SE190817C1 - - Google Patents

Description

Uppfinnare: M Grosjean Prioritet begtird iron den 29 juni 1960 (Frankrike) Foreliggande uppfinning avser en registrerande apparat for 'matning av cirkular dikroism. Denna apparat kan sasom funktion av vaglangden registrera variationer av skillnaden mellan molekylarabsorptionskoeffieienterna for en dikroisk produkt for cirkulart polariserat vanstervridande ljus, eg, och for cirkulart polariserat hogervridande ljus, Uppmatningen av denna fysikaliska storhet fir av stort intresse f5r bestammande av strukturen av optiskt aktiva produkter, och den nyssnamnda metoden ãr myeket mera effektiv an den metod som utnyttjar dispersionsvridningen. Metodens utveckling har emellertid hittills hindrats genom de myeket stora experirnentella svarigheter som upptra.da vid bestantningar av detta slag. Uppfinningen har till syfte att astadkomma en. praktisk apparat, som tillater en snabb registrering (inom en tid av storleksordningen ett tiotal minuter) av en kurva som anger den cirkulara dikroismen, Eg—Ed, inom det ultravioletta och det synliga omrhdet.

Det är kant att en optisk aktiv produkt har olika egenskaper och olika absorption for cirkulart polariserat vanstervridande ljus resp. for cirkulart polariserat hagervridande ljus. Detta medfar dels en vridning av polarisationsplanet for planpolariserat ljus och dels att detta ljus inom absorptionszonen blir elliptiskt.

Metoderna far att mata den cirkulfira dikroismen ha nistan samtliga anvant det forhallandet, att vardena pa Ed och ed kunna erhallas ur den nyssnamnda elliptiskheten. Det är emellertid svart att pa lampligt och snabbt satt mata den pa dikroismen beroende ellipsen, eftersom.dennas avvikelse fran cirkeln fir rnycket ringa och aven helt forsvinner i den till- fälligai apparatens olika optiska .delar.

Uppfinningen bygger pa den cirkulara dikroismens grundegenskap, namligen den olika absorptionen for vanstervridande cirkulart polariserat ljus och far hogervridande cirkulart polariserat ljus. Den optiska anordningen be-star i princip av en intensiv ljuskalla, som stralar mom det ultravioletta och det synliga omradet, en monokromator med kvartsoptik, en. anordning som ger planpolariserat ljus, ett system som kan kallas for en polarisationsmodulator och som med frekvensea f medger onavandling av det planpolariserade Ifuset antingen till ett vanstervridande cirkulart polariserat ljus eller till ett hogervridande eirkulart polariserat ljus under successiv genomgang av mellanliggande elliptiskt polariserade former, en kuvett som innehaller den. aktiva losningen, och en kanslig fotomultiplikator.

.Det visar sig att den fran fotomultiplikatorn erhallna utsignalen utgares av en spanning, som innehaller en konstant komposant och en vaxelkomposant med frekvensen f. Den konstanta komposanten har formen KO.) v =+e— Ric) 2 och vaxelkomposanten har formen VA=KO0 (e—egct_e—eact)(cot)/ (2) 2 De ingiende storheterna ha foljande betydelser: 0„ det ratlinjigt polariserade monokromatiska ijusflodet K fotomultiplikatorns omvandlingskoeffident Ed, Ed molekylarabsorptionskoefficienterna; angivna som .exponenter av basen e C molekylarkoncentrationen (1) 2— — 1 vatskelosningens tjocklek I genomgangsriktningen f (wt) en funktion av frekvensen, med en form beroende ph den moduleringstyp som anvants = 271f.

Det är latt att ph elektronisk vag skilja de Edda kornposanterna frhn varandra.

Vaxelkomposanten farstarkes av en forstarhare, som utan distorsion slapper igenom frekvenser upp till aminstane 5 f, varefter en likriktning sker genom en helvaglikriktare synkront med matningsspanningen for systemet for den cirkulara polarisationen. Den likriktade signalen, vilken Or proportionell med e–Ego_ e–mo matas darefter till ingfingen i en registrerande anordning av potentiometertyp.

Likspanningen phlagges Over motstandselementet i den potentiometer som inghr i registreringsanordningen, sedan den bringats till symmetrisk form i avseende ph jord eller »gods», sh att potentiometerns mittpunkt kornmer att ha spanningen 0, under det att ytter- Vc punkterna ligga p. spanningen— resp. 2 — Vc/2.

Under dessa forhallanden Or visarutslaget i registreringsanordningen proportionellt med (6g-8a)C1 for smh. varden ph storheten (ggga)G1, och dikroismens tecken liar hven bibehallits.

Uppfinningen beskrives narmare i samband med bifogade ritningar. Fig. 1 visar sasom exempel en utfOringsform av uppfinningen, i schematisk framstallning. Fig. 2 Or ett kopplingsschema fOr matanordningen. Fig. 3 Or en schematisk vy av en modifikation av polarisationsmodulatorn. Fig. 4 visar en annan modifikation av polarisationsmodulatorn. Fig. 5 visar schernatigkt en tredje modifikation, som kan tillampas vid de i fig. 1 och 4 visade an.- ordningarna med fast polarisator.

Den i fig. 1 visade anordningen, som utgor ett exempel, anvandes en ljuskalla 1, som kan utgoras av en i vate eller argon brinnande ljusbage, som matas air en stabiliserad likstroms- Ljuset riktas medelst speglar mu1, m2 mot en ingangsspalt 2 i en monokromator 3, som har kvartsoptik och exempelvis utgOres av .den med Beckman DU betecknade typen, varvid axeln a i dispersionssystemet drives av en synkronmotor. En blandare 5 anligger mot en utgangsspalt 6 och tjanar som monokromatisk ljuskalla for den aterstaende delen av apparaten. Ljusstralarna fran denna kalla bringas att bli parallella med varandra genom en Has 7 av kvarts och gO darefter genom ett Rochon-prisma 8, hvenledes av kvarts. Det extraordinara stralknippet, fe, elimineras genom en blandare 9, som Or belagen ph lampligt shit, och den ordinara strhlen, f. gar genom en kristall 10, som r utskuren p0 lampligt &hit ur ett amne med Pockel-effekt (exempelvis en In onokristall av ammoniummonofosfat).

En vaxelspanning med en frekvens air 50-Hz palagges tvh metallelektroder 11, vilka Ore anbragta mot de hada sidorna av kristallplattan 10. I den riktning, i vilken ljusstralarna gh. genom plattan, uppstar harigenom en dubbelbrytning, vilken blir desto storre ju storre den palagda sphnningen Kristallplattan 10 Or monterad ph sadant satt, att huvudsnitten ligga i 45° vinkel mot det infallande ljusets f. polarisationsplan. Det planpolariserade ljuset kommer da att uppvisa en elliptisk form, som blir alltmera utpraglad under loppet av en period och slutar med eirkular polarisation, om spOnningens maximivarde Or raft installt. P0 grund av att Pockel-effekten beror ph det elektriska faltets riktning, erhalles successivt ljus som Or vanstervridande och ljus som Or hOgervridande.

Vid denna modulator kommer den i formeln (2) ingdende funktionen f (wt) att antaga for-men 60 sinwt, dar bo utgiir den genom kristallplattan ,erhallna fordrojningsvinkeln vid matningsgpanningens (exciteringsspanningens) rnaximala varde.

'Det p0 detta satt polariserade ljusknippet passerar darefter genom kuvetten 12, som innehaller den aktiva produkten. Kuvetten Or forsedd med plana och parallella sidor, vilka utgOras av kvartsplattor. Ljusknippet fallar slutligen ph en for ultravioletta strhlar Trans-Jig fotomultiplikator 13, exempelvis av typen 1 P 28. FotomultiplikatorrOret 13 efterfoljes av en likspfinningsforstarkare A. (se fig. 2), som utgor ett skiljesteg.

Vaxelspanningskomposanten V, med trekvensen f uttages frhn forstarkarens A. ,utgang och forstarkes av en forstarkare A, (se fig. 2) samt likriktas i en detektor A2 air helvaglikriktande och synkron typ, som matas i fas med den matningsspanning som palagges kristallplattan 10. Den detekterade sphnningen betecknas med Va.

Det anvanda detekteringssystemet tillater att fotomultiplikatorns storande brus kan nedbringas i storsta mojliga grad. For att man shall erhalla st8rsta mOjliga detektera.de signal Or det nodvandigt att utnyttj a en fordrojningsvinkel eller efterslapning 60, som Or stone On n/2. Till fOljd harav kommer man att vid maximal modulering overskrida en kvarts vh.glangd.

Den likspanningskomposant Vc, som uttages frail forstarkaren A0, bringas att ligga symmetriskt i forhallande till »gods» i en forstarkare As med stor negativ hterkoppling (innefattande ett katodfoljarsteg) oak palagges darefter p0 motstandselementet i en i registreringsanordningen E inghende potentiometer. Spanningen V ph potentiometerns rOrliga arm — —3 C jamfores med den detekterade spfinningen Vd. Den darvid erhallna skillnaden forstarkes i en forstarkare A4 och far paverka en motor M, farbunden med den rorliga armen C me-deist en transmission, som bildas av en linskiva p och en tunn lina c1, Aiken pft samma gang paverkar en skrivspets s i registreringsanordningen. Anordningen arbetar pa sadant satt att den nyssnamnda spanningsskillnaden praktiskt taget halles vid Harigenom kornmer fi5rhallandet mellan vaxelspanningskomposa.nten och likspanningskamposanten att upptecknas, och detta forhallande är proportionellt med (sg—sd)C1, om denna storhet dr mycket liten.

F8r att registreringsanordningen skall fungera pa ratt satt for alla vaglangder jamfores likspanningskamposanten vid forstarkarens Ao utgang (se fig. 2) ,med en fast spanning, och detta sker medelst en fOrstarkare A, som medelst en motor M2 (se fig. 1 och 2) paverkar spalterna 2 och 6 (se fig. 1) i monokromatorn pa sadant salt att likspanningskomposanten bibehalles konstant.

Storheten O. bibehalles vidare konstant inom den a-vsedda delen av ljusspektret genom reglering av den vaxelspanning som palagges modulatorn 10-11 enligt en funktion av Vaglangden, och detta utfores med tillhj alp av en spanningsregulator 14 (fig. 1), som ar kopplad till axeln ph den motor 4, som driver monokromatorn 3.

Den nu beskrivna anordningen medger registrering eller uppteckning av dikroismen Mom det synliga och det ultravioletta omradet.

Vid en i fig. 3 visad modifikation har den med en kristall arbetande modulatorn ersatts av en anordning med ett polariserande prisma 15, som vrider sig med en frekvens av f/2, och ett Fresnel-prisma av kvartsvagtyp och utfort av kvarts. Polarisationsplanet for det ljus som faller pa Fresnel-prismat antar successivt, under lappet av en period, alla riktningar, och det frail prismat utgfiende ljuset gar fran hogervridande cirkulart polariserat ljus Over alla grader av elliptiskhet till vanstervridande cirkulart polariserat ljus under ett kvarts vary. Den i formeln (2) ingaende funktionen f (wt) fir lika med cot. Av rent mekaniska skal är frekvensen f mycket lagre an vid den foregaende anordningen och ligger i narheten av 20 Hz, vilket motsvarar 10 vary per sekund av polarisatorn.

Vid en andra modifikation (se fig. 1) fir polarisatorn 8 fast, men det planpolariserade ljuset gar genom ett magnetooptiskt system 17, 18, som har Faraday-effekt, innan det gar genom Fresnel-prismat 16. Det magnetoop tiska systemet tillater att ljusets polarisationsplan svanger omkring ett medellage med en vinkel ao = + 45°. Det bestar av en kuvett 18 med sidor, som fir genomtrangliga for ultraviolett ljus, och kuvetten ar fylld med en lamplig vitska, som aven slapper igenom ultraviolett straining, och är placerad langs axeln i en spole 17, genom vilken en vaxelstrom med frekvensen f passerar. Utan strommatning av spolen 17 installes polarisatorn pa sadant satt, att polarisationsplanet ar parallellt med en neutrallinje i Fresnelinismat 16. Vid lamplig installning av stromstyrkan kommer en Over-gang frail vanstervridande ljus till hogervridenda ljus att ske mom en halv period. Den aterstaende delen av anlaggningen är lika med den forut beskrivna. Den i formeln (2) angivna funktionen f (wt) har formen 2a0sinwt.

Det fait som spolen 17 skall lamna är mycket kraftigt och ,det ar darfor nodvandigt att en mycket kraftig kylning av spolen sker.

En tredje modifikation visas i fig. 5 och kan tillampas vid sadana anordningar som ha en. fast polarisator, d. v. s. sadana som visas i fig. 1 och 4, och harvid placeras mellan polarisatarn och moduleringssystemet 10, 11 en magnetooptisk cell 19, 20 av Faraday-typ och en polarisator 21, vars polarisationsplan ligger i 0 vinkel mot den fiirsta polarisatorns polarisationsplan. Den for Faraday-cellen erforderliga spolen 20 matas med lflmplig vaxelstrom och lamnar efter forstarkning fotosignalens vaxelspanningskomposant. Str8mmens faslage valj es pa sadant salt, att vridningen air polarisationsplanet genom den magnetooptiska cellen astadkommer en variation av frail den andra polarisatorns utgang som flr lika stor och liar samma tecken som det som harror fran dikroismen i lOsningen, nar forstarkningsfaktorn for den forstarkare som forbinder Faraday-strommen med fotocellens utgangsvaxelspanning är tillrackligt stor .for att den sistnamnda vid jamvikt skall kunna anses Tara praktiskt taget lika med noll.

Under dessa forhallanden visar det sig att for sma varden pa storheten (sg—sd),G1 strommen genom spolen 20 am proportionell med den cirkulara dikroismen. Derma strom omvandlas till spanning genom att ledas genom ett motstand 22, varefter den uppkomna och med storheten (8.—s.) Cl proportionella spanningen likriktas i en synkron likriktare 23 och darefter upptecknas genom anvandande av en skrivande voltmeter av kand typ.

Claims (8)

Patentansprak:

1. Apparat for att mata cirkular dikroism hos ett optiskt aktivt amne, kannetecknad av att apparaten amfattar en ljuskalla (1), en anordning (3) for att omvandla ljuset till en monokromatisk strale med varierande vaglangd, en polarisator (8, 15) for att polarisera denna strale, en andra anordning (10, 11) far att modulera stralens polarisering och vaxelvis astadkomma en vanstervridande polariserad strale och en hogervridande polariserad straie, en for astadkommande av en direkt 4— — elektrooptisk bestamning av skillnaden mellan amnets absorption vid hager- resp. vanstervridande polariserat ljus tredje anordning (13), vilken omfattar ett fotoelektriskt organ (13) for bestdmning av ljusstrdlens intensitet efter passage genom amnet, saint ett registrerande system, som är reglerbart medelst den tredje anordningen for att registrera namnda skillnad mellan absorptionen av hager- resp. vanstervridande polariserat ljus sasom en funktion av dess vaglangd.

2. Apparat enligt patentanspriket 1, khnnetecknad darav, att det fotoelektriska organet utgares av en fotomultiplikator (13).

3. Apparat enligt patentanspraket 1 eller 2, kann.etecknad ddrav, att anordningen (3) for att omvandla ljuset fran ljuskallan (1) till en monokromatisk strdle som omfattar en optisk, monokromatisk anordning av kvarts oiler med ett gitter.

4. Apparat enligt patentansprdken 1-3, kannetecknad darav, att moduleringsanordningen (10, 11) har Pockel-effekt .och Sr pdverkbar medelst vaxelstrom.

5. Apparat enligt nagot av patentanspraken 1-3, kannetecknad av att moduleringsanordningen for ljusstrdlen innefattar en roterande polarisator (15) och ett Fresnel-pris:ma.

6. Apparat enligt nagot av patentanspraken 1-3, lannetecknad av moduleringsanordningen omfattande ett Fresnel-prisma (16) och en magneto-optisk Faraday-cell (17, 18).

7. Apparat enligt nagot av patentanspraken 1-5, kannetecknad av att den tredje anordningen (13) omfattar organ for att separera en vaxelspanningskomposant pa det fotoelektriska organets (13) utgdende sida frAn en likspanningskomposant, anordningar for att forstdrka och likrikta vdxelspanningskomposanten samt en anordning far jamforande mat-fling air den likriktade komposanten och namnda likspanningskomposant.

8. Apparat enligt patentanspraket 7, kannetecknad av att anordningen (3) far alstring a-v den monokromatiska stralen Sr forsedd med spalter, vilka dro reglerbara medelst en servomekanism, som arbetar i beroende av spanningsskillnaden mellan likspanningskomposanten och en standardspinning, varvid likspdnningskomposanten halles konstant. Anforda publikationer: