用于红外光谱测定的高级参考检测器制造技术

一种其中光学路径遵循干涉仪的光谱测定系统和方法包含具有大体上安置在其焦点处的孔径的Jacquinot光阑(70)。所述Jacquinot光阑包含与所述路径的纵向轴大体上非正交且面向含有干涉图的IR信号的源的反射性表面(74)。所述孔(72)径传递入射IR信号的内部部分，同时所述反射性表面反射外部部分。归因于干涉仪光学件中的固有缺陷而含有错误光谱信息的所述入射IR信号的所述反射的外部部分由此从最终用于照射样本的初始入射IR信号有效地去除，但仍可用于监视取样光学件的背景光谱。

Advanced reference detector for infrared spectrometry

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于红外光谱测定的高级参考检测器相关申请的交叉引用本申请要求2017年7月14日提交的且名称为“用于红外光谱测定的高级参考检测器(ADVANCEDREFERENCEDETECTORFORINFRAREDSPECTROSCOPY)”的美国临时申请第62/532,513号的优先权，其以全文引用的方式并入本文中。
本专利技术涉及用于红外光谱测定中的检测器，且在特定实施例中涉及用于傅里叶变换红外(FTIR)光谱测定系统中以用于监视背景光谱的参考检测器。
技术介绍
研发出傅里叶变换红外(FTIR)光谱测定法以解决色散光谱测定技术(尤其是缓慢扫描过程)的限制。使用FTIR，可用称为干涉仪的简单光学装置同时而不是分别测量所有红外(IR)频率。干涉仪产生唯一信号，所述信号含有在其内“经编码”的所有IR频率。可极快速地(例如在大约一秒内)测量这一信号，由此将每个样本的时间元素减小到大约仅几秒而不是几分钟。大多数干涉计采用分束器，其接收进入的IR束且将其分成两个光学束。一束由固定在适当位置的平面反射镜反射。另一束由受控以在短距离(例如几毫米)上来回移动的可移动平面反射镜反射。所得的两个反射束在其在分束器处汇合时重新组合。在一束以固定路径长度行进且另一束(归因于反射镜的移动)以不断改变的路径长度行进的情况下，离开干涉仪的重新组合的信号是这两个束彼此“干涉”的结果。这一所得信号称为干涉图且具有独特性质，即形成信号的每一数据点(随移动反射镜位置而变化)具有关于从IR源接收到的每一IR频率的信息。因此，在测量干涉图时，同时测量所有频率，由此能够进行极快速的测量。为了进行分析，用户需要频谱(作为在每一频率下接收到的IR信号强度的曲线图)来进行识别，这意味着无法直接解译测量到的干涉图信号。需要一种“解码”单个频率的形式，且通过用计算机进行傅里叶变换来完成，接着所述计算机向用户呈现所需光谱信息以用于分析。在现有技术的FTIR中，由样本检测器收集的IR光谱通过FTIR仪器取样光学件成形，且如果将所述IR光谱放置在仪器的取样光学件中则通过样本光吸收来成形。由于用户只对由样本引起的光吸收感兴趣，所以所需的是吸收强度的相对标度，这需要测量背景光谱，通常束中不具有样本。(这一背景光谱表示仪器自身和仪器内的IR信号路径的特性，例如IR信号行进穿过的空气中的水和/或二氧化碳(CO2)。)接着将这一测量到的背景与用束中的样本得到的测量相比较以确定相对透射率(例如，就通过配比出在将样本放置在取样光学件中之前收集的所存储背景扫描的形状的百分比而言)。这一技术得到去除仪器特性的测量到的光谱。因此，存在的所有光谱特征仅归因于样本。通常，完成单次背景测量且存储以用于多个后续样本测量中。然而，进行这类背景光谱测量花费额外时间且如果无法去除样本就无法进行。因此，在固定样本的情况下，必须使用一定时效的所存储背景光谱。可使用参考检测器以在IR信号到达样本之前收集其中的一些以使得能够校验系统正在正确地扫描。然而，由于大多数光发送到样本，所以正常参考信号较弱且仅可用于系统正在收集数据的低级别校验，但无法校验样本数据的质量良好。另外，当光路径中的某物在收集背景光谱和收集样本数据的时间之间改变时，出现问题。所述改变作为样本数据中的错误出现。示范性的改变包含归因于清洁不良而留在光学路径中的样本的部分。另外，取样光学件中的污迹、灰尘和光学机械损坏会影响在随着时间推移运行的不同样本上和在测试许多样本之后到达检测器的光。温度改变还会通过改变检测器处的光来影响光学件。光束路径中的吹扫空气中的水蒸气和CO2的快速改变也会产生问题。吹扫气体可用于减小数据中的水蒸气误差；然而，使用这类吹扫气体可能是昂贵的。作为接受的标准过程，现有技术系统通常临在收集样本数据之前运行背景光谱测量，且接受数据中的一些水蒸气误差。期望的是提供减小使用吹扫气体的需要和对于每一样本的单独背景收集的需要的装置。
技术实现思路
一种其中光学路径遵循干涉仪的光谱测定系统和方法包含具有大体上安置在其焦点处的孔径的Jacquinot光阑(“J光阑”)。J光阑包含与路径的纵向轴大体上非正交且面向含有干涉图的IR信号的源的反射性表面。孔径传递入射IR信号的内部部分，同时反射性表面反射外部部分。归因于干涉仪光学件中的固有缺陷而含有错误光谱信息的入射IR信号的反射的外部部分由此从最终用于照射样本的初始入射IR信号有效地去除，但仍可用于监视取样光学件的背景光谱。根据示范性实施例，一种光谱测定系统包含：干涉图源，其用以提供含有干涉图的IR信号；源路径，其包含沿从干涉图源延伸的光学路径的第一部分的路径轴的焦点；Jacquinot光阑，其包含大体上安置在焦点处的孔径和与路径轴大体上非正交且面向干涉图源的反射性表面，其中孔径传递IR信号的内部部分作为IR信号的入射部分，且反射性表面反射IR信号的外部部分作为IR信号的反射部分；和参考检测装置，其用以检测IR信号的反射部分。根据另一示范性实施例，一种光谱测定方法包含：用干涉图源生成含有干涉图的IR信号；经由包含沿从干涉图源延伸的光学路径的第一部分的路径轴的焦点的源路径传送IR信号；经由Jacquinot光阑的孔径传递IR信号的内部部分作为IR信号的入射部分，所述Jacquinot光阑大体上安置在焦点处且包含与路径轴大体上非正交且面向干涉图源的反射性表面；经由反射性表面反射IR信号的外部部分作为IR信号的反射部分；和检测IR信号的反射部分。附图说明图1描绘生成含有用于照射样本的干涉图的IR信号的FTIR光谱仪系统的元件。图2描绘迈克尔逊干涉仪的示范性元件。图3描绘具有根据示范性实施例的参考检测器的FTIR光谱仪系统中的IR信号的输出光学路径。图4描绘根据示范性实施例的参考检测器的更详细视图。图5描绘可有利地与根据示范性实施例的参考检测器一起使用以使得能够验证包含高级全反射(ATR)晶体的样本路径的ATR取样。具体实施方式以下参考附图对所要求的专利技术的实例实施例进行详细描述。这类描述旨在是说明性的且不对本专利技术的范围进行限制。足够详细地描述这类实施例使得本领域的技术人员能够实践本专利技术，且应理解，可在不脱离本专利技术的精神或范围的情况下用一些变型来实践其它实施例。如下文更详细地论述，本公开提供一种具有高级参考检测器的FTIR光谱测定系统，经由所述参考检测器提供显著强于(例如50到150倍)常规系统的IR参考信号的IR参考信号，以及由于没有从主IR信号取得光来馈入参考检测器，所以增大样本室中的IR信号(例如2到5％)。这可通过使用未穿过J光阑孔径的先前未使用的光来实现。参考图1，常见FTIR光谱仪包含IR源12、准直器14、干涉仪16、样本室18和检测器20。干涉仪16包含分束器40、固定反射镜42和可移动反射镜44。源12生成IR辐射13，准直器14使所述IR辐射对准以产生平行光线15。将准直IR信号15转换成照射样本室18内的样本的干涉图17。含有未由样本吸收本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光谱测定系统，其包括：/n干涉图源，其用以提供含有干涉图的IR信号；/n源路径，其包含沿从所述干涉图源延伸的光学路径的第一部分的路径轴的焦点；/nJacquinot光阑，其包含大体上安置在所述焦点处的孔径和与所述路径轴大体上非正交且面向所述干涉图源的反射性表面，其中所述孔径传递所述IR信号的内部部分作为所述IR信号的入射部分，且所述反射性表面反射所述IR信号的外部部分作为所述IR信号的反射部分；和/n参考检测装置，其用以检测所述IR信号的所述反射部分。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170714 US 62/532,5131.一种光谱测定系统，其包括：
干涉图源，其用以提供含有干涉图的IR信号；
源路径，其包含沿从所述干涉图源延伸的光学路径的第一部分的路径轴的焦点；
Jacquinot光阑，其包含大体上安置在所述焦点处的孔径和与所述路径轴大体上非正交且面向所述干涉图源的反射性表面，其中所述孔径传递所述IR信号的内部部分作为所述IR信号的入射部分，且所述反射性表面反射所述IR信号的外部部分作为所述IR信号的反射部分；和
参考检测装置，其用以检测所述IR信号的所述反射部分。


2.根据权利要求1所述的光谱测定系统，其中：
所述孔径包括光学开口以传递所述IR信号的径向向内部分；且
所述反射性表面反射所述IR信号的径向向外部分。


3.根据权利要求1所述的光谱测定系统，其中：
所述反射性表面包括弯曲表面；且
所述孔径安置在所述弯曲表面的顶点附近。


4.根据权利要求1所述的光谱测定系统，其中所述干涉图源包括：
红外(IR)源，其用以发射IR能量；
干涉仪，其用以产生并组合所述IR能量的固定和可变反射；和
反射镜，其安置成反射所述IR能量的所述经组合的固定和可变反射。


5.根据权利要求1所述的光谱测定系统，其中所述干涉图源包括迈克尔逊干涉仪。


6.根据权利要求1所述的光谱测定系统，其中所述参考检测装置包括红外检测器。


7.根据权利要求1所述的光谱测定系统，其中所述参考检测装置包括：
反射镜，其安置成进一步反射所述IR信号的所述反射部分；和
红外检测器，其用以接收所述IR信号的所述进一步反射的部分。


8.根据权利要求1所述的光谱测定系统，其进一步包括用以检测所述IR信号的至少一部分的样本检测装置。


9.根据权利要求8所述的光谱测定系统，其中所述样本检测装置包括红外检测器。


10.根据权利要求8所述的光谱测定系统，其中所述样本检测装置包括：
反射镜，其安置成反射所述IR信号的所述至少一部分；和
红外检测器，其用以接收所述IR信号的所述反射的至少一部分。


11.一种光谱测定方法，其包括：
用干涉图源生成含有干涉图的IR信号；
经由包含沿从所述干涉图源...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·M·考菲，
申请(专利权)人：热电科学仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US