DE2817333A1

DE2817333A1 - Photometrische vorrichtung

Info

Publication number: DE2817333A1
Application number: DE19782817333
Authority: DE
Inventors: Kazuo Hijikata
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1977-04-20
Filing date: 1978-04-20
Publication date: 1978-12-14
Also published as: US4248536A; JPS53130085A; JPS5937767B2

Description

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER

tJIPt. INCi

H. KINKELDEY

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W. STOCKMAIR

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-" K. SCHUMANN

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P. H. JAKOB

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G. BEZOLD

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MAXIMILIANSTRASSE

20. April 1978

PH 12 672

OLYMPUS OPTICAL COIlPAtTY LIMITED

Ko. 43-2, 2-Chome, Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo, Japan

Photometrische Vorrichtung

Die Erfindung betrifft eine photometrische Vorrichtung, die eine verbesserte Arbeitsweise zeigt, indem jede Art von Rauschsignalen beseitigt ist.

Um den Einfluss der Absorption _t der Streuung und ähnlicher Erscheinungen, die durch Kratzer oder Flecken des Detektors, beispielsweise einer Photometerzelle, oder durch Fremdstoffe oder ähnliches in einer bei einer quantitativen Analy.se mittels eines kolorimetrischen Verfalirens zu bestimmenden Lösung hervorgerufen werden,zu vei meiden, wird eine Zweiwellenlängen-Photometrie verwandt. Die Zweiwellenlängen-Photometrie verwendet zwei verschiedene Wellenlängen, beispielsweise eine Wellenlänge X₁ mit maximaler Absorption der Probe und eine Wellenlänge ^„ mit einer geringeren Absorption

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TELEFON (OBS) 033862 TELEX O6-293BO TELEGRAMME MONAPAT TELEKOPIEREH

der Probe und als Lichtabsorption der tatsächlichen Probe wird die Lichtabsorption im Falle der Wellenlänge \~ von der Lichtabsorption im Falle der Wellenlänge ^₁ abgezogen, wird der Unterschied dazwischen ermittelt und wird die Lichtabsorption " bei der Wellenlänge ^ - der tatsächlichen Probe erhalten.

Fig= 1a der zugehörigen Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Wellenform des Ausgangssignales im Falle der Aufnahme von Licht mit einer Wellenlänge ^ - und von Licht mit einer Wellenlänge λ 2 mittels eines einzigen Detektors in einer photometrischen Einrichtung, die nach dem Zweiwellenlängenverfahren arbeitet, wobei der Anteil der Wellenlänge /\ .. und der Anteil der Wellenlänge Tl 2 abwechselnd in passenden Intervallen auftreten.

Unter Verwendung eines in Fig. 1b dargestellten Wellenlängenunterscheidungssignals erfolgt eine Unterscheidung der Wellenlänge durch eine Schaltung, deren Aufbau in Fig. 2 dargestellt ist. In Fig. 2 sind mit 1 ein Detektor, mit 2 eine ein Unterscheidungssignal erzeugende Schaltung und mit 3 ein Schalter bezeichnet, der durch ein Ausgangssignal der Schaltung 2 umgeschaltet wird, um zwei Ausgangssignale zu erhalten= D.h., dass dann, i-ienn ein Kontakt 3a des Schalters 3 geschlossen wird, das Ausgangssignal für die Wellenlänge L_f das in Fig. 1c dargestellt ist, erhalten wird, !fahrend dann, wenn ein Kontakt 3b des Schalters 3 geschlossen wird, das Ausgangssignal für die Wellenlänge Ti₉ erhalten wird, das in Fig. 1d dargestellt ist.

Diese Signale enthalten einen Schattenanfceil, der sich nicht mit der Amplitude des photometrischen Signals ändert. Wenn dieser Schattenanteil vorhanden ist, kann selbst dann, wenn die Amplituden der photometrischen Signale für die Wellenlängen ]i .j und /ip sich im selben Verhältnis ändern„ das Verhältnis JJ₁/ TU nicht konstant gehalten werden, was zur Folge hat, daß die Linearität der Kennlinie als Ganzes der phobomeiirischen. Einrichtung gestört V7ird.

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Das Auftreten des Schattenanteils beruht auf dem Streulicht des optischen Systems oder dem Dunkelstrom des Detektors. Es gibt auch ein Verfahren, den Schattenanteil unter Verwendung eines Vorverstärkers ansteile einer direkten Wellenlängenunterscheidung des Detektorausgangssignals zu beseitigen, in diesem Fall V7ird jedoch der Temperaturdrift dar Verstärkerschaltung oder die Verschiebung der Justierung zu einem Problem. Der Dunkelstrom des Detektors und das Streulicht werden weiterhin durch die Umgebungsverhältnisse beeinflusst und haben nicht immer einen gegebenen Wert. Es gibt ein weiteres Verfahren zum Unterscheiden einer Wellenlänge durch das Herausgreifen und Festhalten eines Punktes X und eines Punktes Y in Fig. 1a, in diesem Fall kann jedoch der oben beschriebene Nachteil nicht überwunden werden.

Es ist das Ziel der Erfindung, die oben beschriebenen Mangel des herkömmlichen Verfahrens zu beseitigen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist eine photometrische Vorrichtung zur Durchführung einer Photometrie mit hoher Leistungsfähigkeit, indem jede Art von Rauschsignalen, die durch den Dunkelstrom des Detektors, den Drift des Verstärkers, das Streulicht des optischen Systems oder ähnliches hervorgerufen werden, be seitigt wird.

Die erfindungsgemässe photometrische Vorrichtung umfasst ein photometrisches optisches System, das Licht mit verschiedener vorbestimmter Wellenlänge ausgibt, indem es das Licht von einer Lichtquelle zu einer zu messenden Probe über verschiedene Lichtwege überträgt, von denen jeder einen Filter enthält, einen Detektor zum Umwandeln jedes ausgegebenen Lichtes in ein elektrisches Signal, einen Schalter zum Ableiten erster elektrischer Signale für eine vorbestimmte Wellenlänge und zweiter elektrischer Signale für eine andere vorbestimmte Wellenlänge aus den Ausgangssignalen des Detektors und eine Signalverarbextungsschaltung

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zum Verarbeiten der ersten und zweiten elektrischen Signale, um einen Lichtabsorptionswert der Probe zu bekommen. Einer der Lichtwege umfasst einen Drehspiegel, reflektierende Spiegel, ein erstes Filter, das Licht mit einer ersten vorbestimmten Wellenlänge überträgt und einen Halbspiegel, während der andere Lichtwag einen Drehspiegel, ein zweites Filter, das Licht mit einer zweiten vorbestimmten Wellenlänge überträgt und den Halbspiegel umfasst. Die Signalverarbeitungsschaltung enthält zwei Signalwege und eine Differenzschaltung, die die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der beiden Signalwege bildet. Jeder Signalweg umfasst eine Tastspeicherschaltung, die den Pegel des anliegenden Signales hält, ein Hochpassfilter, eine Gleichrichterschaltung, ein Tiefpassfilter, eine Nullpunkteinstellschaltung und eine logarithmische Umformungsschaltung, die in der beschriebenen Reihenfolge angeordnet sind.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt in einem Wellenformendiagramm die Arbeitsweise einer bekannten photometrischen Vorrichtung, die nach dem Verfahren der Zweiwellenlängenphotometrie arbeitet.

Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild einer Wellenlängenunterscheidungsschaltung der gleichen Vorrichtung.

Fig. 3 zeigt das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen photometrischen Vorrichtung, die nach dem Zweiwellenlängenphotometrie-Verfahren arbeitet.

Fig. 4 zeigt in einem Wellenformendiagramm die Arbeitsweise der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung.

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Fig. 5 zeigt das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Bypass filters oder Umgehungsfilters, das bei einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung verwandt wird.

Fig. 6 zeigen in Wellenformendiagraiiimen weitere Beispiele eines Signales, das durch die anhand von Fig. 4 beschriebene Vorrichtung verarbeitet werden kann.

In den Fig. 3 und 4 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen photometrischen Vorrichtung dargestellt. Bei dem in Fig. 3 dargestellten photometrischen optischen System 11 wird das Licht, das von einer Lichtquelle 12 übertragen wird und durch eine Linse 13 geht, durch einen Drehspiegel 14 reflektiert und tritt das Licht über einen reflektierenden Spiegel 15, ein erstes Filter 16a, das Licht mit einer Wellenlänge λ* durchlässt, einen reflektierenden Spiegel 17 und einen Halbspiegel 18 in eine Probe 19 ein.

Das Licht von der Lichtquelle 12 geht andererseits durch die Lage des Drehspiegels 14 hindurch und tritt über ein zweites Filter 16b, das Licht mit einer Wellenlänge ^₂ durchlässt, und den Halbspiegel 18 in die Probe 19 ein. Der Drehspiegel umfasst Bereiche zum Reflektieren des Lichtes und Bereiche zum Durchlassen des Lichtes, die abwechselnd angeordnet sind, so dass Licht mit der Wellenlänge ^₁ und /J₂ erhalten wird, das über zwei Lichtwege einschliesslich des -ersten Filters 16a und des zweiten Filters 16b durch die Probe 19 hindurchgeht.

Ein einziger Detektor 20 empfängt dieses Licht, wandelt es in elektrische Signale um und verstärkt es über einen Verstärker 21. Das Ausgangssignai am Ausgang A des Verstärkers 21 hat die in Fig. 4a dargestellte Wellenform.

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Eine Lichtquelle 22 und ein Lichtaufnahmeelement 23 sind einander gegenüber so angeordnet, dass sich der Drehspiegel 14 dazwischen befindet, wodurch ein Wellenlängenunterscheidungssignal erhalten wird. Mit diesem Signal erzeugt ein Synchronsignalgenerator 24 ein Synchronsignal, das in Fig. 4b dargestellt ist.

Es ist eine Wellenlängenunterscheidungsschaltung 25 zum Unterscheiden der Signale für die beiden Wellenlängen λ., und ^„ aus den Signalen an der Ausgangsklemme des Verstärkers 21 vorgesehen. Die Wellenlängenunterscheidungsschaltung 25 umfasst einen Schliesserkontakt 25a und einen Öffnerkontakt 25b, die durch das Synchronsignal angesteuert werden. Der Schliesserkontakt 25a wird beim Vorliegen eines hohen Pegels des Synchronsignals geschlossen und beim Vorliegen eines niedrigen Pegels des Synchronsignals geöffnet.Der Öffnerkontakt 25b arbeitet genau umgekehrt. Ein Signal an der Ausgangsklemme C der Wellenlängenunterscheidungsschaltung 25 hat daher die in Fig. 4c dargestellte Wellenform, während ein Signal an der anderen Ausgangsklemme D die in Fig. 4d dargestellte Wellenform hat.

Eine Tastspeicherschaltung 26a besteht aus einem Kondensator und einem. Verstärker, wobei dann, wenn der Schliesserkontakt 25a geschlossen ist, ein Signal in der vorliegenden Form ausgegeben wird, während dann, wenn der Kontakt 25a geöffnet ist, der Signalpegel zum Zeitpunkt der öffnung des Signalweges beibehalten wird.

Ein Hochpassfilter 27a, das mit der Tastspeicherschaltung 26a verbunden ist, empfängt dieses Signal und erzeugt ein Au-^-jana¹⁵³-signal, das die in Fig„ 4e dargestellte Wellen^rm haL.

Wenn der Zyklus, mit dem die Lichtsignale abwechselnd durch das photometrische optische System 11 ausgegeben werden raid die Grenzfrequenz de<* Hochpassfilters 27a in passender Weise ge-

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wählt sind, können die Einflüsse, die nicht nur vom Streulicht, das ira optischen System Vi erzeugt wird, vom Dunkelstrom des Dataktors. 20 und vom Drift und der Verschiebung der Justierung das Verstärkers stammen, sondern auch die Brummstörungen, die dem Signal überls.gert sind, beseitigt werden. Daher sind die verschiedenen Einflussfaktoren, die für eine Herabsetzung der photomatrischen Leistungsfähigkeit verantwortlich sind, beseitigt worden und kann eine ausgezeichnete photometrische Vorrichtung verwirklicht werden, die eine Linearität zeigt, ohne dass irgendwelche Einflüsse aus der Umgebung aufgenommen werden. Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Aufbau des Hochpassfilters 27a mehr im einzelnen.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Hochpassfilter 27a mit einer Gleichrichterschaltung 28a, einem Tiefpassfilter 29a, einer Nullpunktseinstellschaltung 30a und einer logarithmischen Umformungsschaltung 31a in Kaskade geschaltet, x-jährenä dar Öffnerkontakt 25b mit einer Tastspeicherschaltung 26b, einen Hochpassfilter 27b, einer Gleichrichterschaltung 28a, einem Tiefpassfilter 2Sb₄, einer Nullpunktseinstellschaltung 30b und einer logarithmischen Umformungsschaltung 31b in Kaskade geschaltet ist. An einer Differenzschaltung 37 wird die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der beiden logarithmischen Umformungsschaltungen 31a und 31b gebildet und anschliessend wird das Signal der Zweiwellenlängenphotometrie verarbeitet, woraus sich ein Lichtabsorptionswert für die Wellenlänge X., der Probe 19 ergibt.

Die Nullpunktseinstellschaitungen 30a und 30b dienen als Schaltungen zur Korrektur der Nullpunktseinstellung der Messchaltung durch ein Standardmaterial mit einer bekannten Konzentration vor der Messung der Konzentration eines unbekannten Materials.

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Die logarithmischen Umformungsschaltungen 31a, 31b dienen als Schaltungen zum Umformen der Lichtdurchlässigkeit der Probe in das Absorptiongsvermögen (optische Konsentration) und das Lichtabsorptionsvermögen steht in der Beziehung log= zur Durchlässigkeit, wenn mit T die Durchlässigkeit bezeichnet wird.

Als Signale, die durch dieses Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen photometrischen Vorrichtung, die nach dem Zweiwellenlängenverfahren arbeitet, verarbeitet werden können„ werden vorzugsweise nicht nur die in Fig. 4a dargestallten Signale„ sondern auch die in Fig* 6 und 7 dargestellten Signale verwandt»

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Wellenlängenunterscheidungsschaltung 25 als mechanischer Schalter aus Gründen der Einfachheit dargestellt, ein stationärer Schalter, beispielsweise ein Halbleiterschalter, kann jedoch gleichfalls verwandt werden.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Äusführungsbeispiele beschränkt, da diese Ausführungsbeispiele beispielsweise in der folgenden Weise abgewandelt werden können..

Das obige Ausführungsbaispiel zeigt beispielsweise dan Fail einer Zweiwellenphotoitietrie, die vorliegende Erfindung kann jedoch auch im Fall einer Mehrwellenlängenphotometria angewandt werden, in dem ein optisches System, ein Synchronsignalgenerator und eine Wellenlängenunterscheidungsschaltung entsprechend ausgelegt werden.

Wenn in Fig. 4 die Nullpunktseinsteilschaltungen 30a und 30b und die logarithmischen Umformungsschaltungen 31a und 31b fehlen„ kann die Vorrichtung für die Durchlassigkeitsphotometrie angewandt v/erden und die erfindungsgemässe Vorrichtung kann als Beleuchtungsmesser für zwei Wellenlängen verwandt werden, indeia ein optisches System entsprechend ausgelegt wird.

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Wie es oben beschrieben wurde, wird durch die vorliegende Erfindung eine photometrische Vorrichtung geliefert, bei der alle Arten von Stör- oder Rauschsignalen, die vom Streulicht, dem Dunkelstrom des Detektors und dem Drift des Verstärkers oder ähnlichem hervorgerufen werden, beseitigt sind.

8098B0/06 15 ORIGINAL INSPECTED

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OR₁GlNAL INSPECTED

Claims

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER

»PL-ING.

H. KINKELDEY

W. STOCKMAIR

DfI-IMa - AeE (CALTCCH)

K. SCHUMANN

DFl PER PJAT D1PL.-PHY3

P. H. JAKOB

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G, BEZOLD

DRF^RNAT. OPL-CHbM

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MAXIMILIAN^ ΓRAS-SIi

PH 12 672

Photometrische Vorrichtung

PATENTANSPRÜCHE

Photometrische Vorrichtung , gekennzeichnet durch ein photometrisches optisches System (11), das Licht mit verschiedenen vorbestimmten Wellenlängen ausgibt, indem es das Licht von einer Lichtquelle (12) über verschiedene Lichtwege, von denen jeder ein Filter (16a, 16b) enthält, zur zu messenden Probe (19) überträgt, durch einen Detektor (20) zum Umwandeln des ausgegebenen Lichtes in ein elektrisches Signal, durch einen Schalter (25) zum Ableiten erster elektrischer Signale für eine vorbestimmte Wellenlänge und zweiter elektrischer Signale für eine andere vorbestimmte Wellenlänge aus den Ausgangssignalen des Detektors (20) und durch eine Signalverarbeitungsschaltung zum Verarbeiten der ersten und zweiten

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TELEFON (O88) 33 28 63 TELEX OC-2O38O TELEGRAMME MONAPAT TELEKOPIERER

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elektrischen Signale, um einen Lichtabsorptiongswert der Probe (19) zu erhalten.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Lichtweg einen Drehspiegel (14), reflektierende Spiegel (15,17), ein üräbü FiI car (i6a) zum übertragen von Licht mit einer ersten vorbestimmten Wellenlänge und einen Halbspiegel (18) umfasst, während der andere Lichtweg den Drehspiegel (14), ein zweites Filter (16b) zum Übertragen von Licht mit einer zweiten vorbestimmten Wellenlänge und den Halbspiegel (18) umfasst.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Signalverarbeitungsschaltung zwei Signalwege und eine Differenzschaltung (32) umfasst, um die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der beiden Signalwege zu erhalten.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dass jeder Signalweg eine Tastspeicherschaltung (26a, 26b) zum Halten des Pegels des anliegenden Signals, ein Hochpassfilter (27a, 27b), eine Gleichrichterschaltung (28a,28b), ein Tiefpassfilter (29a, 29b), eine Nullpunktseinstellschaltung (30a, 30b) und eine logarithmische Umformungsschaltung (31a, 31b) aufweist, die in dieser Reihenfolge angeordnet sind.

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