräten ist die erfindungsgemäße Anordnung beträchtlich einfacher, billiger und platzsparend, denn ein Zwei-Chopper-Gerät erfordert einen zusätzlichen gemeinsamen Strahlengang vor dem ersten Chopper und im allgemeinen noch eine zusätzliche Zwischenabbildung der Lichtquelle vorzugsweise in der Nähe des ersten Choppers.The described arrangement achieves specification features that are otherwise only found in expensive two-chopper devices finds. Compared to two-chopper devices, the arrangement according to the invention is considerably simpler, cheaper and Saves space, because a two-chopper device requires an additional common beam path in front of the first chopper and in general an additional intermediate image of the light source, preferably in the vicinity of the first Choppers.

Bei den bekannten Spektralphotometern werden Küvette und Vergleichsküvette in einem einzigen, relativ großen Probenraum in spezielle Haltevorrichtungen eingesetzt. Das Einsetzen der Küvetten erfordert eine gewisse Geschicklichkeit. Z.B. muß eine Platte an der Küvette in eine entsprechend enge Schienenführung eingeschoben werden. Das Einsetzen erfolgt innerhalb eines die Handhabung behindernden Probenraumes. Außerdem ist der Bau der speziellen Haltevorrichtungen natürlich mit einem gewissen Aufwand verbunden. In the known spectrophotometers, the cuvette and comparison cuvette are in a single, relatively large sample space used in special holding devices. Inserting the cuvettes requires a certain amount of skill. For example, a plate on the cuvette must be pushed into a correspondingly narrow rail guide. Insertion takes place within a sample space that hinders handling. In addition, the construction of the special holding devices naturally associated with a certain amount of effort.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein Ebert-Monochromator mit der nachfolgend geschilderten Spaltanordnung benutzt. Diese Spaltanordnung ist auch auf einen Czerny-Turner-Monochromator anwendbar, jedoch wird vorzugsweise ein Ebert-Monochromator benutzt, der nur einen einzigen sphärischen Spiegel benötigt. Bei solchen Monochromatoren sind beide Spalte kreisbogenförmig gekrümmt und stellen Abschnitte ein und desselben Kreises dar. Es ist deshalb möglich und auch schon vorgeschlagen worden, die Spalte so weit zu verlängern, daß sie jeweils fast einen Halbkreis beschreiben. Beide Spalte sind auf einer drehbaren Scheibe angeordnet. Blenden unmittelbar vor oder hinter dieser Scheibe begrenzenIn a further embodiment of the invention, an Ebert monochromator is used used with the gap arrangement described below. This slit arrangement is also on a Czerny-Turner monochromator applicable, but an Ebert monochromator is preferably used, which only has a single spherical Mirror needed. In such monochromators, both gaps are curved in the shape of an arc of a circle and constitute sections one and the same circle. It is therefore possible and has already been proposed to lengthen the column so far, that they each describe almost a semicircle. Both gaps are arranged on a rotatable disc. Limit apertures immediately in front of or behind this pane

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die Spalte in der Höhe so stark, daß nur die im Monochromator verwendbare Spalthöhe optisch wirksam wird. Macht man beide Spalte keilförmig, läßt man also von einem Spaltende über den Halbkreis bis zum anderen Spaltende die Spaltbreite kontinuierlich anwachsen, und zwar derart, daß jeweils gegenüberliegende Teile der beiden Spalte gleich breit sind, dann kann man durch Drehen des Spaltrades die wirksame Spaltbreite verändern. Auch die jeweils optisch wirksamen Spaltabschnitte sind dann zwar leicht keilförmig, jedoch wird jeweils das schmalere Ende des Eintritts Spaltes auf das schmalere Ende des Austrittsspaltes und das breitere Ende des Eintrittsspaltes auf das breitere Ende des Austrittsspaltes abgebildet. Die Genauigkeit der Spaltbreite ist dabei hauptsächlich durch die Genauigkeit der halbkreisförmigen Spaltbacken gegeben. Die Spalteinstellung dagegen, die bei der Drehung des Spaltrades in Längsrichtung der Spalte erfolgt, ist unkritisch. Eine Abweichung in der Winkelstellung des Spaltrades hat nur einen geringen Fehler der Spaltbreite zur Folge, während bei den üblichen Anordnungen die Bewegung der Spaltbacken quer zur Spaltlänge erfolgt und direkt in die Genauigkeit der Breiteneinstellung eingeht.the height of the column is so strong that only the one in the monochromator usable gap height is optically effective. If you make both gaps wedge-shaped, you leave one end of the gap Over the semicircle to the other end of the gap, the gap width grow continuously, in such a way that in each case opposite parts of the two columns are the same width, then you can turn the split wheel the change the effective gap width. The optically effective gap sections are then also slightly wedge-shaped, however, in each case the narrower end of the entry gap becomes onto the narrower end of the exit slit and the wider end of the entry slit onto the wider end of the exit slit pictured. The accuracy of the gap width is mainly due to the accuracy of the semicircular Given split jaws. The gap setting, on the other hand, occurs when the splitting wheel rotates in the longitudinal direction of the column takes place is not critical. A deviation in the angular position of the split wheel has only a minor error Resulting gap width, while in the usual arrangements the movement of the gap jaws takes place transversely to the gap length and goes directly into the accuracy of the width setting.

Diese bereits bekannte Spaltanordnung dient zur Spaltbreiteneinstellung in dem Sinne, daß die Verschiebung der Spaltbacken gegeneinander in den üblichen Anordnungen durch die Drehung des Spaltrades ersetzt wird. Demgegenüber unterscheidet sich die erfindungsgemäße Anordnung dadurch, daß nicht nur die Spaltbreiteneinstellung, sondern auch die wellenzahlabhängige Spaltbreitenprogrammierung durch das Spaltrad vorgenommen wird. Das Spaltrad wird synchron mit dem Wellenzahlvorschub des Monochromator verdreht. Zu je-This already known gap arrangement is used to adjust the gap width in the sense that the displacement of the split jaws against each other in the usual arrangements by the Rotation of the split wheel is replaced. In contrast, the arrangement according to the invention differs in that not only the slit width adjustment, but also the slit width programming depending on the number of waves through the Split wheel is made. The split wheel is rotated synchronously with the wave number feed of the monochromator. For each

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der Winkelstellung des Spaltrades gehört eine Spaltbreite, die der jeweiligen Wellenzahl zugeordnet ist. Die halbkreisförmigen Spalte enthalten also bereits das Spaltprogramm. Dadurch werden die komplizierten Steuervorrichtungen bei den bekannten Spaltprogrammvorrichtungen vermieden, was zu einer erheblichen Verbilligung führt.the angular position of the split wheel belongs to a gap width, which is assigned to the respective wavenumber. The semicircular gaps therefore already contain the splitting program. As a result, the complicated control devices in the known gap program devices are avoided, what leads to a considerable reduction in price.

Es wurde bereits vorgeschlagen (Patentanmeldung P 19 23 005· 8-51)» Eintritts- und Austrittsspalt nicht einander gleich .breit zu machen, sondern ihre Breiten in ein solches Verhältnis zu setzen, daß ein optimales Verhältnis zwischen Auflösung und Strahlungsfluß erzielt wird. Dieses optimale Verhältnis ist wellenzahlabhängig. Eine Realisierung ist aus diesem Grunde bei den bekannten Spaltanordnungen sehr schwierig und läßt sich im allgemeinen optimal nur für eine Wellenlänge einfach durchführen.It has already been proposed (patent application P 19 23 005 8-51) »Entry and exit slits are not the same .to make them wide, but rather to set their widths in such a ratio that an optimal ratio between Resolution and radiant flux is achieved. This optimal ratio depends on the number of waves. One realization is for this reason very difficult with the known gap arrangements and can generally only be optimal for one Simply perform wavelength.

Demgegenüber bietet die erfindungsgemäße Programmierung der Spaltbreite die Möglichkeit, das Spaltbreitenverhältnis für jede Wellenzahl optimal zu gestalten, ohne daß zusätzliche Steuerungsmaßnahmen erforderlich sind. Dementsprechend gehört es zu einer Ausgestaltung der Erfindung, das optimale Spaltbreitenverhältnis für alle Wellenzahlen auf dem Spaltrad zu berücksichtigen, d.h. in der Gestalt der Spalte zu realisieren.In contrast, the inventive programming of the gap width offers the possibility of setting the gap width ratio for to design each wave number optimally, without additional control measures are required. Heard accordingly it becomes an embodiment of the invention, the optimal gap width ratio for all wave numbers on the split wheel to be taken into account, i.e. to be implemented in the shape of the column.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die optischen Filter, die der Vorzerlegung dienen, auf dem Spaltrad fest angeordnet, derart, daß bei Drehung des Spaltrades jeweils die richtigen Filter in den Strahlengang gelangen. Dadurch werden die sonst erforderlichen, speziellen Einschwenkmechanismen und Steuerungsvorrichtungen vermieden, was wieder eine erhebliche Verbilligung zur Folge hat.In a further embodiment of the invention, the optical filters, which are used for pre-decomposition, are on the Split wheel fixed in such a way that when the split wheel is rotated, the correct filters enter the beam path. This avoids the special pivoting mechanisms and control devices that would otherwise be required. which again results in a considerable reduction in the price.

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Außerdem werden Filterzacken, die "beim schnellen Einschwenken der Filter der bekannten Spektralphotometer in der Registrierung entstehen, vermieden, weil die Filter nur relativ langsam in das Strahlenbündel hinein-oder aus dem Strahlenbündel herausgeschwenkt werden.In addition, there are filter spikes that "when swiveling in quickly the filter of the well-known spectrophotometer in the registry, avoided because the filter only relatively slowly into or out of the beam be swiveled out of the beam.

Es wurde bereits eine Methode zur Eliminierung der Probeneigenstrahlung bei Spektrometern, die nach dem optischen Nullprinzip arbeiten, vorgeschlagen. Eine spezielle Ausgestaltung dieses Vorschlags besteht darin, die Bündelaufspaltung bereits aH der Lichtquelle vorzunehmen und den ersten Sektorspiegel durch periodisch wirksame Blenden zu ersetzen, welche die beiden Bündel mit bestimmter Frequenz und bestimmter Phasenlage zerhacken. Dieser Vorschlag läßt sich in dem erfindungsgemäßen Spektrometer sehr einfach realisieren, wenn - wie es zu einer Ausgestaltung dieser Erfindung gehört - die Strahlungsquelle in der Sektorspiegelebene liegt. Dann braucht man erfindungsgemäß das Sektorspiegelrad nur mit einem geeigneten Blendenkranz zu versehen, welcher die beiden Bündel dicht hinter der Strahlungsquelle in der geforderten Weise zerhackt. Auch hier ist der Aufwand außerordentlich gering, weil weder ein eigener Antriebsmechanismus noch Maßnahmen zur Synchronisierung erforderlich sind. Der aufgesetzte Blendenkranz wird zugleich mit dem Sektorspiegelrad angetrieben und ist zwangsläufig mit diesem synchronisiert.A method for eliminating the sample's natural radiation has already been developed in the case of spectrometers following the optical Work zero principle, proposed. A special embodiment of this proposal is the splitting of the bundles make aH of the light source and close the first sector mirror by means of periodically effective diaphragms replace, which chop the two bundles with a certain frequency and a certain phase position. This suggestion leaves can be implemented very easily in the spectrometer according to the invention if - as is the case with an embodiment of this Invention belongs - the radiation source lies in the sector mirror plane. Then you need that according to the invention Sector mirror wheel is only to be provided with a suitable aperture ring, which puts the two bundles close behind the radiation source chopped up in the required manner. Here, too, the effort is extremely low because neither has its own Drive mechanism still requires synchronization measures. The attached bezel is at the same time driven by the sector mirror wheel and is inevitably synchronized with it.

Kleine Bauteile erfordern nur wenig Kraft zum Antrieb. Ein kleines Spektrometer kann also erfindungsgemäß auch mit einer Batterie angetrieben werden.Small components require little power to drive them. According to the invention, a small spectrometer can also be included powered by a battery.

- 50 -209833/0669- 50 -209833/0669

Um den elektrischen Energiebedarf noch weiter zu reduzieren, kann der Abszissenantrieb (Monochromator, Spalte, Schreiber) durch Federkraft erfolgen. Die Feder muß vor jeder Registrierung von Hand gespannt werden. Vorzugsweise wird die Vorrichtung zum Spannen der Feder mit dem Schreiber gekoppelt, derart, daß der Schreiber nach einer Registrierung von Hand gegen die Federkraft von der Endwellenzahl auf die Anfangswellenzahl eingestellt werden muß.In order to reduce the electrical energy requirement even further, the abscissa drive (monochromator, column, Recorder) by spring force. The spring must be tensioned by hand before each registration. Preferably the device for tensioning the pen is coupled to the pen in such a way that the pen after a registration by hand against the spring force of the final wave number the starting wave number must be set.

Einen nicht unerheblichen Anteil des Energiebedarfe erfordert die Strahlungsquelle, insbesondere bei Infrarot-Spektralphotometern. Dieser Anteil des Energiebedarfs kann zumindest teilweise durch eine Flammenbeheizung der Strahlungsquelle ersetzt werden.Requires a not inconsiderable proportion of the energy requirement the radiation source, especially in the case of infrared spectrophotometers. This proportion of the energy requirement can at least partly by flame heating the radiation source be replaced.

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert :The invention is based on an exemplary embodiment below explained in more detail with reference to the accompanying drawings:

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf ein Gerät nach der Erfindung mit dem optischen System.Fig. 1 shows a plan view of a device according to the invention with the optical system.

Fig. 2 ist eine Seitenansicht des Gerätes.Fig. 2 is a side view of the device.

Fig. 3 zeigt in Vorderansicht eine Ausführungsform der Spaltanordnung bei dem optischen System von Fig. Λ unter Weglassung der Filter. Fig. Λ 3 shows in front view an embodiment of the slit arrangement in the optical system of FIG. Omitting the filter.

Fig. 4- ist eine Vorderansicht der Spaltanordnung mit Filtern.Figure 4- is a front view of the gap assembly with filters.

209833/0669209833/0669

Pig. 5 ist eine perspektivische Darstellung des ßektorspiegels mit radialen Sektorblenden. Pig. 5 is a perspective view of the sector mirror with radial sector diaphragms.

Das Gehäuse 10 des Zweistrahl-Spektralphotometers, welches in Figuren 1 und 2 ungefähr im Maßstab 1:1 dargestellt ist, enthält eine Kammer 12, die das optische System aufnimmt. Hinter der Kammer 12 befindet sich eine Kaminer 14, in der die Elektronik untergebracht ist. Unterhalb der Kammer 12 ist eine Kammer 16 zur Aufnahme der mechanischen Teile, eines Netzgerätes, Übertragers usw. Mit 18 ist ein Vergleichsprobenraom und mit 20 der Probenraum bezeichnet. Diese Probenräume entsprechen in ihren Abmessungen den Abmessungen der Vergleichsprobenküvette bzw. der Probenküvette, so daß diese ziemlich genau passend in die Probenräume eingesetzt werden können. Die Probenräume sind so angeordnet und mit Erweiterungen im Bereich der Einschuböffnungen versehen, daß die Küvetten von oben leicht eingesetzt werden können.The housing 10 of the two-beam spectrophotometer, which Shown in Figures 1 and 2 at approximately 1: 1 scale, contains a chamber 12 which houses the optical system. Behind the chamber 12 is a chimney 14 in which the electronics are housed. Below the chamber 12 is a chamber 16 for receiving the mechanical parts, one Power supply, transformer, etc. With 18 is a comparison sample room and 20 denotes the sample space. These sample spaces correspond in their dimensions to the dimensions of the Comparison sample cuvette or the sample cuvette, so that this can be inserted into the sample chambers with a fairly precise fit. The rehearsal rooms are arranged and with extensions Provided in the area of the insertion openings that the cuvettes can be easily inserted from above.

Die Küvetten in den Probenräumen 18 bzw. 20 sind in Durchstrahlungsrichtung hintereinander angeordnet. Die Lichtquelle 22 sitzt symmetrisch zwischen den Probenräumen 18, 20 bzw. Küvetten. Von der Lichtquelle 22 geht ein Vergleichslichtbündel 24 durch die Vergleichsprobenküvette und ein Probenlichtbündel 26 durch die Probenküvette. Die Küvetten sitzen dabei in der Pupille, d.h. sie werden unmittelbar von dem Bündel durchstrahlt, ohne daß eine Zwischenabbildung der Lichtquelle 22 auf der Probe stattfindet, wie bei den vorbekannten Geräten .The cuvettes in the sample spaces 18 and 20 are in the direction of irradiation arranged one behind the other. The light source 22 sits symmetrically between the sample spaces 18, 20 and Cuvettes. A comparison light bundle 24 passes from the light source 22 through the comparison sample cuvette and a sample light bundle 26 through the sample cell. The cuvettes are located in the pupil, i.e. they are directly removed from the bundle irradiated without an intermediate image of the light source 22 taking place on the sample, as in the case of the previously known devices .

.Symmetrisch zu der Lichtquelle sind zwei sphärische Hohlspiegel 28 bzw. 30 angeordnet, welche die beiden Lichtbündel 24Two spherical concave mirrors are symmetrical to the light source 28 and 30 are arranged, which the two light bundles 24

- 32 209833/0669 - 32 209833/0669

- 52 -- 52 -

und 26 sammeln. In der durch die Lichtquelle gehenden Mittelebene ist ein Chopper 32 in Gestalt eines rotierenden Sektorspiegels angeordnet, der abwechselnd das Probenlichtbündel 26 zu dem Eintrittsspalt 34- eines Gittermonochromatros 36 durchläßt oder aber, während der anderen Phase, das Vergleichslichtbündel 24 in gleicher Weise auf den Eintrittsspalt 34 reflektiert. Mit 38 ist ein photoelektrischer Taktgeber bezeichnet, welcher von dem Chopper 32 betätigt wird und eine Referenzspannung für eine phasenempfindliche Gleichrichtung des Detektorsignals liefert.and 26 collect. In the central plane passing through the light source a chopper 32 is arranged in the form of a rotating sector mirror, which alternates the sample light beam 26 to the entrance slit 34 of a grating monochromat 36 lets through or, during the other phase, the Comparison light bundle 24 reflected in the same way onto entrance slit 34. At 38 is a photoelectric clock denotes which is operated by the chopper 32 and a reference voltage for a phase sensitive rectification of the detector signal supplies.

Der Monochromator 36 ist als Gittermonochromator in Ebert-Anordnung mit einem Gitter 40 und einem sphärischen Hohlspiegel 42 ausgebildet. Das spektral zerlegte Licht wird in der Ebene eines Austrittsspaltes 44 gesammelt. Hinter dem Austrittsspalt ist ein Interferenzfilter 46 angeordnet. Der Austrittsspalt 44 wird durch einen sphärischen Hohlspiegel 48 auf einem photoelektrischen Empfänger 50 in Gestalt eines Thermoelements gesammelt.The monochromator 36 is a grating monochromator in an Ebert arrangement formed with a grating 40 and a spherical concave mirror 42. The spectrally split light becomes collected in the plane of an exit gap 44. An interference filter 46 is arranged behind the exit slit. The exit slit 44 is shaped by a spherical concave mirror 48 on a photoelectric receiver 50 collected by a thermocouple.

imin the

Die Spaltanordnung ist in den Figuren 3 und 4/einzelnen dargestellt: The gap arrangement is shown in Figures 3 and 4 / individually:

Figuren 3 und 4 zeigen den Spaltaufbau in Vorderansicht, wobei in Figur 3 die Filter weggelassen sind. In einer Spaltscheibe 52 sind kreisbogenförmige Spalte 54, 56 angeordnet. Die Breite der Spalte ändert sich in peripherer Richtung, und zwar nach Maßgabe eines wellenlängenabhängigen Spaltprogramms. Dabei sind die Spaltbreiten in diametral gegenüberliegenden Punkten der kreisbogenförmigen Spalte 54 und 56 einander gleich. Zwischen fest mit dem Gehäuse verbundenenFIGS. 3 and 4 show the gap structure in a front view, the filters being omitted in FIG. In a split disk 52 circular arc-shaped gaps 54, 56 are arranged. The width of the gap changes in the peripheral direction, in accordance with a wavelength-dependent gap program. The gap widths are in diametrically opposite points of the circular arc-shaped gaps 54 and 56 equal to each other. Between firmly connected to the housing

- 3? 209833/0669 - 3? 209833/0669

und unmittelbar vor oder hinter dem Spaltrad angeordneten Blenden 58, 60 bzw. 62, 64 werden dann von den kreisbogenförmigen Spalten der Eintrittsspalt 66 und der Austrittsspalt 68 des Monochromators gebildet. Die Spaltscheibe 52 wird mit dem Wellenlängen- bzw. Wellenzahlvorschub stetig verdreht, wobei durch die unterschiedlichen Spaltbreiten entsprechend unterschiedliche Breiten des wirksamen Eintritts- und Austrittsspalts 66 bzw. 68 erhalten werden.and diaphragms 58, 60 or 62, 64 arranged directly in front of or behind the split wheel are then of the circular arc-shaped Columns of the entry slit 66 and the exit slit 68 of the monochromator are formed. The split disk 52 is continuously rotated with the wavelength or wave number feed, whereby due to the different gap widths correspondingly different widths of the effective entry and exit gap 66 and 68, respectively, can be obtained.

Wie aus Pig. 4 ersichtlich ist, sind an der Spaltscheibe 52 vor dem kreisbogenförmigen Spalt 56 verschiedene Filter 70, 72, 74, 76 und 78 befestigt. Diese Filter werden bei der Drehung der Spaltscheibe 52 automatisch nacheinander in Abhängigkeit von der Wellenlänge in den Strahlengang bewegt und dienen der Unterdrückung der unerwünschten Ordnungen an dem Gittermonochromator.Like from Pig. 4 as can be seen, there are various filters on the gap disk 52 in front of the arc-shaped gap 56 70, 72, 74, 76 and 78 attached. These filters are automatically one after the other as the split disk 52 rotates depending on the wavelength moved into the beam path and serve to suppress the undesired Orders on the grating monochromator.

Auf diese Weise dient also die Vorrichtung zur Änderung der Spaltbreite gleichzeitig als Filterwechselvorrichtung. Eine eigene Filterwechselvorrichtung entällt, und die Spaltscheibe 52 ist gleichzeitig Filterrad.In this way, the device for changing the gap width also serves as a filter changing device. One own filter changing device is omitted, and the split disk 52 is also the filter wheel.

Wie in Figuren 1 und 5 gezeigt, kann das erfindungsgemäße Zweistrahl-Spektralphotometer mit geringem Aufwand so ausgebildet werden, daß eine Unterdrückung der Probeneigenstrahlung stattfindet.As shown in FIGS. 1 and 5, the two-beam spectrophotometer according to the invention can be designed in this way with little effort that a suppression of the sample's own radiation takes place.

Man kann bei einem Zweistrahl-Spektralphotometer mit optischem Nullabgleich die Probeneigenstrahlung meßtechnisch eliminieren, wenn man die zeitlich alternierende Bündelaufspaltung und Bündelzusammenführung in eine bestimmte Phasenrelation setzt. Dazu muß man die Wechnelliohtperiode in vierWith a two-beam spectrophotometer with optical zero adjustment, the sample's own radiation can be measured Eliminate, if one sees the temporally alternating bundle splitting and bundling merging into a certain phase relation puts. To do this, one has to divide the Wechnellioht period into four

- 34 209833/0669 - 34 209833/0669

gleichlange Zeitabschnitte aufteilen. In jedem Zeitabschnitt wird gemäß nachfolgender Tabelle die Strahlung der Strahlungsquelle in den Meßstrahlengang oder in den Vergleichsstrahlengang gelenkt und das Meßlichtbündel oder das Vergleichslichtbündel auf den Strahlungsempfänger unter Zwischenschaltung des Monochromators gelenkt. In zwei Zeitabschnitten darf die Strahlung der Strahlungsquelle auch vollständig blockiert werden. In der letzten Spalte der nachstehenden Tabelle ist angegeben, welche Strahlung am Strahlungsempfänger wirksam wird, wobei P die Probeneigenstrahlung und P die Strahlung der Lichtquelle im Meßstrahlengang bedeutet und sinngemäß V und V das gleiche für den Vergleichsstrahlengang bedeutet.Divide equally long periods of time. In each time period, the radiation from the radiation source is determined in accordance with the table below directed into the measuring beam path or into the comparison beam path and the measuring light bundle or the comparison light bundle directed onto the radiation receiver with the interposition of the monochromator. The Radiation from the radiation source can also be completely blocked. The last column of the table below indicates which radiation is effective at the radiation receiver, where P is the sample's own radiation and P is the radiation of the Means light source in the measuring beam path and, mutatis mutandis, V and V mean the same for the comparison beam path.

Aufteilungdivision Zusammen—
führung
Together-
guide
EmpfangerRecipient
Vergl. od. BlockiertCf. or blocked MeßMeasuring MeßMeasuring MeßMeasuring P + P
Q
P + P
Q
Meß od. BlockiertMeasuring or blocked Vergleichcomparison Vergleichcomparison Vergleichcomparison V +VV + V

4-4-

In Zeile 1 ist z.B. der folgende Sachverhalt zu erkennen: Die Zusammenfuhrungsvorrichtung lenkt die Probenstrahlung auf den Strahlungsempfänger. Da bei der Aufteilung die Lichtquellenstrahlung blockiert oder in den Vergleichsstrahl gelenkt wird (und dann also an der Stelle der Zusammenführung blockiert wird), gelangt nur die Probeneigenstrahlung P auf den Strahlungsempfänger.In line 1, for example, the following can be seen: The merging device directs the sample radiation on the radiation receiver. Because the light source radiation is blocked or directed into the comparison beam during the split will (and then at the point of merging is blocked), only the sample's own radiation P is applied the radiation receiver.

In der zweiten Zeile wird ebenfalls die Probeneigenstrahlung auf den Strahlungsempfänger gelenkt. Da hier aber bei der Aufteilung die Lichtquellenstrahlung in den Meßstrahlengang gelenkt wird, erscheint am Strahlungsempfänger die Summe PQ + P. Entsprechend sind die beiden letzten Zeilen zu interpretieren. In the second line, the sample's own radiation is also directed onto the radiation receiver. However, since the light source radiation is directed into the measuring beam path during the division, the sum P Q + P appears at the radiation receiver. The last two lines are to be interpreted accordingly.

209833/0669 - 35 -209833/0669 - 35 -

In dem optischen Schema der Figur 1 geschieht die Strahlaufteilung bereits an der Strahlungsquelle 22, also nicht erst mittels eines rotierenden Sektorspiegels. Die Lenkung der Strahlung in ein bestimmtes Bündel geschieht dann dadurch, daß das andere Bündel blockiert wird. Die Spalte 2 ist dementsprechend zu interpretieren. "Meß" in Zeile 2, Spalte 2 bedeutet z.B., daß die Vergleichsstrahlung schon vor der Vergleichsküvette blockiert wird und nur die Probenküvette Strahlung erhält. Der Ausdruck "Blockiert" in der nächsten Zeile bedeutet, daß zusätzlich auch noch die Strahlung vor der Probenküvette blockiert wird, daß also keines der beiden Bündel Strahlung der Strahlungsquelle erhält.In the optical scheme of FIG. 1, the beam is split already at the radiation source 22, that is, not only by means of a rotating sector mirror. The steering The radiation into a particular beam then occurs by blocking the other beam. Column 2 is to be interpreted accordingly. "Measurement" in line 2, column 2 means, for example, that the comparison radiation is already is blocked in front of the comparison cuvette and only the sample cuvette Receives radiation. The expression "blocked" in the next line means that the Radiation in front of the sample cell is blocked, so that neither of the two bundles of radiation from the radiation source receives.

In Figuren 1 und 5 ist gezeigt, wie die alternierende Blokkierung der beiden Lichtbündel 24 und 26 in bezug auf den Sektorspiegel 32 erfolgt. Auf den Sektorspiegel 32, der sich über einen Winkel von 180° erstreckt, ist ein doppelter Blendenkranz 80, 82 aufgesetzt, dessen Blendenflügel in zwei Ebenen rotieren und (in Figur 1) links und rechts an der Lichtquelle 22 vorbeilaufen und so abwechselnd jeweils eines der beiden Bündel 24 und 26 blockieren. In der Stellung von Figur 1 blockiert der Blendenflügel 80 gerade das Vergleichslichtbündel 24, während der andere Blendenflügel 82 der Lichtquelle 22 abgewandt ist und das Meßlichtbündel 26 nicht behindert. Nach einer Drehung des Sektorspiegels 32 um 180° gibt der Blendenflügel 80 das Vergleichslichtbündel 24 frei, während der Blendenflügel 82 die gestrichelt gezeichnete Stellung einnimmt und das Meßlichtbündel blockiert.In Figures 1 and 5 it is shown how the alternating blocking of the two light bundles 24 and 26 with respect to the sector mirror 32 takes place. On the sector mirror 32, the extends over an angle of 180 °, a double diaphragm ring 80, 82 is attached, the diaphragm blades Rotate in two planes and (in FIG. 1) walk past the light source 22 on the left and right and so alternately in each case block one of the two bundles 24 and 26. In the In the position of FIG. 1, the diaphragm blade 80 is blocking the comparison light beam 24, while the other diaphragm blade 82 faces away from the light source 22 and does not obstruct the measuring light beam 26. After a rotation of the sector mirror 32 by 180 °, the diaphragm blade 80 gives the comparison light bundle 24 free, while the diaphragm blade 82 assumes the position shown in dashed lines and the measuring light beam blocked.

Figur 5 zeigt den Sektorspiegel 3?- mit dem aufgesetzten Blendenkranz 80, 82 in perspektivischer Darstellung. DerFigure 5 shows the sector mirror 3? - with the attached Aperture ring 80, 82 in a perspective view. Of the

209833/0 6 69 -36-209833/0 6 69 -36-

- pb -- pb -

Sektorspiegel einerseits und die beiden Blendenflügel andererseits sind um 90° gegeneinander versetzt. Die beiden Blendenflügel 80 und 82 sind unter sich um 180 gegeneinander versetzt.Sector mirror on the one hand and the two diaphragm blades on the other are offset from one another by 90 °. The two diaphragm blades 80 and 82 are 180 against each other offset.

Die Umfangsfläche 84 kann als Lauffläche für einen Antriebsriemen dienen.The circumferential surface 84 can be used as a running surface for a drive belt to serve.

Bei dieser Ausführungsform blockieren die Blendenflügel 80 und 82 wechselseitig je eines der beiden Bündel 24 und 26. Soll die in der Tabelle durch die Ausdrücke "Blockiert" angedeutete Betriebsweise realisiert werden, dann muß jeder der Blendenflügel 80 und 82 einseitig um 90 verlängert werden, und zwar in Figur 5 der eine Blendenflügel am oberen und der andere Blendenflügel am unteren Ende.In this embodiment, the diaphragm blades 80 and 82 mutually block one of the two bundles 24 and 26. If the mode of operation indicated in the table by the terms "blocked" is to be implemented, then each of the diaphragm blades 80 and 82 must be lengthened on one side by 90, and although in Figure 5 one diaphragm wing at the top and the other diaphragm wing at the lower end.

Die Blendenflügel 80 und 82 können auch anstelle des Sektorspiegels 32 gleichzeitig der Steuerung des photoelektrischen Taktgebers 38 dienen.The diaphragm blades 80 and 82 can also be used instead of the sector mirror 32 simultaneously serve to control the photoelectric clock generator 38.

- 37 209833/06 6 9- 37 209833/06 6 9

Claims (18)

PatentansprücheClaims M-yZweistrahl-Spektralphotometer, "bei welchem eine Strahlungsquelle, ein optisches System, enthaltend einen Monochromator mit Eintritts- und Austrittsspalt, und ein Strahlungsempfänger vorgesehen sind, wobei das optische System ein Meß- und ein Vergleichsstrahlenbündel erzeugt, die nach Durchgang durch den Monochromator auf dem Strahlungsempfänger gesammelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß es als tragbares Gerät (^2O kg) von relativ kleinen Abmessungen (Volumen "5 JO 1) ausgebildet ist, wobei die Verminderung des Lichtleitwertes und damit des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses, welche sich durch eine Verkleinerung der Abmessungen und Abstände im Gerät gegenüber handelsüblichen kommerziellen Geräten ergibt, durch eine Vergrößerung des öff-1 /-au < 5i8) und/oder mindestens eines der beiden (vertikalen und horizontalen) Gesichtsfeldwinkel (f/h<18, spektrale Auflösung>1 cm bei einer Wellenzahl von 1000 ) wenigstens teilweise kompensiert wird, wobei f die Kollimätorbrennweite, B und H die Breite bzw. Höhe des Strahlungsbündels am Gitter und h die Spalthöhe ist.M-y two-beam spectrophotometer, "in which a radiation source, an optical system containing a monochromator with entrance and exit slit, and a radiation receiver are provided, the optical system generating a measuring and a comparison beam, which after passing through the monochromator on the radiation receiver, characterized in that it is designed as a portable device (^ 2O kg) of relatively small dimensions (volume "5 JO 1), with the reduction in the light guide value and thus the signal-to-noise ratio, which is by reducing the dimensions and spacing in the unit as compared with normal commercial Gerä erg th ibt, by increasing the öff-1 / -au <5i8) and / or at least one of the two (vertical and horizontal) field angle (f / h <18, spectral resolution> 1 cm at a wave number of 1000) is at least partially compensated, where f is the collimator focal length, B and H the Width or height of the radiation beam at the grating and h is the height of the gap. 2. Zweistrahl-Spektralphotometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch das optische System des Gerätes eine Abbildung der Strahlungsquelle (22) nacheinander nur auf dem Monochromator-Eintrittsspalt (3*0 > dem Mon-ochromator-Austrittsspalt (44) und dem Strahlungsempfänger (50) erfolgt unter Vermeidung weiterer Zwischenabbildungen.2. Two-beam spectrophotometer according to claim 1, characterized in that that through the optical system of the device an image of the radiation source (22) successively only on the Monochromator entrance slit (3 * 0> the monochromator exit slit (44) and the radiation receiver (50) takes place while avoiding further intermediate images. - 38 -209833/0669- 38 -209833/0669 3. Zweistrahl-Spektralphotometer nach Anspruch Λ oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes optische Element des opti- < sehen Systems entweder die Funktion einer reellen Abbildung oder der Dispersion oder der Überlagerung der Strahlengänge erfüllt.3. Two-beam spectrophotometer according to claim Λ or 2, characterized in that each optical element of the optical <see system fulfills either the function of a real image or the dispersion or the superposition of the beam paths. 4. Zweistrahl-Spektralphotometer nach einem der Ansprüche 1 bis4. Two-beam spectrophotometer according to one of claims 1 to 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem optischen System sämtliche Abbildungen durch sphärische Spiegel (28, 30, 42, 48)
erfolgen.
3, characterized in that all images in the optical system by spherical mirrors (28, 30, 42, 48)
take place.
5. Zweistrahl-Spektralphotometer nach einem der Ansprüche 1 bis5. Two-beam spectrophotometer according to one of claims 1 to 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlengänge von Meß-
und Vergleichsstrahlenbündel (24 bzw. 26) geometrisch-optisch kongruent sind, und daß nur ein einziger rotierender Sektorspiegel (zur Bündelzusammenführung) verwendet wird.
4, characterized in that the beam paths of measuring
and comparison beam bundles (24 or 26) are geometrically-optically congruent, and that only a single rotating sector mirror (for merging the bundles) is used.
6. Zweistrahl-Spektralphotometer nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß zwei nach entgegengesetzten Richtungen von der Strahlungsquelle (22) ausgehende Lichtbündel (24, 26) durch
zwei symmetrisch zu einer die Lichtquelle (22) und einen umlaufenden Sektorspiegel (32) enthaltenden Ebene angeordnete
Hohlspiegel (28, 30) einmal direkt und einmal nach Reflexion an dem Sektorspiegel (32) auf dem Monochromator-Eintrittsspalt (34) gesammelt werden.
6. Two-beam spectrophotometer according to claim 5 »characterized in that two in opposite directions from the radiation source (22) outgoing light bundles (24, 26) through
two arranged symmetrically to a plane containing the light source (22) and a circumferential sector mirror (32)
Concave mirror (28, 30) are collected once directly and once after reflection on the sector mirror (32) on the monochromator entrance slit (34).
7. Zweistrahl-Spektralphotometer nach einem der Ansprüche 1 bis7. Two-beam spectrophotometer according to one of claims 1 to 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Monochromator (36) ein
Gittermonochromator in Ebert-Anordnung ist.
6, characterized in that the monochromator (36) is a
Grating monochromator is in Ebert arrangement.
8. Zweistrahl-Spektralphotometer nach einem der Ansprüche 1 bis8. Two-beam spectrophotometer according to one of claims 1 to 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittsspalt (44) des7, characterized in that the outlet gap (44) of the 209833/0669 -39-209833/0669 -39- Monochromators durch einen sphärischen Hohlspiegel (4-8) auf einen Strahlungsempfänger ,z.B. ein Thermoelement (50), abgebildet wird.Monochromator through a spherical concave mirror (4-8) to a radiation receiver, e.g. a thermocouple (50) is imaged. 9. Zweistrahl-Spektralphotometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Proben- und eine Yergleichsprobenküvette in Durchstrahlungsrichtung hintereinander symmetrisch zu der dazwischen vorgesehenen Strahlungsquelle (22) in den Strahlengängen der beiden Lichtbündel (24, 26) angeordnet sind.9. Two-beam spectrophotometer according to claim 6, characterized in that that a sample and a comparison sample cuvette are symmetrical one behind the other in the direction of irradiation to the radiation source (22) provided in between in the beam paths of the two light bundles (24, 26) are arranged. 10. Zweistrahl-Sepktralphotometer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß für Probe- und ■Vergleichsprobe gesonderte Probenräume (18, 20) vorgesehen sind, die in ihren Abmessungen im wesentlichen denen der Probenküvette und der Vergleichsprobenküvette entsprechen, so daß die Küvetten darin formschlüssig gehalten werden.10. Two-beam Sepktrophotometer according to one of claims 1 to 9, characterized in that for sample and ■ comparison sample separate sample spaces (18, 20) are provided, the dimensions of which are essentially those of the sample cuvette and correspond to the comparison sample cuvette, so that the cuvettes are held in it in a form-fitting manner. 11. Zweistrahl-Spektralphotometer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Proben- und Yergleichsprobenküvette von oben in die Probenräume einsetzbar sind.11. Two-beam spectrophotometer according to claim 10, characterized in that that sample and comparison sample cuvette can be inserted into the sample chambers from above. 12. Zweistrahl-Spektralphotometer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenräume im Bereich der Einsatzöffnungen trichterartige Erweiterungen aufweisen.12. Two-beam spectrophotometer according to claim 11, characterized in that that the sample spaces have funnel-like widenings in the area of the insert openings. 13. Zweistrahl-Spektralphotometer nach Anspruch 7 oder mit einem Gitter-Monochromator in Czerny-Turner-Anordnung, dadurch gekennzeichnet, daß Eintritts- und Austrittsspalt (34 bzw 44) des Monochromators von diametral einander gegenüberliegenden Abschnitten (54, 56) kreisbogenförmiger Spalte in einem Spalt-13. Two-beam spectrophotometer according to claim 7 or with one Lattice monochromator in a Czerny-Turner arrangement, characterized in that that entry and exit slit (34 and 44) of the monochromator from diametrically opposite one another Sections (54, 56) of circular arc-shaped column in a gap • rad (52) gebildet werden, daß das Spaltrad (52) wellenlängen-• wheel (52) are formed so that the split wheel (52) wavelength 209833/0669 -40-209833/0669 -40- bzw. wellenzahlsynchron verdrehbar ist und daß die Spaltbreite sich nach Maßgabe des geforderten Spaltprogramms längs der kreisbogenförmigen Spalte (5^, 56) ändert.or is rotatable synchronously with the number of shafts and that the gap width varies according to the required gap program along the arc-shaped column (5 ^, 56) changes. 14. Zweistrahl-Spektralphotometer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß optische Vorzerlegungsfilter (70, 78) für die Unterdrückung unerwünschter Ordnungen fest mit dem Spaltrad (52) verbunden sind, die bei der wellensynchronen Verdrehung des Spaltrades (52) nacheinander in den Strahlengang gelangen.14. Two-beam spectrophotometer according to claim 13, characterized in that that optical pre-decomposition filter (70, 78) for the suppression of undesired orders firmly with the Split wheel (52) are connected, which in the shaft-synchronous rotation of the split wheel (52) one after the other in the beam path reach. 15· Zweistrahl-Spektralphotometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Sektorspiegel (32) axial versetzt radiale Sektorblenden (80, 82) vorgesehen sind, die beiderseits der Strahlungsquelle (22) in die Strahlengänge der beiden Lichtbündel (24-, 26) eintauchen und diese mit einer die meßtechnische Eliminierung der Probeneigenstrahlung bewirkenden Frequenz und Phasenlage in bezug auf den Sektorspiegel (32) unterbrechen.15 · Two-beam spectrophotometer according to claim 6, characterized in, that on the sector mirror (32) axially offset radial sector diaphragms (80, 82) are provided on both sides the radiation source (22) immerse in the beam paths of the two light bundles (24-, 26) and these with a the metrological elimination of the sample's own radiation causing the frequency and phase position in relation to the sector mirror (32) interrupt. 16. Zweistrahl-Spektralphotometer nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß es mittels einer Batterie betrieben wird.16. Two-beam spectrophotometer according to one of claims 1 to 15, characterized in that it is by means of a battery is operated. 17. Zweistrahl-Spektralphotometer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät einen Federmotor enthält, der den Wellenzahlenantrieb des Spektralphotometers (Drehung des Gitters, Spaltbreitensteuerung und Abszissenvorschub des Schreibers) bewirkt.17. Two-beam spectrophotometer according to claim 16, characterized in that that the device contains a spring motor that drives the spectrophotometer's wave number (rotation of the grating, gap width control and abscissa feed of the recorder). 18. Zweistrahl-Spektralphotometer nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (22) durch eine Flamme beheizt wird.18. Two-beam spectrophotometer according to claim 16 or 17, characterized characterized in that the radiation source (22) is heated by a flame. 209833/0669209833/0669 Leersei teBlank page
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US4329048A (en) * 1979-03-15 1982-05-11 Commissariat A L'energie Atomique Light absorption spectrum analyzer
DE102017130772A1 (en) * 2017-12-20 2019-06-27 Analytik Jena Ag Spectrometer arrangement, method for generating a two-dimensional spectrum by means of such

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