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Die
Erfindung betrifft ein spektroskopisches System gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Ein derartiges spektroskopisches System, welches für die Spektralanalyse
in Gefahrenzonen entwickelt wurde, zeigt die französische Patentanmeldung
FR 2643147 A1 .
Hierin wird ein Spektrophotometer beschrieben, bei dem Strahlung
einer Lichtquelle vermittels Glas-Kegelstümpfen durch ein strömendes Fluid
geleitet wird. Anschliessend wird die Strahlung einer Detektionseinheit
zugeführt.
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Die
Patentschrift
US 4,467,204 beschreibt ein
IR-Polarimetersystem, worin die Infrarot-Strahlung nach dem Probendurchgang
in zwei verschieden polarisierte Zweige aufgeteilt und separat detektiert
wird.
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1 der vorliegenden Unterlagen
zeigt ein weiteres bekanntes spektroskopisches System, bei dem als
Spektrometer ein Simultanspektrometer verwendet ist. Dieses System
ist in der Carl-Zeiss-Firmenschrift "Simultanspektrometer" von H.Schlemmer veröffentlicht. Die Funktionsweise
dieses Systems wird nachstehend eingehend erläutert:
Kernpunkt des Simultanspektrometers 1 ist
die Verwendung von selbstabtastenden Diodenzeilen 2, welche
von Snow 1975 entwickelt wurden und beispielsweise 512 Einzeldioden
auf 1,27 cm Länge
enthalten. Die Dioden in Siliziumtechnik bestimmen den nutzbaren
Spektralbereich des Simultanspektrometers 1 von etwa 200
bis 1000 nm. Die vom Anmelder entwickelte Verwendung der Diodenzeilen 2 in
einem Spektrometer wird bestimmt durch die Zeilengeometrie, wobei
eine Diodenbreite von 25 μm
zugleich die Breite des Austrittsspaltes 3 des Spektrometers
festlegt. Bei einer Abbildung mit der kleinsten Fehlerquote, d.h.
1:1, ist das auch die Breite des Eintrittsspalts 3. Die
Spaltenlänge
von 12,52 mm ist für
ein analytisch interessantes Spektrum, z.B. das sichtbare Gebiet
mit 400 bis 800 nm, extrem kurz bei einer befriedigenden Bandbreite
von 0,8 nm. Diese ungewöhnlich
kleine Lineardispersion bedeutet eine ebenfalls sehr kurze Schnittweite
des Spektralapparates, was primär
ein kleines Dispersionselement zur Folge hätte. Damit ist aber die spektrale
Auflösung
(Rayleigh-Kriterium)
für die
0,8 nm Bandbreite nicht zu verwirklichen, weshalb Prismenlösungen ausscheiden.
Bei einer Gitteranordnung benötigt
man eine kurze Brennweite, niedrige Furchendichte und große Gitterfläche, d.h.
einen kleinen Spektrograph mit extrem hohem Öffnungsverhältnis. Damit ist auch automatisch
ein Lichtleitwert erreicht, der mit konventionellen Geräten konkurrieren
kann. Die vorgenannten Anforderungen an das Gitter 5 werden
von holographisch erzeugten Konkavgittern erfüllt.
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Eine
dem Aufbau des Simultanspektrometers 1 angepaßte Beleuchtungseinrichtung 6 ist
in 1 dargestellt. Damit
das Spektrometer 1 mit größtmöglichem Wirkungsgrad ausgenutzt
werden kann, ist grundsätzlich
die gleiche Anordnung wie im Spektrometer gewählt, wobei an die Stelle des
hochgeöffneten
Hologrammgitters 5 ein asphärischer (Ellipsoid)-Spiegel 7 gleicher Öffnung tritt.
Damit eine "vollständige Abbildung" erreicht wird, also
die streng konjugierte Folge von Quellenblende-Objektivblende usw.,
erhält
der Spiegel 7 die Dimension des Gitters 5. Von
der Lichtquelle L und dem Bild der Lichtquelle L', das zugleich Eintrittsblende in das
Meßgerät ist, wird
verlangt, daß diese
sehr klein sind. Dafür
wird von der Lichtquelle L eine möglichst hohe Leuchtdichte gefordert.
Diese Bedingung erfüllen
beispielsweise Xenonlampen der niedrigsten Leistungsklasse von 30
bis 40 Watt bei einem Leuchtfelddurchmesser von 0,3 bis 0,5 mm.
Für das
Ultraviolett-Gebiet sind Deuteriumlampen mit Leuchtfelddurchmessern
von 0,5 mm mit hoher Leuchtdichte und 35 Watt Leistungsaufnahme
erhältlich.
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Zwischen
der Blende 4 mit dem Lichtquellenbild L' und dem Eintrittsspalt 3 des
Spektrometers 1 liegt der Objektraum 8, in dem
eine gerichtete Beleuchtung eines Objekts bzw. einer Probe 9,
die in einer Küvette
angeordnet ist, mit geringer Strahlneigung gegen die optische Achse,
im Idealfall telezentrische Beleuchtung, gefordert wird.
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Zur
Erreichung dieses Zieles wurden bisher vor der Probe 9 und
hinter dieser je eine durch die Linsen 10, 11 repräsentierte
Optik angebracht. Man erreicht damit aber keinen nennenswerten energetischen
Wirkungsgrad, und es ist auch nicht möglich, am Eintrittsspalt 3 des
Spektrometers 1 die erforderliche Apertur wiederherzustellen,
die zum Erreichen der spektralen Auflösung (Rayleigh-Kriterium) nötig ist.
Dies bedeutet, daß man
in der Praxis die an sich gegebenen hervorragenden Möglichkeiten
des Simultanspektrometers 1 nicht nutzen kann.
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Man
hat daher versucht, durch den Einsatz von Lichtleitern 12, 13 im
Objektraum 8, wie in 2 gezeigt,
das vorgenannte Problem zu lösen.
Die Lichtleiter werden auch als Lichtwellenleiter bezeichnet.
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Die
Lichtleiter 12, 13 können starre oder flexible Monofasern
oder Faserbündel
sein. Lichtleiter können
die hier interessierende Apertur α im
UV-Bereich von 30° oder
mehr und im sichtbaren von bis zu 90° problemlos übertragen.
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Führt man
am Ort des Bildes L' der
Lichtquelle das Licht in den Lichtleiter 12 ein, dann verläßt das Lichtbündel den
Lichtleiter an seinem anderen Ende mit der gleichen Apertur und
Intensitätsverteilung.
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Eine
gerichtete Beleuchtung der Probe 9 mit geringerer als der
Eingangsapertur kann der Lichtleiter 12 jedoch nicht erbringen.
Im optischen Sinn ist seine Austrittsöffnung zwar ein konjugierter
Ort zur Eintrittsfläche,
aber auch wenn am Eintritt ein echtes optisches Bild der Lichtquelle
liegt, ist das am Austritt nicht der Fall, da jeder Querschnitt
durch den Lichtleiter gleichwertig, aber nicht bildfähig ist.
Die Austrittsfläche
wirkt daher optisch als Loch. Erhalten bleibt jedoch die Lichtleitgeometrie,
d.h. die Apertur. Weil das Lichtleiterende, wie gesagt, nicht abbildungsfähig ist, läßt sich
auch mit nachgeschalteten Linsen- oder Spiegeloptiken keine definierte
Abbildung schaffen. Man muß sich
daher damit abfinden, daß das
Problem der reversiblen Aperturwandlung in der Kombination von Lichtleitern
mit konventioneller Linsen- oder
Spiegeloptik nicht zu lösen
ist, auch wenn erfolglos verschiedene diesbezügliche Versuche unternommen
wurden.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein spektroskopisches
System für
die Spektralpolarimetrie zu schaffen, das eine optimale Energieübertragung
ermöglicht.
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Die
gesuchte Rotationsdispersion, also der Drehverlauf der optischen
Aktivität
als Spektralfunktion ergibt sich zu:
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Man
ersieht, daß wegen
der Verhältnisbildung
alle spektralen Apparatefunktionen eliminiert sind. Beachtenswert
ist außerdem,
daß der
Mittelwert der Photoströme
im Nenner der Gleichung exakt das Absorptionsspektrum der Substanz
darstellt, welches leicht über
die Software der im Rahmen dieser Anmeldung nicht näher diskutierten
Auswerteinrichtung abgerufen werden kann.
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Die
Erfindung ermöglicht
eine wirkungsvolle und schnelle Messung der Rotationsdispersion
auch bei kleinen Probemengen, die von größter biochemischer Bedeutung
ist. Sie überwindet
die bisherigen, überwiegend
energetisch bedingten Schwierigkeiten in der Spektralpolarimetrie,
wodurch schnelle Spektrenmessungen oder Mikromethoden praktisch
ausgeschlossen waren, weil polarimetrische Strahlengänge noch
stärker
als andere aperturempfindlich sind.
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Mit
der Erfindung wird daher die Möglichkeit erschlossen,
ein wirksames Mikro-Spektralpolarimeter zu bauen.
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In
dem erfindungsgemäßen spektroskopischen
System sind die Lichteintrittsöffnung
und die Lichtaustrittsöffnung
des Aperturwandlers vorzugsweise senkrecht zur optischen Achse verlaufende Querschnittsöffnungen.
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Gemäß einer
bevorzugten Variante der Erfindung ist der kleineren Querschnittsöffnung des
Aperturwandlers zumindest ein Stück
eines vorzugsweise zylindrischen Lichtleiters vorgeschaltet, dessen Querschnitt,
vorzugsweise im Anlagebereich an den Aperturwandler, dessen kleinerer
Querschnittsöffnung
entspricht, zur Ankoppelung des Aperturwandlers an die Lichtquelle
bzw. deren Bild oder den Eintrittsspalt des Spektrometers. Der Lichtleiter
ist dabei vorzugsweise zumindest zwischen seinen Endbereichen als
vorzugsweise flexibles Lichtleitkabel ausgebildet.
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Die
Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß in der Spektralanalytik nur
energetisch-optische Fragestellungen zu lösen sind (Frequenz, Amplitude, Geschwindigkeit,
Azimut und Achsenverhältnis
der elektromagnetischen Strahlung), so daß alle Fragen nach der Bildlage,
der Bildschärfe
usw. zurückstehen können und
daß man
sich daher auf die Forderung beschränken kann, das Licht bzw. die
Strahlung so verlustarm wie möglich
durch den Objektraum zu führen
sowie mit geeigneten Mitteln die Strahlneigungen, also die Aperturen,
der Meßmethode
anzupassen. Brechungs- und Beugungseffekte sind dispersionsbehaftet,
also nicht achromatisch, und deshalb sind darauf beruhende Mittel
auszuschließen.
Als Mittel der Wahl verbleiben daher Reflexionsmittel, wobei man
vorzugsweise von der Totalreflexion Gebrauch macht, die in den Lichtleitern
ohnehin ausgenutzt wird.
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Der
Einsatz der Aperturwandler, der sich auch als konsequente Reduzierung
eines koaxialen Teleskops mit Innenwandreflexionen auf einen sehr kleinen
trichterförmigen
bzw. kegelartigen Aperturwandler verstehen läßt, ermöglicht eine achromatische optische
Energieübertragung.
Der Aperturwandler kann in einfacher Weise an die bei vielen Ausführungsformen
des spektroskopischen Systems ohnehin zweckmäßigerweise verwendeten Lichtleiter angekoppelt
werden. Wie leicht zu ersehen ist, verändert die kegelartige Ausgestaltung
des Aperturwandlers die Apertur des durchfallenden Lichts immer
in dem Sinn, daß am
kleinen Querschnitt die Apertur groß und am großen Querschnitt
klein ist.
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Gemäß einer
weiteren Variante der Erfindung ist der größeren Querschnittsöffnung des
Aperturwandlers ein Stück
eines vorzugsweise zylindrischen Lichtleiters vorgeschaltet, dessen
Querschnitt im Anlagebereich an den Aperturwandler dessen größerer Querschnittsöffnung entspricht,
zur Ankoppelung des Aperturwandlers an die Probe, beispielsweise
mittels Ankitten.
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Für den Energietransport
im Objektraum ist es besonders günstig,
wenn das dem jeweiligen Ende des Aperturwandlers vorgeschaltete
Ende eines zylindrischen Lichtleiters aus dem gleichen Material
besteht wie der Aperturwandler.
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Der
jeweilige Lichtleiter kann als Monofaser oder Lichtleitstab ausgebildet
sein oder auch als optisches Faserbündel, wobei im zuletzt genannten
Fall das an den Eintrittsspalt des Spektrometers angrenzende Faserbündel in
diesem Endbereich in Form eines Spaltes ausgebildet sein kann, welcher
einen separaten Eintrittsspalt des Spektrometers ersetzt. Als vorteilhaft
hat es sich ferner erwiesen, wenn der halbe Kegelwinkel β des Aperturwandlers
derart gewählt ist,
daß bei
der Objektbeleuchtung eine geringe Strahlenneigung gegenüber der
optischen Achse erzielt ist.
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Dabei
ist mit Vorteil der halbe Kegelwinkel des Aperturwandlers kleiner
oder gleich dem halben maximalen Lichtaustrittswinkel aus dem Lichtleiter, welcher
von der Lichtquelle bzw. deren Bild zu dem zwischen Lichtquelle
bzw. deren Bild und der Probe gelegenem Aperturwandler führt. Der
Lichtaustrittswinkel dieses Lichtleiters ist, wie bereits vorstehend erwähnt, durch
die Apertur des Beleuchtungssystems bestimmt, da im Lichtleiter
die Lichtleitgeometrie, d.h. die Apertur, erhalten bleibt.
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Falls
das System für
die UV-Spektroskopie vorgesehen ist, dienen als Aperturwandler Quarztrichter,
wobei die diesen gegebenenfalls vorgeschalteten Lichtleiter ebenfalls
aus Quarz bestehen. Bei dieser bevorzugten derartigen Anordnung
und einer Apertur der Beleuchtung von α = 26° ist der halbe Kegelwinkel des
Aperturwandlers β ≤ 6,5° und beträgt vorzugsweise
5,5°.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Systems,
die dann von besonderer Bedeutung ist, wenn das System in der Mikroanalytik,
insbesondere der HPLC, eingesetzt wird, dient als Beleuchtungsanordnung eine
punktförmige
oder quasi punktförmige
Lichtquelle, die mittels eines asphärischen Spiegels, vorzugsweise
eines Ellipsoid-Spiegels,
auf die Eintrittsöffnung
des zwischen Lichtquelle und Objekt angeordneten Aperturwandlers
oder des diesem vorgeschalteten Lichtleiters abgebildet wird.
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Dabei
wird als Spektrometer vorzugsweise eine aus einem Beugungsgitter
und einer Empfängereinheit
bestehende Anordnung verwendet, wobei bevorzugt als Beugungsgitter
ein holographisches Konkavgitter und als Empfänger eine Photodiodenzeile
dienen.
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Es
ist besonders günstig,
wenn der Spiegel der Beleuchtungseinrichtung und das Konkavgitter des
Spektrometers die gleiche Apertur aufweisen und/oder wenn eine 1:1-Abbildung
der Lichtquelle auf die Dioden der Photodiodenzeile erfolgt.
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Gemäß einer
bevorzugten Anwendung des erfindungsgemäßen Systems ist im Objektraum
zumindest eine Kapillarküvette
angeordnet, an deren Eingang und Ausgang ein Aperturwandler mit
seiner größeren Querschnittsöffnung direkt
oder auch anwendungsbedingt über
Strahlenteiler oder Analysator- bzw. Polarisatoranordnungen angeschlossen
ist und die in Längsrichtung
durchstrahlt wird.
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Die
zumindest eine Küvette
ist mit Vorteil als Durchflußküvette ausgebildet.
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Die
beiliegenden Zeichnungen dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.
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1 zeigt in schematisierter
Darstellung ein spektroskopisches System nach dem Stand der Technik,
in welchem ein Simultanspektrometer Verwendung findet;
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2 zeigt eine Variante für den Objektraum des
in 1 gezeigten Systems
nach dem Stand der Technik;
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3 zeigt in schematisierter
Darstellung eine Weiterbildung des in 1 gezeigten
spektroskopischen Systems in einer Anordnung zur Absorptionsmessung,
bei dem ein Simultanspektrometer Verwendung findet;
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4a zeigt im Längsschnitt
eine erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäß verwendeten Aperturwandlers;
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4b zeigt im Längsschnitt
eine zweite Ausführungsform
eines erfindungsgemäß verwendeten
Aperturwandlers mit einem daran angeschlossenen Lichtleiter, der zum
Anschluß des
Aperturwandlers an eine Probenküvette
dient;
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5 zeigt in einer Schnittdarstellung
einen Bereich des Objektraumes von einem spektroskopischen System
bei der Absorptionsmessung, wobei in den 5a bis 5d die
Wirkung zunehmend kleinerer Kegelwinkel bei den Aperturwandlern
dargestellt ist;
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6 erläutert in schematisierter Darstellung
die ringpupillenartige Wirkung des Aperturwandlers;
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7 zeigt im Längsschnitt
einen Bereich des Objektraums von einem erfindungsgemäßen spektroskopischen
System in seiner Anordnung als Polarisations-Spektrometer.
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Zur
Erläuterung
des erfindungsgemäßen Polarisations-Spektrometers wird
im folgenden zunächst
anhand von 3 eine Weiterbildung
des in 1 dargestellten
spektroskopischen Systems beschrieben, wobei der in 1 gezeigte und vorstehend beschriebene
Grundaufbau verwendet ist und wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen
versehen sind. Der zwischen dem Spektrometer 1 und der
Beleuchtungseinrichtung 6 gelegene Objektraum 8 enthält eine
Probe 9, die in einer Durchflußküvette aufgenommen ist. Beiderseits
der Probe 9 ist je ein Aperturwandler 14, 15 angebracht,
der aus einem koaxialen kegelförmigen
Lichtleiter oder Spiegel besteht, mit einer Lichteintritts- und
einer Lichtaustrittsöffnung
und einer spiegelnden bzw. totalreflektierenden Innenfläche. Der
zwischen dem Bild L',
der Lichtquelle L und der Probe 9 angeordnete Aperturwandler 14 ist
mit seiner die Lichteintrittsöffnung
bildenden kleineren Querschnittsöffnung
bzw. -fläche
in der Ebene des Bildes L' der
Lichtquelle L angeordnet, während
seine die Lichtaustrittsöffnung
bildende größere Querschnittsöffnung bzw.
-fläche
gegebenenfalls über
ein Stück 16 eines
Lichtleiters an das Eintrittsfenster der die Probe 9 enthaltenden
Küvette
angekoppelt ist. Der zwischen der Probe 9 und dem Eintrittsspalt 3 des
Spektrometers 1 angeordnete Aperturwandler 15 entspricht
hinsichtlich seines Aufbaus identisch dem Aperturwandler 14,
wobei er, bezogen auf die Probe 9, spiegelsymmetrisch zu
letzterem eingebaut ist, so daß seine
von der kleineren Querschnittsöffnung
bzw. -fläche
gebildete Lichtaustrittsöffnung
in die Ebene des Eintrittsspalts 3 zu liegen kommt, während sich
seine von der größeren Querschnittsöffnung bzw.
-fläche
gebildete Lichteintrittsöffnung
gegebenfalls über
ein Stück 16 eines Lichtleiters
an die Austrittsöffnung
der die Probe 9 enthaltenden Küvette angekoppelt ist.
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Die
in 4a und 4b gezeigten speziellen
Maße und
Dimensionen der Aperturwandler 14, 15 betreffen
ein spezielles, für
die W-Spektroskopie bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Quarz-Aperturwandlers,
das im folgenden anhand der 5a bis 5d noch näher erläutert wird.
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Die
in den 5a bis 5d gezeigten Beispiele beziehen
sich auf eine besonders gut W-durchlässige sogenannte Quarz-Quarz-Faser, welche
am langwelligen Spektralende nur eine Apertur von 26° zuläßt. Diese
High-Tech-Faser wird mit 0,6 mm Durchmesser als Monofaser gefertigt.
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Bei
einer Apertur von 2 α =
26° entspricht
ein halber Kegelwinkel von β = α/2 = 6,5° gerade dem größten Nutzquerschnitt
des Aperturwandlers. Nun ist aber in der Mikroanalytik, z.B. der
HPLC, nicht der größte, sondern
der kleinste mögliche
Querschnitt gesucht und diesen erhält man durch Verkleinerung des
halben Kegelwinkels β,
allerdings um den Preis einer verkürzten Nutzlänge. Das Optimum ergibt sich aus
der Geometrie des vorgegebenen Probenraumes, der meistens eine Durchflußküvette ist.
Man erkennt, daß der
Aperturwandler 14 von 5b mit
einem halben Kegelwinkel β =
5,5° ein
Optimum erreicht.
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Bezüglich des
energetischen Wirkungsgrades ist festzustellen, daß der Aperturwandler
das einfachste Spiegelobjektiv ist. Er weist daher zwangsläufig eine
Ringapertur bzw. Ringpupille auf mit einer optisch toten Zone, wie
sie durch die Schraffur 17 in 3 dargestellt ist.
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Bezogen
auf das vorstehende Beispiel werden, wie aus 5 ersichtlich, alle Strahlen mit einer Neigung > 6,5° gegen die
Achse bis zur Grenze von 13° reflektiert
und durchsetzen die Probe. Im Kern des Strahlenbüschels gibt es eine kleine
Zone, in der die Strahlen ohne Reflexion die Probe durchsetzen. Dazwischen
ist eine Ringzone, die verlorengeht. Dieser Tatbestand ist auch
in 6 schematisch dargestellt.
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Die
in 6 dicht schraffierte
Verlustzone macht ohne Berücksichtigung
der Kernzone etwa 25% des Querschnitts aus, d.h. der energetische Übertragungsgrad
des Aperturwandlers beträgt
zumindest 0,75. Man kann diesen Übertragungsgrad steigern,
wenn man den halben Kegelwinkel β verkleinert
und eine zweite Reflexion hinzunimmt. Damit steigen allerdings auch
die Herstellungsanforderungen.
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Die
Querschnittsverhältnisse
Lichtleiteraustrittsfläche
= Küvettenquerschnitt
ergeben sich nach dem Strahlensatz.
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Weil,
wie vorstehend angeführt,
in der wissenschaftlichen Analytik nie nach dem größt-, sondern
nach dem kleinstmöglichen
Küvettenvolumen gefragt
ist, folgt, daß bei
vollständiger
Abbildung folgende Bedingung gelten muß:
Empfängerfläche = Spaltfläche = kleinere Kegelöffnung des
Aperturwandlers.
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Die
Empfängerfläche (z.B.
Reticon S-Zeile) beträgt
für maximale
Auflösung
0,0625 mm2 (25 μm Breite und 2,5 μm Höhe). Diese
ergibt einen Durchmesser für
die Kegelspitze des Aperturwandlers von 0,14 mm bzw. bei einer Faser
von rund 0,15 mm Kerndurchmesser. Bei einer Apertur von ~ 26° aus dem
vorstehenden Beispiel würde
sich ein Küvetteninnendurchmesser
von rund 0,4 bis 0,5 mm ergeben, was einem Querschnitt von 0,2 mm2 entspricht. Dies bedeutet bei 10 mm Schichtlänge ein
Füllvolumen
der Küvette
von gerade 2 μl.
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Die "tote Zone" der Aperturwandler 14, 15 kann
zu einer definierten Befestigung benutzt werden. Diese Fixierung
kann an der Küvette
und/oder am flexiblen Lichtleiter 12, 13 erfolgen.
An der Küvette
befestigt, kann die Kegelendfläche
des Aperturwandlers direkt als Küvettenfenster
benutzt werden. Nachteilig ist jedoch dabei, daß die Aperturwandler das Schicksal
der Küvette
teilen und bei deren Verschmutzung ausgetauscht werden müssen. In
der Regel wird man daher die Aperturwandler 14, 15 an den
Enden der Lichtleiter 12, 13 befestigen. Dabei kommen
dann die Aperturwandler in einem gewissen Mindestabstand vor den
Küvettenfenstern
zu liegen. Zur Vermeidung von Interferenzen, wenn es auf maximale
Energieausnutzung ankommt, kann der Abstand durch Immersion überbrückt werden.
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Die
vorstehenden Erläuterungen
anhand der 3 und 5 betrafen den Einsatz des
erfindungsgemäßen spektroskopischen
Systems bei Absorptionsmessungen von in jeweils einer Kapillarküvette befindlichen
Proben.
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7 zeigt ein Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen spektroskopischen
Systems, das eine Messung der Rotationsdispersion ermöglicht. Das
System ist als Polarisations-Spektrometer aufgebaut, von dem in 7 jedoch nur ein Teil des
Objektraumes 8 dargestellt ist. Das Spektrometer 1 mit seinem
Eintrittsspalt 3 und die Beleuchtungseinrichtung 6 mit
dem Bild L' der
Lichtquelle L am Ort 4 entsprechen in ihrem Grundaufbau
der in 3 dargestellten
Ausführung.
Vor der Küvette
mit der Probe 9 ist ein Polarisator 23 angebracht
und hinter derselben ein Analysator 24, welcher die beiden
Vergleichsstrahlengänge
zum einen über
den Aperturwandler 15 und den Lichtleiter 13 zum
Eintrittsspalt 3 des Spektrometers 1 leitet, zum
anderen über
einen weiteren Aperturwandler 25 und einen an diesen angeschlossenen
weiteren Lichtleiter 26 zu dem Eintrittsspalt eines weiteren
Spektrometers, das in der 9 jedoch
nicht dargestellt ist, aber hinsichtlich seines Aufbaus dem Spektrometer 1 von 3 entspricht.
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Die
Erfindung ermöglicht
mit dem in 7 skizzierten
Aufbau eine wirkungsvolle und schnelle Messung der Rotationsdispersion,
auch bei kleinen Probenmengen, die von größter biochemischer Bedeutung
ist. Sie überwindet
die bisherigen, überwiegend
energetisch bedingten Schwierigkeiten in der Spektralpolarmetrie,
wodurch schnelle Spektrenmessungen oder Mikromethoden praktisch
ausgeschlossen ` waren, weil polarimetrische
Strahlengänge
noch stärker
als andere aperturempfindlich sind.
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Durch
den Einsatz der Aperturwandler wird die Möglichkeit erschlossen, ein
Mikro-Spektralpolarimeter zu bauen, wie es in 7 dargestellt ist. Strahlengang und Küvette entsprechen
den aus 5 schon bekannten
Verhältnissen.
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Ein
Polarisator
23, z.B. vom Glan-Typ, mit nur 3 mm Kantenlänge kann
ohne technische Änderungen
der Lasertechnik entnommen werden. Der Analysator
24, welcher
gleichzeitig Strahlenteiler ist, steht mit seinen beiden Schwingungsrichtungen
unter +45° bzw. –45° zur einfallenden
Schwingungsrichtung. Die beiden Simultanspektrometer, welche über die
Lichtleiter
13 und
26 mit den Aperturwandlern
15 und
25 an
den Analysator
24 angekoppelt sind, liefern für jede Wellenlänge der
Diodenzeile
2 der Spektrometer einen Photostrom ϕ(x)
1 bzw. ϕ(x)
2.
Die gesuchte Rotationsdispersion, also der Drehverlauf der optischen
Aktivität
als Spektralfunktion, ergibt sich, wie bereits vorstehend erwähnt, zu:
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Man
ersieht, daß wegen
der Verhältnisbildung
alle spektralen Apparatefunktionen eliminiert sind. Beachtenswert
ist außerdem,
daß der
Mittelwert der Photoströme
im Nenner der Gleichung exakt das Absorptionsspektrum der Substanz
darstellt, welches leicht über
die Software der im Rahmen dieser Anmeldung nicht näher diskutierten
Auswerteinrichtung abgerufen werden kann.