專利名稱：用于近臨界反射光譜學(xué)的方法、裝置和套件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及用于近臨界反射光譜學(xué)的方法、裝置和套件。
背景技術(shù)：
內(nèi)反射光譜學(xué)(也公知為衰減全反射(ATR)光譜學(xué))已經(jīng)公知了許多年，并且是 在紅外(IR)和熒光光譜學(xué)以及其他光譜學(xué)中廣泛使用的取樣方法。當(dāng)特異性最重要時(shí)，中 波紅外(MWIR)或中紅外(IIR)光譜學(xué)多年來(lái)已經(jīng)是可選擇的技術(shù)。由于數(shù)個(gè)原因，這在過(guò) 去是難以使用的技術(shù)。首先，許多材料的吸收在電磁波的中波紅外區(qū)域(例如，從約3到 Sum)中非常高。雖然從靈敏度的觀點(diǎn)來(lái)看這是非常好的，但是它使得采樣有時(shí)變得復(fù)雜。 因此，已經(jīng)發(fā)展了各種采樣技術(shù)來(lái)幫助將樣品以理想的方式引入光譜儀中。常見并且有問(wèn) 題的采樣成分是水。在近紅外(IR)區(qū)域中，使用從SOOnm到2500nm的波長(zhǎng)，可能產(chǎn)生的另 一個(gè)問(wèn)題是路徑長(zhǎng)度可能太短。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是近紅外輻射可能通常比中紅外輻射滲透得更 深。在使用光譜學(xué)時(shí)遇到的一個(gè)問(wèn)題是許多樣品制品含有水。水在中紅外具有非常高 的吸收率。因此，為了測(cè)量水在^OOIOOcnT1的典型中紅外區(qū)域中的光譜，必須將路徑長(zhǎng)度 限制到小于數(shù)十微米。ATR可以提供所需的這種非常短的路徑長(zhǎng)度。然而，在其他情況下， ATR的路徑長(zhǎng)度對(duì)于理想采樣來(lái)說(shuō)太小。當(dāng)嘗試通過(guò)哺乳動(dòng)物皮膚或其它生物組織進(jìn)行測(cè) 量時(shí)，或者當(dāng)期望光譜信息來(lái)自更深的深度并且不與哺乳動(dòng)物皮膚的表面相鄰時(shí)，這可能 是主要問(wèn)題。在困難的采樣情況下通常需要衰減全反射(ATR)。這種效應(yīng)的光譜有效性首先在 20世紀(jì)60年代由Fahrenfort注意到，并且可以從基礎(chǔ)光學(xué)物理學(xué)推斷出來(lái)?；A(chǔ)地，當(dāng)光 傳播通過(guò)高折射率的介質(zhì)并且接近與低折射率的材料的界面時(shí)，將會(huì)發(fā)生透射和反射。這 些透射和反射的相對(duì)強(qiáng)度由菲涅爾公式所決定
i COS θ A COS Θ'
Γπr -Er- MlM2 t^Y = --—--(2)
M M權(quán)利要求
一種用于檢測(cè)樣品的光譜特征的設(shè)備，包括電磁輻射源，其適于利用電磁輻射來(lái)激發(fā)樣品；與所述電磁輻射源和所述樣品相通信的晶體，所述晶體具有適于反射所述電磁輻射的高折射率；反射器，其適合于將所述電磁輻射以處于或接近所述晶體與所述樣品之間的臨界角的入射角引入所述樣品；以及檢測(cè)器，其用于檢測(cè)來(lái)自所述樣品的電磁輻射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括殼體，其適于容納所述電磁輻射源、晶體、反射 器以及檢測(cè)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述檢測(cè)器是單一元件檢測(cè)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述檢測(cè)器是單一元件碲鎘汞檢測(cè)器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述檢測(cè)器是線性陣列檢測(cè)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述檢測(cè)器是二維陣列檢測(cè)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述電磁輻射源適于將電磁輻射以在所述臨界 角以下的入射角輸送到所述樣品。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，所述電磁輻射源還適于將輸送給所述樣品的電 磁輻射調(diào)整成接近和經(jīng)過(guò)所述臨界角。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述電磁輻射源適于將電磁輻射以在所述臨界 角以上的入射角輸送給所述樣品。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，所述電磁輻射源還適于將輸送給所述樣品的電 磁輻射調(diào)整成接近和經(jīng)過(guò)所述臨界角。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括與所述檢測(cè)器相通信的數(shù)據(jù)處理器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，所述數(shù)據(jù)處理器還適于從由所述檢測(cè)器從所 述樣品接收到的一個(gè)或多個(gè)電磁輻射檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生所述樣品的臨界角圖。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述電磁輻射源是量子級(jí)聯(lián)激光器。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述電磁輻射是經(jīng)準(zhǔn)直的。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)備的體積小于1立方英尺。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)備的體積小于125立方英寸。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)備是手持的。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)備的體積小于8立方英寸。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，還包括顯示屏，其適于并被構(gòu)造為顯示所述臨界角圖。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，所述數(shù)據(jù)處理器適于從所檢測(cè)的電磁輻射產(chǎn) 生反射光強(qiáng)度對(duì)于波長(zhǎng)的關(guān)系隨入射角的映射而變化的完整圖。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其適于使得所述晶體繞軸線樞轉(zhuǎn)。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括冷卻器，其適于冷卻所述檢測(cè)器。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括濾波器。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括透鏡，其構(gòu)造為將所述電磁輻射成像到面積小 于Imm2的檢測(cè)器上。
25.一種用于檢測(cè)樣品的光譜特征的方法，包括將樣品放置成接近晶體；從電磁輻射源通過(guò)所述晶體發(fā)出電磁輻射；將所述電磁輻射通過(guò)所述晶體以處于或接近所述樣品的臨界角的入射角引入所述樣 品；以及檢測(cè)來(lái)自所述樣品的電磁輻射。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，還包括以下步驟以所述臨界角以下的入射角引入所述電磁輻射；以及漸進(jìn)地增加所述電磁輻射的所述入射角，使得所述入射角接近并經(jīng)過(guò)所述臨界角。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，還包括以下步驟以所述臨界角以上的入射角引入所述電磁輻射；以及漸進(jìn)地減小所述電磁輻射的所述入射角，使得所述入射角接近并經(jīng)過(guò)所述臨界角。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，還包括以下步驟產(chǎn)生反射光強(qiáng)度對(duì)于波長(zhǎng)的關(guān)系 隨入射角的映射而變化的完整圖。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，還包括顯示所產(chǎn)生的圖的步驟。
30.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，還包括以下步驟將所檢測(cè)到的電磁輻射與臨界角 測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)庫(kù)相比較。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，還包括以下步驟顯示所檢測(cè)到的電磁輻射參數(shù)以 及來(lái)自所述數(shù)據(jù)庫(kù)的一個(gè)或多個(gè)臨界角測(cè)量結(jié)果。
32.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，還包括對(duì)所述電磁輻射進(jìn)行濾波的步驟。
33.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，還包括使所述晶體繞軸線樞轉(zhuǎn)的步驟。
34.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，還包括冷卻所述檢測(cè)器的步驟。
35.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，還包括將所述電磁輻射成像到面積小于Imm2的檢測(cè) 器上的步驟。
36.一種用于檢測(cè)樣品的光譜特征的系統(tǒng)，包括電磁輻射源；與所述電磁輻射源和所述樣品相通信的晶體，所述晶體具有適合于內(nèi)反射所述電磁輻 射的高折射率；以及檢測(cè)器，其用于檢測(cè)來(lái)自所述樣品的電磁輻射。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，還包括殼體，其適合于容納所述電磁輻射源、晶體、 反射器以及檢測(cè)器。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中，所述檢測(cè)器是單一元件檢測(cè)器。
39.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中，所述檢測(cè)器是單一元件碲鎘汞檢測(cè)器。
40.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中，所述檢測(cè)器是線性陣列檢測(cè)器。
41.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中，所述檢測(cè)器是二維陣列檢測(cè)器。
42.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中，所述電磁輻射源適于將電磁輻射以在所述臨 界角以下的入射角輸送到所述樣品。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，其中，所述電磁輻射源還適于將輸送給所述樣品的 電磁輻射調(diào)整成接近并經(jīng)過(guò)所述臨界角。
44.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中，所述電磁輻射源適于將電磁輻射以在所述臨 界角以上的入射角輸送到所述樣品。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的系統(tǒng)，其中，所述電磁輻射源還適于將輸送給所述樣品的 電磁輻射調(diào)整成接近并經(jīng)過(guò)所述臨界角。
46.根據(jù)權(quán)利要求46所述的系統(tǒng)，還包括與所述檢測(cè)器相通信的數(shù)據(jù)處理器。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)處理器還適合于從通過(guò)所述檢測(cè)器 而從所述樣品接收到的一個(gè)或多個(gè)電磁輻射檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生所述樣品的臨界角圖。
48.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中，所述電磁輻射源是量子級(jí)聯(lián)激光器。
49.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中，所述電磁輻射是經(jīng)準(zhǔn)直的。
50.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)的體積小于1立方英尺。
51.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)的體積小于125立方英寸。
52.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)是手持的。
53.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)的體積小于8立方英寸。
54.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，還包括顯示屏，其適于并被構(gòu)造為顯示所述臨界角圖。
55.根據(jù)權(quán)利要求46所述的系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)處理器適于從所檢測(cè)的電磁輻射產(chǎn) 生反射光強(qiáng)度對(duì)于波長(zhǎng)的關(guān)系隨入射角的映射而變化的完整圖。
56.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，還包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其適于使得所述晶體繞軸線樞轉(zhuǎn)。
57.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，還包括冷卻器，其適于冷卻所述檢測(cè)器。
58.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，還包括濾波器。
59.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，還包括透鏡，其構(gòu)造為將所述電磁輻射成像到面積 小于Imm2的檢測(cè)器上。
60.一種用于檢測(cè)樣品的光譜特征的套件，包括 電磁輻射源；以及與所述電磁輻射源和所述樣品相通信的晶體，所述晶體具有適合于反射所述電磁輻射 的高折射率。
61.根據(jù)權(quán)利要求60所述的套件，還包括檢測(cè)器。
62.根據(jù)權(quán)利要求61所述的套件，其中，所述檢測(cè)器是線性陣列檢測(cè)器。
63.根據(jù)權(quán)利要求62所述的套件，其中，所述檢測(cè)器是二維陣列檢測(cè)器。
64.根據(jù)權(quán)利要求60所述的套件，還包括一個(gè)或多個(gè)濾波器。
65.根據(jù)權(quán)利要求60所述的套件，還包括一個(gè)或多個(gè)透鏡。
全文摘要
本申請(qǐng)涉及用于近臨界反射光譜學(xué)的方法、裝置和套件。描述了面向樣品的臨界角的光譜設(shè)備，該設(shè)備檢測(cè)樣品的光譜特性，其中，設(shè)備包括電磁輻射源，其適合于利用以處于或接近樣品的臨界角的入射角引入樣品的電磁輻射來(lái)激發(fā)樣品；適合于內(nèi)反射電磁輻射的高折射率的傳輸晶體；反射器，其適合于將電磁輻射以處于或接近晶體與樣品之間的臨界角的入射角引入樣品；以及檢測(cè)器，其用于檢測(cè)來(lái)自樣品的電磁輻射。此外，這里也提供了結(jié)合近臨界反射光譜設(shè)備的方法、系統(tǒng)和套件。
文檔編號(hào)G01N21/43GK101990633SQ200980112418
公開日2011年3月23日 申請(qǐng)日期2009年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月1日
發(fā)明者羅伯特·G·梅塞施米特 申請(qǐng)人:萊爾照明公司