DE2627360A1

DE2627360A1 - Spektralphotometer

Info

Publication number: DE2627360A1
Application number: DE19762627360
Authority: DE
Inventors: Rikuo Hira; Shosuke Tezuka; Yoshio Tsunazawa
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1975-07-22
Filing date: 1976-06-18
Publication date: 1977-02-17
Also published as: JPS576989Y2; DE2627360B2; JPS5216378U; DE2627360C3; US4070112A; GB1551976A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Spektralphotometer, welches einen breiten Spektralbereich vom Ultravioletten bis ins nahe Infrarote hinein überdeckt.

Wenn ein Spektralphotometer konstruiert werden soll« das in der Lage ist, Wellenlängen von, angenommen, ungefähr 190 bis 1000 nm oder von 320 bis 1000 nm zu messen, reicht für die Abdeckung eines solch breiten Spektralbereichs ein einzelner Detektor nicht aus*

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Im Rahmen des Bekannten ist es zur Abdeckung eines breiten Spektralbereichs üblich, eine Kombination aus zwei Arten von Photokathoden mit voneinander verschiedenen spektralen Gängen, beispielsweise die auf Wellenlängen unter 650 nm empfindliche Sb-Cs (S-4 oder S-5) oder ßialkalimetallphotokathode und die auf längere Wellenlängen oberhalb 6OO nm empfindliche Ag-O-Cs (S-1) Photokathode zu verwenden«

In einem Fall wurden zwei getrennte Photoröhren mit voneinander verschiedenen spektralen Gängen abwechselnd verwendet, in einem anderen eine "Breitspektralbereich"-Photoröhre. Leztere Photoröhre ist in nur einer Umhüllung mit zwei photoempfindlichen Oberflächen, vorgesehen, wobei die eine, für die kürzeren Wellenlängen, als halbdurchlässige, auf der Innenfläche des Frontfensters der Umhüllung abgeschiedene Schicht und die andere, für die längeren Wellenlängen, auf der hinteren Fläche der Umhüllung ausgebildet ist.

Die auf lange Wellen empfindliche S-1 Oberfläche hat jedoch eine sehr geringe Qtiantenausbeute von ungefähr 0,1 bis 0,5 Prozent und folglich eine sehr niedrige Empfindlichkeit. Hinzu kommt, daß ihr Dunkelstrom hoch ist. Dies sind ernstliche Nachteile.

Seit den letzten Jahren finden Sonnenbatterien bzw. Silizium—Photozellen eine breite Anwendung in den verschie-

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densten elektronischen Meßinstrumenten. Allgemein gesprochen» hat die herkömmliche Photozelle des S—5 Typs eine hohe Empfindlichkeit im kurzwelligen Bereich, während die Silizium-Photo zelle eine hohe Empfindlichkeit im Bereich mittlerer und langer ¥ellen hat. Vorteilhafterweise hat die Silizium-Photozelle nur einen geringen oder überhaupt keinen Dunkelstrom.

Demgemäß ist es insbesondere Aufgabe der Erfindung, ein Spektralphotometer zu schaffen, bei welchem zur Abdeckung eines breiten Spektralbereichs zwei Detektoren ungleicher spektraler Empfindlichkeit oder Gangcharakteristik verwendet werden, wobei einer der Detektoren die im Bereich mittlerer und langer Wellen empfindliche Silizium—Photo— zelle und der andere eine spezifisch für die Anwendung im kurzwelligen Bereich konstruierte herkömmliche Photoröhre ist.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Silizium-Photozelle und die Photoröhre gleichzeitig verwendet. In diesem Fall wird jedoch das von der Probe herkommende Licht in zwei Anteile unterschiedlicher Lichtmenge aufgespalten, die auf die Photozelle und die Photoröhre verteilt werden, wobei die Ausgänge der beiden Detektoren für die Anzeige zusammengeführt sind. Falls nötig, werden

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die Ausgangsgrößen der beiden Detektoren einzeln mit voneinander verschiedenen Verstärkungsfaktoren verstärkt, bevor sie zusammengeführt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Silizium-Photozelle und die Photoröhre abwechselnd verwendet. Bei Verwendung des Spektralphotometers im kurzwelligen Bereich ist die Photoröhre in Betrieb, während bei Verwendung des Instruments im langwelligen Bereich die Photozelle in Betrieb genommen wird, wobei der Übergang von einem der beiden Detektoren auf den anderen an einem geeigneten Punkt zwischen den beiden Wellenlängenbereichen bewirkt -wird.

Die Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich deutlich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung, auf welcher gleiche Bezugszeichen und Symbole in verschiedenen Figuren einander entsprechende Teile bezeichnen und auf welcher ist bzw. sind:

Fig. 1 eine graphische Darstellung der spektralen Gangkurven einer Silizium-Photozelle und von zwei herkömmlichen Photoröhren,

Fig. 2 eine schematisehe Darstellung eines Einstrahl— Spektralphotometers nach der Erfindung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Zweistrahl— Spektralphotometers nach der Erfindung,

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Pig. k eine Abwandlung der Ausführungsformen gemäß Pig. 2 bzw. 3»

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer weiteren Aus— führungsform der Erfindung»

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Zweistrahl-Spektralphotometers» bei welchem das in Fig. 5 gezeigte Prinzip zur Anwendung gelangt ist,

Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Elnstrahl-Spektralphotometers» bei welchem das Prinzip gemäß Fig. 5 zur Anwendung gelangt ist, und

Flg. 8 und 9 schematische perspektivische Ansichten der in den Ausführungsformen gemäß Fig. 7 bzw. 6 verwendeten Mechanismen für das Überwechseln von einem der beiden Detektoren auf den anderen.

Fig. 1 zeigt die tatsächlich gemessenen "Werte der von den drei verschiedenen photοelektrischen Elementen erzeugten Photoströme unter Verwendung einer Wolframlampe als Lichtquelle oberhalb 350 tun und einer Deuteriumlampe darunter. Die Kurven A und A¹ werden mit einer Silizium—Photοzelle erhalten, die Kurven B und B¹ mit einer Photoröhre mit einer im kurzwelligen Bereich empfindlichen S-5 (Sb-Cs) Oberfläche, und die Kurve C mit einer Photoröhre mit eines? S-I (Ag-O-Ce) Oberfläche für einen langwelligen Bereich.

Wie deutlich zu sehen ist, hat die Silizium-Photozelle im

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Bereich, zwischen 320 und 1000 nm die gleiche oder eine höhere Empfindlichkeit als die Photoröhren. Speziell hat die Photozelle oberhalb 600 nm eine sehr hohe Befindlichkeit, die ungefähr das 100-fache derjenigen einer S-1 Photoröhre ist, Öaröber hinaus hat die Silizium-Photozelle nur venig Dunkelstrom· Zn dieser Hinsicht ist die Silizium-Photozelle der Photoröhre tiberlegen.

Obwohl die Silizium-Photozelle im ganzen von ihr abgedeckten ffellenlängenbereich eine höhere Empfindlichkeit hat, als die Photoröhre, ist die Empfindlichkeit im ultravioletten Bereich so klein, daß es praktisch sehr schwierig ist die Silizium-Photozelle in diesem Bereich einzusetzen. Xm sichtbaren Bereich ergibt die Silizium-Photozelle so große Empfindlichkeitsunterschiede zwischen den kurz- und lang* welligen Bereichen, dsS viel Streu- bzw. Nebenlicht in die Messung im kurzwelligen Bereich eingeführt wird« Hit anderen Worten, die Silizium—Photozelle hat im kurzwelligen Bereich zwischen 320 und 400 nm zwar weitgehend die gleiche Empfindlichkeit wie die Photoröhre, sie hat jedoch eine weitaus höhere Empfindlichkeit im langwelligen Bereich, so daß die langwelligen Komponenten des im zu messenden Licht enthaltenen Streulichts zn stark hervorgehoben werden_? mit dem Ergebnis einer relativen Zunahme an Streulicht·

Ein Experiment hat gezeigt, daß im kurzwelligen Bereich die durch Streulicht verursachte Ausgangsgröße einer Silizium-

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Photozelle ungefähr 10-mal größer ist als die einer Photoröhre mit einer im kurzwelligen Bereich empfindlichen S-5 Kathode« Solch eine Zunahme an Streulicht setzt die Meßgenauigkeit und Präzision eines Spektralphotometers erheblich herab.

In Anbetracht der Tatsache, daß, wie in Fig. 1 gezeigt, oberhalb 600 nm die Silizium-Photozelle eine Empfindlichkeit hat, die etwa 10-mal so hoch ist wie die von Photoröhren für kurze Wellenlängen (wie etwa denjenigen vom S-5 Typ) und etwa 100-mal so hoch wie die von Photoröhren für lange Wellenlängen (wie etwa denjenigen vom S-1 Typ), wird gemäß einer Ausführungsform der Erfindung derjenige Anteil des zu messenden Lichts, der auf die Silizium—Photo— zelle projiziert werden soll, auf, angenommen, etwa 1/10 desjenigen Anteils reduziert, der auf die Photoröhre für die kurzen Wellenlängen projiziert werden soll, so daß sich Streulicht auf ungefähr 1/10 dessen reduzieren läßt, was sonst in das Lichtmeßsystem eingeführt werden würde.

Bei dieser Anordnung entsteht an der Photoröhre für kurze Wellenlängen ein Verlust an zu messender Lichtmenge. Dieser Verlust beträgt jedoch ungefähr 10 Prozent und ist praktisch vernachlässigbar, weil er weitgehend dem Schwankungsbereich bzw. der Variationsbreite der Empfindlichkeit unter den einzelnen Photoröhren entspricht. Da die Silizium-Photozelle eine sehr hohe Empfindlichkeit im langwelligen Bereich hat,

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reichen die 10 Prozent des von der Probe herkommenden Lichts, die der Photozelle zugeteilt werden, für eine korrekte Messung aus. Hinzu kommt, daß mit der auf 1/10 des Normal-wertes reduzierten Empfindlichkeit die schädliche Wirkung, welche die langwelligen Komponenten des Streulichts auf die Ergebnisse der Messung im kurzwelligen Bereich haben, ebenfalls auf 1/10 dessen reduziert wird, was sonst verursacht werden würde.

Pig. 2 zeigt, etwas schematisch, eine Ausführungsform der Erfindung. Das von einer Lichtquelle 10 kommende Licht wird durch eine Linse 11 auf einen Eingangsspalt 12 eines Monoehromators M fokussiert, in welchem ein Planspiegel I3 das durch den Eingangsspalt 12 eingetretene Licht auf einen Kollimatorspiegel 14 reflektiert, der das Licht parallel macht und es auf ein Gitter 15 richtet. Das abgebeugte Licht wird durch einen Konkavspiegel 16 konvergent gemacht und danach durch einen Planspiegel 17 so reflektiert, daß es durch einen Ausgangsspalt 18 austritt. Das monochromatische Licht wird auf eine Probenzelle 19 projiziert.

Das von der Probenzelle 19 durchgelassene Licht L wird zu einer Lichtmeßvorrichtung D geführt, welche einen Strahlenteiler 20, eine Silizium-Photozelle 21 und eine für kurze Wellenlängen geeignete Photozelle 22 aufweist. Das Licht

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trifft auf den Strahlenteiler· 2C_; der ungefähr 10 Prozent des ankommenden Lichts auf die SiiLissxum-Photozelle 21 reflektiert und die verbleibendes. 33 Prozent des Liefetes auf die Phot or öhxs 22 durchläßt« Di. s Ausgangsgrößen der beiden Detektoren 21 und 22 »fördert asu sargst e-ügeführt und auf elnan Verstärker 23 gegeben« Der Strahlenteiler 20 kann eine einfache Glas« oder Quarzplatta cüafV-sisen«

Bei der eben beschriebenen Anordnung trägt im kurzwelligen Bereich die Silisium-Photozelle 21 wenig zur Wirkungsweise der Lichtmeßvorrichtung D bei, während im langwelligen Bereich die Photoröhre 22 wenig zur Wirkungsweise der Lieht— meßvorrichtung D beiträgt. Dies bedeutet, daß es mügliei ist, durch einfache Kombination bzw. Summation der Aus-= gangsgrößen der beiden Detektoren 21 und 22 automatisch von einem der beiden Detektoren auf den anderen überzuwechseln und dabei denjenigen der Detektoren in Betrieb zu setzen, der den geeignetsten spektralen Gang für den verwendeten Wellenbereich hat, ohne daß irgendeine mechanische Wechselvorrichtung nötig wäre. Die beiden Detektoren 21 und 22 arbeiten, als wären sie ein einziger Detektor, und durch geeignete Auswahl des Reflexionsverhältnisses der Oberfläche des Strahlenteilers 20 ist es möglich, die spektrale Gangcharakteristik der Lichtmeßvorrichtung D über den gesamten Wellenlängenbereich des zu messenden Lichts frei zu ändern bzw· einzustellen·

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i)as Prinzip der Fig« 2 läßt sich, wie in Fig. 3 schematised gezeigt, auf ein Zweistrahl-Spektralphotometer anwenden« Das vom Monochromator M kommende monochromatische LicSifc Lf wird durch einen Planspiegel 30 reflektiert und dann durch einen, Strahlensplitter 3I Aß zwei Strahlen LR und LS aufgeteilt«, Der Strahl LR wird durch einen Konkavspiegel 32 R auf eine Zelle 19 K. gerichtet, die z.B einen Referenzstoff enthält, während der andere Strahl LS durch einen Konkavspiegel 32 S auf eine Zelle 19s gerichtet wird, die ein Probenmaterial enthalte

I*as von der Referenzzelle 19 R durchgelassene Licht tritt in el=· ixe Lichtmeßvorrichtung DR ein, während das von der Probenzelle 19 S durchgelassene Licht in eine Lichtmeßvorrichtung DS eintrit Die beiden Lichtmeßvorrichtungeai sind gleich konstruiert und beiten in der gleichen Weise wie die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung D, wobei die entsprechenden Komponenten mit den gleichen Bezugsziffern, versehen mit den Indizes R bzw. S, bezeichnet sind.

Die Ausgangsgrößen der Lichtmeßvorrichtungen DR und DS werden über logarithmische Verstärker 26 R bzw. 26 S auf einen geeigneten Schaltkreis 3k geleitet, der so ausgebildet ist, daß seine Ausgangsgröße der Differenz der logarithmischen Ausgangsgrößen der Verstärker 26 R und 26 S entspricht. Die Ausgangsgröße des Verstärkers 34 wird in bekannter Weise zur Anzeige verwendet.

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Eine abgewandelte Ausführungsform der Lichtmeßvorrichtung D der Figuren 2 bzw. 3 ist in Pig· 4 gezeigt, wo die Ausgangsgrößen der Photozelle 21 und der Photoröhre 22 vor ihrer Zusammenführung durch gesonderte Verstärker 24 a und 24 b verstärkt werden. Diese Anordnung ermöglicht das Einstellen einer beliebigen Differenz zwischen den absoluten Empfind· lichkeiten der beiden Detektoren 21 und 22 durch geeignete Einstellung der Verstärkungsfaktoren der gesonderten bzw. individuellen Verstärker 24 a und 24 b mit Hilfe der RUckkoppelwiderstände Ra und Rb. Die Widerstände Ra und Rb können variable Widerstände sein, so daß sich die Verstärkungen nach Belieben verändern lassen. Beispielsweise verteilt, wenn die absolute Empfindlichkeit der Silizium-Photozelle 21 genügend hoch ist, der Strahlenteiler 20 das von der Probenzelle 19 kommende Licht zunächst optisch nach dem Verteilungsverhältnis 9t1 auf die Photoröhre 22 und die Photozelle 21» wonach die Verstärker 24 b und 2h a die Ausgangsgrößen der Photoröhre 22 und der Photozelle 21 individuell elektrisch verstärken, wobei das Verhältnis der Verstärkung des Verstärkers 24 b zu derjenigen des Verstärkers 24 a auf 10t1 festgesetzt ist. Dies führt dazu, daß über alles das Gewichtungeverhältnis von Photoröhre zu Photozelle 90 t 1 wird.

Durch Verwendung der getrennten Verstärker für die Ausgangsgrößen der beiden Detektoren 21 und 22 vor ihrer Addition ist es möglich, den durch die Silizium-Photozelle verursach-

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ten Streulichteinfluß weiter zu unterdrücken. Trotz eines großen Unterschiedes zwischen den Innenwiderständen der Photozelle und der Photoröhre ermöglicht das Vorsehen der zwei getrennten Verstärker, daß die beiden Elemente in Kombination verwendet werden können.

In den Ausführungsformen der Fig. 2 und k beträgt das Reflexionsverhältnis des Glasplatten-Strahlenteilers 20 ungefähr 10 Prozent und wird das reflektirte Licht der Photozelle und das durchgelassene Licht der Photoröhre zugeführt. Andererseits ist es aber auch möglich, einen Spiegel mit einem Reflexionsverhältnis von 90 Prozent so zu verwenden, daß das reflektierte Licht auf die Photoröhre und das durchgelassene Licht auf die Photozelle projiziert wird.

Wenn zwei Detektoren verwendet werden sollen, welche von den Detektoren des obigen Beispiels unterschiedliche Empfindlichkeiten (das heißt, spektrale Empfindlichkeitscharakteristiken und absolute Empfindlichkeiten) haben, dann ist das Licht— Verteilungsverhältnis des Strahlenteilers 20 von dem oben genannten Verhältnis von 9 s1 verschieden und wird in geeigneter Weise im Hinblick auf Streulicht und die Empfindlichkeiten der Detektoren bestimmt.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Hier wird das von der Probenzelle kommende Licht L auf einen reflektierenden Spiegel 25 projiziert, der selektiv in

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und aus dem Weg des Lichts L bewegt werden kann·

Sowohl die Ausgangsgröße einer Photoröhre 22 als auch die Ausgangsgröße einer Silizium-Photozelle 21 werden auf den invertierenden Eingang eines Verstärkers 26 gegeben. An die Anode der Photoröhre wird ein positives Potential angelegt, die negative Elektrode der Silizium-Photozelle sowie der nicht-invertierende Eingang des Verstärkers 26 liegen an Erde.

Der Verstärker 26 weist einen Gegenkopplungskreis auf, in welchem zur logarithmischen Transformation der Ausgangsgröße des Verstärkers 26 ein Transistor 27 eingeschaltet ist. Die logarithmische Transformation bietet ein Maß, mit welchem die nachfolgende Operation durch einfache Addition und Subtraktion ausgeführt werden kann.

Durch die Gegenkopplung ist der invertierende Eingang des Verstärkers hypothetisch geerdet und auf Null—Potential, so daß der Ausgangsstrom der Photozelle 21 bei einem Spannungsabfall an der Photozelle von Null, d· h. unter Kurzschlußbedingungen für die Photozelle, gezogen wird. Eine derartige Verschaltung liefert eine sehr gute Linearität der Ausgangsgröße der Photozelle in Bezug auf die darauf einfallende Lichtmenge.

Bei Verwendung des Spektralphotometers im kurzwelligen Bereich wird der Spiegel 25 im Weg des Lichtes L angeordnet, so daß

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dieses auf die Photoröhre 22 reflektiert wird. Bei einer bestimmten Wellenlänge, angenommen 600 nm, wird der Spiegel 25 blvls dem optischen Weg des Lichts L herausbewegt, so daß im langwelligen Bereich oberhalb 600 nm das Licht L auf die Photozelle 21 projiziert wird.

Fig. 6 zeigt schematisch ein Zweitstrahl-Spektralphotometer, auf welches das in Pig. 5 gezeigte Prinzip angewandt ist. Das von einem Monochromator M herkommende monochromatische Licht L wird von einem Planspiegel JO reflektiert und dann durch einen Strahlsplitter 31 in die beiden Strahlen LR und LS aufgespalten. Der Strahl LR wird durch einen Konkarvspiegel 32 R auf eine einen Referenzstoff enthaltende Zelle 19 R gerichtet, während der andere Strahl LS durch einen Konkavspiegel 32 S auf eine ein Probenmaterial enthaltende Zelle 19 S gerichtet wird.

Der von der Referenzzelle 19 R durchgelassene Lichtstrahl LR wird durch einen Konkavspiegel 33 R auf einen Planspiegel 25 R gerichtet, welcher selektiv in und aus dem optischen Weg beweglich ist, was dazu führt, daß der Strahl LR entweder eine Silizium-Photozelle 21 R oder eine Photokathode 22 R trifft. In ähnlicher Weise wird der von der Probenzelle 19 S kommende Lichtstrahl LS durch einen Konkavspiegel 33 S auf einen Planspiegel 25 S gerichtet, der selektiv in und aus dem optischen Weg beweglich ist, wodurch bewirkt wird, daß der Strahl LS entweder eine Silizium-Photozelle 21 S oder eine Photokathode

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22 S trifft. Die Photokathoden 22 R und 22 S sind von einer einzigen Umhüllung ummantelt und bilden so eine zusammengesetzte Photoröhre 22.

Die Ausgangsgrößen der beiden Detektoren werden auf logarithmische Verstärker 26 R bzw. 26 S gegeben, deren logarithmische Ausgangsgrößen auf einen Subtraktionskreis 3k gegeben werden, um auf diese Weise ein Verhältnis der Intensitäten des von der Referenzzelle und des von der Probenzelle durchgelassenen Lichts zu erhalten.

Eine Wellenlängeneinstellvorrichtung 35 stellt das Gitter 15 in bekannter Weise auf eine bestimmte Wellenlänge ein, wobei zusammen mit der Vorrichtung 35 eine Spiegelsteuervorrichtung 36 die Bewegung der Spiegel 25 R» 25 S in die und aus den Wegen der Lichtstrahlen LR, LS steuert.

Fig. 7 ist eine schematische Darstellung eines Einstrahl-Spektralphotometers, auf welches das Prinzip der Pig. 5 angewandt ist. Der Aufbau und die Wirkungsweise der Anordnung der Fig. 7 lassen sich aus der vorangehenden Beschreibung heraus einfach verstehen, so daß auf eine Beschreibung zu Fig. 7 verzichtet wird.

Fig. 8 zeigt ein Beispiel einer mechanischen Anordnung für die in Fig. 7 verwendete Spiegelsteuervorrichtung. Der Spiegel 25 ist am oberen Ende eines um eine Welle 41

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schwenkbaren Hebels 4O angeordnet. Am unteren Ende des Helbels 40 ist ein Schlitz 42 ausgebildet. Ein bei 44 angelenkter Hebel 43 greift mit einem seiner Enden in den Schlitz 42 des Hebels 40 ein und ist an seinem ge» geniiberliegenden Ende mit einer Nockenrolle 45 versehen, die mit der TTmfangsfläche eines Nocken 46 in Berührung gehalten wird.

Durch Drehung eines von Hand betätigbaren Knopfes 47 wird das Gitter 15 über die Vorrichtung 35 auf eine bestimmte Wellenlänge eingestellt und gleichzeitig der Nocken 46 in einer Weise gedreht, daß dabei der Hebel 40 so verschwenkt wird, daß der Spiegel im oder außerhalb des Weges des Lichtstrahls L liegt, wie leicht einzusehen ist.

Fig. 9 zeigt das Beispiel einer Spiegelsteuervorrichtung 36, die in Fig. 6 verwendet werden kann. Die Spiegel 25 R und 25 S sind an gegenüberliegenden Enden eines Hebels 40 befestigt, der auf einer Welle 41 mit Hilfe eines Knopfes 47 so drehbar ist, daß jeweils beide der Spiegel 25 R und 25 S innerhalb oder außerhalb des Weges der Lichtstrahlen LR bzw. LS zu liegen kommen.

Es sei nun angenommen, daß in den Fig. 5 und 7 die Silizium-Photo zelle durch eine herkömmliche, im langwelligen Bereich empfindliche Photoröhre ersetzt ist. Obwohl die im

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Langwelligen empfindliche Photoröhre nicht in Betrieb ist, während das Instrument im kurzwelligen Bereich benützt wird, erzeugt sie einen starken Dunkelstrom, der sich der Ausgangsgröße der in Betrieb befindlichen, im Kurzwelligen empfindlichen Photoröhre tiberlagert, mit dem Ergebnis, daß große Fehler in das Meßergebnis eingeführt werden. Deshalb müßten gesonderte Verstärker für die Ausgangsgrößen der zu den langen Wellen bzw« zu den kurzen Wellen gehörigen Verstärker vorgesehen werden, mit dem Ergebnis einer Zunahme der Anzahl der Schaltkreiskomponenten und folglich auch der Herstellungskosten des Instruments.

Im Gegensatz dazu wird im Rahmen der Erfindung die für den kurzwelligen Bereich konstruierte Photoröhre für den Nachweis der kurzen Wellenlängen und die Sonnenbatterie für den Nachweis der langen Wellenlängen eingesetzt. Da diese beiden Detektoren einen kleinen oder gar keinen Dunkelstrom erzeugen, wird die Ausgangsgröße des einen von ihnen nicht durch den Dunkelstrom beeinflußt, der sonst von dem anderen, nicht in Betrieb befindlichen erzeugt würde, so daß sich die Einführung von Fehlern in das Meßergebnis vermeiden läßt und die Anzahl der Schaltkreiskomponenten kleiner wird als sonst, mit dem Ergebnis einer Verringerung der Herstellungskosten für das Instrument. Insbesondere erlaubt die Ver-

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Wendung der Silizium-Photozelle als Detektor wegen ihres geringen oder nicht vorhandenen Dunkelstroms einen direkten Anschluß eines logarithmischen Verstärkers an den Ausgang des Detektors. Dies ist ein großer Vorteil.

Zusammengefaßt schafft die Erfindung ein Spektralphotometer, welches als Detektor von einer Silizium—Photozelle und einer im Kurzwelligen empfindlichen Photoröhre Gebrauch macht. Das von der Probenzelle herkommende Licht wird in einen kleineren und einen größeren Anteil aufgeteilt. Der kleinere Anteil wird arif die Silizium-Photozelle und der größere Anteil auf die Photoröhre projiziert. Die beiden Ausgangsgrößen werden zusammengeführt und für die Anzeige verstärkt. Das gesamte von der Probenzelle durchgelassene Licht kann auch, während das Spektrometer im kurzwelligen Bereich betrieben wird, auf die Photoröhre oder andererseits, während das Instrument im langwelligen Bereich betrieben wird, auf die Silizium-Photozelle projiziert werden.

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Claims

Patentansprüche

.) Spektralphotometer, gekennzeichnet durch, eine Einrichtung zur Erzeugung von monochromatischem Licht in einer Aufeinanderfolge von Wellenlängen aus einem bestimmten Spektralbereichj ein eine Probe enthaltendes Teil; eine Lichtmeßvorrichtung (D; DSι DR ) mit einer Silizium-Photozelle (21; 21 S} 21 R), einem für die Anwendung im kurzwelligen Teil des Spektralbereichs konstruiertes photoelektrisches Element und einer Einrichtung zur Verstärkung der elektrischen Ausgangsgrößen der Silizium-Photozelle und des piezoelektrischen Elements! und eine optische Einrichtung zur Leitung des monochromatischen Lichts durch das die Probe enthaltende Teil zur Lichtmeßvorrichtung.
2. Spektralphotometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtmeßvorrichtung (D; DS} DR) eine Einrichtung zur optischen Aufspaltung des von dem die Probe enthaltenden Teil herkommenden Lichts in einen ersten, kleineren Anteil und einen zweiten, größeren Anteil und zur gleichzeitigen Projizierung des ersten und des zweiten Anteils auf die Silizium-

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Photozelle (21; 21 S; 21 κ) bzw. das photoelektrische
Element aufweist,

3· Spektralphotometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Anteil 10 Prozent bzw. 90 Prozent des gesamten von dem die Probe enthaltenden
Teil herkommenden Lichts ausmacht.

4. Spektralphotometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verstärkung einen einzigen
Verstärker (23; 26 S; 26 R) aufweist, auf dessen Eingang die Ausgangsgrößen der Silizium-Photozelle (21;21 S; 21 R) und des photoelektrischen Elements gleichzeitig aufgegeben werden.

5. Spektralphotometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verstärkung zwei Verstärker (24 a, 24 b) aufweist, daß der Eingang des einen Verstärkers (24 a) mit dem Ausgang der Silizium-Photozelle (21) und daß der Eingang des anderen Verstärkers (24 b) mit dem Ausgang des photoelektrischen Elements verbunden ist.

6. Spektralphotometer nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfaktoren der beiden Verstärker
(24 a, 24 b) individuell veränderbar sind.

7» Spektralphotometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur optischen Aufspaltung eine
Glasplatte umfaßt.

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8. Spektralphotometer nach. Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur optischen Aufspaltung eine Quarzplatte umfaßt.

9. Spektralphotometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das photoelektrische Element eine Photoröhre (22; 22 Sj 22 R) ist.

10. Spektralphotometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtmeßvorrichtung (d) eine Einrichtung zur Projizierung des gesamten von dem die
Probe enthaltenden Teil herkommenden Lichts auf das photoelektrische Element, wenn das Spektralphotometer im kurzwelligen Teil des Spektralbereichs verwendet wird, und andererseits zur Projizierung auf die Silizium-Photozelle (21), wenn das Spektralphotometer im langwelligen Teil des Spektralbereichs verwendet wird, aufweist.

. Spektralphotometer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Projizierung des
Lichts einen im optischen Weg zwischen dem die Probe enthaltenden Teil und der Lichtmeßvorrichtung (d) angeordneten Spiegel (25) und eine zusammen mit der Einrichtung zur Erzeugung von monochromatischem Licht betätigbare mechanische Einrichtung zur selektiven Anordnung des Spiegels innerhalb oder außerhalb des optischen

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Wegs aufweist, derart, daß bei Lage des Spiegels im optischen Weg der Spiegel das Licht entweder auf die Silizium-Photozelle (21) oder das photoelektrische Element projiziert und daß bei Lage des Spiegels außerhalb des optischen Weges der Spiegel ein Projizieren des Lichts auf das jeweils andere von Silizium—Photozelle und photoelektrischem Element gestattet.

12« Spektralphotometer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das photoelektrische Element eine Photoröhre (22) ist.

13· Spektralphotometer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verstärkung ein logarithmischer Verstärker (26) ist.

i4. Spektralphotometer, gekennzeichnet durch einen Monochromator (m)} eine Probenzelle (i9), auf welche das vom Monochromator herkommende Licht projiziert wird; einen Detektor (d) mit einer Silizium-Photozelle (21), einer in einem bestimmten kurzwelligen Bereich empfindlichen Photoröhre (22) und einer Einrichtung zur Aufteilung des von der Probenzelle herkommenden Lichts in einen kleinen Anteil und den verbleibenden großen Anteil und zur gleichzeitigen Projizierung des kleinen Anteils

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auf die Silizium-Photozelle und des verbleibenden großen Anteils auf die Photoröhre, wobei die Ausgänge der Photozelle und der Photoröhre den Ausgang des Detektors bildend zusammengeführt sind; und eine Einrichtung zur Verstärkung der Ausgangsgröße des Detektors.

15· Spektralphotometer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (d) ferner zwei Verstärker {zh a, 2.H b) mit unterschiedlichen Verstärkungsfaktoren aufweist, von denen der eine Verstärker {2k a) mit dem Ausgang der Silizium-Photozelle (21) und der andere Verstärker (2^ b) mit dem Ausgang der Photoröhre (22) verbunden ist.

16. Spektralphotometer, gekennzeichnet durch einen Monochromator (M); zwei Zellen (19 R, 19 s), auf welche das vom Monochromator herkommende Licht projiziert wird} zwei jeweils das von einer der beiden Zellen herkommende Licht empfangende Detektoren mit jeweils einer Silizium-Photozelle (21 S; 21 R), einer in einem bestimmten kurzwelligen Bereich empfindlichen Photoröhre (22 S< 22 R) und einer Einrichtung zur Aufteilung des von der zugehörigen Zelle herkommenden Lichts in einen kleinen Anteil und den verbleibenden großen Anteil und zur gleichzeitigen Projizierung des kleinen Anteils auf die Silizium-Photozelle und des verbleibenden großen

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Anteils auf die Ph.otoroh.re, wobei die Ausgänge von Photozelle und Photoröhre den Ausgang des zugehörigen Detektors bildend zusammengeführt sind; und zwei Verstärker (26 S, 26 R), von denen jeder die Ausgangsgröße eines der Detektoren verstärkt«

17· Spektralphotometer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Detektoren ferner zwei Verstärker mit unterschiedlichen Verstärkungsfaktoren aufweist, von denen der erste mit dem Ausgang der Silizium-Photozelle des zugehörigen Detektors und der andere mit dem Ausgang der Photoröhre dieses Detektors verbunden ist.

18. Spektralphotometer, gekennzeichnet durch einen Monochromator (m)j eine Probenzelle (19)» auf welche das vom Monochromator herkommende Licht projiziert wird} einen Detektor mit einer Silizium-Photozelle (21), einer in einem bestimmten kurzwelligen Bereich empfindlichen Photoröhre (22), einem im optischen ¥eg zwischen der Probenzelle und dem Detektor angeordneten Spiegel (25) und einer in Verbindung mit der Wellenlängeneinstellung des MonochromatorS betätigbaren mechanischen Einrichtung zur selektiven Anordnung des Spiegels innerhalb oder außerhalb des optischen Weges, derart, daß der Spiegel bei Anordnung im optischen Weg das Licht

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von der Probenzelle entweder auf die Silizium—Photo— zelle oder die Photoröhre projiziert, und dafl der Spiegel bei Lage außerhalb des optischen Weges das Projizieren des von der Probenzelle kommenden Lichts auf das jeweils andere von Silizium-Photozelle und Photoröhre gestattet; und einen Verstärker (23; 26)zur Verstärkung der Ausgangsgröße des Detektors.

19· Spektralphotometer nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstärker ein logarithmischer Verstärker (26) vorgesehen ist.

20. Spektralphotometer, gekennzeichnet durch einen Monochromator (Μ); zwei Zellen (19 S, 19 R), auf welche das vom Monochromator herkommende Licht projiziert wird; zwei jeweils das von einem der beiden Zellen herkommende Licht empfangende Detektoren mit jeweils einer Silizium-Photozelle (21 S; 21 R) und einer in einem bestimmten kurzwelligen Bereich empfindlichen photoelektrischen Oberfläche (22 S; 22 R); zwei jeweils im optischen Weg von einer der beiden Zellen her angeordnete Spiegel (25 S, 25 R); eine zusammen mit der Wellenlängeneinstellung des Monochromators betätigbare mechanische Einrichtung zur selektiven Anordnung der beiden Spiegel innerhalb oder außerhalb der optischen Wege, derart, daß die Spiegel bei

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Anordnung in den optischen Wegen das von den Zellen herkommende Licht auf die zugehörige SiIizium-Photozelle oder photoelektrische Oberfläche projizieren und daß die Spiegel bei Anordnung außerhalb der optischen Wege des Projizieren des von den Zellen herkommenden Lichts auf die jeweils anderen von den beiden Photozellen und den beiden photoelektrischen Oberflächen gestatten; zwei logarithmische Verstärker (26 S, 26 It) , von denen jeder mit einem der Ausgänge der Detektoren verbunden ist; und eine Einrichtung zur Bildung einer Differenz der Ausgangsgrößen der logarithmischen Verstärker.

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