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Photometer zur Untersuchung von Flüssigkeiten
Zu Absorptions- und Trübungsmessungen
an Flüssigkeiten werden z. B. in medizinischen Laboratorien Photometer verwendet.
Das Licht, das in einer Flüssigkeit absorbiert oder durch Trübung geschwächt wird,
ist ein Maß für die Konzentration der zu messenden Flüssigkeit.
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Bekannte Geräte dieser Art erfordern einen verbältnismäßig großen
Aufwand und sind entsprechend teuer, weil hochwertige optische Teile verwendet werden
müssen, um eine ausreichende Lichtausbeute zu erzielen. Diese optischen Teile dienen
der Schwächung des Lichtstromes bis auf einen bestimmten, der jeweiligen Messung
zugrunde liegenden Normallichtstrom und der Herstellung möglichst einfarbigen Lichtes,
das für den Meßvorgang Bedingung ist. Diese Bedingungen mit ein facheren und billigeren
Mitteln zu erfüllen, ist Aufgabe der Erfindung. Gemäß der Erfindung wird der Lichtstrom
vor dem Eintreten in die Flüssigkeit polarisiert und ein zweiter Polarisator zur
Regelung, d. h. zur Schwächung des Lichtstromes, benutzt. Es hat sich gezeigt, daß
mit Hilfe solcher Polarisatoren, die gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung
aus an sich bekannten Folien bestehen, in deren Schicht molekular orientierte Stoffe
gerichtet eingelagert sind, eine wesentlich größere Lichtausbeute zu erzielen ist
als mit den Regelungseinrichtungen bekannter Geräte.
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Die Einfarbigkeit des Lichtes wird gemäß einem weiteren Merkmal der
Erfindung durch Metallinterferenzfilter erreicht, die, ohne den Lichtstrom wesentlich
zu schwächen, monochromatisches Licht herstellen, so daß die Eichkurven nahezu linear
werden. Man kann die beiden Polarisatoren, vor-
zugsweise also die
erwähnten Folien, unmittelbar benachbart anordnen, um einen möglichst gedrängten
Aufbau des Gerätes zu erzielen. Da das Gerät alle Bauelemente eines Polarimeters
enthält, läßt sich jedoch der Aufbau so gestalten, daß es wahlweise als Photometer
und Polarimeter verwendbar ist. Dies geschieht nach einem weiteren Merkmal der Erfindung,
indem der Abstand der Polarisatoren so gewählt wird, daß eine einzelne Küvette ,dazwischen
eingebracht werden kann.
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Diese und weitere Merkmale der Erfindung werden nunmehr an Hand zweier
Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Fig. I und' 2 erläutert.
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Über einen Transformator I (Fig. I) wird eine möglichst punktförmige
Lichtquelle 2 mit hoher Lichtintensität aus dem Lichtnetz gespeist. Der Transformator
ist so eingerichtet, daß dieSpannung auf der Sekundärseite konstant gehalten wird.
Da die Konstanz des Lichtes für die Genauigkeit des Meßverfahrens besonders wichtig
ist, kann man sie durch eine Photozelle 15 mit einem einfachen Meßinstrument I6
überwachen. Die Lichtausbeute wird durch einen Hohlspiegel 3 erhöht und das Licht
durch ein Linsensystem 4 parallel gerichtet. Zur Polarisation des Lichtes dienen
zwei Polarisationsfolien 5 und 6. Die Moleküle der kolloldalen Schicht dieser Folien
sind geordnet. In diese Schicht, die z. B. aus Gelatine besteht, sind lichtabsorbierende
Stoffe so gerichtet eingelagert, daß der Polarisationseffekt entsteht Solche Polarisationsfolien
sind an sich bekannt. Durch die Folien 4 und 5, von denen die Folie 5 um die Achse
des Lichtstromes schwenkbar ist, lerfä!hrt derLichtstrom eine gleichmäßig über die
Spektralbereiche verteilte Intensitätsschwächung. Durch. Verdrehen der einen Folie
ist die Schwächung regelbar. Ein Ultrarotfilter 7 schützt vor Wärmestrahlung. Das
an sich bekannte Metallinberferenzfilter 8 besitzt eine besonders scharfe Li chtkantenführung
und erzeugt ohne erhebliche Schwächung des Lichtstromes gut monochromatisches Licht.
Zusätzlich kann auch ein Glasfarbfilter verwendet werden, um das Interferenzlicht
höherer Ordnung abzuscheiden. Auf einem Schieber II, der senkrecht zum Lichtstrom
in zwei Endstellungen verschoben werden kann, befinden sich zwei Küvetten mit plangeschliffener
Vorder- und Rückwand, von denen jeweils eine in einer Endstellung tdes Schiebers
sich im Lichtstrom befindet. Nach dem Austreten aus der Küvette durchläuft der Lichtstrom
eine RahmenblendeI2, die Streustrahlen abfängt und trifft auf eine Photozelle 13.
Der entstehende Photostrom wird in. einem Meßgerät, z.B. einem empfindlichen Spiegelgalvanometer
I4, gemessen. Der Strahlengang verläuft in einem lichtdichten Gehäuse, um Störstrahlen
abzublenden.
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Der Meßvorgang spielt sich bei dem Gerät wie folgt ab: Für jede zu
untersuchende Flüssigkeit werden. Eichkurven aufgestellt, denen bestimmte Lichtkantenfilter
entsprechen. Soll eine bestimmte Fdüssigkeit untersucht werden, so wird das entsprechende
Farbfilter 7, 8 eingesetzt, und die Polarisationsfolien 5, 6 werden auf dunkel gestellt.
In den Küvettenschieber II werden zwei Küvetten, 10 gleicher Schichtdicke eingebracht,
von denen die eine das Lösungsmittel ohne den zu untersuchenden Stoff enthält, während
in der anderen das Lösungsmittel mit dem gelösten Stoff enthalten ist. Die Küvette,
die nur das Lösungsmittel enthält, wird in den Strahlengang gebracht. Nunmehr werden
die Polarisationsfolien so weit gegeneinander verstellt, bis auf wider Meßskala
des Spiegelgalvanometers 14 eine bestimmte Normalmarke, z. B. die Marke 100, eingestellt
ist. Nun wird der Küvettenschieber verschoben, 60 daß die Küvette, die den gelösten
Stoff enthält, im Strahlengang steht. Aus der Differenz dXer beiden Skalenausschläge
ergeben sich auf der Eichkurve die direkten Werte für die Konzentration des im Lösungsmittel
gelösten Stoffes.
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Wie aus der vorstehenden Beschreibung entnommen werden kann, besitzt
das Photometer nach der Erfindung alle Bauelemente eines Polarimeters.
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Man kann daher den Aufbau auch so wählen, daß das Gerät wahlweise
als Photometer und als Polarimeter verwendet werden kann. Der entsprechende, in
Fig. 2 dargestellte Aufbau unterscheidet sich von dem nach Fig. I im wesentlichen
dadurch, daß der Abstand der Folien 5 und 6 so groß ist, daß eine Küvette I7 mit
bestimmter Kantenlänge eingebracht werden kann. Die Halterung dieser Küvette kann
in beliebiger Weise erfolgen. Man kann z. B. den Küvettenschieber 11, der bei der
polarimetrischen Messung die Küvetten 9, 10 nicht enthält, so ausbilden, gdaß er
sowohl schmale Küvetten, wie in Fig. I, als auch längliche aufzunehmen vermag. Die
drehbare Folie 6 besitzt eine Skalenteilung, auf der gegen eine feste Marke der
Grad der Verdrehung abgelesen werden kann.
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Photometrische Messungen werden mit dem Gerät nach Fig. 2 in der
gleichen Weise durchgeführt wie mit dem Gerät nach Filg. I. Da entsprechende Teile
mit gleichen Bezugsziffern versehen sind, erübrigt sich eine besondere Beschreibung
der Wirkungsweise.
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Eine polarimetrische Messung erfolgt ähnlich wie bei den bekannten
Polarimeterns Die Küvette I7 wird mit der zu untersuchenden Flüssigkeit gefüllt
und in das Gerät eingebracht. Dann wird die Folie 6 so weit verdreht, daß der größte
Helligkeitswert im Meßgerät 14 erscheint. In bekannter Weise erfolgt bei Anwesenheit
optisch aktiver Substanzen eine Drehung des polarisierten Lichtes. Nun wird die
Folie 6 erneut auf maximale Helligkeit eingestellt. Die Skala der Folie 6 kann so
geeicht sein, daß unmittelbare Ablesung des Meßergebnisses möglich ist, z. B. der
Prozentgehalt an Zucker im Urin abgelesen werden kann.
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Die Verwendung des Gerätes als Polarimeter bietet gegenüber bekannten
Geräten noch einige Vorteile bzw. Möglichkeiten. Es sind objektive Ablesungen am
Meßgerät möglich, die wesentlich genauer sind als die üblichen Einstellungen mit
dem Auge. Die vorhandenen Interferenzfilter ermöglichen Messungen im optimalen Spektralbereich.
Zu Vergleichszwecken oder zur Beschleunigung der einzelnen Messungen kann man den
Küvetten-
schieber auch für die polarimetrischen Messungen als Wechselschieber
ausbilden.
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PATENTANSPROCHE: I. Photometer, bei dem eine zu untersuchende Flüssigkeit
von einem regelbaren Lichtstrom durchflutet und dessen Schwächung gemessen wird,
dadurch gekennzeichnet, daß der Licht strom vor dem Eintreten in den zu untersuchenden
Körper polarisiert und ein zweiter Polarisator zur Regelung- des Lichtstromes benutzt
wird.