DE3007823A1

DE3007823A1 - Spektralphotometer

Info

Publication number: DE3007823A1
Application number: DE19803007823
Authority: DE
Inventors: Nobuo Akitomo
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-03-02
Filing date: 1980-02-29
Publication date: 1980-09-04
Also published as: US4305664A; JPS6250767B2; JPS55116228A

Description

HITACHI, LTD.

1-5-1, Marunouchi, Chiyoda-ku

Tokyo (Japan)

Spektralphotometer

Die Erfindung betrifft verbesserte Einwellenlängen-Zweistrahl-Spektralphotometer und Zweiwellenlängen-Spektralphotometer, bei denen das Dynoden-Rückkopplungssystem angewandt wird.

Bei Einwellenlängen-Zweistrahl-Spektralphotometern wird das Verhältnis der Absorption der beiden Zellen, dh der Absorption der Probenzelle zur Absorption der Referenzzelle, bei einer beliebigen gewünschten einzelnen Wellenlänge gemessen. Im einzelnen wird dabei monochromatisches Licht der betreffenden Wellen- . . länge von einer Lichtquelle von einem rotierenden Sektorspiegel und einem Zerhacker (Chopper) in Lichtsignale des Probenlichts und des Referenzlichts mit vorgegebener

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Dauer zerhackt, die abwechselnd die Probenzelle und die Referenzzelle durchsetzen, die sich in einer Probenkammer befinden. Die Lichtsignale von der Probenzelle und der Referenzzelle werden von einem Detektor aufgenommen und mit einem Photomultiplier in elektrische Signale umgewandelt, die dem Probensignal bzw. dem Referenzsignal entsprechen. Auf der Basis der so erhaltenen elektrischen Proben- bzw. Referenzsignale wird der Absorptions- und der Transmissionsfaktor der Probe ermittelt.

Auf der anderen Seite wird mit Zweiwellenlängen-Spektralphotometern die Absorptionsdifferenz zwischen zwei verschiedenen Wellenlängen bei einer Probenzelle gemessen. Im einzelnen wird Licht von einer Lichtquelle von einem Monochromator in ein Lichtsignal einer Wellenlänge , das als Referenz der spektralen Abdient¹ sorption der zu messenden Probe^sowie ein Lichtsignal mit irgendeiner anderen erwünschten Wellenlänge aufgetrennt. Die Lichtsignale durchsetzen abwechselnd mit Hilfe eines Choppers die einzige Probenzelle, wobei die von der Probenzelle stammenden Signale für die entsprechenden Wellenlängen von einem Detektor aufgenommen und mit einem Photomultiplier in elektrische Signale umgewandelt werden. Dabei wird die Differenz der Absorption oei den beiden Weilenlängen gemessen.

Im Hinblick auf die reaktion des Fhotomultipiiers muß allerdings s>.voLl bei düü bei einer uinzigen Wellenlänge arbeitender: ?r. eistrahl« Spektralphotometern als auch den bei zwei Wellen"!-Ingen arbeitenden Einstrahl-Spektralphotemetern berücksichtigt werden, daß ein Strahl, der zur Messung der Absolution oder^rransmiosion der trebe herang ::; ; rd, dem als. Referenz dienenden

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_ ο —

Referenzlicht entspricht, während der andere Strahl dem zu messenden Probenlicht entspricht.

Bei Spektralphotometern dieser Typen wird der Photomultiplier wie oben erwähnt als Detektor herangezogen. Im Photomultiplier ist eine große Anzahl von als Dynoden bezeichneten Elektroden, die Sekundärelektronen emittieren, zwischen einer Anode und einer Kathode vorgesehen. Der Photomultiplier besitzt demzufolge die Charakteristik, daß zwischen dem Logarithmus der daran angelegten Spannungen und dem Logarithmus der resultierenden Ausgangsströme eine lineare Beziehung besteht.

Mit Vorteil wird zur automatischen Kontrolle der angelegten Spannung im Hinblick auf diese Charakteristik des Photomultipliers das sog. Dynoden-Feedbackverfahren angewandt, das im folgenden für bei einer Wellenlänge arbeitende Zweistrahl-Spektralphotometer beispielhaft erläutert wird.

Das Licht von der Lichtquelle wird von dem rotierenden Sektorspiegel und dem Chopper in Probenlicht und Referenzlicht unterteilt, die abwechselnd die Probenzelle und die Referenzzelle durchsetzen. Die Lichtsignale von der Probenzelle bzw. der Referenzzelle werden durch den Photomultiplier in entsprechende elektrische Proben- bzw. Referenzsignale umgewandelt. Die Signale vom Photomultiplier werden anschließend in einem Verstärker verstärkt. Danach wird lediglich die dem Referenzsignal entsprechende Spannung in einem Differenzverstärker mit einer Referenzspannung verglichen, wobei die Differenz einem Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler) zugeführt wird. Während der Gleich-

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spannungswandler eine festgelegte Spannung an den Photomultiplier liefert, stellt er die an den Photomultiplier angelegte Spannung entsprechend der Differenzspannung vom Differenzverstärker ein und steuert bzw. regelt das Referenzsignal vom Photomultiplier so, daß es zu jedem Zeitpunkt konstant ist.

Auf diese Weise wird die Rückführungsregelung so durchgeführt, daß das Referenzsignal konstant wird, wobei die Absorption, bzw. die Transmission der Probe gleichzeitig aus dem Probensignal ermittelt werden.

Bei Spektralphotometern, bei denen das Dynoden-Rückkopplungsverfahren angewandt wird, werden das Probensignal und das Referenzsignal abwechselnd vom Photomultiplier aufgenommen. Wenn das Referenzsignal für die Rückkopplung herangezogen wird, ändert sich die angelegte Spannung des Photomultipliers allmählich während der Aufnahme des Probensignals. Dies führt zu der Schwierigkeit, daß das Rückkopplungssystem keine ausreichende Stabilität aufweist. Wenn im einzelnen das Signalverarbeitungssystem für das Proben- und Referenzsignal eine Analogschaltung ist, ändert sich die angelegte Spannung des Photomultipliers entsprechend der Zeitkonstante des Schaltungssystems. Wenn das Signalverarbeitungssystem andererseits eine Digitalschaltung ist, bei der ein Zähler eingesetzt wird, ändert sich die angelegte Spannung entsprechend den Integrationseigenschaften des Zählers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Spektralphotometer mit Dynoden-Rückkopplungssystem mit ausgezeichneter Stabilität anzugeben.

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Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.

Erfindungsgemäß wird neben den Zeitperioden, während deren zwei verschiedene Lichtsignale zur Messung der Absorption oder der Transmission einer Probe auf den Photomultiplier gelangen, eine Zeitperiode vorgesehen, während der jeder Lichtstrahl unterbrochen wird; die an den Photomultiplier angelegte Spannung wird während der Zeitperiode der Lichtunterbrechung so eingestellt, daß ein auf einen der Lichtstrahlen bezogenes, vom Detektor aufgenommenes Signal zu allen Zeitpunkten konstant wird. Auf diese Weise wird eine Steuerung oder Regelung erzielt, bei der Schwankungen der an den Photomultiplier angelegten Spannung während des Auftreffens der beiden verschiedenen Lichtstrahlen auf den Photomultiplier verhindert werden und die Stabilität des Feedbacksystems erhöht wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1: ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Spektralphotometers ;

Fig. 2: ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Signalverarbeitungseinheit von Fig. 1;

Fig. 3: eine perspektivische Detailansicht einer Ausführungsform des in Fig. 1 dargestellten rotierenden Sektorspiegels

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und

Fig. 4: ein Signalverlaufsdiagramm zur Erläuterung

der Punktion der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung.

Nachstehend wird die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spektralphotometers näher erläutert. In Fig. 1 ist der Aufbau eines bei einer Wellenlänge arbeitenden Zweistrahl-Spektralphotometers schematisch dargestellt. Monochromatisches Licht einer bestimmten Wellenlänge von einer Lichtquelle 1 wird von einem rotieren-

siqnale.j

den Sektorspiegel 2 in Licht/· aurgespalten, die drei Zuständen entspr echen wie unten näher erläutert ist.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, besitzt der rotierende Sektorspiegel 2 einen Reflektorteil 21, der das von der Lichtquelle 1 auffallende Licht reflektiert und reflektiertes Licht liefert, durchlässige Bereiche 22, die das auffallende Licht unverändert durchlassen und entsprechend durchgelassenes Licht liefern, und einen nichtreflektierenden Teil 23, der das auffallende Licht unterbricht. Das reflektierte Licht des Reflektorteils 21 wird als Referenzsignallicht verwendet, das auf eine Referenzzelle 3 fällt, während das durchgelassene Licht des durchlässigen Bereichs 22 als Probensignallicht verwendet wird und auf eine Probenzelle 4 fällt, während das vom nichtref lektierenden Teil 23 unterbrochene Licht als Nullsignallicht verwendet wird.

Diese drei Lichtzustände werden von einem (nicht dargestellten) Chopper, der synchron zum rotierenden Sektorspiegel 2 rotiert, in vorgegebenen Zeitperioden ausgeblendet, so daß das Referenzsignallicht auf die Referenzzelle 3

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in der Probenkammer auffällt, während das Probensignallicht auf die Probenzelle 4 fällt. Ein Photomultiplier nimmt entsprechend die Lichtsignale in vorbestimmten Zeitperioden in der Reihenfolge des Referenzlichts von der Referenzzelle 3, des Probenlichts von der Probenzelle 4 und des Nullsignallichts auf, wobei eine Umdrehung des Choppers einem Zyklus entspricht. Der Photomultiplier 5 wandelt jedes Lichtsignal in ein entsprechendes elektrisches Signal des Lichtstroms um. Das vom Photomultiplier 5 aufgenommene Referenzsignal und das Probensignal entsprechen direkt dem Absorptionszustand der Probe und werden zur Zweistrahlmessung herangezogen. Das Nullsignal enthält auf der anderen Seite den überlagerten Dunkelstrom, des Photomultipliers udgl.

Das Referenzsignal und das Probensignal entsprechen demgemäß direkt einem Rückkopplungswert und werden entsprechend durch dessen Schwankungen stark beeinflußt, während das Nullichtsignal in keiner direkten Beziehung zum Rückkopplungswert steht.

Die Erfindung geht hiervon aus und beruht darauf, daß während der Ausblendung des Nullichtsignals durch den Photomultiplier 5 über einen Gleichspannungswandler 12 eine Rückkopplung in der Weise an den Photomultiplier 5 angelegt wird, daß dessen angelegte Spannung geregelt wird. Als Ergebnis ändert sich die an den Photomultiplier 5 angelegte Spannung nicht und wird auf einem festgelegten Wert gehalten, während das Referenzsignal und das Probensignal, die zur Messung der Absorption dienen, ausgeblendet werden. Auf diese Weise wird eine Störung der Rückkopplung vermieden und die Stabilität des Systems

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erhöht.

Das Referenzsignal, das Probensignal und das Nulllichtsignal, die nacheinander und wiederholt in vorgegebenen Zeitperioden vom Photomultiplier 5 geliefert werden, werden von einem Verstärker 6 verstärkt und danach von einem Analog-Digital-Wandlex" (A/D-Wandler) 7 in Digitalwerte umgewandelt. Wie bekannt ist, gibt es für den A/D-wandler 7 zwei Typen, den Zählertyp und den Vergleichstyp, die beide verwendbar sind. Eine Signalverarbeitungseinheit 8 mit einem Mikrocomputer empfängt die Ausgangssignale des A/O-Wandlers 7 und nimmt die Verarbeitung zur Bestimmung der Absorption, der Transmission udgl der Probe sowie die Verarbeitungsschritte zur Steuerung bzw. Regelung der an den Photomultiplier 5 angelegten Spannung vor. Die Signalverarbeitungseinheit weist folgende wesentliche Komponenten auf: einen Festwertspeicher (ROM) 81,/dem zuvor Programme zur Durchführung der obigen Verarbeitungsschritte abgespeichert sind, einen Schreib-rtiese-Speicher (RAM) 82, der die verschiedenen verarbeiteten Resultate speichert, eine Rechen- und Logikeinheit (ALU) 83, die die Instruktionen aus dem im ROM 81 abgespeicherten Programm hintereinander holt und decodiert und die darin als Instruktion enthaltenen Operationen durchführt und Schaltungen zur Durchführung von Additionen, Subtraktionen, Multiplikationen und Divisionen und logischen Operationen wie OR, AND, EOR udgl aufweist, eine Steuereinheit 84, die zusammen mit der Rechen- und Logtkeinheit 83 so steuert,daß die Verarbeitungsschritte gemäß Instruktion gleichmäßig vor sich gehen, ein Eingangskontrolltor (I-Tor) 85, das Daten mit dem A/D-Wandler 7 und den D^rWandlem 10 und

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austauscht, Ausgangskontrolltore (O-Tore) 86 und 87 sowie einen Bus 88, der den ROM 81, den RAM 82, die Rechen- und Logikeinheit 83, das I-Tor 85 und die O-Tore 86 und 87 miteinander verbindet. Die Steuereinheit 84 wird von einer Bedienungstafel 9 aus betätigt. Im einzelnen gibt die Bedienungstafel 9 eine Instruktion zum Start der Messung und einen Sollwert zur Regelung der an den Photomultiplier 5 angelegten Spannung ab und legt die für gewöhnliche Messungen (Scangeschwindigkeit, Photometerbetriebsweise, Skala, Bandpass, Ansprechen udgl) erforderlichen Bedingungen fest, wenn die Bedienungsknöpfe oder Tasten betätigt werden.

Die Ausgänge von der Signalverarbeitungseinheit 8 gelangen über das O-Tor 86 auf einem Weg zum Q^-Wandler 10 und durch das O-Tor 87 auf dem anderen Weg zum D/AWandler 11. Der vom O-Tor 86 erhaltene Ausgang bestimmt die von der Rechen- und Logikeinheit 83 gesteuerte, an den Photomultiplier 5 angelegte Spannung und wird durch den D/A-Wandler 10 zum Gleichspannungswandler 12 geliefert. Auf der anderen Seite entspricht der vom O-Tor 87 angelegte Ausgang der Absorption oder Transmission der Probe aufgrund der Rechen- und Logikeinheit 83 und wird über einen DA-Wandler 11 mit einem Schreiber 13 registriert und auf einem Meßgerät 14 angezeigt.

Wenn das Meßgerät 14 digital arbeitet, kann der Ausgang des O-Tors 87 direkt verwendet werden. AlsD/"A-Wandler 10 und 11 werden vorzugsweise solche Wandler verwendet, bei denen Kettenwiderstände miteinander verbunden sind und die eine niedrige Arbeitsgeschwindigkeit aufweisen.

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Der an den Gleichspannungswandler 12 gelegte Ausgang des DA-Wandlers 10 stellt eine Instruktion dar, aufgrund deren die an den Photomultiplier 5 angelegte Spannung erhöht oder verringert wird. Aufgrund dieser Instruktion erzeugt der Gleichspannungswandler 12 eine für den Photomultiplier 5 erforderliche Hochspannung.

Ein Arbeitsprogramm zur Konstanthaltung des Referenzsignals des Photomultipliers 5 in der Signalverarbeitungseinheit 8 ist in Fig. 2 dargestellt.

Während sich die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung auf ein bei einer Wellenlänge arbeitendes Zweistrahl-Spektralphotometer bezog, können auch Einstrahlmessungen mit einem Zweistrahlsystem durchgeführt werden. Durch das in Fig. 2 veranschaulichte Programm wird die an den Photomultiplier 5 angelegte Spannung daher eingestellt, so daß Messungen sowohl mit einem Strahl als auch Zweistrahlmessungen möglich sind.

Das in Fig. 2 dargestellte Arbeitsprogramm beginnt mit der Startinstruktion für die Messung von der Bedienungstafel 9. Die Bedingung der Wahl einer Photometerbetriebsweise wird der Steuereinheit 84 von der Bedienungstafel 9 gegeben.

Zunächst wird der Fall erläutert, bei dem als Photometerbetriebsweise in der Entscheidung 21 Einstrahlmessung gewählt wurde. In diesem Fall wird beim Verarbeitungsschritt 27 die an den Photomultiplier 5 angelegte Spannung V von der Bedienungstafel 9 als fester Wert eingegeben. In einem Ausgang 28 wird die Ausgangsspannung V vom Verarbeitungsschritt 27 vom O-Tor 86 geliefert. Die Signal-

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Verarbeitungseinheit 8 bestimmt demgemäß beim Einstrahlverfahren die an den Photomultiplier 5 angelegte Spannung in Entsprechung zum von der Bedienungstafel 9 festgelegten Wert und liefert diesen als Ausgang.

Im folgenden wird der weitere Fall erläutert, in dem als Photometerbetriebsweise bei der Entscheidung 21 das Zweistrahlverfahren gewählt wurde. In diesem Fall wird in der der Entscheidung 21 folgenden Entscheidung 22 entschieden, ob die nunmehr in der Signalverarbeitungseinheit 8 empfangenen Daten dem Referenzsignal, dem Probensignal oder dem Nullichtsignal entsprechen. Wenn die erhaltenen Daten dem Referenzsignal und dem Probensignal entsprechen, wird daher die Absorption oder Transmission der Probe aufgrund eines anderen (nicht dargestellten) Arbeitsprogramms ermittelt. Die Absorption wird als Verhältnis zwischen Probensignal und Referenzsignal erhalten, während die Transmission als Verhältnis der Logarithmen dieser beiden Signale erhalten wird. Das Verarbeitungsergebnis wird vom O-Tor 87 geliefert.

Wenn bei der Entscheidung 22 die Daten der gerade vorliegenden Ausblendung dem Referenzsignal und dem Probensignal entsprechen, verläuft der Programmfluß über den Verarbeitungsschritt 26. In diesem Verarbeitungsschritt 26 wird der größere Wert (D ) von Referenzsignal und Probensignal im RAM 82 gespeichert. Wenn die danach in der Signalverarbeitungseinheit 8 erhaltenen Daten dem Nullichtsignal entsprechen, geht der Programmablauf über den Verarbeitungsschritt 23. In diesem Verarbeitungsschritt 23 wird ein Sollwert S aus dem RAM 82 herausgelesen, da der Sollwert S zuvor von der Bedienungstafel 9 im RAM 82 gespeichert wurde, während der im RAM

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im Verarbeitungsschritt 26 gespeicherte maximale Datenwert (M = D) in ähnlicher Weise herausgelesen wird. Die Rechen- und Logikeinheit 83 führt die Operation F = K" (S - M) durch. Hierbei bedeutet F den vom Gleichspannungswandler 12 zum Photomultiplier 5 rückzukoppelnden Wert; mit K ist die Verstärkung bezeichnet, die festgelegt wurde, um die Entstehung selbsterregter Schwingungen des Systems aufgrund einer zu hohen Rückkopplung F zu vermeiden; sie wird zuvor im ROM .81 abgespeichert.

Wenn der Wert der Rückkopplung F im Verarbeitungsschritt 23 erhalten wurde, geht das Programm anschließend zum Verarbeitungsschritt 24 über. In diesem Schritt wird die bereits im RAM 82 gespeicherte, vorliegende angelegte Spannung V₀ des Photomultipliers 5 herausgelesen und mit dem obigen Rückkopplungswert F addiert (V + F), wodurch der angestrebte Wert V (= V+ F) der in der nächsten Zeitperiode der Gewinnung des Referenz- oder des Probensignals an den Photomultiplier 5 angelegten Spannung erhalten wird.

Im nächsten Verarbeitunguschritt 25 wird der Sollwert V über das O-Tor 86 dem DA-Wandler 10 zugeleitet. Da der Ausgang des Qk-Wandlers 10 V war, ändert er sich unmittelbar nach Aufnahme des Sollwerts V in V.

Während der Ausgang des Gleichspannungswandlers ein Wert war, der der gegenwärtig angelegten Spannung V entsprach, ändert er sich von V zum Sollwert V, dh zum Wert der Rückkopplung F, nach Erhalt des Sollwerts V. Dieser Wert wird dem Photomultiplier 5 zugeführt.

03 03 36/08 F ,

Mit dem Ablauf des obigen Programms endet die Regelung der an den Photomultiplier 5 angelegten Spannung.

Auf diese Weise sind die zur Messung erforderlichen Daten unabhängig zu den entsprechenden Zeitpunkten des Referenz- und des Probensignals erhalten, während der Rückkopplungswert zur Zeit des Nullichtsignals geliefert wird, um die an den Photomultiplier angelegte Spannung so zu steuern, daß das Referenzsignal zu jedem Zeitpunkt konstant bleibt. Auf diese Weise wird folglich die Stabilität des Systems erheblich verbessert.

In Fig. 4 sind Signalverläufe vom Startzeitpunkt bis zur Erreichung des Sollwerts durch das Referenzsignal dargestellt, a bezeichnet in Fig. 4 die Änderungen im Referenzsignal R, dem Probensignal S und dem Nullichtsignal Z, die vom Photomultiplier 5 registriert werden. Bezüglich des Referenzsignals R muß der Ausgang HV des Gleichspannungswandlers 12 so geändert werden, daß der Sollwert auf der Basis des ersten Referenzsignals erreicht werden kann. Da allerdings eine derartige Änderung des Ausgangs HV zur Entstehung selbsterregter Schwingungen führt, wird die vorherige Verstärkung K so eingestellt, daß das Sollwertniveaü erst nach einigen wenigen Zyklen erreicht wird. Mit b ist in Fig. 4 die Änderung der an den Photomultiplier 5 angelegten Spannung nach der herkömmlichen Verfahrensweise bezeichnet; c bezeichnet die Änderung der erfindungsgemäß angelegten Spannung. Wie aus der Kurve b hervorgeht, die nach der herkömmlichen Verfahrensweise erhalten wurde, wird zum Zeitpunkt des Referenzsignals die Rückkopplung angelegt,

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wobei die anliegende Spannung HV je nach der Zeitkonstante des Schaltungssystems exponentiell variiert. Aus diesem Grund ändert sich die angelegte Spannung HV in dem Zeitpunkt der Ausblendung des Probensignals, das als Datenquelle erforderlich ist, wobei die Änderung als Rauschen beim Absorptions-oder Transmissionswert erscheint.

Im Gegensatz dazu ändert sich die angelegte Spannung HV erfindungsgemäß im Sinne einer Treppenfunktion mit der Kurve c, wobei die Änderung ferner während der Ausblendung des Nullichtsignals erfolgt. Die angelegte Spannung HV unterliegt daher während der Ausblendung des Referenz- und des Probensignals keiner Änderung. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, beträgt ein Zyklus bei dem Spektralphotometer dieses Typs etwa 40 ms, während die zur Änderung der angelegten Spannung HV erforderliche Zeitdauer nur lediglich etwa 1 ms beträgt. Aus diesem Grund ist die Änderung der angelegten Spannung HV ohne Einfluß auf andere Schaltungsteile.

Obgleich der Wert der Rückkopplung bei dem oben erläuterten Beispiel auf den größeren Wert von R und S bezogen wurde, kann er auch auf den kleineren Wert von beiden bezogen werden. Der Referenzwert kann ferner ein bestimmter Festwert oder ein innerhalb eines festgelegten Bereichs liegender Wert sein.

Die Erfindung ist besonders dann vorteilhaft, wenn Analogsignale mit einem A/D-Wandler gezählt werden müssen, wobei das Ausgangssignal eines Photomultipliers in einem A/D-Wandler umgewandelt und anschließend in eine Verarbeitungseinheit eingespeist und darin verarbeitet wird.

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Aufgrund des erfindungsgemäßen Konzepts kann die Stabilität des Dynoden-Rückkopplungssystems im Spektralphotometer erhöht werden.

In ähnlicher Weise können die Verarbeitungsschritte bei Spektralphotometern vorgenommen werden, die bei zwei Wellenlängen arbeiten.

Die Erfindung betrifft zusammengefaßt Einstrahl- und Zweistrahl-Spektralphotometer, bei denen Lichtsignale während vorgegebener Zeitperioden auf einen Detektor fallen, wobei während eines gegebenen Zeitintervalls als Referenz dienendes Referenzlicht, eines anderen gegebenen Zeitintervalls zur Messung dienendes Probenlicht auf den Detektor fallen und während eines weiteren Zeitintervalls das Licht unterbrochen wird, wobei die entsprechenden Lichtsignale mit einem Photomultiplier in entsprechende elektrische Signale umgewandelt werden. Die elektrischen Signale werden dann mit einemjA/D-Wandler in Digitalsignale umgesetzt. Unter Verwendung der Digitalsignale führt eine digitale Signalverarbeitungseinheit Rechenoperationen zur Messung der Absorption oder Transmission der Probe sowie zur Änderung der an den Photomultiplier angelegten Spannung in der Weise durch, daß das Referenzsignal stets konstant bleibt. Auf der Basis der in der digitalen Signalverarbeitungseinheit resultierenden Spannung wird die an den Photomultiplier angelegte Spannung in dem Zeitintervall, während dessen das Licht von der Lichtquelle unterbrochen wird, geändert, wodurch die Stabilität des Rückkopplungssystems erhöht wird.

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Claims

Ansprüche

- eine solche Ausbildung der optischen Einrichtung, daß während vorgegebenen Zeitperioden durch Ausblenden des Lichts der Lichtquelle (1) erste Lichtsignale zur Messung der Absorption oder Transmission einer Probe und während vorgegebenen Zeitperioden zweite Lichtsignale, bei denen das Licht der Lichtquelle (1) im wesentlichen unterbrochen ist, auf den Detektor (5) auffallen, der diese Lichtsignale in entsprechende elektrische Signale umwandelt,

- eine Signalverarbeitungseinheit (8), die die Signale des Detektors (5) empfängt und die zur Ermittlung der Absorption oder Transmission der Probe sowie die zur Ermittlung und Regelung der an den Detektor (5) angelegten Spannung erforderlichen Verarbeitungsvorgänge durchführt, wobei die SignalVerarbeitungseinheit (8) die an den Detektor (5) anzulegende Spannung im nächsten

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Zyklus ermittelt, wenn das Ausgangssignal des Detektors (5) den zweiten Lichtsignalen entspricht,

und

- einen Gleichspannungswandler (12), der aufgrund des Ergebnisses der Signalverarbeitungseinheit (8) die an den Detektor (5) angelegte Spannung liefert und aufgrund der ermittelten anzulegenden Spannung regelt.
2. Zweistrahl-Spektralphotometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Lichtsignale aus dem Referenzlicht aus einer Referenzzelle und Probenlicht aus einer Probenzelle bestehen und die Signalverarbeitungseinheit (8) die an den Detektor (5) angelegte Spannung so bestimmt, daß das auf das Referenzlicht bezogene Ausgangssignal des Detektors (5) zu jedem Zeitpunkt konstant ist.
3. Zweiwellenlängen-Einstrahl-Spektralphotometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Lichtsignale aus Referenzlicht mit einer Wellenlänge, die als Referenz für die spektrale Absorption der zu vermessenden Probe dient, und Probenlicht mit einer beliebigen, von der Wellenlänge des ReferenzIichts verschiedenen Wellenlänge bestehen und die Signalverarbeitungseinheit (8) die an den Detektor (5) angelegte Spannung so bestimmt, daß das auf das Referenzlicht bezogene Ausgangssignal des Detektors (5) zu jedem Zeitpunkt konstant ist.
4. Spektralphotometer
mit einer Lichtquelle,

einem Photomultiplier, der das Licht der Lichtquelle aufnimmt und in ein elektrisches Signal umwandelt, und

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— Ί. —

einer zwischen Lichtquelle und Photo-multiplier vorgesehenen optischen Einrichtung zur Unterteilung des Lichts der Lichtquelle,

gekennzeichnet durch

- eine solche Ausbildung der optischen Einrichtung, daß während vorgegebenen, aufeinanderfolgenden Zeitperioden das von der Lichtquelle (1) kommende Licht in Referenzlicht und Probenlicht zur Messung der Absorption oder Transmission einer Probe und Nulllicht unterteilt wird, bei dem das Licht der Lichtquelle (1) im wesentlichen unterbrochen ist,

- einen A/D-Wandler (7), der die elektrischen Signale des Photomultipliers in Digitalsignale umwandelt,

- eine Signalverarbeitungseinheit (8), die die Ausgangssignale des A/D-Wandlers (7) aufnimmt und Verarbeitungsschritte zur Messung der Absorption oder Transmission der Probe sowie die zur Ermittlung und Regelung der an den Photomultiplier (5) angelegten Spannung erforderlichen Verarbeitungsvorgänge durchführt,

- eine Bedienungstafel (9) zur externen Bedienung der Signalverarbeitungseinheit (8),

- einen D/A-Wandler (10), der das mit der an den Photomultiplier (5) angelegten Spannung verknüpfte Ausgangssignal der Signalverarbeitungseinheit (8) in ein Analogsignal umwandelt,

- einen Gleichspannungswandler (12), der aufgrund des Ausgangssignals aes D/A-Wanälers (10) die an den Photomultiplier (5) angelegte Spannung erzeugt,

-A-

wobei die Signalverarbeitungseinheit (8) die an den Photomultiplier (5) angelegte Spannung in einem Zeitintervall ermittelt, in dem sie die Daten des Nullichtsignals vom Photomultiplier (5) erhält, und der Gleichspannungswandler (12) die an den Photomultiplier (5) angelegte Spannung aufgrund des Verarbeitungsergebnisses innerhalb dieses Zeitintervalls regelt.
5. Spektralphotometer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Signalverarbeitungseinheit (8) entscheidet, ob die aufgenommenen Daten (a) einem Referenzsignal oder einem Probensignal zur Messung oder (b) dem Nullichtsignal entsprechen,

wobei die Signalverarbeitungseinheit (8) im Fall (a)

vorübergehend einen Maximalwert D der Daten bis zu

max

diesem Zeitpunkt speichert,

beim nächsten Nullichtsignal die Daten D herausliest,

die Differenz S-D zu einem zuvor festgelegten Sollmax

wert S mit einem vorgegebenen Faktor K zum Rückkopplungswert F = K · (S - D ) multipliziert, der der an den

max

Photomultiplier (5) angelegten Spannung, entspricht,

und anschließend die Summe V = V₀ + F aus der gegenwärtigen, an den Photomultiplier (5) angelegten Spannung V_Q und dem Rückkopplungswert F bildet und den Summenwert V als an den Photomultiplier (5) anzulegende Spannung liefert.
6. Spektralphotometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, da:3 die Signalverarbeitungseinheit (8) eine Rechen- und Logikeinheit (83), die die Rechenschritte durchführt, einen ROM 81, in dem Programme zur Durchführung der Rechen-

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operationen gespeichert sind, einen RAM 82, in dem die Verarbeitungsergebnisse gespeichert werden, und eine Steuereinheit (84) aufweist, die die Rechen- und Logikeinheit (83) steuert.
7. Zweistrahl-Spektralphotometer nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinheit (8) zunächst die Betriebsweise nach dem Einstrahl- oder Zweistrahlverfahren entscheidet, wobei die Signalverarbeitungseinheit (8) für den Fall des Einstrahlbetriebs einen von der Bedienungstafel (9) festgelegten Wert als an den Photomultiplier (5) angelegte Spannung V verwendet,und die Signalverarbeitungseinheit (8) im-Fall des Zweistrahlbetriebs entscheidet, ob die hintereinander erhaltenen Daten (a) einem Referenzsignal oder einem Probensignal zur Messung oder (b) dem Nullichtsignal entsprechen, wobei die Signalverarbeitungseinheit (8) im Fall (a) vorübergehend einen Maximalwert D der Daten bis zu die-

max

sem Zeitpunkt speichert, beim nächsten Nullichtsignal die Daten D herausliest, die Differenz S-D zu einem zuvor festgelegten Sollwert S mit einem vorgegebenen Faktor K zum Rückkopplungswert F=K* (S-D ) multipli-

max

ziert, der der an den Photomultiplier (5) angelegten Spannung entspricht,

und anschließend die Summe V = V_ + F aus der gegenwärtigen, an den Photomultiplier (5) angelegten Spannung V- und dem Rückkopplungswert F bildet und den Summenwert V als an den Photomultiplier (5) anzulegende Spannung liefert.

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