DES0035195MA

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Publication number: DES0035195MA
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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 10. September 1953 Bekanmijgemacht am 11. Oktober 1956Registration day: September 10, 1953 Bekanmij made on October 11, 1956

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

Bei optischer Konzentrationsanalyse von in einer Küvette geschichteten Lösungen ist es wünschenswert, eine Registrierung von sowohl der Konzentration als auch ihrer Ableitung nach der vertikalen Koordiante zu erzielen. Vorrichtungen zur Verwirklichung einer solchen kombinierten Konzentrationsregistrierung über Brechungsindex sind bekannt. Diese Anordnungen sind Kombinationen der bekannten Vorrichtung zur Registrierung der Ableitung des Brechungsiindexes und der astigmätischen Modifikation von Rayleighs Interferenzrefraktometer für die Registrierung der Brechungsindexfunktion. Beide werden von demselben Linsensystem bedient, und das Resultat sind entweder zwei getrennte Bilder, wovon das eine die Brechungsindexfunktion und das andere ihre Ableitung, die Zelle hindurch, zeigen, oder ein kombiniertes Bild, in welchem die zwei Funktionen übereinander gelagert oder miteinander kombiniert erscheinen. Die vorliegende Erfindung bezweckt dasselbe Ziel, die Ausführung ist aber verschieden was die Registrierung der Brechungsindexfunktion betrifft. Weil in den obengenannten Erfindungen optische Interferenz in monochromatischem LichtWith optical concentration analysis of in one In cuvette layered solutions it is desirable to have a registration of both the concentration as well as their derivation according to the vertical coordinate. Devices for realization such a combined concentration registration via the refractive index known. These arrangements are combinations of the known device for registering the Derivation of the refractive index and the astigmatic Modification of Rayleigh's interference refractometer for the registration of the refractive index function. Both are operated by the same lens system, and the result is either two separate images, one of which is the Refractive index function and the other show its derivative, the cell through it, or a combined one Image in which the two functions are superimposed or combined with one another to appear. The present invention aims to achieve the same aim, but the embodiments are different as to the registration of the refractive index function. Because in the above inventions optical interference in monochromatic light

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ein ganzes System von untereinander kongruenten und äquidistanten Fransen gibt, bringt in der vorliegenden Erfindung eine spezialkonstruierte Zelle eine einzige oder einige wenige hellen Kurven auf einem, dunklen Hintergrund hervor. Dies wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung erreicht, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Beleuchtungsanordniurig wenigstens einen waagerechten und wenigstens einen senkrechten Spalt enthält,a whole system of mutually congruent and equidistant fringes gives rise to the present Invention of a specially designed cell on a single or a few bright curves a, dark background. This is achieved according to the invention with a device which is characterized in that the lighting arrangement has at least one horizontal and contains at least one vertical gap,

ίο und daß die Meßzelle aus· einem planparallelen Teil und einem prismatischen Teil mit vertikaler brechender Kante zusammengesetzt ist. Die wichtigsten Nachteile der schon bekannten Erfindungen bestehen teils darin, daß die Bilder mit MuI ti Interferenzen während der Messung ganz ermüdend für die Augen sind, teils in der niedrigen Lichtstärke, die aus der Notwendigkeit monochromatischen Lichtes stammt. In der vorliegenden Erfindung sind diese beiden Nachteile behoben.ίο and that the measuring cell consists of a plane-parallel part and a prismatic part with a vertical refracting edge is composed. the main disadvantages of the already known inventions are partly that the pictures with MuI ti interferences during the measurement are quite tiring for the eyes, partly in the low Luminous intensity resulting from the need for monochromatic light. In the present Invention, these two disadvantages are eliminated.

Falls gewünscht, bekommt man eine einzige Kurve der Brechungsindexfunktion und eine Kurve ihrer Ableitung. Monochromatisches Licht ist nicht notwendig, sondern man kann ein ganz breites Spektralgebiet von einer weißen Lampe verwenden.If desired, one can get a single curve of the refractive index function and a curve of its Derivation. Monochromatic light is not necessary, you can use a very wide one Use the spectral range from a white lamp.

Andererseits fordert die vorliegende Erfindung die Anwendung komplizierterer Zellen.
. Die Erfindung macht von demselben Linsensystem wie die obengenannten Anordnungen Gebrauch. Demnach werden die folgenden optischen Komponenten gebraucht, nämlich eine Lampe (z.B. eine Glühlampe), ein Lichtfilter (z.B. ein Interferenzfilter), eine Kondensorlinse, eine Spaltanordnung, die wenigstens einen waagerechten und einen lotrechten Spalt enthält, eine Kollimatorlinse, die das Licht von den genannten Spalten parallel macht, weiter die spezialkonstruierte Zelle, eine Linse, die das parallele Licht zu einem optischen Bild der Spalte sammelt, danach ein astigmatiscb.es Linsensystem, das - in einem Horizontalschnitt ein optisches Bild der genannten Spaltbilder und in einem Vertikalschnitt ein optisches Bild der Zelle gibt, und in der Ebene dieser Bilder ein photographischer Film oder eine photographische Platte. In der ersten Bildebene der Spalte befindet sich das partiell lichtabschneidende Organ, das für die Registrierung der Ableitung notwendig ist.On the other hand, the present invention calls for the use of more complicated cells.
. The invention makes use of the same lens system as the above arrangements. Accordingly, the following optical components are needed, namely a lamp (e.g. an incandescent lamp), a light filter (e.g. an interference filter), a condenser lens, a slit arrangement that contains at least one horizontal and one vertical slit, a collimator lens that absorbs the light from the above Makes columns parallel, then the specially constructed cell, a lens that collects the parallel light to an optical image of the column, then an astigmatiscb.es lens system that - in a horizontal section an optical image of the slit images and in a vertical section an optical image of the Cell there, and in the plane of these images a photographic film or plate. The partially light-cutting organ, which is necessary for the registration of the derivation, is located in the first image plane of the column.

Diese Erfindung ist dadurch charakterisiert, daß die Registrierung der Ableitung und die der Brechungsindexfunktion beide in Richtungs-Veränderungen des Lichtes in der Zelle ihren Grund haben. In der Lösung selbst bekommt das Licht eine lotrechte Ablenkung, die der Ableitung des Brechungsindexes proportional ist, und diese Winkelablenkung wird vom optischen System zu einer waagerechten linearen Verschiebung auf der Platte übersetzt, in einer Weise, die schon lange bekannt ist. Diese Registrierung fordert, daß ein Teil der Zelle mit Wänden senkrecht zur Strahlrichtung versehen ist. Wenn Licht von schrägen Wänden zur Lösung oder umgekehrt passiert, bekommt es auch waagerechte Ablenkungen, die annähernd lineare Funktionen des. Brechungsindexes und unabhängig von dessen Ableitung sind. Diese waagerechten Ablenkungen körinen von demselben Linsensystem zu waagerechten linearen Verschiebungen auf der Platte transformiert werden.This invention is characterized in that the registration of the derivative and that of the Both their refractive index function in changes in the direction of light in the cell Have reason. In the solution itself, the light is deflected perpendicularly, that of the deflection is proportional to the index of refraction, and this angular deflection is increased by the optical system translates to a horizontal linear displacement on the plate, in a way that has long been known is. This registration requires that a part of the cell with walls perpendicular to the beam direction is provided. When light passes from sloping walls to the solution or vice versa, it gets too horizontal deflections that are approximately linear functions of the index of refraction and independent from its derivation are. These horizontal deflections occur from the same lens system horizontal linear displacements on the plate are transformed.

Die Zelle muß also eine Konstruktion haben, die sowohl eine waagerechte als asuch eine lotrechte Ablenkung der Lichtstrahlen, gestattet, wobei die lotrechte Ablenkung in einem planparallelen Teil mit Wänden senkrecht zur Strahlrichtung vor sich geht. Um eine waagerechte Lichtablenkung zu ermöglichen, muß die Zelle auch einen prismatischen Teil besitzen. Fig. 1 zeigt den Horizontalschnitt einer möglichen Ausführungsform der Zelle. Die Kurzwände und die schräge Zwischenwand müssen optisch fehlerfrei sein. Die Zelle besteht aus zwei Kammern A und B, von welchen A die geschichtete Lösung mit variabler Brechzahl enthält, während B mit Lösungsmittel konstanter Brechzahl gefüllt ist. Die Kammer A hat die Form eines abgeschnittenen Dreiecks und kann als aus einem planparallelen und einem triangulären Teil. zusammengesetzt angesehen werden. Lichtstrahlen α, die den dreieckigen Teil passieren, gehen auch durch die Kammer B, und ihre waagerechte Ablenkung resultiert in einer ' Registrierung der Brechungsindexfunktion. Lichtstrahlen ß, die den planparallelen Teil passieren, werden nur vertikal abgelenkt und geben eine Registrierung der Ableitung der Brechzahl. Der dreieckige Teil von A und die ganze Kammer B bilden zusammen ein sogenanntes Differentialprisma, das bekanntlich dadurch charakterisiert ist, eine laterale Ablenkung zu geben, welche dem Unterschied im Brechungsindex in den beiden Kammern proportional ist.The cell must therefore have a construction that allows both a horizontal and a vertical deflection of the light rays, the perpendicular deflection taking place in a plane-parallel part with walls perpendicular to the direction of the beam. To enable horizontal light deflection, the cell must also have a prismatic part. Fig. 1 shows the horizontal section of a possible embodiment of the cell. The short walls and the inclined partition wall must be visually flawless. The cell consists of two chambers A and B, of which A contains the layered solution with a variable refractive index, while B is filled with solvent with a constant refractive index. The chamber A has the shape of a truncated triangle and can be composed of a plane-parallel and a triangular part. can be viewed as composed. Light rays α passing through the triangular part also pass through the chamber B, and their horizontal deflection results in a registration of the refractive index function. Light rays ß, which pass the plane-parallel part, are only deflected vertically and register the derivative of the refractive index. The triangular part of A and the entire chamber B together form a so-called differential prism, which is known to be characterized by giving a lateral deflection which is proportional to the difference in the refractive index in the two chambers.

Der Horizontalschnitt einer anderen möglichen Ausfiührungsform wird in Fig. 2 gezeigt. Diese Zelle fungiert nur dann gut, wenn sie in ein Bad von einer Flüssigkeit eingetaucht ist und wenn die Brechzahl dieser Flüssigkeit beinahe dieselbe wie die zu registrierende ist. Weiter sind keine Erläuterungen notwendig.The horizontal section of another possible embodiment is shown in FIG. This The cell functions well only when it is immersed in a bath of liquid and when the The refractive index of this liquid is almost the same as that to be registered. There are no further explanations necessary.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist A die Kammer für die geschichtete Lösung, und die Kammer B soll das Lösungsmittel enthalten. Eine solche Zelle kann, wie die in.Fig. i, in Luft verwendet werden. Sie ist von einem größeren linearen Meßbereich als die in Fig. 1 dargestellte Zelle.In the embodiment of Figure 3, A is the layered solution chamber and chamber B is intended to contain the solvent. Such a cell, like the one in Fig. i, to be used in air. It has a larger linear measuring range than the cell shown in FIG.

Eine Ausführungsform, in welcher die Zelle selbst planparallel, eine der Zellwände aber prismatisch ist, wird in der Fig. 4 gezeigt. Der Lichtstrahl α trifft hier die prismatische Wand unter streifender Inzidenz, und in dieser Wand bekommt das Licht also die Richtung des Totalreflexionswinkeis. Die Prismenfläche LL ist senkrecht zur Richtung dieses Winkels, wenn die Zelle mit Lösungsmittel gefüllt ist. Die optische Achse des folgenden Linsensystems hat dieselbe Richtung. Eine Veränderung im Brechungsindex in der Zelle bringt eine Abweichung der Strahlrichtung von der optischen Achse hervor. Der Strahl β wird von der Prismenfläche MM nach dem Passieren der Zelle reflektiert, und nach dieser Reflexion wird er mit ■ dem Strahl α parallel. Die sehr kleine Apertur, die das a-Strahlbündel auf der LichtquellenseiteAn embodiment in which the cell itself is plane-parallel, but one of the cell walls is prismatic, is shown in FIG. The light beam α here hits the prismatic wall with grazing incidence, and in this wall the light gets the direction of the total reflection angle. The prism face LL is perpendicular to the direction of this angle when the cell is filled with solvent. The optical axis of the following lens system has the same direction. A change in the refractive index in the cell causes the beam direction to deviate from the optical axis. The beam β is reflected by the prism surface MM after passing the cell, and after this reflection it becomes parallel with the beam α. The very small aperture that the a-beam on the light source side

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Claims

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the cell must have is of the significant light intensity produced by the application of one Compensated for a large gap in the vertical section. The aperture of the ß-beam is the width of the Same cell, but the corresponding light source is only a point in the vertical section (horizontal Gap).

These latter and similar devices have the important disadvantage of being strictly monochromatic

ίο calling for light. That's why they must be considered worse are to be regarded as the previously described embodiments.

An unlimited number of other embodiments are also possible. Of course, the invention is not limited to the specific embodiments which are described here, since these only serve to the new principle of the to make simultaneous horizontal and vertical light deflection clear.

The registration of the refractive index function is said to be from a vertical, that of the derivative of a horizontal gap. The gap arrangement at the light source must therefore contain these two columns. Additional horizontal and vertical columns can then be added without any change in the principle of the measurements. The only result of this is that one the same number of curves of the refractive index function as that of the vertical column and the same Number of curves of the derivative as that of the horizontal column gets. The advantage of such Arrangement is the possibility to expand the measuring range with constant sensitivity, because one Curve with the next can be combined to form a curve that is larger than the existing one Field of view is.

The rays α should only come from vertical columns, while the rays β should only come from horizontal columns. Various steps can be taken to prevent light from the two types of crevice from exposing the incorrect parts of the cell. For example, polaroid plates can be used in front of or behind the slit arrangement, the plate on the horizontal columns being oriented perpendicular to the plate on the vertical columns with regard to the direction of polarization. Corresponding polaroid plates are placed in front of or behind the cell. Instead of this very convenient separation method, mechanical screens can of course also be used. If constructed in a manner that allows quick and easy movement, both curves can be exposed on the same plate with a short time interval. It is finally possible to achieve a sufficiently good result without separating the light rays. If the light from the vertical columns is allowed to pass the plane-parallel part of the cell, this light will result in a single, sharp, straight, bright line on the plate. Such a line does not interfere, on the contrary it can be used as a good comparison line to which all measurements on the plate are related. On the other hand, if the light from the horizontal slits is allowed to pass the prismatic part of the cell, this light will cause undesired stray light, but this stray light may be of minor importance if high contrast photographic material and a hard developer are used.

P λ τ η ν τ λ κ s;> η, ί; c 11 ε:

ι. Device for simultaneous registration the refraction index function and its derivation in measuring cells with layered Solutions with the known optical system of the Toepler's astigmatic modification Schlieren method, characterized in that the lighting arrangement at least contains a horizontal and at least one vertical gap and that the measuring cell is off a plane-parallel part and a prismatic part with a vertical breaking edge is composed.

2. Device according to claim 1, characterized characterized in that the light is prevented from the horizontal slit, the prismatic part of the Exposing the measuring cell by using two optical polarizers, one in front or one behind the horizontal slit and the other, the one perpendicular with respect to the direction of polarization is oriented to the former, in front of or behind the prismatic part of the cell in the beam path are arranged.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the light from the vertical Gap is prevented from exposing the plane-parallel part of the cell by using two optical polarizers, namely one in front of or behind the vertical gap and the other, the one concerning the Direction of polarization is oriented perpendicular to the former, in front of or behind the plane-parallel Part of the cell are arranged in the beam path.

4. Apparatus according to claim 1, characterized in that the> Light from the horizontal slit is prevented from illuminating the prismatic part of the cell, and light from the vertical one Gap is prevented from exposing the plane-parallel part of the cell by mechanical diaphragms, which are easily revealed and inferable and which allow the curves of the refractive index function and to expose their derivative in a short time interval on the same plate, are arranged in the beam path.

Considered publications:

German Patent No. 718,969;

Dr. Helmut Naumann, "Optics for Constructors", Verlag Wilhelm Knapp, Halle, 1949, p. 236, last paragraph of § 109, Fig. 363.

1 sheet of drawings