DE2428884A1 - Absorptionsspektrographisches analyseverfahren und einrichtung zu seiner durchfuehrung - Google Patents
Absorptionsspektrographisches analyseverfahren und einrichtung zu seiner durchfuehrungInfo
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Description
PAT-ENTANWAL'f
WOLFGANG SCHULZ-DÖRLAM
INGENIEUR DIPLOME
D-8000 MÜNCHEN 80
MAUERKIRCHERSTRASSESI TELEFON (089) 98 19 79
Allan Rosencwaig
8A Risk Avenue, 28. 5. 1974
Summit, New Jersey SCFE
V.St.A.
Absorptionsspektrographisches Analyseverfahren und Einrichtung
'ti
zu seiner Durchführung
Die Erfindung bezieht sich auf ein absorptionsspektrographisches
Analyseverfahren für feste und feststoffartige Körper, wobei einer von einem Strömungsmittel umgebenen Oberfläche des Körpers
eine amplitudenmodulierte Strahlung zugeführt wird, die spektrale Lage des Strahlungsmaximums der Strahlung verändert wird und bei
jeder spektralen Lage des Strahlungsmaximums als Maß für die bei
dieser Lage auftretende Absorption des Körpers in dem umgebenden Strömungsmittel eine entsprechend der Absorption veränderliche
Größe gemessen wird. Weiter bezieht sich die Erfindung auf eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, mit einer einen
amplitudenmodulierten, hinsichtlich der spektralen Lage eines Strahlungsmaximums verstellbaren, auf den zu analysierenden Körper
gerichteten Strahl erzeugenden Strahlungsquelle und einem in der
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2 4 ? i J 8 3 4
Umgebung des zu analysierenden Körpers innerhalb eines die
bestrahlte Oberfläche des Körpers umgebenden Strömungsmittels angeordneten, ein Meßsignal erzeugenden Wandler.
Verfahren und Einrichtungen der genannten Art sind bekannt. Hierbei wird der zu analysierende Körper in einer gegen Umgebungslicht
abgedunkelten, mit der Umgebungsluft in Verbindung stehenden Zelle gehalten, und die Leistung, beispielsweise
die Lichtleistung des Strahles wird nach dessen Durchgang durch den Körper gemessen. Als charakteristische Größe
für die Absorption des Körpers wird also dessen Transmission verwendet. Das Verfahren versagt jedoch dann, wenn der Körper
eine nur geringe Strahlungsdurchlässxgkext aufweist, weil er
die Strahlung stark absorbiert und/oder streut. Beispielsweise ist es mit dem Verfahren nicht möglich, solche anorganischen
und organische feststoff artigen Körper zu analysieren, die als
polykristallines Pulver vorliegen. Auch ist es mit dem Verfahren
auch nur schwierig möglich, Proben, wie beispielsweise Blut, zu analysieren, die aus einem Gemisch oder einer Suspension
von Feststoffteilchen in einer Flüssigkeit bestehen und bei denen die Verteilung der Feststoffteilchen innerhalb der Flüssigkeit
örtlich verschieden sein kann, so daß das Analyseergebnis von der örtlichen Lage des Strahls innerhalb der Probe abhängt
und nicht reproduzierbar ist. In Fällen, in denen das bekannte Verfahren nicht verwendbar ist, mußte daher seither auf andere
Analyseverfahren ausgewichen werden, die jedoch teils aufwendiger,
teils weniger genau sind. Letzteres ist beispielsweise der Fall für die Analyse aufgrund der Reflektionsexgenschaften eines Körpers.
Als feststoffartige Körper sollen im Rahmen der Erfindung
solche verstanden werden, die gegenüber dem umgebenden Strömungsmittel eine höhere Festigkeit und/oder Zähigkeit aufweisen, wie
beispielsweise im Trocknen befindliches Blut, aus Bakterienkul-
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turen gewonnene Bakterienproben, pflanzliche, tierische und menschliche Gewebeproben und unter einer Hautschicht
eingeschlossenes frisches Blut.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden,
daß eine Analyse beliebiger, auch stark absorbierender fester und feststoffartiger Körper in einfacher
Weise möglich ist.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß eine Größe
gemessen wird, die durch eine aufgrund der Amplitudenmodulation erfolgende Einwirkung des Körpers auf das Strömungsmittel
veränderlich ist.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird nicht die von
dem zu analysierenden Körper durchgelassene oder reflektierte Strahlung erfaßt, sondern es werden Wirkungen ausgewertet,
die der Körper aufgrund der Amplitudenmodulation auf das umgebende Strömungsmittel in diesem bewirkt. Insbesondere
wird der Körper aufgrund der in ihm absorbierten Strahlungsenergie entsprechend der Amplitudenmodulation mehr oder
weniger erhitzt, und entsprechend der sich ändernden Temperatur ergibt sich eine mehr oder minder starke Ausdehnung des Körpers.
Hieraus ergibt sich als Einwirkung auf das Strömungsmittel ein Wärmefluß von dem Körper zu dem Strömungsmittel und eine
Druckwirkung auf das Strömungsmittel. Auch weitere, auswertbare Einwirkungen können ausgewertet werden, beispielsweise
die Erscheinung, daß in der Oberfläche des Körpers enthaltenes Strömungsmittel bei höherer Temperatur ausgetrieben und bei
geringerer Temperatur wieder aufgenommen wird. Diese Einwirkungen
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verursachen Veränderungen im Strömungsmittel, die gemessen
werden können. Als gemessene Größe kann dabei jede Größe verwendet werden, die einen physikalischen oder chemischen
Zustand des Strömungsmittels charakterisiert, der aufgrund
der Einwirkung durch den Körper veränderlich ist. Beispielsweise kann mittels einer Sonde die Temperatur oder die
temperaturabhängige elektrische Leitfähigkeit des Strömungsmittels
in der unmittelbaren Umgebung des Körpers gemessen werden. Weiter ist es möglich, das Strömungsmittel in einer
geschlossenen Kammer einzuschließen und die Druckerhöhung
des Strömungsmittels bei der Ausdehnung und der Wärmeabgabe des Körpers zu messen. Als besonders vorteilhaft hat es
sich erwiesen, von dem Körper bei der Amplitudenmodulation erzeugte Schallschwingungen auszuwerten, indem in dem
Strömungsmittel die Schalleistung gemessen wird.
Eine Einrichtung der eingangs genannten Art zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus,
daß der Wandler zur Messung einer Größe ausgebildet ist, die durch eine aufgrund der Amplitudenmodulation erfolgende
Einwirkung des Körpers auf das Strömungsmittel veränderlich ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert, in denen Ausführungsbeispiele dargestellt sind.
Es zeigen:
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Fig. 1 in schematischer Darstellung, teilweise als Blockschaltbild,
eine absorptionsspektrographische Analyseeinrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 2 einen vergrößerten Längsschnitt durch die Meßzelle der Einrichtung gemäß Fig. 1;
Fig. 3 einen teilweisen Querschnitt durch die Meßzelle entlang der Linie III-III in Fig. 2;
Fig. *i Teile einer abgewandelten Ausführung einer Meßzelle,
die anstelle der in der Einrichtung gemäß Fig. Ϊ gezeigten Meßzelle verwendbar ist}
Fig. 5 in schematischer Darstellung eine weitere Ausführungsform einer Analyseeinrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 6 Teile der Einrichtung gemäß Fig. 1 in abgewandelter
Ausführung;
Fig. 7 in teilweiser und schematischer Darstellung eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Analyseeinrichtung;
Fig. 8 bis 20 aufgrund des Analyseverfahrens gemäß der Erfindung erhaltene Meßkurven.
Die in Fig. 1 gezeigte Einrichtung weist eine Strahlungsquelle S auf; diese umfaßt eine Xenonlampe 12, die Licht mit einem im
interessierenden Spektralbereich kontinuierlichen Spektrum erzeugt.
Das Licht wird durch eine Linsenanordnung,di· vereinfacht
durch eine Linse 10 dargestellt ist, einem hinsichtlich der durchgelassenen Lichtfrequenz verstellbaren Monochromator m
zugeführt, der einen praktisch monochromatischen Lichtstrahl
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erzeugt. Die Frequenz oder Farbe dieses Lichtstrahl wird
zeitlich durch Verstellung des Monochromators 14 verändert,
worauf noch einzugehen sein wird.
Anstelle einer einen monochromatischen Strahl erzeugenden
Strahlungsquelle wäre grundsätzlich die Verwendung einer Strahlungsquelle möglich, die mindestens ein ausgeprägtes
Strahlungsmaximum aufweist und bei der das Strahlungsmaximum
in seiner spektralen Lage, also hinsichtlich seiner Frequenz, über den interessierenden Spektralbereich verstellbar ist.
Zur Erzielung reproduzierbarer, genauer Meßergebnisse ist es jedoch vorteilhaft, wenn eine Strahlung mit einem einzigen,
schmalbandigen Strahlungsmaximum verwendet wird. Wird wie bei
dem Ausführungsbexspxel eine Lichtstrahlung verwendet, so bedeutet die Forderung, monochromatisches Licht zu verwenden.
Weiter wird zwar bei dem Ausführungsbeiepiel die Lage des Strahlungsmaximums in einem Spektralbereich verändert, der
zumindest teilweise im Spektralbereichs des sichtbaren Lichts liegt, jedoch sind auch andere Strahlungsarten verwendbar.
Der den Monochromator 14 verlassende Lichtstrahl wird in seiner
Amplitude moduliert, indem er beim Ausführungsbeispiel mittels eines Zerhackers 16 periodisch unterbrochen wird. Der Zerhacker
16 kann beispielsweise eine rotierende Sektorscheibe sein, die eine annähernd sinusförmige Modulation bewirkt.
Ebenfalls ist es möglich, den Lichtstrahl beispielsweise mittels einer Kerrzelle mit Rechteckimpulsen zu modulieren.
Die Modulationsfrequenz sei mit f bezeichnet. Sie ist in
jedem Fall wesentlich geringer als die im interessierenden
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Spektralbereich enthaltenen, durch Verstellung des Monochromators
IM- einstellbaren Frequenzen der verwendeten Strahlung, beim
Ausführungsbeispiel also der Lichtstrahlung.
Der vom Zerhacker 16 amplitudenmodulierte Lichtstrahl tritt durch eine Kollimator--Lins en an Ordnung, vereinfacht dargesisLlt
durch eine Linse 18,und fällt auf einen Strahlteiler 20, der
die Hälfte der Lichtenergie als Meßlichtstrahl durchläßt und die andere Hälfte zu einem Spiegel 24 reflektiert, von dem
sie die Strahlungsquelle S als Referenzliclrtstrahl verläßt.
Meßlichtstrahl und Referenzlichtstrahl stimmen also hinsichtlich
spektraler Zusammensetzung und Kurvenform sowie zumindest
annähernd hinsichtlich ihrer Amplitudenhöhe überein. Wird gemäß einer möglichen Abwandlung der Strahlungsquelle S zur Erzeugung
des Lichtstrahls, ein Laser verwendet, so kann gewünschtenfalls
in bekannter Weise dafür gesorgt werden, daß auch die Phasenlagen der beiden Strahlen identisch sind. Auch die Phasenlage
der Amplitudenmodulation der beiden Strahlen ist bei dem Ausführungsbeispiel gleich, kann jedoch aufgrund noch zu beschreibender
Maßnahmen ohne Genauigkeitsverlust des Meßergebnisses abweichen.
Der Meßlichtstrahl wird einer Meßzelle 22, der Referenzlichtstrahl
einer völlig gleichartig ausgeführten Referenzzelle 26 zugeführt..Im folgenden wird daher lediglich der Aufbau der
Meßzelle 22 beschrieben. Diese hat eine annähernd zylindrische Form. Der Meßlichtstrahl tritt in ihre vordere Stirnseite durch
ein dort vorgesehenes, aus Quarz bestehendes Eintrittsfenster
28 ein und verläuft entlang der Achse der Meßzelle 22 zu deren hinterer Stirnseite, in der ein ebenfalls auch Quarz bestehendes
Austrittsfenster 30 vorgesehen ist. Auf dem Austrittsfenster ist der zu analysierende Körper in Gestalt einer Probe 32 mit
seiner der bestrahlten Oberfläche abgewandten Seite befestigt.
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Zur Befestigung kann beispielsweise eine auf beiden Seiten
mit einer Klebeschicht versehene, lichtdurchlässige Kunststoff-Klebefolie
dienen. Eine derartige Befestigung ist auch dann geeignet, wenn die Probe 32 in Form eines Pulvers vorliegt,
da dann die einzelnen Partikel auf der inneren Klebeschicht dei1 Klebefolie haften.
Aufgrund der Amplitudenmodulation des auf die Probe 32 fallenden Lichts erzeugt diese in dem sie umgebenden
Strömungsmittel Schallwellen, deren Frequenz gleich der Frequenz f der Amplitudenmodulation ist. Das auf die Probe
32 fallende Licht führt dieser nämlich während jedes Lichtimpulses Energie zu, wodurch die Probe 32 erwärmt wird,
während die ständig erfolgende Wärmeabgabe von der Probe 32 in das Strömungsmittel während der Impulspausen dazu führt,
daß sich die Probe 32 abkühlt. Hierdurch ergibt sich ein periodisches Ausdehnen und Zusammenziehen der Probe 32 und
ein periodischer Wärmefluß von der Probe 32 in das Strömungsmittel. Die Wärmebewegungen der Probe 32 erzeugen Schallschwingungen
im Strömungsmittel. Viel stärker aber noch ist die Wirkung des periodisch sich ändernden Wärmeflusses. Dieser
führt zu einer periodischen Ausdehnung und Kontraktion einer dünnen, unmittelbar der bestrahlten Oberfläche der Probe 32
benachbarten Schicht des Strömungsmittels, wodurch auch diese
Schicht als Schallquelle wirkt. Beide, mit gleicher Frequenz f und annähernd gleicher Phasenlage erfolgende Einwirkungen
auf das Strömungsmittel unterstützen sich, so daß im Strömungsmittel
eine merkliche Schallenergie meßbar wird. Die meßbare Sehalleistung ist umgekehrt proportional der Modulationsfrequenz
f . Gewünschtenfalls ist auch eine Kühlung
der Probe 32 möglich, wenn die Absorption bei tiefen Temperaturen gemessen werden soll. Dann erfolgt ein Wärmefluß von
dem Strömungsmittel zu der Probe 32, wodurch sich jedoch die beschriebenen Wirkungen auf das Strömungsmittel nicht ändern.
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Nach Durchtritt durch die Probe 32 verläßt der aufgrund der -Absorption der· Probe geschwächte Heß lichtstrahl 'die Meßzelle
22 durch das Austrittsfenster 33, soweit er nicht in der Probe 32 völlig absorbiert wurde. Der ggf. austretende Strahl
wird im Gegensatz zu einer Transmissionsmegsung nicht mehr
benötigt und wird derart, beispielsweise in einen optischen Sumpf, abgeleitet, daß eine Reflexion durch das Austrittsfenster
30 in die Meßkammer 22 zurück nicht möglich ist. Damit die ggf. von der Probe 32 reflektierte Streustrahlung
bei dem Analyseverfahren nicht stört, kann durch Ausbildung der von der reflektierten Strahlung getroffenen Innenflächen
sichergestellt werden, daß diese nicht aufgrund eigener Absorption
ähnlich wie die Probe 32 Schalldruckwellen im Strömungsmittel erzeugen und dadurch das Meßergebnis verfälschen.
Sowohl die Vermeidung einer Reflexion des die Meßzelle 22 verlassenden Lichtstrahls als auch die Vermeidung
einer störenden Absorption des an der Probe 32 reflektierten Lichts ist jedoch im Hinblick darauf nicht unbedingt erforderlich,
daß gleichartige Erscheinungen auch in der Referenzzelle 26 auftreten, wodurch solche Störeinwirkungen in noch
zu beschreibender Weise eliminiert werden. Das gleiche gilt für ggf. in die Meßzelle 22 und die Referenzzelle 26 gelangendes
Umgebungslicht, das immerhin nach Möglichkeit ferngehalten
werden sollte.
Als Strömungsmittel kommen sowohl Flüssigkeiten als auch Gase
infrage. Bei der Verwendung von Flüssigkeiten kann die Meßzelle gegenüber dem dargestellten Ausführungsbexpsxe1 kleiner
gebaut werden, da nur ein geringes Flüssxgkexts volumen ev*·
forderlich ist. Es ist dann jedoch nicht ohne weiteres eine Resonanz des Flüssigkeitsvolumens mit den von der Probe erzeugten
akustischen Schwingungen erzielbar, wie dies im folgenden noch für die Verwendung von Gasen als Strömungsmittel
näher erläutert wird. Zur Erzielung einer Resonanz
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wäre es jedoch auch bei der Verwendung von Flüssigkeiten
denkbar, durch einen gasgefüllten Ausgleichsbehälter, durch eine elastische Membran oder durch eine elastische Nachgiebigkeit
des verwendeten Schallmesswandlers selbst ein Schwingen des FlüssigkeitsVolumens zu gestatten.
Beim Ausführungsbeispiel wird als Strömungsmittel ein Gas
verwendet. Zur Zuführung und zum Ablaß des Strömungsmittels weist die Meßzelle 22 Ventile 34, 36 auf. Hierdurch kann die
Meßzelle 22 gewünsahtenfalls mit einem unter einen bestimmten
Druck stehenden Gas gefüllt werden. Das Gas sollte so gewählt sein, daß es eine hohe Wärmekapazität und einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten
aufweist und daß sich in ihm eine hohe Schallfortpflanzungsgeschwindigkeit ergibt. Als ^dLgnetes
Gas hat sich Luft unter Umgebungsdruck erweisen. Da bei Verwendung der Referenzzelle 26 Luftdruck- und Feuchteschwankungen
in noch zu beschreibender Weise kompensiert werden, kann in diesem Falle das Innere der Meßzelle 22 unmittelbar mit der
Umgebung in Verbindung stehen, und die Ventile 3M-, 36 können entfallen.
Die Meßzelle 22 ist als Resonator für die von der Probe 32 erzeugten Schallschwingungen ausgebildet und in Figur 2 genauer
dargestellt. Die Zelle 22 weist ein Gehäuse 60 auf, in dessen Innenraum eine sich annähernd über die axiale Länge
des zwischen Eintrittsfenster 28 und Austrittsfenster 30 liegenden Hohlraums erstreckende Röhre 38 koaxial zum Strahlverlauf
gehalten ist. Die Halterung erfolgt mittels elastischer Ringe 32, die eine Schallübertragung von der Röhre 38 auf das
Gehäuse 60 weitgehend verhindern. Die Röhre 38 besteht aus einem Metall, vorzugsweise aus Aluminium. Bei bestimmten
Einsatzfällen, beispielsweise bei der Verwendung einer Flüssigkeit
als Strömungsmitte!,kann auch die Verwendung einer Röhre
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aus Stahl vorteilhaft sein,"Die axiale Länge der Röhre gleicht der halben Wellenlänge der von der Probe 32 innerhalb der
Röhre 38 erzeugten Schallwellen» Die Wellenlänge dieser Schallwellen
ist bei dem Ausführungbeispiel gleich dem Quotienten
aus der Schallgeschwindigkeit innerhalb des Strömungsmittels, also in Luft, und der Frequenz f der Amplitudenmodulation»
In der Röhre 38 vorgesehene Öffnungen 39 sorgen dafür, daß der Mittelwert des Drucks des Strömungsmittels innerhalb der
Röhre 38 jederzeit gleich dem Mittelwert des Drucks in dem die Röhre 38 umgebenden, innerhalb des Gehäuses 60 befindlichen
Strömungsmittel ist. Indem die Öffnungen 39 in die Nähe eines Schwingungsknotens der in der Röhre 38 aufrechterhaltenen
Resonanzschwingung gelegt werden, kann gewünschtenfalls verhindert
werden, daß sich Schalldruckwellen durch die Öffnungen
39 hindurch zur Außenseite der Röhre 38 fortpflanzen.Λ
Als Wandler zur Erzeugung eines elektrischen Meßsignals ist bei dem Ausführungsbeispiel ein Kondensatormikrofon 44 vorgesehen,
das auf der Außenseite der Röhre 38 gebildet ist. Das Mikrofon 44 umfaßt eine Elektretfolie ^0, die sich in geringem
Abstand von der Oberfläche der Röhre 38 parallel zu dieser über einen Ümfangswinkel von etwa 90° und axial über etwa ein
Drittel der Länge dei? Rohre 38 erstreckt. Die Elektretfolie
40 besteht aus Polyteträfluoräthylen, in das auf seiner der
Oberfläche der Röhre zugewandten Oberfläche Elektronen eingelagert
sind. Als weiteres geeignetes Material für die Elektretfolie 40 hat sich Polyäthylenterephtälat erwiesen. Die der
Röhre 38 abgewandte Außenseite der Elektretfolie 40 ist mit einer leitenden Schicht 42 bedeckt, die beim Ausführungsbeispiel
aus Aluminium besteht* Die Elektretfolie 40 wirkt zusammen mit der metallischen Röhre 38 und der Schicht 42 als
auf Schalldruckschwankungen empfindlich ansprechendes Mikro-
fon 44. Die Röhre 38 ist geerdet, wie dies in Fig. 1 angedeutet
ist, und bildet so einen Anschluß des Mikrofons 44, während der zweite Anschluß, wie in Fig. 2 dargestellt, an
der Schicht 42 liegt und durch eine isolierende Durchführung 64 aus der Meßzelle 22 herausgeführt ist.
Wie bereits erwähnt, werden innerhalb der Röhre 38 Resonanzschwingungen angeregt, die überwiegend aus derjenigen dünnen
Schicht des Strömungsmittels stammen, die der bestrahlten
Oberfläche der Probe 32 unmittelbar benachbart ist. Bei jeder spektralen Lage der Lichtfrequenz des monochromatischen Strahls
oder im Hinblick auf die zeitliche Veränderung dieser spektralen Lage anders ausgedrückt, zu jedem gegebenen Zeitpunkt
während der Durchführung des AnalyseVerfahrens ist die Amplitude
des zyklischen Wärmeflusses zwischen Probe 32 und umgebendem Strömungsmittel und die Amplitude der zyklischen
Ausdehnung der Probe 32 und somit auch die Amplitude der Schalldruckwellen proportional der Lichtabsorption der Probe
32 für die bei dieser Lage bzw. zu diesem Zeitpunkt gegebene, vom Monochromator 14 durchgelassene Lichtwellenlänge. Damit
ist die Amplitude oder die Signalleistung des von dem Mikrofon 44 erzeugten Meßsignals direkt proportional der jeweils zu
messenden Absorption.
Die Referenzzelle 26 ist, wie bereits erwähnt, baulich der Meßzelle 22 gleich. Anstelle der Probe 32 enthält die Referenzzelle
26 jedoch einen Referenzkörper von gleichen Abmessungen wie die Probe 32 und von im interessierenden Spektralbereich
bekanntem Verlauf der Absorption. Vorzugsweise wird als Referenzkö.rper
ein schwarzer Körper verwendet, der beispielsweise aus einer Schicht von Schwarzkohle oder Goldschwärze
gebildet sein kann. Ein schwarzer Körper absorbiert Licht
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verschiedener Frequenzen in gleichem Maße. Während der Durchführung
der Messung und der Veränderung der spektralen Lage der Lichtfrequenz von Meßlichtstrahl und Referenzlichtstrahl
auftretende Änderungen in dem von der Referenzzelle 26 erzeugten elektrischen Referenzsignal rühren daher von Störursachen
her, die in gleicher Weise auch auf die Meßzelle 22 einwirken. Indem das Meßsignal und das Referenzsignal beispielsweise
durch Differenzbildung oder durch Quotientenbildung in eine mathematische Beziehung zueinander gesetzt werden,
können die Einflüsse dieser Störursachen kompensiert werden. Einige StorUrsachen wurden bereits weiter oben genannt. Als
wesentliche durch die Referenzzelle 26 kompensierte Störursache sind Änderungen der Lichtintensität der Strahlungsquelle
S bei verschiedenen spektralen Lagen der Lichtfrequenz zu nennen.
Das Ausgangssignal des Mikrofons 4M- und dasjenige des entsprechenden
Mikrofons in der Referenzzelle 26 wird jeweils über einen Vorverstärker 46, 48 einem -weiteren Verstärker 50, 5 2 zugeführt.
Die Verstärker 50, 5 2 sind als abstimmbare Resonanzverstärker
ausgeführt und verstärken nur diejenigen Signalfrequenzen, die mit der Frequenz f der Amplitudenmodulation durch den Zerhacker
16 übereinstimmen. Die Phasen der Verstärker 50, 5 2 können von Hand eingestellt werden» Beide Verstärker 50, 5 2 enthalten in
ihrem Ausgangsteil einen Gleichrichter und wirken als Demodulator für das Meßaignal bzw. das Referenzsignal. Der Verstärker
50 erzeugt ein Gleichspannungs-Ausgangssignal Sl, das der Amplitude des von dem Mikrofon 44 erzeugten Meßsignals proportional
ist und das daher weiter ein Maß für die jeweilige Absorption der Probe 32 bei der vom Monochromator 14 bestimmten Lichtfrequenz
darstellt. In entsprechender Weise ist das von dem Verstärker 5 2 erzeugte Gleichspannungs-Signal S2 den Amplituden
des Referenzsignals und damit der Absorption des Referenzkörpers in der Referenzzelle 26 bei der gegebenen Lichtfrequenz proportional.
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Die Signale Sl, S2 werden nun in die bereits erwähnte
mathematische Beziehung zueinander gesetzt, indem beim
Ausführungsbeispiel mittels einer Dividierschaltung 54
der Quotient Sl/S2 gebildet wird. Die Demodulator-Verstärker
50, 5 2 und die Dividierschaltung 54 bilden somit gemeinsam eine Auswertevorrichtung, die am Ausgang der
normierten cder/
Dividierschaltung 54 ein Signal erzeugt, das aerireiativen, *
d.h. auf den Referenzkörper bezogenen Absorption der Probe 32 bei der jeweils gegebenen Lichtwellenlänge entspricht.
Das von der Auswertevorrichtung erzeugte Relativsignal wird einer Anzeigevorrichtung zugeführt, die gemäß Fig.l
ein Koordinatenschreiber 56 mit X-Y-Darstellung sein kann.
Das Relativsignal wird von dem Koordinatenschreiber 56 entlang der Y-Achse der erzeugten graphischen Darstellung
aufgezeichnet. Der Vorschub in Richtung der X-Achse erfolgt in Obereinstinraiung mit der Verstellung des Monochromators
14 mittels einer Lichtfrequenz-Steuervorrichtung 58, die
Monochromator 14 und Koordinatenschreiber 56 gemeinsam verstellt. Die Steuervorrichtung 58 kann in der Praxis mit dem
Monochromator 14 baulich vereinigt sein.
In Fig. 3 ist ein Querschnitt durch die Röhre 38 und das Mikrofon 44 der Meßzelle 22 (Fig. 2) dargestellt. Die Elektretfolie
40 bedeckt einhundertvierzig öffnungen 66, die die Wandung der Röhre 38 radial durchsetzen. Die Öffnungen
66 lassen die Schallenergie aus dem Inneren der Röhre 38, insbesondere aus dem Gebiet des Schwingungsbauches der Resonanzschwingung,
auf die Elektretfolie 40 einwirken. Die Öffnungen 66 sind in zehn jeweils in Umfangsrichtung verlaufenden,
axial beabstandeten Reihen von jeweils vierzehn öffnungen angeordnet. Die Reihen erstrecken sich jeweils
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annähernd über einen Umfangswinkel von 90°, wobei keine
Öffnung 66 von der Elektretfolie 40 unbedeckt bleibt. Die Elektretfolie 40 und die leitende Schicht 4 2 sind in Fig.
2 und 3 zur Verdeutlichung verdickt dargestellt. Die aus Polyteträfluoräthylen bestehende Elektretfolie HO weist
vorzugsweise eine Dicke von 0,ol27 mm auf. Die aus Aluminium bestehende leitende Schicht 42 kann eine Dicke- haben, die
unter 0,025 mm liegt.
Das durch das Elektret-Mikrofon 44 erhaltende Meßsignal
ändert sich umgekehrt proportional zur Frequenz fc der
Amplitudenmodulation durch den Zerhacker 16. Unter Berücksichtigung
dieses. Verhaltens und wegen des allgemein bei Mikrofonen zu beobachtenden Abfalls der Empfindlichkeit bei
Frequenzen unterhalb 100 Hz wird als Frequenz f der Amplitudenmodulation
vorzugsweise eine Frequenz zwischen 100 Hz und 1.000 Hz verwendet, und das Mikrofon 44 und das entsprechende
Mikrofon in der Referenzzelle 26 werden so ausgebildet
, daß sie in diesem Frequenzbereich eine hohe Empfindlichkeit aufweisen. ■
Der Innendurchmesser der Röhre 38 ist wenig größer als der
Querschnitt des auf die Probe 32 fallenden Lichtstahls. Die Innenfläche der Röhre 38 soll sowohl akustisch als auch
optisch stark reflektierend sein und ist beispielsweise poliert. Eintritts- und Austrittsfenster 28, 30 sind in
optischer Hinsicht transparent, jedoch akustisch stark reflektierend. Wie bereits erwähnt, kann die Röhre 38 statt
aus Aluminium aus einem Stahl bestehen, wobei ein veredelter, rostfreier Stahl vorzuziehen ist. Das Gehäuse 60 besteht aus
rostfreiem Stahl. ■
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, sind zur Abstandhaltung der Elektretfolie
40 gegenüber der äußeren Oberfläche der Röhre 38 auf dieser Oberfläche Erhebungen in Gestalt von in Umfangsrichtung
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umlaufenden j voneinander· beabs tändelten, zwischen den Reihen
der Öffnungen 66 liegenden Rippen 68 vorgesehen. Hierdurch wird ein Luftspalt zwischen den nicht aufliegenden Teilen
der Elektretfolie 40 und den nicht mit den Rippen 68 besetzten
Teilen der Außenfläche der Röhre 38 gebildet. Die Rippen 68 und der Luftspalt verhindern weitgehend einen Kontakt zwischen
der Elektretfolie 1K) und der Röhre 38. Hierdurch wird verhindert,
daß die als geerdete Elektrode wirkende Röhre 38 die Anzahl der in der Elektretfolie 40 eingelagerten Elektronen verringert.
Die Elektretfolie 40 hat hierdurch nach einmaliger Aufladung, beispielsweise durch Elektronenbeschuß, eine lange Betriebslebensdauer. Der genannte Luftspalt ist auch erforderlich, damit
die Röhre 38 und die Elektretfolie 4-0 mit der dazwischenliegenden
Luftschicht einen Kondensator bilden können.
Die in der Elektretfolie HO eingeschlossene Ladung influenziert auf der Oberfläche der Röhre 38 eine Oberflächenladung entgegengesetzten
Vorzeichens. Die beiden Ladungen, die von dem von den Rippen 6 8 gebildeten Luftspalt getrennt sind, bewirken eine Vorspannung
für die veränderliche Kapazität des Elektret-Mikrofons
M-M-, Wenn der Abstand zwischen der Elektretfolie 40 und der Außenseite
der Röhre 38 durch Schalldruckänderungen innerhalb der Röhre 38 verändert wird, ändert sich die Spannung zwischen der
Elektretfolie 40 und der Röhre 38, wodurch ein Wechselstrom-Meßsignal mit der Frequenz der akustischen Schwingungen erzeugt
wird. Die kapazitive Last des Mikrofons 44, also der kapazitive Anteil des Eingangswiderstands des Vorverstärkers 46, soll gering
sein gegenüber der Kapazität des Mikrofons 44 selbst, um eine hohe Signalleistung zu erreichen.
Bei der in Fig. 4 darges^Llten, abgewandelten Ausfuhrungsform
ist zwischen Eintrittsfenster 28 und Austrittsfenster 30 wieder eine Röhre 38 angeordnet, die jedoch eine größere Durch-
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trittsöffnung zu einem auf ihrer Außenseite angeordneten
beliebigen, handelsüblichen Mikrofon 70 aufweist. Je nach
Bauart dieses Mikrofons 70 kann ggf. ein Strömungsmittel
enthaltender, die Röhre 38 und das Mikrofon 70 umgebender Raum entfallen.
Bei den in Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeiepielen
ist die Röhre 38 als Abschnitt aus einem handelsüblichen
Aluminiumrohr hergestellt, dessen Außendurchmesser 2,54 cm
(1 Zoll) und dessen Innendurchmesser 2,337 cm beträgt. Alle Oberflächen wurden poliert. Die axiale Länge der Röhre 38 beträgt
6,604 cm.. Die erste Reihe der öffnungen 66 liegt in
einem Abstand von 2,032 cm vom Ende der Röhre 38 und die
axiale Länge des von den öffnungen 66 eingenommenen Bereichs beträgt 2,54 cm. Die die Elektretfolie 40 in Abstand von der
Oberfläche der Röhre 38 haltenden Erhebungen, im Ausführungsbeispiel die umlaufenden Rippen 68, haben im Interesse einer
starken Influenzwirkung eine so geringe Höhe, wie dies eben mit Rücksicht auf die Schalldruckbewegungen der Elektretfolie
40 noch ajLässig ist, ohne daß diese die sonstige Oberfläche
der Röhre 38 berührt. Als Höhe der Rippen 68 hat sich 0,0254 mm günstig erwiesen. Die Breite der Rippen 68 kann 0,6 35 mm betragen.
Der Abstand der öffnungen 66 in Umfangsrichtung beträgt
2,54 mm.
Es sei nun kurz die Wirkung der Einrichtung gemäß Fig. 1 bei
der Durchführung einer Analyse erläutert. Die Xenonlampe 12 und die Linse 10 erzeugen einen Lichtstrahl, der ein im interessierenden
Spektralbereich kontinuierliches Spektrum aufweist. Der Monochromator 14 beschränkt das Spektrum des Strahls auf
eine einzige Farbe mit einer vorgegebenen LichtweIlenlänge,
worauf der Strahl mittels des Zerhackers 16 amplitudenmoduliert wird. Der Strahlteiler 20 und der Spiegel 24 erzeugen hieraus
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einen Meß- und einen Referenzlichtstrahl, die gleichartigen
Zellen 22, 26 zugeführt werden. Die Zellen 22, 26 können aufgrund ihrer Wirkung als fotoaküstische Zellen bezeichnet
werden.
In der Meßzelle 22 fällt der amplitudenmodulierte Meßlichtstrahl
durch das Eintrittsfenster 28 auf die zu analysierende Probe 32. Nach Durchtritt durch diese verläßt der Strahl die
Meßzelle 22 durch das Austrittsfenster 30. Die Energie des
amplitudenmodulierten Lichts bewirkt, daß die Probe 32 periodische Relativbewegungen gegenüber dem in der Meßzelle 22
enthaltenen Strömungsmittel, beispielsweise Luft, ausübt, während annähernd gleichzeitig ein periodischer Wärmeübergang
von der Probe 32 auf das Strömungsmittel stattfindet. Die resultierende Ausdehnung und Zusammenziehung des Strömungsmittels
in der Nachbarschaft der bestrahlten Oberfläche der Probe 32 erfolgt mit der akustischen Frequenz f der Amplitudenmodulation
und erregt daher akustische Resonanzschwingungen in der Gassäule innerhalb der Röhre 38. Die Schalldruckwellen
wirken auf die Elektretfolie 40 des Mikrofons 44, wodurch
sich die Kapazität zwischen der leitenden Schicht 42 und der Röhre 38 ändert und ein elektrisches Meßsignal erzeugt wird.
Das Meßsignal wird dem Vorverstärker 46 zugeführt, der eine hohe Eingangsimpedanz mit geringem kapazitivem Anteil aufweist
und rauscharm ist. In entsprechender Weise wird in der Referenzzelle 26 ein Meßsignal erzeugt und mittels des Vorverstärkers
vorverstärkt, der von gleicher Bauweise wie der Vorverstärker 46 ist. Die Resonanzverstärker 50, 5 2 wählen aus den von den
Mikrofonen erzeugten Meßsignalen nur diejenigen Signalkomponenten aus, die die gleiche Frequenz wie die Frequenz fc der
Amplitudenmodulation haben. Diese Frequenzanteile werden de-
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moduliert, void- die durch die Demodulation gewonnenen Gleichspann
ungs—Signale Sl,. S2 werden durcheinander dividiert. Das
hierdurch erhaltene Relativsignal, wird vom Koordinatenschreiber
5 6 entlang der Y-Achse der Darstellung aufgezeichnet, während die Lichtfrequenz-Steuervorrichtung 38 den Monochromator 14
hinsichtlich der durchgelassenen Lichtfrequenz und gleichzeitig und gleichsinnig den Koordinatenschreiber 56 derart
verstellt, daß auf letzterem die Darstellung entlang der
.X-Achse wandert.
Das erhaltene fotoakustische Spektrum entspricht wegen der
Proportionalität zwischen der vom Mikrofon 44 aufgenommenen Schalleistung und der von der Probe 32 absorbierten Energie
dem Absorptionsspektrum, wie es in geeigneten Fällen durch optische Transmissionsmessung erhalten werden kann.
Die Lichtfrequenz-Steuerung kann grundsätzlich von Hand erfolgen,
indem der Monochromator 14 und der Koordinatenschreiber
56 verstellt werden. Es kann so beispielsweise zeitlich nacheinander
jeweils eine Einstellung auf eine vom Monochromator 14 durchgelassene Farbe und einen entsprechenden X-Wert des
Koordinatenschreiber 56 erfolgen. Vorzugsweise erfolgt jedoch
die Veränderung der spektralen Lage des durehgelassenen
Lichts kontinuierlich. Zu diesem Zweck kann die Vorrichtung
entsprechend ausgebildet sein.
Es ist auch möglich, die Steuervorrichtung 48 mit dem. Koordinatenschreiber
56 baulich zu vereinigen, indem beispielsweise in diesem ein Antriebsmotor für die Verschiebung entlang der
X-Achse vorgesehen ist, der gleichzeitig durch Verstellung eines Potentiometers ein Ausgangssignal erzeugt, das eine
gleichzeitige und gleichsinnige Verstellung des Monochromators
14 bewirkt.
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Hinsichtlich der Demodulation durch die Verstärker 50, 5 2
sei noch erwähnt, daß durch diese. Maßnahire eine eventuelle Phasenverschiebung der Kurvenform der Amplitudenmodulation ■
in Meß- und Referenzlichtstrahl ausgeglichen wird» da die
erzeugten Gleichspannungs-Signale Sl, S2 unabhängig von
diesen Phasenlagen sind. Bei übereinstimmenden Phasenlagen
wäre es jedoch auch möglich, auf eine Demodulation von Meß- und Referenzsignal zu verzichten, diese unmittelbar durcheinander
zu dividieren und erst danach: erforderlichenfalls eine Gleichrichtung vorzunehmen. .".--~.-..: . .-■
Eine vereinfachte Analyseeinrichtung gemäß der Erfindung,
die ohne Referenzzelle auskommt, ist in Fig. 5 dargestllt.
Die Strahlungsquelle S enthält hierbei nicht den in Fig. 1
vorhandenen Strahlteiler 20 und den Spiegel 2M-, jedoch die übrigen aus Fig. 1 bekannten Teile. Der erzeugte Strahl
wird allein der ließzelle 22 zugeführt. Diese, der Vorverstärker
46 und der Verstärker 5 0 entsprechen in Funktion und Ausführung den anhand von Fig. 1 bis 3 beschriebenen
Teilen. Das von dem Verstärker 50 erzeugte Gleichspannungs-Signal
Sl wird ohne eine Division durch ein Referenzsignal unmittelbar einer Anzeigevorrichtung zugeführt, ,die bei dem
Ausführungbeispiel einen Mehrkanal-Analysator 74 umfaßt.
Diesem ist ein Spannungs-Frequenz-Wandler 7 2 vorgeschaltet,
der als Ausgangssignal einen Impuls^zug erzeugt, dessen
Impulsfolgefrequenz.dem jeweiligen Spannungswert des Signals Sl proportional ist. Der. Analysator 74 speichert die
Impulse und erzeugt unter Verwendung von ihnen eine Darstellung des Absorptionsspektrums. Die Darstellung kann
in digitaler Form erfolgen,, indem für diskrete Werte der
Lichtfrequenz jeweils zugehörige Werte :der Absorption ausgegeben werden. Die Ausgabe kann durch Ausdrucken auf einem
Papierstreifen oder durch Aufzeichnung auf einem Magnetband
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erfolgen. Die Verstellung des Monochromators 14 kann auch
bei diesem Ausführungsbeispiel von Hand oder mittels einer Steuervorrichtung ähnlich der Vorrichtung 58 in Fig. 1
durchgeführt werden.
Auch mit der Einrichtung gemäß Fig. 5 kann eine Messung der relativen spektralen Absorption bezogen auf einen Referenzkörper
erfolgen, indem vor oder nach der Messung anhand der Probe der Referenzkörper anstelle der Probe
in die Meßzelle 22 gebracht, das Absorptionsspektrum für den Referenzkörper aufgenommen und die vom Analysator 74
für die Probe und für. den Referenzkörper erhaltenen, einander entsprechenden Wertereihen durch Division jeweils einander
entsprechender Werte durch einen Rechner zueinander in bezug gesetzt werden.
Bei allen Ausführungsbeispielen ist die als Resonator ausgebildete
Meßzelle 22 lediglich auf die Frequenz der Amplitudenmodulation abgestimmt. Bei einer Veränderung des
Strömungsmittels in der Meßzelle 22 hinsichtlich Art, Druck, Feuchtegehalt u.s.w. kann eine erneute Abstimmung auf die
Resonanzfrequenz ohne Änderung an der Meßzelle 22 einfach
durch eine Veränderung der Frequenz f der Amplitudenmodulation
erfolgen. Weiter hat die Einrichtung gemäß der Erfindung in allen Fällen den Vorteil, daß eine Anpassung des
Wandlers an die Veränderung der spektralen Lage des Strahlungsmaximums der Strahlungsquelle und an eine mit dieser Veränderung
ggf. eintretende Veränderung der absoluten Höhe des Strahlungsmaximums, also der von der Quelle bei der jeweiligen
spektralen Lage abgegebenen Strahlungsleistung, nicht erforderlich ist. Die Meßzelle 22 kann so sowohl während eines
AnalyseVorgangs als auch bei aufeinander folgenden Analyse-
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-22- 2 42 88 8 A
vorgängen stets unverändert verwendet werden.
Hinsichtlich der Ausviertevorrichtung mit den Verstärkern 50, 5 2 und der Dividierschaltung 54 in Fig. 1 erwähnte
Abwandlungen können auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 vorgenommen werden. Weiter kann auch bei den
Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 als Anzeigevorrichtung nach dem Vorbild der Fig. 1 ein Koordinatenschreiber verwendet
werden. Umgekehrt ist es ebenfalls möglich, bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 einen Mehrkanal-Analysator
mit vorgeschaltetem Spannungs-Frequenzwandler zu verwenden. Ein Beispiel für eine entsprechende Abwandlung der Einrichtung
gemäß Fig. 1 zeigt Fig. 6, Dort wird das-am Ausgang des aus Fig. 1 bekannten Dividierers 54 durch Division
der Gleichspannungs-SignaJeSl, S2 gewonnene Relativsignal
einem Spannungs-Frequenzwandler 86 zugeführt, der in seiner Funktion dem Wandler 72 in Fig. 5 entspricht, und das hierdurch
erzeugte, impulsfrequenzmodulierte Signal wird einem Mehrkanal-Analysator 88 zugeführt, der dem Analjrsator 74
entspricht, jedoch unmittelbar ein relatives oder normiertes Absorptionsspektrum ausgibt. Die Weiterschaltung von Kanal
zu Kanal des Analysators 88 erfolgt mittels der Lichtfrequenz-Steuervorrichtung
58, die gleichzeitig und gleichsinnig den Monochromator 14 (Fig. 1) verstellt. Stattdessen wäre selbstverständlich
wieder eine Verstellung des Monochromators 14
und des Mehrkanal-Analysators 88 von Hand möglich.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Analyseeinrichtung gemäß der Erfindung ist in Fig. 7 gezeigt. Hierbei ist das
Austrittsfenster 30 (Fig. 1) der Meßzelle 22 fortgelassen, und die dem Strahleintritt gegenüberliegende Stirnseite der
Meßzelle 22 ist unmittelbar auf die Probe 32 aufgesetzt.
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Hierbei kann es sich beispielsweise um die zu untersuchende Haut eines Patienten 90 handeln,- Im übrigen entsprechen
die nicht erwähnten Teile der Einrichtung gemäß Fig. 7 gemäß ihren Bezugszeichen denjenigen der Fig. 1, ggf. mit den Abwandlungen gemäß Fig. 4 und/oder 6 . -.·.-.
Mit den beschriebenen Einrichtungen können Absorptionsspektren der verschiedensten-festen oder feststoffartigen Körper aufgenommen: werden. Insbesondere kann auch die Absorption von
pulverformigen, und anderen Körpern gemessen werden, bei denen dies seither nicht; anhand des von dem Körper durchgelassenen-Lichts
möglich war» Es können so insbesondere Körper untersucht werden, die eine hohe Absorption aufweisen, stark
reflektieren oder stark streuen. Die Einrichtungen können .zur Untersuchung von: anorganischen Feststoffen, organischen Verbindungen
und Mischungen, biologischen Stoffzusammensetzungen,
Halbleitern, Metallen und anderen Stoffen dienen. Aus der
Verwendbarkeit zur Analyse biologischer Stoffzusammensetzungen
ergibt sich ein weites Anwendungsgebiet in der Medizin, bei- .
spielsweise zur Untersuchung von Blut, Knochen, Haut und Haaren, wobei diese Untersuchung erforderlichenfalls mittels
der Ausführungsform gemäß Fig. 7 in situ erfolgen kann.
Abwandlungen der dargestellten Ausführungsbeispiele sind außer
in den! bereits erwähnten Fälen in vielerlei anderer- Weise möglich,
Insbesondere kann die Strahlungsquelle S entsprechend dem Jeweils interessierenden Spektralbereich und der erforderlichen
Strahlungsleistung abgewandelt werden. Auch hierbei ist eine Abänderung der Keßzelle 22 nicht .erforderlich. Eine Abwandlung
der Strahlungsquelle S kann darin bestehen, daß die Xenorilampe
12 gegen eine Ultraviolettlampe ausgetauscht wird. Weiter kann anstelle der Lampe 12, der Linse 10 und des Monochromator 14
ein Laser verwendet werden, der entweder auf eine Reihe von
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diskreten Lichtfrequenzen einstellbar ist oder der durch Einfärbung seines Kristalls in einem vorgegebenen spektralen
Bereich kontinuierlich verstellbar ist. Bei Verwendung eines Impulslasers, dessen Strahl mit der gewünschten Frequenz f
der Amplitudenmodulation pulsiert, kann der Zerhacker 16 entfallen. Weiter ist bei der Verwendung eines Lasers im
allgemeinen auch die Linse 18 entbehrlich.
Gemäß einer weiteren möglichen Abwandlung können die Teile 10, 12, I1+ der Strahlungsquelle S durch ein Synchrotron ersetzt
werden, um Untersuchungen mit Protonen hoher Energie, beispielsweise von mehr als 20 eV, auszuführen.
Eine andere mögliche Ausführung der Strahlungsquelle S besteht
darin, daß diese mehrere lichtemittierende Dioden und/ oder Laser umfaßt, die jeweils bei mindestens einer spektralen
Lage und bei untereinander verschiedenen spektralen Lagen
Strahlungsmaxima oder eine monochromatische Strahlung abgeben. Hierbei können alle Dioden oder Laser gleichzeitig
eingeschaltet sein, während der Monochromator 14 nacheinander
auf die verschiedenen Lichtfrequenzen eingestellt wird, oder die Dioden und LasZer können nacheinander einzeln eingeschaltet
werden, wobei dann der Monochromator entfallen kann, wenn alle Dioden und Laser monochromatisches Licht abgeben. Eine solche
Strahlungsquelle eignet sich für Fälle, in denen nicht ein kontinuierliches Absorptionsspektrum erforderlich ist, sondern
lediglich die Absorption bei bestimmten Strahlungsfrequenzen ermittelt oder bei einem Wert der Strahlungsfrequenz mit dem
bei einer anderen Strahlungsfrequenz ermittelten Wert verglichen werden soll.
Ausgerüstet mit einer Photonen - oder anderen Energiequelle sind die Einrichtung gemäß der Erfindung auch zur Durchführung
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wissenschaftlicher Spektralanalysen verwendbar. Ebenfalls sind die Einrichtlangen zu gewerblichen Zwecken anwendbar,
um beispielsweise bei der Überwachung der Reinheit oder der Konzentration eines Produktes dessen Absorption bei
mehreren diskreten Werten der Lichtwellenlänge zu untersuchen. Gerade in den letztgenannten Fällen ist es zweckmäßig,
als Lichtquelle einen Laser zu verwenden, um eine starke Strahlung zu erzeugen und damit mit hoher Empfindlichkeit
arbeiten zu können.
Im folgenden sei auf die in den Figuren 8 bis 20 dargestellten Spektren eingegangen« Soweit diese mittels einer der in den
Figuren 1 bis 7 dargestellten Einrichtungen gewonnen sind, werden sie im folgenden als fotoakustische Spektren bezeichnet.
Fig. 8 zeigt das.'nicht normierte, d.h. nicht durch Division
auf das Spektrum eines anderen Körpers bezogene fotoakustische
Spektrum' von Schwarzkohle bei Verwendung der Einrichtung gemäß Fig. 5. Die entsprechende Kurve A stellt die Absorption
in einem willkürlichen Maßstab in Abhängigkeit von der Wellenlänge A in nm dar. Anstelle der Einrichtung gemäß Fig. 5 könnte
zur Darstellung der Kurve A auch die in Fig. 1 gezeigte Einrichtung verwendet werden, wenn die Verbindungen der Dividierschaltungen
54 mit dem Verstärker S2 und dem Koordinatenschreiber
56 gelöst würden und statt dessen das Gleichspannungs-Signal S2 vom Ausgang des Verstärkers 5 2 unmittelbar dem Koordinatenschreiber
56 zugeführt würde.
Unterhalb der Kurve A ist in Fig. 8 die Kurve B eingetragen,
die das Leistungsspektrum der Strahlungsquelle S darstellt.
Es ist erkennbar, daß das fotoakustische Spektrum von Schwarzkohle praktisch genau proportional dem Leistungsspektrum der
Strahlungsquelle ist. Die geringe Abweichung der Kurven A, B
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unterhalb von 400 nm in Fig. 8 erklärt sich daraus, daß die Leistungsdichte der Strahlungsquelle mittels eines Leistungsmessers
gemessen wurde, der als Detektor eine Siliziumdiode aufwies und dessen untere Eckfrequenz bei 400 nm lag. Der Vergleich
der Kurven A und B zeigt somit, daß wegen der Übereinstimmung von Leistungsspektrum und fotoakustischem Spektrum
der Schwarzkohle die Absorption der Schwarzkohle im untersuchten Spektralbereich gleich groß ist und daß diese daher als Referenzkörper
zur Normierung des anhand einer Probe gewonnenen Spektrums dienen kann.
Fig. 9 zeigt drei Kurven, Die Kurve a zeigt das fotoakustische
Spektrum von polykristallinem Cr2O3-Pulver in normierter Form,
also als relative Intensität bezogen auf einen schwarzen Körper, wie sie bei Verwendung der Einrichtung gemäß Fig. 1
gewonnen wird. Die Kurve b zeigt das optische Absorptions-Spektrum
eines 4n dicken Cr~O~-Einkristails, gemessen nach
McClure. Die untereste Kurve c stellt das Spektrum der diffusen
Reflexion F nach Tandon und Gupta für eine pulverförmige Probe Cr2O3 dar. Die beiden Kristall-Feldübergänge bei 600 nm und
460 nm, die im optischen Absorptionsspektrum dargestellt sind, sind im fotoakustischen Spektrum fast in gleicher Schärfe aufgelöst,
dagegen im Spektrum der diffusen Reflexion weniger klar erkennbar.
Viele anorganische und organische Materialien liegen als polykristalline
Pulver vor, können als solche nicht durch Messung der optischen Transmission auf ihre Absorption untersucht werden
und wurden daher seither mit der relativ ungenauen Messung der spektralen diffusen Reflexion untersucht. Demgegenüber
läßt Fig. 9 erkennen, daß mit dem Verfahren gemäß der Erfindung in einfacher Weise ein genaues Absorptionsspektrum von
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polykristallinen oder amorphen Körpern erhalten werden kann.
Fig. 10 zeigt das fotöakustische Spektrum von kristallwasserfreiem,
polykristallinem Kupfersulfatpulver. Ein Pfeil bei T0
2+ zeigt die bekannte Lage des Kristall-Feldübergangs von Cu Ionen
in Kupfersulfat, und zwar in oktaedrischer Umgebung mit
Jahn-Teller Verzerrung. Es zeigt sich, daß sich-genau bei dem
Pfeil ein Peak im Spektrogramm ergibt. Die erhöhte Intensität
im ultravioletten Bereich zeigt, daß das Kupfersulfat bei Anregung
in diesem Spektralbereich ein starkes Wandern von Ladungen
zuläßt. Auch dieses Spektrum zeigt, daß mittels des Verfahrens gemäß der Erfindung polykristalline, anorganische, undurchlässige
Stoffe untersucht werden können.
Fig. 11 zeigt die fotoakustischen Spektren von drei anorganischen
Halbleitern, nämlich von CdSe,.. CdS und ZnS. Diese lagen bei der Untersuchung in polykristalliner Pulverform vor. Seither war
eine spektrale Analyse solcher Halbleiter nur aufgrund einer Reflexionsmessung erforderlich, die die Schaffung einer glatten,
sauberen, stark reflektierten Oberfläche erforderte. Dagegen köijen mit dem Verfahren gemäß der Erfindung Absorptionsspektra
beliebiger Halbleiter aufgenommen werden, sei es, daß diese als Einkristall, als polykristallines Pulver oder in amorpher Form
vorliegen. Weiter können dann, wenn die vorhandene Phaseninformation
ausgenutzt wird, optische Meßwerte in dem Bereich erhalten
werden, der oberhalb der Lücke im optischen Bandenspektrum liegt.Efes ist dadurch möglich, weil die Phaseninformation
angibt, wie weit das Licht in den Körper eindringt.
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Fig. 12 zeigt fotoakustische Spektren, die an Feilspänen von metallischem Kupfer und Silber gewonnen wurden. Fig. 12
läßt erkennen, daß es bei Verwendung der Einrichtung gemäß der Erfindung nicht erforderlich ist, daß der zu analysierende
Körper in irgendeiner Weise vorbehandelt wird und insbesondere eine beliebige Oberflächenbeschaffenheit aufweisen kann. Zudem
belegt Fig. 12 die Verwendbarkeit der Einrichtungen allgemein für Stoffe, die stark reflektieren und/oder eine hohe Absorption
aufweisen, wie dies bei Metallen der Fall ist.
Fig. 13 zeigt in ihrem oberen Teil als Kurve d ein mittels einer Einrichtung gemäß Fig. 1 gewonnenes fotoakustisches
Spektrum der wässerigen Lösung von Rhodamin B, einem organischen Farbstoff. Darunter ist als Kurve e das fotoakustische Spektrum
desselben, jedoch in festem Zustand vorliegenden Stoffes dargestellt. Die Erfindung ist also auch zur Analyse organischer
Stoffe verwendbar, und zwar auch dann, wenn diese als feine Pulver vorliegen oder sehr stark absorbieren.
Die Fig. 14 und 15 zeigen aufgrund der bekannten Messung der
Transmission erhaltene Absorptionsspektren von Cytochrom C,
einem wichtigen, bei den bei der Atmung ablaufenden StoffwechseIvorgangen
beteiligten Protein. Die Fig. 14 und 15 sind unter Verwendung einer Probe einer wässrigen Lösung dieses
Proteins gewonnen, wobei das Protein in einer oxydierten bzw, reduzierten Form vorlag. Demgegenüber zeigt Fig. 16 die fotoakustischen
Absorptionsspektren von festen Proben desselben Proteins, jeweils für dessen oxydierte und reduzierte Form.
Bei Vergleich der Fig. 16 mit den Fig. IU und 15 wird erkennbar,
daß das Verfahren gemäß der Erfindung bei solchen Feststoffproben
wesentlich genauere Ergebnisse liefert, die seither lediglich in gelöstem Zustand durch Messung der Transmission
untersucht werden konnten.
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Fig. 17 zeigt das fotoakustische Spektrum von polykristallinem CoF^-Pulver. Pfeile bezeichnen die bekannten Kristallfeld-
2 +
Niveaus des Co -Ions in CoF2, und zwar in cktaedrischer Umgebung.
Weiter ist durch einen Pfeil in Fig. 17 oben rechts
Umwandlung^
die Lage der ιÜbergangsbande angedeutet.
die Lage der ιÜbergangsbande angedeutet.
Fig. 18 zeigt das Spektrum von Ho2O,,-Pulver, das Co und F als
Verunreinigungen enthält. Normalerweise tritt bei mehreren
3+
optischen Niveaus in Ho Fluoreszenz auf, d.h. diese Niveaus werden durch Aussenden eines Photons anstelle durch eine Aufheizung
des Körpers abgebaut. Der Abbau eines fluoreszierenden Niveaus würde bei fotoakustischer Messung ein nur geringes
Meßsignal erzeugen. Daher wird zweckmäßig durch Zugabe der genannten Verunreinigungen an Co und F das Auftreten der
Fluoreszenz verhindert. Das entsprechende Spektrum ist in der oberen Teilfigur der Fig. 18 dargesieLlt, wo senkrechte Striche
mit einem Punkt diejenigen Niveaus bezeichnen, bei denen sonst Fluoreszenz auftritt, und senkrechte Striche ohne Punkt die
nicht fluoreszierenden Niveaus markieren. In der unteren Teilfigur ist das fotoakustische Spektrum von reinem Ho2O3 dargestellt.
Hier ist die relative Intensität bei fluoreszierenden Niveaus stark vermindert. Die relative Unempfindlichkeit des
Verfahrens gemäß der Erfindung bei einer mit Fluoreszenz verbundenen
Absorption kann vorteilhaft zur Untersuchung fluoreszierender
Materialien ausgenutzt werden.
Das Verfahren gemäß der Erfindung kann weiter zur Untersuchung
von Energieniveau-Zerfallprozessen, die ohne Aussendung von Strahlung ablaufen, in Festkörpern dienen. Zweckmäßig wird
hierzu die vorhandene Phaseninformation ausgenutzt. Vorzugsweise wird zur Untersuchung von ohne Aussendung von Strahlung
ablaufenden Energieniveau-Zerfallprozessen der "zeitliche Verlauf des Meßsignals untersucht und hinsichtlich Phasenlage und
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Form mit der bekannten Phasenlage und Form der dem zu analysierenden
Körper zugeführten Strahlung und des Referenzsignals verglichen. So kann beispielsweise das von dem Mikrofon der
Meßzelle erzeugte Meßsignal, das auf der amplitudenmodulierten Bestrahlung des zu analysierenden Körpers mittels einer Blitzlichtlampe
oder eines Impulslasers beruht, unmittelbar in einem Mehrkanal-Analysator gespeichert werden, während die
Lage des Energieniveaus der zugeführten Strahlung und mit dieser die Kanäle des Analysators schrittweise oder kontinuierlich
verändert werden. Diese Untersuchung kann mehrfach wiederholt werden, um die statistische Genauigkeit des Ergebnisses
zu verbessern, das aufgrund der im Mehrkanal-Analysator gespeicherten Werte gewonnen wird.
Fig. 19 zeigt in der oberen Teilfigur das mittels einer Einrichtung
gemäß Fig. 1 gewonnene Absorptionsspektrum der unverletzten, einen wachsartigen Oberzug aufweisenden Oberfläche
eines grünen Blattes. In der unteren Teilfigur ist dagegen das fotoakustische Spektrum des Blattes dargestellt,
nachdem dessen oberste Schicht abgekrdzt wurde. Dieses Spektrogramm
ist stark durch die Absorption des in dem Blatt enthaltenden Chlorophylls bestimmt. Daraus ist erkennbar, daß
das Verfahren gemäß der Erfindung zur genauen absorptionsspektrographischen Analyse von lebenden Zellverbänden verwendbar
ist. Insbesondere können die Lebensfunktionen von Pflanzen, ggf« auftretende Erkrankungen der Pflanzen und der Ablauf
der Fotosynthese untersucht werden.
Wie bereits einleitend erwähnt, ist das Verfahren nicht nur zur Untersuchung fester, sondern auch von feststoffartigen
Körpern wie Blut unter der Haut eines Patienten verwendbar. In dem genannten Anwendungsfall kann beispielsweise derfSauerstoffgehalt
des Bluts unter der Haut bestimmt werden, indem
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das fotoakustische Blutspektrum mit einem anderen Blutspektrum von Blut eines bekannten Säuerstoffgehalts verglichen wird oder indem Teile der jeweiligen Spektren
miteinander verglichen werden.
Fig. 20 zeigt fotoakustische Spektren eines Abstrichs von
frischem Blut, von roten Blutkörperchen und von einem Hämoglobin-Präparat· Das Absorptionsspektrum des Gesamt-Bluts ist genauso klar und detailliert wie dasjenige von
Hämoglobin, das aus diesem Blut gewonnen wurde. Dieses Ergebnis wäre mit den bekannten spektrographisehen Methoden
nicht erreichbar. Bei Verwendung des erfindungegemäßen Verfahrens kann daher die seither übliche Gewinnung von Hämoglobin aus Blut zur epektrographischen Analyse entfallen,
indem das Blut unmittelbar untersucht wird.
Weitere Anwendungsmöglichkeiten und Ausgestaltungen des Verfahrens und der Einrichtung gemäß der Erfindung sind eelbstr
verständlich möglich. Insbesondere sind gegenüber der dargestellten Ausführungsform der Meßzelle 22 Weiterbildungen
möglich, die zu einer höheren Meßsignalleistung führen. Die Amplitude des Meßsignals wächst mit steigender Gasdichte
und mit der Schallgeschwindigkeit in dem als Strömungsmittel verwendeten Gas, so daß bei dessen Auswahl und Anwendung die
genannten Eigenschaften zu berücksichtigen sind.
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Claims (44)
1.J Absorptionsspektrographisches Analyseverfahren für feste
und feststoffartige Körper, wobei einer von einem Strömungsmittel
umgebenen Oberfläche des Körpers eine amplitudenmodulierte Strahlung zugeführt wird, die spektrale Lage des
Strahlungsmaximums der Strahlung verändert wird und bei jeder spektralen Lage des Strahlungsmaximums als Maß für
die bei dieser Lage auftretende Absorption des Körpers in dem umgebenden Strömungsmittel eine entsprechend der Absorption
veränderliche Größe gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Größe gemessen wird, die durch eine
aufgrund der Amplitudenmodulation erfolgende Einwirkung des Körpers auf das Strömungsmittel veränderlich ist.
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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
ein der gemessenen Größe entsprechendes elektrisches Meßsignal erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Strahlung mit einem einzigen, schmalbandigen
Strahlungsmaximum, vorzugsweise mit einer einzigen Wellenlänge verwendet wird.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des Strahlungsmaximums in einem Spektralbereich,
verändert wird, der zumindest teilweise im Spektralbereich des sichtbaren Lichts liegt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenmodulation periodisch erfolgt.
6. Verfahren'nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Amplitudenmodulation mit einer Frequenz erfolgt, die im Bereich der akustischen Frequenzen liegt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als gemessene Größe der durch die Einwirkung des Körpers
schwankende Druck des Strömungsmittels verwendet wird.
8» Verfahren nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schalldruck gemessen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Einwirkung des Körpers ein Volumen des Strömungsmittels in Resonanzschwingungen versetzt wird und daß die
Schalldruckmessung nahe eines Schwingungsbauchs erfolgt.
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10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit der Analyse in gleicher Weise
die Analyse eines in seiner spektralen Absorption bekannten, vorzugsweise schwarzen Körpers durchgeführt
wird, daß die erhaltenen Meßergebnisse zueinander in eine mathematische Beziehung gesetzt werden und daß
das erhaltene Ergebnis angezeigt wird.
11. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer einen amplitudenmodulierten, hinsichtlich
der spektralen Lage seines Strahlungsmaximums
verstellbaren, auf den zu analysierenden Körper gerichteten Strahl erzeugenden Strahlungsquelle und einem
in der Umgebung des zu analysierenden Körpers innerhalb eines die bestrahlte Oberfläche des Körpers umgebenden
Strömungsmittels angeordneten, ein Meßsignal erzeugenden Wandler, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (44; 70)
zur Messung einer Größe ausgebildet ist, die durch eine aufgrund der Amplitudenmodulation erfolgende Einwirkung
des Körpers (32) auf das Strömungsmittel veränderlich ist.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (44; 70) ein elektrisches Meßsignal
erzeugt.
13. Einrichtung nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet
durch eine dem Wandler (44 j 70) wirkungsmäßig nachgeschaltete Anzeigevorrichtung (56; 74),
14. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Strahlungsquelle (S) erzeugte Strahl
ein einziges, schmalbandiges Strahlungsmaximum, vorzugsweise eine einzige Wellenlänge aufweist.
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15. Einrichtung nach Anspruch 11t dadurch gekennzeichnet,
daß die Lage des Strahlungsmaximums des von der
Strahlungsquelle (S) erzeugten Strahls innerhalb eines Spektralbereichs verstellbar ist, der zumindest teilweise
im Spektralbereichs des sichtbaren Lichts liegt.
16. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß der Wandler C^H; 70) als akustischer Wandler zur
Messung von Schallenergie ausgebildet ist.
17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenmodulation mit einer Frequenz erfolgt,
die im Bereich der akustischen Frequenzen liegt.
18. Einrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der zu analysierende Körper (32) und der
Wandler (44; 70) in einem.Resonator (38) für von dem
Körper (32) in dem S-teBmungsmittel erzeugte Schalldruckwellen
ausgebildet sind.
1,9. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,
daß der zu analysierende Körper (32) an einer Innenwand (30) des Resonators vorzugsweise in einem Schwingungs·
knoten und der Wandler in einem Schwingungsbauch der im Resonator (38) stehenden Schallwelle angeordnet sind.
20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet,
daß der zu analysierende Körper (32) auf einer vorzugsweise
seiner der bestrahlten Seite gegenüberliegenden Seite, ortsfest gehalten ist.
21. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,
daß der Resonator (38) die Form eines zylindrischen Hohlraums aufweist.
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22. Einrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Hohlraums gleich der halben Wellenlänge
der sich in dem Strömungsmittel fortpflanzenden Schallwellen bei der Frequenz (f ) der Amplitudenmodulation
ist.
23. Einrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum innerhalb einer vorzugsweise aus Metall
bestehenden Röhre (38) gebildet ist.
24. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (44; 70) als Mikrofon, vorzugsweise
als Kondensatormikrofon, ausgebildet ist.
25. Einrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrofon (44) eine Elektretfolie (40) aufweist.
26. Einrichtung nach Anspruch 21 und 25, dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektretfolie (40) parallel zur zylindrischen, metallischen Wandung des Hohlraums angeordnet
ist.
27. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektretfolie (40) auf ihrer einen Seite einen
leitenden, vorzugsweise metallischen Belag (42) aufweist und daß ein elektrischer Anschluß des Mikrofons
(44) mit dem Belag (42) verbunden ist.
28. Einrichtung nach Anspruch 26 und 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Belag (42) auf der der zylindrischen
Wandung abgewandten Seite der Elektretfolie (40) liegt und daß ein weiterer elektrischer Anschluß des Mikrofons
(44) mit der Wandung verbunden ist.
409886/1222
29. Einrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung Erhebungen, vorzugsweise Rippen (68),
aufweist, auf denen die Elektretfolie (40) aufliegt
und die die nicht aufliegenden Teile der Elektretfolie (40) in einem gegenüber deren Flächenausdehnung geringen Abstand von den nicht mit Erhebungen (68)
versehenen Teilaider Oberfläche der Röhre (38) halten.
und die die nicht aufliegenden Teile der Elektretfolie (40) in einem gegenüber deren Flächenausdehnung geringen Abstand von den nicht mit Erhebungen (68)
versehenen Teilaider Oberfläche der Röhre (38) halten.
30. Einrichtung nach Anspruch 23 und 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung der Röhre (38) in ihrem der
Elektretfolie (40) gegenüberstehenden Bereich mit
Öffnungen (66) versehen ist.
Öffnungen (66) versehen ist.
31. Einrichtung nach Anspruch 23 und 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrofon (44; 70) auf der Außenseite
der Röhre (38) angeordnet ist.
32. Einrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelwert des Strömungsmitteldruckes innerhalb
der Röhre (38) gleich dem Mittelwert des Druckes in dem die Röhre (38) umgebenden Strömungsmittel gehalten ist.
33. Einrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Wandung der Röhre (38) mindestens eine Ausgleichsöffnung
(39), vorzugsweise nahe einem Schwingungsknoten des Strömungsmittels in der Röhre (38), vorgesehen
ist.
34. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wandung des Resonators (38) von einem EintrittsfensiBr
(28) gebildet ist, durch das hindurch der Strahl auf den Körper (32) fällt.
409886/1222
35. Einrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die in Strahlrichtung hinter dem Körper (32)
liegende Wandung des Resonators (38) von einem Austrittsfenster (30) gebildet ist, durch den der Strahl
nach Durchgang durch den Körper (32) den Resonator (38) vorzugsweise reffcionsfrei verläßt.
36. Einrichtung nach Anspruch 20 und 35, dadurch gekennzeichnet,
daß der Körper (32) auf der Innenseite des Austrittsfensters (30) gehalten ist.
37. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsmittel ein Gas, vorzugsweise Luft ist.
38. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Wandler (41Ij 70) und die Anzeigevorrichtung
(56; 71O eine Auswertevorrichtung (50, 5 2, 54)
eingeschaltet ist, die einen Demodulator (50) für das von dem Wan(Jer (44; 70) erzeugte Meßsignal umfaßt.
39. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (S) ausser dem den zu analysierenden
Körper bestrahlenden Strahl einen weiteren, hinsichtlich spektraler Zusammensetzung und Kurvenform
der Amplitudenmodulation sowie vorzugsweise hinsichtlich Amplitudenhöhe gleichartigen Referenzstrahl erzeugt,
daß ein hinsichtlich seiner spektralen Absorption bekannter Referenzkörper im Referenzstrahlengang angeordnet ist,
daß die bestrahlte Oberfläche des Referenzkörpers von einem gleichartigen Strömungsmittel wie der zu analysierende
Körper (32) umgeben ist, daß in der Umgebung des Referenzkörpers ein gleichartig wie der dem zu
analysierende Körper (32) zugeordnete Wandler (44; 70)
409886/1222
angeordneter und ausgebildeter Referenzwandler vorgesehen
ist und daß beiden Wandlern eine Auswertevorrichtung (50, 52, 54) nachgeschaltet ist, die die
Ausgangssignale beider Wandler zueinander in eine
mathematische Beziehung setzt.
40. Einrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzkörper ein schwarzer Körper ist.
41. Einrichtung nach Anspruch 39 oder 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertevorrichtung (50, 52, 54)
die beiden Ausgangssignale durcheinander dividiert.
42. Einrichtung nach Anspruch 38 und 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertevorrichtung (50, 52, 54)
einen dem Referenzwandler nachgeschalteten Demodulator (5 2) und eine Dividierschaltung aufweist, die das
demodulierte Meßsignal des dem zu analysierenden Körper (32) zugeordneten Wandlers (44; 70) durch das demodulierte
Ausgangssignal des Referenzwandlers dividiert.
43. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung (56) als Koordinatenschreiber,
vorzugsweise für kartesische Koordinaten, ausgebildet ist.
44. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
. daß der Anzeigevorrichtung (74; 88) ein Impuls-Frequenz-Wandler (72; 86) vorgeschaltet ist, dessen Ausgangssignal
ein Impulszug mit einer der Amplitude des Eingangssignals
entsprechenden Impulsfolgefrequenz ist, und daß die Anzeigevorrichtung (74; 88) zur Darstellung
der je Zeiteinheit auftretenden Impulse des Ausgangssignals des Impuls-Frequenz-Wandlers (72; 86) bei den
verschiedenen Lagen des Strahlungsmaximums ausgebildet ist.
409886/122 2
Einrichtung nach Anspruch 38 und nach Anspruch H3
oder hh9 dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung
(74; 88) wirkungsjiäßig der Auswerteschaltung
<50, 52, Sif) nachgeschaltet ist.
409886/1222
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