DE2623653C3 - Photometer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Photometer nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

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. Eine Änderung des ausgeleuchteten Bereichs kann durch eine Beeinflussung des Strahlenbündels durch die Probe selbst bewirkt werden, 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 (Keilfehier). Ein solcher Keilfehler würde zu einer winkelmäßigen Ablenkung des Lichtbündeis 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 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 Bereichs der Empfängerfläche. Da der Paralleiversatz der einzelnen konvergierenden Strahlen auch durch eine genaue Ausrichtung der Küvette nicht vermieden werden kann und im übrigen von den variablen Brechungsindizes der Proben abhängt, ist dieser Fehler besonders gravierend. Das gilt umso mehr, als die Brechungsindizes 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 Monochromatoreintrittsspalt gesammelt. Dabei ist für einen vorgegebenen Lichtstrom des Lichtbündels ein relativ großer Querschnitt des parallelen Strahlenganges ifnd 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 Empfängerfiäche nicht gleichmäßig und großflächig ausgeleuchtet, sondern es würde ein Lichtquellenbild auf der Empfängerfiäche 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.

Bei einem anderen bekannten Photometer (DE-OS 19 64 509) wird ein über eine längere Strecke im wesentlichen konstanter Querschnitt des Strahlenbündels dadurch erreicht, daß die meridionale und die sagittale Bildebene eines vor der Küvette sitzenden optischen Elements axial gegeneinander versetzt sind. Zu diesem Zweck schließt die optische Achse dieses Elements mit der Bündelachse einen Winkel ein. Das so erzeugte Bündel durchsetzt eine Küvette unter möglichst gleichmäßiger Ausleuchtung ihres Querschnitts. Im Strahlengang hinter der Küvette ist ein ausgangsseitiges optisches System angeordnet, welches das Bündel

jo auf eine photoelektrischen Empfänger leitet. Dieses optische System ist so ausgebildet, z. B. mit seiner optischen Achse unter einem Winkel zur Bündelachse angeordnet, daß das durch das eingangsseitige optische Glied hervorgerufene Koma kompensiert wird. Es wird bei der bekannten Anordnung durch dort nicht näher beschriebene Mittel ein ebenes und gleichmäßiges Auftreffen des ganzen Lichtes auf die ganze lichtempfindliche Oberfläche des Empfängers angestrebt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs so auszubilden, daß die Größe und Lage des von dem Lichtbündel beaufschlagten großflächigen Bereichs der Empfängerfläche von der Probe und der Küvette weitestgehend unbeeinflußt ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst.

Es wird also bei der erfindungsgemäDen Anordnung auf der Empfängerfläche kein Lichtquellenbild erzeugt.

Das Lichtbündel fällt vielmehr als raltiv 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 Parallelversatzerscheinungen, 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 Strahlgang, 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 Zeichnung näher

erläutert, die schematisch den Strahlengang bei einem Photometer zeigt.

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 l.ichlbündels 12 angeordnet. Hinter der Küvette 10 ist das Lichtbündel 12 wieder divergent.

Das Lichtbündel 12 tritt dann durch ein abbildenes optisches System in Gestalt einer Linse 16 mit einer Brennweite f In der hinteren Brennebene 18 der Linse 16 ist eine Empfängerfläche 20 eines photoelektrischen Empfängers angeordnet. Das Lichtbündel 12 trifft auf diese Empfängerfläche 20 in Form eines relativ großflächigen, weitgehend gleichmäßig ausgeleuchteten l.ichtfiecks. 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, cjnn ändert dieser Parallelversatz nichls an dem Durchsloßpunkt 24 dieses Lichtstrahles durch die Brennebene 18 und damit die Empfängerfläche 20. 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 pholoelektrischen 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 westlichen gleichmäßig ausgeleuchteten Lichtflecks groß gegen diese Verlagerung sind, hat diese Verlagerung nur einen geringen Einfluß auf das Gesamtsignal des photoelektrischen Empfängers.

Wenn im vorstehend von der Ebene eines »Lichtquellenbildes« gesprochen wird, so soll von diesem Ausdruck alles erfaßt werden, was in dem betreffenden Teil des Strahlenganges die Funktion eines Lichlqiiellenbildes erfüllt, also beispielsweise auch das Bild eines Monochromator-Austrittspaltes.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Photometer mit einer optischen Anordnung, durch welche ein eine Küvette durchsetzendes Lichtbündel auf einen großflächigen Bereich der Empfängerfläche eines photoelektrischen Empfängers geleitet wird und bei welcher die Küvette am Ort einer Bündeleinschnürung, z. B. in der Ebene eines Lichtquellenbildes, sitzt und welche ein zwischen dem Ort der Küvette und dem photoelektrischen Empfänger angeordnetes abbildendes optisches System aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfängerfläche (20) oder ein Bild derselben in der außerhalb der Lichtquellenbildebene liegenden Brennebene (18) des optischen Systems (16) angeordnet ist.