DE2320937B2 - Optische Vorrichtung zum Aufnehmen der Lichtabsorption in einem Objekt, das außerdem einen veränderlichen Brechungskoeffizienten aufweist - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung zur Aufnahme der Lichtabsorption entlang einer bestimmten Raumkoordinate bei einer bestimmten Wellenlänge, durch ein Objekt in welchem sich neben der Absorption auch der Brechungskoeffizient und/oder die Dicke entlang dieser Raumkoordinate ändern, mit einer Lichtquelle, einem Objekthalter, einem Monochromator für die Strahlung der Lichtquelle, einer lichtempfindlichen Empfangseinrichtung für das von der Lichtquelle ausgestrahlte, durch das Objekt und den Monochromator hindurchgetretene Licht einem Spait, der in der Koordinate schmal ausgebildet ist und der in dieser Richtung im Objekt die Ausdehnung des Lichtkegels, welcher auf die aktive Fläche der lichtempfindlichen Empfangseinrichtung auftrifft, begrenzt und mit Mitteln zur Relativbewegung in Richtung der Koordinate zwischen dem Objekt und dem Spalt

Absorptionsmeßgeräte und Spektralphotometer sind für planparallele Zellen, weiche optisch homogene Lösung enthalten, ausgebildet. Derartige Objekte haben einen konstanten optischen Brechungskoeffizienten, und das Licht, welches durch sie hindurchtritt, erfährt keine Winkelablenkung. Objekte, in denen entweder die Brechungszahl oder die Dicke oder beides von Punkt zu Punkt sich ändern, lenken bekanntlich das Licht in Richtung zur anwachsenden Brechungszahl hinab. Wenn ein derartiges Objekt in die Zelle eines

Spektralphotometers gebracht wird, ist es schwierig zu wissen, was mit dem licht, das durch das Objekt hindurchdringt, geschieht Das reflektierte Licht kann beispielsweise durch eine Blende im optischen System behindert sein, oder es kann außerhalb der aktiven Fläche der lichtempfindlichen Empfangseinrichtung auftreffea

In Verbindung mit der Elektrophorese und beim Zentrifugieren setzt es sich in der Praxis durch, daß man die Trennzellen oder andere Objekte zusammen mit einem festen Spalt und einer Hubvorrichtung für die Zelle in den Spektralphotometer einbringt, so daß mittels des optischen Systems das Objekt, in welchem die Trennung durchgeführt wird, photometrisch abgetastet wird. Auf diese Weise hofft man, Konzentrationsanaiysen in Form von elektrophoretischen Spektren oder Fliehkraftspektren in einer brauchbareren Art zu erhalten als durch Fraktionen und Messen derselben im Spektralphotometer. Gegenstände, welche jedoch der Elektrophore oder dem Zentrifugieren unterworfen werden, haben eine veränderliche optische Brechungszahl, woraus folgt, daß das Licht, welches durch diese Gegenstände hindurchtritt, zwei optischen Effekten unterworfen wird, nämlich einer Lichtabsorption und einer Ablenkung in Richtung des Gradienten der Brechungszahl. Das so abgelenkte Licht erreicht die lichtempfindliche Empfangseinrichtung nicht oder nur zum Teil. Das Ansprechen des letzteren hängt daher in unbekanntem Grad sowohl von der Lichtabsorption als auch von der Lichtablenkung ab. Die photometrische Analyse ist daher mit Fehlern behaftet, welche aus dem System resultieren und welche mehr oder weniger stark von den Eigenschaften der optischen Brechungszahl des zu messenden Objektes abhängen. In einigen Fällen sind diese Fehler unbedeutend, in anderen Fällen können sie jedoch unangenehme Auswirkungen haben.

Das Vorhandensein dieser Fehler wurde in Verbindung mit der absorptiometrischen Abtastung im ultravioletten Licht von Zellen, welche für die isoelektrische Fokussierung verwendet wurden, festgestellt Derartige Zellen, welche planparallel ausgebildet sind, sind gegen Konvektion stabilisiert, und zwar mit Hilfe eines starken Dichtegradienten, der von einem starken Brechungsindexgradienten begleitet ist. Die verschiedenen Ampholyte, welche in der Flüssigkeit vorhanden sind, werden in schmalen Bändern mittels der Wirkung des Stromes und des vom Strom hervorgerufenen pH-Gradienten fokussiert Diese Bänder bzw. Zonen erzeugen starke lokale Brechungsindexgradienten, welche auf Grund des Dichtegradienten diesen überlagert sind. Die Ampholyte, welche in schmale Bänder fokussiert sind, sind von zweierlei Art: Die Proteine, welche analysiert werden, zeigen sowohl Absorptions- als auch Brechungsindexgradienten und die Hilfsampholyte, weiche auch Trägerampholyte genannt werden, zeigen nur Brechungsindexgradienten, da sie, was prinzipiell der Fall ist für die Strahlung, welche beim absorptiometrischen Abtasten verwendet wird, durchlässig sind. Es besteht daher nachweislich eine große Gefahr, daß die komplizierte Veränderung des Brechungsindex von dem oberen Teil zum Boden einer derartigen Zelle und die dabei in Erscheinung tretende Lichtablenkung im hindurchgetretenen Licht das die lichtempfindliche Empfangseinrichtung erreicht Fehler hervorrufen kann. Insbesondere kann das Licht welches durch die fokussierten Zonen von Trägerampholyten hindurchgetreten ist außerhalb der aktiven Fläche der lichtempfindlichen Empfangseinrichtung gebeugt sein, woraus resultiert, daß durchsichtige Chemikalien falsche Absorptionsspitzen aufzeigen. Die auf diese Weise gewonnenen Absorptionsspektren können daher völlig falsch sein. Die gewonnenen Spektren sind somit keine Absorptionsspektren sondern Spektren, welche Defekte bzw. Auswirkungen von einer unbekannten Kombination von Lichtabsorption und Lichtbrechung aufzeigen, welche völlig unbrauchbar sind. Die isoelektrische Fokussierung und auch andere

jo Formen der Zonenelektrophorese können in Gel-Platten durchgeführt werden, wozu neuerdings allgemein synthetische Polyacrylamid-Gels verwendet werdea Die Proteinzonen werden mittels bestimmter Farbstoffe, die an den Proteinen haften, gefärbt und die über- flüssige Farbe wird abgewaschen. Die Proteinzonen sind dann für das Auge sichtbar, und es ist prinzipiell möglich, mit sichtbarem Licht die absorptionsmetrische Abtastung vorzunehmen. Diese Gel-Platten haben jedoch sich ändernde optische Dichten, und zwar aus zwei Gründen:

1. weisen sie Brechungsindexgradienten gemäß der veränderlichen Konzentrationen der fokussierten Ampholyte auf,

2. besitzen die Gel-Platten eine sich ändernde geometrische Dicke, da eine Gel-Oberfläche gegen über der Luft offen ist und somit quellen oder schrumpfen kann gemäß den Änderungen des Wassergehaltes. Die Erfahrung zeigt daß die Dikkenänderungen sehr wesentlich sein können. Die Gels zeigen häufig eine wellige Erscheinungsform, weiche auch mit bloßem Auge gut sichtbar ist Da nun die Aufspaltungsgegenstände in Form von Gel-Platten starke Gradienten bezüglich der optischen Dichte haben, resultiert hieraus eine starke Beugung des Lichtes, welches durch sie hindurchtritt Folglich ergeben sich beim absorptiometrischen Abtasten in einem herkömmlichen Spektralphotometer ernsthafte systematische Fehler auf Grund der Lichtbeugung.

Ein Photometer für Objekte mit veränderlicher optischer Brechungszahl muß so beschaffen sein, daß ein Lichtverlust auf Grund von Brechung in einem Winkel für die lichtempfindliche Empfangseinrichtung nicht möglich ist. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgäbe zugrunde, ein optisches System zu schaffen, das eine einwandfreie photometrische Analyse ermöglicht, obgleich eine starke Lichtbrechung im Objekt auf Grund eines sich ändernden Brechungsindex und/oder einer sich ändernden Dicke vorhanden ist. so Die Absorption kann sich in mehr als einer Richtung im zu messenden Objekt ändern. Es wird jedoch eine einzige Koordinatenachse χ ausgewählt entlang der die Absorption festgestellt werden soll. In der Regel ist diese Koordinate die gleiche, wie die entlang der die elektrische oder Zentrifugalkraft während des Trenn-Vorganges wirksam ist In Zellen mit flüssigen Inhalter erscheint die Lichtbrechung in der gleichen Richtung jedoch kann in Gel-Platten das Licht in andere Richtungen abgelenkt bzw. gebeugt werden. Bei der eingangs dargestellten Vorrichtung ist die Erfindung, welche die genannte Aufgabe löst dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle in der Richtung der bestimmten Koordinate χ eine konstante Strah lungsintensität über eine solche Länge aufweist, welche sich unter einem vom Spalt ausgehenden Winkel er streckt, der größer ist als ein ebenfalls vom Spalt aus gehender Winkel, der von der aktiven Fläche der licht empfindlichen Empfangseinrichtung eingenommer

In bevorzugter Weise weist die Lichtquelle eine konstante Intensität auch senkrecht zu der Richtung der Raumkoordinate auf. Ein optisches System, welches diese Eigenschaften aufweist, arbeitet, wie im folgenden an Hand von Objekten, welche sowohl bezüglich der Lichtabsorption als auch des Brechungskoeffizienten Gradienten aufweisen, gezeigt werden soll.

Es sei zunächst angenommen, daß die Lichtablenkung in die x-Richtung, welche als vertikale Richtung angenommen wird, erfolgt. Wenn die aktive Fläche der lichtempfindlichen Empfangseinrichtung im vertikalen Abschnitt sich unter dem Winkel « erstreckt und wenn der optische Abstand zwischen der sich vertikal erstreckenden Lichtquelle und dem Spalt b Längenein- heiten sind, dann empfängt die lichtempfindliche Einrichtung Licht von einem Teil der Lichtquelle, der die vertikale Ausdehnung 2b tan a/2 oder ungefähr b α Längeneinheiten aufweist Wenn der Teil des Objektes, welcher von diesem Strahl durchdrungen wird, einen konstanten Brechungskoeffizienten aufweist liegt der Teil der Lichtquelle, welcher das auf die aktive Fläche der lichtempfindlichen Empfangseinrichtung auftreffende Licht aussendet zentrisch um die gerade Linie, welche vom Mittelpunkt der aktiven Fläche der lichtemp- findlichen Empfangseinrichtung durch den Spalt sich erstreckt Wenn andererseits der in Rede stehende Teil des Objektes einen veränderlichen Brechungskoeffizienten aufweist dessen Gradient nach unten gerichtet ist liefert ein um die gleiche Länge b ä nach unten versetzter Teil der Lichtquelle das Licht welches die aktive Fläche der lichtempfindlichen Empfangseinrichtung erreicht Da dieser Teil der Lichtquelle die gleiche Intensität aufweist erreicht der gleiche Lichtstrom die aktive Fläche der lichtempfindlichen Empfangseinrichtung. unabhängig davon, ob das Objekt welches gemessen wird, das Licht ablenkt oder nicht Die lichtempfindliche Empfangseinrichtung kann dann auf einen Gradienten des Brechungskoeffizienten nicht ansprechen, sondern nur auf die Lichtabsorption. Wenn man nun die Abtastung vornimmt ergibt sich ein richtiges Absorptionsspektrum.

Es sei nun angenommen, daß die Lichtbrechung im Objekt senkrecht zur Richtung der Raumkoordinate erfolgt. Der Teil der Lichtquelle, der Licht zur aktiven Fläche der lichtempfindlichen Empfangseinrichtung liefert wird dann seitwärts versetzt jedoch bleibt seine horizontale Ausdehnung unverändert Da die Intensität der Lichtquelle in dieser Richtung ebenfalls konstant ist ergibt sich kehre Änderung hn Uchtstrom. der die aktive Räche der lichtempfindlichen Empfangseinrich tong erreicht Auf diese Weise wird ebenfalb ein richtiges Absorptionsspektrum erzielt

Die Ausdehnung des Lichtkegels, der die aktive Fläche der lichtempfindlichen Empfangseinrichtung er- reicht innerhalb des Objektes in der Richtung der Raumkoordinate, wird im wesentlichen von zwei Faktoren bestimmt Diese sind der Winkel x, welcher von der aktiven Flache in der «Richtung in der vom Spalt ausgehenden Blickrichtung aufgespannt wird, und der to optische Abstand zwischen dem Spalt und dem Teil des Objekts, der am weitesten vom Spalt entfernt ist Die Ausdehnung des aktiven Lichtkegels wird in Abhängigkeit von den Breiten der Absorptionszonen im Objekt verändert Ie schmaler diese Zonen sind, um so schma ler ist der analysierende Lichtkegel. Der Spalt ist bevorzugt so nahe wie möglich am Objekt angeordnet, und zwar auf der Seite des Objekts, welche der lichtempfindlichen Empfangseinrichtung zugewendet ist. Die Ausdehnung des analysierenden Lichtkegels kann dann nur durch Verändern des Winkels α, welcher im vortehenden definiert worden ist geändert werden.

Die Veränderung des Winkels «. erfolgt bevorzugt durch Mittel, welche den Abstand zwischen dem Spalt und der lichtempfindlichen Empfangseinrichtung ändern. Diese Vorkehrung ist besser als eine fest angeordnete einstellbare Blende zwischen dem Spalt und der lichtempfindlichen Empfangseinrichtung, da es von Vorteil ist, immer die gesamte aktive Fläche der lichtempfindlichen Empfangseinrichtung zu benützen. Bei sehr schmalen Absorptionen im Objekt sollte die lichtempfindliche Empfangseinrichtung entfernt vom Spalt angeordnet sein, so daß ein kleiner Winkel α und eine relativ niedrige Lichtintensität erreicht werden. Bei breiteren Zonen im Objekt kann die lichtempfindliche Empfangseinrichtung näher zum Spalt hin verschoben werden, wodurch ein größerer Winkel α und eine verstärkte Lichtintensität erzielt wird.

Es kann vorkommen, daß die Objekte, welche photometrisch untersucht werden sollen, eine solche geometrische Form aufweisen, daß es unmöglich ist den Spalt genügend nahe am Objekt anzuordnen. In solchen Fällen ist es von Vorteil, eine Linse oder andere fokussierende optische Elemente in das optische System derart einzubauen, daß ein optisches Bild des Schlitzes auf der Mittelebene des Objektes entsteht Eine derartige Anordnung wirkt optisch so, als wenn der Schlitz selbst in der Mittelebene des Objekts angeordnet wäre. Die maximale Ausdehnung in der x-Richtung des optischen Lichtkegels innerhalb des Objekts wird dann auf a tan λ/2 oder etwa a λ/2 Längeneinheiten begrenzt wobei a der optische Abstand quer durch das Objekt in Richtung der Strahlung ist

Die Erfindung kann außerdem Mittel zur relativen Verschiebung in der x-Richtung zwischen dem Objekt und dem Spalt aufweisen. Es ist selbstverständlich, daß diese Relativbewegung dadurch erzielt werden kann, daß ein fester Spalt in Verbindung mit Mitteln zur Anwendung kommt, welche das Objekt in Richtung der Raumkoordinate, entlang der die Lichtabsorption aufgenommen wird, am Spalt vorbeischieben, wobei die anderen optischen Elemente stationär angeordnet sind oder dadurch, daß das Objekt in fester Position gehalten wird, während der Schlitz in der Richtung der Raumkoordinate entlang der die Lichtabsorption aufgenommen werden soll, entlang dem Objekt verschoben wird, wobei die anderen optischen Elemente bevorzugt in Parallelbewegungen dem Schlitz folgen. Die erstgenannte Anordnung ist bevorzugt da sie einfacher ausgestaltet ist Es ist jedoch möglich, das optische System gemäß der Erfindung so aufzubauen, daß nur der Spalt oder der Spalt zusammen mit der lichtempfindlichen Empfangseinrichtung am Objekt entlang in der Richtung, entlang der die Lichtabsorption aufgenom men werden soll, verschoben wird, wenn bestimmte Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden. Wenn die Lichtquelle bezüglich dem Spalt stationär angeordnet ist muß in Richtung, entlang der die Lichtabsorption aufgenommen werden son. entlang dem gesamten Objekt eine konstante Intensität vorhanden sein, welche sonst jedoch nicht notwendig ist Wenn die lichtempfindliche Empfangseinrichtung stationär ist während der Spalt beweglich angeordnet ist muß man auf paral taktische Fehler in der Lokalisierung der Absorptions zonen im Objekt achten. Wenn der Spalt in die Mittelebene des Objektes fokussiert wird, muß das Fokussie-

rungselement die Bewegung des Spaltes mitvollziehen.

Gemäß der Erfindung wird eine Lichtquelle benötigt, welche wenigstens in der Richtung, entlang der die Lichtabsorption aufgenommen werden soll, innerhalb einer bestimmten Ausdehnung eine konstante Intensität aufweist. Die Länge, entlang der eine konstante Intensität (ihre isointensive Länge) vorhanden sein muß, hängt von den Mitteln, welche die relative Bewegung zwischen dem Objekt und dem Spalt hervorrufen, ab. Wenn eine Relativbewegung zwischen dem Spalt und der Lichtquelle besteht, muß der isointensive Teil letzterer länger sein als das Objekt in der Richtung der Raumkoordinate, entlang der die Lichtabsorption aufgenommen werden soll. Bei einer bevorzugten Anordnung, bei der die Lichtquelle, der Spalt und die lichtempfindliche Empfangseinrichtung zueinander stationär angeordnet sind, kann der isointensive Teil der Lichtquelle bedeutend geringer sein. Die minimale Länge muß jedoch einen Winkel umspannen, der in Blickrichtung vom Spalt aus gesehen, in gesicherter Weise größer ist als der Winkel, der von der aktiven Fläche der lichtempfindlichen Empfangseinrichtung aufgespannt wird, und zwar in der gleichen Blickrichtung vom Spalt gesehen. Wenn die Lichtquelle auf der anderen Seite des Objektes ziemlich nahe am Spalt angeordnet werden kann, genügt eine isointensive Länge von nur 5 bis 10 mm. Eine primäre Lichtquelle in Form einer Glühlampe mit einem genügend langen geradlinigen Glühfaden oder in Form einer Gasentladungslampe mit einem genügend langen Lichtbogen ist dann anwendbar, wenn diese Lampen klare Glas- oder Quarzbirnen aufweisen. Die Verwendung eines strahlenden Körpers in einer Lampe ohne Dazwischenliegen einer zweiten Lichtquelle hat den Vorteil einer ergiebigen Lichtintensität und den Nachteil, daß das Objekt einer unzuträglich hohen Erhitzung und insbesondere bei ultraviolettem Licht fotochemischen Einflüssen ausgesetzt ist.

An Stelle der Verwendung einer direkt wirkenden einzigen Lichtquelle ist es von Vorteil, eine sekundäre Lichtquelle in Form einer mattierten Oberfläche bzw. einer Mattscheibe zu verwenden, welche von der primären Lichtquelle angestrahlt wird. Diese Mattscheibe emittiert Licht in allen Richtungen. Die Mittel zur Monochromatisierung sind dann bevorzugt zwischen der primären und sekundären Lichtquelle angeordnet. Es ist sehr einfach eine gleichförmige Intensität auf einer Mattscheibe über große Bereiche, welche sich sowohl in die Richtung, in welcher die Lichtabsorption aufgenommen werden soll, als auch senkrecht dazu erstrekken. /u erzeugen. Fs kann jedoch sehr schwierig sein, allein mit einer einzigen Lichtquelle eine gleichförmige zweidimensional Intensität zu erzeugen Ein optisches System, welches eine Mattscheibe als sekundäre Licht quelle aufweist, ist daher eine bevorzugte Ausführungs form hei der Anwendung der Erfindung. In den I allen, tn denen das Objekt eine gesprenkeile bzw. gefärbte Ce! Platte ist. welche das Licht in alle Richtungen ab lenk!, crpibt sich praktisch keine andere Möglichkeit, um eine korrekte und richtige Aufzeichnung der Ab sorption zu gewinnen Die Mattscheibe ist jedoch auch dann nützlich bei solchen Objekten, in welchen die ge s.imtc Lichtbrechung in die Richtung der RaumkiKtrdin<)U\ entlang der die Absorption aufgenommen werden soll, erfolgt Die aktive Mächt der lichtempfindlichen Einrichtung hat eine merkliche Ausdehnung sowohl in der Richtung der Raumkoonlinate. entlang der die Absorption ,iiifgvnonimcn werden soll, und senkrecht dazu, wobei die gesamte Fläche bevorzugt benutzt werden sollte. Dies kann auch dann geschehen, wenn eine Lichtquelle, welche eine zweidimensionale Ausdehnung aufweist, verwendet wird.
Die Mattscheibe bzw. die matte Oberfläche kann zu einem getrennten optischen System in der Form eines matten Schirmes gehören. Sie kann auch die eine Wand eines anderen optischen Elementes bilden, beispielsweise ein Lichtfilter oder eine Trägerplatte für eine GeI-Tafel oder die Wand einer Küvette, welche eine zu analysierende Flüssigkeitssäule enthält und welche der Lichtquelle zugewendet ist. Außerdem kann sie als matte Birne einer Lampe ausgebildel sein. Eine derartige Lampe ist dann eine kombinierte primäre und sekundäre Lichtquelle.

An Hand der beiliegenden Figuren soll die Erfindung an bevorzugten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 im Aufriß eine optische Vorrichtung zur Auf-

zo nähme der Lichtabsorption,

F i g. 2 eine optische Vorrichtung, bei der eine sekundäre Lichtquelle verwendet wird,

F i g. 3 eine optische Vorrichtung zur Aufnahme der Lichtabsorption unter Verwendung einer Glühlampe mit einem geraden Glühfaden,

F i g. 4 eine optische Vorrichtung zur Aufnahme der Lichtabsorption, bei der der Spalt in einer Mittelebene der Zelle abgebildet wird.

F i g. 5 eine optische Vorrichtung zur Aufnahme der Lichtabsorption, bei der die optische Achse auf der rechten Seite der Zelle im rechten Winkel abgelenkt ist, F i g. b eine optische Vorrichtung zur photometrischen Analyse von gesprenkelten Gel-Tafeln,

F i g. 7 eine optische Vorrichtung zur photometrisehen Analyse, bei der die Gel-Tafeln und die Mattscheibe beweglich sind, und

F i g. 8a. 8b Kurven für photometrische Spektren.
In den F i g. 1 ist mit t die optische Achse bezeichnet, mit 2 die Primärlichtquelle, mit 3 die Sekundärlichtquel-Ie in Form einer matten Oberfläche eines durchlässigen Materials, welches bei Bestrahlung Licht in alle Richtungen aussendet. 4 und 5 bezeichnen Lichtfilter und 6 einen Monochromator. Mit 7 ist das Objekt, das photometrisch in der λ-Richtung untersucht werden soll, bezeichnet. Dieses Objekt liegt in Form einer Zelle vor, welche eine Flüssigkeitssäule enthält. Mit 8 ist ein Objekt bezeichnet, das in Form einer gesprenkelten horizontalen Gel-Tafel vorliegt. Mit 9 ist der Spalt bezeichnet, der in der x- Richtung schmal ausgebildet ist. Mit 10 ist eine 1 .inse bezeichnet, welche ein optisches Bild de? Spaltes auf die Mittelebene des Objektes wirft. 1! isi eine lichtempfindliche Einrichtung, beispielsweise eine Pho'.i-'zellc. Mit 12 ist eine Einrichtung zur Bewegung eines Elementes quer zur optischen Achse und quei

S5 zum Spalt bezeichnet, und 13 gibt eine Vorrichtung zu Verschiebung der lichtempfindlichen Einrichtung ent lang der optischen Achse an. Der Winkel, welcher voi der aktiven Flache in der lichtempfindlichen Einnch tung aufgespannt ist. wenn man vom Spalt aus di Blickrichtung wählt, ist mn \ bezeichnet Die Dicke de Objekts entlang de optischen Achse dividiert durc den Brcehungskocffizient π ist mit .1 bezeichnet, un der optische Abstand zwischen dem Spalt und de Lichtquelle ist mit h bezeichnet Der divergierend

fts Lichtkegel, der die aktive Fläche der lichtempfindliche Einrichtung trifft, ist mit durchgezogenen geraden I. men bezeichnet fur den Fall, wenn keine l.ichtablci kling im Objekt (konstante Dicke, konstanter Bn

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chungskoeffizient) vorhanden ist und mit unterbrochenen Linien für den Fall (wegen der Deutlichkeit stark übertrieben) von Lichtablenkung im Objekt (sich ändernde Dicke, sich ändernder Brechungskoeffizient oder beides)·

In der F i g. 1 ist im Aufriß eine Anordnung gemäß der Erfindung dargestellt, bei welcher das Objekt als planparaUde Zelle 7 ausgebildet ist und eine Flüssigkeit mit sich ändernder Absorption und sich änderndem Brechungskoeffizienten enthält. Diese Zelle ist in der x-Richtung durch Mittel der Einrichtung 12 beweglich angeordnet. Der ortsfeste Spalt 9 ist nahe an der Zelle angeordnet, und auf deren anderen Seite ist die sekundäre Lichtquelle 3 in Form eines matten Schirmes, der von der Lampe 2 beleuchtet wird, vorgesehen. Die Strahlung des Schirmes wird monochromatisiert durch die Filter 4 und 5. Der Winkel α des aktiven Lichtkegels kann durch Verschieben der lichtempfindlichen Einrichtung 11 entlang der optischen Achse 1 mittels der Einrichtung 13 verändert werden.

Die F i g. 2 unterscheidet sich von der F i g. 1 dadurch, daß an Stelle der Lichtfilter der Monochromator 6 vorgesehen ist und daß die Zellenwand 3, welche dem Monochromator zugewendet ist, matt ausgebildet und als zweite Lichtquelle wirkt.

Die F i g. 3 unterscheidet sich von der F i g. 1 dadurch, daß die zweite Lichtquelle 3 weggelassen ist und durch die Glühlampe 2 mit einem langen geraden Glühfaden, der in x-Richtung ausgerichtet ist. ersetzt ist. Die Glühlampe ist hinter der Zelle dicht an dieser angeordnet Da ein Abstand zwischen der Glühlampe und der Zelle fehlt, sind die Lichtfilter 4 und 5 zwischen dem Spalt 9 und der lichtempfindlichen Einrichtung 11 angeordnet.

Die Vorrichtung in der F i g. 4 unterscheidet sich von der Vorrichtung in der F i g. 1 dadurch, daß die Zelle 7 einen großen Kühlmantel 14 aufweist, der einen geringen Abstand zwischen dem Spalt 9 und der Zelle 7 verhindert Das Problem ist dadurch gelöst, daß eine Linse 10, welche ein optisches Bild des Spaltes 9 in die Mittelebene der Zelle 7 wirft vorgesehen ist. Zusätzlich unterscheidet sich die F i g. 4 von der F i g. 1 dadurch, daß eine Oberfläche 3 des einen Lichtfilters 5 matt ausgebildet ist und als sekundäre bzw. zweite Lichtquelle wirkt.

Die F i g. 5 unterscheidet sich von der F i g. 3 dadurch, daß die optische Achse 1 im rechten Winkel auf der rechten Seite der Zelle mittels eines 45°-Prismas 15 abgelenkt ist. In diesem ^call kann der Spalt 9 durch Eingravieren in einen Metallüberzug, der auf der kleinen Seite des Prismas 15, welche der Zelle 7 zugewandt ist, aufgebracht ist, vorgesehen sein. Bei dieser Vorrichtung kann die Relativbewegung zwischen dem Spalt 9 and der Zelle 7 dadurch hervorgerufen werden, daß mittels der Einrichtung 12 das Prisma 15 und die lichtempfindliche Einrichtung 11 querverschoben werden kann und die Zelle 7 ortsfest angeordnet ist

Die F i g. 6 zeigt im Aufriß eine Anordnung gemäß der Erfindung zur photometrischen Analyse von gesprenkelten horizontal angeordneten Gel-Platten bzw. -tafeln. Die Gel-Tafel 8 ist auf einer matten Platte 3 aus einem für die analysierende Strahlung durchsichtigen Material angeordnet. Diese Platte wird von unten mittels der Lampe 2 beleuchtet, wobei sich die Lampe 2 in der x-Richtung erstreckt. Über der Gel-Tafel 8 ist das Lichtfilterpaar 4 und 5, der Spalt 9, die lichtempfindliche Einrichtung 11 und die Linse 10 angeordnet. Diese Einrichtungen sind auf einem gemeinsamen Trägerelement 16 befestigt, das entlang der x-Richtung verschiebbar ist. Der Spalt 9 und die Mittelebene der Gel-Tafel 8 sind optisch konjugierte Ebenen.

Die F i g. 7 unterscheidet sich von der F i g. 6 dadurch, daß der Spalt 9 und die lichtempfindliche Einrichtung 11 unbeweglich angeordnet sind, während die Gel-Tafel 8 zusammen mit der matten Platte 3 in der x-Richtung beweglich angeordnet sind. Die primäre Lichtquelle 2 ist bedeutend kleiner ausgebildet, und der Spalt ist nahe dem Gel angeordnet. Die Filter 4 und 5 sind zw^;schen der primären Lichtquelle 2 und der sekundären Lichtquelle 3 angeordnet.

Der Betrieb des optischen Systems gemäß der Erfindung ist in der F i g. 8 durch die Kurven a und b demonstriert Diese Aufzeichnungen wurden bei der isoelektrischen Fokussierung einer Füllung von Trägerampholyten in einem Saccharosedichtegradienten in einer polierten Quarzzelle gewonnen. Diese Zelle enthielt einen starken Gradienten des Brechungskoeffizienten gemäß der abwärts gerichteten anwachsenden Konzentration der Saccharose und außerdem gemäß der überlagerten lokalen Gradienten des Brechungskoeffizienten aus dsn Trägerampholytenkomponenten, welche in schmale Bänder fokussiert waren. Weder die Saccharose noch die Trägerempholytkomponenten absorbierten Licht der Wellenlänge, welche während der Abtastung verwendet wurde, so daß die korrekte absorptiometrische Aufzeichnung in einfacher Weise eine Basislinie ohne jegliche Absorptionsspitzen ist Die Kurve a in der F i g. 8 zeigt das Ergebnis, wenn die Zelle in ein Spektralphotometer ohne einen matten Schirm eingebracht wird. Eine ziemlich große Anzahl von Spitzen werden aufgezeichnet, insbesondere an den beiden Enden der Zelle. Diese wurden jedoch auf Grund von Gradienten des Brechungskoeffizienten erzeugt, da kein absorbierendes Material in der Zelle vorhanden war.

Nach dem Einfügen eines matten Schirmes ergab sich die Kurve b in der F i g. 8. Die falschen Absorptionsspitzen sind nun beseitigt und die Aufzeichnung zeigt die Zelle, welche frei vom absorbierenden Material ist

Bezüglich der Relativbewegung in der χ Richtung zwischen dem Spalt und dem Objekt sei noch nachgetragen, daß für den Fall, daß das Objekt eine Flüssigkeit ist. diese Relativbewegung auch dadurch erzielt werden kann, daß das Objekt langsam nach unten durch eine Säule fließt, wobei diese Säule als Halter für das Objekt dient. In diesem Fall ist die Einrichtung 12 entbehrlich.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Optische Vorrichtung zur Aufnahme der Lichtabsorption entlang einer Raumkoordinate bei einer S bestimmten Wellenlänge in einem Objekt in welchem sich neben der Absorption auch der Brechungskoeffizient und/oder die Dicke entlang dieser Koordinate ändert mit einer Lichtquelle, einem Objekthalter, einem Monochromator für die Strahlung der Lichtquelle, einer lichtempfindlichen Empfangseinrichtung für das von der Lichtquelle ausgesendete durch das Objekt und den Monochromator hindurchgetretene Licht einen Spalt der in Richtung der Raumkoordinate schmal ausgebildet ist und der in dieser Richtung im Objekt die Ausdehnung des Lichtkegels, welcher auf die aktive Fläche der lichtempfindlichen Empfangseinrichtung auftrifft begrenzt und mit Mitteln für die Relativbewegung in Richtung der Koordinate zwischen dem Objekt und dem Spalt dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (2) bzw. (3) in der Richtung der bestimmten Raumkoordinate (x) eine konstante Strahlungsintensität über eine Länge aufweist welche unter einem vom Spalt (9) ausgehen- den Winkel erstreckt der größer ist als der vom Spalt (9) ausgehende Winkel (α), der von der aktiven Fläche der lichtempfindlichen Empfangseinrichtung (H) eingenommen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Lichtquelle (2) bzw. (3) auch in der Richtung, welche senkrecht zur x-Richtung verläuft eine konstante Strahlungsintensität über eine Länge aufweist welche einen von einem Punkt der Ebene des Spaltes (9) ausgehenden Winkel einnimmt der größer ist als der Winkel («), der von der aktiven Fläche der lichtempfindlichen Einrichtung (11) ausgehend von jedem Punkt in der Ebene des Spaltes (9) aufgespannt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß Mittel (12) vorgesehen sind, welche Zur Veränderung des Winkels (α), der von der aktiven Fläche der lichtempfindlichen Einrichtung (11) ausgehend vom Spalt (9) aufgespannt wird, dienen, indem sie den Abstand zwischen dem Spalt (9) und der lichtempfindlichen Einrichtung (H) ändern.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Spait (9) nahe am Objekt (7) bzw. (8) auf der Seite, welche der lichtempfindlichen Einrichtung (H) zugewendet ist, angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß zusätzlich wenigstens eine fokussierende Linse (10) vorgesehen ist, welche ein optisches Bild des Spaltes (9) auf der Mittelebene des Objektes (7) bzw. (8) bildet

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (12) zur Relativbewegung in der x-Richtung zwischen dem Objekt (7) bzw. (8) und dem Spalt (9) am Objekt (7) bzw. (8) angreifen, wobei die anderen optischen Bauteile ortsfest gehalten sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (12) zur Relativbewegung in der x-Richtung zwischen dem Objekt (7) bzw. (8) und dem Spalt (9) am Spalt (9) angreifen, wobei wenigstens das Objekt (7) bzw. (8) ortsfest gehalten ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (2) mit einer konstan- ten Intensität über eine ausreichende Länge in der x-Richtung als Lampe ausgebildet ist mit einer klären Birne, welche nahe am Objekt (7) bzw. (8) angeordnet ist

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe als Glühlampe ausgebildet ist, die einen genügend langen, gerade ausgebildeten Glühfaden in der x-Richtung aufweist

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe als Gasentladungslampe ausgebildet ist, wobei der Lichtbogen in der x-Richtung ausgerichtet ist

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Lichtquelle mit der konstanten Intensität in der x-Richtung eine sekundäre Lichtquelle (3) in Form einer matten Oberfläche aufweist welche gleichmäßig von der primären Lichtquelle (2) beleuchtet wird und Licht in alle Richtungen aussendet

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundäre Lichtquelle (3) als eine in der x-Richtung sich erstreckende matte Birne einer Lampe ausgebildet ist

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet daß die sekundäre Lichtquelle (3) ein getrenntes optisches Element in Form eines matten Schirmes ist der zwischen der primären Lichtquelle (2) und dem Objekt (7) bzw. (8) angeordnet ist

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet daß die sekundäre Lichtquelle (3) eine matte Wand des Objektes (7) bzw. (8) ist welche der primären Lichtquelle (2) zugewendet ist

15. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundäre Lichtquelle (3) eine matte Oberfläche eines Lichtfilters ist das zwischen der primären Lichtquelle (1) und dem Objekt (7) bzw. (8) angeordnet ist