DE2364359B2 - Vorrichtung zur Aufteilung des Lichtes einer Lichtquelle in mindestens zwei Teilstrahlen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Vorrichtung ist Gegenstand des Patents 23 28 193, zu dem die vorliegende Anmeldung im Zusatzverhältnis steht

Aus der US-PS 34 63 927 ist ein optisches System bekannt, welches ein zylindrisches, strahlendes Fluoreszenzelement sowie eine Primärlichtquelle enthält, wobei das Fluoreszenzelement auf einer der beiden Brennachsen eines rohrförmigen, ellipsoidförmigen Reflektors angeordnet ist, während die Primärlichtquelle in der anderen Brennachse liegt, so daß Licht von der Primärlichtquelle auf das strahlende Element reflektiert und in Form von zwei Lichtstrahlen von letzterem abgestrahlt wird.

Das bekannte optische System hat den Nachteil, daß es die Intensität des Lichtes nicht genau aufrechterhält, da unter gewissen Umständen keine Korrektur der Lichtintensität erfolgt, wenn an sich eine Korrektur erforderlich ist. Diese Ungenauigkeit entsteht dadurch, daß die Intensität des von einer Stelle oder in einer Richtung innerhalb der Primärlichtquelle abgegebenen Lichtes sich bezüglich der Intensität des von einer anderen Stelle oder in einer anderen Richtung innerhalb der Primärlichtquelle abgegebenen Lichtes ändert, wodurch sich das zur Abgabe an das strahlende Element dem rohrförmigen Reflektor zugeführte Licht bezüglich des von der Fotozelle empfangenen Lichtes ändert.

Aus der DE-OS 21 14 107 ist ferner ein fotometrisches Gerät mit einer Lichtquelle zur Erzeugung von mehreren Meßstrahlen sowie von einem Hilfsstrahl bekannt, wobei letzterer zur Regelung der Intensität des von der Lichtquelle emittierten Lichtes dient und einen Hilfsfotodetektor aufweist, der einen an die Lichtquelle angeschlossenen Regelverstärker speist

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Vorrichtung nach dem Hauptpatent so weiterzubilden, daß die Intensität des Lichtes der Lichtquelle derart gesteuert wird, daß die nach Einstrahlung von Licht der Lichtqrelle vom

ίο strahlenden Element abgestrahlten Lichtstrahlen eine verhältnismäßig konstante Intensität haben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst

Ii Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß sie Lichtstrahlen konstanter Intensität liefert, selbst wenn die Intensität des von einem Punkt in der Lichtquelle oder in einer Richtung von der Lichtquelle emittierten Lichtes bezüglich der Intensität des von einem anderen Punkt in der Lichtquelle oder in einer anderen Richtung von der Lichtquelle emittierten Lichtes schwankt

In einem Ausführungsbeispiel, bei dem der Fotodetektor direkt auf die Lichtquelle fokussiert ist ergibt sich eine größere Stabilität als bei einer Fokussierung des Fotodetektors auf das strahlende Element Außerdem läßt sich eine derartige Anordnung leichter herstellen, da der Fotodetektor einfach Ober die Basis der Lichtquelle geschoben werden kann, so daß keine

zusätzliche Öffnung im Reflektor vorgesehen werden muß. Die erhöhte Stabilität stellt einen unerwarteten Vorteil dar, der wahrscheinlich dadurch entsteht daß am Foto- bzw. Lichtdetektor eine größere Lichtintensität zur Verfügung steht

Die Vorrichtung hat ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis als die vorbekannte Anordnung und die Anordnung nach dem Hauptpatent was ebenfalls einen Vorteil darstellt Die Verbesserung im Signal-Rausch-Verhältnis läßt sich dadurch erklären, daß ein größerer

·»<> Teil des von der Primärlichtquelle emittierten Lichtes zu den schließlich vom strahlenden Element abgegebenen Lichtstrahlen beiträgt, wenn ein Reflektor mit länglicher Ellipsoidform Licht auf einen Punkt des strahlenden Elements fokussiert und nicht wie beim Stand der

^4r» Technik, das Licht auf einen zylindrischen Strahler leitet Infolgedessen bewirken Intensitätsunterschiede in dem in verschiedene Richtungen von der Lichtquelle abgestrahlten Licht eine geringere Abweichung zwischen dem Licht, rias zu den vom strahlenden Element

^r>° emittierten Lichtstrahlen beiträgt und dem das Signal vom Fotodetektor steuernden Licht, wenn der Reflektor ein längliches Ellipsoid und nicht ein rohrförmiges Cllipsoid ist Die Verbesserung der Stabilität und des Signal-

^Vt Rausch-Verhältnisses ermöglicht die Verwendung einer billigeren Rückkopplungsschaltung. Die Stabilität wird außerdem durch Benutzung einer Wärmesenke erhöht, die die von der Primärlichtquelle erzeugte Temperatur verringert

^M Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche,

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Ausführungsbeispiele zeigenden Figuren näher erläutert

Fig. 1 zeigt teilweise in einer Ansicht und teilweise schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 2-2 aus F i g. 1;

Fig.3 zeigt teilweise in einer Ansicht, teilweise schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel;

F i g. 4 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 4-4 aus Fig.3;

F i g. 5 zeigt schematisch eine Schaltungsanordnung der Rückkopplungsschaltung für die beiden Ausführungsbeispiele;

F i g. 6 zeigt die Schaltungsanordnung einer Lichtintensitätssteuerschaltung für die beiden Ausführungsbeispiele.

In den Fig. I, 2, 3 und 4 sind zwei gleiche optische Doppelstrahlsysteme 10 gezeigt, die jeweils als wesentliche Elemente eine Doppelstrahl-Lichtquelle 12, eine erste und eine zweite Lichtabsorptionszelle 14, 16, eine erste und eine zweite Lichtmeßzelle 18, 20 und eine Lichtintensitätsüberwachung 21 mit einem Fotodetektor 40 enthalten.

Die Doppelstrahl-Lichtquelle 12 ist mittels eines Basisteils 22 mittig innerhalb eines quaderförmigen Gehäuses 24 befestigt und gibt zwei in entgegengesetzten Richtungen geführte Lichtstahlen ab, wobei zwischen einer ersten Seite der Doppelstrahl-Lichtquel-Ie 12 und der ersten Lichtmeßzelle 18 die erste Lichtabsorptionszelle 14 und zwischen de«- zweiten Seite der Doppelstrahl-Lichtquelle 12 und der zweiten Lichtmeßzelle 20 die zweite Lichtabsorptionszelle 16 angeordnet ist Die erste Seite der Doppelstrahl-Lichtquelle 12, die erste Lichtabsorptionszelle 14 und die erste Lichtmeßzelle 18 sind bezüglich eines ersten Lichtstrahls ausgerichtet und die erste Lichtmeßzelle 18 ist an einer ersten Seite des Gehäuses 24 befestigt Die zweite Seite der Doppelstrahl-Lichtquelle 12, die zweite Lichtabsorptionszelle 16 und die zweite Lichtmeßzelle 20 sind bezüglich eines zweiten Lichtstrahls ausgerichtet, und die zweite Lichtmeßzelle 20 ist an einer zweiten Seite des Gehäuses 24 befestigt Um das Innere des Gehäuses 24 zugänglich zu machen, sind die Seiten bei 26 und 28 angelenkt so daß die Anordnung zur Reparatur und zum Ersetzen von Teilen leicht geöffnet werden kann.

Das optische Doppelstrahlsystem 10 ist Teil einer fotometrischen Vorrichtung, die zwei aneinander angepaßte Lichtstrahlen benötigt. Eine derartige fotometrische Vorrichtung kann beispielsweise zum Lokalisieren gelöster organischer Stoffe, etwa verschiedener Proteine und Aminosäuren o. ä. b^im Verlassen einer Chromatografiesäule während deren Fraktionierung benutzt werden.

Bei dieser Art von Vorrichtungen werden die verschiedenen gelösten organischen Stoffe beim Verlassen der Säule durch ihre unterschiedlichen Lichtabsorptionen lokalisiert, die dadurch bestimmt werden, daß ein erster Lichtstrahl einer Doppelstrahl-Lichtquelle durch die die Stoffe enthaltende, die Säule verlassende Lösung und ein zweiter Lichtstrahl von der Doppelstrahl-Lichtquelle durch eine Probe des reinen Lösungsmittels für die Säule geleitet wird und die Intensitäten der beiden Strahlen vor und nach dem Durchtritt des Lösungsmittels durch die Säule miteinander verglichen werden. Für den Fachmann ist es jedoch klar, daß es andere Anwendungsfälle für das optische Doppelstrahlsystem 10 gibt.

Auch bei optischen Doppelstrahlsystemen ist es erwünscht, die Intensität der Lichtquelle konstant zu halten, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu erhöhen, und zwar weil es häufig schwierig ist, die beiden Kanäle des Doppelstrahlsystems genau aneinander anzupassen.

Um die Intensität der beiden Lichtstrahlen konstant zu halten, ist der Fotodetektor 40 der Lichtintensitätsüberwachung 21 vorgesehen, der Intensitätsänderungen in dem der Doppelstrahl-Lichtquelle 12 zugeführtsn Licht feststellt und die Intensität dieses Lichtes steuert, wie dies später beschrieben werden wird.

Vor Betrieb des optischen Doppelstrahlsystems 10 wird die Lichtintensitätsüberwachung 21 eingestellt, um die Intensität des von der Doppelstrahl-Lichtquelle 12 emittierten Lichtes festzulegen.

ίο Im Betrieb des optischen Doppelstrahlsystems 10 wird zum Vergleich der Lichtabsorption der Fluide in zwei Lichtabsorptionszellen der erste Lichtstrahl der Doppelstrahl-Lichtquelle 12 auf die erste Lichtmeßzelle 18 geleitet, nachdem er durch die erste Lichtabsorptionszelle 14 hindurchgetreten ist, die eine in eine Chromatografiesäule einzubringende Lösung oder eine Lösung enthält, deren Konzentration bestimmt werden soll. Der zweite Lichtstrahl der Doppelstrahl-Lichtquel-Ie 12 trifft nach Durchtritt durch die zweite Lichtabsorptionszelle 16, die allein das Lösungsmittel enthält, auf die zweite Lichtmeßzelle 20. Die erv.e und die zweite Lichtmeßzelle erzeugen in Abhängigkeit von dem auftreffenden Licht ein erstes und ein zweites elektrisches Signal, und diese Signale werden zum Vergleich der Lichtabsorptionseigenschaften der Substanzen in der ersten und der zweiten Lichtabsorptionszelle miteinander verglichen.

Im Betrieb als optisches Einzelstrahlsystem oder als optisches System für zwei einzelne Strahlen trifft jeder

JO Lichtstrahl auf eine andere Meßzelle, nachdem er durch eine Lichtabsorptionszelle hindurchgetreten ist, die einen gelösten Stoff enthält, der in dem Strom durch eine Chromatografiesäule lokalisiert werden soll. Jede Lichtmeßzelle e. zeugt in Abhängigkeit von dem > auftreffenden Licht ein elektrisches Signal, und Schwankungen dieses Signals zeigen den Ort des Stoffes an, der die Chromatografiesäule entsprechend der Lichtmeßzelle verläßt.

Unabhängig davon, ob die Doppelstraiil-Liditquelle

"> 12 als optisches Einzelstrahlsystem oder als optisches Doppelstrahlsystem arbeitet, ermittelt die Lichtintensitätsüberwachung 21 bei Änderungen der Intensität des von der Primärlichtquelle 12 emittierten Lichtes die Änderung und führt die Intensität de? von der

■*^r> Primärlichtquelle emittierten Lichtes auf die voreingestellte Intensität zurück.

Die Doppelstrahl-Lichtquelle 12 enthält eine Lampe 30, ein lichtabstrahlendes Element 32 und einen ellipsoidförmigen Reflektor 34 mit einem ersten Sektor

">o 36 und einem zweiten Sektor 38.

Um Licht für den ersten und den zweiten Lichtstrahl zu liefern, ist die Lampe 30 am Basisteil 22 befestigt, das als Aufnahme für die elektrische Verbindung dient und •nitt.'g innerhalb der Doppelstrahl-Lichtquelle 12 an-

« geordnet ist. Die Lampe 30 dient als Primärlichtquelle und kann von un.erschiedlichster Art sein, wobei die Wahl davon abhängt, ob sie Licht der gewünschten Frequenz liefern kann.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bestellt

^h(l die Lampe 30 aus einer Niederdruck-Quecksüberdampflampe, die ultraviolettes Licht abstrahlt, dessen Wellenlängen lür einige fotometrische Vorrichtungen besonders geeignet sind, etwa zum Messen oder Vergleichen der optischen Dichte oder der Lichtabsorption gewisser

^Μ Lösungen, die organische Stoffe, beispielsweise Protein, Aminosäure o. ä. enthalten. Es können jedoch für andere Zwecke auch andere Arten von Lampen als Primärlichtquellen verwendet werden. Die Erfindung kommt

insbesondere in fotometrischen Vorrichtungen zur Anwendung, in denen das von einigen Stellen der Primärlichtquelle abgestrahlte Licht in seiner Intensität gegenüber dem Licht schwankt, das von anderen Stellen abgestrahlt wird, oder bei denen das in einigen Richtungen abgestrahlte Licht in seiner Intensität gegenüber dem Licht schwankt, das in anderen Richtungen abgestrahlt wird.

Wenn die Lampe 30, wie im bevorzugten Ausführungsbeispiel, aus einer Quecksilberdampflampe besteht, so ist für diese eine Wärmesenke vorgesehen, wie sie zweckmäßigerweise durch die Herstellung des Basisteils 22 aus Metall gewonnen wird.

Wird bei einigen Arten von Quecksilberdampflampen einer Doppelstrahl-Lichtquelle 12 keine Wärmesenke vorgesehen, so ist die Lichtintensitätsüberwachung 21 instabil, und der Strom durch die Lampe 30 steigt auf einen hohen Wert. Der Strom erhöht sich infolge einer eich cplHct u/ip/4prhr\lpnHpn Ifpftp vnn vipr .Crhrittpn ten Lichtstrahlen dienenden dritten Lichtstrahl zu einer Regelschaltung 21 für die Lichtintensität der Lampe leitet, ohne daß das von der Lampe 30 entlang einer direkten Bahn emittierte Licht beeinträchtigt wird. Die

Ausrichteinrichtung kann aus einer Öffnung mit verhältnismäßig langer Wand, einem Rohr, einer Linse o. ä. bestehen, wodurch verhindert wird, daß der Fotodetektor 40 unmittelbar von der Lampe 30 bestrahlt wird. Der Fotodetektor 40 ist außerhalb des

ίο Reflektors und auf einer Linie mit der Ausrichteinrichtung angeordnet.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 und 4 ist der Fotodetektor 40 am Basisteil 22 der Lampe 30 befestigt, um Licht direkt von einem großen Volumen-

r> bereich der Lampe 30 zu empfangen. Bei dieser Anordnung bewirkt jegliche Intensitätsänderung in dem von der Lampe 30 emittierten Licht eine große absolute Änderung des vom Fotodetektor empfangenen Licht fluccpc vprulirhpn mit Her IntpncitätcänHpriinD Ηρς

nämlich (1) der Strom durch die Lampe heizt den Dampf in der Lampe und bewirkt einen Anstieg der Temperatur und des Dampfdruckes; (2) die Zunahme des Dampfdruckes bewirkt eine Absorption von mehr Licht durch den Dampf, wodurch sich die vom Fotodetektor 40 empfangene Lichtintensität verringert;

(3) die vom Fotodetektor festgestellte Verringerung der Lichtintensität läßt die Lichtintensitätsüberwachung 21 den Stromfluß durch die Lampe vergrößern, um die Intensität auf den eingestellten Wert zurückzuführen;

(4) der erhöhte Stromfluß erhöht weiter die Dampftemperatur in der Quecksilberdampflampe, so daß der Ablauf der vier Schritte erneut beginnt.

Um einen großen Teil des Lichtes von der Lampe 30 auf das strahlende Element 32 zu bündeln, hat der ellipsoidförmige Reflektor 34 im wesentlichen die Form eines länglichen Ellipsoids, das aus zwei Sektoren 36 und 38 aufgebaut ist, die in der Mitte einen Abstand voneinander haben und deren konkave Seiten einander zugewandt sind. Wie am deutlichsten in F i g. 2 zu erkennen ist, befindet sich der Helligkeitspunkt der Lampe 30 im ersten Brennpunkt des ellipsoidförmigen Reflektors 34, um das Licht auf den zweiten Brennpunkt zu fokussieren, in dem sich das Iichtabstrahlende Element 32 befindet, um Licht unter einem großen Raumwinkel von der Lampe 30 zu empfangen.

Damit der erste und der zweite Lichtstrahl den ellipsoidförmigen Reflektor 34 entlang einer einzigen optischen Achse verlassen können, sind in dem Reflektor 34 zwei Lichtstrahlöffnungen 46 und 47 vorgesehen, von denen die eine Lichtstrahlöffnung 46 im einen Sektor und fluchtend mit der Lichtstrahlöffnung 47 im anderen Sektor sowie mit dem zweiten Brennpunkt angeordnet ist Da die beiden Lichtstrahlöffnungen mit dem zweiten Brennpunkt des Reflektors 34 und miteinander fluchten, wird das Licht nicht direkt in einer geraden Linie durch das Iichtabstrahlende Element 32 und die öffnung im anderen Sektor in eine Lichtabsorptionszelle geleitet, ohne daß eine entsprechende Streuung stattfindet, denn es gibt keinen derartigen Weg für das Licht, sondern alle geradlinigen Lichtbahnen von einem Reflektor durch die öffnung des anderen Reflektors verlaufen unter einem Winkel zum ersten und zweiten Lichtstrahl.

In dem in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist im ellipsoidförmigen Reflektor 34 eine dritte Lichtsirahiöffnung 48 vorgesehen, die sich durch eine Lichtausrichteinrichtung erstreckt, welche einen zur Überwachung der Intensität der beiden abgestrahl- Lichtes in einem Lichtstrahl vom strahlenden Element. Dadurch wird die Stabilität der Lichtüberwachung verbessert und die verwendete Rückkopplungsschaltung vereinfacht. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist keine dritte Lichtstrahlöffnung 48 im Reflektor 34 erforderlich.

Die Lichtabsorptionszellen 14 und 16 haben mit den Lichtstrahlöffnungen 46 und 47 fluchtende Durchlässe, die ehe Kollimation des durch die Lichtstrahlöffnungen fallenden Lichtes für die Lichtmeßzellen 18 und 20

jo unterstützen. ·

Damit die Intensitäten der Lichtstrahlen für die Lichtabsorptionszellen das gleiche Verhältnis haben, selbst wenn das von der Lampe 30 von einer Stelle oder in einer Richtung der Lampe emittierte Licht sich in

ti seiner Inte· sität bezüglich der Intensität an einer anderen S- c\k oder in anderer Richtung ändert, weist das Iichtabstrahlende Element 32 eine transparente oder durchscheinende Basis mit einem ebenen, lichtabstrahlenden Bereich auf, der in einem der Brennpunkte des

w ellipsoidförmigen Reflektors 34 angeordnet ist während sich im anderen Brennpunkt der Helligkeitspunkt der Lampe 30 befindet. Der ebene, iichtabstrahlende Bereich ist bezüglich der Lichtstrahlöffnungen in den Sektionen 36 und 38 des ellipsoidförmigen Reflektors 34

^<J> so ausgerichtet daß eine Gerade durch die beiden Lichtstrahlöffnungen 46 und 47 senkrecht zum ebenen, lichtabstrahlenden Bereich verläuft

Damit die Intensität des Lichtes in den Lichtstrahlen immer das gleiche Verhältnis hat weist der lichtabstrah-

Vi !ende Bereich des Elements 32 im allgemeinen irgendeine Fläche oder Flächenkombination "af, die Licht proportional in einer Anzahl verschiedener Richtungen abgibt, so daß die Lichtstrahlen Lichtintensitäten haben, die in den Lichtrichtungen proportional zueinander sind. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden zwei Lichtstrahlen in verschiedenen Richtungen durch die Lichtstrahlöffnungen 46 und 47 abgestrahlt und in diesem Ausfühnmgsbeispiel sind zum Bündeln des Lichtes vom lichtabstrahlenden Element zu Strahlen keine Linsen erforderlich, da die Strahlen in verschiedenen Richtungen durch die Lichtstrahlöffnungen treten, wodurch mögliches Lichtrauschen entfernt wird, das durch schlecht bündelnde Linsen erzeugt wird, die den Strahlen Licht aus einem zu großen Bereich des lichtabstrahlenden Elements 32 zuführen.

Da das Licht in zwei entgegengesetzte Richtungen von dem lichtabstrahlenden Element zu den Lichtabsorptionszellen abgestrahlt wird, hat das lichtabstrah-

lende Element seine geringste Abmessung parallel zu den beiden Lichtstrahlen, und diese Abmessung ist ausreichend klein, um nennenswerte Schwächungen des durch das Element hindurchlretenden Lichtes zu vermeiden. Im allgemeinen ist das Element weniger als I mm stark. Üblicherweise wird das Verhalten verbessert, wenn das Element ausreichend durchscheinend ist, so ,i-jß es, unabhängig von welchem Sektor des ellipsoidförmigen Reflektors das zugeführte Licht auffällt, in beiden Richtungen gleich abstrahlt.

In einem Ausführungsbeispiel enthäli das lichtabstrahlendc Element zu diesem Zweck eine durchscheinende, lichtstreuende Fläche, die einen passiven Lichtabstrahier aufweist, etwa Teilchen in einer Schicht, die so dünn ist, daß sie durchscheinend ist, oder die lichtstreuende Verformungen enthält. In diesem Fall gibt der passive Lichtabstrahier kein Licht durch Änderung des Erregungszustandes seiner Atome oder die Lichtabsorptionszellen 14 und 16 aus Strömungszellen, von denen mindestens eine das Lösungsmittel und die Lösung einer Chromatografiesäule aufnehmen kann. Die Strömungszellen haben Fenster, die auf die beiden einander gegenüberliegenden Lichtstrahlöffnungen im ellipsoidförmigen Reflektor 34, das lichtabstrahlende Element 32 und die Lichtmeßzellen 18 und 20 ausgerichtet sind, so daß zwei entgegengesetzte Lichtstrahlen, die von dem lichtabstrahlenden Element 32 abgegeben werden, durch die Strömungszellen 14 und 16 hindurchtreten, um die Fotoleiter in der ersten und zweiten Lichtmeßzelle 18, 20 zu aktivieren. Die Lichtmeßzellen 18 und 20 weisen zwischen ihren Fotozellen und der Lichteintrittsöffnung entsprechende Filter auf, die die gewählten Lichtfrequenzen durchtreten lassen.

Selbstverständlich kann die Lichtintensitätsüberwachting 21 zur Steuerung der Lichtintensität von einer im

fluoreszierenden Strahlern der Fall ist, sondern er strahlt nur Licht wieder ab.

Die lichtstreuende Fläche streut das auffallende Licht willkürlich, so daß das Licht gemäß dem Lambertschen Kosinusgesetz abgestrahlt wird, wobei die Intensität unabhängig vom Herkunftspunkt in der Lampe 30 proportional zum Kosinus des Winkels bezüglich der Normalen zur lichtstreuenden Fläche ist. Somit ist das Verhältnis der Lichtintensitäten der Strahlen konstant, da alle Strahlen einen konstanten Winkel zur emittierenden Fläche haben. Ferner wird das Licht von beiden Sek' >ren 36 und 38 von beiden Seiten des lichtabstrahlenden Elements 32 zurückgestrahlt, um sowohl zum ersten als auch zum zweiten Lichtstrahl beizutragen und dadurch die Lichtstrahlen anzugleichen, da das lichtabstrahlende Element durchscheinend ist und nicht viel Licht absorbiert.

In einem anderen Ausführungsbeispiel weist das lichtabstrahlende Element zu diesem Zweck Fluoreszenzteilchen auf, die in einer dünnen und damit durchscheinenden oder durchsichtigen Schicht angeordnet und auf der durchsichtigen oder durchscheinenden Basis des lichtabstrahlenden Elements 32 befestigt sind. Die Fiuoreszenzteilchen bzw. die diese Teilchen tragende Schicht emittiert Licht in allen Richtungen, so daß jede Stelle proportional zu jedem der Lichtstrahlen beiträgt. Im Gebrauch erzeugen die Fluoreszenzteilchen außerdem eine streuende Fläche, wodurch das gestreute Licht sowohl mit der Frequenz des Lichtes der Lampe 30 als auch mit der Frequenz des durch die Fluoreszenz von den Teilchen emittierten Lichtes jedem der Lichtstrahlen zugeführt wird. Das von den Fluoreszenzteilchen absorbierte Licht verringert das konstante Verhältnis etwas, das jedoch für die meisten Anwendungszwecke immer noch geeignet ist.

Die Lichtfrequenzen, die durch die Lichtabsorptionszellen 14 und 16 hindurchtreten und zu den Fotozellen in den Lichtmeßzellen 18 und 20 gelangen, werden durch Einsetzen von Filtern in die Bahn der Lichtstrahlen ausgewählt. Diese Filter absorbieren selektiv solche Lichtfrequenzen, die nicht zu den Fotozellen gelangen sollen. Da sich die Filter leicht auswechseln lassen, wird durch das Vorhandensein von zwei unterschiedlichen Frequenzbereichen des Lichtes, ein Bereich von der Fluoreszenz der Teilchen und der andere Bereich von der Streuung des Lichtes, eine leichte Anpassung des optischen Doppelstrahlsystems an verschiedene Anwendungszwecke möglich.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bestehen

beschriebenen Vorrichtung benutzt werden, doch ist sie besonders gut geeignet, wenn sie in Zusammenhang mit dem hier beschriebenen optischen System verwendet wird, wobei sich noch spezielle Vorteile ergeben.

Die Lichtintensitätsüberwachung 21 enthält den Fotodetektor 40, eine Rückkopplungssteuerschaltung 42 und eine Intensitätssteuerschaltung 44. Der Fotodetektor 40 ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 auf einer Geraden mit der Lichtstrahlöffnung 48 im ellipsoidförmigen Reflektor 34 und mit dem abstrahlenden Element 32 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 und 4 ist der Fotodetektor 40 am Basisteil 22 der Lampe 30 so befestigt, daß er in einen großen Raumwinkel von der Lampe 30 emittiertes Licht aufnimmt.

Zur Steuerung der Intensitätssteuerschaltung 44 ist der Eingang der Rückkopplungssteuerschaltung 42 mit dem Fotodetektor 40 verbunden, dessen Ausgang mit der Intensitätssteuerschaltung 44 in Verbindung steht. Die Intensitätssteuerschaltung 44 ist mit der Lampe 30 zur Steuerung von deren Intensität in Abhängigkeit von Signalen von der Rückkopplungssteuerschaltung 42 verbunden.

Fig.5 zeigt schematisch die Schaltungsanordnung des Fotodetektors 40 und der Rückkopplungsschaltung 42 der Lichtintensitätsüberwachung 21, wobei die Rückkopplungsschaltung 42 ein Potentiometer 50 und einen Verstärker 52 enthält.

Um ein Signal für den Eingang des Verstärkers 52 zu erhalten, das eine Intensitätsänderung des vom lichtabstrahlenden Element 32 (Fig. 1 bis 4) abgegebenen Lichtes anzeigt, ist der Invertiereingang des Verstärkers 52 sowohl mit dem Fotodetektor 40 als auch mit dem Potentiometer 50 verbunden. Der Fotodetektor 40, der Invertiereingang des Verstärkers 52 und das Potentiometer 50 sind in Reihe zwischen eine positive und eine negative Spannungsquelle geschaltet.

Da der Fotoleiter 40 bei Vergrößerung der auffallenden Lichtintensität seinen Widerstand verringert, wird dem Invertiereingang des Verstärkers 52 ein positives Signal zugeführt, wenn die Intensität des vom Element 32 abgestrahlten Lichtes zunimmt, und es wird ein negatives Signal erzeugt, wenn diese Intensität abnimmt An der Ausgangsklemme 54 des Verstärkers 52 tritt ein negatives Signal auf, wenn die yom Element 32 auf den Fotoleiter 40 abgestrahlte Lichtintensität zunimmt, während bei Abnahme dieser Intensität ein positives Signal entsteht. Das Potentiometer 50 ist so eingestellt, daß die Signale vom Fotoleiter 40 im

dynamischen Arbeitsbereich des Verstärkers 52 bleiben und die Empfindlichkeit der Lichtintensitätsüberwachung 21 gesteuert wird.

In Fig.6 ist schematisch eine Schaltung der Lampe 30 und der mit ihr verbundenen Intensitätssteuerschaltung 44 gezeigt. Die Intensitätssteuerschaltung enthält ein Strommeßgerät 56 für den Lampenstrom, einen npn-Transist"r 58, ein Potentiometer 60 und eine Eingangsklensme 62. Die Lampe 30, das Meßgerät 56, der Transistor 58 und das Potentiometer 60 sind zwischen einer positiven Spannungsquelle und Erde in Reihe geschaltet, während die Basis des npn-Transistors mit der Eingangsklemme 62, dessen Kollektor mit dem Meßgerät 56 und dessen Emitter mit dem Potentiometer 60 verbunden ist. Um Signale von der Rückkopplungsschaltung 42 zu empfangen, liegt die Eingangsklemme 62 der Intensitätssteuerschaltung 44 an der Ausgangsklemme 54 (F i g. 5) der Rückkopplungsschaltung 42.

Vor Inbetriebnahme des optischen Doppelstrahlsystems 10 werden in die Lichtmeßzellen 18 und 20(F ig. 1 und 3) Filter eingesetzt, und die Intensität der Lampe 30 wird durch Einstellung der Potentiometer 60 und 50 justiert. Der durch die Lampe 30 fließende Strom wird bei der Einstellung zweckmäßigerweise mittels des Meßgerätes 56 gemessen.

Grundsätzlich werden die Filter entsprechend der Anwendung des optischen Doppelstrahlsystems ausgewählt. Um beispielsweise eine Lösung zu überprüfen, die Licht einer Wellenlänge von 254 nm absorbiert, werden in die Lichtmeßzellen 18 und 20 Filter eingesetzt, welche Licht ausfiltern, das andere Wellenlängen als 254 nm hat. 254 nm ist eine Wellenlänge, die in von einer Niederdruck-Quecksilberdampflampe abgestrahltem Licht enthalten ist. Soll andererseits eine Lösung untersucht werden, die Licht mit Wellenlängen zwischen 270 nm und 290 nm absorbiert, so werden Filter eingesetzt, die alle anderen Wellenlängen ausfiltern. Licht mit Wellenlängen zwischen 270 nm und 290 nm wird von gewissen Fluoreszenzphosphoren emittiert, die in das lichtabstrahlende Element 32 eingelagert werden können.

Im Betrieb des optischen Doppelstrahlsystems 10 für den Vergleich eines einen gelösten Stoff enthaltendes Lösungsmittel mit einem reinen Lösungsmittel wird ein den Stoff enthaltendes Lösungsmittel durch die erste Lichtabsorptionszelle 14 und reines Lösungsmittel durch die zweite Lichtabsorptionszelle 16 gepumpt. Während Lösungsmittel und gelöster Stoff durch die Lichtabsorplionszellen fließen, tritt der erste Lichtstrahl durch die erste Lichtabsorptionszelle und gelangt in die erste Lichtmeßzelle 18, während der zweite Lichtstrahl durch die zweite Lichtabsorptionszelle hindurchtritt und in die zweite Lichtmeßzelle 20 gelangt, wobei erster und zweiter Lichtstrahl zueinander proportionale Lichtintensitäten haben.

Die erste Lichtmeßzelle 18 und die zweite Lichtmeßzelle 20 liefern Signale, die für die Intensität des Lichtes des ersten und des zweiten Strahls charakteristisch sind, und diese Signale werden in einer Schaltung (nicht gezeigt) verglichen, um Informationen über den durch die erste Lichtabsorptionszelle fließenden, gelösten Stoff zu erhalten. Während der erste und der zweite Lichtstrahl durch die erste und die zweite Lichtabsorptionszelle hindurchtreten, ermittelt die Lichtintensitätsüber-A'achung 2i Intensitätsänderungen im von der Primärlichtquelle abgestrahlten Licht und korrigiert derartige Änderungen, um die Lichtintensität konstant

zu halten. Bei einer optischen Einheit mit nur einem Lichtstrahl od.r bei einem optischen System mit zwei Lichtstrahlen, die jeweils zum Lokalisieren eines gelösten Stoffes in unterschiedlichen Lichtabsorptionszellen benutzt werden, arbeitet die Lichtintensitätsüberwachung 21 in der gleichen Weise.

Um den ersten und zweiten Lichtstrahl zu erzeugen, gibt die Lampe 30 auf das lichtabstrahlende Element 32 Licht ab, das im bevorzugten Ausführungsbeispiel ultraviolettes Licht mit einem verhältnismäßig hohen Anteil an Strahlung von 254 nm ist. Da sich der Leuchtpunkt der Lampe 30 in einem Brennpunkt und das lichtabstrahlende Element 32 im anderen Brennpunkt des ellipsoidförmigen Reflektors 34 befindet, wird Licht von einem Raumwinkel, der den Hauptteil esner Kugel darstellt, von der Lampe 30 auf das lichtabstrahlende Element 32 abgestrahlt. Das in einer Richtung oder von einer Stelle in der Lampe 30 emittierte Licht kann sich in seiner Intensität gegenüber dem in einer anderen Richtung oder von einer anderen Stelle in der Lampe 30 emittierten Licht ändern. Dies geschieht bei Niederdruck-Quecksilberdampflampen infolge der Bewegung des Dampfes in der Lampe durch Konvektion, wodurch mehr Licht von der einen Ausbreitungsbahn als von einer anderen Ausbreitungsbahn absorbiert wird.

Um die Intensitäten des ersten, zweiten und dritten Lichtstrahls in einer konstanten Zuordnung zueinander zu halten, strahlt das lichtabstrahlende Element 32 Licht mit proportionalen Intensitäten in verschiedene Richtungen, wobei der Anteil des abgestrahlten Lichtes in jede Richtung von der Richtung abhängt, selbst wenn das Licht von der Lampe }0 in einer Richtung eine Intensität aufweist, die von der Intensität in einer anderen Richtung abweicht.

Zur Steuerung der Intensität des von der Lampe 30 emittierten Lichtes erhöht ein positives Signal an der Eingangsklemme 62 der Intensitätssteuerschaltung 44 die Leitfähigkeit des Transistors 58, wodurch ein größerer Strom durch die Lampe 30 fließt und damit die Intensität des von ihr emittierten Lichtes erhöht wird. Ein negatives Signal am Eingang 62 verringert die Leitfähigkeit des Transistors 58, verringert den Strom durch die Lampe 30 und verringert damit die Intensität des von der Lampe 30 emittierten Lichtes. Somit wirkt einer Verringerung der Intensität des von der Lampe 30 emittierten Lichtes eine Erhöhung der Intensität entgegen, und einer Intensitätsvergrößerung des von der Lampe 30 emittierten Lichtes wirkt die Neigung zur Verringerung der Intensität des von der Lampe 30 emittierten Lichtes entgegen.

Die vorstehende Beschreibung zeigt, daß das optische Doppelstrahlsystem den Vorteil hat, die Lichtintensität des ersten und zweiten Lichtstrahls sehr genau konstant zu halten.

In dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Steuerung der Intensität der Lichtstrahlen dadurch genau, daß die Lichtüberwachung von dem von dem lichtabstrahlenden Element 32 emittierten Licht gesteuert wird, das auch Licht für die Lichtstrahlen liefert

In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Intensitätssteuerung der Lichtstrahlen dadurch genau, daß (I) das Lichtüberwachungssystem von dem von der Lichtquelle 30 emittierten Licht gesteuert wird und ein Reflektor mit länglicher Ellipsoidform die Ausnutzung eines größeren Prozentsatzes des Lichtes ermöglicht, und (2) der Fotodetektor Licht verhältnismäßig hoher Intensität von der Lampe empfängt, so daß das

Ansprechen auf !ntensitätsändertingen schneller erfolgt als wenn der Fotodetektor geringere Lichtintensitäten über eine Lichtstrahlöffnung im Reflektor empfangen würde. Darüber hinaus ist die Lichtüberwachung im zweiten Ausführungsbeispiel wirtschaftlich, dl sich der

Fotodetektor leicht am Basisteil 22 der Priniärlichtqiicl· Ie 30 befestigen läßt 'ind da die Rückkopplungsschaltung sich infolge der vergrößerten Stabilität der Lichtüberwachung gegenüber der Überwachung des Lichtes von dem abstrahlenden Element vereinfacht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Aufteilung des Lichtes einer Lichtquelle in mindestens zwei Teilstrahlen konstanten Intensitätsverhältnisses mit

a) einem eine lichtstreuende Fläche aufweisenden Element, dessen Ausdehnung senkrecht zur lichtstreuenden Fläche so gering ist, daß die Lichtschwächung entlang dieser Richtung vernachlässigbar ist,

b) einer das Licht der Lichtquelle auf einen Punkt des Elements konzentrierenden Fokussiereinrichtung,

c) Einrichtungen zur Aussonderung der Teilstrahlen aus dem von dem Element abgestrahlten Licht, nach Patent 23 28 193,

gekennzeichnet durch

d) eine P.ückkopplungsschleife (40, 21) zur Konstanthaltung der Strahlungsintensität der Lichtquelle (30), weiche enthält:

1. einen von Licht der Lichtquelle (30) beaufschlagten Fotodetektor (40),

2. eine an den Fotodetektor (40) angeschlossene Regelschaltung (21) für die Versorgungsenergie der Lichtquelle (30).

2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Fotodetektor (40) auf den Helligkeitspunkt der Lichtquelle (30) ausgerichtet ist.

3. Vorrichtung nach Ansprxh 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fotodetektor (40) auf einen Punkt des lichtstreuenden Elements (J'⁴) ausgerichtet ist.