DE2328193C3 - Vorrichtung zur Aufteilung des Lichts einer Lichtquelle in mindestens zwei Teilstrahlen mit zueinander konstantem Intensitätsverhältnis - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Aufteilung des Lichts einer Lichtquelle in mindestens zwei Teilstrahlen mit zueinander konstantem Intensitätsverhältnis, mit einem Element, das bei Bestrahlung durch die Lichtquelle Licht in verschiedenen Richtungen abstrahlt sowie mit einer das Licht der Lichtquelle auf das Element fokussierenden Fokus-,siereinrichtung, insbesondere einem ellipsoidförmigen Reflektor, in dessen einem Brennpunkt die Lichtquelle und in dessen anderen Brennpunkt das Element angeordnet ist, und mit Einrichtungen zur Aussonderung der Teilstrahlen aus dem von dem Element abgestrahlten Licht.

Bei einer derartigen bekannten Vorrichtung (deutsche Offenlegungsschrift 1 797547) besteht das verwendete, bei Bestrahlung lichtabsfahlende Element aus einem rohrförmigen Körper, der mit fluoreszierendem Material gefüllt isi und sich in der Brennlinie eines länglichen, im Querschnitt etwa ellipsenformigen Reflektors befindet, während die Lichtquelle so auf der anderen Brennlinie des Reflektors ange-' ordnet ist, daß ihr Leuchtpunkt im wesentlichen den gleichen Abstand von den beiden Enden des Elementes hat. Bei Bestrahlung de« Elementes durch die Lichtquelle gibt dieses an scint.i Enden in entgegengesetzten Richtungen Fluoreszenzlicht ab, das beispielsweise benutzt wird, um die Lichtabsorption von Stoffen zu messen.

Diese bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, daß unter gewissen Umständen Lichtstrahlen erzeugt werden, deren Intensitäten bezogen zueinander schwanken. Diese Schwankung des iriterssitätsverhältnisses der Lichtstrahlen ergibt sich, wenn das Licht »on der 1 ichtquclle, das auf emc Stelle an der Seite des Hemcntcb füllt, in der Intensität gegenüber demjenigen I icht schwankt, das auf eine andere Stelle des Η|_ς·. mentcs fällt, da das entlang derr. Hle-mem ühertr.ige-

neu Licht stärker geschwächt wird, wenn es einem entfernteren iinde zugeführt wird, als wenn es einem näherliegenden Ende zugeleitet wird. Dies hat im we sentlichen seine UVsachc in den Verlusten innerhalb des Elements, wodurch die Intensität des aus einem

ίο Cnde des Elementes austretenden Lichtstrahls großer sein kann, als dl·.· Intensität des Lichtstrahls vom anderen Ende des Elementes, was durch das Aultrelfcn des Lichtes auf Punkte außerhalb der Mitte der länglichen Seite des Kristalls entsteht.

Die Schwankungen der Intensitäten der von der Lichtquelle abgegebenen Lichtstrahlen sind /wangläufig durch die I. «einquelle gegeben und besonderschwierig dann auszugleichen, wenn die Lichtquelle eine Gasentladungsröhre ist. In letzterer bewegen sich

ao Gaswolken, und die so entstehenden Dichteschwankungen des Gases an verschiedenen Stellen der Gasentladungsröhre oder -lampe bewirken, daß das in einer Richtung abgestrahlte Licht eine andere Intensität hat ais das in einer anderen Richtung abgegebene Licht.

Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtungzu schaffen, mit der das Licht einer Lichtquelle so aufgeteilt werden kann, daß mindestens zwei Strahlen mit zueinander konstantem Intensitätsverhältnis entstehen.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung der en· gangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß das Element eine lichtstreuende Fläche lufweist unu daß die Ausdehnung des Elements senkrecht zur lichtstreuenden

Fläche so gering ir.t, daß die Lichtschwächung entlang dieser Richtung vernachlässigbar ist.

Somit wird also das Licht der Lichtquelle auf ein Element fokussiert, das eine Abstrahlung von Licht in verschiedene Richtungen ermöglicht, wobei beispielswebe die zu beiden Seiten senkrecht zur lichlstreuenden Fläche abgestrahlten Lichtstrahlen gleiche Intensität haben, während die in andere Richtungen abgestrahlten Lichtstrahlen jeweils /ucinardT in einem bestimmten Intensitätsverhältnis stehen. Wenn also Intensitätsschwankungen in dem von der Lichtquelle abgegebenen Licht auftreten, werden diese Schwankungen zwar auf die lichtstreuende Flache weitergegeben und diese gibt Licht schwankender Intensität ab, jedoch bleibt das Intensitätsverhältnis der verschiedenen abgegebenen Lichtstrahlen immer konstant. Ferner sind die Teillichtstrahlen hell, da ein hoher Prozentsatz des von der primären Lichtquelle abgegebenen Lichtes ausgenutzt wird.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die lichtstreuende Flachs eine Anzahl von Teilchen aus lichtstreuendem Material enthalten. In einer weiteren Ausgestaltung kann die lichtstreuende Fläche ein phosphoreszierendes oder fluoreszierendes Material enthalten, so daß dann das EIement einerseits direkt das von der Lichtquelle abgegebene Licht streuend abstrahlt, während andererseits Fluoreszenzlicht erzeugt wird, das ebenfalls vom Element abgestrahlt wird und sich dem gestreuten Licht überlagert.

S₅ Wie bereits erwähnt, kann als Fokussicreinrichtung ein cllipsoidförmiger Reflektor dienen, doch es ist auch möglich, andersartige Reflektoren oder Linsenanordnungen zu verwenden, um das Licht der Licht-

quelle auf das Element zu fokussieren.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in einer Draufsicht ein Ausfiihrungsbeispiel einer Vorrichtung;

y-ig.:. zeigt eine Vorderansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1:

1-ig. 3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 3-3 aus

Fig- I:
Fig. 4 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 4-4 aus

I-ig I'-

Fig. 5 zeigt im Schnitt ein auswechselbares Wellenlüngenwahllichtfiltcr zur Verwendung in der Vorrichtung gemäß Fig I,

Fig. '. zeigt in einem Diagramm die Lichtabsorption verschiedener Teile des Filters.

Das in Fig. ! in Draufsicht dargestellte optische Doppi'lstrahlsystem 10 hat eine Doppelstrahl-Licht-

fuelie 12, eine erste Lichtabsorptionszelle 14 und eine weite Lichtabsorptionszelle 16 sowie eine erste

_ tichtmeßzelle 18 und eine zweite Lichtmeßzelle 20.

" Die Doppelstrahl-Lichtquelle 12 ist mittels eines jBasistuüs 22 mittig innerhalb eines quaderförmigen

- Gehäuses 24 befestigt und gibt zwei in entgegengesetzten Richtungen geführte Lichtstrahlen ab, wobei zwischen einer ersten Seite der Doppelstrahl-Lichtquelle 12 und der ersten Lichtmcßzelle 18 die erste Lichtabsorptions/elle 14 und zwischen der zweiten Seite der Doppelstrahl-Lichtquelle 12 und derzweiten Ltcntmeßzelle 20 die zweite Lichtabsorptionszel'e 16 angeordnet ist. Die erste Seite der Doppelstrahl-Lichtquelle 12, die erste Lichtabsorptionszelle 14 und die erste Lichtmeßzelle 18 sind bezüglich eines ersten Lichtstrahls ausgerichtet, und die erste Lichtmeßzelle 18 ist an einer ersten Seite des Gehäuses 24 befestigt. Die zweite Seite der Doppelstrahl-Lichtquelle 12, die zweite Lichtabsiirpti nszelle 16 und die zweite Lichtmeßzell 20 sind bezuglich eines zweiten Lichtstrahls ausgerichtet, und die zweite Lichtmeßzelle 20 ist an einer zweiten Seite des Gehäuses befestigt. Um das Innere des Gehäuses 24 zugänglich zu machen, sind die Seiten bei 26 und 28 angelenkt, so daß die Anordnung zur Reparatur und zum Ersetzen von Teilen leicht geöffnet werden kann.

Das optische Doppelslrahlsystern 10 ist Teil einer fotometrischen Vorrichtung, die zwei aneinander angepaßte I ichtstrahlen benötigt. Eine derartige fotometrische Vorrichtung kann beispielsweise zum Lokalisieren gelöster organischer Stoffe, etwa verschiedener Proteine und Aminosäuren innerhalb einer Chromatograficsäulc während des Fraktionierens der Säule verwendet werden.

Bei dieser Art von Vorrichtungen werden die verschiedenen gelösten organischen Stoffe innerhalb der Säule durch ihre unterschiedlichen Lichiab.<urptiiinen lokalisiert, die dadurch bestimmt werden, daß ein <rster Lichtstrahl einer Doppelstrahl-Lichtquelle durch die die gelosten Stoffe enthaltende Säule und ein zweiter I ichtstrahl von der Doppelstrahl-Lichtquelle durch eine Probe des Lösungsmittels geleitet wi<d und die Intensitäten der beiden Strahlen nach dem Durchtritt durch den gelösten Stoff und durch das reine Lösungsmittel miteinander verglichen werden

Im Betrieb des optischen Doppelstrahlsystems 10 triff! der erste lichtstrahl von der Doppelstrahl-Lichtquelle 12 nach dem Durchtritt durch die erste Lichtabsorptionszelle 14, die einen in eine C hromatografiesiiuk· ein/unfingenden gc!iv-,ie<i Stoff '..'der esp.cn gelösten Stoff zu bcst.mmender Konzentration enthalt, auf die erste Lichtmcßzelle 18, und der zweite Lichtstrahl von der Doppelstrahl-Lichtquelle «.2 gelangt nach Durchtritt durch die zweite Lichtabsorptionszclle 16, in der sich lediglich das Lösungsmittel befindet, auf die zweite Lichtmcßzcl'e 20. Die erste und die zweite Lichtmeßzelle erzeugen in Abhängigkeit von dem auftreffenden Licht ein erstes und ein zweites elektrisches Signal, und diese Signale werden

ίο zum Vergleich der Lichtabsorplionseigenschaften der Substanzen in der ersten und zweiten Lichtabsorptionszelle miteinander verglichen.

Die Doppelstrahl-Lichtquelle 12 enthält eine Lampe 30, ein Element 32 und einen ePipsoidförmi-

gen Reflektor 34, der einen ersten Sektor 36 und einen zweiten Sektor 38 hat.

Um Licht für den ersten und den zweiten gleichförmigen Lichtstrahl zu liefern, isi die Lampe 30 am Basisteil 22 befestigt, das als Aufnahme für die elektri-

sehen Verbindungen dient und mittig innerhalb der Doppelstrahl-Lichtquelle 12 angeordnet ist. Die Lampe 30 dient als primäre Lichtquelle und V ann von unterschiedlichster Art sein, um das Licht gewünschter Frequenz, zu liefern.

Die Lampe 30 besteht aus einer NiederdrucH-Qiiccksilberdampiinmpe, die ultraviolettes Licht abstrahlt, das tür einige fotometrische Vorrichtungen besonders geeignet ist, etwa zum Messen oder Vergleichen der optischen Dichte oder der Lichtabsorption gewisser Lösungen, die organische Stoffe, z. B. Protein, Aminosäure o. ä. enthalten.

Zum Bündeln des Lichts der Lampe 30 in zwei entgegengesetzt gerichtete Strahlen dient der ellipsoidförmige Reflektor 34, der aus zwei Sektoren 36 und 38 aufgebaut ist, die in der Mitte einen Abstand voneinander haben und deren konkave Seiten einander zugewandt sind. Wie am deutlichsten in Fig. 4 zu erkennen ist, befindet sich der Helligkeitspunkt der Lampe 30 im ersten Brennpunkt des elüpsoidförmigen Reflektors 34, um das Licht auf den zweiten Brennpunkt zu bündeln, in dem sich das Element 32 befindet, wobei üie beiden Sektoren 36 und 38 zwei Lichtstrahlöffnungen aufweisen, die miteinander und mit dem zweiten Brennpunkt fluchten, damit die entgegengesetzt gerichteten, in ihrer Intensität proportionalen Lichtstrahlen aus dem ellipsoidförmigen Reflektor austreten können. Eine der Lichtstrahlöffnungen 40 ist in Fig. 4 dargestellt.

Da die Lichtstrahlöffnungen miteinander und mit dem zweiten Brennpunkt des ellipsoidförmigen Reflektors 34 fluchten, wird das Licht nicht direkt, in einer geraden Linie von einem Sektor durch das Element 32 und die öffnung im anderen Sektor in eine Liehtabsorptionszellc geleitet, ohne daß eine entspre-

chcndc Streuung stattfindet, denn es gibt keinen derartigen Weg für das Licht, sondern alle geradlinigen Lichtbahnen von einem Reflektor durch die öffnung des anderen Reflektors verlaufen unter einem Winkel /um ersten und zweiten Lichtstrahl. Ferner können die ! ichtstrahlöffnungen jeweils von einer Linse verschlossen sein, die auf das Element 42 ausgerichtet ist, so daß sie die Intensität des zur Lichtabsorptionszelle übertragenen Lichtes verstärkt und die Intensitätsdifferenzen zwischen dem ersten und zweiten Strahl verringert, indem sie vorzugsweise Licht von dem Bereich überträgt, der sich am Brennpunkt der jeweiligen Linse befindet.

Im wesentlichen hat der ellipsoidförmige Reflektor

zwei Aufgaben. (1) Er bündelt Licht von der Lampe 30 auf das Element 32. (2) Er führt zwei entgegengesetzt gerichtete Lichtstrahlen von dem Element 32 zu den Lichtabsorptionszellen 14 und 15, wobei die Lichtstrahlen kein Licht enthalten, das direkt von einem Reflektor durch das Element und in gerader Linie entlang dem Lichtstrahl geführt ist. Das entlang der geradlinigen Bahn geführte Licht erzeugt unter gewissen Umständen sich zeitlich ändernde Ungleichmäßigkeiten in der Intensität der beiden einander entgegengerichteten Lichtstrahlen, da das entlang dieser geradlinigen Bahn reflektierte Licht möglicherweise nicht ausreichend vom Element gestreut ist. Während ellipsoidförmige Reflektoren für diese Zwecke gut geeignet sind, können auch andere Arten von Reflektoren und Linsen für die gleiche Aufgabe verwendet werden. Damit die Intensitäten der beiden einander entgegengesetzt gerichteten Lichtstrahlen ein konstantes Verhältnis haben, selbst wenn sich die Intensität des von der Lampe 30 abgegebenen Lichtes über .eine Zeitspanne von Lampenpunkt zu Lampenpunkt und von Richtung zu Richtung ändert, enthält das Element 32 eine transparente Basis mit einem ebenen, Jichtabstrahlcnden Bereich 42 (Fig. 3), der in einem der Brennpunkte des eliipsoidförmigen Reflektors 34 befestigt ist, während der Leuchtpunkt der Lampe 30 sich im anderen Brennpunkt befindet. Der ebene, lichtabstrahlende Bereich ist bezüglich der beiden Lichtstrahlöffnungen in den Sektionen 36 und 38 des eliipsoidförmigen Reflektors 34 so ausgerichtet, daß eine Gerade durch die beiden Lichtstrahlöffnungen senkrecht /um ebenen, lichtabstrahlenden Bereich verläuft.

Damit die Intensitäten des Lichtes in den Lichtstrahlen immer das gleiche Verhältnis haben, weist der lichtabstiahlende Bereich 42 des Elementes 32 im allgemeinen irgendeine Flache auf, die Licht proportional in eine Anzahl von Strahlen abgibt. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiei werden zwei Lichtstrahlen in entgegengesetzten Richtungen durch Lichtstrahlöffnungen abgestrahlt, und in diesem AusführijRgsbeispic! sind /.urn Bündeln de?> Lichies vom lichtabstrahlenden Element zu Strahlen keine Linsen erforderlich, da die Strahlen in entgegengesetzten Richtungen durch die Lichtstrahlöffnungen treten, wodurch mögliches Lichtrauschen entfernt wird, das durch schlecht bündelnde Linsen erzeugt wird, die den Strahlen Licht aus zu großen Bereichen zuführen.

Da das Licht in zwei entgegengesetzte Richtungen abgestrahlt wird, sollte das lichtabstrahlende Element seir." geringste Abmessung parallel zu den Lichtstrahlen haben, und diese Abmessung sollte ausreichend klein sein, um nennenswerte Schwächungen des durch das Element hindurchtretenden Lichtes zu vermeiden. Im allgemeinen ist das Element weniger als 1 mm stark. Üblicherweise wird das Verhalten verbessert, wenn das Element durchscheinend ist, so daß es, unabhängig von welchem Sektor des eliipsoidförmigen Reflektors das zugeführte Licht auffällt, in beiden Richtungen gleich abstrahlt.

Der liehtabstrahlcnde Bereich 42 hat zu diesem Zweck eine durchscheinende, lichtstreuende Fläche, die einen passiven Lichtabstrahier aufweist, etwa eine Schicht, die so dünn ist, daß sie durchscheinend ist, oder die andere lichtstreuendc Verformungen enthält. In diesem Fall gibt ein passiver Lichtabstrahier kein Lichl durch Änderung des Errcgungszustandcs seiner Atome oder Moleküle ab, wie dies bei weißglühenden oder fluoreszierenden Strahlen der Fall ist, sondern er strahlt nur eingestrahltes Licht wieder ab.

Die lichtsticuendc Fläche streut das auffallende Licht willkürlich, so daß da.·. Licht gemäß dem Lambertschcn Kosinusgesetz abgestrahlt wird, wobei die Intensität unabhängig vom ilerkunftspunkt in der Lampe 30 proportional zum Kosinus des Winkeis bezüglich der Normalen zur lichtstreuenden ,Fläche ist. Somit ist das Verhältnis der Lichtintensität der Sfahlen konstant, da alle Strahlen einen konstanten Winkel zur emittierenden Fläche haben. Ferner wird das Licht von beiden Sektoren 36 und 38 von beiden Seiten des Elementes 32 zurückgestrahlt, um sowohl zum ersten als auch zum zweiten Lichtstrahl beizutragen und dadurch die Lichtstrahlen anzugleichen, da der lichtangleichende Teil des Elements durchscheinend ist und nicht viel Licht absorbiert.

Der lichtabstrahlende Bereich 42 kanu auch Fluoreszenzteilchen aufweisen, die in einer dünnen und

ao damit durchscheinenden oder durchsichtigen Schicht angeordnet und auf einer durchsichtigen oder durchscheinenden Grundplatte des Elements 32 vorgesehen sind. Die Fluoreszenzteilchen bzw. die diese Teilchen tragende Schicht emittiert Licht in alle Richtungen,

as so daß jede Stelle proportional zum erster- und zum zweiten Lichtstrahl beiträgt, !m Gebrauch erzeugen die Fluoreszenzteilchen außerdem eine streuende Fläche, wodurch das gestreute Licht sowohl mit der Frequenz des Lichts der Lampe 30 als auch mit der Frequenz des durch Fluoreszenz von oen Teilchen emittierten Lichtes dem ersten und /weiten Lichtstrahl zugeführt wird. Das von den Huoreszenzteilchen absorbierte Licht verringert das konstante Verhältnis etwas, das jedoch für die meisten Anwendungs/.weckc immer noch geeignet ist.

Die Lichtfrequenzen, die durch die I.ichtabsorptionszellcn 14 und 16 hindurchtreten und zu den H)-tozellen in den LichtmcK/.ellen 18 und 'Ό gelangen, werden durch Einsetzen von Filtern in die Bahn der Lichtstrahlen ausgewählt. Diese Filter absorbieren selektiv solche Lichtfrequenzen, die nicht zu den Ιοί., zeilen gelangen sollen. Da sich die Filter leicht auswechseln lassen, wird durch das Vorhandensein von zwei unterschiedlichen Frequenzbereichen des Lichtes, ein Bereich von der Fluoreszenz der Teilchen unu der andere Bereich von der Streuung des Lichtes, eine leichte Anpassung des optischen Doppelstrahlsystems an verschiedene Anwendungszwecke möglich.

Eine andere Möglichkeit zum Aufbau eines optisehen Doppelstrahlsystcms, das leicht an verschiedene Anwendungszwecke angepaßt werden kann, besteht in der einfachen Wahl unterschiedlicher Frequenzen für die Lichtstrahlen. Um dies zu erreichen, können leicht auswechselbare Elemente (nicht gezeigt) be-

nutzt werden, die jeweils andere Fiuorcszenzmaterialien tragen, welche Licht unterschiedlicher Frequenzen emittieren und für die entsprechende Anwendung in das optische Doppelstrahlsystem eingesetzt werden. Ferner kann das Element einfach im eliipsoidförmigen

Reflektor verstellbar sein und eine Anzahl verschiedener Fluoreszenzstoffe an verschiedenen Stellen tragen, die Licht unterschiedlicher Frequenzen emittieren. Das Element wird in seiner Lage auf eines der gewählten Fluoreszcnzmatcrialien eingestellt, so daß

sich dieses im Brennpunkt des eliipsoidförmigen Reflektors befindet, um dadurch die Frequenz des in die Strahlen zu emittierenden Lichtes zu wählen. Selbstverständlich werden in beiden Fällen entsprechend

den gewünschten Frequenzen Lichtfilter benutzt.

Das Trägermaterial des Elements 32 besteht vorzugsweise aus einem Ouarz, da Quarz durchlässig für ultraviolettes Licht ist, das besonders häufig verwendet wird.

Zur Anbringung der Teilchen auf der Fläche eines Trägermatcrials und zur Verformung eines Trägermatcrials zur Erzeugung von Streulicht sind viele Verfahren bekannt. So können die Teilchen beispielsweise durch Ausfällung aus einem klebenden ■Bindemittel oder zwischen zwei Abschnitten eines Trägermatcrials befestigt werden. Das Trägermaterial kann durch Zerkratzen oder Aufrauhen seiner Oberflächen verformt werden, so daß es Licht streut, wenn keine Teilchen auf ihm angebracht sind.

Besonders geeignete Fluoreszenzmatcrialicn für das Element 32 sind mikrokristallines, Cer-aktiviertes Lantanfluorid gemäß USA .-Patentschrift 2450548 oder Kalzium-Lithium-Silikat/ßlei-aktivierter Phosphor.

Wie am deutlichsten in Fig. 2 zu erkennen ist, haben die Lichtabsorptionszellen 14 und 16 jeweils ein rechteckförmiges Gehäuse 44 bzw. 46, das transparente, rohrförmige, im wesentlichen Z-förmige Durchlässe umschließt. Jeder dieser Durchlässe enthält: (IJ einen senkrechten Eintrittskanal 48 bzw. 50, der von einem Punkt unterhalb der Doppelstrahl-Lichtquellc 12 ausgeht unc! in einer Richtung parallel zum Intensitätsgbgleicher 32 zu einer Stelle gegenüber der Lichtdurchlaßöffnung im Sektor 36 bzw. 38 verläuft; (2) einen lichtabsorbicrenden Kanal 52 bzw. 54, der fluchtend mit der entsprechenden I.ichistrahlöffnung und dem ersten bzw. zweiten Lichtstrahl verläuft; (3) einer. Austrittskanal 56 bzw. 58. der sich senkrecht von einer Stelle gegenüber der entsprechenden Lichtstrahlöffnung und parallel zum Element 32 /u einem Punkt oberhalb der Doppelstrahl-Lichtquellc erstreckt.

Damit der erste und der zweite Lichtstrahl der Doppelstrahl-Liehtquellc 12 über die Lichtstrahlöff nungcn durch die i .icht absorbierenden Kanäle 52 und 54 gelangen können, hat der Kanal 52 an einer Seite ein transparentes Fenster 60 und an der anderen Seite ein transparentes Fenster 62. die bezüglich der Lichtstrahlöffnungen ausgerichtet sind, so daß Licht durch das (jehause 44 hindurchtreten kann. Der Kanal 54 hat an einer Seite ein transparentes Fenster 64 und an der anderen Seite ein transparentes Fenster 66, die mit den Lichtstrahlöffnungen fluchten, um Licht durch das Gehäuse 46 hindurchtreten zu lassen. Ein Ende jedes Kanals 52 und 54 und die transparenten Fenster 62 und 64 befinden sich nahe den einander gegenüberliegenden l.ichtstrah !öffnungen.

Um die Lichtabsorption oder -abgabe des Fluids in den Lichtabsorptionszellen 14 und 16 zu messen, wird der ersten und /weiten Lichtmcßzelle 18 und 20 der erste bzw. der zweite Lichtstrahl zugeführt, nachdem diese die Absorptionskanäle 52 bzw. 54 der ersten bzw. zweiten Lichtabsorptionszclle 14. 16 durchlaufen haben. Jede Lichtmeßzellc 1.8, 20 enthält ein Filter 68, 70 bekannter Art und eine Fotozelle 72, 74, die fluchtend mit dem ersten und zweiten Lichtstrahl angeordnet sind, so daß diese durch das Filter 68, 70 hindurchlrefcn, bevor sie die Fotozelle 72, 74 erregen.

Die Fotozellen 72 und 74 sind Teil einer Schaltung zum Vergleich des auffallenden Lichtes und liefern eint' Anzeige für die relative optische Dichte des Fluids in den Lichtabsorptionszcllcn 14 und J6, um so in bekannter Weise einen gelösten Stoff in dem durch eine der Lichtabsorptionszellen strömenden Fluid zu lokalisieren oder zu identifizieren.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch ein Filter 68, das später im einzelnen beschrieben wird und im wesentlichen den gleichen Aufbau wie das Filter 70 hat, so daß für dies keine gesonderte Beschreibung erforderlich ist. Das Filter enthält im wesentlichen eine Kömbination von Filterelementen, eine lichtfilternde Flüssigkeit und ein Fluoreszenzelement. Ein Filterelement und die Ijchtfilterndc Flüssigkeit übertragen auf das Fluorcszenzelemcnt Licht einer Wellenlänge, das zur Messung der Absorption der Substanz in einer lichtabsorbierenden Zelle benutzt wurde, und sperren andere Wellenlängen, einschließlich der von dem Fluoreszcnzelement emittierten Wellenlänge. Das Fluoreszenzelcment reflektiert in Abhängigkeit von der einen Wellenlänge Licht einer anderen Wellenlänge,

auf die die Fotozelle anspricht. Ein drittes Filterelement dient zum Unterdrücken unerwünschter Wellenlängen, die durch das eine Filterelement und die lichtfilternde Flüssigkeit hindurchgetreten sind, und läßt die vom Fluoreszenzelement emittierte Wellenlänge durch. Durch diese Anordnung wird eine besonders gute Selektion der einen Wellenlänge erreicht. Das Filter 68 enthält ein im wesentlichen zylindrisches, rohrförmiges Gehäuse 76 mit an einem Ende vorgesehener scheibenförmiger Vorderfläche 78, in der sich zentrisch eine scheibenförmige öffnung befindet, während das gegenüberliegende Ende des Gehäuses zur Aufnahme des Filters und der Fluoreszenzelemente geöffnet ist und die Innenwand ein Gewinde aufweist. Um eine einfache Anbringung des rohrförmigcn Gehäuses 76 an der ersten Lichtmeßzelle 18 zu ermöglichen, ist die zylindrische Fläche an einem Ende mit einer Schulter nahe der Vorderfläche 78 versehen und weist eine Kingnut 80 nahe dem anderen Ende auf, so daß das Gehäuse 76 in eine zylindrische öffnung in der ersten Lichtmeßzelle 18 eingesetzt werden kann unci dort von einem Vorsprung in der Ringnut 80 gehalten wird, wahrend die Schulter die Fläche 78 außerhalb der zylindrischen öffnung trägt. Im rohrförmigen Gehäuse 76 befinden sich zwei Filterelemente 82 und 84 und ein Fluores/enzelemcnt 86, die alle einen mit der öffnung in der Vorderfläche 78 fluchtenden Bereich aufweisen, um Licht des ersten Lichtstrahls aufzunehmen, lerner ist bei SS eine lichffilterndc Flüssigkeit im Filter 68 vorhanden, so daß der Lichtstrahl durch diese hindurchtritt, bevor er die Fotozelle 72 (Fig. 2) erreicht.

Zum Festlegen der Filterelemente 82 und 84, des Fluoreszenzelementes 86 sowie der lichtfiiternden Flüssigkeit bei 88 enthält das Filter 68 ein transparen-

tes Quarzfenster 90, das die scheibenförmige Mittelöffnung in der Vorderfläche 78 verschließt. Ein O-Ring 92 drückt gegen das transparente Giasfenster 90, so daß eine flüssigkeitsdichte Dichtung entsteht. Ein zylindrisches Abstandsstück 94 preßt das Filter-

element 82 gegen die andere Seite des O-Ringes 92, um einen flüssigkeitsdichten Bereich für die lichtfilterndc Flüssigkeit bei 88 zu schaffen, und ein Haltering 96 steht in Schraubeingriff mit dem Innengewinde des rohrförmigen Gehäuses 76 und hält so das Ab-Standsstück am Filterelement 82 und stützt das Filterelement 84 und das Fluoreszcnzeicmcnt 86.

Die Filterelemente 82 und 84, das Fluoreszenzelcmenl 86 und die lichtfilternde Flüssigkeit bei 88 wer-

609 625/252

23 28 19

9 10

den so gewühlt, daß ein Ansprechen auf Liclitfrcqucn- dcre Merkmale in ihrer charakteristischen Kurve auf-

zen des ersten Lichtstrahls vermieden wird, die nicht treten,clicin der Kurve J(IO nicht dargestellt und auch

im Bereich einer vorbestimmten Spektrallinie liegen. im vorliegenden Fall nicht wesentlich sind,

was für die Messung der Lichtabsorptions- oder Bevor d;>s optische Doppelstrahlsystcm 10 in Be-

-Übertragungseigenschaft eines gelösten Stoffes in der 5 trieb genommen wird, werden die Hltcr 68 und 70

Lichtabsorptionszelle zweckmäßig ist und die Liefe- vorbereitet und in die erste und zweite Lichlmcß'z.clle

rung von Licht einer Wellenlänge ermöglicht, auf die 18, 20 (Fig. 2) eingesetzt. Im allgemeinen werden die

die Fotozelle besonders anspricht, wobei das Licht Filter so hergestellt, ti a W sie der Art oder den Arten

eine Intensität proportional zur Intensität des Lichtes von gelösten organischen Stoffen entsprechen, die sich

der gewählten Spektrallinie hat. Die Wahl kann in 10■ in einer Chroiuatografiesäulc befinden, die durch die

Abhängigkeit von der im speziellen Fall zu benutzen- erste I.ichtabsorptions/clle 14 fließ). Selbstverständ-

t.den Spektrallinie und der Art der verwendeten foto- lieh sind die Filter für andere Anwendungszwecke de

'empfindlichen Einrichtungen zur Messung des von optischen Systems nach anderen Gesichtspunkten

dem Fluoreszenzelement emittierten Licht aus einer ausgewählt.

großen Anzahl von Filterelementen, Flüssigkeiten 15 Um den gelösten Stofl anzuzeigen, der Licht einer

und Fluorcszenzclementer. getroffen werden. Wellenlänge von 254 um absorbiert, wird das Filtci

Bei einem Filter 68, das besonders /um Lokalisie- 68 gemäß Fig. 5 zusammengesetzt, wobei bei 88 als

rcn oder Identifizieren einiger organischer Stoffe ge- Flüssigkeit beispielsweise eine verdünnte Losung von

eignet ist, überträgt das Filterelement 84 vom Fluo- Schwefelkohlenstoff eingefugt wird. Um einen gelo-

reszenzclement 86erzeugtes,grünes, sichtbares Licht. 20 stcn Stoff anzuzeigen, der Licht im Wellcnlängcnhe-

wobei das filterelement 82 aus purpurrotem Silizium- reich zwischen 270 nni und 2V0 nm absorbiert, wird

dioxid besteht, das Licht im ultravioletten Bereich bis das Filter auf gleiche Weise aufgebaut, jedoch bei 88

hinab zu einer Wellenlänge von 240 nm abgibt und als Flüssigkeit eine Lösung von Benzol in einem trans-

grünes sichtbares Licht absorbiert. Das Filterelement parenten Lösungsmittel eingesetzt.

84 absorbiert ultraviolettes Licht und läßt nur grünes 25 Im Betrieb des optischen Doppelstrahlsystenis JO

Licht durch bzw. gibt dieses ab. Das Element 86 be- wird ein einen gelösten Stoff enthaltendes Losungs-

steht aus einem Fluoreszenzphosphor, der grünes mittel durch die Liehtabsorptionszelle 14 und reines

Fluoreszenzlicht erzeugt, wenn er mit ultraviolettem Lösungsmittel durch die Liehtabsorptionszelle 16 ge-

Licht einer Wellenlänge von etwas mehr als 280 νημ pumpt. Wählend der gelöste Slofi durch den Itchlah-

und weniger als 2X5 oder 2'M) m// bestrahlt wird. Zu- 30 sorbierenden Kanal 52 der ersten Licbtabsorpti'ms

samrrien erzeugen die Filterelemente 82 und 84 und zelle 14 fließ», strömt reines Losungsmittel durch den

das Fluoreszenzelement 86 in Abhängigkeit vom Licht lichtabsorbierenden Kanal 58 der zweiten Lichtab-

ciner Wellenlange im Bereich von 24(1 bis 2¹H) nm Sorptionszelle 16. Der erste Lichtstrahl tritt durch den

giünes sichtbares Licht. I iehtabsorpimnskanal 52 in die erste Lichfmcß/dle

Um Licht einer Wellenlänge von im wesentlichen ₃₅ 18 und der zweite Lichtstrahl durch den liehtabsorbie-

280 nm aus dem Licht zu erzeugen, das mittels eines rc η de π K;»n,il 58 in die zweite Lichtmcßzelle 20 ein.

lichtausgleirhenden Bereiches des Elementes 32. das wobei t\<c beiden I ichtstrahlen zueinander propnrtio

mikrokristallines, Ccr-aktiviertes Lantanfiuorid au r nalc Lichtin.ensitateis haben Die erst'.· Lichtmeßzelle

Kalzium-Lithium-Silikat, Blei-aktivierten Phosphor 18 und die zweite Lichtmeßzclle 20 vergleichen die

enthält, gewonnen wurde, wird bei 88 cmc lichtfil- 40 Intensität des Lichtes des ersten und zweiten I icht-

ternde Flussigki n eingesetzt, die Licht einer Wellen- Strahls, ti tr, !iiformaiinncn über den durch den ersten

länge von mehr als 2K0 nm durchlaßt und Lieht einer lichtabsnrhicrcndcn Kanal 52 fließenden gelosten

Wellenlänge von 254 nm absorbiert. Um andererseits Stotf zu erlangen.

Licht einer Wellenlänge von 254 nm von der gleichen I'm den ersten und zweiten Lichtstrahl zu erzeugen

Lichtquelle zu gewinnen, wird bei 88 eine lichtfil- ₄₅ gibt die I .impe 30 beispielsweise ultraviolettes Licht

leriide Flüssigkeit eingefügt, die Licht von 2M nm ab. das auf d.is Element 32 gelangt. Da sich der

durchläßt und Fluores/enzlicht im Wellenlangcnhe- Leuchlpur.kt der Lami« 30 in einem Brennpunkt und

reich von 270 bis 3(Hi nm absorbiert. tier lichtabstrahlendc Bereich 42 des Elements 32 im

Obwohl Feststoffe mit den erforderlichen I i¹ tci anderen Brennpunkt des ellipsoidförmigen Reflektors

gensc'iaftcnzur Erzeugung des benötigten Frequenz- ₅₀ 34 befindet, wird Licht von einem Raumwinkcl. der

Verhaltens selten sinn, stehen lichtfilternde flüssig den Hauplteil einer Kugel darstellt von der I am pe

ksiten ohne weiteres zur Verfugung. Fig. h zeigt in 30 auf den lichtabstrahlenden Bereich 42 des EIe-

einem Diagramm eine erste Kurve 98 und eine zweite mems 32 abgestrahlt.

Kurve 100, wobei auf der Ordinate die LichiaKorp- Wie bereits erwähnt, kann der hchtabstrahlende

tion und auf der Abrisse die Wellenlänge des 1 ichtes. _S5 Bereich 42 des Elements 32 aus einer durchscheinen

das bei zwei Flüssigkeiten absorbiert wird, aufgetra den. streuenden Fläche bestehen dir das auf mc fal-

gen ist. Die erste Kurve 08 bezeichnet eine lichtfil- lcnde Litht streut und es als zwei cnt_Ecßcn_Keset7t cc

!ernde Flüssigkeit, die selektiv Licht einer Wellen richtete : ichtstrahlen durch die beiden I ichistrahlöff

lange von 254 nm durchlaßt und Licht mit Wcllenlan- nungcn im ersten und 'weiten Sektor 36 und 38 des

gen von 270 nm bis 2¹K) nm absorbiert, während die 6» Reflektors wieder abstrahlt Das L icht wird von dem

Kurve 100 eine lichtfilternde Flüssigkeit bezeichnet. abstrahlenden Bereich 42 gemäß dem I arnhcrtschen

die selektiv Licht von Wellenlängen zwischen 27o nm Kosinusgesetz abgestrahlt, wohei ('as auf iedt-π Punkt

und 290 nm durchlaßt und Licht einer Wellenlänge auffallende I ,cht eine proportionale Strahlung sowohl

c°u ^:5 _f ⁴ _t ^nmJ^lbsorl?'^crl· ^hmc verdünnte Lösung von zum ersten als auch zum zweiten Lichlsirahl bewirkt,

Schwefelkohlenstoff hat ein Absorptionsspektrum. e₅ so daß die beiden Lichtstrahlen proportionale Intcnsiclas der Kurve 98 ähnelt, wahrend cmc Benzollosung (ät haben. Da die beiden Uchtstrahlöffnuniien in einer in einem transparenten Lösungsmittel der Kurve 100 Linie mit dem ersten ίικΙ dem zweiten I ichtstrahl Hc-

ahnclndc Eigenschaften hat, obwohl verschiedene an- gen. kann kein J icht von einem Reflektorsektor durch

ltii iKlnabslMliIciuli/.n Ucieidi und in don (Jem Rc IIfki·Mscktoi jicgeiiühtrliLjfcnilcM 1 lüiisiiahl i/clan UCM ι ihne il,ι IS Cv jjestrcui wird

I ι nur Imiiui tier liclitiihsitiililciulc Bereich 42 des I ΙηικπΙ¹- 32 et in* diimie tMiispiircntc oder iltirch-•c hciiicnde Schidil aus I luuies/en/leildicn atilvvui- <vii (Ir· das I ii'lti SiICiM und tlnori/s/iiTl. wcihci <l;is I iflii. wie i;n voisielifiul crwiihnlen I all. pl snwnlil /um eisten ab aucli zum /weiten ivhlMmill heiliiigt und diü· l^;ltiores/en/lii.lil einen ici) ficitriig /liin erste!) und ," weilen Slriihl I iclilcs iindeicj· Prfijlii'ii/ lcisict. d:i die Slrnh-I'di'ichen infolge: l"luorc.s/ei)'/. imabliimgig von

rlei Uiclmingdes die Pluores/cn/erzeugenden Lichtes isl.

Nachdem tlas Lieht ties ersten und /weiten Lichtstnihls durch die erste und /weile l.ichlabsorptions-/I¹IIc 14. 16 hindurchgecrclun ist, geliingl es auf die ersle und /.weife l.iciiirneß/.elle 18, 20, wo es Filter dun/Mault, die eine ein/eine Spcktrallinie /um Diirchtril! /ur Fotozelle auswählen, die in Abhängigkeit von der Menge des vom gelösten Stoff und vom

ίο I nsungsniiuel absorbierten Lichtes Signale erzeugt. Die Filter werden geinüh¹ dem speziellen. j/\nwenduiigsl'all des optischen iJoppclstrahlsysl'eniV/gewählt, wie dies vorstehend beschrieben wünfc. ^r"' ,

Hierzu 1 Blat* Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Aufteilung des Lichte¹ einer Lichtquelle in mindestens /wei Tcilstrahlcn mit zueinander konstantem Intensitätsverhältnis mit einem Element, das hei Bestrahlung durch die Lichtquelle Lieht in verschiedene Richtungen abstrahlt, sowie mit einer das Licht der Lichtquelle auf das Element fokussierenden Fokussiereiniichtung, insbesondere einem cllipsoUll'örinigen Reflektor, in dessen einem Brennpunkt die Lichtquelle und in dessen anderem Brennpunkt das Element angeordnet ist, und mit Einrichtungen zur Aussonderung der Teilstrahlcn aus dem von dem Element abgestrahlten Licht, dadurch ge kennzeichnet, dalä d^s Element (32) eine lichtstreuende Fläche (42) aufweist and daß die Ausdehnung des Elements (32) senkrecht zur Ibhtstreuenden Fläche (42) so gering ist, daß die Lichtschwächung entlang dieser Richtung vernachlässigbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtstrcu^nde Flache (42) eine Anzahl von Teilchen aus lichtstreuendem Material enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtstreuende Fläche (42) ein phosphoreszierendes oder fluoreszierendes Material enthält.