DE69103714T2

DE69103714T2 - Spektralphotometer mit Mitteln zur gleichzeitigen Modulierung, Umschaltung und Wellenlängenauswahl einer Lichtquelle.

Info

Publication number: DE69103714T2
Application number: DE69103714T
Authority: DE
Inventors: Huse-Yang Liu; Alan John Lowne; James Roy Sandifer; Steven Casimir Switalski; David Scott Uerz
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1990-10-01
Filing date: 1991-09-27
Publication date: 1995-04-20
Anticipated expiration: 2011-09-28
Also published as: DE69103714D1; CA2052467A1; JP2703680B2; KR920008475A; US5526121A; JPH04244924A; US5357343A; EP0479379B1; EP0479379A2; EP0479379A3; CA2052467C

Description

Die Erfindung betrifft Spektralfotometer und insbesondere, aber nicht ausschließlich, Spektralfotometer, die im Bereich infraroter Wellenlängen arbeiten.
Für Spektralfotometer, die in diesem Wellenlängenbereich arbeiten, gibt es zahlreiche Anwendungen. Dazu gehören landwirtschaftliche Anwendungen, wie z.B die Analyse des Wasser- und Proteingehalts in Getreide, verschiedene medizinische Anwendungen, industrielle Anwendungen, wie z.B. bei der Prozeßsteuerung, und verschiedene Anwendungen in der pharmazeutischen und biotechnischen Industrie.
Die genannten Anwendungen erfordern einfache, preiswerte und robuste Spektralfotometer, die leicht zu warten sind, in großen Mengen eingekauft und unter schwierigen Umgebungsbedingungen eingesetzt werden können. Die Genauigkeitsanforderungen, wie z.B. fotometrische Stabilität, Wellenlängenauflösung und Spektralreproduzierbarkeit, müssen mindestens so gut erfüllt werden wie bei anderen Instrumenten nach dem neuesten Stand der Technik. Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Anforderungen zu genügen.
Fotometer mit einer einzelnen Lichtquelle, einem einzelnen Detektor und einer Zweistrahlfaseroptik, die das Licht in einen Vergleichsprobenstrahl und einen Probenstrahl teilt, sind an sich bekannt. Solche Vorrichtungen werden in US-A-4 061 428 und einem Artikel von Konnerth u.a. mit dem Titel "In-Situ Measurement", IEEE Transactions (7/75), beschrieben.
Ein gemeinsames Merkmal dieser bekannten Vorrichtungen ist die Verwendung eines Zerhackerrades mit Öffnungen, die sowohl den Vergleichsprobenstrahl als auch den Probenstrahl durch ein ausgewähltes Filter in der Öffnung durchlassen.
Die in US-A-4 061 428 beschriebene Vorrichtung weist im Zerhackerrad die gleiche Anzahl Triggeröffnungen und Filteröffnungen auf, nämlich 3N Filteröffnungen und 3N Triggeröffnungen. Außerdem haben die Filteröffnungen den gleichen Winkelabstand wie die Gabel-Lichtleiter. Die einzige Möglichkeit zu verhindern, daß der Probenstrahl und der Vergleichsprobenstrahl gleichzeitig am Detektor ankommen (was nicht akzeptabel wäre), besteht daher in der Anordnung eines oszillierenden Verschlusses neben dem Zerhackerrad. (Die im Zerhacker zusätzlich vorhandenen N weiteren Öffnungen dienen der Unterscheidung zwischen Rot-, Grün- und Blaufiltern und steuern nicht den wechselweisen Durchlaß eines Vergleichsprobenstrahls oder Probenstrahls). Eine solche Anordnung mit Zerhackerrad und Verschluß hat den entscheidenen Nachteil, daß mindestens zwei bewegbare Teile benötigt werden. Bewegbare Teile führen bekanntlich zu mechanischen Ausfällen.
Bisher war es daher schwierig, Spektralfotometer mit einer einzelnen Lichtquelle, einem einzelnen Detektor, einer geteilten Optik für das Abtasten eines Probenstrahls und eines Vergleichsprobenstrahls mittels der einzelnen Lichtquelle und des einzelnen Detektors und Mitteln zum Triggern und Sammeln entweder des Probenstrahls oder des Vergleichsprobenstrahls mit einer Optik zu schaffen, die nur ein bewegbares Teil aufweist. In dem oben genannten Konnerth-Artikel weist das dargestellte Spektralfotometer nur ein bewegbares Teil auf.
In dem Artikel wird jedoch kein Triggermechanismus beschrieben, mit dem der Motor und der Zerhacker dem Rechner mitteilen, wo sich der Zerhacker befindet. Stattdessen steuert der Rechner den Motor an. Das ist insofern unzureichend, als die Genauigkeit und die zeitliche Steuerung der Positionierung exakt stimmen müssen. Eine solche Anordnung ist teuer. Dem vorzuziehen ist ein System, bei dem die Positionierung großzügig toleriert werden kann, weil die tatsächliche und nicht die theoretische Positionierung abgefragt wird. Diese Probleme sind auch durch die in jüngster Zeit bekannt gewordenen Spektralfotometer nicht gelöst worden. US-A-4 648 714 beschreibt ein Zweistrahlspektralfotometer mit nur einem bewegbaren Teil (Zerhacker mit vier Filteröffnungen). Es werden jedoch zwei Detektoren benötigt, und zwei verschiedene Detektoren führen bekanntlich zu Driftfehlern.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Spektralfotometers, das die vorstehend erwähnten Probleme löst.
Aufgabe der Erfindung ist dabei in der Schaffung eines Spektralfotometers mit
- einer einzelnen Lichtquelle,
- einem einzelnen Detektor,
- signalerzeugenden Mitteln, die auf den Detektor ansprechen und ein Signal erzeugen, das der von dem Detektor ermittelten Lichtmenge entspricht, und mit
- optischen Mitteln, die eine Probe getrennt mit einem ersten Lichtstrahl und eine Vergleichsprobe mit einem zweiten Lichtstrahl beleuchten, wobei beide Lichtstrahlen von der Lichtquelle stammen, und die die Lichtmenge von der Probe bzw. der Vergleichsprobe zum Detektor übertragen, wobei die optischen Mittel
- einen bewegbaren Zerhacker mit einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen aufweisen, die jeweils ein Licht einer vorgegebenen Wellenlänge durchlassendes Bandfilter besitzen und Triggermittel umfassen, die feststellen, wann die Durchgangsöffnungen mit einem der Lichtstrahlen ausgerichtet sind, und die jeweils einzeln mit den Signalerzeugenden Mitteln in Wirkverbindung stehen und mindestens einen Signalgeber und mindestens einen Signalempfänger aufweisen, der mit auf dem Zerhacker vorgesehenen Signalübertragungselementen verbunden ist, und
- Antriebsmittel umfassen, die den Hacker so bewegen, daß er den ersten und zweiten Lichtstrahl auffängt und den ersten und zweiten Lichtstrahl wechselweise durchläßt, wobei die beiden Lichtstrahlen auf Beleuchtungspunkte auf dem Zerhacker gerichtet sind, die mit der Bewegungsbahn der Durchgangsöffnungen ausgerichtet sind,
- dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Zerhacker vorgesehenen Beleuchtungspunkte so ausgerichtet sind, daß sie auf einen Zwischenraum treffen, der kleiner ist als der Abstand zwischen der Durchgangsöffnungen, und daß
- die Triggermittel im folgenden Zusammenhang wirksam sind:
n x N= q x Z
wobei
n = die Anzahl der Lichtstrahlen,
N = die Anzahl der Durchgangsöffnungen,
q = die Anzahl der Signalgeber/Signalempfänger-Kombinationen und
Z = die Anzahl der Signalübertragungselemente ist.
Eine zweite Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Spektralfotometers mit
- einer einzelnen Lichtquelle,
- einem einzelnen Detektor,
- signalerzeugenden Mitteln, die auf den Detektor ansprechen und ein Signal erzeugen, das der vom Detektor ermittelten Lichtmenge entspricht, und mit
- optischen Mitteln, die eine Probe getrennt mit einem ersten Lichtstrahl und eine Vergleichsprobe mit einem zweiten Lichtstrahl beleuchten, wobei beide Lichtstrahlen von der Lichtquelle stammen, und die Lichtmenge von der Probe bzw. der Vergleichsprobe zum Detektor übertragen, wobei die optischen Mittel
- einen drehbaren Zerhacker mit einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen aufweisen, die auf einem ersten Radius in Winkelabständen angeordnet sind und ein Licht einer vorgegebenen Wellenlänge durchlassendes Bandfilter besitzen, und Triggermittel umfassen, die feststellen, wann die Durchgangsöffnungen mit einem der Lichtstrahlen ausgerichtet sind, und die jeweils einzeln mit den signalerzeugenden Mitteln in Wirkverbindung stehen und mindestens einen Signalgeber und mindestens einen Signalempfänger aufweisen, der mit auf dem Zerhacker auf einem zweiten Radius in Winkelabständen angeordneten Signalübertragungselementen verbunden ist, und
- Antriebsmittel umfassen, die den Zerhacker so bewegen, daß er den ersten und zweiten Lichtstrahl auffängt und den ersten und zweiten Lichtstrahl wechselweise durchläßt, wobei die beiden Lichtstrahlen auf Beleuchtungspunkte auf dem Zerhacker gerichtet sind, die mit dem Drehmittelpunkt der Durchgangsöffnungen ausgerichtet sind,
- dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Anzahl N an Durchgangsöffnungen durch die folgende Formel definiert ist:
N < 2R/ (d&sub1; + d&sub2; + 4r)
wobei
R = der Radius der Mittelpunkte der Durchgangsöffnungen,
r = der Radius der Durchgangsöffnungen und
d&sub1; und d&sub2; = die Durchmesser der Lichtstrahlen für die Probe bzw. die Vergleichsprobe sind,
so daß die Durchgangsöffnungen in einem solchen Abstand voneinander angeordnet sind, daß gewährleistet ist, daß es nach jedem Durchgang eines der Lichtstrahlen durch den Zerhacker eine Zeitspanne gibt, in der kein Lichtstrahl durchgelassen wird.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist der Zerhacker drehbar. Die Durchgangsöffnungen sind dabei auf einem Radius auf dem Zerhacker angeordnet.
Ein dritter Aspekt der Erfindung besteht in der Schaffung eines Spektralfotometers mit
- einer einzelnen Lichtquelle,
- einem einzelnen Dektektor,
- signalerzeugenden Mitteln, die auf den Detektor ansprechen und ein Signal erzeugen, das der vom Detektor ermittelten Lichtmenge entspricht und mit
- optischen Mitteln, die eine Probe getrennt mit einem ersten Lichtstrahl und eine Vergleichsprobe mit einem zweiten Lichtstrahl beleuchten, wobei beide Lichtstrahlen von der Lichtquelle stammen, und die die Lichtmenge von der Probe bzw. der Vergleichsprobe zum Detektor übertragen, wobei die optischen Mittel
- einen bewegbaren Zerhacker mit einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen aufweisen, die linear auf dem Zerhacker angeordnet sind und jeweils ein Licht einer vorgegebenen Wellenlänge durchlassendes Bandfilter besitzen, und Triggermittel umfassen, die feststellen, wann die Durchgangsöffnungen mit einem der Lichtstrahlen ausgerichtet sind, und die jeweils einzeln mit den signalerzeugenden Mitteln in Wirkverbindung stehen und mindestens einen Signalgeber und einen Signalempfänger aufweisen, der mit auf dem Zerhacker linerar angeordneten Signalübertragungselementen verbunden ist, und
- Antriebsmittel umfassen, die den Zerhacker so linerar hin- und herbewegen, daß er den ersten und zweiten Lichtstrahl auffängt und den ersten und zweiten Lichtstrahl wechselweise durchläßt, wobei die beiden Lichtstrahlen auf Beleuchtungspunkte auf dem Zerhacker gerichtet sind, die mit der Bewegungsbahn der Durchgangsöffnungen ausgerichtet sind,
- dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Anzahl N an Durchgangsöffnungen durch die folgende Formel definiert ist:
N < (L - d&sub2;) / (d&sub1; + d&sub2; + 4r)
wobei
L = die Gesamtlänge des Zerhackers,
r = der Radius der Durchgangsöffnungen und
d&sub1; und d&sub2; = die Durchmesser der Lichtstrahlen für die Probe bzw. die Vergleichsprobe sind,
- so daß die Durchgangsöffnungen in einem solchen Abstand voneinander angeordnet sind, daß gewährleistet ist, daß es nach jedem Durchgang eines der Lichtstrahlen durch den Zerhacker eine Zeitspanne gibt, in der kein Lichtstrahl durchgelassen wird.
Bei dieser Ausführung der Erfindung wird der Zerhacker nicht einfach gedreht, sondern kann relativ zu den beiden Lichtstrahlen bewegt, beispielsweise linear hin- und herbewegt, werden.
Die Erfindung hat demnach den Vorteil, daß sie ein preiswertes und trotzdem zuverlässiges Spektralfotometer schafft, wobei die Zuverlässigkeit durch die Verwendung einer einzelnen Lichtquelle, eines einzelnen Detektors, einer geteilten Optik zur Durchstrahlung eines Vergleichskörpers und trotzdem nur eines beweglichen Teils gewährleistet wird.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Ansicht der Gesamtkonstruktion einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Spektralfotometers in dem Zustand, in dem nur die Probe beleuchtet wird,
Fig. 2 einen Schnitt durch einen Teil der optischen Mittel gemäß Fig. 1, der im wesentlichen durch die Drehachse des Zerhackers des verläuft,
Fig. 3 einen Schnitt, der im wesentlichen entlang der Linie III-III gemäß Fig. 2 verläuft,
Fig. 4 ein Schema der in Verbindung mit dem Rest des in Fig. 1 gezeigten Spektralfotometers verwendeten Elektronik,
Fig. 5 eine schematische Darstellung der Ausgänge des Detektors (OD), des Sensors für die Ruhelage (OTP) und der Trigger- oder Integrationsfotodioden (OIP),
Fig. 6 einen erweiterten Stromlaufplan des Integratorteils des Schemas gemäß Fig. 5,
Fig. 7A und 7B Ansichten, die denen in Fig. 1 entsprechen, jedoch die beiden anderen Betriebszustände des Spektralfotometers zeigen, und
Fig. 8A, 8B, 8C, 8D und 8E schematische Darstellungen eines erfindungsgemäßen Spektralfotometers mit einem linear hin- und herbeweglichen Zerhacker und
Fig. 9 eine fragmentarische schematische Ansicht des Antriebs für einen linear hin- und herbeweglichen Zerhacker.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand einer bevorzugten Ausführungsform mit einem Gabel-Lichtleiter in einem für die Analyse der chemischen Bestandteile einer chemischen Syntheseanlage bestimmten Spektralfotometer. Die Erfindung kann jedoch auch unabhängig davon, ob zum Teilen des Lichtstrahls eine Faseroptik verwendet wird oder nicht, und unabhängig von der letztendlichen Verwendung des Instruments vorteilhaft eingesetzt werden. So kann es sich bei der zu analysierenden Probe beispielsweise auch um einen Flüssigkeitskörper wie z.B. Glucose oder Cholesterol handeln, und natürlich kann das Spektrofotometer auch für andere Zwecke eingesetzt werden. Nützliche Beispiele werden unter anderem in folgenden Veröffentlichungen beschrieben:
- D.L. Wetzel, "Near-infrared Reflectance Analysis", Anal. Chem., 55(1983)1165A;
- S.C. Stinson, "Advances Made in Applying IR Sensors to Process Control", Chem. and Eng. News, Januar 1989, S. 30,
- P. Dubois u.a., "Determination of Five Components in a Pharmaceutical Formulation Using Near Infrared Reflectance Spectrophotometers", Analyst, Band 112, S. 1675 (1987) und
- B.R. Buchanan u.a., "Detection of Ethanol in Wines Using Optical-Fiber Measurements and Near-Infrared Analysis", Appl. Spect., Band 42, S. 1106 (1988).
Das Gerät ist zwar grundsätzlich für Arbeiten im nahen Infrarot-Gebiet des Spektrums ausgelegt, kann jedoch, wie von W.L. Wolfe, G.J. Zissis in "The Infrared Handbook", Environmental Research Institute of Michigan, 1978, aufgezeigt, durch Austausch der Lichtquelle und des Detektors problemlos für Arbeiten in einem wesentlich größeren Wellenlängenbereich von weniger als 400 nm bis 2800 nm modifiziert werden.
Fig. 1 zeigt den allgemeinen Gesamtaufbau des Spektralfotometers 10 mit einer beliebigen Lichtquelle 12, einem Detektor 14, der zugehörigen Elektronik 16, einem Rechner 18 und einer Ausgabevorrichtung 20. Ebenfalls vorgesehen sind optische Mittel 30, die das von der Lichtquelle 12 kommende Licht in 2 Strahlen teilen: den Strahl 32 für die Probe und den Strahl 34 für die Vergleichsprobe. Besonders bevorzugt werden optische Mittel 30 mit einem beliebigen Lichtleiter 36, der sich in zwei, die beiden Strahlen 32 und 34 begrenzende Teile gabelt.
Zu den optischen Mitteln 30 gehören ferner ein Steuerungssektor 40, der die Strahlen 32 und 34, wie später beschrieben, wechselweise zu ihrem Target durchläßt, und zusätzliche Lichtleiter 90 und 92, die entweder den Probenstrahl zu der Probe 94 oder den Vergleichsprobenstrahl zu der Vergleichsprobe 96 befördern. Die Geber-Lichtleiter 98 und 100 übertragen das von der Probe 94 und der Vergleichsprobe 96 reflektierte Licht zum Detektor 14.
Bei der in Fig. 1 gezeigten bevorzugten Anordnung unterbricht der Steuerungssektor 40 die Strahlen 32 und 43, bevor diese die Probe 94 oder die Vergleichsprobe 96 beleuchten. Alternativ kann die Erfindung in einer (nicht dargestellten) Anordnung verwirklicht werden, in der der Steuerungssektor 40 nur die Strahlen 98 und 100 unterbricht, die das von der Probe und der Vergleichsprobe reflektierte Licht zum Detektor 14 übertragen.
Die Bauteile für die lichtquelle 12, den Detektor 14 und die Lichtleiter 36, 90, 92, 98 und 100 können aus einer Vielzahl bekannter herkömmlicher Bauteile ausgewählt werden, so daß sich eine weitere Beschreibung hier erübrigt.
Nach einem Aspekt der Erfindung umfaßt der Steuerungssektor 40 der optischen Mittel 30 einen Zerhacker 42, der von einem Motor 44 so gedreht wird, daß Durchgangsöffnungen die von dem Lichtleiter 36 zugeführten und von der Elektronik 16 überwachten Strahlen 32 und 34 wechselweise durchlassen. Wie in Fig. 2 gezeigt, enden die die Strahlen 32 und 34 begrenzenden Lichtleiter an Enden 46 bzw. 48, die jeweils in einer ersten feststehenden Platte 50 eingebettet sind. Eine zweite feststehende Platte 52 wird gegenüber der Platte 50 in einem Gehäuse 54 gehalten und hält ihrerseits die Enden 56 und 58, bei denen es sich um die Anfangspunkte der Lichtleiter 90 und 92 handelt. Die Enden 56 und 58 der Lichtleiter 90 und 92 sind mit den Enden 46 bzw. 48 ausgerichtet. Die Enden 46 und 48 oder 56 und 58 werden dabei vorzugsweise in Wellenleiterwerkstoffen, wie z.B. Quarzstäben oder Linsen mit Gradientbrechungsindex, ausgeführt.
Ein kritischer Aspekt der Erfindung ist der in Fig. 3 detaillierter gezeigte Zerhacker 42. In dem Zerhacker 42 sind Durchgangsöffnungen 60a, 60b, 60c, 60d, 60e und 60f vorgesehen, die jeweils ein Licht einer vorgegebenen Wellenlänge durchlassendes Bandfilter besitzen. So kann beispielsweise das Filter in der Öffnung 60a die Wellenlänge 1296 5 nm durchlassen, das Filter in der Öffnung 60b die Wellenlänge 1360 5 nm und so weiter. Jede Öffnung hat einen Radius "r". Die Öffnungen 60a, 60b, 60c, 60d, 60e und 60f sind so angeordnet, daß sich ihre Mittelpunkte auf einem Radius R befinden und vorzugsweise mit gleichen Winkelabständen über 360 verteilen. Besonders bevorzugt wird eine Anordnung, bei der der zwischen den Durchgangsöffnungen größer ist als der der Enden 56 und 58 der Lichtleiter 90 und 92 und damit auch größer als der Winkelabstand der von den Strahlen 32 und 34 erzeugten Beleuchtungspunkte. In der Zeichnung hat den Wert 30 und den Wert 60.
Auf einem anderen Radius R' sind Triggermittel angeordnet, die feststellen, wann ein Durchgangsfilter mit einem der Lichtstrahlen ausgerichtet ist. Diese Triggermittel stehen mit einer geeigneten Anzahl Signalgeber und Signalempfänger sowie mit Signalübertragungselementen auf dem Zerhacker, die das Signal des Gebers periodisch zum Empfänger durchlassen und nicht durchlassen, in Wirkverbindung. Besonders bevorzugt werden Signalübertragungselemente, die als Schlitz ausgebildet sind und Licht von einem Geber zu einem Empfänger, beispielsweise einem Fotodetektor, übertragen. Stattdessen kann das Signal jedoch auch mit einem Reflektor reflektiert werden.
Damit für die wechselweise Steuerung des Empfangs der beiden Strahlen auf ein eigenes bewegbares Teil, wie z.B. einen Verschluß, verzichtet werden kann, ist zwischen der Anzahl der Durchgangsöffnungen, der Anzahl der Strahlen, der Anzahl der als Signalgeber/Signalempfänger-Kombinationen ausgebildeten Triggermittel und der Anzahl der Signalübertragungselemente auf dem Zerhacker für die als Signalgeber/Signalempfänger ausgebildeten Triggermittel eine bestimmte Beziehung erforderlich. Im einzelnen bedeutet dies, daß wenn
N = die Anzahl der (die Filter enthaltenden) Durchgangsöffnungen,
n = die Anzahl der durch die Durchgangsöffnungen übertragenen Lichtstrahlen,
q = die Anzahl der Signalgeber/Signalempfänger-Kombinationen
und
Z = die Anzahl der Signalübertragungselemente auf dem Zerhacker ist, folgende Gleichung gilt:
n x N = q x Z (2)
Wenn daher n = 2 und N = 6, dann ist q x Z = 12. In diesem Falle besteht die Möglichkeit, daß q = 1 und Z = 12 ist. Es ist also möglich, daß die Signalübertragungselemente 12 Schlitze aufweisen und ein Satz Lichtgeber und Lichtempfänger vorhanden ist. Die 12 Schlitze sind als Schlitze 70a, 70b, 70c, 70d, 70e, 70f, 70g, 70h, 70i, 70j, 70k und 70l denkbar (zweimal soviel wie Durchgangsöffnungen 60a, 60b, 60c, 60d, 60e und 60f). (Wenn der Zerhacker 42 noch einen dritten Strahl, beispielsweise für eine zweite Probe, durchlassen soll, muß er für q = 1 dreimal soviel Schlitze wie Öffnungen 60 aufweisen. Für wird dann vorzugsweise 1/3 des Werts für gewählt). Der offene Bereich dieser Schlitze erstreckt sich über einen Kreisbogen A, der mindestens so groß ist wie das Maß 2r der Öffnungen 60a, 60b, 60c, 60d, 60e und 60f. Die Triggerschlitze 70a, 70b, 70c, 70d, 70e, 70f, 70g, 70h, 70i, 70j, 70k und 70l und der Radius R' sind so angeordnet, daß sich die Schlitze, wie in Fig. 2 gezeigt, zwischen dem Signalgeber 80 und dem Signalempfänger 82 auf den Platten 50 bzw. 52 drehen. Die Winkelstellung des Signalempfängers 82 (Fig. 3A) wird so gewählt, daß das Signal vom Signalgeber 80 zum Signalempfänger 82 durch den Schlitz 70a übertragen wird, wenn eine Öffnung, beispielsweise 60a, mit dem Ende 56 des Lichtleiters 90 ausgerichtet ist, und durch den Schlitz 70b nur dann zum Signalempfänger 82 gelangt, wenn eine Öffnung, beispielsweise 60a, mit dem Ende 58 des Lichtleiters 92 ausgerichtet ist. Zur Erzielung einer optimalen Wirkung sollten die Strahl- und Öffnungsbreiten so gewählt werden, daß sich für die in Fig. 3B gezeigten Winkel γ und γ' die Beziehung γ' ≥ γ ergibt. Wie aus Fig. 3B ersichtlich, wird der Winkel γ durch
(A + dt)/R'
definiert, wobei dt der kleinere aus 80 austretende und von 82 empfangene Strahl ist, während der Winkel γ durch
(2r + d)/R
definiert ist, wobei d gleich dem größten Durchmesser der Lichtstrahlen 46, 56, 48 oder 58 ist. Die Funktion des Spektralfotometers ist auch dann noch gegeben, wenn γ' < γ, jedoch mit verminderter Leistung.
Als Signalgeber 80 und Signalempfänger 82 werden eine herkömmliche Lichtquelle und ein herkömmlicher Fotodetektor besonders bevorzugt. Für die Signalübertragung können statt Licht jedoch auch andere Mittel verwendet werden.
Es ist ohne weiteres nachvollziehbar, daß bei entsprechender Positionierung des Schlitzes für die Signalgabe der Ausrichtung des Lichtleiters 92 der Signalgeber 80 und der zugehörige Signalempfänger 82 feststellen können, ob sich eine Öffnung 60 in Arbeitsstellung befindet, und zwar unabhängig davon, ob der Strahl 32 oder der Strahl 34 durchgelassen werden soll. Wenn der Winkel kein ganzzahliges Vielfaches des Winkels ist, dann kann beispielsweise der Schlitz 701 nicht in der Mitte zwischen dem Schlitz 70a und dem Schlitz 70k positioniert werden.
Aus der oben aufgeführten Gleichung (2) geht hervor, daß q auch gleich 2 und Z gleich 6 sein kann (für n x N = 12). Ferner kann q auch gleich 3 und Z gleich 4 sein, wobei in jedem Falle die Anordnung der Signalübertragungselemente (beispielsweise der Schlitze) und die Positionierung der Signalgeber/Signalempfänger vorzugsweise symmetrisch um den Zerhacker erfolgt.
Außerdem ist der Zerhacker 42 mit einer Öffnung 84 versehen, die beliebig angeordnet werden kann, beispielsweise auf einem Radius, bei dem sie sich zwischen den Schlitzen 70a, 70b, 70c, 70d, 70e, 70f, 70g, 70h, 70i, 70j, 70k und 70l und den Öffnungen 60a, 60b, 60c, 60d, 60e und 60f befindet.
Diese Öffnung wirkt mit einer getrennten Lichtquellen- und Signalempfängerpaarung 101 (Fig. 4) zusammen, die signalisiert, daß sich der Zerhacker 42 in der "Ruhestellung" befindet.
Die Schlitze 70a, 70b, 70c, 70d, 70e, 70f, 70g, 70h, 70i 70j, 70k und 70l dienen als Trigger- und Integrationsschlitze. Das bedeutet, daß, wenn sich der erste Teilabschnitt eines Schlitzes 70 in der Stellung befindet, in der das Signal vom Signalgeber 80 zum Signalempfänger 82 übertragen wird, das Gerät die Elektronik 16 (Fig. 1) in der später noch beschriebenen Weise "einschaltet", um die von der Probe 94 oder der Vergleichsprobe 96 empfangene Lichtmenge zu sammeln und zu integrieren. Die Integration ist beendet, wenn sich der Schlitz nicht mehr zwischen dem Signalgeber 80 und dem Signalempfänger 82 befindet, so daß der Impuls erlischt. Anders geformte Öffnungen erfüllen den gleichen Zweck wie Schlitze, sofern sie als Trigger wirken, die die Integration in der beschriebenen Weise "ein"- und "ausschalten". Die Integration erfolgt wechselweise in einem sich wiederholenden Ablauf zwischen der Probe und der Vergleichsprobe.
Alternativ können die Schlitze 70a, 70b, 70c, 70d, 70e, 70f, 70g, 70h, 70i, 70j, 70k und 70l durch (nicht dargestellte) reflektierende Flächen ähnlicher Form ersetzt werden, die den Lichtstrahl vom Signalgeber 80 zu einem neben dem Signalgeber 80 angeordneten Signalempfänger 82' reflektieren. Der übrige Teil des Zerhackers 42 wird dabei nichtreflektierend ausgeführt. Denkbar ist auch eine Lösung, bei der die Funktion der Schlitze 70 mit der der Öffnung 84 kombiniert wird. Zu diesem Zweck müßten die Schlitze durch reflektierende Flächen, von denen eine dunkler oder heller ist als die anderen, ersetzt und der Ausgang des Signalempfängers 82' mit einer geeigneten Klemmschaltung versehen werden.
Zusätzlich sollten dabei die Integratoren vorzugsweise bei einer Dunkelmessung "genullt" werden. Dabei sollte vorzugsweise ein lichtundurchlässiger Teilabschnitt des Zerhackers 42 zwischen jeder Transmission eines der Strahlen 32 oder 34 durch den Zerhacker beide Strahlen passieren. (Die Klemmung des "Null"-Werts auf diese Dunkelmessung erfolgt mit herkömmlichen Mitteln). Für die zweckdienliche Ausrichtung der Durchgangsöffnungen und/oder der Trigger- und Integrationsöffnungen gibt es dabei an sich zahlreiche Möglichkeiten. Für einen gegebenen Radius R des Mittelpunkts einer Durchgangsöffnung mit einem gegebenen Radius r und einen gegebenen Radius des Lichtleiters kann die Anzahl der Durchgangsöffnungen bei gleichen Winkelabständen bei gegebenem Radius R der Mittelpunkte jedoch im Hinblick auf die erforderliche "Dunkelzeit" (d.h. die Zeit, während der keine Transmission des Vergleichsprobenstrahls oder des Probenstrahls durch den Zerhacker erfolgt), einen bestimmten Höchstwert nicht überschreiten. Diese Beziehung läßt sich wie folgt ausdrücken:
Wenn sf der Abstand zwischen den Öffnungen 60 und sb der längs des Kreisbogens zwischen den Mittelpunkten der Filter bzw. Strahlen gemessene Abstand zwischen den Strahlenenden 46 und 48 ist, dann haben die Winkel af und ab zwischen den Öffnungen und Strahlen, da der Krümmungsradius des Kreisbogens gleich R ist (Fig. 3A), den Wert sf/R bzw. sb/R. Wenn dann alle Öffnungen 60 den gleichen Durchmesser df und die Strahlenenden 46 und 48 den gleichen Durchmesser db haben, dann wird die optimale Anordnung der Filter in den Öffnungen 60 des Zerhackers 42 durch die Gleichung af = 360/n Grad bestimmt, wobei n die Anzahl der Öffnungen angibt. Die optimale Anordnung der Strahlen wird durch die Gleichung ab = af/2 bestimmt. Andere Anordnungen sind jedoch im Rahmen der Festlegung einer bevorzugten Ausführungsform möglich. Wenn ein "Toleranzwinkel" at = (df + db)/R festgelegt wird, dann muß ab der Forderung af - at ≥ ab ≥ at genügen.
Wenn ab zu groß ist, beleuchten beide Strahlen 32 und 34 gleichzeitig getrennte Öffnungen, beispielsweise die Öffnungen 60a und 60b. Wenn ab zu klein ist, beleuchten beide Strahlen gleichzeitig dieselbe Öffnung, beispielsweise die Öffnung 60a.
Weitere Anordnungen der Strahlen sind möglich, jedoch nicht als bevorzugte Ausführungsform. Diese Anordnungen werden als ab' bezeichnet und treten bei ab' = ab + m af auf. In diesem Falle muß ab die oben genannte Bedingung erfüllen und m ganzzahlig sein. Diese Anordnungen führen dazu, daß zwei oder mehr Öffnungen 60 zuerst von dem Probenstrahl 32 und dann erst von dem Vergleichsprobenstrahl 34 beleuchtet werden. Die Reihenfolge wäre dann wie folgt: W1S, W2S...W1R, W2R..., während sich bei der bevorzugten Ausführungsform die Reihenfolge W1S, W1R, W2S, W2R ergeben würde. W1 bezeichnet dabei die Wellenlänge 1, W2 die Wellenlänge 2 und so weiter, während S die Probe und R die Vergleichsprobe bezeichnet.
Das in der Zeichnung dargestellte bevorzugte Spektralfotometer hat folgende Kennwerte: N = 6; R = 5,65 cm; df = 1,27 cm; db = 0,6 cm.
Daraus folgt:
af = 360/N = 60
at = (360/2) (1,27 + 0,6)/5,65 = 20
40 ≥ ab ≥ 20.
Wenn die Strahlen unterschiedliche Durchmesser haben, dann ist db = rb1 + rb2, wobei rb1 und rb2 die Radien der beiden Strahlen bezeichnen. Wenn die Filter unterschiedliche Durchmesser haben, ergibt sich eine kompliziertere Beziehung, die im einzelnen von der Anzahl der Filter und der Verteilung ihrer jeweiligen Größen abhängt. Grundsätzlich gilt jedoch:
df = rf&sub1; + rf&sub2;,
wobei rf&sub1; und rf&sub2; die Radien der beiden größten benachbarten Öffnungen angeben.
Die Bauteile der Elektronik 16 sind im einzelnen aus Fig. 4 ersichtlich. Wenn nicitt anders angegeben, sind alle hier aufgeführten elektronischen Bauteile und Schaltungen herkömmlich ausgeführt und für optimale Rauschabstände ausgelegt.
So umfaßt das Bauteil 16 beispielsweise die Fotodiode 101 für die "Ruhestellung", den Signalempfänger oder die Fotodiode 102 für die Integration, einen Arbeitsspielzähler 103, der die Gesamtzahl der Arbeitsspiele vor Rückstellung zahlt, und einen Verstärker 104, der von dem (in Fig. 1 gezeigten) Detektor 14 ein Signal empfängt. Die "Dunkel"-Klemmschaltung 106 empfängt sowohl von der Integrationsfotodiode 102 als auch von dem Verstärker 104 ein Signal und speist einen herkömmlichen Multiplexer 108, der das Signal zwischen nN Integratoren 110 für jede der N Öffnungen 60 (in diesem Fall n = 2 und N = 6) multiplexiert, wobei N Integratoren für die Probe und die übrigen N Integratoren für die Vergleichsprobe bestimmt sind. Jeder Integrator 110 speist dann vorzugsweise einen Integratorpuffer 112. Von dort gelangen die Signale der jeweils einem Filter für eine gegebene Wellenlänge zugeordneten N Integratorpuffer 112 für die Probe zu mittelwertbildenden Mitteln 18', die vorzugsweise als Bestandteil von Rechnermitteln 18 (Fig. 1), d.h. eines herkömmlichen Rechners, ausgebildet sind. Ebenso speisen die N Integratorpuffer jeweils getrennt einen Vergleichsprobenmeßwert für ein Filter gegebener Wellenlänge in die mittelwertbildenden Mittel 18' ein, so daß für jeden Probenmeßwert bei den zugeordneten Bandfilter-Wellenlängen und für jeden Vergleichsprobenmeßwert bei den zugeordneten Wellenlängen ein Mittelwert gebildet werden kann. Die Endergebnisse werden der Ausgabevorrichtung 20 zugeführt.
Alternativ können die Mittelwertbildung und die mittelwertbildenden Mittel 18' auch entfallen, so daß der Ausgabevorrichtung 20 nach einer vollen Umdrehung des Zerhackers 42 ein Momentanmeßwert des jeweils bestimmten Bandfilter- Wellenlängen zugeordneten Integrators zugeführt wird.
Das von den in Fig. 4 aufgeführten elektronischen Bauteilen erzeugte Signal ist in Fig. 5 dargestellt. Bevorzugt wird eine Ausführung, bei der die Breite der Spitzenwerte des vom Signalempfänger 82 kommenden OIP-Signals nur geringfügig größer ist als die Breite der Spitzenwerte des von dem Detektor 14 kommenden OD-Signals, obwohl die Breite der OIP- Spitzenwerte auch größer sein könnte, da etwaige Dunkelmessungen vor oder nach Transmission durch eine Öffnung 60 kein nennenswertes Signal beisteuern dürften. OIP-Signale, deren Breite kleiner ist als die Breite des OD-Signals, sind nicht erwünscht, weil sie eine Leistungsverschlechterung bedingen. "S" bezeichnet einen Meßwert für die Probe, "R" einen Meßwert für die Vergleichsprobe. Die Werte λi bezeichnen natürlich einen kleinen Bereich unterschiedlicher Werte und nicht eine einzelne Wellenlänge.
Fig. 6 zeigt eine bevorzugte Schaltung für jeden der 2N Integratoren 110. Sie enthält unter anderem einen Verstärker 114, der von einem Multiplexer 108 über einen Widerstand 116 das Signal A empfängt. Mit dem Ausgang B wird ein Kondensator 188 auf einen Wert geladen, der dem Ist-Wert des gemessenen Lichts entspricht. Die von dieser Ladung erzeugte Spannung wird über der Verstärker 120 und dem FET-Schalter 122 ausgelesen und als Signal für einen vollständigen Arbeitsspielsatz des Zerhackers 42 bei der Wellenlänge des betreffenden Durchlaßbereichs ausgegeben.
Der Vollständigkeit halber werden in Fig. 7A und 7B zwei weitere Betriebszustände des Spektralfotometers dargestellt. In Fig. 7A ist eine Öffnung 60 für die Transmission zu dem die Vergleichsprobe 96 beleuchtenden Lichtleiter 92 nur mit dem Strahl 34 ausgerichtet. (In der Ausführung gemäß Fig. 1 wird nur die Probe 94 beleuchtet. Die Integration des Lichts dieses Strahls wird, wie durch den mit einer durchgezogenen Linie gezeichneten Pfeil 198 angedeutet, von dem Schlitz 70a gesteuert). Die Ausrichtung eines Schlitzes 70b zwischen dem Signalgeber 80 und dem Signalempfänger 82 (Pfeil 198) ermöglicht die Integration der Lichtmenge des Strahls 34. In Fig. 7B ist keine Öffnung 60 des Zerhackers 42 mit dem Strahl 32 oder 34 ausgerichtet. Dementsprechend erfolgt auch keine Transmission in Richtung des Pfeils 198 für die Aktivierung der Integratoren des Bauteils 16. Genau an dieser Stelle des Arbeitsspiels erfolgt die Dunkelklemmung zur Nullung des Stroms.
Die Transmissionsleitung 200 dient zur Abtastung der Öffnung 84 für die Ruhestellung.
Es ist nun ohne weiteres nachvollziehbar, daß durch einen Vergleich des Probensignals mit dem Vergleichsprobensignal bei jeder von N verschiedenen Wellenlängengruppen das Vorhandensein (und die Menge) bestimmter Chemikalien in der Probe mit herkömmlichen mathematischen Methoden bestimmt werden kann. Besonders wichtig ist dabei, daß dies mit nur einer Lichtquelle und nur einem Detektor erreicht wird, was die Drift minimiert, daß die optischen Mittel auch einen Vergleichsprobenmeßwert liefern und daß die Gefahr mechanischer Ausfälle durch die Verwendung nur eines bewegbaren Teils (nämlich des Zerhackers 42) auf ein Mindestmaß reduziert werden kann. Durch Auslesen des Meßwerts für die Vergleichsprobe mit sehr geringem zeitlichen Abstand zum Auslesen des Meßwerts für die Probe, beispielsweise innerhalb weniger Mikrosenkunden bei einer Drehzahl des Zerhakkers 42 von 1500 min&supmin;¹, wird die Driftgefahr weiter minimiert. Aus der vorangehenden Beschreibung geht ferner hervor, daß das Spektralfotometer ohne Spiegel oder Linsen ausgeführt werden kann. Dies hat den Vorteil, daß das Gerät robust ausgeführt und die sonst auftretenden Ausrichtungsschwierigkeiten vermieden werden können. Die übrigen Vorteile der Erfindung hinsichtlich Zuverlässigkeit und Driftausschaltung können jedoch auch bei einem Gerät mit Linse oder Spiegel verwirklicht werden.

Beispiel:

Nachstehend werden beispielhaft verschiedene Bauteile aufgeführt, die sich bei der Ausführung des Spektralfotometers als nützlich erwiesen haben. Die Aufzählung hat jedoch keinen einschränkenden Charakter.

Lichtquelle 12:

Quarzhalogenlampe der Firma Welch Allyn Corp., Lamp Division, Teilenummer 998079-14 12V, 18-Watt-Lampe mit in der Flamme geformter Linse.

Lichtleiter 90 & 92 sowie regellos gegabelte Lichtleiter 32, 34, 36, 98 und 100:

Siliziumfasern mit geringem OH-Anteil der Firma Polymicro Technologies, Inc., Phoenix, AZ, Teilenummer FLP 200/220/240.

Steuerungssektor 40:

Besteht aus folgenden Bauteilen:
- Platte 50 und Platte 52 - aus 0,95 cm dickem eloxiertem Aluminium.
- Zerhacker 42 - aus eloxiertem Aluminium mit einem Durchmesser von 15,24 cm und einer Dicke von 0,32 cm. Filter in den Öffnungen 60: Typ Nr. 100FC40, mit einem Durchlaßbereich von 10 nm Halbwertsbreite, einer Wellenlängentoleranz von 2 nm (kontinuierliche Wellenlänge), einem Transmissionsgrad von min. 70 % und Blockierung innerhalb von 0,01 % T.
Die verwendeten Wellenlängen sind vom Verwendungszweck abhängig.
- Bei Verwendung von 6 Lichtleitern wurden folgende (kontinuierliche) Wellenlängen verwendet: 1296 nm, 1360 nm, 1472 nm, 1536 nm, 1678 nm, 1722 nm.

Motor 44:

Bürstenloser Gleichstrom-Servomotor der Firma Harowe Servo Control Co., Teilenummer Motor-B1510H1339.

Detektor 14:

Germanium-Fotodiode, 2 mm wirksame Fläche, BNC-Steckverbinder, Firma EG&G/Judson, Teilenummer J16-LD-R02M.
Es ist nicht erforderlich, daß sich der erfindungsgemäße Zerhacker dreht oder daß sich die Durchgangsöffnungen auf einer Kreisbahn bewegen. Wie aus Fig. 8A bis 8E ersichtlich, erfüllt ein sich hin- und herbewegender linearer Zerhacker den gleichen Zweck. Teile, die den vorher beschriebenen Teilen entsprechen, haben die gleichen Bezugsziffern, sind jedoch zur Unterscheidung mit dem Suffix " (Anführungsstriche) versehen.
So weist der Steuerungssektor 40" der optischen Mittel einen im wesentlichen rechteckigen Zerhacker 42" mit Durchgangsöffnungen 60a", 60b" und 60c" auf, die jeweils mit einem entsprechenden Filter versehen sind. Der Zerhacker 42" wird, wie in Fig. 9 gezeigt, beispielsweise von einem herkömmlichen Schrittmotor 300 hin- und herbewegt. Der Motor 300 dreht eine Gewindespindel 310, die ihrerseits eine Trägerplatte 320 hin- und herbewegt, wobei der Zerhacker 42" an der Platte 320 befestigt ist. Infolgedessen bewegt sich der Zerhacker 42" vor dem Probenstrahl 32" und dem Vergleichsprobenstrahl 34", die hier als deren Beleuchtungspunkte auf dem Zerhacker 42" dargestellt sind, hin und her. (Alternativ kann der Zerhacker 42" stehen bleiben, während die Lichtstrahlen eine hin- und hergehende Abtastbewegung ausführen).
Die beiden Lichtstrahlen haben die Durchmesser d&sub1; und d&sub2; (hier ungleich dargestellt), die Filter jeweils den Durchmesser 2r. Die Filter sind mit einem Abstand sf, die Lichtstrahlen mit einem Abstand sb zueinander angeordnet. Das "+" bezeichnet die Lage des Integrationsdetektors 82", während die Linien oberhalb der Filter die in den Signalübertragungselementen verwendeten Integrationsschlitze 70a", 70b", 70c", 70d", 70e" und 70f" oder gleichwertige reflektierende Flächen darstellen. Die für die Funktion dieser Anordnung erforderlichen Voraussetzungen sind die gleichen wie für die kreisförmige Ausführung.
Fig. 8A zeigt, daß die vollständigen Lichtstrahlen zwischen den Filtern und das vollständige erste Filter (oder das größte Filter, wenn die Filter nicht gleich groß sind) während des letzten Teils einer Dunkelmessung zwischen den Lichtstrahlen Platz haben müssen.
Fig. 8D zeigt die Ausrichtung des zweiten Strahls (also des Vergleichsprobenstrahls) mit dem ersten Filter. Der Fotodetektor 82" ist auch hier wieder mit einem Schlitz ausgerichtet.
Fig. 8E entspricht Fig. 8A, wobei jedoch hier der erste Teil der Dunkelmessung der Beleuchtung durch das zweite Filter entspricht.
Aus Fig. 8A bis 8E ergibt sich, daß die Länge L des Zerhakkers 42" größer sein muß als
N(d&sub1; + d&sub2; + 4r) + d&sub2;,
um die erforderlichen Voraussetzungen zu erfüllen. Das heißt:
N < (L - d&sub2;)/(d&sub1; + d&sub2; + 4r)
Nach der folgenden Ungleichung muß außerdem die Anordnung der Lichtstrahlen und Filter ihrer jeweiligen Größe entsprechen:
sf - (df + db) sb/df + db)
Die hier offenbarte Erfindung bedarf zur ihrer Verwirklichung keiner Elemente, die hier nicht ausdrücklich offenbart wurden.

Zeichnungsbeschriftung

FIG. 1:

14 Detektor
16 Elektronik
18 Rechner
20 Ausgabevorrichtung

FIG. 4 und FIG. 6:

101 Fotodiode "ruhelage"
102 Integrationsfotodiode
103 Arbeitsspielzähler
104 Detektor-Verstärker
106 Dunkelklemmschaltung
108 Multiplexer
110 2N Integratoren
112 2N Integratorpuffer
18' mittelwertbildende Mittel
20 Ausgabe
122 Fet-Schalter
a OPT
b OIP
c 2N-ter Integrator
d OD
e Rückstellung
f Eingabesignal A
g erster Integrator
h Signalausgabe

FIG. 5:

d OD
i OTP
b OIP

FIG. 7A:

14 Detektor
16 Elektronik
18 Rechner
20 Ausgabevorrichtung

FIG. 7B:

14 Detektor
16 Elektronik
18 Rechner
20 Ausgabevorrichtung

Claims

1. Spektralfotometer (10) mit

einer einzelnen Lichtquelle (12),

einem einzelnen Detektor (14),

signalerzeugenden Mitteln (16, 18, 18', 20, 101, 102, 103, 104, 106, 108, 110, 112), die auf den Detektor (14) ansprechen und ein Signal erzeugen, das der vom Detektor (14) ermittelten Lichtmenge entspricht, und mit

optischen Mitteln (30, 36, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 90, 92, 98, 100; 40", 42", 300, 310, 320), die eine Probe (94) getrennt mit einem ersten Lichtstrahl (32; 32") und eine Vergleichsprobe (96) mit einem zweiten Lichtstrahl (34; 34") beleuchten, wobei beide Lichtstrahlen (32, 34; 32", 34") von der Lichtquelle (12) stammen, und die die Lichtmenge von der Probe (94) bzw. der Vergleichsprobe (96) zum Detektor (14) übertragen, wobei die optischen Mittel (30, 36, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 90, 92, 98, 100; 40", 42", 300, 310, 320)

einen bewegbaren Zerhacker (42, 42") mit einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen (60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f; 60a", 60b", 60c") aufweisen, die jeweils ein Licht einer vorgegebenen Wellenlänge durchlassendes Bandfilter besitzen, und Triggermittel (70a, 70b, 70c, 70d, 70e, 70f, 70g, 70h, 70i, 70j, 70k, 70l, 80, 82; 70a", 70b", 70c", 70d", 70e", 70f", 82") umfassen, die feststellen, wenn die Durchgangsöffnungen (60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f; 60a", 60b", 60c") mit einem der Lichtstrahlen (32, 34; 32", 34") ausgerichtet sind, und die jeweils einzeln mit den signalerzeugenden Mitteln (16, 18, 18', 20, 101, 102, 103, 104, 106, 108, 110, 112) in Wirkverbindung stehen und mindestens einen Signalgeber (80) und mindestens einen Signalempfänger (82; 82") aufweisen, der mit auf dem Zerhacker (42; 42") vorgesehenen Signalübertragungselementen (70a, 70b, 70c, 70d, 70e, 70f, 70g, 70h, 70i, 70j, 70k, 70l; 70a", 70b", 70c", 70d", 70e",70f") verbunden ist, und

Antriebsmittel (44; 300, 310, 320) umfassen, die den Zerhacker (42; 42") so bewegen, daß er den ersten und zweiten Lichtstrahl (32, 34; 32", 34") auffängt und den ersten (32, 32") und zweiten Lichtstrahl (34, 34") wechselweise durchläßt, wobei die beiden Lichtstrahlen auf Beleuchtungspunkte auf dem Zerhacker (42; 42") gerichtet sind, die mit der Bewegungsbahn der Durchgangsöffnungen (60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f; 60a", 60b", 60c") ausgerichtet sind

wobei

die auf dem Zerhacker (42; 42") vorgesehene Beleuchtungspunkte so ausgerichtet sind, daß sie auf einen Zwischenraum treffen, der kleiner ist als der Abstand zwischen den Durchgangsöffnungen (60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f; 60a", 60b", 60c"), und daß

die Triggermittel (70a, 70b, 70c, 70d, 70e, 70f, 70g, 70h, 70i, 70j, 70k, 70l, 80, 82; 70a", 70b", 70c", 70d", 70e", 70f", 82") im folgenden Zusammenhang wirksam sind:

n x N= q x Z

wobei n = die Anzahl der Lichtstrahlen (32, 34; 32", 34"),

N = die Anzahl der Durchgangsöffnungen (60; 60"),

q = die Anzahl der Signalgeber/Signalempfänger- Kombinationen (80, 82; 82") und

Z = die Anzahl der Signalübertragungselemente (70; 70") ist.

2. Spektralfotometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zerhacker (42) drehbar ist und die Durchgangsöffnungen (60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f) auf einem ersten Radius (R) angeordnet sind.

3. Spektralfotometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalübertragungselemente (70a, 70b, 70c,70d, 70e, 70f, 70g, 70h, 70i, 70j, 70k, 70l) auf dem Zerhacker (42) in Winkelabständen auf einem zweiten Radius (R') angeordnet sind.

4. Spektralfotometer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungspunkte auf dem Zerhacker (42) in einem Winkel (α) angeordnet sind, der kleiner ist als der Winkelabstand (β) zwischen den Durchgangsöffnungen (60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f).

5. Spektralfotometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnungen (60a", 60b", 60c") linear ausgerichtet sind und die Antriebsmittel (300, 310, 320) so wirksam sind, daß sie den Zerhacker (42") linear hin- und herbewegen.

6. Spektralfotometer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß q = 1 und n = 2 ist.

7. Spektralfotometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalübertragungselemente (70a, 70b, 70c, 70d, 70e, 70f, 70g, 70h, 70i, 70j, 70k, 70l; 70a", 70b", 70c", 70d", 70e", 70f") Schlitze aufweisen.

8. Spektralfotometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zerhacker (42; 42") das einzig bewegbare Teil ist.

9. Spektralfotometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Mittel (30, 36, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 90, 92, 98, 100; 40", 42", 300, 310, 320) keine Linsen und Spiegel besitzen, jedoch Gabel-Lichtleiter (36, 90, 92, 98, 100).

10. Spektralfotometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die signalerzeugenden Mittel (16, 18, 18', 20, 101, 102, 103, 104, 106, 108, 110, 112) einen Multiplexer (108) und eine Anzahl von Integratoren (110) umfassen, die der doppelten Anzahl von Durchgangsöffnungen (60; 60") entspricht, und ein mittelwertbildendes Mittel (18') aufweisen, das den Mittelwert des integrierten Signals ermittelt, welches von dem innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne durch eine der Durchgangsöffnungen (60; 60") hindurchtretenden Licht innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne erzeugt und entweder über den ersten (32; 32") oder den zweiten Lichtstrahl (34; 34") zum Detektor (14) übermittelt wird.

11. Spektralfotometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Durchgangsöffnungen (60; 60"), ihre Anzahl und ihre Größe so eingestellt sind, daß gewährleistet ist, daß es während eines jeden Durchgangs eines der Lichtstrahlen (32, 34; 32", 34") durch den Zerhacker (42; 42") eine Zeitspanne gibt, in der kein Lichtstrahl durchgelassen wird.

12. Spektralfotometer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Anzahl N an Durchgangsöffnungen (60) durch die folgende Formel definiert ist:

N < 2πR / (d&sub1; + d&sub2; + 4r)

wobei R = der Radius der Mittelpunkte der Durchgangsöffnungen (60) des Zerhackers (42),

r = der Radius der Durchgangsöffnungen (60) und

d&sub1; und d&sub2; = die Durchmesser der Lichtstrahlen (32, 34) für die Probe (94) bzw. die Vergleichsprobe (96) sind.

13. Spektralfotometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Anzahl N der Durchgangsöffnungen (60a", 60b", 60c") durch die folgende Formel definiert ist:

N < (L - d&sub2;) / (d&sub1; + d&sub2; + 4r)

wobei L = die Gesamtlänge des Zerhackers (42"),

r = der Radius der Durchgangsöffnungen (60") und

d&sub1; und d&sub2; = die Durchmesser der Lichtstrahlen (32", 34") für die Probe (94) bzw. die Vergleichsprobe (96) sind.

14. Spektralfotometer (10) mit

einer einzelnen Lichtquelle (12),

einem einzelnen Detektor (14),

signalerzeugenden Mitteln (116, 18, 18', 20, 101, 102, 103, 104, 106, 108, 110, 112), die auf den Detektor (14) ansprechen und ein Signal erzeugen, das der vom Detektor (14) ermittelten Lichtmenge entspricht, und mit

optischen Mitteln (30, 36, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 90, 92, 98, 100), die eine Probe (94) getrennt mit einem ersten Lichtstrahl (32) und eine Vergleichsprobe (96) mit einem zweiten Lichtstrahl (34) beleuchten, wobei beide Lichtstrahlen (32, 34) von der Lichtquelle (12) stammen, und die die Lichtmenge von der Probe (94) bzw. der Vergleichsprobe (96) zum Detektor (14) übertragen, wobei die optischen Mittel (30, 36, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 90, 92, 98, 100)

einen bewegbaren Zerhacker (42) mit einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen (60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f) aufweisen, die auf einem ersten Radius (R) in Winkelabständen angeordnet sind und ein Licht einer vorgegebenen Wellenlänge durchlassendes Bandf ilter besitzen, und Triggermittel (70a, 70b, 70c, 70d, 70e, 70f, 70g, 70h, 70i, 70j, 70k, 70l, 80, 82) umfassen, die feststellen, wenn die Durchgangsöffnungen (60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f) mit einem der Lichtstrahlen (32, 34) ausgerichtet sind, und die jeweils einzeln mit den signalerzeugenden Mitteln (16, 18, 18', 20, 101, 102, 103, 104, 106, 108, 110, 112) in Wirkverbindung stehen und mindestens einen Signalgeber (80) und einen Signalempfänger (82) aufweisen, der mit auf dem Zerhacker (42) auf einem zweiten Radius (R') in Winkelabständen angeordneten Signalübertragungselementen (70a, 70b, 70c, 70d, 70e, 70f, 70g, 70h, 70i, 70j, 70k, 70l) verbunden ist, und

Antriebsmittel (44) umfassen, die den Zerhacker (42) so bewegen, daß er den ersten und zweiten Lichtstrahl (32, 34) auffängt und den ersten (32) und zweiten Lichtstrahl (34) wechselweise durchläßt, wobei die beiden Lichtstrahlen auf Beleuchtungspunkte auf dem Zerhacker (42) gerichtet sind, die mit dem Drehmittelpunkt der Durchgangsöffnungen (60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f) ausgerichtet sind, wobei

die maximale Anzahl N an Durchgangsöffnungen (60) durch die folgende Formel definiert ist:

N < 2πR / (d&sub1; + d&sub2; + 4r)

wobei R = der Radius der Mittelpunkte der Durchgangsöffnungen (60),

r = der Radius der Durchgangsöffnungen (60) und

d&sub1; und d&sub2; = die Durchmesser der Lichtstrahlen (32, 34) für die Probe (94) bzw. die Vergleichsprobe (96) sind,

so daß die Durchgangsöffnungen (60) in einem solchen Abstand voneinander angeordnet sind, daß gewährleistet ist, daß es während eines jeden Durchgangs eines der Lichtstrahlen (32, 34) durch den Zerhacker (42) eine Zeitspanne gibt, in der kein Lichtstrahl durchgelassen wird.

15. Spektralfotometer (10) mit

einer einzelnen Lichtquelle (12),

einem einzelnen Detektor (14),

optischen Mitteln (30, 36, 40", 42", 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 90, 92, 98, 100, 300, 310, 320), die eine Probe (94) getrennt mit einem ersten Lichtstrahl (32") und eine Vergleichsprobe (96) mit einem zweiten Lichtstrahl (34") beleuchten, wobei beide Lichtstrahlen (32", 34") von der Lichtquelle (12) stammen, und die die Lichtmenge von der Probe (94) bzw. der Vergleichsprobe (96) zum Detektor (14) übertragen, wobei die optischen Mittel (30, 36, 40", 42", 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 90, 92, 98, 100, 300, 310, 320)

einen bewegbaren Zerhacker (42") mit einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen (60a", 60b", 60c") aufweisen, die linear auf dem Zerhacker (42") angeordnet sind und jeweils ein Licht einer vorgegebenen Wellenlänge durchlassendes Bandfilter besitzt, und Triggermittel (70a", 70b", 70c", 70d", 70e", 70f", 80, 82") umfassen, die feststellen, wenn die Durchgangsöffnungen (60a", 60b", 60c") mit einem der Lichtstrahlen (32", 34") ausgerichtet sind, und die jeweils einzeln mit den signalerzeugenden Mitteln (16, 18, 18', 20, 101, 102, 103, 104, 106, 108, 110, 112) in Wirkverbindung stehen und mindestens einen Signalgeber (80) und einen Signalempfänger (82) aufweisen, der mit auf dem Zerhacker (42") linear angeordneten Signalübertragungselementen (70a", 70b", 70c", 70d", 70e", 70f") verbunden ist, und

Antriebsmittel (300, 310, 320) umfassen, die den Zerhacker (42") so linear hin- und herbewegen, daß er den ersten und zweiten Lichtstrahl (32", 34") auffängt und den ersten (32") und zweiten Lichtstrahl (34") wechselweise durchläßt, wobei die beiden Lichtstrahlen auf Beleuchtungspunkte auf dem Zerhacker (42") gerichtet sind, die mit der Bewegungsbahn der Durchgangsöffnungen (60a", 60b", 60c") ausgerichtet sind,

wobei

die maximale Anzahl N an Durchgangsöffnungen (60") durch die folgende Formel definiert ist:

N < (L - d&sub2;) / (d&sub1; + d&sub2; + 4r)

wobei L = die Gesamtlänge des Zerhackers (42"),

r = der Radius der Durchgangsöffnungen (60") und

d&sub1; und d&sub2; = die Durchmesser der Lichtstrahlen (32", 34") für die Probe (94) bzw. die Vergleichsprobe (96) sind,

so daß die Durchgangsöffnungen (60") in einem solchen Abstand voneinander angeordnet sind, daß gewährleistet ist, daß es während eines jeden Durchgangs eines der Lichtstrahlen (32", 34") durch den Zerhacker (42") eine Zeitspanne gibt, in der kein Lichtstrahl durchgelassen wird.