Titel: Hüfner's Spectrophotometer.
Autor: Hüfner, G.
Fundstelle: 1878, Band 228 (S. 238–242)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj228/ar228081

Neues Spectrophotometer von G. Hüfner.

Mit Abbildungen auf Tafel 18.

Der gerechte Vorwurf, welcher der sonst so vortrefflichen Methode Vierordt's gemacht worden ist, daſs das Princip der einseitigen Verengerung oder Erweiterung der einen Spalthälfte nicht allein die Intensität, sondern auch die Qualität des betrachteten Spectralstreifens verändere, sowie die Unbequemlichkeit, welche die Verwendung von Rauchgläsern als Maſseinheiten bietet, veranlaſsten G. Hüfner (Journal für praktische Chemie, 1877 Bd. 16 S. 301) eine Vorrichtung zu construiren, welche sich auf das Princip der Abschwächung polarisirten Lichtes durch Drehung eines Nicols gründet. Bekannt mit den von Zöllner schon früher ersonnenen Astrophotometer suchte Verfasser nur dessen einfachste Form derart mit einem Spectralapparate zu combiniren, daſs das den einfachen Spalt passirende Licht zur einen (räumlich unterschiedenen) Hälfte polarisirt und nach seiner Zerlegung durch das Prisma durch einen im Ocularrohre angebrachten drehbaren Nicol betrachtet und mit der anderen, unmittelbar daran grenzenden, aber nicht polarisirten Hälfte auf seine Helligkeit verglichen werden könnte.

Fig. 15 Taf. 18 zeigt den Apparat in ⅛ n. Gr. Um Wiederholung bekannter Vorrichtungen zu vermeiden, sind in der Zeichnung nur diejenigen Theile hervorgehoben, welche dem Apparate eigenthümlich sind. Das Scalenrohr, welches derselbe trägt, ist in der Figur ganz weggelassen, wenngleich auch dieses mit einer Einrichtung versehen ist, die bisher im Allgemeinen nicht gebräuchlich war, sondern im Wesentlichen erst von Vierordt empfohlen wurde. Fig. 16 und 17 Taf. 18 geben ausführlichere Darstellungen einzelner Theile.

Der vordere, die Ocularlinsen enthaltende Theil A1 des Fernrohres A (Fig. 15) trägt zunächst an der Stelle des Fadenkreuzes eine Abblendungsvorrichtung. Dieselbe besteht, wie beim Vierordt'schen Apparate, aus zwei in einer Führung q beweglichen Schiebern s, deren |239| jeder zur seitlichen Feststellung auf seiner Unterlage mit einer Knopfschraube k versehen ist. Die Führung q ist aber selbst beweglich; sie läſst sich sammt den befestigten Schiebern mittels eines Excenters in der weiteren festen Führung p horizontal hin und her bewegen, und die seitlich angebrachte Alhidade a sowie der Zeiger z dienen dazu, den jeweiligen Stand des durch die Schieber gebildeten Spaltes auf einer Gradtheilung zu markiren. Ein Zahnrad bei c endlich gestattet eine bequeme und sichere Verschiebung des Ocularrohres A' im weiteren Röhrentheile A.

Zunächst des Prismas D ist in A abermals ein längeres Röhrenstück eingefügt, das sich aber nicht in der Richtung der Längsachse verschieben, sondern nur um dieselbe drehen läſst. Es enthält den Nicol B und die Objectivlinse r. Die Drehung geschieht durch die Handgriffe g, welche bei h mit je einem Nonius versehen sind. Die feste Scheibe f trägt die Gradtheilung für die Messung des Drehungswinkels. Dieselbe besitzt rechts und links je einen Nullpunkt und gestattet mit Hilfe des Nonius eine Ablesung von 0,1°. Der Nicol selbst ist so gestellt und befestigt, daſs das Gesichtsfeld die gröſste Helligkeit zeigt, wenn beiderlei Nullpunkte, diejenigen der Nonien und des Theilkreises, zusammenfallen. Da mittels der Handgriffe g nur die gröbere Einstellung möglich ist, so findet sich zum Zwecke der feineren Einstellung bei d eine Schraube ohne Ende, welche in einen gezahnten Kranz des inneren Rohres eingreift und für gewöhnlich durch eine Feder auf diesen gepreſst wird. Soll der Nicol erst mittels der Handgriffe g gedreht werden, so hat man die Schraube vorher aus dem Zahnkranze herauszuheben, was mittels des kurzen Hebels e geschieht.

Das Collimatorrohr E trägt nur vor dem Spalte eine besondere Vorrichtung, nämlich das Kästchen F mit zwei unter dem Polarisationswinkel für Glas zur Achse des Rohres gestellten Spiegeln und einem Compensationskeile aus Rauchglas, der sich, von einer Feder festgehalten, mittels eines einfachen Triebwerkes vor dem Spalte hin und her schieben läſst. Auch hier dienen eine mit Theilung versehene Alhidade n und ein Zeiger m dazu, um den jeweiligen Stand des Keiles zu markiren. Fig. 17 gibt eine vergröſserte Darstellung des Kästchens; s und s' sind die beiden Spiegel, und zwar ist s ein durch die Feder p und die Schraube r in bestimmter Lage erhaltener, um eine Horizontalachse drehbarer Stahlspiegel, s' dagegen ein auf das solide, gleichfalls um eine Horizontalachse drehbare Messingstück m aufgekitteter Spiegel aus dunklem Glase. Die gewundene Feder r und die Schraube r' dienen zur Einstellung in die bestimmte Lage. L bezeichnet die den lichtgebenden Spalt enthaltende Platte, an welche das ganze Kästchen durch die Schraube E befestigt werden kann, und D ist der verschiebbare Glaskeil.

Bedeutet in der nämlichen Figur 17 o, o', o'' ein Bündel paralleler |240| Strahlen, die von rechts her auf das Kästchen auffallen, so werden o und o', so lange der Keil D noch nicht den Spalt bedeckt1), ungehindert ihren Weg zwischen den Spiegeln hindurch zum Spalte fortsetzen; o'' dagegen wird vom Stahlspiegel nach oben auf s' geworfen und gelangt von diesem vollständig polarisirt, aber auch bedeutend lichtschwächer, zum Spalte. Sieht man also von links her durch das Rohr Q und die Blendungen M hindurch nach dem lichtgebenden Spalte, so erscheint derselbe in zwei unmittelbar an einander grenzende Hälften getheilt, deren eine (die untere) heller ist und gewöhnliches Licht enthält, während die dunklere obere polarisirtes; werden endlich beide Lichtbündel durch das Prisma in Farben zerlegt, so erhält man zwei scharf an einander grenzende, aber ungleich helle Spectren.

Ehe man daher eine lichtschwächende Flüssigkeit zum Zwecke der Bestimmung ihrer Concentration zwischen die Lampe und die eine Hälfte des Spaltes setzen darf, hat man zuerst beide Hälften des herausgeschnittenen, im speciellen Falle in Betracht kommenden Farbenstreifens gleich hell oder dunkel zu machen, und dazu dient nun eben der Compensationskeil D. Derselbe stellt eine etwa 2mm dicke, 15mm breite und 40mm lange, durchaus ebene und gleichmäſsig dicke Glasplatte vor, die aus zwei sorgfältig geschliffenen Glaskeilen, einem aus Rauchglas und einem aus Flintglas, zusammengekittet ist. Da das Rauchglas niemals ganz farblos ist, also die Spectralfarben niemals gleichmäſsig absorbirt, so hat man den Keil in den verschiedenen Spectralregionen ungleich weit vor den Spalt zu schieben, um je zwei Streifenhälften gleich hell zu machen. Dabei ist aber wohl zu bemerken, daſs man die bezüglichen Lichtschwächungsvermögen des Keiles selber durchaus nicht zu kennen braucht, insofern ja die Keildicke gar nicht als Maſs bei der eigentlichen Photometrie benutzt wird.

Fig. 16 dürfte den Mechanismus, durch welchen die Verschiebung geschieht, auch ohne besondere Erläuterung genugsam erkennen lassen. Hier sieht man auch noch eine Trommel J, welche dazu dient, die jeweilige Breite des Spaltes in Millimeter ablesen zu lassen.

Ueber die Ausführung photometrischer Bestimmungen mittels des beschriebenen Apparates. Ist durch irgend ein lichtabsorbirendes Medium das eine Spectrum an bestimmter Stelle wesentlich verdunkelt, und will man deren Helligkeit mit der Helligkeit des homologen Bezirkes im anderen Spectrum vergleichen, so hat man nur den Nicol so lange zu drehen, bis beide Felder gleich hell erscheinen. Aus der Gröſse des Drehungswinkels kann man das Intensitätsverhältniſs beider Felder leicht ableiten.

Da man es nämlich bei der Anwendung von Nicol'schen Prismen immer nur mit einem der beiden polarisirten Strahlen, dem auſserordentlichen, zu thun hat, so braucht, wie Zöllner2) gezeigt hat, nur das sogen. Cosinusquadratgesetz |241| als giltig vorausgesetzt zu werden, welches aussagt, daſs sich jeder der Werthe E2 und O2 (E bedeutet die Amplitude des auſserordentlichen, O diejenige des ordentlichen Strahles) proportional den Sinus-, bezieh. Cosinusquadraten des Winkels φ ändert, um welchen der Nicol gedreht wird. Bezeichnet man daher die Intensität des polarisirten Lichtstrahles vor der Drehung des Nicols mit J, seine Intensität nach der Drehung des Nicols mit J', so ist JJ' d.h. die Intensität, welche der Strahl beim Durchgange durch den gedrehten Nicol verloren hat, = sin2φ und daher J' = cos2φ.

Ist nun die Verdunkelung hervorgerufen durch eine lichtabsorbirende, lern dicke Flüssigkeitsschicht, und will man deren Extinctionscoefficienten erfahren, so hat man nur, wie oben gezeigt wurde, den Logarithmus von J', d.h. also von der übrig gebliebenen Intensität, negativ zu nehmen. Muſs z.B. in einem Falle der Nicol, bis beide Felder gleich hell erscheinen, um 52° gedreht werden, so ist der gesuchte Extinctionscoefficient ε = – log J' = – 2 log cos 52° = – (0,57868 – 1) = 0,42132.

Beim Gebrauche des Apparates sind indeſs noch einige besondere Regeln zu beachten. Dieselben betreffen 1) die Art der Lichtquelle, 2) den Gang der Strahlen im Apparate, wie er durch das Spiegelkästchen bedingt wird, und endlich 3) die Qualität des Nicols und die genaue Feststellung des jeweiligen Drehungswinkels φ.

Da die Spiegel unter dem Polarisationswinkel des Lichtes für Glas zur Achse des Collimatorrohres gestellt sind, so ist vor allen Dingen gefordert, daſs nun das Licht auch gerade unter diesem Winkel auf dieselben auffalle und nicht unter anderen. Wird aber eine leuchtende Flamme in die Nähe des unteren Spiegels gebracht, so werden begreiflicher Weise, da von jedem leuchtenden Punkte der Flamme Strahlen nach allen Richtungen ausgehen, auch auf den Spiegel solche unter den verschiedensten Winkeln auffallen und von dort reflectirt werden; aber nur verhältniſsmäſsig wenige werden wirklich polarisirt werden und den Gang nehmen, welcher gewünscht wird. Man schaltet deswegen am besten zwischen Spiegel und Flamme eine Linse ein, welche die von jedem einzelnen Punkte der Flamme ausgehenden Strahlen parallel macht; und zwar wird zu dem Ende die runde Petroleumflamme mit einem geschwärzten Thonmantel umgeben, der in gleicher Höhe mit dem hellsten Theile der Flamme eine Oeffnung besitzt und ein Seitenrohr trägt, in welchem die Linse verschiebbar befestigt ist. Steht die Flamme gerade im Focus der Linse, so wird der gewünschte Zweck erreicht sein; wenigstens wird dann eines der geschlossenen Bündel von Parallelstrahlen vollkommen mit der Achse des Collimatorrohres zusammenfallen; auch werden etwaige Schwankungen in der Helligkeit des lichtgebenden Punktes sich nur als geringere Helligkeitsschwankungen einer gleichmäſsig leuchtenden Scheibe bemerklich machen, und alle einzelnen Stellen der letzteren müssen, wenn sie es thun, ihre Lichtintensität immer um gleichviel und gleichzeitig ändern, so daſs namentlich ein Intensitätsunterschied zwischen oben und unten nicht möglich ist.

Durch die Anwendung der beiden Spiegel wird, wie sich aus Fig. 17 ergibt, diejenige Strahlenhälfte, welche ursprünglich die untere war, noch vor dem Spalte zur oberen gemacht, und Strahlenbündel, welche ursprünglich benachbarte waren, wie o' und o'', werden eben dadurch aus einander gerückt. Dieser letztere Umstand erleichtert nun ganz wesentlich die Aufstellung des Flüssigkeitsbehälters vor dem Apparate. Während bei Anwendung des Doppelspaltes sehr viel darauf ankommt, daſs die Grenze zwischen lichtabsorbirender Flüssigkeit und Glaseinsatz3) genau mit der Grenze der beiden Schieber zusammenfällt, ist hier für die Einstellung jener ersteren Grenze ein bequemer Spielraum gelassen, und in keinem Falle kann die nämliche Grenze das störende Auftreten einer dicken dunklen Linie zwischen beiden Spectren veranlassen. Die Grenze zwischen den beiden Spectren bleibt hier immer der |242| untere scharfe Rand des oberen Spiegels, der, wenn das Fernrohr A (Fig. 15) darauf eingestellt ist, stets nur als dünne, zarte Linie erscheint.

Der andere Umstand, daſs Spalt und Spiegelrand nicht in einer Ebene liegen, könnte dagegen Bedenken erregen; denn stellt man das Fernrohr scharf auf den Spiegelrand ein, so werden die Spectren, wenn man aber auf den Spalt einstellt, so wird die Grenze weniger scharf erscheinen. Zahlreiche Versuche haben Verfasser nun zwar belehrt, daſs man innerhalb der sonstigen Fehlergrenzen dieselben Resultate erhält, gleichgiltig, ob man den einen oder den anderen Ausweg wählt. Da es ihm persönlich indessen scheinen will, als ob das Gleichmachen der Helligkeit beider Felder rascher gelänge, wenn die Grenze weniger scharf markirt ist, so zieht Verfasser es vor, das Fernrohr auf einen Punkt einzustellen, der dem Spalte näher liegt als der Spiegel grenze.

Was nun aber die etwaige Unreinheit des Spectrums betrifft, so ist sie in der That schwerlich zu merken; denn es lassen sich selbst in dem Falle,. wo man die Grenze scharf erblickt, die wichtigeren Frauenhofer'schen Linien noch deutlich erkennen. Jedenfalls ist die Forderung der Gleichartigkeit der Farbe beider Felder jederzeit streng erfüllt.

Daſs auf die Auswahl des Nicols die gröſste Sorgfalt verwendet werden muſs, ist von anderen Seiten schon oft hervorgehoben worden. Hier soll nur noch einmal betont werden, daſs, um den etwaigen Fehler in der Stellung des Nullpunktes zu corrigiren, man den Nicol, bis zur Herstellung gleicher Helligkeit oben und unten, nicht blos nach der einen, sondern jedesmal auch nach der anderen Seite zu drehen hat, und daſs immer erst das Mittel aus je zwei solchen, in verschiedenen Quadranten gemachten, Ablesungen als einfache Beobachtung gelten darf.

Bezüglich der weiteren Ausführungen des Verfassers über die Anwendung dieses Apparates muſs auf die Originalabhandlung verwiesen werden.

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Fig. 16 gibt die Vorderansicht der Vorrichtung. Man sieht hier durch den schraffirten Keil hindurch die untere Spalthälfte und kann sich nun leicht den Keil so weit nach rechts verschoben denken, daſs der Spalt selbst frei wird.

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Photometrische Untersuchungen mit besonderer Rücksicht auf die physische Beschaffenheit der Himmelskörper (Leipzig 1865), S. 77.

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Vgl. H. W. Vogel: Praktische Spectralanalyse irdischer Stoffe (Nördlingen 1877), S. 342.

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