DE4404276C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Grenzflächenspannung aus dem Tropfenprofil einer Probe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Grenzflächenspannung aus dem Tropfenprofil einer Probe und eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.

Unter der Grenzflächenspannung versteht man das Verhältnis der zur Vergrößerung der Oberfläche erforderlichen Arbeit zur Oberflächenänderung bei konstanten Intensivvariablen. Durch Messung der Grenzflächenspannung lassen sich nicht nur Aussagen bezüglich der Beschaffenheit der Grenzfläche machen, sondern auch Rückschlüsse auf die Wechselwirkung zwischen Volumen und Grenzflächenphase ziehen. Deshalb sind Oberflächenspannungsmessungen in fast allen Teilbereichen der Grenzflächenchemie (Tensidherstellung, Lackherstellung, Dispersionen, Emulsionen, Mikroemulsionen, Flotation, Erzaufbereitung) sowohl in der Grundlagenforschung als auch bei großtechnischen Prozessen von großer Bedeutung.

Zur Messung der Grenzflächenspannung gibt es zahlreiche Methoden, so z. B. die Steighöhenmethode (Kapillarelevation) wobei über die Steighöhe einer Flüssigkeit in einer Kapillare und den Randwinkel zwischen der Kapillarwand und der Flüssigkeitsoberfläche die Grenzflächenspannung bestimmt werden kann. Diese Methode kommt als Präzisionsmethode nicht in Betracht, da die Innenwand der Kapillare optimal rund sein müßte, und der Radius der Kapillare sowie die Steighöhe exakt bestimmt werden können müssen. Außerdem gestaltet sich die exakte Messung des Randwinkels schwierig.

Ein weiteres Verfahren zum Messen der Grenzflächenspannung ist das Du Noüy-Ring-Verfahren. Bei diesem Verfahren besteht ein Meßkörper aus einem ringförmigen Draht, der mit einem Kraftsensor verbunden ist. Der Ring wird in die Flüssigkeit eingetaucht und herausgezogen, so daß die Kräfte beim Herausziehen aus der Flüssigkeit und somit die Grenzflächen­ spannung bestimmt werden kann. Derartige Oberflächen­ spannungsmeßapparaturen ermöglichen lediglich eine begrenzte Auflösung. Da meistens die Flüssigkeit nach unten bewegt wird, kommt es zu Schwingungen, wodurch die Bestimmung des Kraftmaximums erschwert wird. Die Untersuchung von Tensid­ lösungen gestaltet sich besonders problematisch und kann zu Fehlern bis zu 10% führen.

Bei der Plattenmethode nach Wilhelmy wird die Grenzflächen­ spannung mittels einer vertikalen, von einer Flüssigkeit benetzten Platte bestimmt, wobei die Kraft zum Herausziehen der Platte aus der Flüssigkeit, oder aber der Kontaktwinkel zwischen Flüssigkeit und Platte bestimmt wird. Die Be­ stimmung des Kontaktwinkels ist aufgrund mangelnder Reproduzierbarkeit problematisch, so daß sich auch diese Methode nicht für Präzisionsmessungen eignet.

Weiter kann die Grenzflächenspannung über den Druck in einer Gasblase bestimmt werden. Diese Methode ermöglicht jedoch ebenfalls nur eine begrenzte Genauigkeit.

Auch über die Tropfenvolumenbestimmung kann die Grenz­ flächenspannung relativ einfach bestimmt werden. An der Spitze einer Kanüle mit bekannten Durchmesser wird mit einer Mikrodosiereinheit ein hängender Tropfen erzeugt. Bei Er­ reichen eines kritischen Volumens reißt dieser ab und es wird ein neuer erzeugt. Diese Abfolge ist ein kontinuierli­ cher Vorgang, wobei die Tropfen mit einer Standardlicht­ schranke gezählt werden. Mit Hilfe von Tabellen ist es möglich, die Grenzflächenspannung von reinen Flüssigkeiten zu berechnen, es ergeben sich allerdings große Probleme bei Lösungen grenzflächenaktiver Stoffe.

Aufgrund der zuvor beschriebenen Nachteile basieren heutige Präzisionsmessungen fast ausschließlich auf der Bestimmung und Auswertung von Tropfenprofilen. Anhand von gemessenen Tropfen oder Blasenprofilen läßt sich die Grenzflächen­ spannung über die Bashforth und Adams Gleichung durch numerische Lösung des Differentialgleichungssystems sehr genau berechnen.

Das eigentliche Problem dieses Verfahrens besteht in der genauen Bestimmung der Tropfenkoordinaten.

Druckschrift DE 38 08 860 A1 beschreibt ein Verfahren zum Messen der Grenzflächenspannung aus dem Tropfenprofil, bei dem die Lage der Kanten der Probe in einer Ebene und dadurch das Tropfenprofil bestimmt wird. Die in der Druckschrift beschriebene Vorrichtung zum Messen der Grenzflächenspannung weist eine Lichtquelle und einen Fotodetektor zum Erfassen des von der Lichtquelle emit­ tierten Lichts auf, wobei die Probe zwischen der Licht­ quelle und dem Fotodetektor einbringbar ist, wobei die Vorrichtung ferner eine Einrichtung aufweist, mit der die Lage der Kanten der Probe in einer Ebene bestimmbar ist und mit der daraus das Tropfenprofil ermittelbar ist.

Aus der Patentschrift DD 2 14 443 B1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung von Benetzungswin­ keln und somit zum Messen von Grenzflächenspannungen be­ schrieben. Dabei wird das Meniskusprofil einer eine Pro­ be benetzenden Flüssigkeit bestimmt, indem ein von einer Lichtquelle emittierter Meßlichtstrahl mittels einer Ab­ lenkeinrichtung den Meniskus abtastet und der vom Menis­ kus reflektierte Lichtstrahl von einer Reihe räumlich fixierter Fotodetektoren erfaßt wird, wobei aus der Vor­ schubposition der Ablenkeinrichtung und der Position des jeweiligen, den reflektierten Lichtstrahl registrieren­ den Fotodetektors, die Lage der Kante des Meniskus in einer Ebene bestimmt und dadurch das Meniskusprofil er­ mittelt wird.

In der Veröffentlichung "Rotenberg, Y.; Boruvka, L.; Neumann, A.W., J. Colloid Interface Sci., 93 (1983) 169" wird zur Aufnahme der Tropfen und zur Bestimmung des Tropfenprofils eine CCD-Kamera verwendet. Die Speicherung der Bilder erfolgt mit einem Bildspeicher, und die Be­ stimmung der Tropfenkante wird mit einer teuren Workstation mit Bildverarbeitungskarte und aufwendiger Software durchge­ führt. Bei dieser Methode wird ein Tropfen mit Licht be­ leuchtet, und das Bild des Tropfens über eine CCD-Kamera aufgezeichnet. Die Komponenten einer solchen Anordnung haben einen hohen Anschaffungspreis. Derzeit werden CCD-Kameras mit einem Detektor aus maximal 512×512 Pixeln mit 256 (8 Bit) Graustufen verwendet, die nur eine schlechte Auflösung ermöglichen. Detektoren mit beispiels­ weise 2048×2048 Pixeln, sind verhältsmäßig teuer, ebenso wie die dazu notwendigen Bildverarbeitungskarten. Außerdem nehmen durch die erhöhte Anzahl an Daten (von 0,25 MByte auf 4 MByte pro Bild) die Rechenzeiten drastisch zu. Aufgrund der enormen Datenmenge eines Bildes sind so große freie Speicherkapazitäten auf der Rechnerfestplatte notwendig, so daß Bildspeicher zur Abspeicherung verwendet werden müssen. Damit wird ein Problem dieser Methode deutlich: Obwohl man nur am Profil des Tropfens interessiert ist, muß man eine Unmenge von Daten aufnehmen, aus denen man dann auf mühseli­ ge Weise die Form des Tropfens rekonstruiert. Ein weiteres Problem, ergibt sich durch das Beleuchtungssystem. Die Ver­ wendung von breitbandigen Weißlichtquellen (im allgemeinen Halogenlampen, mit nichtparallelen Strahlen) verursacht schwer zu quantifizierende Beugungserscheinungen, die den Tropfen kleiner oder größer erscheinen lassen können. Weiter sind zur Bildauswertung und zur Kantendetektion aus dem von der CCD-Kamera aufgezeichneten Bild große Speicherplätze und eine aufwendige Auswertesoftware nötig.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstigeres Verfahren und System zur Messung der Grenzflächenspannung aus einem Tropfenprofil bereitzustel­ len, das eine verbesserte Auflösung ermöglicht, und gleich­ zeitig einen geringeren Datenspeicherplatz und eine ver­ einfachte Auswertelektronik- und Software erfordert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 38 gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und Verfahren erlauben ein berührungsloses Messen unabhängig von Kontaktwinkeln und Benetzbarkeiten und eine sehr genaue Bestimmung der Tropfenkoordinaten mit einer Genauigkeit von 1-2 µm. Für die Messung sind nur sehr kleine Probenmengen erforderlich. Die erfindungsgemäße Meßmethode erlaubt etwa eine Tropfenauf­ nahme pro Sekunde. Da nur die Kanten der Probe durch die Intensitätsänderung des hinter der Probe detektierten Licht­ strahls erfaßt werden, kann der erforderliche Speicherplatz minimiert werden und auf aufwendige Software zur Kantenbe­ stimmung verzichtet werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen einfachen Aufbau auf und ist kostengünstig her­ zustellen.

Zum zweidimensionalen Abtasten der Probe wird der Meßlicht­ strahl in eine erste Abtastrichtung und in eine zweite Abtastrichtung, senkrecht zur ersten Abtastrichtung, abge­ lenkt. Somit ist es möglich die Lage der detektierten Kanten der Probe in einem zweidimensionalen Koordinatensystem ein­ deutig festzulegen. Wenn der Meßlichtstrahl gleichzeitig in die erste und zweite Abtastrichtung abgelenkt wird, kann die Abtastzeit verkürzt werden.

Zum Abtasten der Probe kann eine Lichtquelle, die den Meß­ lichtstrahl erzeugt, in die erste Abtastrichtung bewegt werden, während der Meßlichtstrahl über eine zweite Ablenk­ einrichtung in die zweite Abtastrichtung abgelenkt wird. Dieses Meßverfahren bringt den Vorteil mit sich, daß die Probe selbst nicht bewegt werden muß. Somit kann es zu keinen Fehlern kommen, die aus der Veränderung der Tropfen­ form infolge von Schwankungen resultieren.

Zur Gewährleistung einer hohen Meßgenauigkeit kann der Lichtstrahl nach dem Austreten aus der Lichtquelle in einen Referenzlichtstrahl und einen Meßlichtstrahl zum Abtasten der Probe in einem Strahlenteiler geteilt werden, wobei die Stärke des Referenzlichtstrahls mit Hilfe eines Referenz­ detektors gemessen wird. Die Messung der Referenzlicht­ strahlintensität erlaubt eine Kompensation von Störgrößen wie z. B. Schwankungen der Laserleistung.

Die Abtaststrecke des Meßlichtstrahls ist in der zweiten Abtastrichtung durch ein Meßfenster beschränkt.

Die an einem Detektor detektierten Meßlichtintensitäten und die am Referenzdetektor detektierten Referenzlichtintensitä­ ten werden zur Weiterverarbeitung der Signale in elektrische Spannungssignale gewandelt.

Vorteilhafterweise wird vor jedem Meßzyklus die Detektor­ spannung mit der Referenzdetektorspannung verglichen und bei Abweichungen der beiden Spannungen von einem festge­ legten Verhältnis die Referenzdetektorspannung mit einer Kalibrier­ spannung beaufschlagt, so daß eine Autokalibrierung statt­ findet. Dabei kann eine Auslenkung des Meßlichtstrahls über das Meßfenster in die zweite Abtastrichtung einem Meßzyklus entsprechen. Somit ist gewährleistet, daß vor jeder Detektion einer Tropfenanfangs- und -endkante das System exakt kalibriert ist.

Zur Ermittlung einer Kante bei einem Abtastvorgang wird der Wert festgelegt, bei dem die Detektorintensität 50% vom Maximum über- bzw. unterschreitet.

Dieser Schwellwert wird zweckmäßigerweise aus der Referenz­ lichtspannung und einer Kalibrierspannung gewonnen.

Da die Referenzlichtspannung und die Detektorspannung auf den gleichen Wert abgeglichen sind, ergibt sich ^1/2×UReferenzlicht^+UKalibrier = Triggerschwelle.

Durch die permanente Autokalibrierung (^UReferenzlicht + ^UKalibrier = ^UDetektor) können Schwankungen der Laser­ leistung und der Polarisationsebene kompensiert werden. Somit ist eine optimale Einstellung der Triggerschwelle möglich. Die Leistungsschwankungen eines Helium-Neon-Lasers sind trotz guter Netzteile relativ groß und können mehr als 2,5% betragen, während der ersten 30 Min nach dem Zünden sind sie sogar um Faktor 10 erhöht. Durch das zuvor be­ schriebene Referenzprinzip kann man diese Aufwärmphase ignorieren und sofort mit den Messungen beginnen. Auch Änderungen der Empfindlichkeit der Detektoren (z. B. Siliciumpinphotodioden) aufgrund von Materialalterung und positionssensitiver Effekte des Lichtempfängermaterials beispielsweise durch Ein- und Ausbau der Detektoren bei Reparaturen, spielen keine Rolle mehr. Weiter können Meß­ medien mit verschiedener Lichtdurchlässigkeit verwendet werden. Das bedeutet, daß die Triggerschwelle automatisch an das unterschiedliche Absorptionsverhalten der sich im Strahlengang befindlichen Meßmedien, z. B. verschiedene Gase und Flüssigkeiten, angepaßt wird, wodurch kein Referenz­ standard für die Messung notwendig sind.

Die Autokalibrierung findet nur einmal pro Meßzyklus statt, wobei durch Detektion der ersten Fensterkante ein Kalibrier­ sperrsignal erzeugt wird, so daß bis zur nächsten Detektion der ersten Fensterkante keine Kalibrierung der Referenz­ spannung stattfinden kann.

Mit der ersten positiven Flanke des ersten detektierten Kantensignals wird eine Zählereinrichtung gestartet und bei der ersten negativen Flanke des Kantensignals wird der Zählerwert in ein erstes Register übernommen und bei einer nachfolgenden positiven Flanke eines Kantensignals wird der entsprechende Zählerwert in ein zweites Register übernommen und der Zählerwert einer weiteren negativen Flanke eines weiteren Kantensignals wird in ein drittes Register über­ nommen. Dabei entspricht die erste positive Flanke der ersten Fensterkante, die erste negative und die darauf­ folgende positive Flanke den Tropfenkanten und die letzte negative Flanke der zweiten Fensterkante in zweiter Abtast­ richtung. Eine, der letzten negativen Flanke folgende positive Flanke, die dem Kantensignal der ersten Fenster­ kante entspricht, startet einen neuen Meßzyklus. So kann mit nur drei Registern die Kanteninformation in der zweiten Abtastrichtung ausgelesen werden. Die dazu erforderliche Schaltung läßt sich einfach und kostengünstig mit Standard­ bauteilen wie Zähler, Register, Komparator, Flipflop etc. realisieren. Der Zählerwert des Registers, der dem Kanten­ signal der zweiten Fensterkante entspricht, ist proportional zur durchschnittlichen Laserstrahlversatzgeschwindigkeit, da die Fensterbreite bekannt ist. Die Registerwerte für die Tropfenanfangskante und die Tropfenendkante werden in bezug zur Lichtstrahlversatzgeschwindigkeit gebracht und mittels einer Zeit-Ort-Relation werden die exakten Koordinaten in der zweiten Abtastrichtung x bestimmt. Somit ist sicherge­ stellt, daß auch bei unterschiedlichen Abtastgeschwindig­ keiten immer eine korrekte Bestimmung der x-Koordinate der detektierten Kante erfolgt.

Die Zeit zwischen den Meßzyklen wird zum Auslesen der Register und Zurücksetzen des Zählers verwendet.

Während eines Meßzyklus summiert eine zweite Zählerein­ richtung die Inkremente eines Winkelkodierers, entsprechend der Drehung eines Antriebs einer ersten Ablenkeinrichtung zur Ablenkung des Meßstrahls in eine erste Abtastrichtung z bezüglich der Probe auf. Somit kann die z-Koordinate ent­ sprechend dem relativen Versatz des Meßlichtstrahls in der ersten Abtastrichtung über den Wert dieser zweiten Zähler­ einrichtung bestimmt werden.

Der Meßlichtstrahl wird auf die Probe fokussiert. Hinter der Probe wird der Meßlichtstrahl auf den Photodetektor fokussiert. Somit ist gewährleistet, daß der in zwei Rich­ tungen ausgelenkte Meßlichtstrahl immer von dem Detektor erfaßt werden kann. Dabei kann der Meßstrahldetektor zu­ sammen mit dem Hubsystem in die erste Abtastrichtung verfahren werden oder aber fixiert sein.

Der Meßlichtstrahl kann mit Hilfe eines rotierenden Glaskörpers in die zweite Abtastrichtung abgelenkt werden.

Die Probe wird zur Messung über ein Mikrodosiersystem zwischen der Lichtquelle und dem Detektor als liegender oder hängender Tropfen eingebracht. Während der Tropfenerzeugung durch das Mikrodosiersystem kann der austretende Tropfen permanent durch den Meßlichtstrahl abgetastet werden, wobei beispielsweise die Tropfenspitze beobachtet wird. So kann eine für die Tropfenprofilmessung akzeptable Ruhelage des Tropfens erkannt werden und als Startzeit für die Profil­ messung verwendet werden. Es ist von Vorteil, zwischen einzelnen Messungen die Mikrodosiereinheit mit Hilfe einer Spülvorrichtung zu spülen.

Nach dem Spülvorgang wird zuerst die Flüssigkeit in einer Kanüle der Mikrodosiereinheit zurückgesaugt und die Meß­ lichtstrahlabtastlinie in der 2. Abtastrichtung an die Unterkante der Kanüle gesetzt und so das Volumen des er­ zeugten Tropfens erst ab dem Zeitpunkt berechnet, an dem mit Hilfe des Meßlichtstrahls der Austritt der Flüssigkeit registriert wird. Somit beschränken sich Volumenfehler bei der Dosierung ausschließlich auf Volumenfehler, die auf die Mikrodosiereinheit zurückgehen.

Die Profilmessung des Tropfens kann in verschiedenen Medien und bei verschiedenen Drücken durchgeführt werden. So können Grenzflächenspannungen zwischen Flüssigkeit/Flüssigkeit und Flüssigkeit/Gas ermittelt werden. So kann der Kontaktwinkel am Dreiphasenkontakt Feststoff/Probenflüssigkeit/Gas bzw. Feststoff/Probenflüssigkeit/Flüssigkeit bestimmt werden.

Um die Abtastzeit zu verringern und die Abtastfrequenz zu erhöhen, wird das Abtastfenster in erster Abtastrichtung an die Tropfengröße angepaßt.

Die Tropfenform kann über die ermittelten Kantenkoordinaten mit Hilfe eines numerischen Integrationsverfahren, das zur Lösung der Laplace bzw. Bashforth-Adams-Gleichung dient, be­ stimmt werden. Für die Berechnung von Grenzflächenspannungen und Kontaktwinkeln aus Tropfenkoordinatenpaaren ist eine Ausgleichsrechnung notwendig, die im drei- oder vierdimen­ sionalen Parameterraum eine Minimierung erreicht. Vorzugs­ weise wird die sog. Powell-Methode oder das sogenannte Downhill-Simplex-Verfahren verwendet.

Über die Messung der Trübung der Probelösung kann zusätzlich der Krafftpunkt beim Abkühlen von Tensiden bestimmt werden.

Die mögliche Ermittlung des Krafftpunktes bringt deutlich den Fortschritt in der Grenzflächenanalytik zum Ausdruck, der dadurch entsteht, daß die Erfindung geeignet ist, alle relevanten Untersuchungen, die zur Charakterisierung von Tensiden oder Tensidgemischen notwendig sind (hierzu zählt auch die Bestimmung der CMC, also, die Konzentration einer Lösung, ab der sich Mizellen bilden, durch automatische Konzentrations- bzw. Verdünnungsreihen und entsprechender mathematischer Auswertung), durchzuführen.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann der Meß­ lichtstrahl durch einen rotierenden Glaskörper in die erste Abtastrichtung abgelenkt werden und durch einen zweiten rotierenden Glaskörper in die zweite Abtastrichtung. Es kann mindestens ein Paßstift einer bestimmten Breite, der im Bereich des Meßfensters angeordnet ist, abgetastet und dessen ermittelte Breite mit einem bestimmten Wert ver­ glichen werden, um ein verstelltes Fenster oder einen Fehler der Triggerschwelle zu erkennen und diese Fehler entweder manuell oder softwaremäßig zu kompensieren.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Messen der Grenzflächenspannung kann eine erste und eine zweite Ablenkeinrichtung aufweisen, wobei ein Hubsystem die erste Ablenkeinrichtung darstellen kann, wobei mindestens die Lichtquelle in die erste Abtastrichtung relativ zur Probe bewegt wird. Wie bereits erwähnt, kann zumindest eine der Ablenkvorrichtung ein rotierender Glaskörper sein, der parallel zueinander beabstandete Ablenkflächen aufweist. Der Glaskörper ist auf einem Rotationsteller, der über eine Welle angetrieben wird, angebracht. Bei üblichen Glasschei­ ben mit quadratischer Grundfläche ergeben sich Schwierig­ keiten beim Zentrieren auf der Rotationsachse, aufgrund einer unterschiedlichen Kantenbeschaffenheit (Phasen). Bei der erfindungsgemäßen Form des Glaskörpers ergibt sich eine automatische Zentrierung beim Einsetzen in die zylinder­ förmige Aufnahmeaussparung im Rotationsteller. Der Teller incl. Welle kann dann in einem Arbeitsgang als Drehteil gefertigt werden. Dadurch bleiben Unwuchten auf ein absolutes Minimum reduziert. Die Welle des Rotationstellers kann über einen Elektromotor mit einem Riemenrad und einem Riemen, vorzugsweise einem O-Ring angetrieben werden. Besonders vorteilhaft ist, wenn die Welle in direktem Kontakt mit dem Riemen steht. So kann der Riemen auf der Welle gleiten, wenn nicht nur die Lichtquelle mit Hilfe des Hubsystems, sondern auch der rotierende Glaskörper mit seiner Welle in erste Abtastrichtung bewegt wird. Somit ergibt sich ein hochgenaues schwingungsarmes und äußerst einfach und kosteneffektiv herstellbares Antriebssystem. So kann auf kostengünstige Standardelektromotoren ohne ausge­ wuchtete Anker zurückgegriffen werden. Ein weiterer Vorteil dieses losen Gleitantriebs besteht in der Elastizität des Rings, wodurch eine Übertragung von Geschwindigkeits­ schwankungen (Zahnung) des Elektromotors verhindert wird. Die Vermessung von Flüssigkeitstropfen erfordert ein hohes Maß an Schwingungsfreiheit der gesamten Meßvorrichtung. Aus diesem Grund wird die Vorrichtung auf einem schwingungs­ freien Unterbau angebracht.

Das Wellenende einer Antriebswelle für die erste Ablenkein­ richtung ist über eine starre Wellenkupplung mit einem Winkeldekodierer verbunden oder das Wellenende ist mit einem Hohlwellenencoder verbunden. Somit kann die z-Koordinate der detektierten Kanten bestimmt werden. Die Vorrichtung weist weiter eine Einrichtung zur Bestimmung der x-Koordinaten der Tropfenkanten auf, die eine Zählereinrichtung umfaßt, die die Zeit bis zum Auftreten eines Kantensignals zählt und gleichzeitig die Zeit für einen bestimmten Meßlichtstrahl­ versatz in der zweiten Abtastrichtung bestimmt.

Vorteilhafterweise ist die Lichtquelle ein Laser, so z. B. ein Helium-Neon-Laser. Als Standardindustrieprodukt ist dieser Lasertyp sehr kostengünstig. Das Licht im sichtbaren Bereich erleichtert Justierarbeiten. Außerdem ist es dadurch möglich, billige und zugleich schnelle Si-Pinphotodioden als Detektor zu verwenden.

Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung im Strahlengang nach der Lichtquelle einen Strahlenteiler auf, der den von der Lichtquelle emittierten Lichtstrahl in einen Referenz­ lichtstrahl und einen Meßlichtstrahl teilt, wobei ein zweiter Detektor zur Detektion des Referenzlichtstrahls vorgesehen ist. Im Strahlengang nach dem Strahlenteiler ist ein fokussierendes optisches Element angeordnet, das den Meßlichtstrahl auf die Probe fokussiert. Weiter ist im Strahlengang vor der Probe eine Begrenzungseinrichtung angebracht, die die Abtaststrecke des Meßlichtstrahls in der zweiten Abtastrichtung begrenzt. In vorteilhafter Ausge­ staltung umfaßt die Begrenzungseinrichtung zwei zueinander beabstandete H-Lineale, die mit Hilfe einer Mikrometer­ schraube in der zweiten Abtastrichtung bewegt werden können. Zum Einstellen der Begrenzungseinrichtung sind Paßstifte vorgesehen, die vorzugsweise nicht mit dem Hubsystem mitbewegt werden. Durch die gegebene Anordnung ereicht man eine wesentlich erleichterte manuelle, mechanische Ein­ stellung der meßrelevanten Fensterparameter und hat gleich­ zeitig die Möglichkeit der Korrektur oder Nachstellung aufgrund von softwaremäßigen Veränderungen der für die Positionsbestimmung notwendigen Zuordnungstabellen. Die Begrenzungseinrichtung kann auch eine bedampfte Glasmaske mit einem Fenster umfassen.

Die Vorrichtung umfaßt weiter eine Meßkammer, in der sich die Probe befindet. Vorteilhafterweise ist die Meßkammer druckdicht ausgebildet. So können Über- und Unterdrücke in der Meßkammer erzeugt werden und verschiedene Medien in die Meßkammer eingebracht werden. Die Meßkammer kann thermosta­ tisierbar sein und ein Temperaturmeßgerät aufweisen, so daß die Grenz­ flächenspannung, deren Wert temperaturabhängig ist, immer unter definierten Bedingungen gemessen werden kann. An der Meßkammer ist ein Mikrodosiersystem zum Einbringen der Probe in die Meßkammer vorgesehen. Das Mikrodosiersystem kann eine Kanüle umfassen, über die die Probe in die Meßkammer einge­ bracht wird. Ferner kann das Mikrodosiersystem eine Unter­ lage umfassen, auf der die Probe tropfenförmig aufliegt. Die Probe kann aber auch tropfenförmig an der Kanüle hängen, die beispielsweise aus Glas, Teflon oder Edelstahl gefertigt sein kann. Die Unterlage, auf der der Tropfen aufliegt, ist vorteilhafterweise hydrophob.

Die Meßkammer umfaßt mindestens zwei Glasfenster, so daß der Meßstrahl durch die Meßkammer durchtreten und somit die Probe abtasten kann. Vor dem Photodetektor ist eine fokus­ sierende Linse angebracht, um den Meßstrahl auf den Detektor zu fokussieren.

Zur Auswertung der aufgezeichneten Meßdaten ist eine CPU vorgesehen.

Im folgenden soll das erfindungsgemäße Verfahren und die er­ findungsgemäße Vorrichtung anhand der in den Figuren aufge­ zeigten Ausführungsbeispielen erläutert werden.

Fig. 1 zeigt schematisch die Draufsicht auf ein optisches System eines ersten Ausführungsbeispiels der vorlie­ genden Erfindung zum Messen der Grenzflächenspan­ nung.

Fig. 2 zeigt schematisch die Draufsicht auf ein erstes Aus­ führungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen der Grenzflächenspannung.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die x/z-Ebene einer rotie­ renden Ablenkeinrichtung gemäß der vorliegenden Er­ findung.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch die y/z-Ebene des Hub­ systems entsprechend der vorliegenden Erfindung.

Fig. 5 zeigt die Anordnung zur Erzeugung eines liegenden Tropfens.

Fig. 6 zeigt mögliche Formen von Tropfen und Blasen bei der Wechselwirkung zwischen zwei nicht miteinander mischbaren fluiden Phasen.

Fig. 7 zeigt schematisch eine Justierhilfe für die Strah­ lenführung.

Fig. 8 zeigt schematisch den elektronischen Schaltplan ei­ nes Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Fig. 9 zeigt den Signalablaufplan entsprechend eines Aus­ führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Fig. 10 zeigt schematisch die Draufsicht auf ein optisches System eines zweiten Ausführungsbeispiels der vor­ liegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt das optische System eines ersten Ausführungs­ beispiels der vorliegenden Erfindung. Das gesamte optische System ist dabei mit 100 bezeichnet.

Als Lichtquelle wird in diesem Ausführungsbeispiel ein Laser 1, vorteilhafterweise mit Gaußschen Strahlenprofil verwendet.

Im Strahlengang ist nach der Lichtquelle 1 ein Strah­ lenteiler 2 angeordnet, der den Lichtstrahl d in einen Meß­ lichtstrahl a und einen Referenzlichtstrahl b aufspaltet.

Zur Erfassung des Referenzlichtstrahls ist ein Photodetektor 3, in diesem Fall eine Si-Pinphotodiode, vorgesehen.

Im Strahlengang ist hinter dem Strahlenteiler ein fokussie­ rendes optisches Element 4 vorgesehen, das mindestens aus einer, in diesem Fall aus drei, Linsen besteht, die entspre­ chend der Wellenlänge des Lasers entspiegelt sind und den Lasermeßstrahl auf den entfernten Tropfen fokussieren.

Im Anschluß an das Strahlformsystem 4 ist ein rotierender Glaskörper 5 als Ablenkeinrichtung für den Meßlichtstrahl a vorgesehen. Er ist in einer ausgefrästen zylinderförmigen Vertiefung eines rotierenden Metalltellers 6 eingeklebt. Der Glaskörper weist zueinander parallel beabstandete Ab­ lenkflächen auf.

Die Grundfläche des Glaskörpers ist aus den Kanten der par­ allel zueinander beabstandeten Flächen gebildet und zwei ge­ genüberliegenden Kreisbögen, wie deutlich aus Fig. 1, 2 und 10 hervorgeht.

Bei der erfindungsgemäßen Form des Glaskörpers ergibt sich eine automatische Zentrierung beim Einsetzen in die zylin­ drische Aufnahmeaussparung im Rotationssteller.

Im Strahlengang nach dem Glaskörper ist eine Begrenzungsein­ richtung 7, 8, 9 vorgesehen, zur Begrenzung der Laserlinie in x-Richtung, um eine x-Achsenkalibrierung vornehmen zu kön­ nen. Die Begrenzungseinrichtung besteht aus zwei voneinander beabstandeten H-Linealen 7, die mit Hilfe einer Mikrometer­ schraube 9 in x-Richtung bewegt werden können. Mit 8 ist eine in x-Richtung verstellbare Schiebebase bezeichnet. Die Meßkammer 11 ist in einer Aussparung des Gehäuses 21 ange­ ordnet, wobei sowohl auf der einen Seite der Gehäuseausspa­ rung 21a und auf der anderen Seite der Gehäuseaussparung 21b, als auch auf der Vorderseite und auf der Rückseite der Meßkammer 11 Glasfenster 10 eingebaut sind, so daß der Meßlichtstrahl a die Probe 12 abtasten kann und der Detektor 14 das Licht hinter der Probe erfassen kann. Die Glasfenster 10 sind entsprechend der Laserwellenlänge bei einem Ein­ fallswinkel von 90° entspiegelt. Die Meßkammer ist thermostatisierbar und weist einen nicht dargestellten PT 100 Meßfühler auf. Weiter umfaßt sie mindestens eine Zu- und Ableitung, über die verschiedene Flüssigkeiten oder Gase in die Meßkammer eingebracht werden können, um die Messung unter verschiedenen Bedingungen durchführen zu können. Die Meßkammer erlaubt auch das Messen bei Über- und Unter­ drücken. Aus diesem Grund ist die Meßkammer druckdicht aus­ gebildet. Die Meßkammer weist weiter auch eine Einrichtung zum Messen des Kammerdrucks auf, die nicht dargestellt ist. Nach der Meßkammer ist eine Zylinderlinse 13 mit geeigneter Brennweite angebracht, die den Meßlichtstrahl auf den Detektor 14 fokussiert.

In Fig. 2 sieht man das in der Gesamtvorrichtung integrierte optische System 100 wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Dabei sind der Laser 1, der Strahlenteiler 2, der Referenzdetektor 3, der Meßlichtdetektor 14, die fokussierende Linse 4 sowie die Begrenzungseinrichtung 7, 8, 9 und der rotierende Glaskör­ per auf einer Montageplatte 15 befestigt. Die Montageplatte ist ein Winkel aus Gußeisen. Bezugszeichen 17 bezeichnet ebenfalls einen Winkel aus Gußeisen, der auf der Grundplatte 18 befestigt ist, und an welchen Linearführungen 16 ange­ bracht sind, die zur Führung der Montageplatte 15 bei Bewe­ gung in z-Richtung dienen. Um das ganze optische System, au­ ßer um die Meßkammer 11, ist ein Außengehäuse 21 angebracht. Ein Elektromotor 19 ist zum Antrieb des Glaskörpers 5, 6 vor­ gesehen. Ein weiterer Elektromotor 70 ist zum Antrieb der Hubeinrichtung vorgesehen, die dafür sorgt, daß sich die Montageplatte 15 in z-Richtung bewegen kann.

Wie deutlich aus Fig. 3 hervorgeht, ist der Glaskörper 5 in dem Rotationsteller 6, der eine Welle 71 aufweist, befe­ stigt. Die drehbare Welle 71 wird durch den Elektromotor 19, der auf der Grundplatte 18 befestigt ist, über einen O-Ring 20 oder einen vergleichbaren anderen Riemen angetrieben. Wie deutlich hervorgeht, ist das gesamte Rotationssystem 71, 6, 5 in dem Montagewinkel eingebaut und zweifach mit Lagern 22 gelagert. Der Riemen 20 wird von dem Elektromotor 19 über ein Riemenrad angetrieben, steht aber in direktem Kontakt mit der Welle 71. Dies ist von Vorteil, da sich der An­ griffspunkt des Riemens durch die Bewegung der Montageplatte 15 in z-Richtung während der Messung kontinuierlich verän­ dert.

Fig. 4 zeigt die Seitenansicht in der yz-Ebene des Hubsystems. Mit Hilfe des Hubsystems wird der Metallwinkel 15, auf dem sich das optische Meßsystem befindet, in z-Rich­ tung bewegt. Ein Elektromotor 70 befindet sich an der Grund­ platte 18. Mittels eines Spindelantriebs wird die Montage­ platte 15 in z-Richtung bewegt. Die Spindel 23 ist in einem La­ ger 25 gelagert, und weist weiter eine Kugelgewindemutter 24 auf. Die Spindel wird mit einem zweifach untersetzten Zahn­ riemenantrieb über die Riemenscheiben 27 und Lager 28 von dem Elektromotor 70 angetrieben. Die Welle der Spindel 23 ist mit einem Hohlwellenencoder 26 verbunden, der die Posi­ tion des Systems im Submikrometerbereich ermittelt.

So kann der Meßlichtstrahl mit Hilfe der in Fig. 3 darge­ stellten Ablenkvorrichtung in x-Richtung ab­ gelenkt werden und mit Hilfe des Hubsystems, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, in z-Richtung, so daß eine zweidimensio­ nale Abtastung der Probe ermöglicht wird.

In Fig. 5 ist eine Anordnung zur Erzeugung eines liegenden Tropfens gezeigt. Dabei wird die Probe 12 über eine Kanüle 72 mit Hilfe einer Mikrodosiereinrichtung 75 in die Proben­ kammer 11 eingebracht. Der erzeugte Tropfen 12 liegt dann auf der ebenen, horizontalen Platte 74, die auf einem Tisch 73 angebracht ist. In Fig. 6 sind die möglichen Formen von Tropfen und Blasen bei der Wechselwirkung zwischen zwei nicht miteinander mischbaren fluiden Phasen gezeigt. Die dichtere Phase ist durch die dunklere Darstellung gekenn­ zeichnet, während in Fig. 6A und C der Tropfen 12 auf der Platte 74 liegt, hängt der Tropfen 12 in Fig. 6B und D an der Kanüle 72.

Im folgenden soll das erfindungsgemäße Meßverfahren anhand der in den Zeichnungen aufgeführten Ausführungsbeispiele er­ läutert werden. Wie in Fig. 1 dargestellt, trifft der von dem Laser emittierte Lichtstrahl auf den Strahlenteiler 2, wodurch er in einen Meßlichtstrahl a und einen Referenz­ lichtstrahl b geteilt wird. Der ausgekoppelte Referenzlicht­ strahl b trifft auf den Referenzphotodetektor 3. Der vom Strahlenteiler 2 durchgelassene Meßlichtstrahl durchläuft anschließend ein optisch fokussierendes Element 4, das den Laserstrahl unter Beibehaltung des Gauß′schen Strahlprofils auf das Meßobjekt, vorzugsweise auf den Tropfen 12 fokus­ siert. Danach erreicht der so geformte Meßlichtstrahl den mit zwischen 20 und 100 U/s rotierenden Glaskörper 5, der den Meßlichtstrahl winkelabhängig parallel versetzt und so eine Abtastlinie in x-Richtung erzeugt. Zur Begrenzung der Abtaststrecken in x-Richtung befindet sich nach dem rotie­ renden Glaskörper ein mechanisches Fenster mit genau defi­ nierter Breite, das aus den zuvor beschriebenen H-Linealen 7 besteht, die sich senkrecht aufgestellt auf der verstellba­ ren Schiebebase 8 befinden. Dieses Fenster wird mit Hilfe der Mikrometerschraube 9 exakt mittig zur optischen Achse des Lasers eingestellt. Diese Justage ist für eine ordnungs­ gemäße Funktion der Meßvorrichtung essentiell. Nachdem der Strahl das Fenster 7, 8 passiert hat, tritt er durch das er­ ste Glasfenster 10 aus dem Gehäuse 21b der Vorrichtung aus und erreicht dann die Meßkammer 11, die ebenfalls von zwei Fenstern 10 begrenzt ist. Wenn der Meßlichtstrahl die Probe passiert hat, tritt er am zweiten Fenster wieder aus der Meßkammer 11 aus, tritt durch ein weiteres Fenster 10 in das Gehäuse 21a und wird von einer Zylinderlinse 13 auf die Photodiode des Detektors 14 fokussiert. Während der Messung wird der Lichtstrahl nicht nur in x-Richtung abgelenkt, son­ dern auch in z-Richtung in bezug auf die Probe 12. Aus die­ sem Grund wird die Montageplatte 15, auf der der Laser 1, der Strahlenteiler 2, die Photodetektoren 14, das fokus­ sierende Element 4 sowie der rotierende Glaskörper 5 auf dem Teller 6 und die Begrenzungseinrichtung 7, 8 angebracht sind, in z-Richtung bewegt.

Vor einer neuen Messung wird zunächst die Kanüle 72, wie in Fig. 5 gezeigt, gespült, wonach über das Mikrodosiersystem 75 Probenflüssigkeit in die Kanüle geleitet wird. Bei der Trop­ fenerzeugung wird zunächst die Flüssigkeit etwas in die Ka­ nüle zurückgesaugt und dann wird der Meßlichtstrahl direkt an der Unterkante der Kanüle 72 positioniert. Das Volumen des anschließend erzeugten Tropfens 12 wird erst ab dem Zeitpunkt berechnet, an dem der Laser den Austritt der Flüs­ sigkeit an der Kanülenspitze registriert. Um kinematische Vorgänge im Tropfen zu erfassen, wird der Tropfen bereits während der Tropfenerzeugung mit Hilfe des Meßlichtstrahls abgetastet. So kann die Tropfenpräsenz und das Schwingungs­ verhalten des Tropfens bestimmt werden. Dies ergibt sich aus einer eventuellen Änderung der Profilbreite an einer festen Position am besten im Bereich der Tropfenspitze oder durch eine Verschiebung der Position im Meßbereich. Dann wird der Zeitpunkt ermittelt, bei dem der Tropfen eine für eine Mes­ sung akzeptable ruhige Lage erreicht hat, die als Startzeit für die erste Profilmessung zur Bestimmung der Grenzflächen­ spannung dient. Durch das Abtasten während der Tropfenerzeu­ gung ist die Tropfengröße bekannt, so daß die Abtastung in z-Richtung exakt an der Tropfenspitze gestartet werden kann und der Meßbereich in z-Richtung so beschränkt wird, so daß die Meßfrequenz erhöht werden kann, um schnelle kinematische Veränderungen im Tropfen zu erfassen. Wie bereits erwähnt, befindet sich der Meßlichtstrahl beim Start der zweidimen­ sionalen Abtastung auf Höhe der Tropfenspitze in z-Richtung. Durch Rotation des Glaskörpers und der gleichzeitigen Bewe­ gung der Montageplatte wird der Meßlichtstrahl in x- und z-Richtung abgelenkt, so daß der Tropfen zweidimensional abgetastet wird. Der Detektor 14 erfaßt die Intensität des auf diesen fokussierten Meßlichtstrahls. Das bedeutet, daß der Meßlichtstrahl, wenn er innerhalb des Meßfensters nicht auf den Tropfen trifft, am Detektor eine hohe Intensität verur­ sacht, während er Detektor eine geringere Lichtintensität mißt, wenn der Meßlichtstrahl auf die Probe auftrifft. An den Kanten der Probe, und an den Kanten des Meßfensters 7, 8 kommt es zu Intensitätssprüngen, wodurch die Kanten ange­ zeigt werden. Entsprechend Fig. 8 ergibt sich folgender Meß­ ablauf:

Das Signal des Photodetektors 14 wird direkt an den Kompara­ tor 31 gelegt. Die Triggerschwelle für die Kantenerkennung wird auf 50% Intensitätsabfall oder -anstieg gesetzt. Die Triggerschwelle setzt sich aus der Referenzsignalspannung 3 und einer Kalibrierspannung 41 zusammen. Die Kalibrierspan­ nung wird vor jedem Meßzyklus neu ermittelt, wobei ein Meß­ zyklus einem Abtasten des Meßlichtstrahls über das Meßfen­ ster in x-Richtung entspricht. Nach dem Eintritt des Meß­ lichtstrahls in den Fensterbereich t_f, wird die Signalspan­ nung vom Lichtdetektor 14 und vom Referenzdetektor 3 mitein­ ander verglichen. Bei Abweichung der beiden Signale von ei­ nem festgelegten Spannungsverhältnis wird über die PLL-Auto­ kalibrierung das Referenzsignal mit einer Kalibrierspannung 41 beaufschlagt, die diesen Fehler ausgleicht. Dieses im Addierer 30 zusammengesetzte Signal, bestehend aus der er­ mittelten Kalibrierspannung und dem halben Referenzsignal wird dem Komparator 31 als Triggerschwelle zugeführt. Dieser Kalibriervorgang wird nur einmal pro Meßzyklus gestartet. Der Sperrsampleimpulsgenerator 33 verriegelt das Und-Gatter 34, so daß kein weiterer Sampleimpuls 32 eine Kalibrierung am S-H 41 startet. Die Kalibrierspannung wird gleichzeitig dem ADC 36 zugeführt, dort digitalisiert und im Register 37 zur weiteren Verarbeitung der CPU bereitgestellt. Dieser Wert kann zur Kontrolle der beiden Lichtempfänger oder spe­ ziell als Wert des Absorptionsverhaltens der im Strahlengang sich befindenden Meßmedien (Krafftpunktbestimmung) dienen. Während eines Meßzyklus wird dann die Spannung des Detektors 14 mit der kompensierten Referenzlichtspannung verglichen, und wenn der Wert die Triggerschwelle übersteigt, so wird bei einem Übergang von Dunkel auf Hell ein positives Flan­ kensignal und bei einem Übergang von Hell auf Dunkel ein negatives Flankensignal erzeugt. In Fig. 9 ist die Probe 12 in dem Meßfenster, das durch die H-Lineale 7 begrenzt ist, gezeigt. Wie deutlich aus der Abbildung hervorgeht, steigt das Detektorsignal des Detektors 14 bei Eintritt des Meß­ lichtstrahls in das Meßfenster, fällt im Tropfenbereich ab, steigt nach Passieren der zweiten Tropfenkante wieder an, um dann an der zweiten Fensterkante wieder abzufallen. Wie wei­ ter aus Fig. 9 hervorgeht, wird die Kalibrierspannung nur einmal pro Meßzyklus nach Passieren des Lichtstrahls der er­ sten Fensterkante erzeugt. Ein Sperrsampleimpuls 32 sperrt weitere Kalibriervorgänge, so daß keine weiteren Sampleim­ pulse 32 einen Kalibriervorgang starten. Fig. 9 zeigt wei­ ter, daß sich die Triggerschwelle aus der halben Referenz­ spannung und der Kalibrierspannung zusammensetzt. Mit t_m ist der Meßbereich, mit t_ka die Kalibrierzeit, mit t_h die Kalibrier-Holdzeit, mit t_o die Ob­ jektbreite und mit t_f die Fensterbreite bezeichnet.

Nach dem Komparator 31 (A) beginnt die digitale Weiterverar­ beitung des Flankensignals. Der durch den Oszillator 60 getaktete Zähler 50 wird mit der er­ sten positiven Flanke gestartet. In den Registern 51 bis 53 wird ständig der aktuelle Zählerwert übernommen. Bei der er­ sten negativen Flanke, d. h. beim Tropfenanfang, wird das Flip-Flop 43 gesetzt und sperrt somit die ständige Über­ nahme des Zählerwerts 50 in das Register 51; das gleiche gilt für das Register 54, nur wird hier die Übernahme des Zählers 63 gesperrt, der die Inkremente des Winkelkodierers 62 aufsummiert. Gleichzeitig wird das Und-Gatter 44 freige­ geben. Eine nun folgende positive Flanke, die dem Tropfen­ ende entspricht, und durch den Inverter 42 auf das Und-Gat­ ter 44 gelangt, setzt das F/F45, sperrt das Register 52 und gibt das Und-Gatter 46 frei. Eine negative Flanke, die dem Fensterende entspricht, kann nun über das Und-Gatter 46 das F/F47 setzen und das Register 53 sperren. Der Ausgang des F-F 47 wird über das Odergatter 48 der CPU zur Verfügung ge­ stellt und setzt damit auch den Zeitpunkt, die Register zu lesen. Ein nun folgender positiver Impuls, der in einem weiteren Meßzyklus wieder der ersten Fensterkante ent­ spricht, würde den neuen Meßzyklus starten. Der Reset- Impuls-Generator 49 dient zur Initialisierung des Digital­ teils in der Dunkelphase, d. h. während kein Meßlichtstrahl das Fenster überstreicht, und auch wenn sich kein Meßobjekt im Meßbereich findet.

Die eingelesenen Registerwerte 51 bis 54 werden in der CPU 61 weiterverarbeitet. Der Zählerwert 53 ist proportional zur durchschnittlichen Laserversatzgeschwindigkeit. Der Re­ gisterwert 51, der dem Tropfenanfang entspricht und der Registerwert 52, der dem Tropfenende entspricht, werden in bezug zur durchschnittlichen Meßlichtstrahlversatzgeschwindigkeit gebracht. Mittels einer Zeit-Ort-Relation, z. B. über eine Zuordnungstabelle, werden die exakten x-Koordinaten be­ stimmt. Der Registerwert 54 wird als relativer z-Koordina­ tenwert dem ermittelten x-Koordinatenwert zugeordnet. Die Zählerwerte, die den Registern während eines Meßzyklus zugeführt werden, werden in der Dunkelphase, d. h. wenn der Meßlichtstrahl nicht über das Meßfenster abgelenkt wird, in dynamische Zwischenspeicher abgelegt und die Zähler 50 werden zurückgesetzt.

Die winkelabhängige bzw. bogenlängenabhängige numerische Lö­ sung eines Differentialgleichungssystems (Laplace bzw. Bashforth-Adams-Gleichung), welche die Gestalt von Tropfen und Blasen unter den Einfluß der Gravitation beschreibt, er­ folgt mit Hilfe eines Programms, das die sog. implizierte Eulermethode zusammen mit einem eigenen Verfahren zur Inte­ gration verwendet. Es können aber auch andere Verfahren ver­ wendet werden, sofern sie die erforderliche Genauigkeit er­ reichen. Für die Berechnung von Grenzflächenspannungen und Kontaktwinkeln aus Tropfenkoordinaten (y, z) ist eine Ausgleichsrechnung notwendig, die im drei- oder vierdimen­ sionalen Parameterraum eine Minimierung erreicht. Vorzugs­ weise wird die sog. Powell-Methode oder das sog. Downhill- Simplex-Verfahren verwendet.

In Fig. 7 ist die in Fig. 2 schematisch mit 80 bezeichnete Justierhilfeeinheit gezeigt, die in diesem Fall hinter dem Fenster angebracht ist. Wie bereits erläutert, ist das Meß­ fenster durch die beiden H-Lineale 7, die auf einer Schiebe­ base 8 angeordnet sind, begrenzt. Der Tropfen 12 hängt an der Kanüle 72. In der Mitte des Meßfensters ist der Paßstift 65 angebracht und links und rechts davon die Paßstifte 64 und 66, die jeweils den gleichen Durchmesser aufweisen. Diese Justierhilfe dient zur Fehlererkennung und Korrektur. Dabei können sich die Stifte 64 und 66 mit dem Hubsystem be­ wegen, Stift 65 jedoch nicht. Die Stifte 64 und 66 können bei jedem Meßzyklus abgetastet werden, Stift 65 vor jeder Tropfenprofilmessung. Zur Erfassung der Kantensignale von drei Meßobjekten, ist der mit k bezeichnete Schaltungsteil "Objektanfang Objektende" noch zweimal zu der Schaltung in Fig. 8 hinzuzufügen.

Es wird zunächst untersucht, ob der Fenstermittelpunkt auf der Laserachse liegt, dann ob die Fensterbreite verstellt ist und schließlich ob die Triggerschwelle verstellt ist. Bei einem dejustierten Fenster erscheinen die Breiten der Paßstifte unterschiedlich, da der Parallelversatz des Strahls durch den Glaskörper eine Sinusfunktion ist.

Es ergeben sich somit folgende Fälle: Fall 1: Stifte 64 und 65 erscheinen bei einer Abtastung unterschiedlich breit, ⇒ Fenstermittelpunkt liegt nicht auf der Laserachse wenn der Parallelversatz des Laserstrahls durch den Glaskörper null ist. Fall 2: Stifte 64 und 66 erscheinen bei einer Abtastung gleich breit, Stift 65 weicht von den von Stiften 66 und 64 ab, ⇒ Fensterbreite verstellt. Fall 3: Stifte 64, 65 und 66 erscheinen bei einer Abtastung zwar gleich breit, aber es gibt eine positive oder negative Abweichung vom Normwert, daraus folgt Triggerschwelle verstellt. Auch bei Fehlern, die sich aus einer Kombination von mehreren Fällen ergeben, ist bei entsprechender Abarbeitung der Einstellungen immer eine korrekte Neueinstellung möglich. Neben einer manuellen, mechanischen Einstellung der Fensterparameter gestattet die­ ses System eine permanente automatische Korrektur bzw. Nach­ stellung aufgrund von softwaremäßigen Veränderungen der für die Positionsbestimmung notwendigen Zuordnungstabellen.

Es versteht sich von selbst, daß die "Paßstifte" auch auf einer Glasplatte aufgedampfte Streifen sein können. Wenn bereits eine bedampfte Glasmaske mit einem Fenster als Begrenzungseinrichtung vorgesehen ist, so können die "Paßstifte" auch direkt auf dieser Glasmaske aufgedampft sein, so daß Justierhilfe und Meßfenster eine Einheit bilden.

Fig. 10 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vor­ richtung zur Messung der Grenzflächenspannung entsprechend der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung entspricht im wesentlichen der Vorrichtung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, allerdings weist diese Vorrichtung kein Hubsystem zum Auslenken des Meßlichtstrahls in z-Richtung in bezug auf die Probe auf, sondern als erste Ablenkeinrichtung in diesem Fall einen weiteren rotierenden Glaskörper 5b. So lenkt der weitere rotierende Glaskörper 5b den Meßlichtstrahl a in die erste Ablenkrichtung z aus und die zweite Ablenkeinrichtung in x-Richtung, so daß die Probe zweidimensional abgetastet werden kann. Wie deutlich aus Fig. 10 hervorgeht wird der Glaskörper 5b, der sich auf dem Rotationsteller 6b befindet über einen Riemen 20b über Riemenräder 79 von einem Elektromotor 19b angetrieben.

Die Welle 71b ist über eine Wellenkupplung 77 mit einem Ab­ solutwinkelkodierer 78 zur z-Koordinatenermittlung verbunden.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtungen kann auch der Krafftpunkt über die am Detektor 14 gemessenen Lichtinten­ sitäten bestimmt werden.

Claims (70)

1. Verfahren zum Messen der Grenzflächenspannung aus dem Tropfenprofil einer Probe (12), bei dem die Probe (12) mit einem bezüglich der Probe bewegten Meßlichtstrahl (a) aus einer Lichtquelle (1) abgetastet wird und
aus der Intensitätsänderung des hinter der Probe mit einem Fotodetektor (14) detektierten Lichtstrahls die Lage der Kanten der Probe in einer Ebene und dadurch das Tropfenprofil bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßlichtstrahl (a) in eine erste Abtastrichtung (z) und in eine zweite Abtastrichtung (x), senkrecht zur ersten Abtastrichtung abgelenkt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßlichtstrahl (a) gleichzeitig in die erste Abtast­ richtung (z) und die zweite Abtastrichtung (x) abgelenkt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1), die den Meßlichtstrahl (a) er­ zeugt, in die erste Abtastrichtung (z) bewegt wird, während der Meßlichtstrahl über eine zweite Ablenkein­ richtung (5, 6) in die zweite Abtastrichtung (x) abge­ lenkt wird, so daß die Probe zweidimensional abgetastet werden kann.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe (12) nicht bewegt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lichtstrahl (d) nach dem Aus­ treten aus der Lichtquelle (1) in einen Referenzlicht­ strahl (b) und in den Meßlichtstrahl (a) zum Abtasten der Probe (12) an einem Strahlenteiler (2) geteilt wird, wobei die Stärke des Referenzlichtstrahls (b) mit Hilfe eines Referenzdetektors (3) gemessen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtaststrecke des Meßlicht­ strahls (a) in der zweiten Abtastrichtung (x) durch ein Meßfenster (7) beschränkt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem Fotodetektor (14) detek­ tierte Meßlichtintensität und die am Referenzdetektor (3) detektierte Referenzlichtintensität in elektrische Spannungssignale, Detektorspannung und Referenzdetektor­ spannung, gewandelt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß vor einem jeden Meßzyklus die Detektorspannung mit der Referenzdetektorspannung verglichen wird, und bei Ab­ weichung der beiden Spannungen von einem festgelegten Verhältnis die Referenzdetektorspannung mit einer Kalibrier­ spannung beaufschlagt wird, so daß eine Autokalibrierung stattfindet.

10. Verfahren nach Anspruch 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßzyklus einer Auslenkung des Meßlichtstrahls (a) über das Meßfenster (7) in die zweite Abtastrichtung (x) entspricht.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9, 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Detektorspannung mit der kompen­ sierten Referenzdetektorspannung verglichen wird, und die Differenz mit einer Triggerschwelle zur Festlegung eines Kantensignals verglichen wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Autokalibrierung nur einmal pro Meßzyklus stattfindet und durch Detektion der ersten Fensterkante ein Kalibriersperrsignal erzeugt wird, so daß bis zur nächsten Detektion der ersten Fensterkante keine Kalibrierung der Referenzspannung stattfindet.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerschwelle aus der Referenzdetektorspannung und der Autokalibrierungs­ spannung zusammengesetzt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerschwelle auf den halben Wert der maximalen Detektorspannung festgelegt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zählereinrichtung (50) mit der ersten positiven Flanke des ersten detektierten Kanten­ signals gestartet wird und bei der ersten negativen Flanke des Kantensignals der Zählerwert in ein erstes Register (51) übernommen wird, und bei einer nachfolgen­ den positiven Flanke eines Kantensignals der entspre­ chende Zählerwert in ein zweites Register (52) über­ nommen wird, und der Zählerwert einer weiteren negativen Flanke eines weiteren Kantensignals in ein drittes Register (53) übernommen wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die erste positive Flanke der ersten Fensterkante ent­ spricht, die erste negative und die darauffolgende positive Flanke den Tropfenkanten entsprechen und die letzte negative Flanke der zweiten Fensterkante in der zweiten Abtastrichtung entspricht.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine der letzten negativen Flanken folgende positive Flanke, die dem Kantensignal der ersten Fensterkante entspricht, einen neuen Meßzyklus startet.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Zählerwert des dritten Registers (53), der dem Kantensignal der zweiten Fensterkante ent­ spricht, proportional zur durchschnittlichen Meßlicht­ strahlversatzgeschwindigkeit ist und die Registerwerte (51, 52) für die Tropfenanfangskante und die Tropfenend­ kante in Bezug zur Meßlichtstrahlversatzgeschwindigkeit gebracht werden und mittels einer Zeit-Ort-Relation die exakten Koordinaten in der zweiten Abtastrichtung (x) bestimmt werden.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Zählereinrichtung (63) während eines Meßzyklus die Inkremente eines Winkel­ codierers (62), entsprechend der Drehung eines Antriebs einer ersten Ablenkeinrichtung zur Ablenkung des Meß­ lichtstrahls (a) in die erste Abtastrichtung (z) bezüg­ lich der Probe aufzusummiert.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine z-Koordinate in der ersten Abtastrichtung (z) ent­ sprechend dem relativen Versatz des Meßlichtstrahls (a) in der ersten Abtastrichtung über den Wert der zweiten Zählereinrichtung bestimmt wird.

21. Verfahren nach Anspruch 10 und 15 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit zwischen den Meßzyklen zum Auslesen der Register und Zurücksetzen der Zählerein­ richtungen dient.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßlichtstrahl (a) auf die Probe (12) fokussiert wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßlichtstrahl (a) hinter der Probe (12) auf den Fotodetektor (14) fokussiert wird.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßlichtstrahl (a) mit Hilfe eines rotierenden Glaskörpers (5) in die zweite Abtast­ richtung (x) abgelenkt wird.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Messung die Probe (12) über ein Mikrodosiersystem (75) zwischen der Lichtquelle (1) und dem Fotodetektor (14) als liegender oder hängender Tropfen eingebracht wird.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß während der Tropfenerzeugung durch das Mikrodosiersystem (75) der austretende Tropfen (12) permanent durch den Meßlichtstrahl (a) abgetastet wird.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß während der Tropfenerzeugung die Tropfenspitze beobach­ tet wird.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß eine für die Tropfenprofilmessung akzeptable Ruhelage des Tropfens (12) erkannt wird und als Startzeit für die Profilmessung dient.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einzelnen Profil­ messungen das Mikrodosiersystem (75) gespült wird.

30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Spülvorgang zuerst die Flüssigkeit in einer Kanüle (72) des Mikrodosiersystems (75) zurückgesaugt wird und die Meßlichtstrahlabtastlinie in der zweiten Abtastrichtung (x) an die Unterkante der Kanüle (72) gesetzt wird und so das Volumen des erzeugten Tropfens erst ab dem Zeitpunkt berechnet wird, an dem mit Hilfe des Meßlichtstrahls (a) der Austritt der Flüssigkeit registriert wird.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Tropfenprofilmessung der Probe (12) in verschiedenen Medien und bei verschiedenen Drücken durchgeführt wird.

32. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktwinkel am Dreiphasen­ kontakt Feststoff/Probenflüssigkeit/Gas bzw. Fest­ stoff/Probenflüssigkeit/Flüssigkeit bestimmt wird.

33. Verfahren nach Anspruch 2 und einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abtastfenster in der ersten Abtastrichtung (z) an die Tropfengröße angepaßt wird.

34. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Tropfenform über ermittelte Kantenkoordinaten (x, z) mit Hilfe eines numerischen Integrationsverfahrens bestimmt wird, das zur Lösung der Laplace- bzw. Bashforth-Adams-Gleichung dient, und daß für die Berechnung der Grenzflächenspannung die Powell­ methode oder das Downhill-Simplexverfahren verwendet wird.

35. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich der Krafftpunkt von Tensiden durch Messung der Trübung bei Abkühlen einer Probelösung bestimmt wird.

36. Verfahren nach einem der Ansprüche 2, 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Meßlichtstrahl (a) durch einen weite­ ren rotierenden Glaskörper in die erste Abtastrichtung (z) abgelenkt wird und durch einen rotierenden Glaskör­ per in die zweite Abtastrichtung (x) abgelenkt wird.

37. Verfahren nach Anspruch 7 und 11, dadurch gekennzeich­ net, daß mindestens ein Paßstift (64, 65, 66) einer be­ stimmten Breite, der im Sichtbereich des Meßfensters (7) angeordnet ist, abgetastet wird und die ermittelte Breite mit einem bestimmten Wert verglichen wird, um ein verstelltes Fenster oder einen Fehler der Trigger­ schwelle zu erkennen und diesen entweder manuell oder softwaremäßig zu kompensieren.

38. Vorrichtung zum Messen der Grenzflächenspannung aus dem Tropfenprofil einer Probe mit
einer Lichtquelle (1) und einem Fotodetektor (14) zum Erfassen des von der Lichtquelle (1) emittierten Lichts, wobei die Probe (12) zwischen der Lichtquelle (1) und dem Fotodetektor (14) einbringbar ist,
einer Ablenkeinrichtung (5, 6, 70, 23, 15) zum Ablenken eines von der Lichtquelle (1) emittierten Meßlicht­ strahls (a) und
einer Einrichtung, mit der die Lage von Kanten der Probe in einer Ebene (x, z) bestimmbar ist über eine Intensi­ tätsänderung des am Fotodetektor (14) detektierten Meß­ lichtstrahls (a) und mit der daraus das Tropfenprofil ermittelbar ist.

39. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtung eine erste Ablenkeinrichtung (70, 23, 15; 5b, 6b) und eine zweite Ablenkeinrichtung (5, 6) zur Ablenkung des Meßlichtstrahls (a) in eine erste Abtastrichtung (z) und eine dazu senkrechte zweite Abtastrichtung (x) umfaßt.

40. Vorrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ablenkeinrichtung (5, 6) einen rotierenden Glaskörper (5) aufweist, der den Meßlichtstrahl (a) in die zweite Abtastrichtung (x) ablenkt.

41. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 39 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hubsystem (15, 70, 23) die erste Ablenkeinrichtung darstellt, wobei mindestens die Licht­ quelle (1) in die erste Abtastrichtung (z) relativ zur Probe (12) bewegt wird.

42. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 39 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ablenkeinrichtung (5b, 6b) ein weiterer rotierender Glaskörper (5b) ist, der den Meßlichtstrahl (a) in die erste Abtastrichtung (z) ab­ lenkt.

43. Vorrichtung nach Anspruch 40 oder 42, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der rotierende Glaskörper (5) und gegebe­ nenfalls der weitere rotierende Glaskörper (5b) parallel jeweils zueinander beabstandete Ablenkflächen aufweisen, und ihre jeweilige Grundfläche von den Kanten der je­ weiligen Ablenkflächen und jeweils zwei gegenüberliegen­ den Kreisbögen begrenzt ist.

44. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 40 bis 43, dadurch gekennzeichnet, daß der Glaskörper (5) auf einem Rotationsteller (6), der über eine Welle (71) ange­ trieben wird, angebracht ist.

45. Vorrichtung nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektromotor (19) mit einem Riemenrad und einem Riemen (20) die Welle (71) antreibt.

46. Vorrichtung nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (71) in direktem Kontakt mit dem Riemen (20) steht.

47. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 45 und 46, dadurch gekennzeichnet, daß der Riemen (20) ein O-Ring ist.

48. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 38 bis 47, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung auf einem schwin­ gungsfreien Unterbau (18) angebracht ist.

49. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 39 bis 48, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenende einer Antriebswelle für die erste Ablenkeinrichtung über eine starre Wellen­ kupplung mit einem Winkeldekodierer (26) verbunden ist oder am Wellenende ein Hohlwellenencoder vorgesehen ist, zur Bestimmung von z-Koordinaten der detektierten Kanten in der ersten Abtastrichtung (z).

50. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 39 bis 49, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Bestimmung von x-Koordinaten der Probenkanten in der zweiten Abtast­ richtung (x) eine Zählereinrichtung (50) umfaßt, die die Zeit bis zum Auftreten eines Kantensignals zählt und gleichzeitig die Zeit für einen bestimmten Meßlicht­ strahlversatz in der zweiten Abtastrichtung (x) be­ stimmt.

51. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 38 bis 50, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) ein Laser ist.

52. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 38 bis 51, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang nach der Lichtquelle (1) ein Strahlenteiler (2) angeordnet ist, der den von der Lichtquelle emittierten Lichtstrahl (d) in einen Referenzlichtstrahl (b) und in den Meßlichtstrahl (a) teilt.

53. Vorrichtung nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen zweiten Detektor (3) zur Detektion des Referenzlichtstrahls (b) aufweist.

54. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 52 bis 53, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang nach dem Strahlen­ teiler (2) ein fokussierendes optisches Element (4) an­ geordnet ist, das den Meßlichtstrahl (a) auf die Probe (12) fokussiert.

55. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 39 bis 54, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang vor oder nach der Probe (12) eine Begrenzungseinrichtung (7, 8, 9) ange­ bracht ist zur Begrenzung der Abtaststrecke des Meß­ lichtstrahles (a) in der zweiten Abtastrichtung (x).

56. Vorrichtung nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungseinrichtung (7, 8, 9) zwei zueinander beabstandete H-Lineale (7) umfaßt, die mit Hilfe einer Mikrometerschraube (9) in der zweiten Abtastrichtung (x) bewegt werden können.

57. Vorrichtung nach Anspruch 56, dadurch gekennzeichnet, daß Paßstifte (64, 65, 66) zum Einstellen der Begrenzungs­ einrichtung vorgesehen sind.

58. Vorrichtung nach Anspruch 57 und 41, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Paßstifte (64, 65, 66) nicht mit dem Hubsystem mitbewegt werden.

59. Vorrichtung nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, daß eine bedampfte Glasmaske mit einem Fenster die Begrenzungseinrichtung (7, 8) darstellt.

60. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 38 bis 59, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung weiter eine Meß­ kammer (11) umfaßt, in der sich die Probe (12) befindet.

61. Vorrichtung nach Anspruch 60, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkammer (11) druckdicht ausgebildet ist.

62. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 60 bis 61, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Medien in die Meßkammer eingebracht werden können.

63. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 60 bis 62, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkammer (11) thermostatisier­ bar ist und ein Temperaturmeßgerät aufweist.

64. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 60 bis 63, dadurch gekennzeichnet, daß in der Meßkammer ein Mikrodosier­ system (75) zum Einbringen der Probe (12) in die Meß­ kammer (11) vorgesehen ist.

65. Vorrichtung nach Anspruch 64, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrodosiersystem (75) eine Kanüle (72) umfaßt, über die die Probe (12) in die Meßkammer (11) einge­ bracht wird.

66. Vorrichtung nach Anspruch 64 oder 65, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Mikrodosiersystem (75) eine Unterlage (74) umfaßt, auf der die Probe tropfenförmig aufliegt.

67. Vorrichtung nach Anspruch 65, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe (12) tropfenförmig an der Kanüle (72) hängt.

68. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 61 bis 67, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkammer (11) mindestens zwei Glasfenster (10) umfaßt, so daß der Meßlichtstrahl (a) durch die Meßkammer (11) durchtreten und somit die Probe (12) abtasten kann.

69. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 38 bis 68, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Fotodetektor (14) eine fokussierende Linse (13) angebracht ist, zum Fokussieren des Meßlichtstrahls auf den Fotodetektor (14).

70. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 38 bis 69, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Auswertung der Meßdaten eine CPU aufweist.