DE2320937A1 - Optische vorrichtung zum aufnehmen der lichtabsorption in einem objekt, das ausserdem eine veraenderliche optische dichte aufweist - Google Patents

Description

Patentanwalt Dipl.-Phys. Gerhard Liedl 8 München 22 Steinsdorfstr. 21-22 Tel. 29 84

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Ingenjörsfirman Gradient, Birgit und Harry Rübe S-412 61 GÖTEBORG, Schweden

Optische Vorrichtung zum Aufnehmen der Lichtabsorption in einem Objekt, das außerdem eine veränderliche optische Dichte aufweist

Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung zur Aufnahme der Lichtabsorption entlang einer bestimmten Raumkoordinate (x) bei einer bestimmten Wellenlänge (λ ), durch ein Objekt, in welchem neben der Absorption auch die optische Dichte sich entlang dieser Raumkoordinate ändert, mit einer Lichtquelle, einem Objekthalter, einem Monochromator für die Strahlung der Lichtquelle, einer lichtempfindlichen Empfangseinrichtung für das von der Lichtquelle ausgestrahlte, durch

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das Objekt und den Monochromator hindurchgetretene Licht, einem Spalt, der in x-Richtung der Koordinate schmal ausgebildet ist und der in dieser Richtung im Objekt die Ausdehnung des Lichtkegels, welcher auf die aktive Fläche der lichtempfindlichen Empfangseinrichtung auftrifft, begrenzt und mit Mitteln zur Relativbewegung in Richtung der Koordinate (x) zwischen dem Objekt und dem Spalt.

Absorptionsmeßgeräte und Spektralphotometer sind für planparallele Zellen, welche optisch homogene Lösungen enthalten, ausgebildet. Derartige Objekte haben eine konstante optische Dichte und das Licht, welches durch sie hindurchtritt, erfährt keine Winkelablenkung. Objekte, in denen entweder die Brechungszahl oder die Dicke oder beides von Punkt zu Punkt sich ändert, haben eine veränderliche optische Dichte und derartige Objekte lenken bekanntlich das Licht in Richtung zur anwachsenden optischen Dichte hin ab. Wenn ein derartiges Objekt in die Zelle eines Spektralphotometers gebracht wird, ist es schwierig, zu wissen, was mit dem Licht, das durch das Objekt hindurchdringt, geschieht. Das reflektierte Licht kann beispielsweise durch eine Sperre im optischen System behindert sein oder es kann außerhalb der aktiven Fläche der lichtempfindlichen Empfangseinrichtung auftreffen.

In Verbindung mit der Elektrophorese und beim Zentrifugieren setzt es sich in der Praxis durch, daß man die Trennzellen oder andere Objekte zusammen mit einem festen Spalt und einer Hubvorrichtung für die Zelle in den Spektralphotometer einbringt, so daß mittels des optischen Systems das Objekt, in welchem die Trennung durchgeführt wird, absorptiometrisch abgetastet wird. Auf diese Weise hofft man, Konzentrationsanalyssn in Form von elektrophoretischen Spektren oder Fliehkraftspektren in einer brauchbareren Art zu erhalten als durch Fraktionen und Messen derselben im Spektralphotometer. Gegenstände, welche jedoch der Elektrophorese

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oder dem Zentrifugieren unterworfen werden,haben eine veränderliche optische Dicke, woraus folgt, daß das Licht, welches durch diese Gegenstände hindurchtritt, zwei optischen Effekten unterworfen wird, nämlich einer Lichtabsorption und einer Ablenkung in Richtung des Gradienten der optischen Dichte. Das so abgelenkte Licht erreicht die lichtempfindliche Empfangseinrichtung nicht oder nur zum Teil. Das Ansprechen des letzteren hängt daher in unbekannten Proportionen bzw. in unbekanntem Grad sowohl von der Lichtabsorption als auch von der Lichtablenkung ab. Die absorptiometrische Analyse ist daher mit Fehlern behaftet, welche aus dem System resultieren und welche mehr oder weniger stark von den Eigenschaften der optischen Dichte des zu messenden Objektes abhängen. In einigen Fällen sind diese Fehler unbedeutend, in anderen Fällen können sie jedoch unangenehme Auswirkungen haben.

Das Vorhandensein dieser Fehler wurde in Verbindung mit der äbsorptiometrischen Abtastung im ultravioletten Licht von Zellen, welche für die isoelektrische Fokussierung verwendet wurden, festgestellt. Derartige Zellen,¹¹ welche planparallel ausgebildet sind, sind gegen Konvektion stabilisierend zwar mit Hilfe eines starken Dichtegradienten, der von einem starken Brechungsindexgradienten begleitet ist. Die verschiedenen Ampholyte, welche in der Flüssigket vorhanden sind, werden in schmalen Bändern mittels der Wirkung des Stromes und des vom Strom hervorgerufenen pH-Gradienten fokussiert. Diese Bänder bzw. Zonen erzeugen starke lokale Brechungsindexgradienten, welche aufgrund des Dichtegradienten diesen überlagert sind. Die Ampholyte, welche in schmale Bänder fokussiert sind, sind von zweierlei Art: die Proteine,welche analysiert werden, zeigen sowohl Absorptions- als auch Brechungsindexgradienten und die Hilf sampholyte, welche auch Trägerampholyte genannt werden, zeigen nur Brechungsindexgradienten, da sie, was prinzipiell der Fall ist, für die Strahlung, welche beim absorptiometrischen Abtasten verwendet wird, durchlässig sind. Es besteht daher nachweislich eine

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große Gefahr, daß die komplizierte Veränderung des Brechungsindex von dem oberen Teil zum Boden einer derartigen Zelle und die dabei in Erscheinung tretende Lichtablenkung im hindurchgetretenen Licht, das die lichtempfindliche Empfangseinrichtung erreicht, Fehler hervorrufen kann. Insbesondere kann das Licht, welches durch die fokussierten Zonen von Trägerampholyten hindurchgetreten ist, außerhalb der aktiven Fläche der lichtempfindlichen Empfangseinrichtung gebeugt sein, woraus resultiert, daß durchsichtige Chemikalien falsche Absorptionsspitzen aufzeigen. Die auf diese Weise gewonnenen Absorptionsspektren können daher völlig falsch sein. Die gewonnenen Spektren sind somit keine Absorptionsspektren sondern Spektren, welche Defekte bzw. Auswirkungen von einer unbekannten Kombination von Lichtabsorption und Lichtbrechung aufzeigen, welche völlig unbrauchbar sind.

Die isoelektrische Fokussierung und auch andere Formen der Zonenelektrophorese können in Gel-Platten durchgeführt werden, wozu neuerdings allgemein synthetische Polyacrylamid-Gels verwendet werden. Die Proteinzonen werden mittels bestimmter Farbstoffe, die an den Proteinen haften, gefärbt und die überflüssige Farbe wird a bgewaschen. Die Proteinzonen sind dann für das Auge sichtbar, und es ist prinzipiell möglich, mit sichtbarem Licht die a.bsorptionsmetrische Abtastung vorzunehmen. Diese Gelplatten haben jedoch sich ändernde optische Dichten und zwar aus . zwei Gründen: 1. weisen sie Brechungsindexgradienten gemäß der verändeii ichen Konzentrationen der fokussierten Ampholyte auf, 2. besitzen die Gel-Platten eine sich ändernde geometrische Dicke, da eine Gel-Oberfläche gegenüber der Luft offen ist und somit quellen oder schrumpfen kann gemäß den Änderungen des Wassergehaltes. Die Erfahrung zeigt, daß die Dickenänderungen sehr wesentlich sein können. Die Gels zeigen häufig eine wellige Erscheinungsform, welche auch mit bloßem Auge gut sichtbar ist. Da nun die Aufspaltungsgegenstände in Form von Gel-Platten

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starke Gradienten bezüglich der optischen Dichte haben, resultiert hieraus eine starke Beugung des Lichtes, welches durch sie hindurchtritt. Folglich ergeben sich beim "absorptiometrischen Abtasten in einem herkömmlichen Spektralphotometer ernsthafte systematische Fehler aufgrund der Lichtbeugung.

Ein Lichtabsorptiometer für Objekte mit veränderlicher optischer Dichte muß so beschaffen sein, daß ein Lichtverlust aufgrund von Beugung in einem Winkel für die lichtempfindliche Empfangseinrichtung nicht möglich ist. Vo!liegende Erfindung zeigt nun ein optisches System, das eine einwandfreie absorptiometrische Analyse ermöglicht, obgleich eine starke Lichtbeugung im Objekt aufgrund eines sich ändernden Brechungsindex und/oder einer sich ändernden geometrischen Dichte vorhanden ist.

Die Absorbierung kann sich in mehr als einer Richtung im zu messenden Objekt ändern. Es wird jedoch eine einzige Koordinatenachse χ ausgewählt, entlang der die Absorbierung festgestellt werden soll. Ih der Regel ist diese Koordinate die gleiche, wie die entlang der die elektrische oder Zentrifugalkraft während des Trennvorganges wirksam ist. Ih Zellen mit flüssigen Inhalten erscheint die Lichtbeugung in der gleichen Richtung, jedoch kann in Gel-Platten das Licht in andere Richtungen abgelenkt bzw. gebeugt werden.

Bei der eingangs dargestellten Vorrichtung ist die Erfindung, welche die genannte Aufgabelöst, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle in der Richtung der bestimmten Koordinate χ eine konstante Strahlungsintensität aufweist; und zwar über eine solche Länge, welche sich unter einem vom Spalt ausgehenden Winkel erstreckt, der größer ist als ein ebenfalls vom Spalt ausgehender Winkel, der von der aktiven Fläche der lichtempfindlichen Empfangseinrichtung eingenommen wird. Ih bevorzugter

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Weise weist die Lichtquelle eine konstante Intensität auch senkrecht zu der x-Richtung auf. Ein optisches System, welches diese Eigenschaften aufweist, arbeitet, wie im folgenden anhand von Objekten, welche sowohl bezüglich der Lichtabsorption als auch der optischen Dichte Gradienten aufweisen, gezeigt werden soll.

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

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Wenn man nun die Abtastung vornimmt, ergibt sich ein richtiges Absorptionsspektrum.

Es sei nun angenommen, daß die Lichtbeugung bzw. Ablenkung im Objekt senkrecht zur x-Richtung erfolgt. Der Teil der Lichtquelle, der Licht zur aktiven Fläche der lichtempfindlichen Empfangseinrichtung liefert, wird dann seitwärts versetzt, jedoch bleibt seine horizontale Ausdehnung unverändert. Da die Intensität der Lichtquelle in dieser Richtung ebenfalls konstantlist, ergibt sich keine Änderung im Lichtstrom, der die aktive Fläche der lichtempfindlichen Empfangseinrichtung erreicht. Auf diese Weise wird ebenfalls ein richtiges Absorptionsspektrum erzielt.

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

Die Veränderung des Winkels α. erfolgt bevorzugt durch Mittel, welche

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

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

Die Erfindung kann außerdem Mittel zur relativen Verschiebung in der x-Richtung.zwischen dem Objekt und dem Spalt aufweisen. Es ist selbstverständlich, daß diese Relativbewegung dadurch erzielt werden kann, daß ein fester Spalt in Verbindung mit Mitteln zur Anwendung kommt, welche das Objekt in x-Richtung am Spalt vorbeischieben, wo-

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bei die anderen optischen Elemente stationär angeordnet sind oder dadurch, daß das Objekt in fester Position gehalten wird, während der Schlitz in der x-Richtung entlang dem Objekt verschoben wird, wobei die anderen optischen Elemente bevorzugt in Parallelbewegungen dem Schlitz folgen. Die erstgenannte Anordnung ist bevorzugt, da sie einfacher ausgestaltet ist. Es ist jedoch möglich, das optische System gemäß der Erfindung so aufzubauen, daß nur der Spalt oder der Spalt zusammen mit der lichtempfindlichen Empfangseinrichtung am Objekt entlang in der x-Richtung verschoben wird, wenn bestimmte Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden. Wenn die Lichtquelle bezüglich dem Spalt stationär angeordnet ist, muß in x-Richtung entlang dem gesamten Objekt eine konstante Intensität vorhanden sein, - welche sonst jedoch nicht notwendig ist. Wenn die lichtempfindliche Empfangseinrichtung stationär ist, während der Spalt beweglich angeordnet ist, muß man auf parallaktische Fehler in der Lokalisierung der Absorptionszonen im Objekt achten. Wenn der Spalt in die Mittelebene des Objektes fokussiert wird, i»uß das Fokussierungselement die Bewegung des Spaltes mitvollziehen.

Gemäß der Erfindung wird eine Lichtquelle benötigt, welche wenigstens in der x-Richtung innerhalb einer bestimmten Ausdehnung eine konstante Intensität aufweist. Die Länge,entlang der eine konstante Intensität (ihre isointensive Länge) vorhanden sein muß, hängt von den Mitteln, welche die relative Bewegung zwischen dem Objekt und dem Spalt hervorrufen, ab. Wenn eine Relativbewegung zwischen dem Spalt und der Lichtquelle besteht, muß der isointensive Teil letzterer länger sein als das Objekt in der x-Richtung. Bei einer bevorzugten Anordnung, bei der die Lichtquelle, der Spalt und die lichtempfindliche Empfangseinrichtung zueinander stationär angeordnet sind, kann der isointensive Teil der Lichtquelle bedeutend geringer sein. Die minimale Länge muß jedoch einen Winkel umspannen, der in Blickrichtung vom Spalt aus gesehen, in gesicherter

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Weise größer ist als der Winkel, der von der aktiven Fläche der lichtempfindlichen Empfangseinrichtung aufgespannt wird und zwar in der gleichen Blickrichtung vom Spalt gesehen. Wenn die Lichtquelle auf der anderen Seite des Objektes ziemlich nahe am Spalt angeordnet werden kann, genügt eine isointensive Länge von nur 5-10 mm. Eine primäre Lichtquelle in Form einer Glühlampe mit einem genügend langen geradlinigen Glühfaden oder in Form einer Gasentladungslampe mit einem genügend langen Lichtbogen ist dann anwendbar, wenn diese Lampen klare Glas- oder Quarzbirnen aufweisen. Die Verwendung eines strahlenden Körpers in einer Lampe ohne Dazwischenliegen einer zweiten Lichtquelle hat den Vorteil einer ergiebigen Lichtintensität und den Nachteil, daß das Objekt einer unzuträglich hohen Erhitzung und insbesondere bei ultraviolettem Licht fotochemischen Einflüssen ausgesetzt ist.

Anstelle der Verwendung einer direkt wirkenden einzigen Lichtquelle ist es von Vorteil, eine sekundäre Lichtquelle in Form einer mattierten Oberfläche bzw. einer Mattscheibe zu verwenden, welche von der primären Lichtquelle angestrahlt wird. Diese Mattscheibe emittiert Licht in alle Richtungen. Die Mittel zur ivionochromatisierung sind dann bevorzugt zwischen der primären und sekundären Lichtquelle angeordnet. Es ist sehr einfach eine gleichförmige Intensität auf einer Mattscheibe über große Bereiche, welche sich sowohl in die x-Richtung als auch senkrecht dazu erstrecken, zu erzeugen. Es kann jedoch sehr schwierig sein, allein mit einer einzigen Lichtquelle eine gleichförmige zweidimensionale Intensität zu erzeugen. Ein optisches System, welches eine Mattscheibe als sekundäre Lichtquelle aufweist, ist daher eine bevorzugte Ausführungsfori» bei der Anwendung der Erfindung. In den Fällen, in denen das Objekt eine gesprenkelte bzw. gefärbte Gelplatte ist, welche das Licht in alle Richtungen ablenkt, ergibt sich praktisch keine andere Möglichkeit, um eine korrekte und richtige Aufzeichnung der Absorption zu gewinnen.

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Die Mattscheibe ist jedoch auch dann nützlich bei solchen Objekten, in welchen die gesamte Lichtablenkung bzw. Beugung in die x-Richtung erfolgt. Die aktive Fläche der lichtempfindlichen Einrichtung hat eine merkliche Ausdehnung sowohl in der x-Richtung und senkrecht dazu, wobei die gesamte Fläche bevorzugt benutzt werden sollte. Dies kann auch dann geschehen, wenn eine Lichtquelle, welche eine zweidimensionale Ausdehnung aufweist, verwendet wird.

Die Mattscheibe bzw. die matte Oberfläche kann zu einem getrennten op- · tischen System in der Form eines matten Schirmen gehören. Sie kann auch die eine Wand eines anderen optischen Elementes bilden, beispielsweise ein Lichtfilter oder eine Trägerplatte für eine Geltafel oder die Wand einer Küvette, welche eine zu analysierende Flüssigkeitssäule enthält und welche der Lichtquelle zugewendet ist. Außerdem kann sie als matte Birne einer Lampe ausgebildet sein. Eine derartige Lampe ist dann eine kombinierte primäre und sekundäre Lichtquelle.

Anhand der beiliegenden Figuren soll die Erfindung an bevorzugten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1. im Aufriß eine optische Vorrichtung zur Aufnahme der Lichtabsorption;

Fig. 2 eine optische Vorrichtung, bei der eine sekundäre Lichtquelle verwendet wird;

Fig. 3 eine optische Vorrichtung zur Aufnahme der Lichtabsorption unter Verwendung einer Glühlampe mit einem geraden Glühfaden;

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Fig. 4 eine optische Vorrichtung zur Aufnahme der Lichtabsorption, bei der der Spalt in einer Mittelebene der Zelle abgebildet wird;

Fig. 5 eine optische Vorrichtung zur Aufnahme der Lichtabsorption, bei der die optische Achse auf der rechten Seite der Zelle im rechten Winkel abgelenkt ist;

Fig. 6 eine optische Vorrichtung zur absorptionsmetrischen Analyse von gesprenkelten Geltafeln;

Fig. 7 eine optische Vorrichtung zur absorptionsmetrischen Analyse, bei der die Geltafeln und die Mattscheibe beweglich sind und

Fig. 8a, b Kurven für absorptionsmetrische Spektren.

In den Figuren ist mit 1 die optische Achse bezeichnet, mit 2 die Primärlichtquelle, mit 3 die Sekundärlichtquelle in Form einer matten Oberfläche eines durchlässigen Materials, welches bei Bestrahlung Licht in alle Richtungen aussendet. 4 und 5 bezeichnen Lichtfilter und 6 einen monochromator. Mit 7 ist das Objekt, das absorptionsmetrisch in der x-Richtung untersucht werden soll, bezeichnet. Dieses Objekt liegt in Form einer Zelle vor, welche eine Flüssigkeitssäule enthält. Mit 8 ist ein Objekt bezeichnet, das in Form einer gesprenkelten horizontalen Geltafel vorliegt. Mit 9 ist der Spalt bezeichnet, der in der x-Richtung schmal ausgebildet ist. Mit 10 ist eine Linse bezeichnet, welche ein optisches Bild des Spaltes auf die Mittelebene des Objektes wirft. 11 ist eine lichtempfindliche Einrichtung, beispielsweise eine Fotozelle. Mit 12 ist eine Einrichtung zur Bewegung eines Elementes quer zur optischen Achse und quer zum Spalt bezeichnet und 13 gibt eine Vorrichtung zur Verschiebung der licht-

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empfindlichen Einrichtung entlang der optischen Achse an. Der Winkel, welcher von der aktiven Fläche in der lichtempfindlichen Einrichtung aufgespannt ist wenn man vom Spalt aus die Blickrichtung wählt, ist mit α bezeichnet. Die Dicke des Objektes entlang der optischen Achse dividiert durch den Brechungsindex η ist mit a bezeichnet und der optische Abstand zwischen dem Spalt und der Lichtquelle ist mit b bezeichnet. Der divergierende Lichtkegel, der die aktive Fläche der lichtempfindlichen Einrichtung trifft, ist mit durchgezogenen geraden Linien bezeichnet für den Fall, wenn keine Lichtablenkung im Objekt (konstante Dicke, konstanter Brechungsindex) vorhanden ist und mit unterbrochenen Linien für den Fall (wegen der Deutlichkeit stark übertrieben) von Lichtablenkung im Objekt (sich ändernde Dicke, sich ändernder Brechungsindex oder beides).

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

Die Fig. 2 unterscheidet sich von der Fig. 1 dadurch, daß anstelle der Lichtfilter der Monochromator 6 vorgesehen ist und daß die Zellenwand 3, welche demMonochroroator zugewendet ist, matt ausgebildet und als zweite Lichtquelle wirkt.

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

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

Die Fig. 5 unterscheidet sich von der Fig. 3 dadurch, daß die optische Achse 1 im rechten Winkel auf der rechten Seite der Zelle mittels eines 45°-Prismas 15 abgelenkt ist. In diesem Fall kann der Spalt 9 durch Eingravieren in einen Metallüberzug, der auf der kleinen Seite des Prismas 15,

aufjirebracht ist

welche der Zelle 7 zugewandt ist/vorgeseneh seia Bei dieser Vorrichtung kann die Relativbewegung zwischen dem Spalt 9 und der Zelle 7 dadurch hervorgerufen werden, daß mittels der Einrichtung 12 das Prisma und die lichtempfindliche Einrichtung 11 querverschoben werden kann und die Zelle 7 ortsfest angeordnet ist.

Die Fig. 6 zeigt im Aufriß eine Anordnung ge^iä,ß der Erfindung zur absorptiometrischen Analyse von gesprenkelten horizontal angeordneten Gelplatten bzw. -tafeln. Die Geltafel 8 ist auf einer matten Platte 3 aus

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einem für die analysierende Strahlung durchsichtigen Material angeordnet. Diese Platte wird von unten mittels der Lampe 2 beleuchtet, wobei sich die Lampe 2 in der x-Richtung erstreckt. Über der Geltafel 8 ist das Lichtfilterpaar 4 und 5, der Spalt 9, die lichtempfindliche Einrichtung 11 und die Linse 10 angeordnet. Diese Einrichtungen sind auf einem gemeinsamen Trägerelement 16 befestigt, das entlang der x-Richtung verschiebbar ist. Der Spalt 9 und die Mittelebene der Geltafel. 8 sind optisch konjugierte Ebenen.

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

Der Betrieb des optischen Systemes gemäß der Erfindung ist in der Fig. durch die Kurven a und b demonstriert. Diese Aufzeichnungen wurden bei der isoelektrischen Fokussierung einer Füllung von Trägerampholyten in einem Saccharosedichtegradienten in einer polierten Quarzzelle gewonnen. Diese Zelle enthielt einen starken Brechungsindexgradienten gemäß der abwärts gerichteten anwachsenden Konzentration der Saccharose und außerdem gemäß der überlagerten lokalen Brechungsindexgradienten aus den Träge rampholytenkomponenten, welche in schmale Bänder fokussiert waren. Weder die Saccharose noch die Trägerempholytkomponenten absorbierten Licht der Wellenlänge, welche während der Abtastung verwendet wurde, so daß die korrekte absorptiometrische Aufzeichnung in einfacher Weise eine Basislinie ohne jegliche Absorptionsspitzen ist. Die Kurve a in der Fig. 8 zeigt das Ergebnis, wenn die Zelle

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in ein Spektralfotometer ohne einen matten Schirm eingebracht wird. Eine ziemlich große Anzahl von Spitzen werden aufgezeichnet, insbesondere an den beiden Enden der Zelle. Diese wurden jedoch aufgrund von Brechungsindexgradienten erzeugt, da kein absorbierendes Material in der Zelle vorhanden war.

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

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

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Claims (15)

1. Patentansprüche

   . Ij) Optische Vorrichtung zur Aufnahme der Iichtabsorption entlang einer Raumkoordinate (x) bei einer bestimmten Wellenlänge (λ) in einem Objekt, in welchem neben der Absorption auch die optische Dichte sich entlang dieser Koordinate ändert, mit einer Lichtquelle, einem Objekthalter, einem Monochromator für die Strahlung der Lichtquelle, einer lichtempfindlichen Empfangseinrichtung für das von der Lichtquelle ausgesendete durch das Objekt und den Monochromator hindurchgetretene Licht, einem Spalt, der in x-Richtung schmal ausgebildet ist und der in dieser Richtung im Objekt die Ausdehnung des Lichtkegels, welcher auf die aktive Fläche der lichtempfindlichen Empfangseinrichtung auftrifft, begrenzt und mit Mitteln für die Relativbewegung in Richtung der Koordinate (x) zwischen dem Objekt und dem Spalt, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (2) bzw. (3) in der Richtung der bestimmten Raumkoordinate (x) eine konstante Strahlungsintensität über eine Länge aufweist, welche sich unter einem vom Spalt (9) ausgehenden Winkel erstreckt, der größer ist als der vom Spalt (9) ausgehende Winkel (α ), der von der aktiven Fläche der lichtempfindlichen Empfangseinrichtung (IX) eingenommen wird.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (2) bzw. (3) auch in der Richtung, welche senkrecht zur x-Richtung verläuft, eine konstante Strahlungsintensität über eine Länge aufweist, welche einen von einem Punkt der Ebene des Spaltes (9) ausgehenden Winkel einnimmt, der größer ist als der WinkelCa), der von der aktiven Fläche der lichtempfindlichen Einrichtung (11) ausgehend von jenem Punkt in der Ebene des Spaltes (9) aufgespannt wird.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (12)

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   vorgesehen sind, welche zur Veränderung des Winkels (α), der von der aktiven Fläche der lichtempfindlichen Einrichtung (11) ausgehend vom Spalt (9)-aufgespannt wird, dienen, indem sie den Abstand zwischen dem Spalt (9) und der lichtempfindlichen Einrichtung (11) ändern.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (9) nahe am Objekt (7) bzw. (8) auf der Seite, welche der lichtempfindlichen Einrichtung (11) zugewendet ist, angeordnet ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich wenigstens eine fokussierende Linse (10) vorgesehen ist, welche ein optisches Bild des Spaltes (9) auf der Mittelebene des Objektes (7) bzw. (8) bildet.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (12) zur Relativbewegung in der x-Richtung zwischen dem Objekt (7) bzw* (8) und dem Spalt (9) am Objekt (7) bzw. (8) angreifen, wobei die anderen optischen Bauteile ortsfest gehalten sind.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (12) zur Relativbewegung in der x-Richtung zwischen dem Objekt (7) bzw. (8) und dem Spalt (9) am Spalt (9) angreifen, wobei wenigstens das Objekt (7) bzw. (8) ortsfest gehalten ist.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (2) mit einer konstanten Intensität über eine ausreichende Länge in der x-Richtung als Lampe ausgebildet ist mit einer klaren Birne, welche nahe am Objekt (7) bzw. (8) angeordnet ist.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die

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   Lampe als Glühlampe ausgebildet ist, die einen genügend langen, gerade ausgebildeten Glühfaden in der x-Richtung aufweist.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe als Gasentladungslampe ausgebildet ist, wobei der Lichtbogen in der x-Richtung ausgerichtet ist.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle mit der konstanten Intensität in der x-Richtung eine sekundäre Lichtquelle (3) in Form einer matten Oberfläche aufweist, welche gleichmäßig von der primären Lichtquelle (2) beleuchtet wird und Licht in alle Richtungen aussendet.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundäre Lichtquelle (3) als eine in der x-Richtung sich erstreckende matte Birne einer Lampe ausgebildet ist.
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundäre Lichtquelle (3) ein getrenntes optisches Element in Form
    eines matten Schirmes ist, der zwischen der primären Lichtquelle (2) und dem Objekt (7) bzw. (8) angeordnet ist.
14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundäre Lichtquelle (3) eine matte Wand des Objektes (7) bzw. (8) ist, welche der primären Lichtquelle (2) zugewendet ist.
15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundäre Lichtquelle (3) eine matte Oberfläche eines Lichtfilters ist, das zwischen der primären Lichtquelle (1) und dem Objekt (7) bzw. (8) angeordnet ist.

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