CH269550A - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des örtlichen Verlaufes des Brechungsindexes eines in einer Zelle befindlichen Mediums. - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des örtlichen Verlaufes des
Brechungsindexes eines in einer Zelle befindlichen Mediums.



   Im Schweizer Patent Nr. 260351 wurde bereits ein Verfahren zur Bestimmung des örtliehen   Verlaufes    des Brechungsindexes eines optisch nur in einer Richtung inhomogenen, in einer Zelle, insbesondere einer   Elektropho-    resezelle, befindlichen Mediums vorgeschlagen.



  Bei diesem Verfahren wird ein   monochroma-    tisches   Liehtbüpdel    in zwei Teilbündel zerlegt, wovon das eine durch die das Versuchsmedium enthaltende Zelle geschickt wird, so dass es mindestens annähernd senkrecht zum Bre  chungsindexgradienten    verläuft. Hierauf werden die beiden Teilbündel mindestens teilweise zur Superposition gebracht und mit dem so gebildeten, kombinierten Strahlenbündel ein von Interferenzstreifen   durchzogenes    Bild des   Versuchsmediums    erzeugt. Aus diesem Interferenzbild kann man dann leicht den gesuchten Verlauf des Brechungsindexes ableiten, wie in   dem    genannten Patent näher erläutert wird.



   Die vorliegende   Erfindung    bezweckt, unter Beibehaltung der erwähnten Verfahrensschritte, eine grössere   ZIessgenauigkeit    zu erzielen als mit dem im erwähnten Patent beschrie  bienen    Verfahren.



   Das erfindungsgemässe Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass man dasjenige Teilbündel, weiches die Zelle durchsetzt hat, vor der Superposition an einer auf ihm senkrechten Spiegelfläche zur Reflexion bringt, so dass es nach der Reflexion erneut durch die Zelle   hin-    durchgeht, während das andere Teilbündel   ebenfalls    an einer auf ihm senkrechten Spiegehfläche zur Reflexion gebracht wird.



   Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens. Dieselbe ist dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine Spiegelfläche aufweist, um einerseits dasjenige Teilbündel, weiches durch das   Versuehsmedium    gegangen ist, vor der   Super    position in   umgekehrter    Richtung erneut durch dieses Medium hindurchzuleiten und um anderseits die Richtung des andern Teilbündels umzukehren.



   Durch die zweimalige   Hindurchleitung    des einen   Tcilbünde]s    durch das Versuchsmedium vor der   Snperposftion,    lässt sich gegenüber den im erwähnten Patent beschriebenen Verfahren bzw. Vorrichtungen mit nur einmaliger Hindurchleitung eine doppelt so hohe Ge  nauigkeit    der Messungen erreichen.



   Ausführungsformen des Verfahrens gemäss der vorliegenden Erfindung werden nachstehend an   hand    der beiliegenden Zeichnung, die einige   Ausführungsbeilspiele    der erfindungsgemässen Vorrichtung schematisch darstellt, näher erläutert.



   Sämtliche, in der Zeichnung schematisch dargestellten Vorrichtungen, lassen sich auch verwenden, wenn der   Riehtungssinn    des Strahlenganges umgekehrt wird. Daher ist in sämtlichen je ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung darstellenden Fig. 1 bis 6 mit in ausgezogenen Linien dargestellten   Riehtungspfeilen    die eine Verwendungsart  und mit in getrichelten Linien dargestellten   Richtungspfeilen    die entsprechende andere Verwendungsart   dargestsllt,    wobei letztere jeweile durch die gleiche, jedoch zur   Unterschei-    dung mit Index a versehene Figurenordnungszahl gekennzeichnet ist   (Fig.    la bis 6a).



   Das in bekannter Weise erzeugte, von einer geeigneten Lichtquelle kommende monoehromatische Strahlenbündel ist in sämtlichen Fig. 1 bis 6 mit A und in den Fig. la bis 6a mit A' bezeichnet.



   Ebenso ist in allen Fig. 1 bis 6 das superponierte, dem nicht dargestellten optischen System zur Erzeugung eines Bildes des Versuchsmediums zuzuführende Strahlenbündel mit   IV,    in den Fig. la bis 6a dagegen mit W' bezeichnet.



   Gemäss Fig. 1 gelangt das Strahlenbündel A auf die planparallele   durchsichtige    Platte P.



  Ilier wird es in das reflektierte Strahlenbün- del (Teilbündel) A1 und das die Platte durchsetzende Strahlenbündel (Teilbündel) A2 zerlegt. Das Strahlenbündel A1 gelangt durch die das zu untersuchende Medium enthaltende Elektrophoresezelle Z. Nach dem Austritt aus der Elektrophoresezelle trifft das Strahlenbündel auf die   Spiegelfläehe      F2    auf. Diese liegt rechtwinklig zur Strahlenachse, so dass das Strahlenbündel nach der Reflexion erneut   durch    die Elektrophoresezelle Z und damit also durch das zu untersuchende Medium hindurchgeht.

   Das Strahlenbündel wird nun an der Auftreffstelle auf der Platte P mit dem. andern Strahlenbündel   A2    zur Supersposition gebracht, das durch die Platte P hindurchgeht, an der   Spiegelfläehe      F2    reflektiert wird und den gleichen Rückweg nimmt. Das kombinierte Strahlenbündel W durchsetzt nunmehr die Platte P und gelangt in das erwähnte, nicht dargestellte Abbildungssystem, das so ausgebildet sein kann, wie im eingangs erwähnten Patent näher beschrieben ist.



   Von der Anordnung eines Vergleichsmediums im Weg des Strahlenbündels   A    ist hierbei, im Gegensatz zu dem erwähnten Patent, abgesehen worden, da sich die optischen Wege der beiden Strahlenbündel   Al    und 12 durch geeignete Wahl der Abstände der Spiegel   F1    und   F2    von der Platte P gleich machen lassen, so dass also der   Gangimterschied    der beiden Teilbündel mindestens annähernd null ist. Dasselbe gilt auch für die im folgenden beschriebenen Anordnungen nach den Fig. 2, 3, 4 und 6. Die annähernde Gleichheit der optischen Wege ist praktisch deshalb erforderlich, weil die Monochromasie der verfügbaren monochromatischen Lichtquellen sonst nicht genügt, um kontrastreiche Interferenzbilder zu erhalten.



   Wie ersichtlich, liegen gemäss der eben beschriebenen Fig. 1 die beiden Spiegeflachen F1 und   2 auf    verschiedenen. Seiten der das monochromatische Lichtbündel A in die beiden getrennten Lichtbündel zerlegenden planparallelen Platte P. Es sind dementsprechend auch getrennte Spiegelflächen F1 und   F2    für die beiden   Strahlenbündel      Ij    und A2 not  wendig.   



   In den nachfolgenden Fig. 2 bis 6 sind die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Teile verwendet. Wie ersichtlich, wird an der planparallelen Platte P das Strahlenbündel   Ä    wieder in die beiden   Teilstrahlenbündel    A1 und   A    zerlegt, welche wieder durch die Spiegeflächen F1 und   F2    zur Reflexion gebracht   werden.    Jedoch liegen hier bei allen nachfolgenden Fig. 2 bis 6 die Spiegelflächen F1 und F2 auf der gleichen Seite der das monochromatische Lichtbündel.   A    in die beiden getrennten Idehtbündel A1 und A2 zerlegenden planparallelen Platte P. Die beiden Spiegelflächen   F1    und   F2    liegen mindestens angenähert parallel zueinander.



   Um das kombinierte Strahlenbündel W zum Abbildungssystem zu führen, ist   gemäss    Fig. 2 eine weitere planparallele Platte P0 aus durchsichtigem   AIaterial    in den Stahlengang   des    Bündels   II    gelegt.



   Fig. 3 der vorliegenden Zeichnung unterscheidet sich im   weseniliehen    von der Anordnung nach Fig. 2 dadurch, dass vorerst die beiden Spiegelflächen F1 und   F2    an einem gemeinsamen Block   F    angebracht sind, ferner  dadurch, dass die Platte PO erspart wird, indem das kombinierte Strahlenbündel W von der Superpositionsstelle auf der Platte P aus unmittelbar diese Platte durchsetzt.



   Das Anbringen der beiden   Spiegelflächen      F1    und   F2    an   dem    zusammenhängenden Block F hat den Vorteil, dass die gegenseitige Lage der Spiegelflächen genau fixiert ist und bei der I-Ierstellung ein für alle Mal einjustiert werden kann.



   Damit dei Teilstrahlenbündel A1 und A2 am Ort der Superposition angenähert gleich hell werden, was zur Erzeugung kontrastreicher Interferenzbilder nötig ist, ist die Rückseite der Platte P mindestens an der Reflexionsstelle des Bündels A1 mit einem spiegelnden Belag versehen, siehe Fläche   F1    in Fig. 3.   Ehenso    verhält es sieh in den Fig. 4 bis 6.



   Fig. 4 unterscheidet sieh von Fig. 3 lediglich dadurch, dass das Strahlenbündel A2 durch den Block   X,    der in diesem Falle aus durchsichtigem   Material    besteht,   hindurch-    geht. Die Spiegelflächen   F1    und F2 bilden hier also je eine der Begrenzungsflächen einer planparallelen durchsichtigen Platte.   

Claims (1)

1. Gemäss Fig. 5 wird statt dessen eine gemeinsame Spiegelfläehe F verwendet, wobei zur Kompensation des optischen Gangunter sehiecles der beiden Strahlenbündel in den Gang des Strahlenbündels A2 ein homogenes Medium Z", z. B. in Form eines Blockes von durchsichtigem Material, gesetzt ist. Es ist hierbei vorteilhaft, dass Weglänge und Brechungsindex dieses Mediums Z so bemessen werden, dass der Gangunterschied beider Strahlenbündel Al und A2 bei Reflexion derselben an der gemeinsamen Spiegelfläche F mindestens angenähert null ist. Dadurch werden geringere Ansprüche an die Monochromasie der verwendeten Lichtquelle gestellt.

   Gemäss Fig. 6 ist die die beiden Reflexionsflächen F1 und F2 ähnlich wie in Fig. 4 aufweisende Platte zugleich als Zelle Z zur Aufnahme des zu untersuchenden Mediums ausgebildet, indem diese Platte aus den Teilen FI, FII, FIII, FIV zusammengekittet ist.

   Wie bereits erwähnt und durch die gestriehelten Pfeile A' sowie W' der Fig. la bis 6a dargestellt, kann man sämtliche in den Fig.1 bis 6 dargestellten Vorrichtungen auch in der Weise verwenden, dass man die Strahlenbündel 11 und W gegenseitig vertauscht in w' und A'. Es würde dann also das monoehromatisehe Lichtbündel A' im umgekehrten Richtungssinne an die Stelle des in den Figuren mit W bezeichneten kombinierten Strahlenbündels in die Platte P eintreten, und das durch Superposition entstandene, austretende Strahlenbündel W' hätte dann, ebenfalls im umgekehr- ten Richtungssinne, die Lage des jetzt in den Fig. 1 bis 6 mit il bezeichneten Lichtst.rahlen- bündels.

   Es werden z. B. im Falle der Fig. 3 das die Platte P durchsetzende Bündel und das erst an der Rückseite, dann an der Vorderseite dieser Platte reflektierte Bündel zur Erzeugung des Interferenzbildes benutzt. In diesem Fall müsste die Vorderseite der zur Zerlegung und Superposition des Lichtbündels benutzten Platte P an derjenigen Stelle, wo sie von dem erst an der Rückseite reflektierten Bündel getroffen wird, mit einem spiegelnden Belag F versehen werden.

   Im übrigen kann man, wie aus der Gesamt- heit der Fig. 1 bis 6 ersichtlich, verschiedene Varianten zur Erzeugung der beiden getrennte ten Lichtbündel aus dem einfallenden Bündel mittels der Platte P benutzen. Man kann, wie in Fig. 1 bzw. Ta, das die Platte durchsetzende Bündel iuid eines der an der Vorder- oder Rückseite der Platte reflektierten Bündel zur Erzeugung des Interferenzbildes auswählen, oder aber, wie in den Fig. 2 bis 6, die beiden an je einer Fläche reflektierten Bündel, oder schliesslich, wie in den Fig. 3a bis 6a, das die Platte durchsetzende und das erst an der Rückseite, dann an der Vorderseite reflel,- tierte Bündel.

   In allen Fällen wird die zur Zerlegung der Lichtbündels verwendete Platte P auch zur Superposition der beiden getrennte ten, durch die betreffenden Medien gegangenen und reflektierten Bündel benützt.

   PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zur Bestimmung des örtlichen Verlaufes des Brechungsindexes eines optisch nur in einer Richtung inhomogenen, in einer Zelle befindlichen Mediums, bei welchem ein monochromatisches Lichtbündel in zwei Teilbündel zerlegt wird, wovon das eine durch die das Versuehsmedium enthaltende Zelle geschickt wird, so dass es mindestens annähernd senkrecht zum Brechungsindexgradienten verläuft, hierauf die beiden Teilbündel mindestens teilweise zur Superposition gebracht werden und mit dem so gebildeten, kombinier ten Stahlenbündel ein von Interfierenzstreifen durchzogenes Bild des Versuehsmediums erzeugt wird, dadurch gekennzeiehnet,

   dass man dasjenige Teilbündel, welches die Zelle durch setzt hat, vor der Superposition an einer auf ihm senkrechten Spiegelfläche zur Reflexion bringt, so dass es nach der Reflexion erneut durch die Zelle hindurchgeht, während das andere Teilbiindel ebenfalls an einer auf ihm senkrechten Spiegelfläche zur Reflexion gebracht wird.

   II. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens naeh Patentanspruch I, dadurch gekennzeiehnet, dass sie mindestens eine Spiegelfläche aufweist, um einerseits dasjenige Teilbündel, welches durch das Versuchsmedüun gegangen ist, vor der Superposition in umgekehrter Richttmg erneut durch dieses Medium hindurchzuleiten und um anderseits die Richtung des andern Teillbündels umzukehren.

   UNTERANSPRÜCHE: 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das monochromatische Lichtbündel mittels einer schräg zur Strahlenachse angeordneten, planparallelen durchsichtigen Platte in die zwei Teilbündel zerlegt wird (Fig. 1 bis 6, sowie Fig. la bis 6a).

   2. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die Platte durchsetzende Teilbündel und das an der Vorderseite der Platte reflektierte Teilbündel zur Erzeugung des Interferenzbildes benutzt werden (Fig. 1).

   3. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die Platte durchsetzende Teilbündel und das an der Rückseite der Platte reflektierte Teilbündel zur Erzeugung des Interferenzbildes benutzt werden (Fig. la).

   4. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden an je einer Fläche der Platte reflektierten Teilbündel zur Erzeugtmg des Interferenzbildes benutzt werden (Fig. 2 bis 6, sowie Fig. 2a).

   5. Verfahren nach Unterauspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die Platte durchsetzende Teilbündel und das erst an der Rückseite, dann an der Vorderseite reflektierte Teilbündel zur Erzeugung des Interferenzbildes benutzt werden (Fig. 3a bis 6a).

   6. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Zerlegung des Lichtbündels verwendete Platte auch zur Superposition der beiden reflektierten Teilbündel benutzt wird (Fig. 1 bis 6, sowie Fig. la bis 6a).

   7. Verfahren nach Unteransprüchen 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseite der zur Zerlegung des Lichtbündels und zur Superposition der Teilbündel benutzten Platte an derjenigen Stelle, wo sie von dem einen der Teilbündel getroffen wird, mit einem spiegelnden Belag versehen ist (Fig. 3 bis 6).

   8. Verfahren nach Unteransprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderseite der zur Zerlegung des Lichtbündels und zur Snp erp osition der Teilbündel benutzten Platte an derjenigen Stelle, wo sie von dem erst an der Rückseite reflektierten Teilbündel getroffen wird, mit einem spiegelnden Belag versehen ist (Fig. 3a bis 6a).

   9. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teilbündel durch getrennte Spiegelflächen (Fl, F2) reflektiert werden (Fig. 1 bis 4 und 6, suwie Fig. 1a bis 4a und 6a).

   10. Verfahren nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei zueimander parallele Spiegelflächen (F1, 2i) verwendet werden (Fig. 2, 3, 4, 6, sowie Fig. 2a).

   11. Verfahren nach Unteransprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass für die beiden Spiegelflächen (F1, F2) je eine der Be grenzungeflächen einer planparallelen, durch sichtigen Platte verwendet wird (Fig. 4, 6).

   12. Verfahren nach Unteransprüchen 9 bis ii, dadurch gekennzeichnet, dass die die beiden Spiegelflächen (F1, F2) aufweisende Platte zugleich als Zelle zur Aufnahme des zu unter- suchenden Mediums verwendet wird (Fig. 6).

   13. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht durch das Versuehsmedüim gehende Teilbündel durch ein homogenes Medium geschickt wird, wobei die Weglänge in diesem Medium und der Brechungsindex desselben so bemessen werden, dass der Ganguntreschied beider Teilbündel bei Reflexion derselben an einer ge meinsamen Spiegel fläche (F0) mindestens angenähert null ist (Fig. 5 sowie 5a).

   14. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch Gekennezichnet, dass sie zwei zur Reflexion je eines der beiden Teilbündel bestimmte Spiegelflächen $(F1, F2) aufweist (Fig. 1 bis 4 und 6 sowie Fig. la bis 4n und 6a).

   15. Vorrichtung nach Unteranspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Spie geiflächen (F1, F2) auf verschiedener Seite einer das monochromatische Liehtbündel in die beiden Teilbündel zerlegenden planparallelen Platte angeordnet sind (Fig. 1 sowie Fig. 1a).

   16. Vorrichtung nach Unteranspruch 14, dadurch Gekennzeiehnet, dass die beiden Spiegelflächen (F1, 2) auf der gleichen Seite einer das s rnonoehromatisehe Lichtbündel in die beiden Teilbündel zerlegenden planparallelen Platte angeordnet sind (Fig. 2, 3, 4, 6 sowie Fig. 2u, 3a, 4 , 6a).