用于光学分析的系统和方法

专利名称：用于光学分析的系统和方法
用于光学分^f的系统和方法
本申请是在2006年7月20日提交的在先美国专利申请No. 11/458,862号的连续案，该专利申请以引用的方式结合到本文中。
背景
本发明涉及材料的红外(IR)分析。其特别适用于与在通过执行透 射光谱学分析而对液相和固相材料进行红外分析期间所使用的透射 光谱学装置结合，且将特定地关于其展开描述。但应了解，本发明还 可针对其它应用进行^修改。
在执行液相和固相材料的红外分析透射光语学实验时，红外能量 穿过被分析材料的厚度。对于中红外分析，材料的该厚度通常地不超 过100微米，且对于近红外分析不超过2厘米。对于强吸收性液体， 诸如水基溶液，用于中红外分析的厚度通常更小(例如，通常在大约 IO微米与大约20微米之间)。除了对于使用较长路径长度的典型需要
非常相似。例外的情况涉及近红外分析的分析更多样品以发展可靠的 方法的需要。
密封的透射单元通常用于经由中红外区域中的透射光镨学来分 析液体，而比色杯(cuvette)通常用于近红外区域。透射单元通常祐L汞 合金、垫片或O形环密封。这些单元通常使用注射器和Luer-lok配件 来填充，其中包含样品的注射器附连到输入侧Luer-lok配件，而空的 注射器附连到排出侧Luer-lok配件。同时通过"推拉"操作来操纵注 射器以完全填充该单元而不产生气泡。以类似方式实现该单元的清 洁，其中溶剂而非样品置于一个注射器中，且然后将溶剂推拉到空的
注射器内。使干燥空气经过该单元的额外步骤进一步移除了痕量的样品和溶剂。或者，使用小直径管材，从而利用泵或活塞装置使液体流 经该单元。通过使用阀来引导清洁溶剂经过该单元，从而经由这种布 置对该单元进行清洁，或者更繁瑣地，拆解单元清洁构件并重新组 装来对该单元进行清洁。
当使用密封单元时典型分析程序为
(l)建立仪器基准；(2)对所关注的材料进行分析；以及(3)执行以 下"方法"使用在步骤(1)和(2)中所获得的信息来确定所关注的材料 的具体特征。
分析的精确性、准确性和可靠性取决于许多因素。关于这一点， 在上述三个步骤中的任何未预期或未考虑到的变化可能会导致错误 的结果。举例而言，如果基准单元未充分清洁，那么将建立错误的基 准。如果光路的任何实质部分经受水蒸气、二氧化碳和痕量环境气体 的典型大气变化，则可导致严重的分析测量错误。如果在该单元的光 路中存在任何变化，则会有损定量光谱结果。因此，在方法开发与方 法执行之间，和/或在基准的建立以及分析样品之间的任何实质的未考 虑到的变化都将会有损结果。
已经发展了几种红外透射光谱学单元来解决特定问题。强吸收液 体(例如，需要路径长度小于大约20微米的液体)的中红外分析更常规 地通过衰减全反射(ATR)红外分析进行，与红外透射分析相对。由于 ATR单元易于使用，ATR单元已变得被广泛利用。
尽管红外ATR分析克服了插入和完全移除用于分析的材料的时 间和困难，但ATR技术具有两个不易克服的问题。首先，当使用ATR 技术时，红外能量仅穿透到被分析材料内数微米。因此，ATR不能普
材料。其次，虽然ATR技术允许通过增加内部反射次数来增加有效 路径长度，但其它因素，诸如ATR材料的吸收，或被分析的材料的 量或放置变成主导的负面因素。
由于这些和其它原因，仍需要具有易于使用和清洁的透射光谱学
9取样装置来执行红外透射光谱学分析。由于在透射单元中插入材料和 从中完全移除材料相关联的时间、细心程度和难度，现有技术显著地 限制了红外透射光谱学分析的商业化。 一般而言，利用红外透射光谱 学对液体、糊料和细腐殖质进行精确、准确和可靠的量化分析是耗时 且困难的。本发明的主要目的在于减少执行红外透射光镨学分析的时 间和难度同时保持(若不能改进)精确性、准确性和可靠性。
本发明提供一种解决了以上所提到的问题的新型且改进的装置 和程序。
概述
一种利用透射光谱学来分析液体和固体的光学分析系统包括光 能源、样品、可动的光能透射窗、固定的光能透射窗以及检测系统。 固定的透射窗相对于光能源保持固定。样品选择性地定位于可动的光 能透射窗与固定的光能透射窗之间以分析样品。光能透射穿过所述窗 中的一个窗、样品和另一窗以便由于使光能透射穿过样品而获得经编 码的光能。检测系统接收经编码的光能以用于分析。可动的光能透射 窗可相对于固定的光能透射窗选择性地运动以重复地且精确地对准 两个窗和样品，并使得它们可容易地接近。
附图简要描述
在结合于说明书中且构成说明书 一 部分的附图中示意了本发明 的实施例，附图与上文给出的一般性描述和下文给出的具体描述一起 用于例示本发明的实施例。


图1示意了根据本发明的一个实施例的红外仪器系统的示意图。
图2示意了根据示意本发明原理的装置的一个实施例的、处于第 一取样位置的透射取样装置的正视截面图3a示意了根据示意本发明原理的装置的一个实施例的、样品 定位于处于如图2所示的取样位置的可动的透射窗与固定的透射窗之 间的截面图；图3b示意了根据示意本发明原理的装置的一个实施例的、样品
定位于处于如图2所示的取样位置的可动的透射窗与固定的透射窗之 间的更进一 步放大的截面图4示意了类似于图2但示出第二清洁和样品插入/移除位置的透 射取样装置的正视截面图5示意了沿着图2的平面5-5所截取的端部截面图，其示出在 固定的下部组件中的J求形凹陷部分；
图6a示意了透射取样装置处于根据图2的第一取样装置的右端 视图6b示意了透射取样装置处于图4的第二清洁和样品移除/插入 位置的右端视图7a示意了根据示意本发明原理的装置的第二实施例的、处于 第一取样位置的透射取样装置正视截面图7b示意了根据图7a所示的第二实施例的、处于第二清洁和样 品插入/移除位置的透射取样装置；
图8a和图8b示意了根据示意本发明原理的装置的第四实施例的 透射取样装置，其中在图8a中示出了样品分析位置且在图8b中示出 了清洁和样品插入移除位置；
图9a、 9b和图9c示意了根据示意本发明原理的装置的第三实施 例的透射取样装置，其中在图9a和图9b中示出了样品分析位置且在 图9c中示出了样品插入移除位置；以及
图10示意了图1至图4的透射取样装置用作通用傅里叶变换红 外(FTIR)仪器的附件的侧视截面图。
图示实施例的详细描述
参看图1,在本发明的一个实施例中，红外(IR)仪器系统1利用透 射光谱学来执行光学分析。系统1包括光能源2(例如，来自FTIR的 调制红外辐射)和透射光谱取样装置3。样品材料/基准材料5定位于取
ii样装置3内。取样装置3将来自源2的红外辐射4导向样品/基准材料 5。在透射光谱学实验中，红外辐射穿过包含有样品/基准材料5的透 射取样装置3以形成改变的(经编码的)红外辐射7。取样装置3将经改 变的红外辐射7导至红外检测系统8。在图l所示的示意性实施例中， 电子器件和软件9与光能源2、取样装置3、检测系统8和仪器控制、 计算和报告装置io电连通。
红外辐射源2、检测系统8、仪器电子器件9以及仪器软件和装 置10，包括仪器控制、计算和报告的功能，具有本项领域中熟知的许 多变型。
图2示意了透射取样装置3的一个实施例处于用于分析的第一位 置的截面正视图。示出红外辐射路径4接收自红外辐射源2,经过光 管11且进入到可动的装置或头部27中的腔室12中。从光管11出来 后，由反射镜13重定向红外辐射4，以便进一步由聚焦镜14重定向 而到达且穿过固定地安装于上方可动的组件27中的可动的光能(红外) 透射窗15,经过样品/基准材料5而到达且穿过固定的光能(红夕卜)透射 窗18，且到达检测系统8。
在图2、图3a和图3b中示意了处于分析(取样)位置的包括样品 接触表面16的可动的红外透射窗15。在这个位置，样品接触表面16 接触样品/基准材料5(例如，液体、^f料、糊料、熔体、粉末和/或某 些固体样品材料等)，其部分地安放于固定的红外透射窗18的面向上 方的表面17上且部分地安放于形成于保持环21中的邻接的大体球形 的凹陷部分22中。保持环21接收于取样装置3的固定的装置34的 顶板20中并安装到该顶板20上(参看图2)。因此，显然，在分析(取 样^莫式下，样品/基准材料5在可动的透射窗15与固定的透射窗18 之间。在所示意的实施例中，当处于取样位置时，窗15、 18的边缘 未密封以包含样品5。构思此实施例用于(例如)不易挥发的油基样品。 然而，也可以构思在凹陷22的上边缘周围使用密封(例如，0形环) 且使其进一步接触鼻形件组件23以包含相对易挥发样品的其它实施例。
为了更清楚起见，图3a示出图2所示的透射光谱取样装置3的 取样区的扩大截面。图3b示出图3a所示取样区的进一步扩大的截面 图。参看图2、图3a和图3b,可动的透射窗15的面向下方的样品接 触表面16和固定的透射窗18的面向上方的样品接触表面17 #1示出 与样品/基准材料5接触。而且，面向上方的样品表面17^皮示出处于 保持环21的浅^t形凹陷部分22的底部处。但在其它实施例中，固定 的第二窗18不在凹陷22的底部而是倾斜的以允许气泡/人样品/基准材 料5逸出而不影响红外辐射4。在这种实施例中，将需要本领域技术 人员熟知的其它变化。
再次参看图2,取样装置3主要包括可动的装置27和固定的装置 34。可动的装置27包括可旋转的壳体38，反射镜13、 14，腔室12 以及鼻形件组件23，其还包括可动的红外透射窗15。以此方式，透 射窗15固定地紧固到可动的装置27上，可动的装置27利用扭转杆 19绕轴线24旋转。固定的装置34包括固定的壳体35，轴承/密封件 32a、 32b，弹性加载支承的球锁组件33,仪器顶板20，密封件36、 37和保持环21。保持环21包括密封地固定到其上的红外透射窗18。 以此方式，透射窗18被固定地紧固到固定的装置34上。
在图2和图4所示意的实施例中，固定的装置34的部分62包围 可动的装置27的一部分以可动地联接可动的装置27和固定的装置 34。如在图2和图4中所说明，可动的装置27通过转动杆19而相对 于固定的装置34在轴承32a、32b上绕大体上平行于顶板20的顶表面 和保持环21的轴线24选择性地可靠地旋转。在图2所示的第一取样 位置，可动的透射窗15和固定的透射窗18成光学对准且具有一定间 隔，这个间隔限定了捕获在它们之间的样品/基准材料5的光路长度。
图4说明取样装置3处于用于插/v/移除样品/基准材料5和用于 清洁透射窗15、 18的第二位置的截面图。使用杆19将可动的装置27 从图2所示的第一位置绕轴线24旋转180° 。如在该定向中所示，可动的红外透射窗15和固定的红外透射窗18的样品接触表面16、 17 分别都面向上方且易于接近，以供视觉观察和利用简单清洁机构(诸如 清洁布、KIM拭纸(Kim-wipe)或其它这样的清洁材料)进行清洁。在一 个实施例中，红外透射窗15、 18由钻石、硅、方晶锆石、蓝宝石、 石英和其它硬表面且耐化学材料制成。但也能构想到由波长透射的光 谱学要求所决定的所有红外透射材料。当使用诸如NaCl、 KBr等柔软 或易于损坏的材料时，在清洁时必须格外小心以确保不对透射窗造成 损坏。
参看图2和图4,可动的装置27相对于的固定的装置34在干涉 配合轴承32a、32b上旋转以重复地并精确地在第一位置与第二位置之 间运动，第一位置用于取样，第二位置用于插入/移除样品或基准材料 5和用于清洁窗15和18的相应样品4妄触表面16和17。在窗15、 18 之间形成光路，该光路具有可精确地重复的路径长度，且每当可动的 装置27处于第一取样位置时，该光路捕获样品/基准材料5。
在使用中，使用者通过杆19将可动的装置27旋转到图4所示意 的样品插入/移除位置，使得弹性加载的球锁组件33被紧固于制动部 66中。在取样装置3处于这个位置的情况下，使用者可容易地接近可 动的透射窗表面16和固定的透射窗表面17并可对它们进行清洁。且 基准材料5(例如，空气或任何其它合适的材料)可置于固定的红外透射 窗18的面向上方的表面17上。然后使用者可通过杆19使可动的装 置27旋转到图2所示意的取样位置，使得球锁组件33 ^^皮紧固于沿周 向与制动部66间隔开180°的制动部64中。然后，红外辐射4(参看 图l)穿过光管11且由反射镜13、 14导向以沿着光路穿过基准材料5 形成经编码的能量7，经编码的能量7可由检测系统8检测。仪器电 子器件9(参看图1)从已知的基准材料5得到、分析并储存经编码的能 量7的特征来校准该系统。
然后，使用者通过使杆19旋转而将可动的装置27旋转回到图4 所示意的样品插入/移除位置。此处，移除基准材料5，清洁窗表面16、17，在用杆19将可动的装置27再次旋转到图2所示意的取样装置之 前将样品5插入于固定的窗表面17上。如上文所讨论，每当可动的 装置27处于第一取样装置时，可动的窗15与固定的窗18之间的光 路长度都得以保持。只要样品5定位于透射窗15、 18之间，红外辐 射4就沿着光路穿过样品5形成一皮传递到检测系统8的经编码的能量 7。由样品5的红外吸收而编码的经编码的能量7由仪器电子器件9 进行比较以分析并表征样品5。仪器软件和装置10向使用者显示结果。 在一个实施例中，仪器电子器件9包括用于作为该分析的函数来预测 样品5中包含何种材料的软件。然后经由装置10或者向使用者:^艮告 该预测，或者将该预测归档用于将来参考和/或才艮告。
由于每当可动的装置27处于图2所示意的取样位置时光路长度 基本上相同，所以可通过使用经编码的能量来实现校准，经编码的能 量由已知的基准材料进行编码，且可利用经校准的仪器电子器件9来 分析各种样品5以识别不同样品中的各种材料。尽管上文所讨论的实 例提出在分析样品材料之前利用已知基准材料进行校准(例如，分析基 准材料)，但是还构想到在任何时间分析基准材料以便校准，包括在分 析样品材料之后的时间或以周期性间隔。此外，还构想到在分析两个 不同的样品之间分析已知基准材料以便校准。
图5示意了^^形凹陷部分22的端部截面^L图。^Ufj凹陷部分22 以红外辐射光学中心线28为中心，且其曲率中心处于光学中心线28 与旋转轴线24的交点。可动的装置27自轴线24的半径26小于i^形 凹陷部分22自轴线24的半径29(还参看图3b)。这个半径量值的不同 保证了可动的装置27与固定的装置34之间的机械间隙。这个间隙允 许可动的装置27相对于固定的装置24选择性地旋转并在其间的间隔 中提供样品容纳空间(参看图3b)。如在图5中所示意，可动的装置27 的鼻形件组件23包括可动的透射窗15安装于其中的大体球形表面部 分78的一部分。鼻形件23的大体球形表面部分78接收于固定的透 射窗18安装于其中的下部固定的装置34的第二大体球形表面部分80
15中。在球形表面部分78、 80之间提供足够的间隙以形成间隔，这个 间隔接收并容纳样品/基准材料5。
可动的装置27可精确地重定位，以使用已知基准或材料来确立 仪器校准或利用样品/基准材料5进行实验。关于这一点，在图2中所 示意的实施例包括干涉配合旋转轴承32a、32b和弹性加载支承的球锁 组件33。通过对杆19进行旋转使可动的装置27以180度的旋转运动 在如图2所示的取样位置与如图4所示的样品插入/移除和清洁位置之 间旋转。当处于这种取样模式时，弹性加载支承的球组件33被容纳 于固定的下部装置34中并^^皮向上弹性偏置到^^形凹部或制动部64中 (参看图2)。当处于清洁、样品替换位置时，弹性加载的3求组件33处 于沿周向以180°间隔开的第二球形凹部或制动部66中(参看图4)。 为了选择性地旋转上部的可动的装置，弹性加载支承的球组件33克 il良弹簧偏置而向下运动，以^y^求形凹部或制动部64、 66移除珅J人而 允许可动的组件旋转。当上部可动的装置已经旋转了 180°时，弹簧 将弹性加载支承的球33推入与之对准的制动部64、 66内以将上部可 动的装置锁定于选定位置，以用于第一取样位置的精确且可重复的光 学对准和第二位置的可动的窗表面16和固定的窗表面17的分离和暴 露。虽然在这个实施例中示意了制动部组件，但也能构想到使用带磁 体的止动件作为实现精确重定位的备选方法的其它实施例。
图6a示出装置3处于图2所示意的取样位置的右侧端视图。如 图所示，鼻形件组件23指向下并面向固定的透射窗18,以对容纳于 两个窗15、 18之间的已知基准材料或样品进行红外透射分析。
图6b示出装置处于图4所示意的位置的右侧端视图。在这个位 置，鼻形件组件23面向上方或从图6a所示的位置旋转180度。如上 文所讨论，通过对杆19进行旋转使可动的装置27进行单次180度旋 转来获得图6a中的定向。在这个位置，使两个窗表面16、 17可容易 地接近，以用于清洁和从下部固定的窗18移除样品或将样品插入于 下部固定的窗18上。从图6b的定向运动到图6a的定向类似地需要可动的装置27的仅180度旋转，而无需其它运动或调整。与可动的 装置27中的一个或其它对准的制动部64、 66(参看图2和图4)协作， 安装于固定的装置34(参看图2和图4)中的弹性加载的球组件33(参看 图2和图4)将可动的装置27可靠地保持于选定位置。
图7a和图7b示意了本发明的第二实施例。为了便于理解本发明 的这个实施例，利用类似的附图标记加上(')后缀来表示类似的构件且 用新的附图标记来表示新的构件。
参看图7a,透射取样装置3'包括铰链50, ^绞链50将上部可动的 装置27'连接至下部固定的装置34'。在这个实施例中，可动的装置27' 是绕铰链50枢转的臂。可调整的设定器件52(例如，具有硬化球形突 起的调节螺钉)定位于可动的装置27'中以可调整地建立透射取样装置 3'光路的基本上可重复的路径长度，其可根据所分析的具体材料的需 要进行调整。可调整的设定器件52包括接触点54(例如，硬化球的表 面)，其在图7a所示意的位置靠接固定的装置34'的表面56。在所示 意的实施例中，表面56是固定的装置34'中的硬化磁性嵌件，其提供 确切基准，将可动的装置27'拉到与表面56成确切接触。
接触点54运动到可动的装置27'内或夕卜，以获得合乎需要的位置。 举例而言，使用者将可调整的设定器件52调入或调出可动的装置27'， 以到达合乎需要的位置。可调整的设定器件52保持在合乎需要的位 置，直到使用者将该可调整的设定器件52调入或调出可动的组件27', 以到达新的合乎需要的位置。当可动的装置27'如图7a所示意来定位 时，接触点52靠接表面56并且定位成以便建立基准并进行分析。一 旦在可动的装置27'中设定了接触点52后，透射组件光路就保持基本 上相同，即使是可动的装置27，重复地绕铰链50枢转并返回到图7a 所示意的位置之后。
关于图7a中的光路，来自源2'的聚焦光能穿过固定的窗18'、样 品5'、可动的窗15',继续到反射镜72上，反射镜72将经编码的光能 7'重定向到反射镜70上，穿过固定的组件34'中的孔口 68并且到检测系统8'。
图7b示意了可动的装置绕铰接点50枢转大约90。到基本上垂直 于固定的下部装置34'的笫二位置。在这个第二位置，可动的窗15'和 固定的窗18'分别向使用者暴露。因此，装置3'处于用于插入/移除样 品/基准材料5'的位置(参看图7a)和用于清洁红外透射窗15，、 18，和其 它样品接触区的位置。
也能构想到用于容易地改变两个红外透射窗之间的间隔(和路径 长度)的其它实施例。举例而言，也能构想到与显微物镜上使用的装置 (其校正载玻片厚度)类似的装置来改变路径长度。存在许多这样的选 择来使路径改变数微米(如在中红外分析的情况下)或改变超过几厘米 (如在近红外分析的情况下)。
图8a和图8b示意了图7a和图7b中所示的透射取样装置3'，其 中检测系统8合并到可动的装置27'内。参看图8a和图8b，电信号和 电子信号在嵌入于可动的装置27'中的检测系统8'与容纳于固定的装 置34'中的电子器件和软件9'之间传输。电缆穿过透射取样装置3'的顶 板20'中的密封孔82而馈入。来自源2'的聚焦光能4'穿过固定的窗18'、 样品/基准材料5'、可动的窗15'，继续到反射镜81上，反射镜81将 经编码的光能7'重定向到检测系统8'。图8b示意了可动的装置27'处 于用于清洁窗表面16'、 17'和插入新的样品/基准材料5'的位置。尽管 仅在图8a和图8b中所示意的实施例示意了检测装置8'合并到可动的 装置27'内，但应了解其它构想到的实施例中的任何实施例可包括容纳 于可动的装置内的检测系统和/或容纳于固定的装置内的电子器件和 软件。
图9a、图9b和图9c示意了本发明的第三实施例。为了便于理解 本发明的这个实施例，用相似的附图标记加上双引号(")后缀来表示相 似构件且用新的附图标记来表示新的构件。
图9a示出装置3"的轴测图。图9b示出了在图9a的箭头74的方 向所观察的侧视图，其中装置3"处于使鼻形件组件23"中的可动的透
18射窗15"与固定的装置34"中的固定的透射窗18"对准的位置，以用于 仪器校准并进行样品分析。图9c示出装置3"处于样品插7v/取出和清 洁位置的侧视图。类似于上文在图7a和图7b中所讨论的实施例，在 图9a、 9b和图9c中所示意的实施例使用绕中心线61旋转的周向旋 转轴承60。 <旦在图9a、图9b和图9c所示意的实施例与第一实施例 的不同主要在于使可动的红外透射窗15"与样品/基准材料5"接触的方 式。更具体而言，可动的装置27"绕中心线61运动使透射窗15"定位 于样品/基准材料5"上，之后与样品/基准材料5"接触。因此，可动的 装置27"的运动稍微类似于可动的装置27'的运动(参看图7a和图7b)。 另一方面，可动的装置27"的运动基本上不同于笫一实施例的可动的 装置27的运动(参看图2和图4)，第一实施例展示出相对于样品/基准 材料5的滑动或剪切运动(参看图2和图4)。具体实施例的选择取决于 简易性、总光路、成本以及仪器设计的其它方面之间的关系以及(在某 些情况下)样品性质之间的权衡。在图9a、 9b和9c中所示意的实施例 中呈现的不同并不偏离本发明的精神。
图10示意在图2和图4中说示意的取样装置3的侧部截面图， 取样装置3用作通用傅里叶变换红外(FTIR)仪器41的附件。参看图 10,由源2产生红外辐射4。辐射4穿过罩壳40中的开口 47并进入 到样品隔室49内。进入的辐射4还穿过附件框架42中的开口 53且 由聚焦镜44重定向以穿过光管11并到达腔室12中。 一旦处于腔室 12中，红外辐射4被反射镜13重定向到凹聚焦镜14。聚焦镜14进 一步将红外辐射4重定向到可动的红外透射窗5并穿过可动的红外透 射窗5，穿过样品/基准材料5并穿过固定的透射窗18。红外辐射聚焦 于样品/基准材料5中。由于使红外辐射4穿过样品/基准材料5而对 红外辐射7进行编码，以基于样品/基准材料5所吸收的红外能量获得 样品的经编码的光学特征。或者，可通过使红外能量穿过透射窗之间 的已知基准材料以比较在检测器所获得的光谱与基准材料的已知光 谱来校准该系统。经编码的红外能量从透射窗18出来。经经编码的
19红外辐射7反射离开检测器相配反射镜45，反射镜45重聚焦并重定向经编码的红外辐射7分别穿过开口 51、 48 ，并继续到达红外4全测系统8(参看图1和图2)。反射镜架46以及安装紧固件43提供进一步的调整以使附件(装置)3与仪器41对准。在附件与仪器41和其源2及检测器8对准之后，除了可动的装置27之外，附件3保持固定。然后可以以先前所述的方式来使用仪器41以及附件(透射取样装置)3。
存在许多用于商业用途的通用仪器且类似地利用许多不同的光学构造。本领域技术人员应了解使附件与具体仪器匹配所需的要求和权衡。界面反射镜44、 45的具体组并不意图普遍地适用于所有这样的仪器/附件界面。因此，应了解的是，缺乏对任何具体界面反射镜44、 45的公开都预期并不偏离从本发明所得到益处的普遍性质。
能构想到FTIR在近红外区域和中红外区域中都起作用。然而，也能构想到本发明的、用于所有近红外和/或中红外光谱系统的其它实施例，而决不限于FTIR系统。
虽然通过本发明实施例的描述说明了本发明且相当详细地描述了这些实施例，但本申请者的意图不是将所附权利要求书的范畴约束或以任何方式限制为这些细节。作为一个实例，对于本领域的技术人员而言，众所周知的是，光能源可与检测系统互换而不损害光学功能。额外的优点和修改对于本领域技术人员显而易见。因此，本发明在其更广泛的方面并不限于所示出和说明的具体细节、代表性装置和示意性实例。因此，在不偏离本申请者的一般发明概念的精神或范畴的情况下可脱离这些细节。
权利要求
1. 一种利用透射光谱学来分析液体和固体的光学分析系统，包括光能源；样品；可动的光能透射窗；固定的光能透射窗，由此所述固定的透射窗相对于所述光能源保持固定，所述样品选择性地定位于所述可动的光能透射窗与所述固定的光能透射窗之间以分析所述样品，所述光能透射穿过所述窗中的一个、所述样品和另一个所述窗，以便由于使所述光能透射穿过所述样品而获得经编码的光能；以及，用于接收所述经编码的光能以便分析的检测系统，所述可动的光能透射窗相对于所述固定的光能透射窗可以选择性地运动，以重复地并精确地对准两个窗和所述样品并且使得它们可容易地接近。
2. 根据权利要求1所述的光学分析系统，其特征在于，所述光能 源提供红外光能。
3. 根据权利要求1所述的光学分析系统，其特征在于，所述光学 分析系统还包括可动的装置，所述可动的透射窗被固定地紧固到所述可动的装置 上；以及，固定的装置，所述固定的透射窗被固定地紧固到所述固定的装置 上，所述可动的装置可动地联接到所述固定的装置，所述可动的组件 到第 一位置的运动相对于所述固定的透射窗重复地且精确地对准所 述可动的透射窗，以在透射样品分析期间使所述光能穿过所述窗中的 一个、所述样品和另一个所述窗，且所述可动的装置到第二位置的运 动使得两个窗和所述样品可容易地接近。
4. 根据权利要求3所述的光学分析系统，其特征在于，每当所述可动的装置处于所述第一位置时，所述可动的窗与所述固定的窗之间 的光路长度得以保持。
5. 根据权利要求3所述的光学分析系统，其特征在于，所述光学 分析系统还包括位于所述可动的装置中以使所述光能穿过其而进入到所述可动 的装置中的腔室内的入口；以及安装于所述腔室中以将从所述入口进入的光能导向所述可动的 透射窗的反射镜。
6. 根据权利要求5所述的光学分析系统，其特征在于，所述光学 分析系统还包括位于所述可动的装置中以使所述光能穿过其而传出所述可动的 装置中的所述腔室的出口 ，安装于所述腔室中以将所述光能从所述可 动的透射窗导向所述出口的至少一个反射镜。
7. 根据权利要求1所述的光学分析系统，其特征在于，所述光学 分析系统包括包括所述可动的透射窗的可动的装置； 包括所述固定的透射窗的固定的装置；以及， 紧固于所述可动的装置与所述固定的装置之间的轴承组件，所述 可动的装置在所述固定的装置的 一部分内旋转。
8. 根据权利要求7所述的光学分析系统，其特征在于，所述可动 的窗滑入及滑出所述样品。
9. 根据权利要求8所述的光学分析系统，其特征在于，所述可动 的装置包括突出的鼻形件组件，其具有所述可动的透射窗安装于其中的大体 凸出的球形表面部分，所述大体凸出的球形表面部分接收于所述固定 的装置中的、所述固定的透射窗安装于其中的大体凹入的球形表面部并容纳所述样品、同时保持所述固定的窗与所述可动的窗之间的已知路径长度的空间。
10. 根据权利要求1所述的光学分析系统，其特征在于，包括 包括所述可动的透射窗的可动的装置； 包括所述固定的透射窗的固定的装置；以及将所述可动的装置以枢轴的方式紧固到所述固定的装置上的铰 链，所述可动的装置当相对于所述固定的装置运动时绕所述铰链进行 枢转，以将所述可动的装置定位成与所述固定的透射窗成光学对准。
11. 根据权利要求IO所述的光学分析系统，其特征在于，包括 所述检测系统被固定到所述可动的装置上。
12. 根据权利要求IO所述的光学分析系统，其特征在于，所述可 动的透射窗在接触所述样品之前纟皮定位于所述样品上方。
13. —种用于样品的红外透射分析的取样装置，包括 可动的红外透射窗；固定的红外透射窗；其中所述可动的红外透射窗具有相对于所述固定的红外透射窗 精确地定位并且与所述固定的红外透射窗间隔开的第一位置，在所述 第 一位置，样品容纳于所述可动的窗与所述固定的窗之间的空间中， 红外能量透射穿过所述窗中的一个、所述样品和另一个所述窗，从而 得到用所述样品的红外特性进行了编码的红外能量；以及其中所述可动的红外透射窗相对于所述固定的窗具有至少第二 位置，以用于暴露两个所述窗以允许从所述固定的窗移除所述样品、 清洁两个窗以及在所述固定的透射窗上放置新样品。
14. 根据权利要求13所述的用于红外透射分析的取样装置，其特 征在于，所述取样装置还包括可动的装置，所述可动的窗被固定地紧固到所述可动的装置上； 固定的装置，所述固定的窗被固定地紧固到所述固定的装置上； 以及，在所述第一位置，所述固定的装置的一部分选择性地延伸到所述可动的装置中的第 一制动部内以将所述可动的装置紧固到所述固定 的装置，且在所述第一可动的透射窗处于其第二位置时，所述固定的 装置的所述一部分选择性地延伸到所述可动的组件中的第二沿周向 间隔开的制动部内。
15. 根据权利要求14所述的光学分析系统，其特征在于，其还包括固定到所述可动的装置上并为所述可动的装置的一部分的检测 系统。
16. 根据权利要求14所述的用于红外透射分析的取样装置，其特 征在于，所述可动的装置可旋转地安装到所述固定的装置上以允许所 述可动的装置选择性地绕基本上平行于所述固定的装置的轴线在所 述笫一可动的透射窗的第一位置与第二位置之间进行旋转。
17. 根据权利要求16所述的用于红外透射分析的取样装置，其特 征在于，当所述可动的窗运动到所述第一位置时所述可动的窗剪切所 述样品。
18. 根据权利要求14所述的用于红外透射分析的取样装置，其特 征在于，所述取样装置还包括用于相对于所述固定的透射窗可调整地建立所述可动的透射窗 的第一位置的可调整的设定器件。
19. 根据权利要求13所述的用于红外透射分析的取样装置，其特 征在于，所述取样装置还包括可动的装置，所述可动的窗#皮固定地紧固到所述可动的装置上； 固定的装置，所述固定的窗^L固定地紧固到所述固定的装置上； 以及，将所述可动的装置以枢轴的方式紧固到所述固定的装置上的铰 链，当所述可动的窗在所述第一位置与所述第二位置之间运动时所述 可动的装置绕所述铰链进行枢转。
20. 根据权利要求19所述的用于红外透射分析的取样装置，其特征在于，所述可动的装置包括至少一个反射镜，所述反射镜可操作， 以将所述红外能量从所述可动的装置中的光学入口传送到处于其第 一位置的所述可动的透射窗、所述样品和所述第二固定的透射窗。
21. —种用于执行样品的红外透射分析的方法，所述方法包括 通过包括可动的透射窗、样品和固定的光学透射窗的透射取样装置在光能源与检测系统之间限定包括可重复的路径长度的光路；使光能沿着所述光路穿过所述透射取样装置以获得用所述样品的特性进行了编码的光能；在检测系统中分析所述经编码的光能以分析所述样品；以及 选择性地暴露所述第一窗和第二窗，以用于样品取出/插入及维护所述窗。
22. 根据权利要求21所述的用于执行样品的红外透射分析的方 法，其特征在于，所述限定步骤包括相对于所述固定的透射窗将所述可动的光学透射窗设定到第一 位置，当所述可动的窗处于所述第一位置时所述样品在所述可动的窗 与所述固定的窗之间。
23. 根据权利要求22所述的用于执行样品的红外透射分析的方 法，其特征在于，所述暴露步骤包括相对于所述固定的透射窗将所述可动的光学透射窗设定到第二 位置，当所述可动的窗处于所述第二位置时所述窗彼此分开并且向使 用者暴露。
24. 根据权利要求23所述的用于执行样品的红外透射分析的方 法，其特征在于，将所述可动的窗设定到所述第一位置及将所述可动 的窗设定到所述第二位置包括相对于所述固定的窗移动所述可动的窗。
25. 根据权利要求21所述的用于执行样品的红外透射分析的方 法，其特征在于，限定所述光路包括将所述可动的窗定位成与所述样品处于光学对准。
26. 根据权利要求21所述的用于执行样品的红外透射分析的方 法，其特征在于，所述方法还包括调整所述可动的窗与所述固定的窗之间的所述可重复的路径长度。
27. 根据权利要求21所述的用于执行样品的红外透射分析的方 法，其特征在于，所述方法还包括将所述可动的窗安装于可动的装置中且将所述固定的窗安装于 固定的装置中。
28. 根据权利要求27所述的用于执行样品的红外透射分析的方 法，其特征在于，所述方法还包括相对于所述固定的装置旋转所述可动的装置。
29. 根据权利要求28所述的用于执行样品的红外透射分析的方 法，其特征在于，所述方法还包括将所述可动的组件选择性地保持于第一位置和第二位置，在所述 第一位置所述可动的窗与所述固定的窗处于光学对准并与其邻近地 隔开，在所述第二位置所述可动的窗与所述固定的窗分开以允许所述 窗维护及样品插入与移除。
30. 根据权利要求27所述的用于执行样品的红外透射分析的方 法，其特征在于，所述方法还包括相对于所述固定的装置枢转所述可动的装置。
全文摘要
一种利用透射光谱学来分析液体和固体的光学分析系统包括光能源(2)、样品、可动的光能透射窗、固定的光能透射窗以及检测系统(8)。固定的透射窗相对于光能源保持固定。样品选择性地定位于可动的光能透射窗与固定的光能透射窗之间以分析该样品。光能透射穿过所述窗中的一个窗、样品和另一个窗，以便由于使光能透射穿过样品而获得经编码的光能。检测系统接收该经编码的光能进行分析。可动的光能透射窗可相对于固定的光能透射窗选择性地运动以重复地并精确地对准两个窗和样品，并且使得它们可以容易地接近。
文档编号G01N21/03GK101523190SQ200780034328
公开日2009年9月2日 申请日期2007年7月17日 优先权日2006年7月20日
发明者D·W·施廷, G·雷斯勒, J·H·萨勒 申请人:Sas光子学有限责任公司