DE961219C - Vorrichtung fuer die gleichzeitige Registrierung der Brechungsindexfunktion und ihrer Ableitung in Messzellen mit geschichteten Loesungen - Google Patents
Vorrichtung fuer die gleichzeitige Registrierung der Brechungsindexfunktion und ihrer Ableitung in Messzellen mit geschichteten LoesungenInfo
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
- G01N21/45—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length using interferometric methods; using Schlieren methods
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Description
AUSGEGEBEN AM 4. APRIL 1957
S 35195IX/421
Bei optischer Konzentrationsanalyse von in einer Küvette geschichteten Lösungen ist es wünschenswert,
eine Registrierung von sowohl der Konzentration als auch ihrer Ableitung nach der vertikalen
Koordiante zu erzielen. Vorrichtungen zur Verwirklichung einer solchen kombinierten Konzentrationsregistrierung
über Brechungsindex sind bekannt. Diese Anordnungen sind Kombinationen
der bekannten Vorrichtung zur Registrierung der Ableitung des Brechungsindexes und der astigmatischen
Modifikation von Rayleighs Interferenzrefraktometer für die Registrierung der Brechungsindexfunktion.
Beide werden von demselben Linsensystem bedient, und das Resultat sind entweder zwei getrennte Bilder, wovon das eine die
Brechungsindexfunktion und das andere ihre Ableitung, die Zelle hindurch, zeigen, oder ein kombiniertes
Bild, in welchem die zwei Funktionen übereinander gelagert oder miteinander kombiniert
erscheinen. Die vorliegende Erfindung bezweckt dasselbe Ziel, die Ausführung ist aber verschieden
was die Registrierung der Brechungsindexfunktion betrifft. Weil in den obengenannten Erfindungen
optische Interferenz in monochromatischem Licht
ein ganzes System von untereinander kongruenten und äquidistanten Fransen gibt, bringt in der vorliegenden
Erfindung eine spezialkonstruierte Zelle eine einzige oder einige wenige hellen Kurven auf
einem dunklen Hintergrund hervor. Dies wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung erreicht,
die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Beleuchtungsanordniung wenigstens einen waagerechten
und wenigstens einen senkrechten Spalt enthält, ίο und daß die Meßzelle aus einem planparallelen Teil
und einem prismatischen Teil mit vertikaler brechender Kante zusammengesetzt ist. Die
wichtigsten Nachteile der schon bekannten Erfindungen bestehen teils darin, daß die Bilder mit
Multi Interferenzen während der Messung ganz ermüdend für die Augen sind, teils in der niedrigen
Lichtstärke, die aus der Notwendigkeit monochromatischen Lichtes stammt. In der vorliegenden
Erfindung sind diese beiden Nachteile behoben. Falls gewünscht, bekommt man eine einzige Kurve
der Brechungsindexfunktion und eine Kurve ihrer Ableitung. Monochromatisches Licht ist nicht notwendig,
sondern man kann ein ganz breites Spektralgebiet von einer weißen Lampe verwenden.
Andererseits fordert die vorliegende Erfindung die Anwendung komplizierterer Zellen.
Die Erfindung macht von demselben Linsensystem wie die obengenannten Anordnungen Gebrauch.
Demnach werden die folgenden optischen Komponenten gebraucht, nämlich eine Lampe (z. B.
eine Glühlampe), ein Lichtfilter (z. B. ein Interferenzfilter) , eine Kondensorlinse, eine Spaltanordnung,
die wenigstens einen waagerechten und einen lotrechten Spalt enthält, eine Kollimatorlinse, die
das Licht von den genannten Spalten parallel macht, weiter die spezialkonstruierte Zelle, eine
Linse, die das parallele Licht zu einem optischen Bild der Spalte sammelt, danach ein astigmatisches
Linsensystem, das in einem Horizontalschnitt ein optisches Bild der genannten Spaltbilder und in
einem Vertikalschnitt ein optisches Bild der Zelle gibt, und in der Ebene dieser Bilder ein photographischer
Film oder eine photographische Platte. In der ersten Bildebene der Spalte befindet sich das
partiell lichtabschneidende Organ, das für die Registrierung der Ableitung notwendig ist.
Diese Erfindung ist dadurch -charakterisiert, daß die Registrierung der Ableitung und die der
Brechungsindexfunktion beide in Richtungs-Veränderungen des Lichtes in der Zelle ihren
Grund haben. In der Lösung selbst bekommt das Licht eine lotrechte Ablenkung, die der Ableitung
des Brechungsindexes proportional ist, und diese Winkelablenkung wird vom optischen System zu
einer waagerechten linearen Verschiebung auf der Platte übersetzt, in einer Weise, die schon lange bekannt
ist. Diese Registrierung fordert, daß ein Teil der Zelle mit Wänden senkrecht zur Strahlrichtung
versehen ist. Wenn Licht von schrägen Wänden zur
Lösung oder umgekehrt passiert, bekommt es auch waagerechte Ablenkungen, die annähernd lineare
Funktionen des· Brechungsindexes und unabhängig von dessen Ableitung sind. Diese waagerechten Ablenkungen
können von demselben Linsensystem zu waagerechten linearen Verschiebungen auf der
Platte transformiert werden.
Die Zelle muß also eine Konstruktion haben, die sowohl eine waagerechte als auch eine lotrechte Ablenkung
der Lichtstrahlen gestattet, wobei die lotrechte Ablenkung in einem planparallelen Teil mit
Wänden senkrecht zur Strahlrichtung vor sich geht. Um eine waagerechte Lichtablenkung zu ermöglichen,
muß die Zelle auch einen prismatischen Teil besitzen. Fig. 1 zeigt den Horizontalschnitt
einer möglichen Ausführungsform der Zelle. Die Kurzwände und die schräge Zwischenwand müssen
optisch fehlerfrei sein. Die Zelle besteht aus zwei Kammern A und B, von welchen A die geschichtete
Lösung mit variabler Brechzahl enthält, während B mit Lösungsmittel konstanter Brechzahl gefüllt ist.
Die Kammer A hat die Form eines abgeschnittenen Dreiecks und kann als aus einem planparallelen und
einem triangulären Teil zusammengesetzt angesehen werden. Lichtstrahlen α, die den dreieckigen
Teil passieren, gehen auch durch die Kammer B, und ihre waagerechte Ablenkung resultiert in einer
Registrierung der Brechungsindexfunktion. Lichtstrahlen ß, die den planparallelen Teil passieren,
werden nur vertikal abgelenkt und geben eine Registrierung der Ableitung der Brechzahl. Der
dreieckige Teil von A und die ganze Kammer B bilden zusammen ein sogenanntes Differentialprisma,
das bekanntlich dadurch charakterisiert ist, eine laterale Ablenkung zu geben, welche dem
Unterschied im Brechungsindex in den beiden Kammern proportional ist.
Der Horizontalschnitt einer anderen möglichen Ausführungsform wird in Fig. 2 gezeigt. Diese
Zelle fungiert nur dann gut, wenn sie in ein Bad von einer Flüssigkeit 'eingetaucht ist und wenn die
Brechzahl dieser Flüssigkeit beinahe dieselbe wie die zu registrierende ist. Weiter sind keine Erläuterungen
notwendig.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist A die Kammer für die geschichtete Lösung, und die
Kammer B soll das Lösungsmittel enthalten. Eine solche Zelle kann, wie die in Fig. 1, in Luft verwendet
werden. Sie ist von einem größeren linearen Meßbereich als die in Fig. 1 dargestellte Zelle.
Eine Ausführungsform, in welcher die Zelle selbst planparallel, eine der Zellwände aber prismatisch
ist, wird in der Fig. 4 gezeigt. Der Lichtstrahl α trifft hier die prismatische Wand unter
streifender Inzidenz, und in dieser Wand bekommt das Licht also die Richtung des Totalreflexionswinkeis.
Die Prismenfläche LL ist senkrecht zur Richtung dieses Winkels, wenn die Zelle mit Lösungsmittel gefüllt ist. Die optische Achse des folgenden
Linsensystems hat dieselbe Richtung. Eine Veränderung im Brechungsindex in der Zelle
bringt eine Abweichung der Strahlrichtung von der optischen Achse hervor. Der Strahl β wird von der
Prismenfläche MM nach dem Passieren der Zelle reflektiert, und nach dieser Reflexion wird er mit
dem Strahl α parallel. Die sehr kleine Apertur, die das a-Strahlbündel auf der Lichtquellenseite
der Zelle haben muß, wird von der bedeutenden Lichtstärke, die durch die Anwendung von einem
im Vertikalschnitt ausgedehnten Spalt kompensiert. Die Apertur des /?-Strahlbündels ist der Breite der
S Zelle gleich, die entsprechende Lichtquelle ist aber nur ein Punkt im Vertikalschnitt (horizontaler
Spalt).
Diese letztere und ähnliche Vorrichtungen haben
den wichtigen Nachteil, streng monochromatisches
ίο Licht zu fordern. Darum müssen sie als schlechter
als die vorher beschriebenen Ausführungsformen angesehen werden.
Eine unbegrenzte Anzahl anderer Ausführiungsformen
sind auch möglich. Die Erfindung ist naturgemäß nicht auf die spezifischen Ausführungsformen, die hier beschrieben sind, begrenzt, da dieselben
nur dazu dienen, das neue Prinzip· der gleichzeitigen waagerechten und lotrechten Lichtablenkung
klar zu machen.
Die Registrierung der Brechungsindexfunktioti soll von einem vertikalen, die der Ableitung von
einem horizontalen Spalt bedient werden. Die Spaltanordnung an der Lichtquelle muß demnach
diese beiden Spalte enthalten. Weitere horizontale und vertikale Spalte können dann zugefügt werden
ohne irgendeine Abänderung im Prinzip der Messungen. Das Resultat hiervon ist nur, daß man
dieselbe Anzahl Kurven der Brechungsindexfunktion wie die der vertikalen Spalte und dieselbe
Anzahl Kurven der Ableitung wie die der horizontalen Spalte bekommt. Der Vorteil einer solchen
Anordnung ist die Möglichkeit, den Meßbereich bei konstanter Empfindlichkeit auszudehnen, da eine
Kurve mit der nächsten zusammengesetzt werden kann zu einer Kurve, die größer als das vorhandene
Bildfeld ist.
Die Strahlen α sollten nur von vertikalen Spalten kommen, während die Strahlen β nur aus horizontalen
Spalten stammen sollten. Um zu verhindern, daß Licht von den beiden Arten von Spalten die
unrichtigen Teile der Zelle belichten, können verschiedene Anstalten getroffen werden. Beispielsweise
kann man Polaroidplatten vor oder» hinter der Spaltanordnung verwenden, wobei die Platte an
den waagerechten Spalten betreffs der Polarisationsrichtung senkrecht zur Platte "an den lotrechten
Spalten orientiert ist. Vor oder hinter die Zelle werden entsprechende Polaroidplatten gesetzt. An
Stelle von dieser sehr bequemen Trennmethode können natürlich auch mechanische Blenden angewendet
werden. Falls sie in einer Weise konstruiert werden, die eine schnelle und bequeme Bewegung
gestatten, können beide Kurven auf derselben Platte mit einem geringen Zeitintervall exponiert
.55 werden. Es ist endlich möglich, ein hinreichend gutes Resultat ohne Trennung der Lichtstrahlen zu
erzielen. Falls dem Licht von den vertikalen Spalten gestattet ist, den planparallelen Teil der Zelle
zu passieren, ergibt dieses Licht eine einzige, scharfe, gerade, helle Linie auf der Platte. Solch
eine Linie stört nicht, im Gegenteil kann sie als eine gute Vergleichslinie, auf welche alle Messungen
auf der Platte bezogen werden, verwendet werden. Andererseits, falls dem Licht von den horizontalen
Spalten gestattet ist, den prismatischen Teil der Zelle zu passieren, wird zwar dieses Licht ungewünschtes
Streulicht hervorrufen, aber dieses Streulicht kann möglicherweise von untergeordneter
Bedeutung sein, falls kontrastreiches photographisches Material und ein harter Entwickler
verwendet werden.
Claims (4)
- PATENTANSPRÜCHE:i. Vorrichtung für die gleichzeitige Registrierung der Brechungsindexfunktion und ihrer Ableitung in Meßzellen mit geschichteten Lösungen mit dem bekannten optischen System der astigmatischen Abänderung der Toeplerschen Schlierenmethode, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsanordnung wenigstens einen waagerechten und wenigstens einen senkrechten Spalt enthält und daß die Meßzelle aus einem planparallelen Teil und einem prismatischen Teil mit vertikaler brechender Kante "!5 zusammengesetzt ist.
- 2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht vom horizontalen Spalt verhindert ist, den prismatischen Teil der Meßzelle zu .belichten, indem zwei optische Polarisatoren, und zwar einer vor oder hinter dem horizontalen Spalt und der andere, der betreffs der Polarisationsrichtung senkrecht zum ersteren orientiert ist, vor oder hinter dem prismatischen Teil der Zelle im Strahlengang angeordnet sind.
- 3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht vom vertikalen Spalt verhindert ist, den planparallelen Teil der -Zelle zu belichten, indem zwei optische Polarisatoren, und zwar einer vor oder hinter dem vertikalen Spalt und der andere, der betreffs der Polarisationsrichtung senkrecht zum ersteren orientiert ist, vor oder hinter dem planparallelen Teil der Zelle im Strahlengang angeordnet sind.
- 4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dasi Licht vom horizontalen Spalt verhindert ist, den prismatischen Teil der Zelle zu belichten, und Licht vom vertikalen Spalt verhindert ist, den planparallelen Teil der Zelle zu belichten, indem mechanische Blenden, die leicht offenbar und schließbar sind und die es gestatten, · die Kurven der Brechungsindexfunktion und ihrer Ableitung in einem geringen Zeitintervall auf derselben Platte zu exponieren, im Strahlengang angeordnet sind.In Betracht gezogene Druckschriften:Deutsche Patentschrift Nr. 718 969;Dr. Helmut Naumann, »Optik für Konstrukteure«, Verlag Wilhelm Knapp, Halle, 1949, S. 236, letzter Absatz des § 109, Abb. 363.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen© 609 657/397 10.56 (609 853 3. 57)
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1953
- 1953-09-09 GB GB24964/53A patent/GB726402A/en not_active Expired
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Also Published As
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