DE2623653A1

DE2623653A1 - Optische anordnung in photometern

Info

Publication number: DE2623653A1
Application number: DE19762623653
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Phys Dr Witte
Original assignee: Bodenseewerk Perkin Elmer and Co GmbH
Current assignee: PE Manufacturing GmbH
Priority date: 1976-05-26
Filing date: 1976-05-26
Publication date: 1977-12-01
Also published as: DE2623653B2; US4165181A; DE2623653C3; GB1567512A

Description

DIPL.-PHYS. JÜRGEN WEISSE DIPL.-CHEM. DR. RUDOLF WOLGAST

D 562o Velbert 11 - Langenberg, Bökenbusch 41 Postfach 11 o3 86 Telefon (o2127) 4ol9 Telex 8516895

Patentanmeldung Bodenseewerk Perkin-Elmer und Co. GmbH, D-7770 Überlingen

Optische Anordnung in Photometern

Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung in Photometern, durch welche ein eine Küvette durchsetzendes Lichtbündel auf eine Empfängerfläche eines photoelektrischen Empfängers geleitet wird, mit einem zwischen dem Ort der Küvette und dem photoelektrischen Empfänger angeordneten abbildenden optischen System.

Für genaue Messungen ist es wesentlich, daß stets der gleiche Bereich der Empfängerfläche von dem Lichtbündel ausgeleuchtet wird, da die verschiedenen Bereiche der Empfängerfläche im allgemeinen unterschiedliche Empfindlichkeiten besitzen. Eine Verlagerung ein und desselben Lichtbündels auf der Empfängerfläche kann daher zu einer Signaländerung führen. Es erfolgt eine Beeinflussung des Strahlenbündels durch die Probe selbst, d.h. eine im Strahlengang angeordnete und mit einer Probenflüssigkeit gefüllte Küvette. Eine solche Beeinflussung kann dadurch entstehen, daß die beiden vom Strahlengang durchsetzten Fenster nicht genau planparallel oder nicht genau parallel zueinander sind (Keilfehler). Ein solcher Keilfehler würde zu einer winkelmäßigen Ablenkung des Linchtbündels führen. Dieser Fehler kann jedoch durch entsprechend präzise Fertigung der Küvette vermieden werden. Ein weiterer Fehler kann dadurch entstehen, daß die einzelnen Strahlen des Lichtbündels

709848/0594

-2-

3 7623653

parallelversetzt werden. Ein solcher Parallelversatz kann dadurch entstehen, daß die Küvette mit ihren Fenstern nicht genau senkrecht zur Achse des Strahlenbündels angeordnet ist. Ein Parallelversatz kann aber auch dadurch hervorgerufen werden, daß das Lichtbündel im Bereich der Küvette konvergierend verläuft, so daß die einzelnen Strahlen unter einem von 90° verschiedenen Winkel auf die Fenster der Küvette treffen und jeder für sich einen entsprechenden Parallelversatz erfährt. Auch diese Erscheinung beeinflußt die Größe des von dem Lichtbündel getroffenen Bereich der Empfängerfläche. Da der Parallelversatz der einzelnen konvergierenden Strahlen auch durch eine genaue Ausrichtung der Küvette nicht vermieden werden kann und im übrigen von den variablen Berechnungsindizes der Proben abhängen, ist dieser Fehler besonders gravierend. Das gilt umso mehr, als die Berechnungsindizes einer zu untersuchenden Probe und einer anschließend oder vorher vermessenen Referenzprobe gerade im Bereich der Absorptionsbanden der Probe stark voneinander abweichen können.

Es ist bekannt, die Küvette in einem parallelen Strahlengang des Lichtbündels anzuordnen (Kortüm "Kolorimetrie, Photometrie und Spektrometrie", 4. Auflage 1962, Seite 136 Abb. 69b). Bei dieser bekannten Anordnung wird das parallele Lichtbündel dann als Lichtquellenbild auf einem Monochromatoreintrittspalt gesammelt. Dabei ist für einen vorgegebenen Lichtstrom des Lichtbündels ein relativ großer Querschnitt des parallelen Strahlenganges und ein entsprechend großer Querschnitt der Küvette erforderlich. Das bedingt wiederum ein unerwünscht großes Probenvolumen. Wenn man den Monochromatoreingangsspalt der bekannten Anordnung durch eine Empfängerfläche ersetzte, so würde diese Empfängerfläche nicht gleichmäßig und großflächig ausgeleuchtet sondern es würde ein Lichtquellenbild auf der Empfängerfläche erzeugt. Eine solche Anordnung wäre extrem empfindlich gegen jeden Winkelversatz des parallelen Lichtbündels, der zu einer Verlagerung des kleinen aber entsprechend hellen Lichtquellenbildes auf der Empfängerfläche und damit in einen Bereich anderer Empfindlichkeit führen würde.

709848/059;

-3-

7673653

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Anordnung der eingangs definierten Art so auszubilden, daß das Lichtbündel auf einen großflächigen Bereich der Empfängerfläche fällt, dessen Größe und Lage von der Probe und der Küvette weitestgehend unbeeinflußt ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Empfängerfläche oder ein rückwärtiges Bild derselben in der außerhalb der Lichtquellenbildebene liegenden Brennebene des optische Systems angeordnet ist.

Es wird also bei der erfindungsgemäßen Anordnung auf der Empfängerfläche kein Lichtquellenbild erzeugt. Das Lichtbündel fällt vielmehr als relativ großer Lichtfleck von weitgehend gleichmäßiger Ausleuchtung auf die Empfängerfläche. Ein Parallelversatz eines Lichtstrahles vor dem abbildenden optischen System, d.h. durch die Probe und Küvette, ändert dabei nicht die^Lage des Punktes, in welchem der Lichtstrahl auf die Empfängerfläche trifft. Durch solche Parallelversat ζ er scheinungen, wie sie vorstehend geschildert wurden, wird somit die Lage und Größe des auf der Empfängerfläche erzeugten Lichtflecks nicht beeinflußt. Damit werden die Anforderungen an die Genauigkeit der Ausrichtung der Küvette vermindert. Insbesondere ist es aber ohne nachteilige Fehler möglich, die Küvetten in einem konvergenten Strahlengang, also in einer Bündeleinschnürung anzuordnen. Es kann also der gesamte Lichtstrom des Lichtbündels auf eine relativ kleine Küvette konzentriert werden.

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert, die schematisch den Strahlengang bei einer erfindungsgemäßen optische Anordnung zeigt.

709848/0594 -4-

-*- 2873653

In der Zeichnung ist mit 10 eine Küvette mit einer Probe bezeichnet. Die Küvette 10 ist im konvergenten Strahlengang eines Lichtbündels 12 in der Ebene 14 eines Lichtquellenbildes, d.h. in einer Einschnürung des Lichtbündels 12 angeordnet. Hinter der Küvette 10 ist das Lichtbündel 12 wieder divergent.

Das Lichtbündel 12 tritt dann durch ein abbildendes optisches System in Gestalt einer Linse 16 mit einer Brennweite f. In der hinteren Brennebene 18 der Linse 16 ist eine Empfängerfläche eines photoelektrischen Empfängers angeordnet. Das Lichtbündel 12 trifft auf diese Empfängerfläche 20 in Form eines relativ großflächigen, weitgehend gleichmäßig ausgeleuchteten Lichtflecks. Die Empfängerfläche 20 liegt außerhalb jeder Lichtquellen-Bildebene.

Wenn durch die Probe ein Parallelversatz eines Lichtstrahles stattfindet, wie durch den gestrichelt gezeichneten Strahl 22 angedeutet ist, dann ändert dieser Parallelversatz nichts an dem Durchstoßpunkt 24 dieses Lichtstrahles durch die Brennebene 18 und damit die Empfängerfläche 2O. Der auf der Empfängerfläche 20 ausgeleuchtete Lichtfleck ist somit nach Lage und Größe von einem solchen Parallelversatz unabhängig, so daß stets die gleichen Bereiche der Empfängerfläche 20 von dem Lichtbündel beaufschlagt werden und sich dadurch eine gleichbleibende Empfindlichkeit des photoelektrischen Empfängers ergibt.

Bei der beschriebenen Anordnung wird auch eine weitgehende Unabhängigkeit von einem durch die Küvette, z.B. infolge eines Keilfehlers, bewirkten Winkelversatz erreicht. Ein solcher bewirkt zwar eine kleine Verlagerung des Lichtflecks auf der Empfängerfläche 20. Da aber die Abmessungen des im wesentlichen gleichmäßig ausgeleuchteten Lichtflecks klein gegen diese Verlagerung sind, hat diese Verlagerung nur einen geringen Einfluß auf das Gesamtsignal des photoelektrischen Empfängers.

70984Ö/0594 -5-

"-*; ?6?3653

Wenn im vorstehend von der Ebene eines "Lichtquellenbildes¹¹ gesprochen wird, so soll von diesem Ausdruck alles erfaßt werden, was in dem betreffenen Teil des Strahlenganges die Funktion eines Lichtquellenbildes erfüllt, also beispielsweise auch das Bild eines Monochromator-Austrittsspältes.

-6-

709848/0594

Claims

2673653

Patentansprüche

Optische Anordnung in Photometern, durch welche ein eine Küvette durchsetzendes Lichtbündel auf eine Empfängerfläche eines photoelektrischen Empfängers geleitet wird, mit einem zwischen dem Ort der Küvette und dem photoelektrischen Empfänger angeordneten abbildenen optischen System, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfängerfläche (20) oder ein rückwärtiges Bild derselben in der außerhalb der Lichtquellenbildebene liegenden Brennebene (18) des optischen Systems (16) angeordnet ist.
2. Optische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Küvette (10) am Ort einer Bündeleinschnürung angeordnet ist.
3. Optische Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Küvette (1O) in der Ebene (14) eines Lichtquellenbildes angeordnet ist.

709843/059 ■*