NO764347L

NO764347L -

Info

Publication number: NO764347L
Application number: NO764347A
Authority: NO
Inventors: B E Marcus
Original assignee: Baxter Travenol Lab
Priority date: 1975-12-23
Filing date: 1976-12-22
Publication date: 1977-06-24
Also published as: IL50870A0; NL7614354A; IT1124787B; CA1050795A; JPS5280884A; DE2652028A1; SE7614466L; FR2336691A1; GB1554891A

Description

Optisk diffusjonsapparat.Optical diffusion apparatus.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et fotometer med elektron-multiplikator, nærmere bestemt et fotometer hvor elektron-multiplikatoren alternerende eller på forskjellige tidspunkter mottar lys fra atskilte strålebunter som er ført gjennom eller kommer fra referanse- og prøvemateriale. The present invention relates to a photometer with an electron multiplier, more specifically a photometer where the electron multiplier alternately or at different times receives light from separate beam bundles that are passed through or come from reference and sample material.

Et hovedformål med oppfinnelsen er å frembringe en anord-ning for eliminering av virkningene av ujevn lysfølsomhet over arbeidsområdet for katoden i en elektron-multiplikator som anvendes i et fotometer av den type hvor det anvendes atskilte strålebunter som alternerende eller på forskjellige tidspunkter ' belyser katoden. A main object of the invention is to produce a device for eliminating the effects of uneven light sensitivity over the working area of the cathode in an electron multiplier used in a photometer of the type where separate beam bundles are used which alternately or at different times 'illuminate the cathode.

Et annet formål med oppfinnelsen er å frembringe et optisk system for et spektrofotometer av den type hvor det anvendes en elektron-multiplikator som mottar fysisk atskilte strålebunter fra referanse- og prøvemateriale, enten alternerende eller på forskjellige tidspunkter, idet systemet omfatter anordninger for eliminering av virkningene av ujevn lysfølsomhet i forskjellige områder av katoden i elektron-multiplikatoren ved spredning av strålene fra de atskilte strålebunter på en slik måte at det oppnås stort sett jevn spredning av strålene når de kommer frem til katoden, hvorved strålene fra begge de innfallende strålebunter belyser samme område av katoden istedenfor distinkte og atskilte områder. Another object of the invention is to produce an optical system for a spectrophotometer of the type where an electron multiplier is used which receives physically separated beam bundles from reference and sample material, either alternately or at different times, the system comprising devices for eliminating the effects of uneven light sensitivity in different areas of the cathode in the electron multiplier by spreading the rays from the separate beam bundles in such a way that a largely uniform spread of the rays is achieved when they reach the cathode, whereby the rays from both incident beam bundles illuminate the same area of the cathode instead of distinct and separate areas.

Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å frembringe et diffusjonsapparat for eliminering av virkningene av ujevn intensitet og fargefølsomhet hos elektron-multiplikatoren i et multistråle-spektrofotometer eller et liknende fotometer, hvor det anvendes atskilte sansestrålebunter som alternerende eller på forskjellige tidspunkter beveger seg mot elektron-multiplikatoren, idet diffusjonsapparatet anvendes for jevn belysning av det samme arbeidsområde av multiplikatorkatoden som reaksjon på mottakelsen av en av sansestrålebuntene, hvorved nødvendigheten av å kompensere for feil som eller ville bli forårsaket av den ujevne lysfølsomhet i forskjellige deler av katodens arbeidsområde elimineres. A further object of the invention is to produce a diffusion apparatus for eliminating the effects of uneven intensity and color sensitivity of the electron multiplier in a multi-beam spectrophotometer or a similar photometer, where separate sense beam bundles are used which alternately or at different times move towards the electron multiplier , the diffusion apparatus being used for uniform illumination of the same working area of the multiplier cathode in response to the reception of one of the sense beam bundles, whereby the necessity of compensating for errors which are or would be caused by the uneven light sensitivity in different parts of the cathode's working area is eliminated.

Enda et formål med oppfinnelsen er å frembringe et apparat for omdannelse av atskilte, relativt snevre, tidsmessig atskilte måle- og referansestråler, som blir ledet mot elektron-multiplikatoren i et spektrofotometer av typen med splittet stråle eller liknende multistråletype, til en kilde av jevnt diffust lys for belysning av arbeidsområdet av katoden i elektron-multiplikatoren jevnt og i fase med de fysiske og tidsmessig atskilte optiske strålebunter, for eliminering av feil som følge av intensitets- og fargefølsomhetsgradienter over katodens arbeidsområde, hvor apparatet har meget enkel konstruksjon, er lettvint å innstallere, er stabilt i drift, bevirker minimalt lystap ved absorpsjon og er ikke begrenset når det gjelder bølgelengdekapasitet. Another object of the invention is to produce an apparatus for converting separate, relatively narrow, time-separated measurement and reference beams, which are directed towards the electron multiplier in a spectrophotometer of the split-beam type or similar multi-beam type, into a source of uniformly diffused light for illuminating the working area of the cathode in the electron multiplier uniformly and in phase with the physically and temporally separated optical beam bundles, for the elimination of errors due to intensity and color sensitivity gradients across the working area of the cathode, where the apparatus has a very simple construction, is easy to install , is stable in operation, causes minimal light loss by absorption and is not limited in terms of wavelength capacity.

Enda et formål med oppfinnelsen er å frembringe et apparat for omdannelse av innfallende fysisk og tidsmessig atskilte optiske strålebunter til felles områder med tilsvarende fase og jevn belysning innrettet til å dekke et utstrakt arbeidsområde av katoden i en elektron-multiplikator i et fotometer, for å unngå feil som kan oppstå dersom de atskilte, innfallende strålebunter støter direkte og lokalt an mot katodens arbeidsområde. Yet another object of the invention is to provide an apparatus for converting incident physically and temporally separated optical beam bundles into common areas with corresponding phase and uniform illumination arranged to cover an extended working area of the cathode in an electron multiplier in a photometer, to avoid errors that can occur if the separated, incident beam bundles collide directly and locally with the working area of the cathode.

Oppfinnelsen vil bli nærmere forklart i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori: Fig. 1 viser skjematisk et typisk splittstråle-spektrofotometer med et diffusjonsapparat ifølge oppfinnelsen for eliminering av virkningene av ujevn katodeoverflatefølsomhet hos en tilknyttet elektron-multiplikator. Fig. 2 viser et langsgående snitt gjennom et diffusjonsapparat som blir anvendt i fig. 1, og viser skjematisk hvordan det sprer de innfallende, atskilte måle- og referansestrålebunter og omdanner strålene fra disse til felter med jevnt fordelt lysfluks som føres til katoden i den tilknyttete elektron-multiplikator. Fig. 3 viser et tverrsnitt langs linjen 3-3 i fig. 2. The invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings, in which: Fig. 1 schematically shows a typical split-beam spectrophotometer with a diffusion apparatus according to the invention for eliminating the effects of uneven cathode surface sensitivity in an associated electron multiplier. Fig. 2 shows a longitudinal section through a diffusion apparatus which is used in fig. 1, and schematically shows how it scatters the incident, separated measurement and reference beam bundles and converts the beams from these into fields with evenly distributed light flux which are fed to the cathode in the associated electron multiplier. Fig. 3 shows a cross-section along the line 3-3 in fig. 2.

Strålediffusjonsapparatet ifølge oppfinnelsen .omfatter typisk en strålemottakende diffusjonsplate og en lysstråle- kanal som er anordnet slik at de atskilte, innfallende lysstrålebunter først passerer gjennom diffusjonsplaten og spres slik at strålene forlater platen under et uendelig antall vinkler og støter mot sterkt reflekterende innerveggflater i lysstråle-kanalen hvorfra de reflekteres og reflekteres tilstrekkelig internt til at de overføres homogent i kanalen og slik at de forlater denne som et stort sett homogent strålefelt. Når lys-fluksfeltet forlater kanalen vil det belyse jevnt et område som er anordnet i enden av kanalen. The beam diffusion apparatus according to the invention typically comprises a beam-receiving diffusion plate and a light beam channel which is arranged so that the separated, incident light beam bundles first pass through the diffusion plate and are spread so that the rays leave the plate at an infinite number of angles and collide with highly reflective inner wall surfaces in the light beam channel from where they are reflected and reflected sufficiently internally so that they are transmitted homogeneously in the channel and so that they leave this as a largely homogeneous radiation field. When the light flux field leaves the channel, it will evenly illuminate an area arranged at the end of the channel.

Uavhengig av antallet innfallende strålebunter som når diffusjonsplaten og deres innfallsvinkel vil hver bli homogent diffundert gjennom kanalen, og hver vil belyse jevnt det felles areal som er dekket av enden av lyskanalen. Regardless of the number of incident beam bundles that reach the diffusion plate and their angle of incidence, each will be homogeneously diffused through the channel, and each will uniformly illuminate the common area covered by the end of the light channel.

Denne løsning benyttes for å spre jevnt strålene fra de atskilte lysstrålebunter og avlevere de spredte stråler til den lysfølsomme katode i en elektron-multiplikator som anvendes i et spektrofotometer. This solution is used to evenly spread the rays from the separated light beam bundles and deliver the scattered rays to the light-sensitive cathode in an electron multiplier used in a spectrophotometer.

En lysdetektor, såsom en elektron-multiplikator har et lysfølsomt område som vanligvis benevnes en "fotokatode". Foto-katodens areal er ikke jevnt følsomt for lysintensitet eller for lysets bølgelengde (farge). Et sted på katoden kan være meget mer følsomt overfor alle lysets bølgelengder enn et annet sted. Dessuten kan et sted på katoden være meget mer følsomt overfor en spesifikk lysbølgelengde enn overfor andre lysbølge-lengder. A light detector, such as an electron multiplier, has a light-sensitive area commonly referred to as a "photocathode". The area of the photo-cathode is not uniformly sensitive to light intensity or to the light's wavelength (colour). One place on the cathode can be much more sensitive to all wavelengths of light than another place. Moreover, a place on the cathode can be much more sensitive to a specific light wavelength than to other light wavelengths.

En lysstrålebunt med spesifikk intensitet og spesifikk bølgelengde vil når den treffer et sted på katoden bevirke en annen mengde fotostrøm i elektron-multiplikatoren enn den mengde som ville blitt frembrakt dersom samme lysstrålebunt hadde truf-fet et annet sted. A beam of light with a specific intensity and specific wavelength will, when it hits a place on the cathode, cause a different amount of photocurrent in the electron multiplier than the amount that would have been produced if the same beam of light had struck somewhere else.

Ifølge kjent praksis har det ved bruk av en elektron-multiplikator for sammenlikning av to eller flere lysstrålebunter, såsom i et multistråle-spektrofotometer, vært nødven- According to known practice, when using an electron multiplier for the comparison of two or more light beam bundles, such as in a multi-beam spectrophotometer, it has been necessary

dig å korrigere feilen som skyldes katodens ujevne lysfølsomhet. Denne korrigering er foretatt ved å tilføre til de aktuelle steder på katoden lysstråler som er like eller har kjent for-skjell, for å opprette en standardverdi eller "basislinje". De kjente feil kan deretter korrigeres elektrisk ved å benytte "basislinjekorrigeringsteknikk". you to correct the error caused by the cathode's uneven sensitivity to light. This correction is made by adding to the appropriate places on the cathode light rays that are equal or have known differences, to create a standard value or "baseline". The known errors can then be corrected electrically using the "baseline correction technique".

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å frembringe et strålediffusjonsapparat som når det anbringes umiddelbart foran katoden i en elektron-multiplikator vil strålene fra alle lysstrålebunter som passerer gjennom diffusjonsapparatet fra dettes innløpsende fordeles jevnt og vil treffe det katodeareal jevnt som er dekket av apparatets utløpsende. Idet alle de homogent fordelte stråler fra de innfallende lysstrålebunter treffer samme areal av katoden homogent, vil det ikke være behov for å korrigere for forskjellig følsomhet på forskjellige steder på katoden. Derfor vil det ikke være behov for "basis-linjekorrigering". The purpose of the present invention is to produce a beam diffusion apparatus which, when placed immediately in front of the cathode in an electron multiplier, the rays from all light beam bundles that pass through the diffusion apparatus from its inlet end will be evenly distributed and will hit the cathode area evenly which is covered by the outlet end of the apparatus. As all the homogeneously distributed rays from the incident light beam bundles hit the same area of the cathode homogeneously, there will be no need to correct for different sensitivity at different places on the cathode. Therefore, there will be no need for "baseline correction".

Det henvises til tegningene hvor fig. 1 skjematisk viser et typisk spektrofotometer som generelt er likt det som er kjent fra US-patentskrift 3.787.121. Spektrofotometeret, i ut-førelsen med splittet stråle ifølge fig. 1, frembringer en målestrålebunt 24 og en referansestrålebunt 25, hvilke er tidsmessig atskilt som følge av virkningen av en dreiende, stråle-avbrytningsplate 28 utstyrt med speil med innsnitt. Målestrålen 24 passerer gjennom prøvemateriale i en prøvecelle 30 og re-feransestrålen 25 passerer gjennom en referansecelle 33, som inneholder referansemateriale og som er atskilt fra prøvecellen 30. Strålebuntene 24 og 25 føres ved hjelp av den reflekterende overflate på platen 28 og et faststående speil 32 gjennom de respektive celler 30, 33 til en elektron-multiplikator 31. Ifølge oppfinnelsen er det anordnet et strålebuntdiffusjons-apparat 50 i banen for strålebuntene 24, 25 mellom cellene 30, 33 og elektron-multiplikatoren 31. Reference is made to the drawings where fig. 1 schematically shows a typical spectrophotometer which is generally similar to that known from US patent 3,787,121. The spectrophotometer, in the version with a split beam according to fig. 1, produces a measurement beam bundle 24 and a reference beam bundle 25, which are temporally separated due to the action of a rotating beam-interrupting plate 28 equipped with a slotted mirror. The measuring beam 24 passes through sample material in a sample cell 30 and the reference beam 25 passes through a reference cell 33, which contains reference material and which is separated from the sample cell 30. The beam bundles 24 and 25 are guided by means of the reflecting surface of the plate 28 and a fixed mirror 32 through the respective cells 30, 33 to an electron multiplier 31. According to the invention, a beam diffusion device 50 is arranged in the path of the beam beams 24, 25 between the cells 30, 33 and the electron multiplier 31.

Som vist i fig. 2 og 3 omfatter diffusjonsapparatet en stort sett kanalinneholdende, opak hovedblokk 51 som er utstyrt med en opak, langsgående dekkplate 52 som på hensiktsmessig måte er festet til dens langsgående kanter slik at det avgrenses en stort sett kvadratisk, langsgående kanal med betydelig lengde. På innerveggen av kanalen er det fastklebet plane speil 53, As shown in fig. 2 and 3, the diffusion apparatus comprises a largely channel-containing, opaque main block 51 which is equipped with an opaque, longitudinal cover plate 52 which is suitably attached to its longitudinal edges so as to define a largely square, longitudinal channel of considerable length. On the inner wall of the channel, planar mirrors 53 are glued,

54, 55, og likeledes er det fastklebet et plant speil 56 på innerflaten av dekkplaten 52. Speilene 53-56 dekker hele arealet som er avgrenset av kanalen og dekkplaten 52. 54, 55, and likewise a flat mirror 56 is glued to the inner surface of the cover plate 52. The mirrors 53-56 cover the entire area bounded by the channel and the cover plate 52.

På blokkens 51 innløpsende (høyre ende i fig. 2) er det fastklebet en diffusjonsplate 57 av matt glass eller et annet egnet gjennomskinnelig, lysdiffunderende materiale, idet platen dekker hele kanalens innløpsareal. On the inlet end of the block 51 (right end in Fig. 2) a diffusion plate 57 of frosted glass or another suitable translucent, light-diffusing material is glued, the plate covering the entire inlet area of the channel.

Diffusjonskanalens tverrsnittsareal er tilstrekkelig tilThe cross-sectional area of the diffusion channel is sufficient for

å dekke hoveddelen av elektron-multiplikatorens katode 58 i fig. 2. to cover the main part of the electron multiplier cathode 58 in FIG. 2.

Diffusjonsapparatet 50 er anbrakt slik at utløpsenden av diffusjonskanalen befinner seg opptil og vender mot katoden 58 og slik at de atskilte måle- og referansestrålebunter 24, 25 mottas av diffusjonsplaten 57 i en stilling som bevirker spredning av strålebuntene og avgivelse av strålene i diffusjonskanalen under et uendelig antall vinkler. Strålene reflekteres i det indre av speilene 53-56 med et stort antall indre multip-pelrefleksjoner slik at ved kanalens utløpsende er strålene stort sett jevnt fordelt over kanalens tverrsnittsareal. Strålene fra de respektive strålebunter 24, 25 omdannes således til et respektivt jevnt belyst felt som tilføres til fotokatoden 58. I en typisk konstruksjon er kanalen ca 88,9 mm lang og ca The diffusion apparatus 50 is arranged so that the outlet end of the diffusion channel is located up to and faces the cathode 58 and so that the separated measurement and reference beam bundles 24, 25 are received by the diffusion plate 57 in a position which causes dispersion of the beam bundles and emission of the rays in the diffusion channel under an infinite number of angles. The rays are reflected in the interior of the mirrors 53-56 with a large number of internal multiple reflections so that at the outlet end of the channel the rays are largely evenly distributed over the cross-sectional area of the channel. The rays from the respective beam bundles 24, 25 are thus converted into a respective uniformly illuminated field which is supplied to the photocathode 58. In a typical construction, the channel is approx. 88.9 mm long and approx.

33 x 33 mm i tverrsnitt.33 x 33 mm in cross section.

Ifølge oppfinnelsen kan diffusjonskanalen ha vilkårlig ønsket tverrsnitt og også ha enhver annen ønsket tverrsnittsform enn kvadratisk eller rektangulær slik som beskrevet ovenfor. For eksempel kan tverrsnittsformen være sirkulær, og kan være dannet av et egnet rør med speilende innerside eller ved hjelp av en kvartssylinder med et belegg med en innovervendende speilflate (såsom et "lysrør" med et innovervendende speil-flatebelegg). Det kan også anvendes et antall tverrgående dif-fus jonsplater 57 med innbyrdes avstand i kanalens lengderetning. According to the invention, the diffusion channel can have any desired cross-section and also have any other desired cross-sectional shape than square or rectangular as described above. For example, the cross-sectional shape may be circular, and may be formed by a suitable tube with a specular inner surface or by means of a quartz cylinder with a coating with an inward-facing mirror surface (such as a "fluorescent tube" with an inward-facing mirror-surface coating). A number of transverse diffusion plates 57 spaced apart in the longitudinal direction of the channel can also be used.

Selv om det ovenfor er beskrevet en spesiell utførelses-form av diffusjonsapparatet for kompensering av ujevn følsomhet hos elektron-multiplikatorer, vil det forstås at fagfolk på området vil kunne foreta forskjellige modifikasjoner. Oppfinnelsen er derfor ikke begrenset på annen måte enn av det som er angitt i de etterfølgende krav. Although a particular embodiment of the diffusion apparatus for compensating uneven sensitivity in electron multipliers has been described above, it will be understood that experts in the field will be able to make various modifications. The invention is therefore not limited in any other way than by what is stated in the following claims.

Claims

1. Optical diffusion device, characterized in that it comprises an elongated light channel device with an inlet and an outlet end, a translucent diffusion device covering the inlet end of the channel device which is arranged to receive incoming optical beam bundles and spread these so that the rays in the beam bundles are introduced in channel

the device under a large number of different angles, as well as inward-facing mirror elements on the channel device's inner surface for internal reflection of the rays in the channel device and convergence in the form of a largely uniform illumination field at the outlet end of the channel device.

2. Diffusion device in accordance with claim 1, characterized in that the mirror means comprise an inward-facing mirror lining which is attached to and completely covers the light-limiting surface in the elongated channel device.

3. Diffusion device in accordance with claim 1, characterized in that the channel device has a polygonal cross-sectional shape and that the mirror members comprise flat mirror elements which are attached to and completely cover the inner surface of the oblong channel device.

4. Photometer, comprising an electron multiplier with a photocathode and an optical diffusion device, characterized in that the diffusion device comprises an elongated light channel device with an inlet and an outlet end where the outlet end is located up to and faces the photocathode, while the light channel device is equipped with an inwardly reflecting boundary surface and a translucent light diffusion device at the inlet end for receiving incoming optical beam bundles and for spreading the beam bundles so that the rays from these flow into the channel device at a large number of different angles and are reflected inside the channel device and thus brought together that a uniform illumination field is formed which impinges on the cathode.

5. Photometer in accordance with claim 4, characterized by devices for guiding the physically and temporally separated optical beam bundles to the translucent light diffusion device.

6. Photometer in accordance with claim 4, characterized in that the elongate channel device comprises an opaque, tubular body, and that the inwardly reflecting boundary surface comprises a mirror surface lining on the inner side of the tubular body.

7. Photometer in accordance with claim 6, characterized in that the translucent light diffusion device comprises a translucent diffusion plate which is attached to and covers the inlet end of the tubular body.

8. Photometer in accordance with claim 6, characterized in that the tubular body has a polygonal cross-sectional shape, and that the mirror surface lining comprises flat, inward-facing mirrors which are attached to and completely cover the inner surface of the tubular body.

9. Photometer in accordance with claim 4, in the form of a spectrophotometer with split beam bundles, characterized in that it is equipped with devices designed to form physically and temporally separated, optical measurement and reference beam bundles, and with devices to guide the separate beam bundles towards the photocathode, as well as with sample and reference cells in the measurement and reference beam bundles respectively.

10. Photometer in accordance with claim 9, characterized in that the separate measurement and reference beam bundles are largely parallel, and that the optical diffusion device is placed between the sample and reference cells and the electron multiplier largely flush with the measurement and reference beam bundles.