DE2847771C3 - Zweistrahl-Spektralphotometer - Google Patents

Description

gekennzeichnet durch

f) eine Strahlungsunterbrechereinrichtung (20) zur periodischen Abschirmung des Wandlers (32) gegen die Meß- und die Referenzstrahlung,

g) eine Subtrahierschaltung (36; 68; 76) zur Subtraktion des während der Abschirmphase vom Wandler (32) erzeugten Dunkelsignals (Z) vom MeR(S)- und vom Referenz^>Signal vor der Verhältnisbildung,

h) eine Komparatorschaltung (38; 58; 76) zum Vergleich des MeR(S)- und des Referenz(7?>Signals und zur Zuführung des größeren dieser beiden Signale zur Regelschaltung (40, 42; 82, 42).

2. Zweistrahl-Spektralphotometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komparatorschaltung (38) der Subtrahierschaltung (36) nachgeordnet ist.

3. Zweistrahl-Spektralphotometer nach Anspruch oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung (40,42; 82,42)

— einen Schaltkreis zur Erzeugung eines Signals entsprechend der Differenz zwischen dem Ausgangssignal der Komparatorschaltung (38; 58; 76) und einem Bezugssignal aufweist und

— an eine Einrichtung (42) zur Einstellung der Empfindlichkeit des photoelektrischen Wandlers (32) angeschlossen ist.

4. Zweistrahl-Spektralphotometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (56,62,64,66) die bei Überschreiten eines Bezugswerts durch das Dunkelsignal (Z) ein Warnsignal erzeugt und anzeigt.

Die Erfindung betrifft ein Zweistrahl-Spektralphotometer nach dem Oberbegi iff des Patentanspruchs 1.

Ein Zweistrahl-Spektralphotometer ist im allgemeinen folgendermaßen aufgebaut:

Strahlung von einer Lichtquelle wird in einen Monochromator mit Dispersionselementen geführt, bei deren Drehung sich die Wellenlänge der aus einem Austriltsspalt austretenden Strahlung ändert. Diese monochromatische Strahlung vom Monochromator wird mittels eines umlaufenden Sektors oder eines Strahlungsteilers in zwei Strahlungen aufgeteilt, nümlich eine Referenzstrahlung und eine Meßstrahlung, in deren Strahlengang ein Referenzmaterial bzw. eine Probe liegt Beide Strahlungen werden mittels eines photoelektrischen Wandlers in entsprechende elektrische Signale umgesetzt, nämlich ein Referenzsignal bzw. ein Meßsignal. Außer diesen Signalen ist ein Dunkel-Signal (auch als Null-Signal bezeichnet), hervorgerufen z. B. durch ein äußeres Licht bzw. einen Dunkelstrom, im Ausgangssignal des Wandlers enthalten.

ίο Beim üblichen Zweiwellenlängen-Spektralphotometer wird die von der Lichtquelle emittierte Strahlung zwei Monochromatoren zugeführt Die monochromatischen Strahlungen von den Monochromatoren werden durch einen Sektor zu einer einzigen Strahlung vereint, die die Probe durchsetzt und dann von einem photoelektrischen Wandler in ein elektrisches Signal umgesetzt wird. Zum Messen kann die Wellenlänge der beiden monochromatischen Strahlungen auf unterschiedliche Werte festgelegt werden, oder es kann eine der Wellenlängen auf einen be-timmten Wert festgelegt werden, während die andere Wellenlänge variiert wird. Das elektrische Signal entsprechend einer der Wellenlängen wird als Referenzsignal bezeichnet, das elektrische Signal entsprechend der anderen Wellenlänge als Meßsignal.

Bei einem bekannten Spektralphotometer der eingangs genannten Art (vgl. DE-OS 23 51 291) wird das Verhältnis des Referenzsignals R zum Meßsignal S, also R/S, e-mittelt und dann angezeigt, indem die Differenz zwischen einem Bezugswert und dem Referenzsignal R zum Wandler rückgekoppelt wird, um das Referenzsignal konstant zu regeln. Wenn die geregelte Größe die an einen Photovervielfacher zu legende Spannung ist, wird die Methode als Sekundäremissionskathoden- oder Dynoden-Regelmethode bezeichnet; wenn sie die Spaltbreite eines Monochromators ist, als Spalt-Servo-Methode.

Wenn das Meßsignal 5 größer als das Referenzsignal R ist, sättigt das Meßsignal den photoelektrischen

4« Wandler oder einen nachgeschalteten Verstärker, was oft zu Photometrie-Fehlern führt. Es ist dann nahezu unmöglich, insbesondere eine negative Extinktion zu messen, und ein weiter Photometrie-Bereich ist sogar ganz unmöglich. Bei engem Photometrie-Bereich ist es

schwierig, eine Änderungsgröße im Differenzspektrum zu messen. Die Sättigung des Photowandlers oder des Verstärkers verringert die Lebensdauer des Spektralphotometers. Das Dunkelsignal wird dem Referenzsignal R und dem Meßsignal S überlagert, und unter dieser Bedingung erfolgt die Regelung so, daß lediglich das Referenzsignal R konstant gehalten ist. Aus diesem Grund ist mit steigendem Dunkelsignal Z der Wert des erfaßten Referenzsignals R kleiner als dessen tatsächlicher Wert. Daher wird die Regelung mit zu sehr erhöhter Spannung am Photovervielfacher oder mit zu sehr vergrößerter Spaltbreite durchgeführt, was gegebenenfalls zu unkontrolliertem Meßbetrieb des Spektralphotometers führt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Zweistrahl-Spektralphotometer der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem photometrische Messungen selbst dann möglich sind, wenn das Meßsignal größer als das Referenzsignal ist, um einen weiten Photometrie-Bereich und gleichzeitig eine lange Lebensdauer unter

b^r> Vermeidung unkontrollierter Betriebszustände zu sichern; außerdem soll eine gegebenenfalls auftretende Änderung der Probenmaterialmenge bei der Messung einfach erfaßbar sein.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Lehre nach dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1.

Es wird also das an den photoelektrischen Wandler zu legende Signal auf Grund der Differenz zwischen dem jeweils größeren Signal der in der Komparatorschaltung verglichenen Signale und einem Bezugswert so eingestellt, daß das jeweils größere Signal von Referenz- und Meßsignal im wesentlichen konstant ist Da jeweils das größere Signal im wesentlichen konstant geregelt wird, wird der photoelektrische Wandler nicht gesättigt und ein weiterer Photometrie(Meß)-Bereich gesichert, selbst wenn das Meßsignal größer als das Referenzsignal ist, wie z. B. bei einem Differenzspektrum. 1 i>

Demgegenüber ist es lediglich noch grundsätzlich bekannt geworden (vgl. DE-AS 20 39 451), in einem Zweistrahl-Photometer die Dunkelstromanteile im Meß- und im Referenzsignal zu eliminieren, indem das während einer durch die Anwesenheit eines strahlungsundurchlässigen Chopper-Bereichs im Strahlengang vor dem Photoempfänger (photoelektrischen Wandler) bedingten Dunkelphase am Photoempfänger eingespeiste Signal von üen zuvor erhaltenen Meß- und Referenzsignalen subtrahiert wird. Allerdings ist die Weiterverarbeitung der vom Dunkelstromanteil befreiten Signale offengelassen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

An Hand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels des Zweistrahl-Spektralphotometers,

Fig.2 das Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels,

Fig.3a bis 3e den Verlauf von Signalen vom photoelektrischen Wandler,

F i g. 4 das Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels, und

F i g. 5a, 5b gemessene Differenzspektren.

Zunächst wird die F i g. 1 näher erläutert, die in einem Blockschaltbild ein erstes Ausführungsbeispiels des Zweistrahl-Spektralphotometers zeigt:

Eine Lichtquelle 10 ist z. B. eine Wolfram- oder Metallfadenlampe oder eine Deuteriumlampe. Ein Monochromator 12 hat einen Eintrittsspalt 14, ein Dispersionselement 16, wie z. B. ein Prisma oder ein Gitter, einen Austrittsspalt 18 und Spiegel. Abhängig von der Anordnung des Dispersionselements 16, eines Kollimationsspiegels und eines Kameraspiegels wird der Monochromator als Littrow- oder Ebert-Monochromator bezeichnet Eine Wellenlängen-Abtasteinrichtung, die im wesentlichen aus einem Kurvenkörper oder einem Sinusstab besteht, dient zur Änderung der Wellenlänge der aus dem Austrittsspalt 18 austretenden monochromatischen Strahlung.

Die vom Monochromator 12 emittierte Strahlung wird in zwei Strahlungen mittels eines umlaufenden Sektorspiegels 20 aufgeteilt. Durch die Drehung des Sektors 20 wird die vom Monochromator 12 ausgesandte Strahlung in zwei Strahlungen wie folgt aufgeteilt: Wenn der Spiegel im Strahlengang dieser Strahlung liegt, wird diese durch den Spiegel reflektiert; wenn andererseits der Spiegel nicht im Strahlengang liegt, läuft die Strahlung gerade durch den Sektor 20 weiter. b5 Der Sektor 20 hat einen Bereich, der für die Strahlung weder durchlässig ist noch diese reflektiert. Der Sektor 20 kann durch einen festen Strahlteiler ersetzt werden.

Die vom Sektor 20 reflektierte Strahlung wird weiter durch einen Spiegel 22 reflektiert, während die den Sektor 20 durchsetzende Strahlung von einem Spiegel 24 reflektiert wird. Beide Strahlungen {von diesen Spiegeln 22 und 24) werden zu einer einzigen Strahlung mittels eines Halbspiegels 26 vereinigt Ein weiterer Sektorspiegel, der gleich aufgebaut ist wie der Sektorspiegel 20 und synchron mit dem Sektor 20 umläuft, kann an Stelle des Halbspiegels 26 vorgesehen werden.

Wie in der F i g. 1 gezeigt ist, liegen eine Referenzzcl-Ie 28 und eine Probenzelle 30 im Strahlengang der jeweiligen Strahlungea Die Referenzstrahlung und die Meßstrahlung, die zu einer einzigen Strahlung gebündelt wurden, fallen abwechselnd auf einen photoelektrisdien Wandler in Form eines Photovervielfachers 32, wo diese Strahlungen in die entsprechenden elektrischen Signale umgesetzt werden. Die hier beschriebene Optik von der Lichtquelle bis zum Wandler ist in üblicher Weise aufgebaut und kann verschiedenen Abwandlungen unterworfen werden, z. B. kann der Monochromator nach dem Strahlteiler vorgesehen sein, und/oder es können zwei Wandler verwendet werden.

Das vom Photovervielfacher 32 erzeugte elektrische Signal wird durch einen Vorverstärker 34 und an eire Dunkelsignal-Subtrahierschaltung 36 abgegeben, die das Dunivelsignal einschließlich eines durch das Außenlicht oder der Photovervielfacher bedingten Dunkelstromes subtrahiert Der Verlauf des vom Photovervielfacher 32 erzeugten elektrischen Signals ist in F i g. 3a gezeigt. Das Referenzsignal R und das Meßsignal S treten abwechselnd auf, überlagert von einem Dunkelsignal Z, das durch den bereits erwähnten durchlässigkeits- und reflexionsfreien Bereich des Sektors 20 gebildet wird. Daher besteht die Subtrahierschaltung 36 aus einem Schalter, der synchron zu diesem Bereich des Sektors 20 ein- und ausschaltbar ist. einem Halteglied zum Halten eines Signalwertes, wein der Schalter eingeschaltet ist, und einem Differenzverstärker zum Erzeugen einer Differenz zwischen den Ausgangssignalen des Haltegliedes und des Vorverstärkers 34. Die Subtrahierschaltung 36 entfernt das Dunkelsignal Z, das dem Referenz- und dem Meßsignal Rbzw. Süberlagert ist. wie dies in F i g. 3a dargestellt ist Das Ausgangssignal der Subtrahierschaltung 36 wird an eine Komparatorschaltung 38 abgegeben, in der das Referenzsignal R in der Größe oder Amplitude mit dem Meßsignal S verglichen und das größere Signal von diesen beiden Signalen abgegeben wird. Insbesondere werden das Referenzsignal R und das Meßsignal 5 in Haltegliedern mittels Schaltern gehalten, die im reflektierenden Bereich des Sektors 20 und im durchlässigen Bereich synchron mit der Drehung des Sektors 20 ein- und ausgeschaltet sind. Die Ausgangssignale der Halteglieder liegen als zwei Eingangssignale an der Komparatorschaltung 38, die die Größe des Referenzsignals und des Meßsignals als Eingangssignale bezüglich einer Bezugsspannung beurteilt, um ein Zweiwerte-Ausgangssignal mit positivem oder negativem Wert zu erzeugen. Wenn das Meßsignal S größer als das Referenzsignal R ist, erzeugt die Komparatorschaltung 38 ein positives Ausgangssignal; wenn dagegen das Meßsignal 5 kleiner als das Referenzsignal R ist, ein negatives Ausgangssignal. Die beiden Halteglieder sind an den Ausgangsseiten jeweils mit Schaltern ausgestattet. Wenn das Ausgangssignal der Komparatorschaltung 38 positiv ist, wird der am Halteglied für das Referenzsignal R vorgesehene

Schalter eingeschaltet; wenn es andererseits negativ ist, wird der Schalter am Halteglied für das Meßsignal S durch einen Inverter eingeschaltet. Auf diese Weise wird die relative Größe des Referenzsignals R zur Größe des Meßsignals Sermiltelt.

Das Ausgangssignal der Komparatorschaltung 38 liegt an einem Regelglied 40 mit einem Regelabweichungsverstärker, d. h., mit einem Differenzverstärker, der an seinen Eingangsanschlüssen die Ausgangssignale der Komparatorschaltung 38 und eine Bezugsspannung empfängt. Entsprechend erzeugt das Regelglied 40 ein Differenzsignal zwischen dem Komparatorschaltung-Ausgangssignal und der Bezugsspannung, wobei das Differenzsignal seinerseits in einen Hochspannungsgenerator 42 mit einem Gleichstrom-Umrichter eingespeist ist. Der Gleichstrom-Umrichter legt gewöhnlich eine feste Spannung an den Photovervielfacher 32 und stellt bei Empfang des Differenzsignals vom Regelglied 40 die feste Spannung entsprechend dem Differenzsignal ein, damit das größere Signal vom Referenz- und Meßsignal, die vom Photovervielfacher 32 abgegeben sind, auf einen festen Wert eingeregelt ist.

Falls keine Dynoden-Regelung vorgesehen werden kann, d. h., wenn z. B. eine Photo-Zelle als Wandler verwendet wird, kann das Ausgangssignal des Regelgliedes 40 zur Ansteuerung eines Servomotors dienen, der die Spaltbreite verändert. Der Verlauf der Ausgangssignale vom Photovervielfacher 32, die durch die oben erläuterte Regelung erzeugt werden, wird im folgenden an Hand der Fig. 3 näher erläutert. Die in Fig.3b gezeigten Signale werden erhalten, wenn eine herkömmliche Methode verwendet wird, die das Referenzsignal konstant regelt. Wenn gemäß F i g. 3d das Referenzsignal R größer ist als das Meßsignal 5, wie typisch bei der Differenz-Spektralmessung zu beobachten ist, überschreitet das Referenzsignal R einen Pegel L, der den Sättigungspegel des Photovervielfachers 32 oder des Vorverstärkers 34 darstellt. Es ist unmöglich, ein den Pegel L überschreitendes Signal abzunehmen, so daß der Bereich des Meßsignals durch den Pegel L nach oben abgegrenzt ist Im allgemeinen ist der Pegel L gleich dem doppelten Pegel des Referenzsignals R. Entsprechend beträgt der Mindestbereich der Photometrie (ausgedrückt in Extinktion) — 0,3, die obere Grenze ist ca. +2 bis +3, obwohl sie sich je nach verwendetem Spektralphotometer ändert

Die in F i g. 3c gezeigten Signale treten auf, wenn die Regelung durch das größere Signal vom Referenz- und Meßsignal erfolgt Wie aus dieser Figur zu ersehen ist wird zuerst das Referenzsignal R zur Regelung verwendet dann das Meßsignal S.

Das Verhältnis des Referenzsignals R zum Meßsignal Ϊ wird durch eine Auswerteschaitung in Form eines Dividierers 44 berechnet und durch eine Anzeigeeinrichtung in Form eines Schreibers 46 angezeigt In einer Ausführungsform des Dividierers 44 werden das Referenz- und das Meßsignal R bzw. 5 logarithmiert und dann an einen Differenzverstärker abgegeben, dessen Ausgangssignale schließlich umgekehrt logarithmiert werden. Da bei diesem Ausführungsbeispiel das Verhältnis des Referenzsignals R zum Meßsignal S durch den Dividierer 44 berechnet wird, ist keine genaue Regelung des Signals erforderlich.

Wie oben erläutert wurde, wird das größere Signal vom Referenzsignal und Meßsignal zur Regelung verwendet Entsprechend ist das größere Signal immer auf einen im wesentlichen konstanten Pegel unter dem Pegel L begrenzt wodurch ein Photometrie-Fehler ausgeschlossen wird. Wenn bezüglich des Meßbereiches die höchste meßbare Extinktion den Wert +3 hat, beträgt die Mindest-Extinktion —3. Weiterhin ist eine Sättigung des Photovervielfachers ausgeschlossen, was zu einer Verlängerung der Lebensdauer führt. Der konstante Pegel der Regelung kann weiterhin näher beim Pegel L verglichen mit dem Pegel herkömmlicher Spektralphotometer liegen, der höchstens die Hälfte des Pegels L beträgt. Daher kann bei der Messung einer Probe hoher Konzentration ein sehr geringes Meßsignal S gemessen werden, so daß die Meßgenauigkeit für Proben hoher Konzentration verbessert wird.

In Fig. 2 ist in einem Blockschaltbild ein zweites Ausführungsbeispiel des Zweistrahl-Spektralphotometers gezeigt. In dieser Figur sind einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1.

Ein Ausgangssignal des Vorverstärkers 34 wird je nach Stellung eines Schalters 50 in drei Signale klassifiziert. Ein Fühler 48 ist vorgesehen, um ein Ansteuersignal in Phase mit dem Referenzsignal und dem Meßsignal synchron zur Drehung des Sektors 20 abzugreifen. Je nach Signal vom Fühler 48 gibt der Schalter 50 das Ausgangssignal des Vorverstärkers 34 als Meßsignal, Referenzsignal oder Dunkelsignal ab. Der Fühler 48 besteht z. B. aus einer mit dem Sektor 20 gleichachsig umlaufenden Scheibe und drei Optokopplern, die jeweils auf den beiden Seiten von drei Ausschnitten der Scheibe vorgesehen sind. Die Ausschnitte, die sich über den Umfang mit verschiedenem Radius erstrecken, sind auf der Scheibe entsprechend drei Bereichen des Sektors 20 angeordnet. Drei Signalleitungen vom Fühler 48 sind entsprechend mit verschiedenen Ansteuerungen des Schalters 50 verbunden. Ein Referenz-Halteglied 52, ein Meß-Halteglied 54 und eine Dunkel-Halteglied 56 messen bei Empfang dieser drei Signale diese Signale als Ä-Signal + Z-Signal bzw. als 5-SignaI + Z-Signal bzw. als Z-Signal. Unter diesen Signalen werden das i?-Signal + Z-Signal und das 5-Signal + Z-Signal durch die Komparatorschaltung 58 verglichen, von der das größere Signal abgegeben wird. Der Schaltungsaufbau der Komparatorschaltung 58 entspricht dem Schaltungsaufbau der Komparatorschaltung 38 mit der Ausnahme, daß das Halteglied weggelassen ist Das Signal über den Schalter 60 wird vom Regelglied 40 so geregelt daß es immer konstant ist Der Hochspannungsgenerator 42, der das konstante Signal vom Regelglied 40 empfängt, legt eine Hochspannung an den Photovervielfacher 2.

Das Z-Signal wird immer durch einen Vergleicher 62 überwacht ob es einen festen Bezugswert Zo überschreitet oder nicht Falls es den Bezugswert Zo überschreitet, speist der Vergieicher 62 ein Signal in ein Schreiber/ Servo-Steuerglied 64 und in ein Störungs-Anzeigeglied 66, so daß das Schreiben unterbrochen und die Störung angezeigt wird.

Die Ausgangssignaie des Referenz-Haltegliedes 52, des Meß-Haltegliedes 54 und des Dunkel-Haltegliedes 56 liegen an einem Subtrahierer/Dividierer 68, in dem das Verhältnis S/R berechnet wird. Der Subtrahierer/ Dividierer 68 besteht z. B. aus einem Differenzverstärker, der an den beiden Eingängen das Ä-Signal + Z-Signal bzw. das Z-Signal empfängt, einem weiteren Differenzverstärker, der an den beiden Eingängen das

b5 5-Signal + Z-Signal bzw. das Z-Signal empfängt und aus einem Dividierer, an dem die Ausgangssignale dieser Differenzverstärker liegen. Das Ausgangssignal des Subtrahierer/Dividierers 68 liegt als Durchlässigkeil

am Schreiber. Das Ausgangssigna! liegt weiterhin an einem Logarithmierer 70 und einem Multiplizierer 72, der das Ausgangssignal in die Extinktion und die Konzentration umsetzt. Diese umgesetzten Werte werden als das Ausgangssignal des Spektralphotometers angezeigt.

Die durch den Photovervielfacher 32 erzeugten Signale werden an Hand der F i g. 3 näher beschrieben.

Bei offenem Probenraum und steigender Dunkelspannung ohne Beziehung zum Signallicht, d. h. bei sehr großem Z-Signal (vgl. F i g. 3d), regelt eine herkömmliche Schaltung lediglich das ß-Signal unabhängig von der Größe des Z-Signals konstant. Wenn daher das Z-Signal stark anwächst, überschreitet das Z-Signal + Ä-Signal den Pegel L, so daß dann das Referenz-Haltegiied ein κ-Signai unter dem tatsächlichen Bezugswert erfaßt. Daher legt das Regelglied eine höhere Spannung an den Photovervielfacher 32, so daß das Z-Signal weiter näher am Pegel L ist. Wenn jedoch die Regelung durch das größere Signal vo.i Meß- und Referenzsignal erfolgt, tritt auf keinen Fall eine Sättigung des Photovervielfachers auf, selbst wenn das Z-Signal anwächst.

Weiter oben wurde das Zweistrahl-Spektralphotometer an Hand einzelner Baugruppen erläutert; die gleiche Funktion kann jedoch auch mittels eines Mikrorechners verwirklicht werden.

Ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein Mikrorechner verwendet wird, ist in F i g. 4 dargestellt, in der einander entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 2 versehen sind. In F i g. 4 sind vorgesehen ein Analog/Digital-Umsetzer 74, ein Rechen/Logik-Glied 76, ein Taktsignalgenerator 78, ein Steuerglied 80 und ein Digital/Analog-UmsetzerS2.

Das Ausgangssignal des Vorverstärkers 34 wird in den Analog/Digital-Umsetzer 74 gespeist, in dem es in ein Digital-Signal umgesetzt wird, das seinerseits an das Rechen/Logik-Glied 76 abgegeben wird. Das Signal vom Fühler 48 durchläuft den Taktsignalgenerator 78 zum Steuerglied 80. Das vom Steuerglied 80 zum Rechen/Logik-Glied 76 übertragene Signal dient zur Unterscheidung des Λ-Signals + Z-Signals, des 5-Signals + Z-Signals oder des Z-Signals; diese Signale werden wie beim Ausführungsbeispiel der Fig.2 verarbeitet. Das Ergebnis der Verarbeitung wird durch den Digital/Analog-Umsetzer 82 in ein Analog-Signal umgesetzt, das den Hochspannungsgenerator 42 ansteuert, der seinerseits eine Hochspannung an den Photovervielfacher 32 legt

Wie oben erläutert wurde, werden bei diesen Ausführungsbeispielen das Meßsignal einschließlich des Dunkelsignals und das Referenzsigna! überwacht, und der Photovervielfacher wird durch eine Dynoden-Regelung so gesteuert, daß das größere Signal von diesen Signalen nicht einen festen Wert überschreitet. Selbst wenn das Meßsignal größer als das Referenzsignal ist, tritt daher im Gegensatz zu den herkömmlichen Spektralphotometern keine Sättigung des Photovervielfachers und des Vorverstärkers auf. Wenn zusätzlich ein großes Dunkelsignal wie bei einem offenen Probenraum erzeugt wird, sind der Photovervielfacher und der Vorverstärker nicht gesättigt, da das Meßsignal einschließlich des Dunkelsignals und das Referenzsignal überwacht werden. Selbst wenn der Probenraum offen ist, ist daher der Photovervielfacher nicht gefährdet.

Wenn der Probenraum offen ist und starkes Licht von außen einstrahlt, kann möglicherweise der Meßwert extrem gestört sein. Um dies zu vermeiden, wird das Dunkelsignal immer überwacht und, wenn es einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird die Gefährdung durch eine Warnlampe angezeigt oder die Verbindung zum Schreiber bzw. zum Servosystem unterbrochen. Wenn jedoch längere Zeit diese Gefährdung andauert, werden der Photovervielfacher und der Vorverstärker auf einem sicheren Pegel gehalten.

Das erfindungsgemäße Spektralphotometer ist für eine Differenz-Spektralmessung besonders vorteilhaft und kann einfach eine Änderungsgröße messen, wenn sich das Probenmaterial ändert. Die F i g. 5a und 5b zeigen mehrfach einen Vorgang, bei dem Phthalanhydrid in Phthalsäure hydrolisiert wird. In den F i g. 5a und 5b sind auf der Abszisse die Wellenlänge und auf der Ordinate die Extinktion (ABS) aufgetragen. Das Meßergebnis mittels eines herkömmlichen Spektralphotometers ist in F i g. 5a gezeigt. In diesem Fall ist die Messung des Differenzspektrums schwierig, und daher wird destilliertes Wasser als Referenzmaterial verwendet. Die aus Phthalanhydrid erzeugte Menge an Phthalsäure kann nicht direkt aus der Kurve abgelesen werden. Wenn andererseits beim erfindungsgemäßen Spektralphotometer Phthalanydrid nicht in Phthalsäure umgesetzt wird, ist die Extinktion Null, d. h. ABS = 0, so daß die Menge an erzeugter Phthalsäure direkt in der Form eines Änderungsbetrages von der Linie ABS = 0 abgelesen werden kann.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Dynoden-Regelung. Jedoch ist die Erfindung in gleicher Weise auch für eine Spalt-Servomethode anwendbar, bei der das Referenz-Gleichsignal mit einer Bezugsspannung mittels eines Regelabweichungs-Verstärkers verglichen wird, dessen Ausgangssignal einen Servomotor ansteuert, der seinerseits einen Spalt öffnet oder schließt und dadurch die Stärke des Referenzsignals einstellt

Die Erfindung ist in gleicher Weise auf ein Zweiwellenlängen-Spektralphotometer anwendbar wegen der ähnlichen Signalverarbeitung beim Zweistrahl- und beim Zweiweüenlängen-Spektralphotometer.

Wie oben erläutert wurde, hat das erfindungsgemäße Zweistrahl-Spektralphotometer einen weiten dynamischen Bereich und ist für einen industriellen Einsatz besonders vorteilhaft.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Zweistrahl-Spektralphotometer mit

a) Einrichtungen zur Erzeugung einer Meßstrahlung und einer Referenzstrahlung,

b) einem von der Meß- und Referenzstrahlung beaufschlagten photoelektrischen Wandler zur Erzeugung eines Meß- und eines Referenzsignals,

c) einer Regelschaltung zur Konstanthaltung eines der vom Wandler abgegebenen Signale,

d) einer Auswerteschaltung zur Speicherung des Meß- und des Referenzsignals und zur Bildung des Verhältnisses dieser Signale und

e) einer Anzeigeeinrichtung für das ermittelte Verhältnis,