Spektrophotometer (von Vierordt, Glan etc.)

Spektrophotometer.

Die photometrischen Methoden beruhen in der Mehrzahl darauf, daß man auf zwei dicht aneinander grenzenden Gebieten des Gesichtsfeldes gleiche Beleuchtung [* 5] hervorzubringen sucht, indem man die Lichtstärke der beiden zu vergleichenden Lichtquellen nach einem bekannten Gesetz solange abändert, bis die Grenze zwischen den beiden Gebieten für das Auge [* 6] verschwindet. Dies ist z. B. der Fall bei den Photometern von Rumford, Ritchie, Bunsen u. a. Dieses Verfahren ist jedoch mit Sicherheit nur dann anwendbar, wenn das Licht [* 7] beider Quellen die gleiche Farbe hat; sind die Färbungen verschieden, so läßt sich die Grenze niemals zum Verschwinden bringen. In diesem Falle zerlegt man das Licht der beiden Lichtquellen prismatisch, derart, daß die beiden Spektren im Gesichtsfeld übereinander und mit ihren Farben gleicher Brechbarkeit dicht aneinander grenzend erscheinen.

Quelle

Eine besondere Einrichtung gestattet nun, das Licht der einen Quelle [* 8] in bekanntem Verhältnis so lange abzuschwächen, bis für eine spezielle homogene Farbe die Grenze zwischen den beiden Spektren verschwindet. So kann das Verhältnis der Leuchtkräfte der beiden Lichtquellen Farbe für Farbe durch das ganze Spektrum hindurch mit Sicherheit bestimmt werden. Nach diesen Prinzipien konstruierte Apparate heißen S. und haben äußerlich gewöhnlich die Form des Bunsenschen Spektroskops, mit Prisma, [* 9] Kollimator oder Spaltrohr, Skalenrohr und Beobachtungsfernrohr.

Bei dem S. von Vierordt ist der vertikale Spalt am Ende des Kollimators in eine obere und eine untere Hälfte geteilt, deren eine oder alle beide mit Hilfe von Mikrometerschrauben erweitert oder verengert werden können. Eingeteilte Trommeln an den Köpfen der Mikrometerschrauben gestatten, die Spaltbreiten genau zu messen und damit das Verhältnis zu bestimmen, in welchem das eine Licht, welches durch die obere Spalthälfte eintritt, im Vergleich zum andern, durch die untere Spalthälfte gehenden geschwächt werden mußte, um für eine bestimmte homogene Farbe das Verschwinden der Grenze zu erzielen. Um das Auge vor dem störenden Einfluß des übrigen Spektrums zu schützen, ist noch ein in der Brennebene des Fernrohrobjektivs verschiebbarer Okularspalt angebracht, welcher den Spektralstreifen, in dem die Messung gerade vorgenommen wird, abgrenzt und das ganze übrige Spektrum abblendet.

Ist die eine Lichtquelle die allen Vergleichungen zu Grunde liegende Lichteinheit, so kann man für die andre eine Kurve konstruieren, deren Abscissen die Brechungskoeffizienten (Bunsensche Skala) oder besser die Wellenlängen, und deren Ordinaten die zugehörigen Intensitätsverhältnisse sind. Befindet sich z. B. vor der einen Spalthälfte in einem kleinen Troge mit parallelen Glaswänden eine gefärbte Flüssigkeit, so ergibt sich auf diese Weise ihre Absorptionskurve, welche anschaulich darstellt, wieviel von jeder homogenen Farbe von der Flüssigkeit durchgelassen wird.

Glas (Öfen für Holzfeu

Dabei wird der Glastrog entweder zur Hälfte gefüllt und dann die Oberfläche der Flüssigkeit mit der Trennungslinie der beiden Spalthälften in gleiche Höhe gebracht, oder besser, man senkt in den Trog ein massives Flintglasstück, nach seinem Erfinder der Schulzsche Körper genannt, welches die untere Hälfte des Troges einnimmt, der im übrigen ganz mit der Flüssigkeit gefüllt wird. Die Flüssigkeit hat dann oben eine um die Länge des Schulzschen Körpers (10 mm) größere Dicke als unten. Es wird hiermit der Vorteil erzielt, daß die Trennungslinie viel schärfer und feiner erscheint, und daß die Lichtverluste beim Übergang des Lichtes aus Luft in Glas [* 10] vermieden werden. Da bei der ursprünglichen Einrichtung des Vierordtschen Spektrophotometers die eine Schneide des Doppelspaltes fest ist, so wird jede der beiden Spalthälfte beim Drehen der Mikrometerschrauben einseitig, d. h. unsymmetrisch in Bezug auf die Achse des Fernrohrs, geöffnet, und da die beiden Spalthälften bei der Messung verschiedene Weiten haben, so werden zur Erzeugung des Bildes in der obern und untern Hälfte des Okularspaltes Strahlen von etwas verschiedener Wellenlänge oder Farbe beitragen und dadurch unter Umständen einen Fehler bedingen. Zu dessen möglichster Vermeidung wurde von Krüß ein symmetrischer Doppelspalt konstruiert, bei welchem sich beide Spalthälften nach beiden Seiten hin gleichmäßig erweitern und daher stets symmetrisch zur Fernrohrachse bleiben.

Spektroskop - Sperber

Bei dem S. von Glan ist der überall gleichweite Spalt durch ein übergelegtes geschwärztes Metallplättchen in eine obere und eine untere Hälfte geteilt. Innerhalb des Kollimatorrohrs befindet sich ein doppeltbrechendes (Wollastonsches oder ¶

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Rochonsches) Quarzprisma mit horizontal liegender, brechender Kante, welches in der vertikalen Ebene von jeder der beiden Spalthälfte zwei Bilder liefert, deren zwei mittlere sich berühren und daher im Gesichtsfelde des Beobachtungsrohrs zwei dicht aneinander grenzende Spektren geben. Das Licht des einen Bildes ist in der Vertikalebene, das des andern senkrecht dazu polarisiert. Am innern Ende des Kollimators ist inmitten eines Teilweises ein Nicolsches Prisma [* 12] drehbar, welches man so einstellen kann, daß an einer bestimmten Stelle die Helligkeit der beiden Spektren gleich wird.

Ist alsdann a der am Teilkreis abgelesene Winkel [* 13] zwischen den Hauptschnitten des Nicols und des Quarzprismas, so verhalten sich die Lichtstärken der beiden Quellen für die entsprechende Wellenlänge wie sin²α zu cos²α. Da der Abstand der durch die Doppelbrechung [* 14] im Quarzprisma entstandenen Bilder von der Wellenlänge abhängig ist, so kann die genaue Berührung der beiden Spektren nur jeweils für eine einzige Wellenlänge stattfinden. Crova hat diesem Übelstande dadurch abgeholfen, daß er das vor dem Spalt angebrachte Metallplättchen mit parallelen Rändern durch ein Plättchen mit etwas schiefen Rändern ersetzte, das man seiner Länge nach verschieben kann, bis an der Stelle, an welcher man messen will, die genaue Berührung der beiden Spektren erreicht ist.

Das S. von Trannin hat folgende Einrichtung: Hinter dem Doppelspalt, dessen obere und untere Hälfte von den beiden zu vergleichenden Lichtquellen erleuchtet sind, befindet sich ein Nicolsches Prisma und eine parallel zur optischen Achse geschliffene Quarzplatte;

dazu kommt als Analyseur ein Wollastonsches Prisma.

Der Winkel des letztern ist so gewählt, daß das gewöhnlich gebrochene Spektrum der einen Spalthälfte über das ungewöhnlich gebrochene Spektrum der andern etwas übergreift. Vermöge der Interferenz des polarisierten Lichtes in der Quarzplatte sind beide Spektren von dunkeln Interferenzstreifen durchzogen, wobei die dunkeln Streifen des einen Spektrums mitten in die hellen Zwischenräume des andern fallen. Da hiernach die beiden Spektren zu einander komplementär sind, so verschwinden in dem beiden Spektren gemeinsamen Raume die Streifen, wenn beide Spektren gleiche Lichtstärke haben. Um diese Gleichheit herbeizuführen, genügt es, das Nicolsche Prisma um einen passenden Winkel α zu drehen, bis in der Nähe einer bestimmten Wellenlänge die Streifen verschwinden; das gesuchte Intensitätsverhältnis ist alsdann wieder sin²α zu cos²α. Die Einstellung ist eine sehr sichere und genaue, da das menschliche Auge für das Verschwinden und Wiedererscheinen solcher dunkler Streifen ganz besonders empfindlich ist.