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Verfahren zur Zählung von in einem lichtdurchlässigen Medium schwebenden
Teilchen und Meßgerät zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung bezieht sich
auf ein Verfahren zur Zählung von in einem lichtdurchlässigen -Medium schwebenden
Teilchen, insbesondere nach der Art von Blutkörperchen und Bakterien, unter Verwendung
eines Meßgerätes, bei dein ein von einer Lichtquelle ausgehendes Lichtbündel durch
das Medium geleitet und die Intensität eines Teiles des durch das Medium tretenden,
teils direkt durchfallenden, teils gebeugten und teils streuten Lichtes fotoelektrisch
gemessen wird. Ferner betrifft die Erfindung Verbesserungen einesderartigen Meßgerätes
zur Durchführung dieses Verfahrens. In erster Linie betrifft die Erfindung die Zählung
von in Suspensionen oder in Ernulsionen schwebenden Teilchen, wie rote oder weiße
Blutkörperchen oder Bakterien, also flüssige 'Medien und mehr oder weniger feste
Teilchen. Im Rahmen der Erfindung kommen aber auch flüssige und gasförmige Teilchen
in festen, flüssigen und gasförinigen Medien in Betracht, z. B. Gasblasen oder feste
Verunreinigungen in glasartigen festen Körpern.
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Es ist bekannt, bei dem eingangs genannten Verfahren und dem dabei
verwendeten Meßgerät das direkt durch das Medium fallende Licht z. B. durch eine
zentrale Blende von einer lichtempfindlichen Meßzelle fernzuhalten und die Intensität
des durch Beugung und Streuung im Medium außerhalb des direkt durchfallenden Lichtes
vor der Meßzelle im Gerät erhaltenen Lichtes zu messen und hinsichtlich der Zahl
der im Medium schwebenden Teilchen auszuwerten. Bei allen nach diesem Verf ahren
arbeitenden bekannten -,%leßi-eräten wird zentral innerhalb el
des
gesamten, hinter dem Medium erhaltenen Lichtkegels gerade nur das direkt durch das
Medium fallende Licht vor der lichtempfindlichen Meßzelle abgeblendet, z. B. ein
in der Ebene dieser Meßzelle entworfenes reelles Bild der Lichtquelle. Man hat dabei
nicht erkannt und im Meßgerät nicht berücksichtigt, daß1 die Intensität des durch
Beugung und Streuung an den Teilchen hinter dem Medium erhaltenen Lichtes weitgehend
von der Größe der Teilchen im Medium abhängt.
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In den praktisch am meisten vorkommenden Fällen' insbesondere bei
der Blutuntersuchung, haben jedoch die zu zählenden Teilchen in einem weiten Größ#enbereich
unterschiedliche Größen, die einen entsprechend starken Einfluß, auf die Beugung
und Streuung und die gemessene Intensität haben. Vor allem ist gerade bei krankem
Blut die durchschnittliche Größle der Blutkörperchen weitgehend von derjenigen normalen
Blutes verschieden, so daß auch durch bekannte Vergleichsmethoden und Trübungsmeßgeräte
für Blutuntersuchung, die im Prinzip nach dem eingangs genannten Verfahren arbeiten,
keine brauchbaren, vonder Teilchengröße unabhängigen Vergleichszahlen für die Teilchenzahl
ermittelt werden können.
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Mit anderen Worten ist das Meßergebnis bei allen bekannt-en, nach
dem eingangs genannten Verfahren arbeiten-den Meßgeräten weitgehend von der Gröfle
der zu zählenden Teilchen abhängig und daher für die Praxis zu ungenau.
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Man hat daher vorgeschlagen, zunächst die durchschnittliche Größe
bzw. den durchschnittlichen Durchmesser der zu zählenden Teilchen aus den hinter
dem Medium auf eine Mattscheibe erhaltenen Beugungsringen zu bestimmen und erst
dann ein Gerät der bekannten Art zur Intensitätsmessung mit der Ma3gabe anzuwenden,
daß aus dem Meßergebnis der Einfluß der Teilchengröße nachträglich an Hand von Vergleichserfahrungswerten
in Verbindung mit den zuvor gemessenen TeilchengrößL-n einigermaßen eliminiert wird.
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Dieses mehrstufige Meß-, Rechen- und Vergleichsverfahren ist so umständlich,
daß es in die Praxis keinen Eingang gefunden hat; vielmehr wird praktisch insbesondere
bei der Blutuntersuchung bisher immer noch die Zahl der Teilchen im Medium durch
Auszählen unter dem Mikroskop mit großem Aufwand an Zeit und Mühe und unter Inkaufnahme
beträchtlicher Fehlerquellen bestimmt, Ausgehend von dem eingangs genannten Ver-fahren
bezweckt die Erfindung, dieses unddas dabei zu verwenden-de Meßgerät so auszugestalten,
daß man von vornherein am Gerät ein für eine bestimmte Messung, d. h. für
ein-en gegebenen Gröffenbereich von zu zählenden Teilchen, von der Teilchengrö&
praktisch ganz unabhängiges, genaues Meßergebnis erhält.
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Bei dem Verfahren gemäß- der Erfindung wird von dem durch das Medium
nicht direkt durchfallenden, nach Beugung und Streuung an den Teilchen erhaltenen
Licht nur ein Teil, und zwar derjenige Teil zur Erregungder lichtempfindlichen Meßzelle
ausgenutzt, der in einem Winkelbereich liegt, -welcher mit dem Scheitel im Streuungszentrum
konzentrisch zur optischen Achse liegt und welcher nach Maßgabe des gegebenen Größenbereiches
der zu zählenden Teilchen durch an sich bekannte optische Mittel (wie Ausblendung)
derart begrenzt wird, da:ß: die Messung innerhalb dieses Größtnbereiches von der
Teilchengröße praktisch unabhängig ist. Gegenüber den bekannten Verfahren und den
danach arbeitenden Meßgeräten besteht die Erfindung also in der Anwendung der Erkenntnis,
daß es für jeden gegebenen Größenbereich von Teilchengrößen einen Winkelbereich
der gekennzeichneten Art gibt und daß es darauf ankommt, einen innerhalb und/oder
außerhalb dieses Winkelbereiches sich an diesen anschließenden Teil des durch Beugung
und Streuung erhaltenen Lichtes zur Erregung der lichtempfindlichen Megzelle nicht
auszuntitzen.
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Dem genannten Verfahren braucht eine Bestimmung der durchschnittlichen
Teilchengröße -nicht vorauszugehen; vielmehr ist der Schwankungs-oder Größenbereich
der Teilchengrößen für jeden pralztisch vorkommenden Fall, z. B. Blutkörperchen
oder Bakterien, für eine bestimmte Messung von vornhereinerfahrungsgemäß bekannt.
Die beträchtlichen Größenunterschiede der Teilchengrößen bis zu I oo 1/o
innerhalb eines derartigen Größ#'enbereiches werden dann bei dem genannten Meßverfahren
von selbst eliminiert, d. h. haben auf das Me&-rgebnis praktisch keinen
Einfluß mehr. Die hierfür zweckmäßige Bemessung des Winkelbereiches, die für die
Zählung bestimmter Teilchen anzuwenden ist, kann zur einmaligen Einstellung des
Meßgerätes für eine fortlaufende Reihe von Rechnungen und/oder von Messungen leicht,
letztere z. B. durch Vorversuche mitdem Gerät bestimmt werden: Trägt man nämlich
einmal die mit dem Gerät unter sonst gleichbleibenden Umständen, aber für Teilchen
unterschiedlicher Gröffie nacheinander entsprechend dem erfindungs-,b elemäißen
Verfahren gemessenen und/oder berechneten Intensitäten als Kurven in Abhängigkeit
von dem halben öffnungswinkel des den Winkelbereich begrenzenden zentralen Lichtbündels
auf, der für jede gernessene, in einer Reihe gleichbleibende TeilchengrÖße stufenweise
verändert wird, so ergibt sich merkwürdigerweise eine Bündelung dieser Intensitätskurven
durch Konvergenz und Schnittpunkte für einen bestimmten Winkel: Mit anderen Worten
ist der Winkel, bei dem diese Bündelung eintritt, der halbe öffnungswinkel des den
Winkelbereich begrenztnden zentralen Lichtbündels, für ,den die Messung von den
Veränderungen der Teilchengrbße innerhalb des der Messung zugrunde gelegten Größenbereiches
von Teilchengrößen als Parameter praktisch unabhängig ist. Die Erfindung besteht
also in der gekennzeichneten Anwendung der neuen Erkenntnis, daß es für jeden praktischen
Größenbereich von zu zählend-en Teilchen einen solchen Winkelbereich bzw. einen
solchen ihn begrenzenden Winkel gibt, bei dem sich die Intensitätskurven bündeln.
Dabei ist, wie in der Praxis selbstverständlich und durch die Abniessungen des Gerätes
gegeben, der Öffnungswinkel
des das gebeugte und gestreute Licht
nach außen begrenzenden Kegels als groß gegenüber dem letztgenannten Begrenzungswinkel
vorausgesetzt.
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Demgemäß ist ein Meßgerät zur Durchführung des Verfahrens nach der
Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Mittel, z. B. Blenden, zur Begrenzung
des zur Erregung der lichtempfindlichen Meßlzelle ausgenutzten Winkelbereiches auf
das entsprechend dem GröOenbereich der zu zählenden Teilchen vorausbestimmte Maß'
bei dem die Messung innerhalb dieses Größenbereiches von der Teilchengröße praktisch
unabhängig ist, eingestellt oder auswechselbar oder einstellbar sind.
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Eine bevorzugte praktische Ausführungsform des Verfahrens gemäß der
Erfin#dun-g ist dadurch gekennzeichnet, daß- die lichtempfindliche Meßzelle von
einem Teil des insgesamt vom Medium herkommenden Lichtes erregt wird, der das direkt
durch das Medium fallende Licht und ein sich an dieses anschließendes, zur optischen
Achse konzentrisches, zentrales, durch Beugung und Streuung erhaltenes Lichtbündel
nicht enthält. Bei dieser Ausführungsform wird also der zur Erregung der lichtempfindlichen
Meß' ,ze Ile ausgenutzte Bereich des Lichtes peripher an ein zur optischen Achse
konzentrisches, zentrales Lichtbündel angeschlossen, dem die Meßzelle nicht ausgesetzt
wird und das im Gegensatz zu den bekannten Verfahren und Meßgeräten auißer dem direkt
durch das Medium fallenden Licht auch noch einen Teil des durch Beugung und Streuung,
erhaltenen Lichtes umfaßt.
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Bei dieser bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung
wird für erhöhte Meßgenauigkeit auflIer dem zentralen, konzentrischen Lichtbündel
auch ein peripherer Winkelbereich des durch Beu,-ung und Streuung erhaltenen Lichtes,
der sich nach außen an den ausgenutzten Winkelbereich anschließt, zur Erregung der
lichtempfindlichen Meß,zelle nicht ausgenutzt. Ein solcher Bereich ergibt sich praktisch
bereits durch die peripher nach außen notwendig begrenzte Bemessung des Gerätes
t' el oder der lichtempfindlichen Meßzelle, weil durch diese Begrenzung stets ein
kleiner und im übrigen unbeachtlicher Teil des durch Be.ugung und Streuung bis ins
Unendliche erhaltenen Lichtes zur Messung nicht ausgenutzt werden kann. Es hat sich
jedoch in vielen Fällen als zweckmäßig erwiesen, diesen peripher nicht ausgenutzten
Winkelbereich von vornherein und gegebenenfalls noch mehr, als durch die Abmessungen
des Gerätes oder der lichtempfindlichen Meßielle bedingt, auf ein bestimmtes Maß
nach innen vorsätzlich auszudehnen, um dadurch für die Zählung unterschiedlicher
Teilchen von vornherein genau gleichbleibende Meßvoraussetzungen zu erhalten und
hierdurch die durchschnittliche Meßgenauigkeit zu erhöhen.
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Die praktische Ausführung dieses bevorzugten Verfahrens ist nach der
Erfindung dadurch gekennzeichnet, da#ß der ausgenutzte Winkelbereich durch mindestens
eine, nur das in diesen Bereich fallende Licht zur Meßzelle durchlassende feste,
einstellbare oder auswechselbare Blende begrenzt ist. Dabei ist bei der bevorzugten
Ausführungsform des Ver-#z fahrens das Me9gerät nach der Erfindung wiederum so gestaltet,
daß ein zur Erregung der lichtempfindlichen Meßtelle nicht ausgenutzter Winkelbereich
des nach Beugung und Streuung erhaltenen Lichtes durch die optischen Mittel bzw.
eine Blende unmittelbar an das durch das Medium fallende Licht nach außen angeschlossen
ist und mit ihm ein zur optischen Achse konzentrisches, zentrales Lichtbündel bildet,
dem die lichtempfindliche Zelle nicht ausgesetzt ist. In diesem Fall wird insbesondere
für Blutuntersuchungen bevorzugt, daß der halbe Offnungswinkel des zentralen Lichtkegels
etwa 4' ist. Dieser Winkel ist dann der Punkt der Bündelung der erwähnten Intensitätskurven
für einen Größenbereich von Teilchengrößen zwischen 5 li. und gy Durchmesser,
in dem die Größe von Blutkörperchen im Blut schwankt, wie an Hand eines Ausführungsbeispiels
des Verfahrens nach der Erfindung im einzelnen nachstehend noch gezeigt wird.
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Soll das Meßgerät nicht nur für einen bestimmten Größenbereich von
Teilchengrößen, z. B. rot-, Blutkörperchen, verwendet werden, so ist die vorgenannte#
zentrale Blende zweckmäßig auf verschiedene Größenbereich-1 von Teilchengrößen,
z. B. rote oder weiße Blutkörperchen oder Bakterien, veränderlich einstellbar. Statt
dessen kann zum gleichen Zweck die zentrale Blende zur Einstellung des Gerätes auf
unterschiedliche Größenbereiche von Teilchengrößen gegen eine anders bemessene Blende
auswechselbar angebracht sein. Auch der periphere Winkelbereich kann zu diesem Zweck
durch eine wie schon gesagt auf verschiedene Größenbereiche von Teilchengrößen veränderlich
einstellbare Blende abgeblendet, oder es kann diese Blende gegen eine andere bemessen,-
Blende auswechselbar angebracht sein.
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Um das Gerät außer zur Bestimmung der Teilchenzahl auch zur Bestimmung
der durchschnittlichen Teilchengröße bzw. des Teilchengrößenbereiches verwenden
zu können, kann mit Hilfe einer Mattscheibe mit Maßstab nach Entfernen der Meßzelle
diese Größ,enbestimmung in an sich bekannter Weise durch Ausmesse n der Beugungsfigur
durchgeführt werden.
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Statt dessen kann nach Entfernen der Meßzelle zum gleichen Zweck eine
besondere Fotozelle in den vom Medium kommenden Strahlengang beweglich einschaltbax
sein.
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Schließlich kann der innere Teil der zur Begrenzung der Erregung der
lichtempfindlichen Meßzelle dienenden Blende aus dem Strahlengang des vom Medium
kommenden Lichtes entfernt oder in diesen eine zerstreuende Mattscheibe, z. B. Opalglasscheil,e,
eingeschaltet werden, um das Gerät in an sich bekannter Weise zur Bestimmung der
Lichtabsorption im Medium durch die Intensitätsmessung mit der lichtempfindlichen
Meßzelle verwenden zu können, z. B. zur Hämoglobinbestimmung.
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Eine besonders einfache und genau arbeitende, bevorzugte Ausführungsform
dee# Meßgerätes nach der Erfindung ergibt sich, wenn ein durch mindestens eine Blende
veränderlicher Teil des von der
Lichtquelle ausgesandten Lichtes
auf eine zweite lichtempfindliche, in Kompensation zur Meßizelle geschaltete Kompensationszelle
geleitet ist. Vorzugsweise ist die Kompensationszelle auf der dem Medium abgekehrten-
Seite der Lichtquelle angebracht und enthält die Kompensationsschaltung, ein Nullanzeigeinstrument
und eine Skala für die Blendeneinstellung, auf der in Nullstellung des Anzeigeinstrumentes
ein Maß, für die gemessene Intensität bzw. für die Teilchenzahl angezeigt wird.
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Insgesamt eignet sich ein nach der bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ausgebildetes Meßgerätvor allemfür medizinische Blutuntersuchungen, wobei
sowohl die Anzahl der roten oder weißen Blutkörperchen als auch der mittlere Durchmesser
der Körperchen und- schließlich die Konzentration des roten Blutf arbstoffes durch
die Lichtabso-rptionsmessung bestimmbar ist. Im letztgenannten Fall und zur Bestimmung
der Anzahl der weißen Blutkörperchen werden zunächst die roten Blutkörperchen in
an sich bekannter Weise durch Hämolvse zerstört.
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Ein Äusführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch
dargestellt, und zwar zeigt Fig. i einen Längschnitt durch ein Meßgerät und Fig.
2 ein zudem Meßgerät nach Fig. i gehöriges Diagramm zur Erläuterung des Meßverfahrens.
Von der Lampe i fällt das Licht durch ein von einem einschiebbaren Rahmen 2 gehaltenes
Farbfilter 3 und den Kondensor 4, von dem es auf die Punktblende
5 gesammelt wird. Durch eine weitere Linse 6 wird es parallel gerichtet.
Von da durchläuft das Licht zwei Blenden 7 und 8 und fällt anschließend
durch die Meßküvette 9, die in einen einschiebbaren Rahmen 10 eingesetzt
ist. Die Meßküvette enthält das Medium mit den zu zählenden schwebenden Teilchen,
z. B. Blut. Das sich hinter der Küvette kegelförmig ausbreitende Licht fällt durch
die aus einem äußeren und einem inneren Teil bestehende Rin.gblende ja und Ib auf
-die Fotozelle 12 in dem einschiebbaren Rahmen 13.
Wird dieser herausgenommen,
so fällt es auf die Mattscheibe 14, die mit einem Maßstab versehen ist und durch
eine Schutzkappe 15 nach außen lichtdicht verdeckt werden kann. Auf der anderen
Seite der Lichtquelle i befinden sich ein einschiebbarer Rahmen 16 als Träger des
Filters 17 und eine Mattscheibe 18. Weiter folgen eine verstellbare Blende ig und
eine Kompensationsfotozelle 2o. Das ganze optische System ist in ein lichtdichtes
Gehäuse 21 eingebaut, das Durchführungen für die Rahmen:2, 10, 13,
16 f ür die Ableitungen der Fotozelle und für den Verstellhebel der verstellbar-en
Blende ig besitzt. Der Hebel der Blende ig läuft entlang auf einer am Gehäuse angebrachten
geeichten Skala23. Die Lampe befindet sich -in einem eigenen herausnehmbaren Gehäuse
2:2, das oben und unten das allgemeine Gehäuse 21 durchbricht und hier Durchbohrungen
besitzt, die einen Luftstrom ermöglichen. Zur Apparatur gehört schließlich noch
ein Spiegelgalvanometer mit Galvanometerlampe. Die Wirkungsweise ist folgende: Das
von der Lampe i kommende Lichtbündel geht durch die Küvette 9 hindurch, die
eine Suspension oder Emulsion der zu bestimmenden Teilchen enthält. Dadurch wird
das Licht je nach Schichtdicke nach der Seite gestreut bzw. zur optischen
Achse gebeugt. Das direkt durchfallende Strahlenbündel und ein Teil des gebeugten
bzw. gestreuten Lichtes wird durch die innere Blende , b
abgeblendet.
Die Intensität des restlichen gebeugten bzw. gestreuten Lichtes wird von der Fotozelle
12 gemessen.
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Bei dem Diagramm nach Fig, 2 ist in der Ordinate die durch die Rin-,blende
iia, Ilb hindurchfallende Lichtintensität I in Abhängigkeit von einem Winkel
99 angegeben, den der Außenrand der inneren Blende i ib mit der optischen
Achse, bezogen auf das Streuungszentrum in der Küvette 9, bildet und der
in der Abszisse aufgetragen ist. I ist mithin die für verschiedene Blendenöffnungen
ge-
messene Intensität, die insgesamt die Fotozelle 12 erregt. Der Parameter
der verschiedenen Kurven der Fig. 2, ist die in u (i y = 1/looo nim)
angegeben,-Teilchengröße. Das Diagramm ist unter der Voraussetzung aufgenommen,
daß der innere Rand der äußeren Blende iia, bezogen auf das Stretiungszent-rum in
der Küvette 9, mit der optischen Achse einen Winkel von 3o' bildet, also
eine periphere Begrenzung des zur Erregung der Fotozelle ausgenutzten Winkelbereiches
auf einen zur optischen Achse konzentrischen Lichtkegel gegeben ist, dessen halber
öffnungswinkel Io' ist.
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Fi-. -o zei-t also beispielsweise für gelbes Licht, #z ZD wie diegemessene
Lichtintensität I bei verschiedener Wahl der Blendenöffnung , lb von dem
Winkel 99 abhängt. Esergehen sich für die gewählten Teilchen Durchmesser von
5,a bis 9,u durch Messung oder Rechnung der gezeichneten verschiedenen Kurven,
die in dem Bereich von 99 = 4' eng gebündelt sind, .d. h. teils konvergieren
und teils sich schneiden. Die Bündelung wird noch enger als gezeichnet, wenn der
genannte Winkel des inneren Randes der äußeren Blende i ja mit der optischen Achse
in bezug auf das Streuungszentrum noch kleincr als 30' gewählt wird. Diese
Bündelung besagt, daß# bei Beschränkung des zur Intensitätsmessung herangezogenen
Winkelbereiches auf den Bereich von 4 bis etwa 30'
die gemessene Intensität
von der Größe der Teilchen i#n Bereich von 5,u bis 9 y Durchmesser nahezu
unabhängig ist. Bei nicht zu dichter Verteilung der b ZD Teilchen im Medium
ist dann die mit der Fotozelle 12 gemessene Intensität proportional zur Anzahl der
Teilchen im Medium. Der übersichtlichkeit halber sind in Fi-. i die Blende Ilb und
die Dicke des konzentrischen, direkt durchfallenden Strahlenbündels nicht im richtigen
Größlenverhältnis, sondern zu groß gezeichnet. Entsprechend kann für andere Größfenbereiche
von Teilchengrößen ein Winkelbereich der öffnung zwischen den Blenden i ja und i
ib ermittelt werden, für den die Intensitätsmessung praktisch von der Teilchengröße
unabhängig ist. Die Teilchengröße kann dann gegenüber -dem Durchschnitt bis zu ioo%
schwanken, ohne da3 sich ein Einfluß auf die 1vIeflIgenauigkeit ergibt.
Durch
Verstellen der Blenden iia und iib in bezug auf den zwischen ihnen durchgelassenen
Lichtwinkelbereich oder durch Auswechseln dieser Blenden kann das Meßgerät auf den
zu untersuchen-,den Größenbereich von Teilchengrößen und den zugehörigen, für die
Intensitätsmessung auszunutzenden Winkelbereich eingestellt werden, für den diese
Messung von der Teilchengröße innerhalb des Bereichs praktisch unabhängig ist.
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Der von der Fotozelle erzeugte Strom könnte unmittelbar in einem nicht
gezeichneten Meßgerät gemessen werden und bildet dann ein Maß für die Anzahl der
Teilchen pro Volumeinheit, die in dem Medium schweben, das in der Meßküvette
9 entgenauere Messung und eine behalten ist. Eine -quemere Handhabung des
Meßgerätes wird durch die zweite Fofozelle.2o ermöglicht; diese wird gegen die erste
Fotozelle in einer an sich bekannten Kompe-nsationsscha.Itung geschaltet, in der
das Galvanometer als Nullinstrument zwischen den beiden Fotozellen liegt. Gemäß
Fig. i erhält die zweite Fotozelle2o einen Teil des von der Lichtquelle ausgesandten
Lichtes durch das Filter 17, die Mattscheibe iS und die verstellbare Blende
ig hindurch. Die Blende ig wird dann verstellt, bis das Galvanometer in der Kompensationsschaltung
die Nullage einnimmt. Die Skala 23 der Blende 19 ist so geeicht, daZ sie
in dieser Stellung unmittelbar die Anzahl der Teilchen im Medium in der Meßküvette
9 pro Volumeinheit angibt.