用于通过低频频谱确定样本特征的系统和方法技术方案

用于判断产生分子旋转的样本(200)的方法和装置。把样本放入具有磁屏蔽罩和电磁屏蔽罩的容器(50)，向样本加入高斯噪声。检测到含有叠加了加入的高斯噪声的样本源辐射的电磁时域信号，将该信号与由同一样本产生的第二时域信号进行互相关运算，求出带有频域成分的互相关信号，用快速傅里叶变换“FFT”以产生一个频率范围在DC到50kHz范围的频域频谱来绘制该信号。根据该频谱，识别出所判断的样本的一或多个特征低频信号分量。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为2003年3月28日，申请号为03803793. 9的中国专利申请的分案申请。
技术介绍
目前有很多可用于确定原子或分子化合物特征的频谱分析方法。这些方法包括了，当然并不局限于，X射线，紫外线，可见光，红外和微波频谱分析，以及核磁共振和电子自旋共振(NMR和SNR)频谱分析。一般来说，频谱分析方法对于至少四种类型的化学分析问题很有效第一，根据样本的频谱特性例如频谱成分来确定原子和分子化合物的特征；第二，根据构成该化合物的原子的频谱特性来确定化合物的原子构成；第三，根据化合物中原子间相互作用的频谱特性来确定分子化合物的2-D或3-D结构；第四，根据所测化合物的有区别的频谱特性来检测并识别出样本中的成分，例如污染物。大多数现有的频谱分析方法在灵敏度、获得的信息、测量的容易程度和成本上有一些独特的优点。因为每种方法所获得的信息是其他方法无法得到的，因此对任何化学分析过程，用尽可能多的合适的频谱分析方法是非常有利的。
技术实现思路
本专利技术一方面包括了一种用于判断产生分子旋转的样本的装置。该装置包括一个具有磁屏蔽和电磁屏蔽的样本容器，一个向样本加入噪声的高斯噪声源，一个用于检测含有叠加了加入的高斯噪声的样本源辐射的电磁时域信号的检测器，以及一个用于存储时域信号和从相同或相似样本中分别检测出的时域信号的存储设备。电子计算机根据存储设备的存储信号执行下列的信号处理操作，并且执行下列的信号处理和输出操作(i)将检测到的时域信号和第二个时域信号做互相关运算，产生一个频率范围在DC到50KHz之内的频域谱，并且(ii)产生一个输出，该输出包含了频谱中能够确定样本特征的低频频谱成分相关的信息。容器可以是一个具有样本保持区域的渐细管(attenuation tube),磁屏蔽罩围绕着上述样本区域，以及同样围绕着该样本区域的包含在磁屏蔽罩之内的法拉第氏罩。样本容器还包含了一个温度控制器，用于将容器内的样本保持在一个选定的温度上。高斯噪声源可以包括一个高斯噪声发生器，以及一个包含在磁屏蔽罩和法拉第氏罩内部的亥姆霍兹线圈，并且它从噪声发生器接收输出的噪声信号。加入器(injector)最好被设计为向样本加入平稳高斯白噪声，幅度大小应足够产生非平稳复合信号分量。最好加入的白噪声频率在DC和2KHz之间。 所述装置中的检测器可以包括输出电流信号的一阶微分超导梯度仪，以及与梯度仪功能连接的SQUID(超导量子干涉设备)，用于将电流信号转换成放大的电压信号。为了去除与时间相关的信号中的平稳噪声分量，检测器还包括与上述噪声源以及上述SQUID功能连接的信号转换器，用于从噪声源接收高斯噪声，并把相对于加入到样本中的高斯噪声进行反相的高斯噪声输出到SQUID中。互相关频谱可以经过傅里叶变换，生成作为频率的函数的样本成分的曲线，其中相关值用频谱成分的幅度表示。生成的频域最好在DC到6. 5KHz的范围内。用于观测低频信号分量的实例范围在100到1，200Hz之间。计算机可产生一个输出，识别频谱中的低频信号分量的频率，所述频谱的互相关频谱相关成分具有一个高于背景频谱噪声的选定统计测度。这个特性是很有用的，例如根据低频信号分量确定已知样本材料的特征。为了确定样本中一个或多个成分，使用电子计算机产生的输出，(a) (i)在选定的DC到50KHz之间的频率范围内确定出样本信号分量的频率，(ii)其互相关频谱相关成份具有一个高于背景频谱噪声的选定统计测度，(b)将该样本信号分量和样本中疑似存在的已知化合物的特征低频信号成份进行比较，并且(C)如果某种化合物的特征低频信号频率与一个或多个样本信号频率相符合，则确定样本中含有该化合物。根据本专利技术的另一个方面，所述装置还用于实现判断产生分子旋转的样本的方法。该方法用来确定液态样本中的一个或多个成分，成分检测的程度能够达到百万分之一以及百亿分之一。在某些情况下，化合物的一个或多个低频信号分量会出现与浓度有关的频移，一般在小于2Hz的范围内。本实施例中，确定一种化合物可包括通过它的频移来估计样本成分的浓度。在某些情况下，化合物的一个或多个低频信号分量会出现与浓度有关的互相关频谱。本实施例中，确定一种化合物可包括通过它的互相关频谱来估计样本成分的浓度。还公开了低频频谱特征和感兴趣的材料是相关的。所述特征包括由上述方法产生的在dc-50KHz的频率范围内的频率分量的清单或列表，且最好包括幅度具有一个高于背景频谱噪声的选定统计测度的频率分量。另外一个方面，本专利技术包括与感兴趣的材料相关的时域信号，产生该信号的步骤如下将材料样本放入带有磁屏蔽罩和电磁屏蔽罩的容器中；向样本中加入高斯噪声；以及记录含有叠加了加入的高斯噪声的样本源辐射的电磁时域信号。该信号例如可以用来根据上述方法产生一个和感兴趣的材料相关的低频信号特征。下面将结合附图进行详细描述本专利技术，使本专利技术的目标和特征更加清楚。附图说明图1是根据本专利技术一个实施例构成的分子电磁信号检测装置的等大视图。图2是图1中所示的法拉第氏罩以及内部结构的放大的详细视图；以及图3是图1和图2中所示的渐细管的放大的截面图。图4是图2中所示的法拉第氏罩以及内部结构的截面图；图5是图I到4中所示的本专利技术的替代实施例的截面图。图6是此处描述的亥姆霍兹变压器的线圈支撑框架的放大的详细视图。图7是作为替代的电磁发射检测系统的框图。图8是上述附图的检测系统包含的处理单元的框图。图9是图8的替代处理单元的框图。图10是本系统所执行的信号检测和处理的流程图。图IlA是第一个样本的发射频谱图。 图IlB是第二个样本的发射频谱图。图12A和12B是对于饱和的NaCl样本，频谱范围在500_530Hz之间的频谱图，分别通过对非相关时域样本信号(12A)，以及互相关样本频谱(12B)作傅里叶变换得到。图13A和13B是对于烧基醚硫酸酯(alkyl ether sulfate)样本，频谱范围在500-530HZ之间的频谱图，分别通过对非相关时域样本信号(13A)，以及互相关样本频谱(13B)作傅里叶变换得到。图14A到14F是频谱范围在500_530Hz之间的频谱图，样本分别是去离子水(14A)，饱和NaCl溶液(14B) ,1% NaCl的去离子水溶液(14C);饱和NaBr溶液(14D)，烷基醚硫酸酯的去离子水溶液(14E)，以及无样本(14F)。图15A到15F是频谱范围在500_535Hz之间的频谱图，样本是氨基酸溶液，比重为I IOOwt/体积(15A)，逐渐稀释为 I IOOOOw/体积(15B)，I IO6 (15C) ；1 IO8 (15D),I IO10(15E)和(15F)，其中图15A到15E的频谱是通过40分钟相关和50秒记录生成的，而图15F是通过12小时相关和4分25秒记录生成的。图中，相同的附图标记表示相同或基本相似的单元或处理。为了容易地识别任何特定的单元或处理，附图标记中最重要的数字或几个数字参见首次引入该单元的图中的数字。具体实施例方式I.定义除非另外标明，下列术语的定义如下。“产生分子旋转的样本”指的是这样一种样本材料，其可为气态、液态或固态形式(而不限于固体材料)，其中样本中存在的或由其构成的一种或多种分子化合物或者原子离子产生旋转。“磁屏蔽罩”指的是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·T·巴特斯，贝内特·M·巴特斯，利萨·C·巴特斯，
申请(专利权)人：纳特维斯公司，
类型：发明
国别省市：