DE1226328B - Vorrichtung zur gleichzeitigen Messung von optischer Drehung und Zirkular-Dichroismus - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

Mt CL:

GOIj

Deutsche KL:; 4&h-21<

Nummer:. 1226328'

ÄMenagichen: B-809651

Anmerdetag: 13:Marzl'965

Äusfögefcag;, 6; Oktober 196®

Die Erfindung betrifft date Vorrichtung zur gleich- %eMg&i Messang, von: efptisehöE Drehung; und 2irM-lacr-Dienr-QisaMis einer Prob«.

Jede linearpolarisierte Weite kann; bekanntlich als das Resultat einer links- und einer rechtszirkular-

Welle aufgefaßt werden. Γη einem g aktiven Medium dtachfäüft dies eine zirkularpO&risterte Welle das" Medium, schneller als die andere¹, da" die" Brechunpmdkes i?_lA und^: jVJ, fur finks- und rechtszirftula^ölkrisie"rte Wellett verschieden sfcdt Dadurch;· erfahren- die- beiden! Wellen· ehten GöüLguaterseliied gegeneinander;,, der siehi als; Dtehang;«des Polarisationsebene-auswirktDie optische Drehung ist a1so> nirihts; anderes- als die Erscheinung, eiaear zirkulären; Dßppelteeftung·,. Babel· ist voraus.-gesstztv daß die: ExtinMönskeefflzienten der Brobe §m ueehtSi' und liiaksziijlmlm^&larisierte.· Wellen gleich' sfflw£. tÜßiter dieser Voraussötzuag; verläßt eine; linearpaliarisierte; einfallende Welle) das Medium aueht wie^ dea aife littearpolarisierfö; Die Drehung:* hängt van¹ so de» Wellenlänge des} vejjwendette Lichtbs» ab: Mao. kaäffli. diese· Drehung, als> Etmfcüibns der Wellenlänge messetti und aufzeichnen; und eühält dann; die optische; RotaticmsdispersKMii des» Betcefienden ft&drums.

Im bestimmten· Wellenlängenbereicheni werdfen, die as Mstinkäonskoeffizieritbn: a^, und e# für l'inksi- bzwrscäitsakkülarpolarisiettesj Lieht; verschieden^ d-h":, daß> X..B.. das rechtsziufeulaajpolkrisieitfe Eicht¹, stärket! gesahwächü wi»d als. das> liüMzirkülarii&lättSiertö (Cotton-Effekti);. Infolgedessen ergi&t sich dann; beün Austritt? aus; dem Medium·, nidht Wieder= linearpslarisiertes-. Eicht,, sondemi das> Lieh« isti elliptisch! polari* siertx Man bezeichnet diese;Erscheinung;als Zirkulär^ Dichroismus; Die Elliptizität desi austretender Bun* dels· hängt- mit der; Differenz der ExtinMonsboefrl' zientfen

sonach der Bezeichnung

γ =

• U- c

zusammen^ wobei I aio~ Schichtdicke und c- die Konzentration der optisch aktiven Substanz'ist

Es: siad'i Geräte¹ zur Messung; des Zirkttlär-Dichrö* ismus-ibeksörit. Bei emeurbekSnnten Gerät?diesferArt wird. unmittelbar: derr XJnterschiedJ iss- d&t: Absorption von· rechte- und? UnksÄirkularpOlarisierteim Eiöht geimessen. Zu diesem Zweck ist ein -Polarisationsprisma vorgesehen, durch; weäciies> eto Haearpolärlsiertes Strahlenbündel. erzeugt wird. - Bieses·. Bühdil ί fällt; auf eine Lamelle aus Ammoniumdihydrogeöphösphat; Vorrichtung zur gleichzeitigen* Messung von«
optischer Drehung und Zirkulaif-Dichröisratii

Anmelder-:

Bbdenseewerk Pörkitt-Elnier.& Cq. G. rn. fe·. H;,
Überlingen ^odensee)"

Ais-Erfinder benannt:

Mkolaus Sebestyen, ÜberHügen (pJdensee)?

eiaem elebttOöptischen Kristall·: Dieser Lamelle^ wird' einenr Wechselströmfeld ausgesetzt, so dkß sie doppelbrechend wird- und aus denv äufticeffienderi' lirieärpölaMsietftfen Licht abwechsehidi rsehfei und" liakszirlml'arpolärisieites-Licht macht: Dieses⁵ äbweeliselhdi rechtsi- ond lrnkszirkulärpölarisierte Lichr durchseteC die Probe und fällt dann" auf einen phötoelefctMscheii^f-Empfänger: Wenn" die Probe" beispiels^ weise: Iiriks2ii?kularpölkrisieites- Licht⁵ stäiker¹ absoi⁴· bierr als; rechtszirkulärpölarisieMes· Liöhti dänn> wird während- der Hälbwelle, während: welcher·' das¹ Licht linkszirkulätpolarisieifist; ein^: geringereif' Eichtström auf den Empfänger fallen als^ während" der anderen Halbwelle^bei der'dasLichtirechtszirkularpolärisiert ist.. Ami Empfänger· entsteht ein Weehselstromsigriäli Das Verhältnis: dfes am" Mmpfäng&r äuföetenden Wechselstromsignals.¹ zW d&e ebeöfallsi aliftretendtin Gleichsttomkömpöüente; dieüt als Maßfürden Zir^ kulärr-DichfOistnuS;

BM dieser Anördnufig; erfolgt keül· optisehep AbgleichiDieEigeüSchaften aller demphötoelektrlschen ESapf angel? nachgeschalteten-Verstärkerstüfeii od. dgli gehen: in die; Messung ein. Däfaü ändert- äüföh: die Verhältöisbildungmit der ins einem'getfönüten Kanal verarbeiteten; Gleichstromköüipoüeötee nichts;. DüteH die- GleichstromMomponente; soll» der mittlere: Eichtströmdes Strahlentiiindek'beriicMöhtigt werdeni-Esgehen hier" aber auch alles Frerüdlieht,.Detektornulli· ströme^ od.. dgl.. ein. · !ferner: wird! dutch: dfebekööflte-Ä^tiordnung,nür^! deif ZirkulariDiehrtfisfflus deisBiöbV gemessen:-

609 669/196

Für Strukturenuntersuchungen an Molekülen sind sowohl Rotationsdispersion als auch Zirkular-Dichroismus von Bedeutung. Für die Messung dieser beiden Größen hat man bisher zwei getrennte Geräte benutzt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zu schaffen, welches optische Drehung und Zirkular-Dichroismus gleichzeitig zu messen gestattet und dabei eine besonders empfindliche Messung des Zirkular-Dichroismus' ermöglicht.

Zur Messung der optischen Drehung ist die Probe üblicherweise zwischen einem Polarisator und einem Analysator angeordnet. Wenn die Probe optisch inaktiv ist, dann wird die Intensität des durchtretenden Lichtes Null, wenn der Polarisator und Analysator gekreuzt zueinander stehen. Wenn die Probe die Polarisationsebene des Lichtes um einen Winkel α dreht, dann muß der Analysator aus der vorerwähnten gekreuzten Stellung um den Winkel α nachgedreht werden, bis sich wieder die Intensität Null ergibt. Es ist bekannt, diesen Abgleich automatisch zu bewirken. Zu diesem Zweck wird die Polarisationsebene entweder des Polarisators oder des Analysators unreine Mittellage periodisch mit einer bestimmten Frequenz von beispielsweise O)₁ verändert. Hinter dem Analysator sitzt ein photoelektrischer Empfänger, und dieser erhält bei der periodischen Veränderung der Polarisationsebene Wechsellicht. Wenn die Schwingung der Polarisationsebene um die abgeglichene Lage herum erfolgt, bei welcher Analysator und elektrischer Vektor gekreuzt zueinander stehen, dann hat das Signal des Empfängers eine Frequenz 2 co_v Wenn aber in der Mittellage der elektrische Vektor des Lichtes nicht genau gekreuzt zu dem Analysator steht, dann enthält das Empfängersignal auch eine Komponente mit der einfachen Frequenz ω_ν Man kann das an Hand der Fig. 1 sehr leicht verstehen. Es ist dort der durch den Analysator durchtretende Lichtstrom als Funktion der Abweichung φ von der gekreuzten Lage zwischen elektrischem Vektor des Lichtes und Polarisationsebene des Analysators dargestellt (Kurve 10). Dieser Lichtstrom ist proportional cos 2 φ. Wenn man darunter die symmetrischen periodischen Änderungen des Winkels betrachtet (Kurve 12), dann sieht man, daß sich bei den positiven »Halbwellen« von φ der gleiche Verlauf ergibt, wie bei den negativen. Die Lichtstromänderung hat also eine Grundfrequenz von 2 CO₁. Ist dagegen- der Analysator oder der elektrische Vektor des Lichtes im Mittel aus der gekreuzten Lage herausgedreht, wie durch Kurve 14 dargestellt ist, dann erhält man eine Kurve 16, bei welcher die positive- Halbwelle eine weitere Erhöhung des Lichtstromes bewirkt, die »negative Halbwelle« dagegen eine Verringerung. Wie aus Kurve 16 ersichtlich ist, erhält man ein Signal, das eine Komponente mit der Frequenz W₁ enthält. Diese Komponente ist um so ausgeprägter, je weiter Analysator und elektrischer Vektor des polarisierten Lichtes in der Mittellage von ihrer gekreuzten Stellung abweichen. Das Signal hat die eine oder die •andere von zwei um 180° gegeneinander versetzten Phasenlagen, je nachdem, ob die Abweichung nach der einen oder anderen Seite erfolgt. Die Schwingungen der Polarisationsebene des Lichtes können durch eine mechanische Drehschwingbewegung des Polarisators oder aber auch durch einen Faraday^ Modulator hervorgerufen werden. Es kann, gegebe-, nenfajls statt dessen auch der Analysator schwingen.

Das erhaltene Signal mit der Frequenz Co₁ kann benutzt werden, um z. B. den Analysator automatisch nachzudrehen, bis die a>₁-Komponente verschwindet. Die Erfindung geht aus von einer solchen Anordnung und einem Polarisator und Mitteln zur Änderung der Polarisationsebene des Lichtes um eine Mittellage mit einer ersten Frequenz, einem im Strahlengang hinter der Probe angeordneten Strahlungsempfänger und mit ersten Abgleichmitteln zur ίο Veränderung der besagten Mittellage der Polarisationsebene, welche Abgleichmittel von der Komponente des Empfängersignals mit der besagten ersten Frequenz steuerbar sind, und ist gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale:

a) In dem Strahlengang ist ein doppelbrechendes optisches Glied angeordnet;

b) die Polarisationsebene des Analysators ist mit einer zweiten Frequenz (ω₂) um eine Mittellage periodisch veränderbar;

c) es sind zweite Abgleichmittel zur Veränderung der besagten Mittellage der Polarisationsebene des Analysators vorgesehen, welche von der Komponente des Empfängersignals mit der be-

sagten zweiten Frequenz steuerbar sind.

Durch die ersten Abgleichmittel wird die Polarisationsebene des Lichtes oder — bei elliptisch polarisiertem Licht — die große Hauptachse der Ellipse stets so gehalten, daß sie mit der optischen Achse

, ' des doppelbrechenden Gliedes zusammenfällt. Es sei nun einmal angenommen, daß die Probe keinen Zu> kular-Dichroismus aufweise. Als Ausgangsstellung sei eine Lage angenommen, bei welcher der Analysator außerdem gekreuzt zu der optischen Achse des doppelbrechenden optischen Gliedes steht. In diesem Fall erhält der Strahlungsempfänger — von der Modulation mit dem Doppelten der ersten Frequenz abgesehen — kein Licht. Das doppelbrechende optische Glied hat keinen Einfluß auf das Polarisationsverhalten des Lichtes, wenn dessen Polarisationsebene mit der optischen Achse des doppelbrechenden optischen Gliedes zusammenfällt. Es fällt also nur linearpolarisiertes Licht auf den Analysator, dessen Polarisationsebene gekreuzt zu der des Analysators ist. Wenn nun die Polarisationsebene des Lichtes periodisch nach der einen und nach der anderen Seite relativ zu dem feststehenden doppelbrechenden optischen Glied bewegt wird, dann wird aus dem linearpolarisierten Licht durch die Doppelbrechung einmal rechts, einmal links elliptisch polarisiertes Licht. Dabei sind die Elliptizitäten absolut gleich¹ groß, denn die große Achse der Ellipsen fällt mit der optischen Achse des doppelbrechenden optischen Gliedes zusammen. Die Elliptizität wird um so größer, je größer der Winkel zwischen Polarisationsebene und optischer Achse des doppelbrechenden optischen Gliedes ist. Trotz gekreuzter gegenseitiger Lage von Analysator und Polarisationsebene fällt daher Licht auf den Strahlungsempfänger, weil die kleine Achse der Ellipse in die Richtung der Polarisationsebene des Analysators fällt. Bei einer Schwingbewegung des Analysators entsteht in dem Strahlungsempfänger Wechsellicht und ein entsprechendes Detektorsignal, und zwar mit der Grundfrequenz 2 ω₂ und 2Cu₁ und höhere harmonische Glieder, wenn Cu₂ die Schwingfrequenz der Polarisationsebene des Analysators ist.

Es treten ähnliche Verhältnisse auf, wie sie im Zusammenhang mit den Kurven 10 und 12 von F i g. 1 bereits erläutert worden sind. Ein Signal mit der einfachen Frequenz ω₂ und W₁ tritt bei diesem Zustand nicht auf.

Wenn nun bei einer Probe Zirkular-Dichroismus auftritt, dann fällt auf das doppelbrechende optische Glied von vornherein elliptisch polarisiertes Licht. Schon in der Mittelstellung des Analysators, in welcher die Polarisationsebene des Analysators gekreuzt zur optischen Achse des doppelbrechenden optischen Gliedes liegt, fällt Licht durch den Analysator hindurch auf den Strahlungsempfänger, entsprechend der kleinen Achse der Ellipse. Das Licht, welches nun aus dem doppelbrechenden optischen Glied aus- ts tritt, ist linearpolarisiert und steht geneigt zu der optischen Achse des doppelbrechenden optischen Gliedes. Bei einer Schwingbewegung des Analysators mit der Frequenz ω₂ tritt jetzt im Empfängersignal nicht nur eine Komponente mit der Frequenz 2ω₂ ao auf, sondern auch noch eine Komponente mit der Grundfrequenz ω₂. Es liegen ähnliche Verhältnisse vor, wie sie im Zusammenhang mit den Kurven 10, 14 und 16 von F i g. 1 erläutert wurden.

Durch eine Verdrehung der Mittellage der PoIa- as risationsebene des Analysators kann man erreichen; daß in dieser Mittellage die Polarisationsebene des Analysators gekreuzt zu der gegenüber dem vorstehend geschilderten Ausgangszustand gedrehten Schwingungsebene des linearpolarisierten Lichtes ist In dieser Stellung hat man im Ausgangssignal nur eine Komponente dor Frequenz 2ω₂. Die Komponente mit der einfachen Frequenz ω₂ nimmt von dieser mittleren Stellung des Analysators aus nach beiden Seiten zu und kehrt beim Durchgang durch diese »Abgleichstellung« seine Phase um. Man kann das o)₂-Signal somit ausnutzen, um den Analysator automatisch in die »Abgleichsstellung« einzudrehen. Die Stellung des Analysators ist dann ein Maß für den Zirkular-Didhroismus der Probe.

Man kann also nach der Erfindung die Messung des Zirkular-Dichroismus mit Hilfe eines doppelbrechenden optischen Gliedes auf eine Winkelmessung zurückfuhren. Dadurch ergibt sich eine bequeme und sehr genaue Meßmethode. An der Stellung des Polarisators im abgeglichenen Zustand kann man gleichzeitig die optische Drehung der Probe ablesen, so daß man automatisch beide Meßgrößen, optische Drehung und Zirkular-Dichroismus nebeneinander erhält. Man kann dem Polarisator einen Monochromator vorschalten und die Abhängigkeit der beiden Meßgrößen von der Wellenlänge bestimmen.

Das doppelbrechende optische Glied kann ein

-j- -Plättchen sein. Das ist eine Scheibe aus doppelbrechendem Material, welche einen Gangunterschied von — zwischen dem ordentlichen und dem außerordentlichen Strahl erzeugt. Wenn die Polarisationsebene des einfallenden linearpolarisierten Lichtes vollständig absorbiert würde, so daß nur der andere zirkularisierte Strahl übrigbleiben würde.

Die periodische Drehung der Polarisationsebene des Lichtes oder des Analysators kann auf verschiedene Weise bewirkt werden. Man kann den Polarisator oder den Analysator mechanisch in Schwingungen versetzen. Man kann auch den eigentlichen · Polarisator und Analysator in Ruhe lassen und jeweils einen Faraday-Modulator zusätzlich den Strahlengang einschalten, durch den eine periodische Drehung der Polarisationsebene erreicht wird. Die Veränderung der Mktellagen der Polarisationsebenen kann ebenfalls auf verschiedene Weise bewerkstelligt werden. Es kann der Polarisator oder der Analysator ζ. B. in Form von Polarisationsprismen durch einen Stellmotor verdreht werden. Es kann zur Veränderung der Polarisationsrichtung die Dicke einer optisch aktiven Schicht verändert werden, beispielsweise indem zwei Keile aus optisch aktivem, d. h., die Polarisationsebene drehendem Material mit ihren Schrägflächen aufeinanderliegen und gegeneinaodergeschoben werden. Damit man eine Drehung der Polarisationsebene nach der einen als auch nach der anderen Seite erzeugen kann, wird man zusätzlich zu den beiden Keilen noch eine Platte konstanter Dicke vorsehen, welche die Polarisationsebene in der entgegengesetzten Richtung verdreht, dann wird die Polarisationsebene in der einen oder in der anderen Richtung verdreht, je nachdem ob die Schichtdicke der beiden Keile größer oder kleiner ist als die der Platte. Eine Drehung der Polarisationsebene kann aber auch unter Ausnutzung des Faraday-Effektes bewirkt werden. Der Strahlengang durchsetzt eine geeignete Substanz, welche von einer Spule umgeben ist. Die Spule erzeugt ein Magnetfeld parallel zur optischen Achse des Strahlenganges. Dieses Magnetfeld bewirkt eine Drehung der Polarisationsebene, und diese ist proportional dem Magnetfeld und damit dem Spulenstrom. Man kann die Polarisationsebene durch Änderung des Spulenstromes variieren und den Spulenstrom, als Meßwert für die Drehung der Polarisationsebene benutzen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen F i g. 2 bis 5 schematisch dargestellt und im folgenden beschrieben:

F i g. 2 zeigt schematisch den Geräteaufbau;

F i g. 3 bis 5 sind schaubildliche Darstellungen und veranschaulichen die Messungen des Zirkular-Didhroismus;

Fig. 6 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform.

Mit 20 ist eine Lichtquelle bezeichnet. Ein Strahlenbündel von der Lichtquelle 20 wird durch einen Monochromator 22 monochromatisch gemacht. Es durchsetzt einen Polarisator in Gestalt eines üblichen Polarisationsprismas und einen ersten Faraday-Modulator 26. Dann tritt das Lichtbündel durch die Probe 28, durch ein doppelbrechendes optisches Glied 30, z. B. durch einen elektrooptischen Kristall oder durch einen Soleil-Babinetischen Kompensator

unter 45° zur optischen Achse des -j--Plättchens mit einem Gangunterschied von -r zwischen ordent

steht, ist das ausstehende Licht zirkularpolarisiert. Man kann bei Verwendung eines -j -Plättchens Elliptizitäten bis zu einem Achsenverhältnis von eins kompensieren. Dieser Fall würde eintreten, wenn in der Probe der links- oder rechtszirkularpolarisierte Strahl lichem und außerordentlichem Stahl und einen weiteren Faraday-Modiulator 32. Der Faraday-Modulator 26 wird mit einer Frequenz Co₁ erregt, der Faraday-Modulator 32 mit einer Frequenz ω₂. Durch einen Analysator 34, ebenfalls in Gestalt eines Polarisationsprismas, fällt das Lichtbündel dann auf einen

Ϊ22&328

StrählüngSernpfänger 36_;- DeY Strahlungsempfänger erhält im allgemeinen¹ ein Sigüal' mit Komponenten' der Frequenz- ωμ 2 Co₁- ρίϋ&^: höheren¹ HarmöniscHen i:mit Komponenteie ω₂,- 2'-ω₂ plus höheren! Sär- ^ibl

die Komponenten mit der Frequenz· W₁ bzw: <w₂ aus,. 'üfKi diese; steuern Stellmotöre 42^! bzw. 44:

DuröiP den Motor 42 wird· dtse Polarisator 2A> stets= sö gedroht; daß die Pölarisa-tiönseöene des" Lichtes"» bzw: αϊ6^ϊοβ^Αο1ί86-αΒΓ.Έ11ΐρ8^αβ8^:^1ϊρΐί8ίΕ:η-ρ"ο1»- iw» rasierten Libhtes: stets;- parallel mit- der optischen«. Achse-de^dofpelbAeaendeilioptiseheffiGliedesiStetttV Durch** dear Mbtö'if44. wird: de* Analysator relativ ~ zu". ά&ϊ optisGneu''Aötsfe-deS:dö"p"pelbiechenden-optischen' Gliedbsi3'0'ιs■OiV«rdϊeh·t^-däß:diePölärisation&riehtüng^? i# de's⁷ Analysator«- iü> seiner;- Mittellage: senkrecht- zu» Sehiwingu'ügsebsnö des"> dteäuffälleden Lichtes- ist;- InT-abgeglichenen Züstaiädi siild' die·- ωψ und·· co^Köfflptfi tfeateiö des'» Einpfi&igeriiigiüäls- feeide- Verschwunde-u-.

F'i!g..3' bisi 5; verajiseteülielreü die' Wirkungsweise ä» des;dbppelbreeheädideni0ptisöheH5Gliedes"3Ö,ⁿ das;hier als^s. einfäciie-Plätte däigesföllt: ist^. deren" optische-Achsen (duröte d'ifc Stfeaffierungi angedeutet)) wöäge-· reühPliegti Auf die^ PlattKStf Mir eine litiearpölaijv Sierte-Welle; de'retfPölkrisation'sebene: 46? geneigt zur s^ op'tisdien Adh'se- dei' Platte;3Ö* liegt., ©er Analysätor M steht? mit- seiner (durch Scfaaffferüng; angedeut'etön)-Polarisationsebene·, senfcretihti zu· der optisiiietf Achse: des- doppellörechendeni optischen' Gliedes: Infolge der' Doppelbrechung¹ MtC aus^; der' Platte 30> 3W elliptisch- polarisieites^Eichtt aus,, welühes- eine Köruponente (die kleine' Achs"^ der? Ellipse-); in der' Riclfttfflg der"Pb~lä!risai©nsöbene des Analysatörs 34; auf■-Weist: Der Analysator-' 34 läßf. somit« sdhon in» seihei·¹ gezeidhinetön Mittellage; Licht: ztütf Empfänger 56? 3'5^^ düichi Wenti' die- PölärisatiöüSfeberie 46 int Sinnet db'i· DöppespMles; 49 mit der: ErSqüeMg· ω_ϊ sehwingt-, dann' wM' in der eiaeif-Rlctetünig' die; Elliptizitäl: des" auf deffi Analysator' fäüfendent Lichtes vergröße"rt5- im der? anderen: Richtung:wird sie Verkleinert, wib dilteh- 41c die"- gestrl'öhelteff. Ellipsen' angedeutet ist;: iffi'cf ettti sprechend wird die in Rich'ttlHg- de'¥ Polarisationsebene: des AMalysators: liegende'- Kömpöneüte; des elektrischen Vektors^- dis der kleinen Achse der Ellipse entspricht, veiäüdeif. Man hat' Verhältnisse: 45· nach Art' dear' Kiuive'n? 14 Und*^; Ϊ6 aus F i gV 1.■ Es· entsteht- eine: Signällioffipetöerite: der Frequenz' Co₁, durch welche der Pölä,»isat0"p üb'er den-Motbr-"42: iöl· Sinne' des Pfeiles 54 verdreht wird, bis die Ebene^tf' mit der optischen Achse der Platte 30 zusammenfallt, 50", also waagerecht liegt. Dann tritt in der Mittellage des Polari'sätörs- Mgä¥ßölarisirate»;LiGäie an¹ der Platte 30 aus;- Der Analysator 34i SSM-. in deP Mittellage: mit seiner: PölärisationsebWe: seükreeHf zur'

Achse der ^-Platte. Die Schwrngbewegungdes-Analysatör« 34 Wirdi in"; dem konkreten? Ausführunggbeispiel-von F%:2: duroh' den Faradayi-Modulatör:32' d'ärgestellt; I« der¹ Wickung: ändert^ sich dädurdi üierltsi"

Fi^. 4 zeigt eine-Anordnung bei einer Probe und Zirkular-Dichroisnius im abgeglichenen Zustand: Es fallt' durch: die Probe.·linkseÜiptiseh:pölarisiertes:Liicht auf- die döpp'elbrechende. Platte 30; wobei· die' große Achse der Ellipse mit⁷ deroptischen'Achser der Platte eg 3'0 zusammenfällt... In dieöem Fall wirdi aus der Platte 3'Ö< lineä-rpolarisieTtes·· Lieht- austreteni- Die; Ebene 56 dieses liireär-polaäsierten: IiichTe's hangt· von-· derElliptizitäti desi aufi'die ElatterS^failendenLichtesiab, Je größer, die EHiptizität. dös auffallenden! Lichtes ist; desto: größer ist der: Winkel·, zwischen« der Ebene 56-und" der optischen· Achse der Platte 30.

Wenn jetzt der Analysator33 im Siöne des^DoppelpfeileS-48^mit der. Frequenz-ω₂ schwingt, dann tritt am Empfängerin dfer unten Bezugnahme: auf Fi g;.l beschriebenen:Weise ebenfalls einäSignabmit der' einfache» Frequenz; a>₂ auf. Duidh^; dieses Signal wird' der" Awalysätor33; aus.: seiner Läge; senkrecht zur optische^ Achse; gew Blattetso·lange verdreht,»bis' seine Polarisationsebene· senkrecht zu'derEbene-5& steht;. Dann", liefert- der³ Empfanger nur noehä ein Signal;mit der: Grundf requenz: 2'ω₂.

Fig;-5? zeigt*- dagegen: einen" n'Mrt: abgeglieheneff. Zustand beii gleichend ZirkUlaitBi-etitoismU® der Probe; wie in·-F i:gi-4.* BeiJ dm dargestellten Eagfe der Eb'e'ne Sft? wird; der Zirfcalar-Didhroismus· noch'. nicHti durcfe daeiD'oppelbrechuiig der-PlatteaO.'kompetfsiert.-Es? bleibt:noch linkselliptiseh: polarisierten tichtj beist'eheiij. wie; durch" Kurve"58 dargestellt ist¹,, das¹ noch- άμ& Komponente: in: Richtung der Polarisätiönsebente; des. ÄnalySäfors 34» hau.. Er der«· bei; F isg. 3 beschrie-· benen Weise entsteht eteeSignalkömponenfö co₂>und coj,-WeIeBe überr diev Motoren:4^ mä* 42- den' AnalysatöcS* und; de.n'. Pola«sa'tor2* ims Sinne' dte Efeilfes; 60> unds 54- iff die- in= Pig. Φ dargestellte¹·Eage ein* dreht.

Bei· der beschtiebeneff Ausführtingsform ist also: iöi- abgeglichenen! Zustand: die Stellung: des:·Pölatrisa-törs 2"4 ein- Maß; für die" öptisefie; Drehung! in der Probe und di^ Stellung: des·Anaiysatöä;st ein: Maß=für den? Zirkular-DiehioisnmsL Der Polarisatori wird' so·· lange' nachgedrehti bis di&Ebene: des auf das; düppel-· bföT#£nde^GMed;falieHden?13ffiearpölarisierten Lichtesoder-·—bei elliptisdh^polarfeierterusLitiht' —■ diegroße; Aohse' der Ellipse; mit. der optische» Achse des; döpipelbredienden' GMedes-30; Zusammenfällt,.so daß: aus: diesem lmearpöfeiisiertes· Liohfc austritt. Die- Ebene dieses Lichtes hängfvori>der"Elliptizitätdes.auffälleni·· Lichtes', ab? also, vctn⁵ demrZirkularHDichroismusider Probe". Der Analysator 34" wird' senlerecht zu- der letzteren Ebene eihgestellti Man^! Mönnte den> Analysatorr34; natürliche^ auch? parallel· zu der'Polarisations¹-ebene' des- Liehtesi stellfen. Auch- dann; verschwindet der ct)₂-Anteil. Es·, fällt danff aber eine- unerwünschte Gieiöhlichtkömponente" aufi den- Empf anger 36;

Die Anordnung; kanii: auch, so- getröffen: werden_s wie iff E i:g.-6" dargestellt- ist; Dort, ist- das doppelbrechendeoptische: Glied'3ü^: vöf der Probe 28 ange-ordnet·. Der VforgäMg ist dann¹ der: gleiche wie"-bei: Fig. 2. Jedoch: ist dam» die 'Vferdrehung des EoIM-_sator§-₂₄- _„.- _{dhr 7Ur ODti}i_cKen Acnse dev ^λ Platt ^{Sators 24 aus der ZUr} °P^{tlscliei1 Achse des} j-™K

cheHS 30 heraus ein Maß für den Zirkulär-Dichröiss-

für die optische Drehung,

Um zu erreichen, daß das doppelbrectiende& opti-

^s Glied 30- fur alle Wellenlangen als »-j-P chen« wirkt, kann man es als elektrooptischen Kristall ausbil'den, der in Richtung der optischen Achse duröHstrahlt: wird: und: bei= welchem! in Richtung? der optischen Achse ein elektrisches Feld- angelegtwird. Durch dieses Feld, wird der zuvor eihacKsige Kristall zweiadhsigr. Für den¹ in. Richtung, der ursprünglichen Achse dürchtretendeniStralil. ergibt sich eine-Doppel·, breciiutfg: Ist;n£- der Brechungsindex des¹ ordentlichen

Strahles und n₂ der Brechungsindex des außerordentlichen Strahls, so ist

H₁-H₂ = n₂ ^s rE = n₂ ^sr· -j-,

wobei r die elektrooptische Konstante, U die angelegte Spannung und d die Dicke des Kristalls ist. E ist dann die elektrische Feldstärke in Achsrichtung. Bei einer Spannung

E/ =

4n₂ ³r

wird die Phasenverschiebung zwischen ordentlichem und außerordentlichem Strahl gleich -j-. Man kann dann U als Funktion von λ verändern, um für alle Wellenlängen die Wirkung eines -^--Plättchens zu erhalten.

30

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur gleichzeitigen Messung von optischer Drehung und Zirkular-Dichroismus einer Probe, mit einem Polarisator und Mitteln zur periodischen Änderung der Polarisationsebene des Lichtes um eine Mittellage mit einer ersten Frequenz, einem im Strahlengang hinter der Probe angeordneten Strahlungsempfänger und mit ersten Abgleichmitteln zur Veränderung der besagten Mittellage der Polarisationsebene, welche Abgleichmittel von der Komponente des

Empfängersignals mit der besagten Frequenz steuerbar sind, gekennzeichnetdurchdie Vereinigung folgender Merkmale:

a) In dem Strahlengang ist ein doppelbrechendes optisches Glied (30) angeordnet.

b) die Polarisationsebene des Analysators (34) ist mit einer zweiten Frequenz (ω₂) um eine Mittellage periodisch veränderbar;

c) es sind zweite Abgleichmittel (44) zur Veränderung der besagten Mittellage der Polarisationsebene des Analysators (34) vorgesen, welche von der Komponente des Empfängersignals mit der besagten zweiten Frequenz (co₂) steuerbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das doppelbrechende optische

Glied ein -^--Plättchen oder einem solchen äquivalent ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2 mit einem Monochromator, dadurch gekennzeichnet, daß das doppelbrechende optische Glied ein elektrooptischer Kristall ist, der in Richtung der optischen Achse durchstrahlt wird, und daß in Richtung der optischen Achse ein proportional der Wellenlänge veränderbares elektrisches Feld angelegt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 979 712;
Angew. Chemie, 73 (1961), S. 603.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

609 669/196 9.66 © Bundesdruckerei Berlin