DE2757196C3 - Photometrische Anordnung - Google Patents

Description

1. einer Lichteintrittsöffnung, mit der die zweite Photometerkugel an der Probe in einem Bereich angesetzt ist, der der Ansatzöffnung der ersten Photometerkugel gegenüberliegt,

2. einer Detektoröffnung,

e) einem an der Detektoröffnung der zweiten Photomc'erkugel angebrachten zweiten photoelektrischen Wandler,

f) einer elektronischen Auswerteschaltung zur Verarbeitung der Ausgangssignale der beiden Wandler,

dadurch gekennzeichnet, daß

g) eine Strahlteilungseinrichtung (43; 53) zur Ableitung eines Vergleichslichtbündels (4) aus dem Licht der Lichtquelle (41; 42; 51, 52) vorgesehen ist,

h) die erste Photometerkugel (1) eine weiter? Eintrittsöffnung (6) für das Vergleichslichtbündel (4) sowie eine gegenüber dieser Eintrittsöffnung (6) angeordnete weitere Ansatzöffnung (7) für einen ersten Reflexionsstandard (12) aufweist,

i) die zweite Photometerkugel (2) im Wege des durch ihre Eintrittsöffnung (14) einfallenden Meßlichtbündels (3) ebenfalls mit einer Ansatzöffnung (15) für einen zweiten Reflexionsstandard (18) versehen ist.

2. Photometrische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Wandbereich dir ersten Photometerkugel (1), der von dem an der Probe (13) spiegelnd reflektierten Licht beaufschlagt ist, eine weitere Öffnung vorgesehen ist, die wahlweise durch eine Lichtfalle (9a) oder einen dritten Reflexionsstandard («^verschließbar ist.

26 06 675 ist eine Anordnung zur spektralanalytischen Untersuchung des Remissionsvermögens einer Probe vorgeschlagen worden, welche eine photometrische Kugel zur integralen Erfassung der von der Probe in den gesamten Halbraum diffus reflektierten Strahlung aufweist. Der gleiche Sachverhalt kann auch einer Arbeit in der Zeitschrift für Rechtsmedizin, 79 (1977), 47—62, entnommen werden, die der Öffentlichkeit seit Ende Januar 1977 zugänglich ist

Ein Nachteil einer solchen Anordnung ist in dem Umstand zu sehen, daß eine gleichzeitige Erfassung auch der durch die Probe transmittierten Strahlung nicht möglich ist Es mußte also bisher z. B. zuerst der Reflexionsfaktor der Probe in bezug auf den Reflexionsfaktor eines Standards gemessen werden, danach mußte die (transparente oder teiltransparente) Probe im allgemeinen auf einer anderen öffnung der photometrischen Kugel angebracht werden. Dann erst konnte zeitlich verspätet der Transmissionsfaktor bestimmt werden.

Dieses »Nacheinander-Meßverfahren« weist mehrere Nachteile auf:

Die Anmeldung betrifft eine photometrische Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In der auf den Anmelder zurückgehenden DE-OS

1) großer zeitlicher Aufwand, besonders bei Spektralverfahren,

2) Meßfehler durch das Anbringen der Probe an verschiedenen Kugelöffnungen,

3) Meßfehler, die sich dadurch ergeben, daß das auf Probe und Standard einfallende Licht zu verschie-

jo denen Zeitpunkten verschiedene Intensität bzw. verschiedene Bandbreite haben kann,

4) Meßfehler, die sich dadurch ergeben, daß das Reflexions- bzw. Transmissionsverhalten einiger Proben zeitabhängig sein kann (z. B. Austrocknen

ji feuchten Papiers, Austrocknen frisch herauspräparierter Haut oder Gewebeschicht Trocknung von Farbanstrichen usw.).

Aus der DE-AS 20 47 952 ist bereits eine Anordnung der im Oberbegriff des Anspruchs ί genannten Art bekannt, die jedoch nach dem Einstrahl-Meßprinzip funktioniert; sie gestattet nur die Ermittlung der Relativwerte der Reflexion und Transmission einer Probe.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß absolute Werte der Reflexion und Transmission der Probe ermittelt werden können.

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

Eine vorteilhafte Weiterbindung der Erfindung ist Gegenstand des Anspruchs 2.

Die erfindungsgemäße photometrische Anordnung kann im Prinzip als Reflexions- und Transmissionsmeßkopf in Verbindung mit allen Spektralphotometern, die nach einem Zweistiahl-Meßprinzip gemäß DIN 5033 (Farbmessung) arbeiten, benutzt werden (vgl. z. B. Beitr. gericht!. Med., 24 [1968J 162, oder ibid., 31 [1973J 203

μ sowie DE-OS 15 72 831. Besonders ist aber die Verwendung des phötömetfischen döppelkügelföfmigen Meßkopfes bei dem Meßaufbau nach DE-OS 26 06 675 vorteilhaft, weil dadurch eine größere Beweglichkeit, größere Meßempfindlichkeit und Unempfindlichkeit gegen Fremdlicht erzielt werden.

Anwendungsmöglichkeiten für die Erfindung ergeben sich überall dort, wo das Reflexions-, Transmissions-, Absorptions- und/oder Streuvermögen durchsichtiger

oder teildurchsichtiger streuender Proben für optische Strahlung von Interesse sind, wie z. B.:

— bei lichttechnischen Baustoffen (Trübglas, Opalglas, Mattglas, Farbfiltern, Streuscheiben, Folien und Filmen, verschiedenen Papiersorten, Textilien, Porzellan, Alabaster, Marmor usw.),

— bei der Farbenherstellung (Farbanalyse in Aufsicht oder Durchsicht, Bestimmung des Deckungsvermögens von F^rbanstrichen),

— bei der Pharmaka- und Kosmetikaherstellung (Farbanalyse, Deckungsvermögen von Pudern, Bestimmen der Filterwirkung von Sonnenschutzmitteln usw.),

— in verschiedenen Gebieten der Medizin, wo die spektrale Reflexions- bzw. Transmissionsanalyse seit langem einen festen Platz besitzt, aber erst in den letzten Jahren auf Grund der Entwicklung der Lasertechnik eine besonders wichtige Rolle übernommen hat (vgl. z. B. Biomedizinische Technik/ Biomedical Engineering, Bd. 20 [Ergänzungsband], [19/51 ²". ^oder J- Appl. Physio!. [!955], 212-214, oder Strahlentherapie, 43 [19321 565, oier Arch.

- intern, med^ 38 [19261816).

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert Es zeigen

Fig. la bis Id mögliche Formen der Reflexion bzw. der Transmission,

Fig.2a die Indikatrizen des reflektierten und transmittierten Strahlungsanteils für Opalglas,

Fig. 2b entsprechende Indikatrizen für eine dünne Schicht menschlicher Haut,

Fig.3 eine erste Ausführungsform der photometrischen Anordnung,

Fig.4 eine Anwendungsmöglichkeit einer weiteren Ausführungsform in einem Spektralphotometer bekannter Bauart,

F i g. 5 eine Anwendung der photometrischen Anordnung in Verbindung mit einem Aufbau nach der DE-OS 26 06 675,

F i g. 6 bis 8 verschiedene Signalverarbeitungsschaltungen, die in Verbindung mit den optischen Anordnungen nach den F i g. 3 oder 5 verwendet werden können,

Fig.9 spektrale Reflexions-, Transmissions- und Extinktionseigenschaften einer trockenen, d= 0,43 mm dicken Hornschicht der menschlicher Haut,

Fig. 10 spektrale Reflexions-, Transmissions- und Extinktionseigenschaften einer c/= 0,63 mm dicken Schicht der menschlichen Haut (Epidermis mit teilweise vorhandenen Papillarkörpern),

F i g. 11 spektrale Reflexions-, Transmissions- und Extinktionseigenschaften von einem trockenen, i/=0,16 mm dicken gelbgrünen Löschpapier.

Die Reflexion bzw. Transmission ist in vier verschiedenen Grundarten zu beobachten. Diese vier Formen sind in F i g. 1 a bis 1 d dargestellt:

a) gerichtete (reguläre) Form,

b) unvollkommen gestreute Form,

c) gemischte Form,

d) vollkommen gestreute Form — Lambertscher Strahl.

Die gerichtete Reflexion (auch Spiegelung genannt) und gerichtete Transmission stellen an homogenen, isotropen Stoffen mit ebener Oberfläche (etwa Glas) den einfachsten Fall dar. Die Reflexion und Transmission läßt sich gemäß F: p. Ia einfach messen; außerdem läßt sie sich bei nichtabsorbierenden Stoffen mit Kenntnis des Realteils π der Brechzahl und bei absorbierenden Stoffen mit Kenntnis der komplexen Brechzahl λ des Stoffes einfach berechnen.

Dagegen ist die Messung des gesamten Reflexions- bzw. Transmissionsvermögens bei streuenden Stoffen (Fig. Ib, lc, Id) unter bestimmtem Winke' nicht möglich, da die Indikatrix für den reflektierten bzw. transmittierten Lichtanteil im allgemeinen nicht explizit bekannt ist.

ίο Die reflektierten bzw. transmittierten Strahlungsanteile treten nicht unter definierten Winkeln, sondern im ganzen Raumbereich 2π sr vor der Probe (Reflexion) oder im ganzen Raumbereich 2jt sr hinter der Probe auf. Als Beispiel sind die Indikatrizen für den reflektierten und transmittierten Strahlungsanteil für Opalglas in F i g. 2a und für dünne Schichten der menschlichen Haut in F i g. 2b dargestellt

Die Messung der gesamten Reflexion oder Transmission an diffus streuenden Stoffen ist also nur unter Verwendung von strahlungsintegrierenden, an der Innenseite quasi ideal diffus und ase.;:-5ctiv reflektierenden photometrirchen Hohlkugeln miglich. Diese Meßmethode ist fest etabliert und in vielen Spektralphotometern angewandt; die Theorie der Vielfacbreflexionen an der diffus reflektierenden Innenseite der Hohlkugel ist ausführlich entwickelt (vgl. z. B. J. Opt. Soc. Am [19551460).

F i g. 3 zeigt eine auf dieser Meßmethode beruhende Anordnung, wobei mit dieser Anordnung die gleichzeiti-

y> ge Messung von Transmission und Reflexion ermöglicht wird.

Ein parallelgerichteter Vergleichsstrahl 4 wird durch die öffnung 6 der Kugel 1 auf einen Standard 12 gerichtet, der an einer öffnung 7 der Kugel I

v-> angebracht ist; der Lichteinfallswinkel beträgt ca. 8°. d. h_M die Meßgeometrie ist {8/d) - s. DIN 5033. Das spektrale Reflexionsvermögen des Standards wird als bekannt vorausgesetzt Ein parallelgerichteter Meßstrahl 3 fällt durch eine öffnung 5 in die Kugel ί und

4n durch die öffnung 8 auf die diffus streuende Probe 13. Hat z. B. die Probe 13 eine ebene Oberfläche, so gelangt der regulär reflektierte Anteil der Strahlung an die mit 9a bzw. 96 bezeichnete Einrichtung. 1st diese Einrichtung ein Standard 9b, so wird dieser Anteil diffus zerstreut und mitgemessen; besteht die Hinrichtung aus einer total absorbierenden »Lichtfalle« 9a, so wird allein der diffus von der Probe 13 gestreute Anteil gemessen. Auf diese Weise kann man den regulären Anteil der Reflexion — »Glanz« — erfassen.

Die von der Probe und dem Standard diffus reflektierten Strahlungsanteile werden im ganzen 7π sr Raumwinkel durch die photometrische Kugel 1 erfaß·, an der Kugelinnenwand mit möglichst hohem aselektivrm iifiusem Reflexionsvermögen aufintegriert und

->5 gelangen dann durch die Kugelöffnung 10 an den Photodetektor 11.

Die Beleuchtung von Probe 13 und Standard 12 kann periodisch nacheinander stattfinden; dann wird das Signal des Photodetektors 11 periodisch im gleichen Takt proportional dem Reflexionsvermögen von Probe und Standard. Daraus wird das relative Reflexionsvermögen der Probe ermittelt. Viel vorteilhafter ist aber gemäß DE-OS 26 06 675 die gleichzeitige Beleuchtung von Probe 13 und Standard 12. Dann muß aber der Meßstrahl 3 und der Vergleichsstrahl 4 mit verschiedenen Frequenzen moduliert werden. Auch die vorteilhafte Anwendung der Signaltrenntechnik mittels Lock-in-Verstärker ist dann möglich. Der Meßstrahl 3 wird also

an der Probe 13 teilweise diffus reflektiert, teilweise wird er in der Probe durch Absorption und Streuung geschwächt und schließlich wird der Meßstrahl bei transparenten Proben teilweise diffus durch die Kugelöffnung 14 in die photometrische Kugel 2 gelangen, an der ein weiterer Standard 18 angebracht ist. Der diffus transmittierte Anteil des Meßstrahls 3 wird im ganzen Raumwinkel 2π sr durch die Kugel 2 erfaßt, an der Kugelinnenwand aufintegriert und gelangt durch eine öffnung 16 an einen Photodetektor 17. Durch entsprechende elektronische Schaltungen läßt sich gleichzeitig der Reflexionsfaktor R und der Transmissionsfaktor T der Probe analog oder digital anzeigen.

Außerdem läßt sich durch das elektronische Stibtra- r> nieren nach der Gleichung R + T+ E= I die Schwächung Egleichzeitig zur Remission R und Transmission /'analog oder digital anzeigen.

Υλ/ηηπ Am ttfniiiin,. An r Df*-.l·*«^ n\t- iinrnofklorriitkiir

klein angesehen werden kann, wird anstelle der .?< > Schwächung E die Absorption /' nach der Gleichung R- Γ->-Γ=1 angezeigt. Dann kann zusätzlich zu R. T und /' bei der Annahme der linearen Absorption auch die weiter unten erläuterte Absorptionskonstante K analog oder digital angezeigt werden.

Wenn der Standard 18. der bei der Messung der gesamten diffusen Transmission der Probe 13 an der Kugelöffnung 15 der Kugel 2 angebracht ist. entfernt wird, läßt sich zusätzlich zu der gesamter Transmission der Anteil der gerichteten (regulärer.) Transmission ermitteln.

Die Kalibr.erung des phoiometrischen doppelkugellormigen Nleßkopfes laß: sich folgendermaßen durchführen:

Zunächst werden die Kugeloffnungen 8 und 7 mit ic einem S'andard abgeschlossen (die Probe 1 3 wird durch einen Standard ausgetauscht). Dann muß die Anzeige Jes Reflexionsfaktors ! bzw. IW'Ό ergeben, die Anzeige :·.■- Transmissionstaktors und die Anzeige des Extink- ·,(,[-,- h/w. Absorptionsfaktors 0 bzw. O⁰Zn ergeben.

Dar- w;rd die Kugelöffnung 8 freigelassen. Der Moi3s:~,:h: 3 w irJ nun durch die Kugelöffnuntjen 5, 8, 14 :··■:! 15-¹I-den Standard 18 beleuchten.

D.:-- -r-.jß der Reflexionsfaktor und der Hxtinktions-"zw Ar^o-ptiorsfaktor 0 bzw 0'-/" anzeigen, der "1 r.:-:s:r.:-s;onsfaktor muß i bzw. !OQ⁰''. anzeigen.

De- -\n-'.:rd /wischen Kugelöffnung 8 und 14 kann .: :-;^μ :::e \ er-c-:ebung der Kugel 2 in der Halterung 19 ;:■;■- D;.ke r.er P-'.be angepaßt werden.

F-"- "-.''--ο- .::e ·■ selbsttragenden Pnoen». wie /.B. Papier. Tj-':' ■-. Glasscheiben. Gewebeschichten usw. ."e-v;cn· w er."■:·-.. Ir, einigen Fällen wird es zweckmäßige- ^:e:r.. ■„. -_■ Proben wie Farbanstriche, dünne Gewebeschichten usw. auf ein Trägersubstrat (z.B. Glasscheibe) aufzubringen. Bei Reflexions- und Transm-ssic.-r.suntersuchunser: an streuenden Flüssigkeiten oder Gasen werde- niese in im Handel erhältliche Nteßkü'.etten eingebracht und zwischen den Kugelöff- -u-gen8u-d 14 befestigt.

D:e Meßfehler, die sich aus Messungen an Proben, die s-ch auf einer Glasplatte bzw. in einer Küvette befinden. ereeben. können e-tweder rechnerisch oder auch durch Ka;:taneru'2 beseitig' we-den.

Wie bere.ts erwan-⁷. kam ■:'■_· r photometrische doppeikjgelforrr.ise Mei^oof :m Prinzip als Reflexions- -" ^r.d Transmissf.-rsrr.eükop? r·. ,::len Spektralphotome- VV

te", de rac't der Z'. c-^:4:rani-Me3prir.zip arbeiten. SV i'ii'A2^r..'i· v. i-.-ie"·. E--e der Möeiichkeiten zeiet Fig. 4.

In dieser Abbildung ist ein bekanntes modifiziertes Spektralphotometer aufgezeichnet. Die von der benutzten Lichtquelle 41 emittierte Strahlung wird durch einen Monochromator 42 spektral zerlegt und tritt über ein Spiegelsystem 4.3 in die erste Kugel 1 des photometrischen, doppelkugelförmigen Meßkopfes ein und fällt dort wechselweise (50 Hz) auf den Standard 12 und die Probe 13. Die von dem Standard und der Probe reflektierten Strahlungsanteile werden durch die erste Kugel erfaßt und durch den Photodetektor Il in ein elektrisches Signal verwandelt. Der von der Probe transmittierte Anteil der Strahlung wird durch die zweite Kugel erfaßt und ebenfalls durch einen Photodetektor 17 in ein elektrisches Signal verwandelt. Diese Signale werden in einem Verstärker 44 verstärkt und normiert. Der analoge Meßwert /?(A) bzw. Τ(λ) wird einem X-Y-Schreiber 45 zur Aufzeichnung der

von der Wellenlänge zugeführt; er kann auch in einem A/D-Wandler 46 digitalisiert und einem Rechner 47 zugeführt werden (z. B. zur Farbausweriiing).

Zur Durchstimmung des Monochromator ist ein Motor (48) mit Getriebe vorgesehen. Er liefert zugleich ein die momentane Einstellung des Monochromator repräsentierendes Signal an den X-Y-Schreiber sowie an einen A/D-Wandler 49. der ein wellenlängenabhiingiges Sign ■' bzw. ein Taktsignal an den Rechner 47 abgibt.

Eine andere, besonders vorteilhafte Anwendung (Meßkopf beweglich, erhöhte Empfindlichkeit. Unempfindlichkeit gegen Fremdlicht) zeip' F i g. 5.

Hier wird der photometrischc doppelkugelförmige Meßkopf gemäß der Lehre der DE-OS 26 06 675 mit der übrigen Meßanordnung über zwei Lichtleiter verbunden.

Ein quasimonochromatischer Primärstrahl, der durch Filterung der Strahlung einer polychromatischen Lichtquelle 51 in einem Monochromator 52 gewonnen werden kann, wird durch einen Strahlungsteller 53 in zwei Teilstrahlen aufgespalten. Nach Durchgang durch einen Chopper 54 mit zwei unterschiedlichen Lochkranzen werden die beiden Teilstrahlen mit unterschiedlichen Frequenzen moduliert und von zwei Fokussiercinhciten 55.-J. 556 in zwei Lichtleiter 56a. 5f>b eingekoppelt. Nach dem Durchgang durch die Lichtleiter werden die beiden Teiistrahlcn durch zwei weitere Fokussiereinheiten 57a. 57i> parallel gerichtet und in die erste Kugel I des Meßkopfes eingeführt — entsprechend den Strahlen 3 'ind 4 in F i g. 3 und den zugehörigen Ausführungen Der Photodetektor 11 der Kugel 1 wird mit der von Probe 13 und Standard 12 reflektierte ■ und durch die Kugel 1 gleichzeitig aufintegrierten Strahlung beleuchtet und liefert an seinem Ausgang das elektrische Signal 100, das dem Reflexionsvermögen der Probe und dem Reflexionsvermögen vom Standard proportional ist. Der Photodetektor 17 der Kugel 2 wird mit der von der Probe transmittierten und durch die Kugel 2 aufintegrierten Strahlung beleuchtet und liefert an seinem Ausgang Signal 200. das dem Transmissionsvermögen der Probe proportional ist.

Für die Verstärkungs- und Trenntechnik der Signale 100 und 200 bieten sich mehrere Möglichkeiten: drei davon sind in F i g. 6. 7 und 8 schematisch dargestellt. In diesen Abbilduneen bedeuten die Symbole:

Vorverstärker

selektiver Verstärker (z. B. Lock-in-

Verstärker)

SP A

T —

I: - 1 -

Speicher

elektrisches Signal, das dem Reflexionsvermögen vom Standard, bzw. auch der auf die Probe einfallenden Strahlung proportional ist (z. B. mit der Frequenz f\ durch den Chopper moduliert)
elektrisches Signal, das dem Reflexionsvermögen der Probe proportional ist (z. B. mit der Frequenz f_} durch den Chopper moduliert)

elektrisches Signal, das dem Transmissionsvermögen der Probe proportional ist (z. B. mit der Frequenz /> durch den Chopper moduliert)
Reflexionsfaktor der Probe

Transmissionsfaktor der Probe

Schwächlingsfaktorder Probe
Absorptionsfaktor der Probe

Nach F i g. 6 benötigt man zur Verarbeitung der Signale 100 und 200 nur einen Vorverstärker VV und einen selektiven Verstärker SV sowie drei Speicher SP und eine Rechenschaltung 60. Ein erster dreistufiger Schalter Sl führt dem Vorverstärker KV in der ersten Stellung das Signal 100. in der zweiten Stellung ebenfalls das Signal 100 und in der dritten Stellung das Signal 200 zu. Der selektive Verstärker SV kann durch Umschaltung auf der ersten Frequenz f\ oder der zweiten Frequenz Z₂ betrieben werden. F.r ist über einen zweiten dreistufigen Umschalter S₂. der mit dem ersten Umschalter S₁ gekoppelt ist. jeweils an einen der drei Speicher SPangeschlossen. Diese können somit mit den Signalen A. B und C beaufschlagt werden. Die an die Speicher angeschlossene Rechenschaltung 60 bildet sodann die Werte BZA = R. CVA=T und X-B/A- C/A = E

Das Wegfallen der drei Speicher kann gemäß F ι g. 7 durch einen zweiten selektiven Verstärker erkauft werden. Einer der selektiven Verstärker 5V₁ arbeitet nur be* der Frequenz f- (Reflexionsvermögen vom _ U/ni-t Λ I Aar ,,.·.,,,

Cl/. Ua, Aar- C-n^.j« „, t.

(Reflexionsvermögen der Probe = Wert B oder Transmissionsvermögen der Probe = Wert C). Ein Umschalter Sj verbindet in der einen von zwei Stellungen einen von dem Signal 100 beaufschlagten Vorverstärker VV mit beiden selektiven Verstärkern SV, und SV₂. In der zweiten Stellung des Umschalters Sj ist der von dem Sign-.l 100 beaufschlagte Vorverstärker VV mit dem einen selektiven Verstärker SV und ein von dem Signal 200 beaufschlaeter Vorverstärker VV mit dem anderen selektiven Verstärker SV_; verbunden. Die beiden selektiven Verstärker sind an die Rechenschaltung 60 angeschlossen.

Die optimalste, allerdings aber auch aufwendigste Lösung des Versiärkungs- und Trennungsproblems ist in Fig. 8 schernatisch dargestellt. Hier sind zwei Vorverstärker und drei selektive Verstärker notwendig. Die Messung von R. Tund Ebzw. Γ kann aber dadurch am schnellsten und optimalsten durchgeführt werden.

Hier wird das in einem Vorverstärker V'V'verstärkte Signal 100 mittels zweier parallel an den Ausgang dieses Vorverstärkers angeschossener selektiver Verstärker.

von denen einer bei /Ί und einer bei /> arbeitet, in die Signale A und B zerlegt. Das Signal C wird nach Verstärkung des Signals 200 in einem weiteren Vorverstärker Wsowie selektiver Verstärkung bei der Frequenz Z₂ in einem dritten selektiven Verstärker SV erhalten. Alle drei selektiven Verstärker SV der Anordnung nach F i g. 8 sind an die Rechenschaltung 60 angeschlossen.

Die Meßwerte R. T, E, die in der Rechenschaltung 60 durch elektronische Dividier- bzw. Subtrahierkreise aus den Werten A, B, C ermittelt werden, können bei Spektralmessungcn (bei verschiedenen Wellenlängen) /. B. in analoger Form zur Registrierung einem X-Y-Schreiber zugeführt werden. Die Meßwerte Z?. T. I: können aber auch nach einer Digitalisierurig durch einen Analog/Digital-Wandlcr einem Rechner zugeführt werden.

Die Bearbeitung der Meßdaten R. T. E durch einen Rechner ist besonders empfehlenswert, da die systematischen Fehler des MetSaulbaus (z. B. Korrektur des spektralen Reflexionsvermögens vom Standard, Korrektur der evtl. Differenz der spektralen Durchlässigkeiten der beiden Lichtleiter. Korrektur dor evtl. verschiedenen spektralen Empfindlichkeiten der beiden Photodetektoren) berücksichtigt werden können.

Vom Rechner kann man dann die spektralen Reflexions-, Transmissions-, Extinktions- oder Absorptionsverläufe in Abhängigkeit von der Wellenlänge durch einen Plotter darstellen lassen. Außerdem kann der Rechner aus den Meßwerten z. B. folgende Operationen durchführen:

— Berechnung der wellenlängenabhängigen »Kubelka-M unk-Funk tion«

K S

2R

die eine optische Schwärzungsfunktion ist und proportional der Konzentration des Färbemittels ist.

Berechnung der inneren Transmission Ti\ nach

'^v ~ a - η

Berechnung der wellenlängenabhängigen Absorptionskonstante K. bzw. der wellenlängenabhängigen Eindringtiefe l/K der Strahlung bei Kenntnis der Dicke d der Probe und bei Annahme der linearen Absorption:

K =

In .·! - in Γ
d

— Durchführung der Farbauswertung in Aufsicht oder Durchsicht nach DIN

Zur Überprüfung der Anwendbarkeit des photometrischen doppelkugelförmigen Meßkopfes wurden mit einem Meßaufbau nach F i g. 5 und einer Signalverarbeitung nach F i g. 7 drei Proben im Wellenlängenbereich von 400 bis 1100 nm spektral untersucht. Die Ergebnisse sind in F i g. 9.10 und 11 graphisch dargestellt.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Photometrische Anordnung zur gleichzeitigen Messung der Reflexions- und der Transmissionseigenschaften einer Probe mit

a) einer monochromatischen abstimmbaren Lichtquelle,

b) einer ersten Photometerkugel mit folgenden Merkmalen:

1. einer Eintrittsöffnung für ein Meßlichtbündel,

2. einer gegenüber der Eintrittsöffnung für das Meßlichtbündel vorgesehenen Ansatzöffnung für die Probe,

3. einer Detektoröffnung,

c) einem an der Detektoröffnung der ersten Photometerkugel angebrachten ersten photoelektrischen Wandler,

d) einer zweiten Photonieierkugei mit folgenden Merkmalen: