DE1497549B2 - Zweistrahl-Spektralphotometer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Zweistrahl-Spektralphotometer enthaltend eine Lichtquelle, ein optisches System zur Erzeugung eines von der Lichtquelle ausgehenden Lichtbündels, einen Detektor, einen Probenstrahlengang und einen Referenzstrahlengang, einen ersten umlaufenden Strahlenumschalter, durch welchen das Lichtbündel in vorgegebener zyklischer Folge auf den Proben- und den Referenzstrahlengang geleitet wird, einen zweiten umlaufenden Strahlenumschalter, durch welchen in vorgegebener zyklischer Folge Licht aus dem Proben- und aus dem Referenzstrahlengang auf den Detektor geleitet wird, eine Demodulatoranordnung zur Trennung der gegeneinander phasenverschobenen, von Proben- und Referenzstrahlengang herrührenden Detektorsignal-

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anteile und Signalverarbeitungsmittel zur Bildung ein Signal mit praktisch nur einer Frequenz, dessen einer Ausgangsinformation als Funktion des Verhält- Phase von dem gesuchten Verhältnis S/R abhängt, nisses der Intensitäten des von der besagten Licht- Durch phasenempfindlich mit zwei um 90° gegenquelle ausgehend über Proben- bzw. Referenzstrah- einander versetzten Steuersignalen gesteuerte Demolengang geleiteten Lichtbündels. 5 dulatoren können die vom Proben- und vom Refe-B ei der einfachsten Form eines Zweistrahl-Spek- renzstrahlengang herrührenden Signalanteile getrennt tralphotometers wird Licht von einer Lichtquelle in werden. Die um eine Viertelperiode phasenverschozwei Lichtbündel aufgespalten, die über einen Pro- bene Unterbrechung der Lichtbündel im Proben- und ben- und einen Referenzstrahlengang geleitet und Referenzstrahlengang schließt aber aus, daß die durch einen Strahlenumschalter abwechselnd mit ¹⁰ Lichtbündel mit voller Apertur in einem gemeinsavoller Apertur auf einen photoelektrischen Detektor men auf den Detektor fallenden Strahlengang vergeleitet werden. Der Detektor liefert dann ein Wech- einigt werden, da sich die Lichtbündel aus Probenselsignal, dessen Amplitude proportional der Diffe- und Referenzstrahlengang zeitlich überlappen. Es renz der am Detektor wirksamen Intensitäten der wird daher bei dieser bekannten Anordnung mit über den Probenstrahlengang bzw. den Referenz- ^l5 einer geometrisch geteilten Apertur gearbeitet, was strahlengang geleiteten Lichtbündel ist und welches offensichtlich erhebliche Probleme mit sich bringt, eine von zwei um 180° gegeneinander versetzten Während durch das Zweistrahl-Meßverfahren, sei es Phasen aufweist, je nachdem, welche der beiden In- mit optischem Abgleich, sei es mit elektrischer Quotensitäten die größere ist. Dieses Signal wird benutzt, tientenbildung, Änderungen der Lichtquellenintensium einen Stellmotor zu steuern, der einen veränder- ^ao tat oder Änderungen der Detektorempfindlichkeit baren Bündelabschwächer in den Referenzstrahlen- kompensiert werden und keinen Einfluß auf die Ausgang derart hineinbewegt, daß die Intensitäten der gangsinformation haben, ist das Zweistrahl-Meßverbeiden Lichtbündel gleich gemacht werden und das fahren in der bekannten Form nicht in der Lage, Stö-Wechselsignal am Detektor verschwindet. Die Stel- rungen der Messung auszugleichen, die in der Probe lung des Bündelabschwächers ist dann ein Maß für ²⁵ bzw. einem Referenzmaterial selbst oder in dem Prodas Verhältnis der Absorptionen, die das Lichtbün- ben- bzw. Referenzstrahlengang ihren Ursprung hadel im Proben- bzw. im Referenzstrahlengang er- ben. Das ist beispielsweise die Probeneigenstrahlung, fährt. d. h. Strahlung, die von der Probe selbst emittiert Ein solcher »optischer Abgleich« erfordert einen wird und zusammen mit dem von der Lichtquelle Eingriff in den optischen Strahlengang, wobei die ³° über den Probenstrahlengang auf den Detektor fal-Genauigkeit der Anzeige von dem genauen Arbeiten lenden Lichtbündel auf den Detektor gelangt. Es des Bündelabschwächers abhängt. Es ist daher be- kann sich aber auch um Strahlung handeln, die z. B. kannt, die vom Detektor erhaltenen Signalanteile, die von optischen Gliedern im Proben- oder Referenzden Intensitäten von Proben- und Ref erenzlichtbün- strahlengang ausgesandt wird.

del entsprechen, mit einer geeigneten Signalverarbei- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein tungsschaltung unmittelbar zur Bestimmung des In- Zweistrahl-Spektralphotometer der eingangs erwähntensitätsverhältnisses zu vergleichen. ten Art so auszubilden, daß eine Korrektur hinsicht-Bei einer bekannten Anordnung dieser Art sind lieh derjenigen Signalanteile erfolgt, die nicht durch die Strahlenumschalter, durch welche das von der Absorption der von der besagten Lichtquelle in der Lichtquelle ausgehende Lichtbündel zwischen Pro- Probe oder einem Referenzmaterial hervorgerufen ben- und Referenzstrahlenbündel umschaltbar und sind aber trotzdem in der Probe oder dem Referenzdanach entsprechend Proben- und Referenzstrahlen- material und/oder in den optischen Gliedern des Progang zu einem gemeinsamen auf den Detektor gelei- ben- bzw. Referenzstrahlenganges ihren Ursprung teten Strahlengang vereinigt werden, so ausgebildet, ₄- haben.

daß der Detektor Strahlung in der Aufeinanderfolge Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch geProbe-Lücke-Referenz-Lücke erhält. Das führt, zu löst, daß die Strahlenumschalter dafür eingerichtet einem Ausgangssignal des Detektors mit der Grund- sind, nur während zweier Viertelperioden das von frequenz der Bündelumschaltung proportional zu der der Lichtquelle ausgehende Lichtbündel einmal über Differenz S-R der im Probenstrahlengang und der ₅₀ den Proben- und einmal über den Ref erenzstrahlenim Referenzstrahlengang durchgelassenen Bündelin- gang auf den Detektor zu leiten, daß während zweier tensitäten. Das Ausgangssignal des Detektors enthält weiterer Viertelperioden der zweite Strahlenumschalweiterhin eine Komponente von der doppelten ter einmal Strahlung aus dem Probenstrahlengang Grundfrequenz, die proportional zu der Summe der und einmal Strahlung aus dem Referenzstrahlengang durchgelassenen Bündelintensitäten S + R ist. Durch ₅₅ auf den Detektor leitet, und der erste Strahlenumgeeignete elektrische Verarbeitung dieser Ausgangs- schalter gleichzeitig das besagte Lichtbündel wenigsignale bei den beiden Frequenzen kann man das ge- stens gegen den jeweils beobachteten Strahlengang suchte Verhältnis der Bündelintensitäten und damit abdeckt, und daß die Demodulatoranordnung und z. B. der Durchlässigkeiten einer im Probenstrahlen- Signalverarbeitungsmittel zur Korrektur der Ausgang angeordneten Probe und eines im Referenz- 6o gangsinformation hinsichtlich der Strahlung eingestrahlengang angeordneten Referenzmaterials bilden. richtet sind, die aus Proben- bzw. Referenzstrahlen-Dieses Verfahren ist kompliziert und ungenau. gang auf den Detektor gelangt, wenn das besagte Es ist daher bekannt (S a ν i t ζ k y und H a 1 f ο r d Lichtbündel durch den ersten Strahlenumschalter abin »Review of Scientific Instruments«, März 1950), gedeckt ist.

Proben- und Referenzstrahlenbündel, die auf einen 65 Nach der Erfindung werden also während zweier

gemeinsamen Detektor fallen, mit gleicher Frequenz- Viertelperioden Proben- und Referenzstrahlengang

aber eine Viertelperiode gegeneinander phasenver- bei abgedecktem Lichtbündel von der Lichtquelle

schoben zu unterbrechen. Der Detektor liefert dann beobachtet, so daß während dieser Viertelperioden

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ein ζ. B. der Probeneigenstrahlung bzw. der Refe- lässig und nichtreflektierend sind und die Strahlung

renzmaterialeigenstrahlung entsprechendes Signaini- in keinen der Strahlengänge gelangen lassen. Auf

veau am Detektor entsteht und bei der Signalauswer- diese Weise wird während zweier Viertelperioden das

tung in geeigneter Weise berücksichtigt werden kann. Lichtbündel durch den ersten Strahlenumschalter

Dabei kann eine einfache Trennung der von Pro- 5 vollständig abgedeckt. Das ist insofern vorteilhaft,

ben- und Referenzstrahlengang herrührenden Signal- als Probe und Referenzmaterial nicht mehr als not-

anteile durch phasenempfindliche Demodulation wendig von dem Lichtbündel beaufschlagt und damit

ohne Teilung der Apertur und mit günstigem Si- erwärmt werden. Wenn dieses Problem nicht so kri-

gnal-zu-Rausch-Verhältnis dadurch erreicht werden, tisch ist, kann der erste Strahlenumschalter ein von daß der erste Strahlenumschalter das von der Licht- ^l0 dem Lichtbündel unter einem Winkel getroffener,

quelle ausgehende Lichtbündel in einer ersten und auf 180° verspiegelter und auf 180° durchlässiger

einer zweiten Viertelperiode, die unmittelbar aufein- Sektorspiegel sein. In beiden Fällen kann der zweite

anderfolgen, auf Proben- und Referenzstrahlengang Strahlenumschalter ein in einem Schnittpunkt von

lenkt, daß der zweite Strahlenumschalter im gleichen Proben- und Referenzstrahlengang und in der Sym-Takt viertelperiodenweise abwechselnd die Bündel ¹S metrieebene derselben angeordneter Sektorspiegel

aus Proben- bzw. Referenzstrahlengang mit voller mit abwechselnd verspiegelten und nicht verspiegel-

Apertur längs eines gemeinsamen Strahlenganges auf ten Sektoren sein, der mit der doppelten Frequenz

den Detektor leitet, daß der erste Strahlenumschalter des ersten Strahlenumschalters wechselt. Vorteilhaf-

während der an die erste und die zweite Viertelpe- terweise sind der erste und der zweite Strahlenum-

riode anschließenden beiden Viertelperioden das be- ^ao schalter radial gegeneinander versetzte Teile einer

sagte Lichtbündel wenigstens gegen den jeweils über gemeinsamen rotierenden Scheibe,

den zweiten Strahlenumschalter beobachteten Strah- Die Erfindung ist nachstehend an Ausführungsbei-

lengang abdeckt und daß die Demodulatorschaltung spielen unter Bezugnahme auf die zugehörigen

ein Paar von gesteuerten Demodulatoren enthält, die Zeichnungen näher erläutert:

mit 90° Phasenverschiebung zueinander und pha- ²$ F i g. 1 zeigt den Strahlengang der beiden Bündel

sengleich mit den aus Proben bzw. Referenzstrahlen- durch das Gerät;

gang herrührenden Signalanteilen gesteuert sind. F i g. 2 zeigt eine bevorzugte Form eines ersten

Wenn dann die durch die Probe von der Licht- Strahlenumschalters wie er bei dem optischen System

quelle hindurchtretende Strahlung mitS bezeichnet von Fig. 1 zur Erzeugung der beiden Bündel benutzt

wird und alle von der Probe auf den Detektor fal- ³° wird;

lende Probeneigenstrahlung mit S₀, und wenn die F i g. 3 zeigt einen zweiten Strahlenumschalter zur

entsprechende Strahlung für den Referenzstrahlen- Wiedervereinigung der beiden Bündel;

gang mit R und R₀ bezeichnet wird, dann ist die Auf- F ig. 4 zeigt einen kombinierten Strahlenumschal-

einanderfolge der auf den Detektor gelangenden ter zur Verwendung in einer Abwandlung des opti-

Strahlung für die vier Viertelperioden: S + S₀, sehen Systems von Fig. 1;

R + R₀, S₀, R₀. Die Signale S und R treten dabei in Fig. 5 bis 8 sind Signaldarstellungen, welche die

benachbarten Viertelperioden einer vollständigen Pe- Signale aus dem Detektor von den beiden Bündeln

riode auf, bilden also zwei um 90° gegeneinander und deren Kombination darstellen;

phasenverschobene Signale, so daß an dem Ausgang Fig. 9 bis 11 sind zum Vergleich dienende Signal-

des einen Demodulators ein Signal entsprechend S darstellungen für ein anderes System;

und an dem Ausgang des anderen Demodulators ein Fig. 12 zeigt Signalverarbeitungsmittel, die bei der

Signal entsprechend R auftritt, während die S₀- und Erfindung anwendbar sind.

R₀-Anteile keine Komponente mit der Grundfre- In F i g. 1 wird Strahlung von einer Infrarot-Strahquenz aufweisen und daher bei der Demodulation· ₄₅ lungsquelle S mittels Spiegeln 1, 2,3 und 4 und 5 auf unterdrückt werden. einem rotierenden Strahlenumschalter 6 gesammelt, Die Signalverarbeitungsmittel können dann eine der in F i g. 2 in vergrößertem Maßstab gezeigt ist. von Ausgangssignalen der Demodulatoranordnung Wie man aus dieser Figur ersehen kann, ist der beaufschlagte Quotientenbildnerschaltung sein. Diese Strahlenumschalter 6 eine Scheibe mit einem durchkann beispielsweise so aufgebaut sein, daß an den ₅₀ sichtigen Quadranten 10, einem reflektierenden Eingängen eines Differenzverstärkers der Ausgangs- Quadranten 11 und zwei aufeinanderfolgenden Quaspannung des einen Demodulators die am Abgriff dranten 12, die geschwärzt sind und Strahlung weder eines Potentiometers abgegriffene Teilspannung der durchlassen noch in nennenswertem Maße reflektie-Ausgangsspannung des anderen Demodulators ent- ren.

gegengeschaltet ist und daß vom Ausgang des Diffe- ₅₅ Wenn die Strahlung von dem Spiegel S auf den renzverstärkers ein Stellmotor zur Verstellung des durchsichtigen Quadranten 10 fällt, geht sie gerade Potentiometerabgriffs gesteuert ist. hindurch und von dort über weitere Spiegel 17, 18, Die Strahlenumschalter können zur Erzielung der 19 und 20 auf einen rotierenden Strahlenumschalter angestrebten Wirkung auf verschiedene Weise aufge- 21. Wenn die Strahlung vom Spiegel 5 auf den rebaut sein. 6o flektierenden Quadranten 11 des Strahlenumschal-Eine Möglichkeit besteht darin, daß der erste ters 6 fällt, wird sie reflektiert und gelangt über Spie-Strahlenumschalter eine von dem Lichtbündel unter gel 17', 18', 19' und 20' auch auf den Strahlenumeinem Winkel getroffene umlaufende Scheibe mit schalter 21, und zwar von der entgegengesetzten einer Folge gleicher Sektoren ist, von denen einer Seite wie das vorherige Teilbündel. Eine Probe, dedurchlässig ist und den Durchtritt des Lichtbündels 65 ren charakteristische Strahlungsabsorption gemessen in einen Strahlengang gestattet, ein anderer reflektie- werden soll, wird normalerweise bei 25 angeordnet, rend ist und das Lichtbündel in den anderen Strah- während ein Referenzmaterial in dem anderen Teillengang reflektiert, und zwei Sektoren lichtundurch- bündel bei 26 angeordnet werden kann. Wenn der

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rotierende Strahlenumschalter6 in einer solchen oder beide der Fig. 3, kann dies· durch geeignete Winkellage ist, daß die Strahlung .von dem Spiegel 5 Wahl der relativen Umlaufgeschwindigkeiten und der auf den einen oder den anderen der Quadranten 12 Winkelausdehnung der jeweiligen Sektoren erreicht fällt, gelangt keine Strahlung von der Strahlungs- werden, beispielsweise auch durch Verwendung eines quelle auf den einen oder den anderen der beiden 5 die Bündel vereinigenden Strahlenumschalters, der in oben beschriebenen Strahlengänge. Während dieser abwechselnd durchlässige und reflektierende Quabeiden Zeitabschnitte der betriebsmäßigen Aufein- dranten unterteilt ist, in welchem Falle die Umlaufanderfolge ist daher die einzige Strahlung, die auf die geschwindigkeit die gleiche sein müßte wie die des Vorrichtung 21 fällt, die Eigenstrahlung, die längs Strahlenumschalters 6. Eine andere Möglichkeit ist in der Strahlengänge der beiden Bündel läuft und von ¹⁰ F i g. 4 dargestellt, in welcher die beiden Strahlenumden verschiedenen Bauteilen längs des Strahlengan- schalter zu einem einzigen Teil vereinigt sind. Der ges einschließlich der Probe 25 und gegebenenfalls äußere Bereich dieses Teiles bildet die den ersten, des Referenzmaterials 26 herrührt. bündelteilenden Strahlenumschalter und enthält Der Strahlenumschalter 21 ist in F i g. 3 dargestellt einen reflektierenden Sektor 48 und einen durchlässi- und besteht, wie man sieht, aus einer Scheibe mit *5 gen Sektor 49. Der innere Bereich bildet den zweiten, einem durchsichtigen Halbkreis 30 und einem reflek- bündelvereinigenden Strahlenumschalter und weist tierenden Halbkreis 31, so daß die Strahlung aus den zwei gegenüberliegende Sektoren 50 und zwei gegenbeiden Bündeln abwechselnd auf den Rest des opti- überliegende durchlässige Sektoren 51 auf. Da die sehen Strahlenganges gelangt. Der Strahlenumschal- Sektoren 50 und 51 nur die halbe Winkelausdehnung ter 21 wird mit der doppelten Frequenz des Strahlen- ^ao haben wie die Sektoren 48 und 49, wechselt der Umschalters 6 angetrieben, so daß einer der beiden zweite Strahlenumschalter mit der doppelten Fre-Halbkreise im wesentlichen gleichzeitig mit jeweils quenz des ersten Strahlenumschalters, wie es auch einem der vier Quadranten des Strahlenumschalters 6 notwendig ist. Um eine kombinierte Vorrichtung diewirksam wird. Dementsprechend wird die Strahlung ser Art benutzen zu können, ist es notwendig, die in während des ersten der vier Viertelperioden des Ar- ²⁵ F i g. 1 gezeigten optischen Strahlengänge, beispielsbeitszyklus des Strahlenumschalters 6, wenn sie weise durch Kürzen der das Proben- und Referenzdurch die Probe 25 hindurchtritt, zusammen mit aller material enthaltenden Teile der Strahlengänge, so an-Eigenstrahlung aus dem Probenstrahlengang durch zupassen, daß die Teile der Strahlengänge, welche den Strahlenumschalter 21 hindurchgelassen und ge- durch die Strahlenumschalter 6 und 21 gehen würlangt zu dem Rest des optischen Strahlenganges. In ³° den, dicht nebeneinander gebracht werden, so daß der nächsten Viertelperiode, wenn die Strahlung den sie durch die inneren und äußeren Bereiche des kom-Referenzstrahlengang durchläuft, wird sie von dem binierten Strahlenumschalters gehen. Strahlenumschalter 21 reflektiert und läuft zusam- Mittels des beschriebenen optischen Systems erhält men mit aller Eigenstrahlung aus dem Referenzstrah- der Detektor 41 Strahlung in einer Aufeinanderfolge lengang durch den Rest des optischen Strahlengan- ³⁵ S + S₀, R + R₀, S₀ und R₀, wenn man die gleiche ges. In den letzten beiden Viertelperioden, wenn die Terminologie benutzt wie vorher. Der Effekt davon Eigenstrahlung allein durch die beiden Strahlengänge ist in den F i g. 5 bis 8 dargestellt, läuft, wird sie auch von dem Strahlenumschalter 21 F i g. 5 zeigt das gesamte Signal, das man von dem weitergeleitet und, je nachdem, ob der durchsichtige Detektor 41 ohne Probe oder Referenzmaterial erHalbkreis 30 oder der reflektierende Halbkreis 31 hält. F i g. 6 zeigt das Signal, das man von dem Refewirksam ist, wird die Eigenstrahlung aus dem Pro- renzstrahlengang allein erhält. F i g. 7 zeigt das Sibenstrahlengang oder dem Referenzstrahlengang auf gnal, das man von dem Referenzstrahlengang allein den Detektor geleitet. erhält. Schließlich zeigt Fig· 8 das Signal, das man

Die Strahlung gelangt von der Vorrichtung 21 zu ., von dem Probenstrahlengang allein bei der Durchläseinem Spiegel 32 und dann über weitere Spiegel 33, sigkeit Null der Probe erhält. Die erzielten Vorteile 34 und 35 zum Eingangsspalt 36 eines Monochroma- versteht man am besten aus einem Vergleich mit den tors, der generell mit 37 bezeichnet ist. Nach Verlas- Ergebnissen von Fig. 9 bis 11, welche den Effekt sen des Austrittsspaltes 38 des Monochromators tritt darstellen, der sich mit einem obenerwähnten System die Strahlung durch Filter 39 und wird von einem ₅₀ ergibt, wie es von Savitzky und Haiford beSpiegel 40 auf einen Detektor 41 geleitet. Der Detek- schrieben wurde. Bei diesem System sind die jeweilitor ist ein temperaturempfindlicher Detektor, bei- gen Signale gegeneinander 90° phasenverschoben, spielsweise ein Thermoelement oder eine Golayzelle, aber da jedes sich über eine halbe Periode erstreckt, wie sie in der USA.-Patentschrift 2 557 096 beschrie- ergibt sich eine Überlappung von einer Viertelpeben ist. Obwohl der Monochromator als Gittermono- ₅₅ riode. Wenn man F i g. 5 bis 8 betrachtet, so sieht chromator nach Ebert dargestellt ist, kann er jede man, daß, wie schon erwähnt wurde, die Signale S₀ gebräuchliche andere Form annehmen und kann so- und R₀ keine Komponente mit der Grundfrequenz gar durch ein oder mehrere Filter ersetzt werden. ergeben,-auch wenn sich eine Komponente mit dem Der Strahlenumschalter 6 wird vorzugsweise mit doppelten dieser Frequenz ergibt. Diese Figuren maeiner Frequenz von 13 Hertz angetrieben, und der 6o chen es auch klar, daß die beiden der Probe und dem Strahlenumschalter 21 muß mit genau dem Doppel- Bezugsmaterial entsprechenden Signale, wie schon ten dieser Frequenz, d. h. 26 Hertz, angetrieben wer- erwähnt, 90° gegeneinander phasenverschoben sind, den. Vergleicht man die aus den F i g. 5 bis 8 erhaltenen

Allgemein ausgedrückt ist das Erfordernis, daß die Ergebnisse mit denen von Fig. 9 bis 11, so sieht Wechselgeschwindigkeit des zweiten Strahlenum- 65 man, daß bei dem System nach der Erfindung ein Si-

schalters 21 doppelt so groß sein sollte wie die des gnal mit der Amplitude »1« und einem Tastzeit-

ersten Strahlenumschalters 6. Ob nun die beiden verhältnis 1: 3 auftritt, während sich bei dem System

Vorrichtungen der Fig. 2 bzw. Fig. 3 entsprechen der Fig. 9 bis 11 eine Amplitude V2 und ein Tast-

Zeitverhältnis 1:1 ergibt. Nimmt man die Fourierkomponente dieser Signale mit der Grundfrequenz/, so läßt sich zeigen, daß bei dem System nach der Erfindung die Amplitude um Yl größer ist als bei dem ursprünglichen Savitzky-Hartford-System. Da die Amplitude irgendwelchen Rauschens in den beiden Fällen die gleiche sein sollte, ergibt das neue erfindungsgemäße System eine Verbesserung von Yl im Signal-zu-Rausch-Verhältnis gegenüber dem vorherigen System.

Wie vorher erwähnt, erfordert das Ausgangssignal 41 eine weitere Verarbeitung, um eine Anzeige des Intensitätsverhältnisses der beiden Bündel zu ergeben. Fig. 12 zeigt ein für diesen Zweck geeignetes Demodulatorsystem. Wie in dieser Figur gezeigt ist, wird das verstärkte Ausgangssignal vom Detektor 41 erstens einem Schleifring 60 zugeführt, der mit einem Segment 61 eines Kommutators 62 verbunden ist. Zusätzlich wird das verstärkte Ausgangssignal einer Phasenumkehrstufe 63 zugeführt, welche ihrerseits einen Schleifring 67 speist, der mit einem Segment 68 eines Kommutators 69 verbunden ist. Die beiden Kommutatoren 62 und 69 sind mit einem Strahlenumschalter, äquivalent dem Strahlenumschalter 6, drehbar verbunden. Dieser ist mit 6 A bezeichnet, da er nicht der Darstellung von F i g. 2 entspricht, weil er keine abdeckenden Quadranten 12 aufweist. Die Kommutatoren sind voneinander isoliert und so gelagert, daß die Segmente, wie dargestellt, gegenphasig angeordnet sind. Der Strahlenumschalter 21 ist in dieser Figur nur dargestellt, um die mechanische Phasenlage in einem herausgegriffenen Moment zu zeigen. Wie oben beschrieben, wird er mittels eines nicht dargestellten Antriebes mit der doppelten Geschwindigkeit der Vorrichtung 6 A angetrieben.

Mit den Kommutatoren 62 und 69 wirken Paare von Bürsten 72 und 73 bzw. 74 und 75 zusammen, und eine Bürste jedes Paares ist mit der entsprechenden Bürste des anderen Paares verbunden. Der Zweck der Kommutatoren und der zugehörigen Bürsten ist es, eine phasenempfindliche Gleichrichtung mit einer 90° Phasenverschiebung zu schaffen, d.h. eine Gleichrichtung und Trennung der beiden am Ausgang des Detektors 41 auftretenden, 90° gegeneinander phasenverschobenen Signale zu bewirken. Infolgedessen erscheint das getrennte und gleichgerichtete Bezugssignal an einer Leitung 78, und das getrennte und gleichgerichtete Probensignal erscheint an einer Leitung 79.

Die Leitung 78 ist mit einem Integrator, bestehend aus einem Widerstand 80 und einem Kondensator 82, verbunden. In ähnlicher Weise ist die Leitung 79 mit einem Integrator, bestehend aus einem Widerstand 84

ίο und einem Kondensator 85, verbunden. Die Kondensatoren 82 und 85 haben einen gemeinsamen Erdpunkt 86. An dem Kondensator 82 liegt ein Potentiometer 88, und an dem Kondensator 85 liegt ein Widerstand 89. Der Schleifer 90 des Potentiometers 88 wird als eine Eingangsklemme eines Schreiberverstärkers 91 benutzt, und das untere Ende des Widerstandes 89 wird an die andere Eingangsklemme dieses Schreiberverstärkers gelegt. Der Ausgang des Schreiberverstärkers 91 steuert einen Stellmotor 92, der den Schleifer 90 verstellt, bis der Ausgleichspunkt erreicht wird, wobei die Stellung des Schleifers 90 dann das Verhältnis der integrierten Signale an- ~ gibt. Der Schleifer ist am oberen Ende des Potentio- ( * meters, wenn die Probe eine Durchlässigkeit von 100 °/o hat, und am unteren Ende bei 0 °/o Durchlässigkeit.

Die Beschreibung des Demodulatorsystems wurde nur der Vollständigkeit halber aufgenommen als vereinfachte Form eines typischen Systems, das für die^:

sen Zweck benutzt werden kann.

Ein System nach der Erfindung hat zusätzlich zu den schon beschriebenen die folgenden Vorteile: Jedes der beiden Teilbündel benutzt die volle Apertur des Spektralphotometers und folgt somit dem gleichen Strahlengang durch den Monochromator, wodurch schwerwiegende Anpassungsprobleme vermieden werden. Teilweise hierdurch bedingt ist das System viel weniger kritisch hinsichtlich der Anforderungen an die optische Ausrichtung als andere Systerne. Außerdem ist es relativ leicht, die Beleuchtung der Probe durch die Strahlungsquelle auf ein Viertel der Zeit in jeder Periode zu beschränken und hierdurch die Erwärmung der Probe wesentlich zu vermindern. ν

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Zweistrahl-Spektralphotometer enthaltend eine Lichtquelle, ein optisches System zur Erzeugung eines von der Lichtquelle ausgehenden Lichtbündels, einen Detektor, einen Probenstrahlengang und einen Referenzstrahlengang, einen ersten umlaufenden Strahlenumschalter, durch welchen das Lichtbündel in vorgegebener zykli- " scher Folge auf den Proben- und den Referenzstrahlengang geleitet wird, einen zweiten umlaufenden Strahlenumschalter, durch welchen in vorgegebener zyklischer Folge Licht aus dem Proben- und aus deni Referenzstrahlengang auf den *5 Detektor geleitet wird, eine Demodulatoranordnung zur Trennung der gegeneinander phasenverschobenen, von Proben- und Referenzstrahlengang herrührenden Detektorsignalanteile und Signalverarbeitungsmittel zur Bildung einer Aus- ^so gangsinformation als Funktion des Verhältnisses der Intensitäten des von der besagten Lichtquelle ausgehend über Proben- bzw. Referenzstrahlengang geleiteten Lichtbündels, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenumschalter ^a5 (6, 21) dafür eingerichtet sind, nur während zweier Viertelperioden das von der Lichtquelle (5) ausgehende Lichtbündel einmal über den Proben- und einmal über den Referenzstrahlengang auf den Detektor (41) zu leiten, daß während zweier weiterer Viertelperioden der zweite Strahlenumschalter (21) einmal Strahlung aus dem Probenstrahlengang und einmal Strahlung aus dem Referenzstrahlengang auf den Detektor (41) leitet, und der erste Strahlenumschalter (6) gleichzeitig das besagte Lichtbündel wenigstens gegen den jeweils beobachteten Strahlengang abdeckt, und daß die Demodulatoranordnung und Signal Verarbeitungsmittel (Fig. 12) zur Korrektur der Ausgangsinformation hinsichtlich der Strahlung eingerichtet sind, die aus Proben- bzw. Referenzstrahlengang auf den Detektor (41) gelangt, wenn das besagte Lichtbündel durch den ersten Strahlenumschalter (6) abgedeckt ist.

2. Zweistrahl-Spektralphotometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Strahlenumschalter (6) das von der Lichtquelle (5) ausgehende Lichtbündel in einer ersten und einer zweiten Viertelperiode, die unmittelbar aufeinanderfolgen, auf Proben- und Referenzstrahlengang lenkt, daß der zweite Strahlenumschalter (21) im gleichen-Takt viertelperiodenweise abwechselnd die Bündel aus Proben- bzw. Referenzstrahlengarig mit voller Apertur längs eines gemeinsamen Strählenganges auf den Detektor (41) leitet, daß der erste Strahlenumschalter (6) während der an die erste und die zweite Viertelperiode anschließenden beiden Viertelperioden das besagte Lichtbündel wenigstens gegen den jeweils über den zweiten Strahlenumschalter (21) beobachteten Strahlengang abdeckt und daß die Demodulatorschaltung ein Paar von gesteuerten Demodulatoren (62, 69) enthält, die mit 90° Phasenverschiebung zueinander und phasengleich mit den aus Proben- bzw. Referenzstrahlengang herrührenden Signalanteilen gesteuert sind.

3. Zweistrahl-Spektralphotometer nach An-

35 sprach 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Strahlenumschaltef (6) eine von dem Lichtbündel unter einem Winkel getroffene umlaufende Scheibe mit einer Folge gleicher Sektoren ist, von denen einer (10) durchlässig ist und den Durchtritt des Lichtbündels in einen Strahlengang gestattet, ein anderer (11) reflektierend ist und das Lichtbündel in den anderen Strahlengang reflektiert, und zwei Sektoren (12) lichtundurchlässig und nicht reflektierend sind und die Strahlung in keinen der Strahlengänge gelangen lassen (Fig. 2).

4. Zweistrahl-Spektralphotometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Strahlenumschalter (6 A) ein von dem Lichtbündel unter einem Winkel getroffener, auf 180° verspiegelter und auf 180° durchlässiger Sektorspiegel ist.

5. Zweistrahl-Spektralphotometer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Strahlenumschalter (21) ein in einem Schnittpunkt von Proben- und Referenzstrahlengang und in der Symmetrieebene derselben angeordneter Sektorspiegel mit abwechselnd verspiegelten und nicht verspiegelten Sektoren ist (F i g. 3) der mit der doppelten Frequenz des ersten Strahlenumschalters (6) wechselt.

6. Zweistrahl-Spektralphotometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Strahlenumschalter radial gegeneinander versetzte Teile einer gemeinsamen rotierenden Scheibe sind (F i g. 4).

7. Zweistrahl-Spektralphotometer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsmittel eine von Ausgangssignalen der Demodulatoranordnung (62, 69) beaufschlagte Quotientenbildnerschaltung ist.

8. Zweistrahl-Spektralphotometer nach den Ansprüchen 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den Eingängen eines Differenzverstärkers (91) der Ausgangsspannung des einen Demodulators die am Abgriff einem Potentiometer (88) abgegriffene Teilspannung der Ausgangsspannung des anderen Demodulators entgegengeschaltet ist und daß vom Ausgang des Differenzverstärkers (91) ein Stellmotor (92) zur Verstellung des Potentiometerabgriffs (90) gesteuert ist.