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Ein neues Spectralphotometer.

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1894.
ANNALEN
.Xi 13.
DEB
PHYSTK UND CHEMIE.
NEUE FOLGE. BAND 53.
1. E b lneues Spectralphotometer;
vow A , r t h u r KbnBg.
1. Die Construction des Apparates. Bei meinen physiologisch-optischen Untersuchungen habe ich mich zur Erzeugung
monochromatisch erleuchteter Felder fast ausschliesslich der
von Hrn. v. H e l m h o l t z und Maxwell benutzten Methode
bedient. Dabei zeigte sich, dass diese Methode auch zu
blosser photometrischer Vergleichung den anderen demselben
Zwecke dienenden mindestens gleichwerthig, vielleicht sogar
uberlegen ist.
Daclurch angeregt, habe ich bereits vor mehreren Jahren
in der hiesigen optisch- mechanischen Werkstatt der Hm.
Fr. S c b m i d t und Hilnsch ein Spectralphotometer ausfiihren
lassen. welches nach den Principien dieser Methode construirt ist. l)
Die neuerdings mit diesem Apparate gewonnenen und in
der unmittelbar folgenden Abhandlung von Frl. E. KO t t g e n
mitgetheilten Resultate erweisen seine Brauchbarkeit und veranlassen mich, ihn im Nachfolgenden ausfuhrlich zu beschreiben.
_
_
1) Der Apparat ist von dleser Firms (Berlin S. Stallschreiberstr. 4)
zum Preise von 425 M. zu beziehen.
2) Die ersten vorliiufigen Beschreibungen des Apparates finden sieh
in den Sitzungsberichten uber die Verhandlungen der Physikaliachen
Gesellschaft zu Berlin am 22. Mai 1885 und 19. Mai 1886. Gtriiaaere
Beobachtungsreihen haben, a m e r Fkl. E. K o t t g e n , mit dem Apparate
bisher ausgefiihrt die Hrn. J. S t iiasel (Vierteljahrsschrift der naturforschenden Geaellschaft in Zurich, 1888. p. 908) und 0. W i e d e b u r g ,
(Ueber die Hydrodiffusion. 1naug.-Dissert. Berlin 1890 und Wied. Ann. 41.
p. 675. 1890). Die Miingel, welche der Apparat damals, beeonders als
Hr. J. S t o s a e l seine Untereuchung ausftihrte, noch beease, sind jetzt
beseitigt. Diesen beiden Herren bin ich fur die hliihe, welche sie sich
bei der Benutzung des Apparates gaben, zu groasem Danke verpflichtet.
Ann. d. Phys. u. Chem. N. F. 63.
50
8.Kiinig.
786
Die Construction ist am besttm zu iibersehen, wenn wir
uns den Apparat nach und nach zusammengesetzt denken und
die schliesslich ziemlich verwickelte Entstehung , Anordnung
und Beschaffenheit der erzeugten Spectren bereits auf den
Vorstufen klar machen,
Fig. 1 stellt einen verticalen schematischen Durchschnitt
durch die beiden Rohre und das Prisma eines einfachen
Spectralapparates dar , bei dem die Ebene der Zeichnung
zweimal einen Knick erleidet, namlich sowohl beim Eintritt
wie beim Austritt der Strahlen an dem dispergirenden Flintglasprisma P.
Das Collimatorrohr c' entKalt zwei tibereinanderliegende,
durch eine BrUcke getrennte verticale Spalte sl und s,, von
welchen im Ocularrohre 0 die beiden' Spectren c1 und c2
herriihren, die in ihrer Lhgsrichtung, also YOU Roth nach
Blau hin, auf der Ebene der Zeichnung senkrecht stehen.
\I
Fig. 1.
Die beiden Spalte s1 und s, werden von denselben durch
eine Mikrometerschraube bilateral verschiebbaren Backen gebildet nnd haben daher stets genau die gleiche Breite. Vor
einen dieser Spalte kann ein kleines Reflexionsprisma vorgelegt
werden , um das Licht einer seitlich stehenden Lichtquelle in
ihn einfallen zu lassen. I)
1) Bei Benutzung dieses auch sonst oftmals angewandten Reflexionsprismaa hat sich fur genauere Messungen eine Fehlerquelle ergeben,
auf welche meines Wissens bisher noch nicht hingewiesen ist. Wenn nlimlich die Hypotenusenfl(iche nicht absolut rein ist, und daa ist sie infolge
der adaorbirten Luftmhicht und des auflagernden Staubes wohl niemals, so
dringen auch von der geradeaus stehenden Lichtquelle Strahlen, freilich
in sehr geringer Menge, in den durch daa Prisma bedeckten Spalt und
addiren sich PU den Strahlen des Yergleichslichtes. EE ist dieses dann
besonders schiidlich, wenn beide Lichtquellen sebr verschiedene s p e c t d e
Zusammensetzung haben. Abhiilfe ist leicht geschden, indem man die
Hypotenusenflliche des Prismas mit einem kleinen an dem Priismatrliger
angebrachten Schirm aus geschwilrztem Messing vor den auffallenden
Strahlen schiitzt.
787
Spectralphotometer.
Schalten wir nun zwischen dem Collimator C und dem
Prisma P ein Rochon’sches Prisma R so ein (Fig. 2), dass
seine innere Trennungsflache von oben hinten nach unten
vorne geht, so werden an Stelle eines jeden einzelnen der
beiden Spectren zwei Spectren entstehen; und zwar sind diese
senkrecht zu einander polarisirt , das eine horizontal, das
andere vertical. Sie sind in der Zeichnung durch vorgesetzte
und ++ Zeichen unterschieden. Wir haben also nunmehr im ganzen vier Spectren, von denen die beiden oberen
I naund t
,a,) von dem unteren Spalt, und die beiden unteren
(:
($ c, und
t--t
a,) -ion dem oberen Spalt herriihren; das erste
Fig. 2.
Fig. 3.
und dritte (t und f al) sind vertical, das zweite und vierte
Y
Y
(4- + aa und ++ a,) horizontal polarisirt.
Bringen wir nunmehr (Fig. 3) zwischen Flintglasprisma P
und Ocularrohr 0 ein Zwillingsprisma Z, dessen beide Einzelprismen mit ’dem dicken Ende aneinanderstossen und dessen
brechende Kanten horizontal liegen , so wird ahermals jedes
einzelne der bis jetzt entstandenen vier Spectren in zwei zerlegt deren Polarisation .natiirlich dieselbe ist und die wir
durch einfache bez. doppelte Strichelung unterscheiden wollen
Man kann nun die Winkel dieses Zwillingsprismas so
wahlen, dass u~6 auf a; Bllt. Wie dann die ubrigen,
uns nicht weiter interessirenden Spectren liegen, ist in Fig. 3
angegeben, wobei aber zu bemerken ist, dass die in Wirklich30 *
788
A. Konig.
keit alle in derselben Ebene liegenden Spectren hier der
Deutlichkeit der Zeichnuiig halber in zwei Ebenen verlegt sind.
I n der Ebene, in der sich diese Spectren befinden, ist
ein Diaphragmit angebraclit , weiches d a , wo die aufeinanderI
fallenden Spectren t -+ ~5 und I a-;' liegen , einen verticalen
Y
Spalt enthalt. dessen Hohe geringer als die Hohe der Spectre11
ist. Blickt man nun durch dieseii Spalt gegen das Zwillingsprisma Z hin, so sielit man clessen gnnze Flache in spectralem
Lichte leucbten. die obere Hiilfte in solchem Lichte, welches
durch den Spalt s 2 , die untere in solchem, welches durch deli
Spalt s1 eingefallen ist; beide sind senkrecht zu einander
polarisirt. 1) Die Wellenliinge des Lichtes beider Felder, welche
durch kine feine scliwarze Linie getrennt sind, die von der
mittleren Xante des Zwillingsprismas herriihrt , ist geiiau die
gleiche, wenn der Apparat genau justirt ist; sie kann fur beide
E'elder gemeinsam getindert werden, indeni man die Richtung
des Ocularrohres andert , also eine andere Spectralregion auf
den erwahnten Ocularspalt fallen lasst.
Werden beide Spalte s1 und s2 VOIA derselben Lichtquelle
beleuchtet, so ist infolge des Verlustes durch Reflexion etc.
im Innern des Apparates, worauf wir weiter unten noch iiiiher
eingehen , die Helligkeit beider Halbkreise nicht die gleiche ;
dasselbe ist der Fall, weiin verschiedene Lichtquellen zur
Beleuchtung der beiden Spalte clienen oder weiiii der eine
Spalt mit einein das Licht theilweise absorbirenden Medium
bedeckt wird.
Wenn man null zwischen Auge uiid Ocularspalt noch ein
Nicol'sches Prisma in passender Lage einschaltet, kann man
beide Halbkreise in jedem Falle zu gleicher Intensitat bringen.
Aus der an einem Tlieilkreise abzulesenden Lage der Polarisationsrichtung dieses Nicol'schen Prismas zu den Polarisationsrichtungen der beiden Spectren (d. h. also den Polarisationsebenen des Rochon'schen Prismas) lksst sich dann das Verhaltniss der Intensitaten der beiden Lichtquellen bez. der
1) Man kann iiaturlich die Griissc des Rochon'schen Prismas R und
dcmentsprechend die brechenden Winkel des Zwillingsprismaa 2 such so
wlihlen, dass dns obere Feld Licht vom oberen. Spalt und das untere
Feld Licht vom untereii Spalt enthllt.
Spectralphotometer.
789
Absorptionscoefficient des eingeschalteten Mediums fur die eingestellte Wellenlange berqchnen.
Manche Beobachter besitzen eine grossere Sicherheit bci
der Einstellung der Intensitat, wenn die Vergleichsfelder
kleiner sind als der Kreis der Objectivlinse. Man kann dann
leicht vor dem Zwillingsprisma oder dern Rochon’schen Prisma
eine geeignete, am besten rechteckige Blende einsetzen.
0 2. Die Justirung des Apparates. Die Justirung des
Apparates erfordert ungemeine Sorgfalt, ist aber, einmal richtig
ausgefuhrt, sehr constant, da alle Theile, auf deren Einstellung
es ankommt, im Iiinern des Apparates liegen. Nur muss man
sich hiiten, einen verticalen, von oben nach unten oder von
unten nach oben gehenden Druck auf das Collimator- oder
Ocularrohr auszuiiben.
Zur Justirung entfernt man zunachst das Rochon’sche
Prisma P und das Zwillingsprisma 2 aus dem Apparate.
’
Wiihrend dann der Collimatorspalt mit Nntriumlicht beleuchtet ist , nimmt man nacheinander folgende
Operationen vor:
1 . . Der Ocularspalt wird genau parallel Clem Colli-
li
Fig.4.
matorspalt gerichtet ;
2. das Rochon’sche Prisma R wird so eingesetzt,
dass sammtliche vier Spaltbilder in einer Linie liegen;
3. das Zwillingsprisma wird so gerichtet, dass die Spectren,
welche sich nach den Darlegungen in 8 1 decken sollen, nun
genaii aufeinanderfallen. Waren die Spaltbilder wirklich Gerade, so ware dieses sehr leicht; wegen der bekannten
Kriimmung der Spaltbilder aber kann man niemals zur volligen
Deckung kommen, da die obere und untere Halfte desselben
Spaltes aufeinanderzulegen ist. Man muss daher eine solche
Stellung des Zwillingsprisrnas wahlen, dass die Schwerpunkte
der beiden Spaltbilder der Schatzung nach aufeinanderfallen
(vgl. Fig. 4, in der die Kriimmung der grosseren Deutlichkeit
halber starker gezeichnet ist, als es der Wirklichkeit entspricht.)
Um diese Lagc der Spaltbilder genauer sehen zu konnen,
wird auf das vordere Ende des Ocularrohres eine starke Lupe
aufgeschoben.
E s ist dieser Theil des Justirens von besonderer U’ichtig-
790
A. Kiinig.
keit filr die Messungen in der Spectralregion von 600 pp bis
580 p p , da hier sonst Nuancendifferenzen in den zu vergleichenden beiden Feldern auftreten, welche die Beurtheilung
der Helligkeitsgleichheit sehr erschweren.
Um diese Einstellung zu controlliren bez. zu vollenden,
beleuchtet man nunmehr die Spalte s1 und s, mit einer
leuchtenden Gastiamme, setzt .das Ocularnicol vor und bringt
beide Felder auf gleiche Helligkeit. Eine eventuell dann noch
auftretende Verschiedenheit der Nuance muss durch geringes
Drehen des Zwilliugsprismas beseitigt werden.
Bei dieser selben Art der Beleuchtung begrenzt man nunniehr oben und unten den Ocularspalt durch zwei kleine spater
festzuklemmende Schieber so, dass in allen Spectralregionen
das durch ihn herausgeschnittene Stuck niemals den Rand des
Spectrums beriihrt oder ihm auch nur nahe kommt. Am
sichersten ist es, die Hohe des Ocularspaltes nur halb so gross
zu nehmen als die Hohe der erzeugten Einzelspectren und
ihn im Griinen der Hohe nach genau auf die Mitte des Spectrums fallen zu lassen; claiiii wird er weder am rothen noch
am blauen Ende zu nahe an den Rand des Spectrums riicken.
Die dispergirende Wirlrung der beiden Einzelprismen des
Zwillingsprismas ist zwar wegen des ungemein kleinen brechenden
Winkels sehr gering! wirkt aber bei dem einen Spectrum so,
dass das blaue Ende mehr nach oben, bei dem andern Spectrum jedoch nach unten abgelenkt wird. Daher fallen die
Spectre11 mit ihren Randern nicht ganz zusammen, decken sich
aber immerhin so weit, dass es bei der erwiihnten Begrenzung
der Hohe des Ocularspaltes moglich ist, ihn stets mit einem
gleichmassig hellen A4usachnitt aus jedem der beiden Spectren
zu fiillen. Zum Schlusse iiberzeugt man sich nochmals davon,
dass durch diese Abgrenzung der Spectren die Gleichheit der
Nuance in der Spectralregion von 600 p p bis 5 8 0 p p nicht
gestort ist, sonst muss diese wieder hergestsllt werden.
Die Aenderung der Wellenlange des Lichtes muss wie
bei allen Spectralphotometern durch Richtungsgnderung des
Ocularrohres geschehen , weil mit einer Richtungsanderung
des Collimatorrohres stets eine Aenderung der Intensitat des
einfallenden Lichtes verbunden ware. Um nun die von dem
Ocularspalt durchgelassenen WellenlOngen zu bestimmen, wird
Spectralphotometer.
791
der Collimatorspalt mit Ka-,Na-, T1-, Hp-, Spa-, H, und
Kp-Licht beleuchtet und jedesmal an einer Gradtheilung die
Stellung dee Ocularrohres abgelesen , bei der diese Linien in
der Mitte des Ocularspaltes sich befinden, was vermittels der
oben erwahnten Ocularloupe controllirt wird. Durch graphische
oder rechnerische Interpolation findet man dann die fiir jede
beliebige Wellenlange erforderliche Einstellung des Ocularrohres;
6 3. Priifung des Apparates. Bei gleich starker Beleuchtung - des oberen und unteren Collimatorspaltes wiirden
die beiden durch den 0cula.rspalt sichtbasen Felder stets in
gleicher Intensitat J leuchten, wenn ausser der durch die
Doppelbrechung in dem R o ch on’schen Prisma stattfindenden
Halbirung der Lichtmenge keine weiteren Verluste stattfanden.
Dieses ist nun aber infolge der Reflexion der verschieden
polarisirten Strahlenbiindel an den Prismenflachen wohl der
Fall. Bezeichnen wir den Verlust Air das obere Feld rnit r0,
fb das untere Feld mit r,, wobei die einfallende Lichtmenge
stets gleich 1 gesetzt ist, so wird das obere Feld erleuchtet
sein mit der Intensitat J(l - r,,), das untere mit der Intens i u t J(l - r,), und wenn wir dann durch das Ocularnicol
beide Felder auf gleiche Intensitat gebracht haben, so besteht
die Gleichung :
J . ( 1 r,)sin2u = J.(1 - r,,)cos2u
oder
-
wobei der Winkel u vom Ausloschungspunkte des oberen
Feldes an gerechnet ist.
Da sowohl ro wie T , Functionen der Wellenlange des
Lichtes sind, so ist der Winkel a ebenfalls Function der
Wellenlange.
Nun sind in Wirklichkeit ro und r, aber auch von der
Gute der Politur der einzelnen Prismenflachen , der volligen
lilarheit des Glases, des Quarzes etc. abhlngig, und es werden
daher die beobachteten Werthe von u sich von den theoretisch
zu berechnenden, je nach der Beschaffenheit und Giite des
einzelnen Apparates, mehr oder minder. unterscheiden.
Es bildet aber auch die Bestimmung von u fiir die
792
A . Kiinig. Spectralphotometer.
verschiedenen Wellenlangen nach der bisherigen Erfahrung
eine selir empfindliche Priifung dafur, dass der Apparat richtig
justirt ist und dass in seinem Innern durch Reflexion an den
Rohrwandungen keiii falscher Strahlengang besteht. Beleuchtet
man namlich die Collimatorspnlte einma1 mit Licht , w-elches
von einer grossen diffus erleuchteten Platte ausgeht, ein zweites Ma1 mit einem engbegrenzten Strahlenkegel, wechselt fei-ner
zwischen moglichst starker und moglichst schwacher Beleuchtung, so wird sich eine fehlerhafte Justirung und eine
unrichtige Einstellung der inneren Blenden dadurch bemerkbar
machen , dass bei den verschiedenen Beleuchtungen sich auch
eine verschiedene Abhangigkeit des Winkels u von der Wellenlange ergiebt. 1st diese aber stets dieselbe, so sind jene
Fehlerquellen nicht vorhanden. Es muss daher eine solche
Reihe yon Bestimmungen den Schluss jeder Justirung des
Apparates bilden.
Auf die Benntzung des -4pparates gehe ich nicht weiter
ein, da sie ftir jeden mit spectralphotometrischen Bestiminungen
Vertrauten sich leicht ergiebt und iiberdies in der unmittelbar
folgenden Abhandlung von Frl. E. K o t t g e n fir die wichtigsten
Falle eingehend dargestellt ist.
B e r 1 i'n , Physik. Abtheil. d. Physiol. Instit. Aug. 1894.
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