-
Verfahren zur Steigerung der Photometriergenauigkeit bei thermoelektrischen
Photometern In Wissenschaft tind Technik werden zur Messung von Schwärzungen photographischer
Platten sehr häufig thermoelektrische Photometer verwendet. Die Wirkungsweise eines
solchen Photometers, wie es besonders in der quantitativen Spektralanalyse Anwendunggefunden
hat, ist eingehend beschrieben, z.B.bei Scheibe-Linström, Die chemische Emissions-Spelctralanalyse,
Leipzig I932, S. I2I.
-
Soweit für die Zwecke der Beschreibung notwenig, sei die Wirkungsweise
an Hand der Fig. I kurz erläutert. Die Lichtquelle I wird mit Hilfe der Linse 2
auf die photographische Platte 3 abgebildet, auf der sich die zu messende Linie
befindet. Diese Linie wird mit Hilfe des Objektivs 4 auf die Spaltebene 6 abgebildet,
die zur Scharfstellung dient und die erlaubt, nur einen Teil der Linie für die Niles-Sung
zu verwenden. Der Spalt wird dann mit Hilfe einer weiteren I,inse 7 auf das Thermobändehen
8 abgebildet, in dem dann der zu messende Thermostrom erzeugt wird. Bei der Messung
wi rd das Minimum des Galvanometerausschlages, der durch den Thermostrom bedringt
ist. beobachtet, und zwar dadurch, daß man die Linie langsam vor dem Photometerspalt
6 vorbeibewegt. Mit einer solchen .Rnordnung läßt sich das Tntensitätsverhältllis
zweier Spektrallinien mit einer Genauigkeit von etwa o,8 °l0 mittlerem Fehler messen.
-
Im Verlaufe solcher Messungen wurde nun erkannt, daß sich der mittlere
Fehler noch wesentlich verbessern läßt, wenn man die Spektrallinie nicht für das
sichtbare Gebiet auf die -Spaltebene 6 scharf einstellt, sondern das Objektiv 4
so verdreht, daß die Spektrallinie fiir die Wellenlängen des Ultrarotes auf der
Spaltebene6 scharf abgebildet wird. Diese Erscheinung ist durchaus bekannt und beruht
auf der Empfindlichkeit des Thermoelementes auf die Energie der Strahlung, die für
einc Glühlampe im wesentlichen im LTItrarot liegt
Nur ein geringer
Bruchteil der ausgesandten Lampenstrahlung liegt ja bekanntlich im Sichtbaren Sehr
anschaulich wird diese Tatsache bei der Aufnahme der spektralen Verteilung der Strahlung
einer Glühlampe mittels des gleichen Thermoelementes, wie es beim Photometer verwendet
wird, unter Zwischenschaltung ebenfalls einer Glasoptik. Das Ergebnis einer solchen
Messung geht aus Fig. 3 hervor, die zeigt, daß sich die Ultrarotenergie zu dem wirksamen
sichtbaren Anteil der Strahlung verhält wie 10 1. Falls. das verwendete Objektiv
fiir den N'ellenlängeribereich von o, bis 2.5 1t nicht genau korrigiert ist, sind
die zu messenden Linien für jeweils verschiedene Objektivstellungen im Lichte anderer
Wellenlängen auf der Spaltebene scharf abgebildet Die Herstellung eines gut korrigierten
Objektivs wäre äußerst schwierig, kostspielig und ist auf Grund des hier vorgeschlagenen
Y'erfahrens gar nicht notwendig.
-
In Fig. 2 ist gezeigt, wie sidl das Intensitätsverhaltnis zweier
Linien mit der Scharfstellung der verschiedenen Spektralbereiche auf der Spalteber,e
6 verändert. Als Abszisse ist die Verschiebung des Objektivs aufgetragen und als
Nullpunkt die Stellung gewählt, bei der der sichtbare Spektralbereich scharf abgebildet
wird. Schiebt man nun das Objektiv 4 um geringe Beträge zur Einstellebene 6 hin,
so bc;obachtet man ein Ansteigen des3irteTlsitätsverLältnisses ühereinMaximum. das
in dem hier untersuchten Fall um 3 01o höher liegt als dcr bei Scharfstellung für
das Sichtbare gemessene Wert Aus dieser Fig. 2 zieht man die Folgerung, daß für
die Objelitivstellung, für die die Linie auf der Spaltebene 6 am schärfsten wird
(bei Beobachtung mit dem Nuge), das Maximum der Schwärzung noch gar nicht erreicht
ist. Erst bei einer anderen Stellung des Objektivs 4, bei der die Spektrallinie
für das Auge auf der Spaltebene 6 schon wieder unscharf ist, wird das Schwärzungsmaximum
bzw. das Maximum des Intensitätsverbältnisses zweier Linien gemessen. silan könnte
nun daran denken, die Scharfstellung mit dem Auge dnrchzufiihren und dann das Objektiv
um einen ermittelten Betrag so zu verstellen, da'ß die I,inien für den Schwerpunkt
der Ltltrarotstrahlun'g auf der Spaltebene scharf eingestellt werden. Den aus meßtechnischen
Gründen ist es wünschenswert, daß der immer vorhandene Streubereich nach Fig. 2,
der durch die Ungenauigkeit der Scharfstellung verursacht wird, nicht in der Flanke
der Kurve von Fig. 2 liegt, sondern im Maximum, wo sich der Streubereich viel weniger
auswirken kann. Statt jedesmal die Objektivdrehung zu korrigieren, läßt sich erfindungsgemäß
die Scharfeinstellung einfacher dadurch erreichen, daß man bei Verwendung eines
nicht ideal korrigierten Photometerobjektivs und einer vorwiegend ultrarot strahlenden
Photometerlampe die zu messende Linie mit dem Auge auf eine Hilfsebene scharf einstellt,
die vor der eigentlichen Spaltebene so gelegen ist, daß dabei die Linie für den
Schwerpunkt de hauptsächlich wirksamen Ultrarotstrahlung auf der Spaltebene scharf
abgebildet ist. Diese Hilfsebene ist in Fig. 1 mit 5 bezeichnet. Mit diesem Verfahren
gelingt es, den mittleren Fehler bei Messung eines Intensitäts verhältnisses von
o.X °/O auf 0,15 % herabzudrücken.
-
Diese Art der Scharfstellung hat gegenüber der Verwendung eines korrigierten
Objehtivs 4 den wesentlichen N'orteil, daß die Einstellung der Schärfe mit dem Auge
sehr empfindlich ist gegenüber der Linsenverstellung, da man sich mit dieser Scharfstellung
in der Flanke der Kurve von Fig. 2 befindet, rvährend man sich bei Verwendung eines
korrigierten Objektives auch mit der Scharfstellung im Maximum der Rurve von Fig.
7 befinden würde.. Dadurch würde die Scharfstellung aber wesentlich unempfindlicher
gegenüber einer Objelitivverstellunbr ausfallen, was sich an einer Vergrößerung
des Streubereichs bemerkbar macht und den Photometrierfehler ungünstig vergrößern
würde. Die hier vorgeschlagene Art der Scharfstellung führt daher gegenüber der
Verwendung eines genau korrigierten Objektivs zu einer Verbesserung der Photometriergenauigkeit.
-
Eine Verbesserung des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich noch
dadurch erzielen, daß zur Einstellung des für die Auswertung verwendeten Ausschlagsminimums
des mit dem Thermoelement verbundenen elektrischen bIeßinstrumentes nicht allein
die seitliche Bewiegung der Platte, sondern auch die Bewegung der Platte oder des
Objektivs in Richtung der optischen Achse verwendet wird.
-
Hierzu bringt ihan an der Objektivverstellung von 4 einen Schwenkhebel
an, mit dem inan nach erfolgter Scharfstellung und eingestelltem Ausschlagsmaximum
durch Feinbexvegung der Objektivverstellung das Alinimutn des Ausschlages in Abhängigkeit
von der Objektivverstellung noch genauer festlegt und mißt. Der Gesamtvorgang bei
der Photometrierung einer Linie läuft damit beispielsweise folgendermaßen ab die
Linie wird mit dem Auge auf der Hilfsebene 5 scharf abgebildet, dann wird die Linie
über den Spalt 6 des Photometers geführt, wobei das Ausschlagsminimum durch Linienverschiebung
genau eingestellt wird. Darauf wird die 01)-jektivstellung mit Hil-fe der Feinbewegung
des Schwenkhebels um geringe Winkel noch
weiter so verbessert, daß
evtl. eine weitere, allerdings geringe Verminderung des Ausschlages erzielt wird.
-
Zweckmäßig schwenkt man vor der Ausführung~der Feinemstellung des
Ausschlagsminimums ein Ultrarotfilter in den Strahlengang ein, das so beschaffen
ist, daß es den Schwerpunkt der Lampenstrahlung fast ungehindert durchläßt, dagegen
die längerwellige Strahlung und auch die kürzerwellige Strahlung, also auch den
sichtbaren Spektralbereich, wegnimmt. Ein hierfür besonders geeignetes Filter ist
z. B. das Agfa-Filter Nr. 85 bis 87, das gerade seine größte Durchlässigkeit an
der Stelle des Maximums der Lampenstrahlung hat. Bei Anwendung dieser zusätzlichen
Maßnahme g'elingt es, den Photometrierfehler unter I,5 oloo bei Messung eines Intensitätsverhältnisses
herabzudrücken.
-
Besonders wird auf die Scharfeinstellung einer Spektrallinie durch
eine Verstellmöglichkeit der Photoplatte in Richtung des Strahleifganges hingewiesen.
Diese Maßnahme besteht darin, ' daß statt einer Verdrehung des Objektivs 4 zur Bestimmung
des Ausschlagsminimums die zu messende Platte 3 in Richtung des Strahlenganges um
geringe Beträge verstellt werden kann. Dadurch wird erreicht, daß an der gesamten
optischen Anordnung des Photometers während der Ausmessung einer Spektralplatte
nichts geändert wird, das Objektiv 4 also in der einmal, eingestellten günstigsten
Scharfstellung belassen werden kann. Das Minimum des Ausschlages wird lediglich
durch die Verschiebung der zu messenden Platte in zwei Richtungen ermittelt, von
denen die eine in der Ebene der Platte 3 liegt und die andere senkrecht dazu steht.
Dadurch kann die oben angegebene gute Reproduzierbarkeit der Meßwerte erreicht werden.