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Vorrichtung zum Messen von Lichtschwächungen. Die bekannten subjektiven
Verfahren zum Messen von Lichtschwächungen, wie sie beispielsweise zur Gehaltsbestimmung
absorbierender Stoffe gebräuchlich sind, beruhen auf der .meßbaren Veränderung der
Helligkeit zweier Vergleichsfelder bis zum Verschwinden eines Unterschiedes. Die
Genauigkeit der Einstellung ist durch die Unterschiedsempfindlichkeit des Auges,
welche unter günstigen Umständen bei etwa i Prozent der zu vergleichenden- Lichtstärken
liegt, begrenzt.
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Durch Verwendung der im folgenden beschriebenen neuen Vorrichtung
ist es möglich geworden, die Empfindlichkeit der Messung um das io- bis ioofache
zu steigern.
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Um dies zu erreichen, muß das Licht einer Hilfslichtquelle, durch
einen Polarisator linear polarisiert, in zwei kohärente, senkrecht zueinander polarisierte
Komponenten zerlege werden, welche diagonal zur Schwingungsrichtung des Polarisators
liegen. Diese beiden Komponenten werden durch die zu vergleichenden Stoffe, deren
Lichtschwächung bestimmt werden soll und .die verschieden stark absorbieren, in
verschiedenem Grade geschwächt und dann wieder durch Interferenz vereinigt. Handelt
es sich um dichroitische oder partiell polarisierende Gegenstände, so wird selbstverständlich
nur der eine Gegenstand in den Strahlengang eingeschaltet. Im allgemeinen wird dadurch
elliptisch polarisiertes Licht entstehen, .dessen Schwingungsellipse eine Neigung
zur Polarisatorschwingung besitzt. - Die Größe dieses Neigungswinkels ist ein _-Maß--für
dieverschiedene Lichtstärke der beiden Komponenten und läßt sich mittels eines Analysators
messen, dessen Minimumstellung die Neigung angibt. Die Schärfe der Einstellung des
Analysators in die Richtung .d-er Ellipsenachsen kann nun wesentlich erhöht werden,
wenn man den Polarisator mit Halbschatteneinrichtung ausrüstet. Die Schärfe der
Einstellung auf gleiche Helligkeit ist um so größer, je gestreckter die Sch.-,vingungs=
ellipse und je geringer die Phasendifferenz der beiden interferierenden Komponenten
ist. Diese ist durch einen Kompensator leicht auf Null einzustellen.
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Eine mit der Halbschatteneinrichtung zu erreichende Einstellungsgenauigkeit
von o,oi° entspricht einer Meßgenauigkeit der zu vergleichenden Lichtstärken von
etwa o,i Prozent, die durch eine besonders exakte Optik noch zu übertreffen ist.
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Am einfachsten ist die Vorrichtung zum Messen des Dichroismus doppeltbrechender
Kristalle und von anderen durchsichtigen oder partiell polarisierenden Gegenständen
mit dichroitischen Eigenschaften anzuwenden. In diesem Fall bewirkt das betreffende
Objekt selbst die Zerlegung in die beiden Komponenten, und beim Austritt aus demselben
entsteht ohne weiteres direkt elliptisch polarisiertes Licht. Der quantitative Betrag
des Dichroismus erfolgt durch exakte Messung der Neigung der Schwingungsellipse
mittels der Halbschatteneinrichtung.
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Um die Lichtabsorption zweier nicht dichroitischer Stoffe, z. B. von
absorbierenden Gasen, Flüssigkeiten oder festen Körpern,
zu vergleichen,
muß die Zerlegung in die beiden linear polarisierten Komponenten durch eine der
bekannten Prismenkombinationen, z. B. durch ein Wollastonpr.isma, geschehen. Die
Strahlen werden daidurch räumlich voneinander getrennt und können durch die zu vergleichenden
Lösungen geleitet werden. Die Wiedervereinigung und Interferenz geschieht dann durch
eine analoge Prismenkombination wie bei der Zerlegung. Da .durch geringe Dichteunterschiede
und anderen Ursachen in den beiden Strahlenwegen im allgemeinen die Strahlen nicht
in gleicher Phase zur Interferenz kommen, muß zur Erreichung der größten Einstellungsschärfe
entweder auf einer oder auf beiden Seiten eine d'urchsichtige Schicht von veränderlicher
Dicke eingeschaltet werden. Als solche ist z. B. ein verstellbarer Doppelglaskeil
zu verwenden.
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Die Vorrichtung erlaubt eine Reihe von Anwendungen, von denen nur
wenige Beispiele angeführt seien: z. Die Gehaltsbestimmung absorbierender Stoffe,
welche mit den gewöhnlichen kolorimetrischen und spektrophotometrischen Methoden
nur bis zu einer beschränkten Genauigkeitsgrenze durchzuführen ist, kann mit weit
größerer Genauigkeit erfolgen.
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2. Die Veränderung der Absorption absorbierender Stoffe durch äußere
Einflüsse, wie Temperatur, Druck, Bestrahlung, chemische, elektrische und magnetische
Ursachen, sowie durch Veränderung des Lösungsmittels läßt sich durch Anwendung der
obenbeschriebenen Vorrichtung mit großer Schärfe untersuchen.
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3.- Bei Kenntnis der genauen Abhängigkeit der Absorption von diesen
Einflüssen lassen sich Messungen .dieser Ursachen selbst durchführen.
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_g. Die genaue Messung des Dichroismus akzidentell doppeltbrechender
Medien oder des Polarisationszustandes partiell polarisierender Geenstände erlaubt
genaue Rückschlüsse auf die Ursachen der akzidentellen Doppelbrechung oder der Polarisation.
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Um die Vorrichtung auch für Strahlenarten nutzbar zu machen, welche
vom Auge nicht direkt wahrgenommen werden können, kann man die subjektive Beobachtung
durch eine photographische oder elektrische Beobachtungsmethode ersetzen.
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Hierzu sind z. B. photoelektrische und thermoelektrische Meßmethoden,
geeignet, welche entweder in einer Differentialschaltung die Helligkeit der Halbschattenfelder
zu vergleichen gestatten, oder ohne die Halbschatteneinrichtung am Polarisator durch
Minimumeinstellung die Neigung der Schwingungsellipse auffinden lassen.