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Halbs chatt en-Pol arimeter
Die vorliegende Erfindung betrifft Polarimeter
zur Messung des optischen Drehungsvermögens von optisch aktiven Substanzen, z. B.
Zuckerlösungen, und zwar nach dem bekannten Halbschattenprinzip. Hiernach wird auf
gleiche Schattigkeit zweier oder mehrerer Felder eingestellt, die in einer oder
mehreren feinen Grenzlinien aneinanderstoßen. Die Drehung der Polarisationsebene
wird, wie ebenfalls bekannt ist, an einem Teilkreis abgelesen, wozu besondere Ableselupen
dienen. Es wäre eine Erleichterung, besonders beim Messen im abgedunkelten Raum,
wenn man auch beim Polarimeter das Prinzip der Innenablesung verwirklichte, wie
es von anderen Geräten, z. B.
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Theodoliten, Scheitelbrechwertmessern usw., bekannt ist.
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Der Erfindungsgegenstand ist ein Halbschatten-Polarimeter mit an
sich bekannten Konstruktionsteilen, bei dem die Halbschattenvorrichtung in der Nähe
des meßbar zu drehenden Polarisationselementes (Polarisator oder Analysator) steht
und mit diesem starr verbunden ist, so daß sie sich mitdreht. Eine weitere Ausgestaltung
dieses Gerätes besteht darin, daß die Halbschattenvorrichtung ein kreisförmiges
Mittelfeld in konzentrischer Anordnung zu einem oder zwei ringförmigen Außenfeldern
bildet. Ferner sollen im Fall von zwei ringförmigen Außenfeldern die Schwingungsrichtungen
in der Randzone und im kreisförmigen Mittelfeld gleich oder um einen sehr kleinen
Winkel voneinander verschieden sein, während die mittlere Ringzone eine Schwingungsrichtung
mit stärkerer Abweichung von denen der beiden erstgenannten besitzt.
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Die Erfindung wird an Hand von sechs Figuren beschrieben und erläutert,
und zwar stellen diese folgendes dar: Fig. I die prinzipielle, schematisierte optische
Anordnung eines Halbschatten-Polarimeters der bisherigen Bauart mit Lupenablesung
des Teil-
kreises. Es bedeutet darin S die Spektrallampe zur Erzeugung
einer monochromatischen Strahlung, meist des gelben Natriumlichtes, B die Beleuchtungslinse,
P den Polarisator, H den Halbschattenteil, Di die Gesichtsfeldblende, R die Röhre
mit der zu untersuchenden Substanz, D2 die Aperturblende, A den drehbaren Analysator,
öi das Objektiv des Beobachtungsfernrohres, 02 das Okular des letzteren, T den mit
dem Analysator gekuppelten Teilkreis, L, und L2 die Ableselupen; Fig. 2 die erfindungsgemäße,
noch näher zu beschreibende Verbindung von Polarisator P, Halbschattenteil H und
Teilkreis T; Fig. 3 und 4 die zweckmäßigen Aufteilungen des Halbschattenfeldes im
erfindungsgemäßen Fall; Fig. 5 die ebenfalls mögliche Verbindung von Analysator
A, Halbschattenteil H und Teilkreis T, zugleich mit einem sehr einfachen Beobachtungsokular
für Innenablesung; Fig. 6 einen Sonderfall der Anordnung nach Fig. 5.
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Bei den bekannten Halbschatten-Polarimetern (Fig. I) ist die Halbschattenvorrichtung
H (Laurentsche Quarzplatte, Lippichsches Halbprisma oder Halbfolie) im allgemeinen
dicht hinter dem Polarisator P angeordnet. Der Lichtvektor p des durch den Polarisator
durohtretenden Lichts und der Lichtvektorlt des durch den Polarisator und die Halbschattenvorrichtung
durchtretenden Lichts schwingen in Ebenen, die sich in der optischen Achse schneiden
und gegeneinander um den Halbschattenwinkel geneigt sind. Halbschattengleichheit
tritt ein, wenn die Projektion der Vektoren p und lt in die Richtung der maximalen
Durchlässigkeit des Analysators gleich sind. Bringt man zwischen Polarisator P und
Analysator=4 die Röhren mit der zu untersuchenden Substanz, so werden die Lichtvektoren
p und lt um einen bestimmten Winkel w gedreht. Die Projektionen in die Richtung
der maximalen Durchlässigkeit des Analysators A sind nicht mehr gleich. Um wieder
Schattengleichheit zu erhalten, muß der Analysator A um den Winkel w nachgestellt
werden. Der Drehungswinkel w wird auf einem mit dem Analysator starr verbundenen
Teilkreis T abgelesen. Bei dieser Anordnung liegt die Schärfenebene für die Halbschatteneinstellung
im Haibschattenelement H, also in Polarisatornähe, die Schärfenebene für die Ablesung
des Drehwinkels w im Teilkreis T, also in Analysatornähe. Beide Schärfenebenen liegen
also erheblich auseinander, und es ist nicht ohne weiteres möglich, mit einer gemeinsamen
Optik beide Schärfenebenen gleichzeitig scharf abzubilden, um neben dem Halbschattenfeld
eine bequeme Innenablesung im gleichen Beobachtungsokular °2 zu verwirklichen. Es
bedarf daher einer Zwischenabbildungsoptik für die eine Sehärfenebene, wobei besondere
Maßnahmen nötig sind, um für beide Strahlengänge eine gemeinsame Austrittspupille
zu erhalten. Das gelingt nur mit Prismen- oder Spiegelanordnungen, die schwierig
zu justieren und der Gefahr einer zeitweiligen Dejustierung ausgesetzt sind.
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Diese Nachteile vermeidet das Halbschatten-Polarimeter nach der Erfindung
(Fig. 2), indem die Halbschattenvorrichtung EI in der Nähe des meßbar zu drehenden
Polarisationselementes, z. B. des Polarisators P, steht. Der Teilkreis T läßt sich
dann etwa in der Ebene des Halbschattenelementes H mit dem Polarisator oder der
Halbschattenvorrichtung verbunden anordnen, und es ist leicht, eine gemeinsame Schärfenebene
für die Halbschatteneinstellung und die Kreisablesung zu wählen. Es ist daher möglich,
ohne weiteres beide Schärfenfelder gleichzeitig nebeneinander zu beobachten, sofern
das Gesichtsfeld der Beobachtungsoptik entsprechend groß ist, was aber keine Schwierigkeiten
bereitet. Der Lichtdurchtritt in dieser Anordnung ist ähnlich dem in Fig. 1 beschriebenen.
Die zu untersuchende Substanz dreht wieder die Lichtvektoren p und lt um den Winkel
w. Der Analysator bleibt jetzt fest, so daß der Polarisator P und die Halbschattenvorrichtung
H um den Winkel w gedreht werden müssen, damit die Projektionen von p und lt in
die Richtung der maximalen Durchlässigkeit des Analysators A wieder gleich werden
und Halbschattengleichheit eintritt.
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Da sich der Halbschatten hierbei mitdreht, ist er in zweckmäßiger
Fortführung des Erfindungsgedankens so ausgebildet, daß dem Beobachter z. B. ein
kreisförmiges Mittelfeld in konzentrischer Anordnung zu einem ringförmigen Außenfeld
vermittelt wird (Fig. 3), so daß die Halbschattendrehung nicht auffällt. Man kann
z. B. eine Laurentsche Quarzplatte mit kreisförmiger Umrandung dafür vorsehen und
sie in der Mitte des Polarisatorfeldes, z. B. auf einer Glasplatte aufgekittet,
anordnen. Besser ist noch eine kleine kreisförmige Halbschattenfolie, die z. B.
zwischen Glasplatten eingekittet ist, oder eine große Halbschattenfolie mit zentrisch
ausgestanztem Loch.
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Man kann die Aufteilung des Halbschattenfeldes auch so vornehmen,
daß zwei ringförmige Zonen und ein kreisförmiges Mittelfeld entstehen (Fig. 4).
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Das ist mit einer ringförmig ausgestanzten Halbschattenfolie ohne
weiteres möglich. Mit Hilfe einer zweiten Halbschattenfolie kann man dann sogar
einen konzentrischen sogenannten echten dreiteiligen Halbschatten verwirklichen,
bei dem die Schwingungsrichtungen im Mittelfeld und in der Außenzone einen sehr
kleinen Winkel zueinander einschließen, beispielsweise zwischen o,or und o,100,
während die mittlere Ringzone eine Schwingungsrichtung mit stärkerer Abweichung
von denen der beiden erstgenannten besitzt.
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Die starre Verbindung und gemeinsame Drehung von Halbschattenelement,
Polarisationsvorrichtung und Teilkreis ist auch analysatorseitig möglich. Ein Ausführungsbeispiel
zeigen die Fig. 5 und 6.
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Wählt man als Halbschattenvorrichtung ein Lippichsches Halbprisma
oder eine Halbfolie, dann schwingen die Lichtvektoren p und lt wieder in Ebenen,
die um einen bestimmten Winkel gegeneinander verdreht sind. Die Länge des Vektors
lt ergibt sich durch Projektion von p auf h, und
Halbschattengleichheit
tritt dann ein, wenn die Projektionen von p und h in die Richtung maximaler Durchlässigkeit
des Analysators gleich sind.
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Durch Einfügen der zu untersuchenden Substanz zwischen Polarisator
P und Analysator A wird der Vektor p um den Winkel w gedreht. Dadurch ändern sich
einmal die Länge des Lichtvektors h als Projektion von p auf h und auch die durch
den Analysator durchgelassenen Lichtintensitäten als Projektionen von p und lt in
die Analysatorrichtung. Um Halbschattengleichheit zu erhalten, müssen Analysator
A und Halbschattenvorrichtung H um den Winkel w nachgestellt werden.
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Wählt man als Halbschattenvorrichtung H eine Laurentsche Quarzplatte,
dann liegen die Verhältnisse insofern etwas anders, als p und lt immer symmetrisch
zur Trennlinie des Halbschattens liegen. Die Projektionen von p und h in der Richtung
der maximalen Durchlässigkeit des Analysators A können daher nur gleich sein, wenn
p und h senkrecht auf der Trennlinie des Halbschattens stehen. Durch die zu untersuchende
Substanz wird der Vektor p um den Winkel w nach p' und der Vektor lt um den Winkel
w nach h' gedreht. Um die Rückdrehung von p' und h' zu bewirken, müssen die Halbschattenvorrichtung
H sowie der Analysator A um den Winkel w nachgestellt werden. Die Anordnung der
Halbschattenvorrichtung in Analysatornähe bringt weitere Vorteile mit sich. Bei
der Untersuchung von getrübten, aktiven Substanzen bleibt die Schärfe der Halbschattentrennlinie
erhalten. Man braucht ferner die Beobachtungsoptik beim Substanzwechsel nicht erneut
auf die Trennlinie scharf zu stellen, außerdem genügt zur Beobachtung ein gewöhnliches
Okular Ok. Das Gesichtsfeld des Okulars ist ohne Schwierigkeit so groß zu machen,
daß Halbschattenfelder und Ablesefelder nebeneinander Platz haben. Bei Benutzung
einer einzigen Ablesestelle versetzt man zweckmäßig die optische Achse des Okulars
so, daß sie zwischen dem Zentrum des Halbschattenfeldes H und demjenigen des Ablesefeldes
T verläuft, wie es in Fig. 6 beispielsweise gezeigt ist.
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PATENTANSPROCHE: I. Halbschatten-Polarimeter mit den bekannten Konstruktionsteilen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschattenvorrichtung in der Nähe des meßbar zu
drehenden Polarisationselementes (Polarisator oder Analysator) steht und mit diesem
starr verbunden ist, so daß sie sich mitdreht.