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Einrichtung zum Intensitätsvergleich zweier Spektrallinien, insbesondere
von photographierten Spektren Für die Zwecke der quantitativen chemischen Emissionsspektralanalyse
gewinnt neuerdings der photometrische Vergleich der Intensität von Spektrallinien
Bedeutung. Die Intensitätsmessung von Spektrallinien konnte bisher mit lichtelektrischen
oder therinoelektrischen Verfahren durchgeführt werden, und zwar entweder direkt
oder unter Vermittlung der photographischen Platte. Die hierbei notwendigen empfindlichen
Galvanometer, Einfadenelektrometer usw. machen die Verwendung in einem technischen
Betrieb schwierig und teuer. Die Verwendung eines Hartmannschen Mikrophotometers
hat den Nachteil, daß die zu vergleichenden Linien hintereinander gemessen werden
müssen, während die Analyse nur den direkten Vergleich der Intensität zweier Linien
erfordert.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt. unter `'erineidung der genannten
Nachteile, eine direkte Vergleichung zweier Spektrallinien durch Schwärzungsvergleich
durchzuführen.
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Erfindungsgemäß werden hierzu erstens die optischen Bilder der zu
vergleichenden Linien in ihre gegenseitige Verlängerung gebracht. Hierzu kann man
zwei planparallele Platten ver«-enden, die sich um eine der Erstreckung der Spektrallinien
parallele Achse um entgegengesetzte gleiche Winkelbeträge drehen lassen. Durch diese
Vorrichtung wird das Spektrum seiner Länge nach in eine obere und untere Hälfte
zerlegt, die durch die entgegengesetzte Drehung der Platten aneinander vorbei bewegt
werden. Da die Versetzung der Lichtstrahlen mit der Drehung der Platten zunimmt,
kann man zwei nicht allzuentfernte Spektrallinien in ihre gegenseitige Verlängerung
bringen.
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Die Trennungslinie der beiden Spektren kann man durch Vorsetzen einer
I-Ielmholtzschen Doppelplatte verbessern. Diese durch Zusammenkitten zweier Glasplatten
unter einem Winkel entstehende Vorrichtung wirkt ebenfalls durch Versetzen des Lichtstrahls.
Die Trennungslinie - der Helmholtz-Platte schneidet das Spektrum ebenfalls in zwei
Teile, nur bleibt ein Teil in der Nähe der Trennungslinien unsichtbar.
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Durch Drehen um die optische Achse kann «-eiter die Helmholtz-Platte
auch dazu benutzt werden, die obere und die untere Hälfte des Spektrums gegeneinander
zu verschieben und so nicht zu weit voneinander liegende Linien in die gegenseitige
Verlängerung zu bringen. Die Trennungslinie der beiden Spektrenhälften stellt sich
dabei schief.
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Setzt man diese Vorrichtung an das Okularende, z. B. eines Glanschen
Spektralphotometers, so kann man zwei nahe beieinander liegende Spektrallinien mittels
des Analysators auf gleiche Helligkeit bringen und so ihr Intensitätsverhältnis
bestimmen. In dieser Forin ist die Anwendung der Erfindung jedoch nur im sichtbaren
Gebiet ausführbar und auch hier nur, solange die verschiedene Farbe der Spektrallinien
nicht beim Photometrieren stört. In dem weitaus wichtigeren ultravioletten Teil
des Spektrums muß man die
photographische Platte zu Hilfe nehmen.
Der zweite Hauptgedanke der vorliegenden Erfindung ist nun, alle Spektrallinien
ihrer Länge nach in einer bestimmten Funktion zu schwächen, so daß man im allgemeinen
auf zwei oder mehreren Spektrallinien Stellen hat, die auf verschiedenen Linien
gleich intensiv erscheinen oder auf der photographischen Platte gleich geschwärzt
sind. Als Funktion ist für die photographische Platte besonders die logarithmische
geeignet. Eine Schwächung in dieser Funktion kann durch einen Rauchkeil mit gleichmäßigem
Steigungswinkel oder einen rotierenden Sektor erreicht werden, bei dem der Ausschnitt
in einer logarithmischen Funktion zunimmt, Einrichtungen, die zu diesen Zweck bereits
verwendet wurden.
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Bisher benutzte man solche Vorrichtungen, um mittels des Schwellenwertes
photographischer Platten aus der äuge der so entstehenden und nach eine Seite allmählich
verlaufenden Spektrallinien Schlüsse auf ihre Intensität zu ziehen. Die Genauigkeit
des Verfahrens war gering.
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Das Merkmal der vorliegenden Erfindung ist nun, daß gleiche Schwärzungen
oder Intensitäten verglichen werden. Zu diesem Zweck läßt man z. B. beim logarithmischen
Sektor die logarithmische Kurve von einer Mittellinie sich symmetrisch nach beiden
Seiten erstrecken. Das Bild eines solchen Sektors gibt Fig. r der Zeichnung. Um
die Mitte der Linien zu markieren, wird da, wo die Mittellinie der beiden Kurven
ist, ein Faden o. dgl. vor dem Spalt des Spektrographen in an sich bekannter Weise
angebracht. Trägt man die Schwärzung S einer auf diese Weise entstandenen Spektrallinie
gegen ihre Länge L auf, so entsteht ein Schaubild nach Fig. 3. 21 bedeutet die durch
den Faden ausgesparte Mitte.
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Betrachtet man nun ein solches Spektrum mit Hilfe einer Helmholtzschen
Doppelplatte, am besten so, wie es in Fig. 7 dargestellt ist, indem man mit dem
Objektiv 0 von der Platte Pl in der oberen Trennungskante des Prismas H ein reelles
Bild entwirft, das durch die Lupe L betrachtet wird, so werden aus den Bildern der
Linien Stücke ausgeschnitten, die der doppelten Versetzung der Strahlen durch die
Platte entsprechen. Durch Drehen der Helmholtzschen Platte H, z. B. auch unter Zuhilfenahme
zweier weiterer Glasplatten, wie oben beschrieben, können längs der Trennungskante
dip Linien aneinander vorbeigeschoben werden, so lange, bis z. B. die Linie A gemäß
Fig. 6 in die Verlängerung der Linie B gebracht ist.
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Das Schwärzungsbild wird dann durch die Fig. 5, und zwar A und B für
zwei nicht gleich intensive Linien A und B gegeben. P bezeichnet das
Stück, das durch das Zwillingsprisma aus dem Bild herausgeschnitten wird.
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Verschiebt man nun die Platte PL gegen das Zwillingsprisma H (Fig.
7), so kommen an der Trennungslinie verschieden geschwärzte Teile der Linien
A und B aneinander. Es gibt dann eine Stellung, wo an der Trennungslinie
gleiche Schwärzungen von A und B zu sehen sind. Diese Stellung ist
in Fig. 5 durch die gestrichelte Linie g-g angedeutet. Sie ist mit dem Auge leicht
zu erkennen. Notiert- man sich an der Mikroriieterschraube Mi (Fig. 7) diese Stellung
und verschiebt nach links, bis die markierte Mitte links an der Trennungslinie des
Prismas erscheint, so hat man eine Strecke gemessen, die ein Maß für die Intensität
der Linie A bedeutet, bei Verschiebung nach rechts erhält man die entsprechende
Strecke für B. War die Kurve des Sektors logarithmisch und lagen die Meßpunkte im
geradlinigen Teil der Schwärzungskurve der photographischen Platte, so stellt die
Differenz der beiden Meßstrecken den Logarithmus des Intensitätsverhältnisses der
Linien A und B dar. Aus dem Intensitätsverhältnis der Linien läßt sich nach bekannten
Verfahren die quantitative Analyse durchführen.
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Es ist nicht notwendig, zwei symmetrische Kurven am Sektor zu verwenden,
man kann auch auf der einen Seite einen logarithmischen und auf der anderen Seite
einen gewöhnlichen Sektor gemäß Fig. a verwenden. Das Schaubild der Linien sieht
dann wie Fig.4 aus. Der Unterschied ist nur, daß die Schwärzung der einen Linienhälfte
sich beim Verschieben der Platte gegen das Zwillingsprisma nicht verändert. je nach
dem Schwärzungsabfall, den man zu erzielen wünscht, kann man auch andere Funktionen
als die logarithmische verwenden. Statt des Zwillingsprismas kann man auch andere
Einrichtungen, z. B. den Hüfnerrhombus, verwenden. Im sichtbaren Teil des Spektrums
lassen sich Doppelrauchkeile verwenden, und man kann die Helmholtzsche Doppelplatte
direkt im Spektroskop befestigen.
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Diese neue Art der Photometrierung benötigt nicht mehr Zeit, als die
Aufnahme eines Spektrums nebst Betrachtung der- Platte sonst erfordert. Die Genauigkeit
kommt an die einer guten absoluten Schwärzungsmessung heran und übertrifft die bisher
in der quantitativen Emissionsspektralanalyse üblichen Verfahren. Die Messung ist
leicht durchzuführen, der Apparat einfach und billig herzustellen und gegen Einwirkungen
von außen unempfindlich. Er eignet sich im Gegensatz zu thermoelektrischer und lichtelektrischer
Photoinetrierung gut für den technischen Betrieb.