CN101389948B - 多气体监测系统 - Google Patents

多气体监测系统 Download PDF

Info

Publication number
CN101389948B
CN101389948B CN2006800411464A CN200680041146A CN101389948B CN 101389948 B CN101389948 B CN 101389948B CN 2006800411464 A CN2006800411464 A CN 2006800411464A CN 200680041146 A CN200680041146 A CN 200680041146A CN 101389948 B CN101389948 B CN 101389948B
Authority
CN
China
Prior art keywords
sample cell
sample
radiation beam
trace gas
target surface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN2006800411464A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101389948A (zh
Inventor
M·L·斯帕茨
V·萨帕塔里
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MKS Instruments Inc
Original Assignee
MKS Instruments Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MKS Instruments Inc filed Critical MKS Instruments Inc
Publication of CN101389948A publication Critical patent/CN101389948A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101389948B publication Critical patent/CN101389948B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N21/031—Multipass arrangements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/45—Interferometric spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
    • G01N21/45—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length using interferometric methods; using Schlieren methods
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N2021/3595—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using FTIR
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N21/05—Flow-through cuvettes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N21/09—Cuvette constructions adapted to resist hostile environments or corrosive or abrasive materials

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Optical Measuring Cells (AREA)

Abstract

描述了一种监视环境空气中毒性化学物质的分光检测系统。该系统是一台密致的便携式多气体分析仪，能以十亿分之几(ppb)的级别检测与鉴别范围广泛的化学成分，包括各种神经与起疱试剂及毒性工业化学品。系统使误警(如误肯定或误否定)减至最少，具有高度专一性，而且根据应用情况，能以几秒钟到几分钟的响应时间工作。该系统是台全配套的分析仪，备有傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪、气体样品池、检测器、埋置式处理器、显示器、电源、气泵、加热单元和装在单元上的其它元件，单元有一个收集样品的吸气口和一个与外部设备接口的电子通信端口。

Description

多气体监测系统
技术领域
本发明一般涉及吸收光谱仪，尤其涉及检测痕量的化学战制剂、毒性工业化学品和其它能在环境空气中发现的痕量化合物。
背景技术
光谱学研究电磁辐射与样品(例如含气体、固体和液体中的一种或多种)之间的互作用。辐射与特定样品的互作用方式取决于样品的特性(例如分子组成)。通常，辐射通过样品时，辐射的特定波长被样品内的分子吸收。被吸收的特定辐射波长对特定样品内的分子吸收。被吸收的特定辐射波长对特定样品内的每种分子是独特的。因此，识别哪些辐射波长被吸收，就能识别出现在样品中的特定分子。
红外光谱学是特定的光谱学领域，例如在该领域中，通过使样品(如气体、固体、液体或它们的组合)经受红外电磁能来测定样品内的分子种类和各别分子浓度。通常，红外能被表征为能量波长为约0.7μm(频率为14000cm-1)～约1000μm(频率为10cm-1)的电磁能。红外能被引导通过样品，能量与样品内的分子互作用。通过样品的能量被检测器(如电磁检测器)检测，然后被栓信号用来例如测定样品的分子组成和样品内特定分子浓度。
一种特定的红钱光谱仪是傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪，它们被应用于许多行业，例如空气质量监视、爆炸与生物制剂检测、半导体处理和化学生产。FTIR光谱仪的不同应用要求不同的检测灵敏度，使得用户能区分样品中出现哪些分子，且能测定不同分子的浓度。在一些应用中，必须把样品内各别分子浓度标识到十亿分之一(ppb)以内。随着工业应用要求越来越高的灵敏度，优化现有光谱学系统和应用新的光谱学元件，能使系统反复可靠地分辨样品中越来越小的分子浓度。
发明内容
在各种实施例中，本发明的特征是一种分光检测系统，用于监视和/或检测诸如环境空气的气体样品中的有毒化学物质。该系统可以是一台小巧的便携多气体分析仪，能以十亿分之几(ppb)的级别检测与鉴别范围广泛的化学成分，包括各种化学战制剂(CWA)、毒性有机化合物(TOC)和毒性工业化学品(TIC)。该系统使误报警(如错误肯定或错误否定)减至最少，具有高度专一性特点，且能根据应用场合以几秒或几分钟量级的响应时间工作。
在一实施例中，系统封装成不引人注目的自动操作单元，能部署在建筑物的空气处理系统内，提供足以保护楼内人员的迅速灵敏的危险报警，还使自适应基础系统对出现的污染作出反应。在一实施例中，该单元是一台全配套的分析仪，具有FTIR光谱仪、气体样品池、检测器、埋置式处理器、显示器、气泵、电源、加热元件和其它装在该单元上的元件，配有收集样品的进气管和与其它设备接口的电子通信端口。
在一个方面，本发明以能够测量痕量气体的装置为特征。该装置包括第一辐射束源和干涉计，后者接收来自前方的第一辐射束并形成含干涉信号的第二辐射束。样品池与干涉计作光通信，而且该样品池包括样品池第一端处的凹反射场表面和样品池第二端处基本上为球形的凹反射目标表面。目标表面与场表面成相对关系，目标表面包括一个至少在一个平面内提高焦点至合度的圆柱形元件，使第二辐射束经在每个场表面与目标表面上多次反射而通过样品池传播的总量最大。该装置还包括使气体样品通过样品池流动的流动机构、与样品池通信的冷却型检测器及与冷却型检测器电通信的处理器。冷却型检测器接收通过样品池内样品传播的干涉信号，处理器根据干涉信号确定样品内痕量气体的吸收分布。源、干涉计、样品池、冷却型检测器与处理器可置于一个机壳内。
在另一个方面，本发明以光学测量痕量气体的方法为特征。该方法包括提供一台便携型吸收光谱仪并使环境空气样品通过样品池流动。吸收光谱仪包括一个样品池，样品池第一端的环表面与第二端的目标表面成相对关系，形成一条折叠的路径。可以优化样品池的容量和辐射束在折叠路径中的通过次数，使在样品池中传播的辐射束通过量最大，以检测环境空气样品中浓度小于约500ppb的痕量气体。
在又一个方面，本发明以光学测量痕量气体的方法为特征。该方法包括提供一台包含基本上密封的样品池的吸收光谱仪。样品池包括位于其第一端的场表面与位于其第二端的目标表面，二者成相对关系，引导辐射束通过样品池。辐射束中通过环境空气样品传播的第一信号在样品池中以第一压力被测量。样品池被环境空气增压至第二压力，以第二压力测量辐射中通过环境空气样品传播的第二信号。第一与第二信号经组合、测定指示存在痕量气体的信号。
在各种实施例中，可将第一与第二信号组合起来测定痕量气体的吸收分布。在一些实施例中，辐射束可包括干涉信号。在一实施例中，可根据通过样品池中样品传播的干涉信号测定痕量气体的吸收分布。在一实施例中，通过对样品池增压，可相对于基线信号增大痕量气体的吸收分布的幅值。
在再一个方面，本发明以从光学系统除污染物的方法为特征。该方法包括：测定吸收光谱仪中至少一个样品区内的污染物浓度，而且如果污染物浓度超过某一污染值，就把该样品区加热到除去污染物的净化温度。一面监视污染物浓度，一面加热样品区，在污染物浓度达到净化值时，可以减少或停止样品区的加热。
在又一方面，本发明以能测量痕量气体的装置为特征。该装置包括：从源接收第一辐射束并形成含干涉信号的第二辐射束的干涉计、与干涉计光通信的样品池、使气体样品流过样品池的流动机构、至少加热样品池的模块、与样品池光通信的检测器，及与检测器和模块电通信的处理器。检测器接收通过样品池内样品传播的干涉信号。处理器接收通过样品池内样品传播的干涉信号。处理器根据干涉信号测定样品中的污染物浓度，若样品池中污染物浓度超过污染值，就发信号通知模块把样品池加热到去除污染物的净化温度，监视污染物浓度，同时模块加热样品池，若污染物浓度达到净化值，就发信号通知模块减少或停止加热样品池。
在另一些示例中，以上的任一方面或成本文所述的任何装置或方法，都可包括以下特征中的一个或多个。在各种实施例中，痕量气体的浓度小于约500ppb。在一实施例中，痕量气体的浓度约为10～50ppb。在一实施例中，机壳可携带，而且限定了吸入包含气体样品的环境空气的孔，该孔与样品池保持流体连通。在一实施例中，样品池容量可小于约0.8升。在一些实施例中，样品池的路径长度约为5～12米。在一实施例中，装置还包括置于便携机壳内的加热元件，至少把样品池加热到约40～180℃的温度。
在一些实施例中，机壳可装入大楼的空气处理系统，报警器发出声响提醒空气处理系统内有污染物。
在一实施例中，气体样品以大于每分钟3升的速率流过样品池，样品池在约10秒钟的时间间隔内的气体交换率约为80％～95％。在一实施例中，气体样品包括化学制剂、毒性无机化合物或毒性有机化合物。对约50ppb的诸如沙林、塔崩、索曼、硫芥子气或VX等气体，装置的响应时间小于约20秒。
在各种实施例中，能以检测痕量气体的第一分辨率测量第一吸收谱，并以更高的分辨率测量第二吸收谱。在一些实施例中，能以检测痕量气体的第一灵敏度测量第一吸收谱，而以更高的灵敏度测量第二吸收谱。
在各种实施例中，场表面可包括凹反射表面，目标表面包括基本上球形的凹反射表面。目标表面可包括至少在一个平面提高焦点至合度的圆柱元件，使通过样品池折叠路径传播的辐射束的通过量最大。在一实施例中，可根据通过样品区内样品传播的干涉信号测量痕量气体的吸收分布。
从以下只用于示例性说明本发明原理的附图、详细说明和权利要求，将清楚地了解本发明的其它方面与优点。
附图说明
参照以下结合附图所作的说明，可更好地理解上述的本发明优点和其它优点。图中，相同的标号通常指不同视图里的同样部分。附图不必按比例，一般着重示明本发明的原理。
图1示出根据本发明用于监视和/或检测气体样品中痕量气体的示例性检测系统的框图。
图2示出根据本发明的示例光学配置的示意图。
图3示出根据本发明用于将样品引入样品池的示例流量系统的框图。
图4是根据本发明的路径长度/NEA与样品池光学表面之间通过次数的关系曲线图。
图5是根据本发明在痕量气体输入示例检测系统期间痕量气浓度与时间的关系曲线图。
图6示出根据本发明的一系列测量的等时线。
图7示出根据本发明用于监视和/或检测气体样品中痕量气体的示例性检测的平面图。
图8示出根据本发明用于监视和/或检测气体样品中痕量气体的示例性检测的某些元件的平面图。
具体实施方式
图1示出用于监视和/或检测气体样品中痕量气体的示例性装置10的框图。装置10可用于检测痕量物质，诸如沙林、塔崩、索曼、硫芥子气与VX神经毒气。在一些实施例中，可检测固体或液体物质的蒸气。装置10可以是吸收光谱仪和/或傅里叶变换红外(FITR)光谱仪。在图示实施例中，装置10包括源14、干涉计18、样品池22、气体样品源26、检测器30、处理器34、显示器38和机壳42。在各种实施例中，装置10可用于在很短的时间周期内检测痕量气体，很少有(若有的话)误肯定或误否定。
在各种实施例中，源14能提供辐射束(如红外辐射束)。源14可以是激光器或非相干源。在一实施例中，源是发光条，即加热到约1000℃产生黑体辐射的惰性固体。发光条可用碳化硅构成并可通电。系统的光谱范围约为600cm-1～5000cm-1，其分辨率约为2～4cm-1。在一实施例中，检测系统在检测痕量气体时，可记录痕量气体较高分辨率的光谱，该较高分辨率的光谱有助于识别该痕量气体。
在各种实施例中，辐射源14和干涉计18包括单台仪器。在一些实施例中，干涉计18是本领域公知的Michelson干涉计。在一实施例中，干涉计18足够自MKS仪表公司(Wilmington，MA)的BRIK干涉计，它包括：分裂与组合射入的组合器、调制辐射的活动直角棱镜(cornercnbe)、用于识别中心脉冲吊的白光源以及监视直角棱镜速度的垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。BRIK干涉计可以不受倾斜与横移误差及热学变化的影响，这增强了干涉计的坚固性。
在一实施例中，干涉计18是个模块，包括辐射源、固定小镜、可动小镜、光学模块和检测器模块(如检测器30)。该干涉计模块可测量由其源产生并发射通过样品(如样品池22所含的样品26)的所有光学频率。将辐射导向光学模块(如分束器)，后者把辐射分成两束，即第一与第二信号。可动小镜在这两个原来基本上相同的电磁能束之间形成可变的路径长度。可动小镜一般以恒速移动或扫描。第一信号运行了与第二信号不同的距离后(本例中因可动小镜运动所致)，第一与第二信号可被光学模块复合，产生强度被两束的干涉所调制的辐射度信号。该干涉信号通过样品被检测器测量。不同样品(如固体、液体或气体)的存在可调制被检测器检测的辐射的强度。因此，根据固定小镜与可动小镜的相对位置建立的光程差和样品产生的电磁信号的调制，检测器的输出是可变的、依赖于时间的信号。该输出信号可被描述为一种干涉图。
该干涉图可表示为接收能量强度与可动小镜位置的关系图，本领域的技术人员把该干涉图当作与时间相关的信号。该干涉图与可动小镜的位移产生的可变光程差相关。由于可动小镜的位置一般希望以恒速扫描，所以技术人员把该干涉科称为“时域”信号。该干涉图可被理解为由源发射并通过样品的所有能量波长的总和。应用傅里叶变换(FT)的数学处理，计算机或处理器就能把干涉图转换成一种表征光通过样品被发射或吸收的光谱。因各类分子吸收特定的能量波长，故能基于干涉图与相应的光谱测定存在于样品中的分子。同样地，被吸收或发射通过样品的能量的大小可用来测定样品中分子的浓度。
在各种实施例中，不用干涉计形成干涉信号。吸收光谱仪用于记录光信号，并由发射通过采样区的信号导出有关痕量物质的信息。例如，可以使用吸收谱或微分谱。
在各种实施例中，样品池22可以是折叠路径和/或多次通过吸收池。样品池22可以包括一个铝质外壳，里面包含一个光学元件系统。在一些实施例中，样品池22是折叠路径光学分析气体池，如美国专利5,440,143所述，其内容引用在此作为参考。
在各种实施例中，气体样品26的源可以是环境空气。样品池22或气体采样系统可以收集周围的空气并将它引入到样品池22的采样区域。通过使用包括样品池22的进口46和出口50的流动系统，可将气体样品按规定的流速引入样品池22。
在各种实施例中，检测器30可以是红外检测器。在一些实施例中，检测器30是冷却型检测器。例如，检测器30可以是冷冻剂冷却型检测器(比如，汞镉碲化物(MCT)检测器)、Stirling冷却型检测器、或Peltier冷却型检测器。在一实施例中，检测器是氘化三甘肽硫酸盐(DTGS)检测器。在一实施例中，检测器是0.5mm Stirling冷却型MCT检测器，具有提供检测痕量气体所需的灵敏度的16μm截止区。Stirling冷却型MCT检测器的相对响应性(responsitivity)(即响应性比率与波长相关)，在整个感兴趣的主波长区(如8.3～12.5μm)内至少为80％。此外，Stivling冷却型M CT检测器的D*值至少是3×1010cm Hz 1/2W-1。D*定义为检测器噪声等效功率乘以有效单元面积方根的倒数。
处理器34接收来自检测器30的信号，利用其光谱指纹识别痕量气体或对样品内的特定材料提供相对或绝对浓度。处理器34可以是例如信号处理硬年和在个人计算机上运行的定量分析软件。处理器34包括处理单元和/或存储器。处理器34可连续获取并处理光谱，同时计算样品内多种气体浓度。处理器34能向显示器38发送信息，诸如痕量气体的身份、痕量气体的光谱和/痕量气体的浓度。处理器34能以图表格或保存谱浓度时间历史，且也能予以显示。处理器34能收集和保存各种其它数据供以后重新处理或审视。显示器38可以是阳极射线管显示器、发光二极管(LED)显示器、扁平屏显示器或其它本领域已知的合适显示器。
在各种实施例中，机壳42适合设置便携型、耐用型与轻量型检测系统中的一种或多种。机壳42可包括手柄和/或便于固定于运输机构，诸如拖平或手推平。机壳42很坚固，在运输或跌落时足以防止光学元件失准或损坏。在各种实施例中，设置10重量只有40磅。在一实施例中，装置10全配套(比如在机壳42内包括以集样品、记录光谱、处理光谱和显示有关样品信息所需的所有元件)。
图2示出装置10可使用的一种光学配置的示例性实施例。来自源14(如发光系)的辐射被第一小鏡52导向干涉计18(如包括溴化钾分束器)。该辐射束被抛物镜54(PM)导向第一折叠镜58进入样品池22。辐射束从样品池出射并被第二折叠镜62导向椭圆镜66(EM)，后者把辐射束导向检测器30。
在一代表性实施例中，抛物镜54的有效焦距约105.0mm，原始焦距约89.62mm，偏心值约74.2mm。抛物镜54的直径约30.0mm，反射角约45°。
在一实施例中，椭圆镜66的长半轴约112.5，短半轴约56.09，椭圆倾角约7.11°。椭圆镜66的直径约30.0mm，反射(注射线)角约75°。
在各种实施例中，第一折叠镜58的直径约25mm，第二折叠鏡62的直径约30mm。
小镜与光学元件包括金、银或铝涂膜。在一实施例中，椭圆与抛物镜涂金，扁平折叠镜涂银。
在各种实施例中，样品池包括目标表面74和场表面78，前者基本上为球形凹面，后者为凹面并与目标表面74以相对关系定位。目标表面74包括在至少一个平面增强焦点重合度的至少一个圆柱元件，使在表面74与78之间传播的辐射束通过量最大。在一实施例中，目标表面74包括多个基本上球形的凹反射目标表面，每个表面包括至少在一个平面增大焦点重合度的圆柱元件，使辐射束通过量最大。目标表面的弯曲中心位于场表面78后面。增大至少一个平面内的焦点重合度，能更好地控制畸变、像散、球面像差与彗差，实现更高的通过量。添加该圆柱元件可减小一个平面内的有效曲率半径，使入射在反射表面上的光在正交平面内更好地接近焦点。在一实施例中，目标表面为74在其上叠加一个圆柱元件，在两个正交的平面内提供不同的曲率半径。目标表面74可具有接近环形的轮廓。
样品池22的总路径长度约5～15m，虽然根据应用场合可使用更长或更短的路径长度。在一详细实施例中，样品池22的总路径长度约10.18m，这由目标表面74与场表面78之间总通过次数约48次决定。样品池22的光学元件对0.5mm检测器与1球面度收集角而优化。检测器光学放大比约8∶1。目标表面74和场表面78有全涂模，在800～1200cm-1内的标称反射率约98.5％。样品池内部容积约为0.2～0.8L，但可根据应用使用更大或更小的容量。在一详细实施例中，容量约0.45L。
在一实施例中，用于把辐射束导入并通过样品池22、使辐射束聚焦于样品池22的入射缝和/或辐射束导向检测器的小镜和光学元件，可被优化成匹配样品池的光学特性，这样能使辐射通过量最大，提高检测系统的灵敏度。
如在一实施例中，正确对准的光学配置的效率约为88.8％。本文所使用的效率是指撞击像块的射线量与在发射角度范围内发射的射线总量之比。在一实施例中，折叠镜58与62和检测器30的位置都可调节，以便裣补偿干涉计18、抛物镜54、样品池22与检测器30之间的各种机械容差的误差。在一实施例中，下列标称(设计的)光学距离可用于优化通过量。
·检测器到椭圆镜(X1)约21.39mm。
·椭圆镜到折叠镜(X2)约132.86mm。
·折叠镜到样品池(场镜表面)(X3)约70.00mm。
·样品池路径长度约10181.93mm。
·样品池到折叠镜(X4)约70mm。
·折叠镜到抛物镜(X5)约35mm。
图3示出把样品引入样品池22的示例流动系统82的示例性实施例。流动系统82包括过滤器86、流量传感器90、选用的加热单元94、气体池22、压力传感器98、阀102和气体管线110连接的泵106。箭头表示流向。流动系统82的一个或多个元件包括例如湿式部件，诸如聚四氟乙烯、不锈钢和Kalrez，可承受净化温度并耐受CWA与TIC的腐蚀性。
过滤器86可以是购自Mott公司(Farmington，CT)的一列式2μm不锈钢过滤器。流量传感器90可以是包含不锈钢湿式部件的质量流量传感器，例如购自McMillan公司(Georgetown，TX)的流量传感器。加热单元94可以是购自Watlow电气制造公司(St，Loais，MO)的管道加热器(Lineheater)。压力传感器98可以是购自MKS仪表公司(Wilmington，MA)的Baratron压力传感器。阀102可以是不锈钢质，包括聚四氟乙烯圆环，例如购自Wsagelok公司(Solon，OH)的阀。气体管路110可以是购自Swagelok的3/8英寸直径的管线。
泵106可以是带加热头的“微量”隔膜式泵，可以使用Air Dimensions公司(Deerfield Beach，FL)出售的Dia-VacB161泵。在一实施例中，可使用的购自Hargvaves技术公司(Mooresville，NC)的小型隔膜式泵。该例中，泵106位于样品池22下游让空气通过，因此系统内的任何泄漏可被脱离分析仪而不是推入分析仪，把分析仪内部元件受污染的风险减至最小。此外，还可防止涉及泵弹性体的无意识化学反应的不希望的产物进入样品池22。
在各种实施例中，通过流动系统82的流速为2～10L/min，但可根据应用场合使用更大或更小的流速。在一实施例中，流速为3～6L/min。样品的应力约1个大气压，但可根据应用将压力保持得更大或更小。在一些实施例中，样品池可在高压下诸如高达4个大气压工作。样品池的工作温度约为10～40℃，但可根据应用保持更高或更低的温度。在一实施例中，检测系统包括一个把样品加热至约40～180℃的加热单元。在一实施例中，温度可升到净化该装置的150℃。
在各种实施例中，样品池路径长度约为5～12m。场表面与目标表面的间距受气体采样流速的约束。在一实施例中，16cm间距与32次通过的5.11米样品池，内容量约0.2L。在另一实施例中，对于同样的通过次数，20.3cm间距与32次通过的容量约0.4L。在又一实施例中，25.4cm间距的容量约0.6L。确定的流速能至少以每10秒钟合适地提供“新鲜的”环境气体，尽管可得到更小的采样速率。在各种实施例中，流速(如2～10L/min)可优化成提供优化的气体交换率，如在一个实施例中，在20秒的检测时间间隔内，气体交换率至少是80％。在一实施例中，在10秒的检测时间间隔内，气体交换率为约80～95％。
路径长度/NEA比可用作量化检测系统的灵敏度的量度，其中路径长度是以米计的样品池的总束路径长度，NEA是以吸光度单位(AU)计的噪声等效吸光度。如果灵敏度受检测系统的非系统性误差(也称为随机噪声，诸如检测器与电子噪声)的限制，则检测极限反比例于路径长度/NEA比。例如，如果该比值加倍，则特定样品的检测极限(ppb或mg/m3)就减半。因此，这对灵敏度性能是个合适的量化量度。例如，该量度不考虑先进的采样技术诸如气体增压与冷捕获导致的灵敏度增强。
考虑到限制系统噪声，诸如检测器与数字化噪声，可对各种系统配置优化路径长度/NEA比。能优化的参数包括流速、样品池容量、光程长度、通过样品池次数、光学配置、镜反射率、镜反射材料和使用的检测器。例如，在尺寸、成本与使用寿命的约束范围内，最佳检测器就是D*值与速度最高(响应时间较短)的检测器。
对于检测器噪声受限制的光谱仪。灵敏度或路径长度/NEA比正比于D*值。检测器带宽决定着最大扫描速度，后者又决定了能在允许的测量周期内实现的最大数据求均量。对于检测器或电子噪声受限制的系统而言，例如灵敏度通常随平均扫描次数的平方根或执行这些扫描的时间而增高。在一实施例中，Storling冷却型检测器能提供至少为1.5×105m/AU的路径长度/NEA灵敏度比。DTGS检测器尺寸基D*值较低且速度较慢，但因其成本低、不需维护，是一种廉价的替代品。
通过优化场表面与目标表面之间的距离和这些表面间的通过次数，确定路径长度/NEA值。图4对各种表面间距，例如6.3英寸(16.0cm)、8英寸(20.3cm)与10英寸(25.4cm)，示出了路径长度/NEA与小镜反射的关系曲线。如图4所示，最大路径长度/NEA值出现在92次通过处。但在92次通过处，由于小镜表面的反射损失，只发射了25％的光。在一详细实施例中，样品池的透射率约50～60％。因小镜反射率为98.5％，故60％的透射率相当于约32次通过，图4中用垂线表示。50％的透射率相当于约48次通过。表1列出了为提供用于检测样品中痕量气体的采样系统而组合的示例性参数。
表1.为提供用于检测样品中痕量气体的采样系统的示例性参数组合
系统 表面间距(cm) 通过次数 总路径长度(m)   路径长度/NEA(m/AU)   池容量(L)   流速1(L/m)   流速2(L/m)
  A   16.0   32   5.11   1.4×105   0.2   2   3
  B   20.3   32   6.5   1.8×105   0.4   4   6
  C   25.4   32   8.1   2.3×105   0.6   6   9
  D   16.0   48   7.7   1.9×105   0.3   3   4.5
  E   21.1   48   10.18   2.5×105   0.5   5   7.5
  F   25.4   48   12.2   3.0×105   0.8   8   12
注1：间隔为10秒时气体交换率为80％的流速
注2：间隔为10秒时气体交换率为90％的流速
路径长度/NEA比可转换成浓度检测限定，单位为mg/m3或十亿分之几(ppb)。转换方法是对预期峰吸光度幅值与预期NEA值作一比较。装置10可用于检测浓度低于约500ppb的痕量物质，诸如沙林、塔崩、索曼、硫芥子气与VX神经毒气等。在各种实施例中，浓度约为10～500ppb，但根据系统与应用情况，能检测更高和更低的浓度。在一些实施例中，浓度可为5～50ppb，取决于物质。例如，装置10能检测浓度约8.6～30ppb的痕量沙林、浓度约12.9～39ppb的痕量塔崩、浓度约7.3～22.8ppb的痕量塔崩、浓度约36.7～43.9ppb的痕量VX神经毒气。
气体更新率可与路径长度/NEA比相结合，导致表示为“以Z秒钟检测约Xmg/m3(或ppb)的气体Y”的检测系统响应时间，气体更新率则是在样品池内建立新鲜气体供应的量度。检测系统响应时间包括测量时间和计算时间(例如约5秒)。表2对诸如沙林、塔崩、索曼、硫芥子气与VX神经毒气等各种制剂示出了示例性检测系统响应时间。
表2对应用本发明的检测系统测量的痕量气体的示例性检测系统响应时间(秒)
  痕量气体   10ppb的响应时间   20ppb的响应时间   30ppb的响应时间   50ppb的响应时间
  沙林   15.4   12   8.7   7.5
  塔崩   22.6   12.6   10.2   8.4
  索曼   13.7   9.6   8.3   7.2
  硫芥子气   60   37.5   21.4   13.8
  VX神经毒气   22.6   12.6   10.2   8.4
图5是应用步进分布输入法(例如痕量气体在测量循环开始时送入样品池)的痕量气体浓度与时间的关系曲线图。测量周期A是收集数据和/或记录干涉图的时间。计算周期B是把干涉图转换到光谱并且进行光谱分析以产生能确定报警级和/或浓度值的数据的时间。
图6示出一系列测量的等时线。试剂1在测量周期1内进入样品池被检测，在计算周期1分析干涉图。试剂2在测量周期1进入样品池，若试剂2足够强，它能在测量周期1的剩余部分被检测；若试剂2不可检，则它在后一测量周期如测量周期2被检测，并在随后的计算周期如计算周期2分析干涉图。
在一实施例中，多次读取可在时间上分开，并有固定的预定间隔。在各种实施例中，该间隔约为1秒～1分钟，但可根据具体应用使用更小或更大的间隔。在一些实施例中，间隔约为5秒、10秒或20秒。因此，响应时间取决于该间隔以及检测系统可检测试剂的时间。
在各种实施例中，基于某种外部因素，诸如检测的痕量气体、威协等级、时刻、室内或楼内可能受试剂影响的人数、具体测量环境或上述因素的组合，检测系统可采纳一个或多个参数。例如在高危条件下，可用较小的间隔使检测时间缩至最短并使痕量试剂的可检性最大。在低然情况下，可使用较大的间隔，从而维持检测系统的使用寿命，减少误报警的可能性(误肯定或误否定)。
此外，超过特定试剂阈值等级的各别测量能触发检测系统减小该间隔，使另外的测量以更短的时间量进行。在各种实施例中，第一光谱以第一分辨率或灵敏度记录。若检出污染，第二光谱就分别以更高的分辨率或灵敏度记录。另外，检测器有一工作于较高温度的备用模式，由此降低其灵敏度。当受外部因素触发时，可降低检测器温度来提高其灵敏度。
在各种实施例中，检测系统可基于外部因素或感受到的威协改变扫描次数，例如为提高检测系统的灵敏度，可增加扫描次数。在一实施例中，检测系统能以更高的分辨率工作，同时记录这些附加的扫描。在一实施例中，每次扫描包括数量增加的平均扫描或各别扫描。
在各种实施例中，检测系统只对谱的低频区(如低于1300cm-1)作数字化，使它能以更快的速率扫描。可用电子滤波器或检测器响应功能消除较高的频率区(如大于1300cm-1)，从而防止或尽量减少假频。
在一些实施例中，检测系统可在一部分谱中检测出存在痕量气体。为确认该痕量气体的存在和/或测定该痕量气体的浓度等级，可分析谱的第二部分。
在一实施例中，可把检测系统封装成密集而配套的多气体分析仪，例如检测系统可以是一种记录、图示、分析与报道空气质量的诊断工具。图7和8示出用于监视空气质量例如环境空气中痕量气体的示例性检测系统。参照图7，检测系统包括机壳42′、第一显示器38’、第二显示器38”、气体入口46’、气体出口50’和连接外部设备的端口118。
机壳42’是个三维矩形箱，包括顶板122、侧板126与底板130(示于图8)。顶板122的铰链与侧板126隔开，因而可打开机壳42’作维修。顶板122的外表面包括第一显示器38”和与之连接或埋入其内的第二显示器38”。第一显示器38’可以是液晶显示器(LCD)，例如触摸屏显示器，它可以接收操作检测系统的命令，并能显示出图示用户界面(GUI)。第二显示器38”可以是发光二极管(LED)显示器，例如用一系列发光的LED指示危险等级、报警状态和/或检测系统健全状态。例如，第二显示器38可包括指示报警状态的第一组绿黄红LED和分开指示传感器健全状态的第二组绿黄红LED。在各种实施例中，机壳42限定吸入环境空气的孔，该孔用于把气体样品引入流动系统样品池中检测。
图8示出在顶板122铰接打开后的顶板122与底板130的内视图。底板包括内底盘，包含安装光学元件的光学箱134，该光学箱134可用铝壳(如6061-T6)构成。在一实施例中，光学箱134是个气密箱。如图8所示，光学箱134包括源14′、干涉计18’、样品池22’、检测器30’、抛物镜54’、第一折叠镜58’、第二折叠鏡62’、椭圆镜66’、目标表面74’和场表面78’。光学箱134还包括流动系统，含有气流调节阀138、压力传感器98’、泵106’、气体管线110和连接配件142供各种元件与风扇150使用的电源146也附接于底板130。检测系统可在不流动空气中工作，风扇150可保持系统内部温度。底板130还包括与顶板122连接的连接器154。
如图8所示，顶板122可包括与之连接的电子元件。例如，顶板122可包括数据采集模块158、镜移动控制模块162、单板计算机166、配电模块170和硬驱动器172。数据采集模块158包括前置放大器、模/数转换器与数据采集板。前置放大器放大接收自检测器30’的模拟信号，该模拟信号可用模/数转换器转换成数字信号。数据采集板可以是购自Netburher(San Diego，CA)的Netburner处理板。单板计算机166可以是运行Windows并向用户提供GUI的流行PC母板。
配电模块170可对系统内其它模块进行配电，可提供监视检测系统功能性的健全与状态传感器。例如，配电模块170可对系统电源146和风扇150配送交流电，能控制温控器174，比如购自Dwyer仪表公司(Michigan City，IN)的Love控制器。配电模块170还监视样品池压力，穿过空气过滤器的差压、样品池温度和检测器温度，A/D转换器转换输出并将结果传回单板计算机166。配电模块170还能根据单板计算机166的命令控制Stirling冷却型检测器的致冷器电机。顶板122还可包括样品池温度发送器。
可用附接于顶板122的模块作数据处理，以实现实时数据分析。谱库包括约300～400种气体的谱印，只要灵下光谱，还可添加更多种气体。数据处理可用诸如MATLAB或C+1等标准计算机编程语言执行。记录的光谱可转移到MATLAB作谱后处理，以便计算气体浓度、谱残留和/或误警率。在各种实施例中，检测系统能以每年少于约6次误警地工作。误警出自于噪声、异常谱效应、分析代码、模型误差、谱库出错或未知干扰。
计算机软件能工作于带图示遥控功能的Java基平台。可对远离检测系统的客户计算机引入标准服务，包括用户注册、Web基GUL、报警触发和/或Ethevnet接口。计算机软件能执行远程安全与控制诊断。此外，端口118可用于把系统接至独立的计算机，后者可执行数据处理与数据分析。
机壳42’设计成可承受50G冲击。在一实施例中，机壳42’长约406mm，宽约559mm。检测系统的质量约20Kg。机壳42’可装在墙上、可动平上或手推平上，包括人工或使用机械提升装置的携带手柄(未示出)。在一实施例中，可把机壳安装成大楼空气处理系统的一部分。检测器感测出有污染时，可采取纠正措施解决污染。例如报警器通知对大楼排气，或增加流入空气处理系统的空气以将法治扫出公用区，或将痕量气体稀释到可接受程度。
在各种实施例中，出现污染时，检测系统可工作于净化系统的高温。系统经配置，可将样品池和流动系统加热到约150～200℃温度，而包括电子与光学元件的其余元件则保持在低于约70℃的温度。例如，可将加热到约150℃的元件与周围元件隔开，防止损坏电路和光学元件的重新对准或受损。样品池与流动系统在高温下工作可加快对污染的解吸附作用。在一实施例中，检测系统一面工作，一面被净化，故能监视净化进程。在一实施例中，检测系统在净化期间用氮气或环境空气吹洗。气体含湿气(例如相对温度大于或等于约30％)。在各种实施例中，系统净化不到2小时又可工作。
在一实施例中，可以测定检测系统中的污染物浓度，若污染物浓度超过某一污染值，至少可将样品区加热到除去该污染物的净化温度。可以一面监视污染物浓度，一面加热样品区，在污染物浓度达到净化值时，可减缓或中止加热。污染值可以是抑制检测系统性能的物质浓度，净化值可以是检测系统不受污染物影响而工作的物质浓度。
在各种实施例中，检测系统的样品池可在高压下工作。虽然路经长度/NEA比不变，但是检测系统的灵敏度因大量痕量气体样品出现在同一路径长度的样品池内而得以增强，反过来可相对于基线生成更大的吸收信号。增大流速，同时保持样品池容量不变，可提高压力。
场表面与目标表面可固定安装，这样在提高压力时，其位置基本上保持不变。例如，可将场表面与目标在棒上固定这些表面。此外，样品池基本上为气密。样品池里的目标表面与场表面可浸在样品气体中，因而可对场表面与目标表面的背面都施加正压力，防止在高压下变形。在各种实施例中，压力为1～10个大气压。在一实施例中，压力为4个大气压。
在一些实施例中，可测量在两个不同压力下的信号并得出这些信号的比值。信号比可消除基线噪声，增强灵敏度，并且/或者增大痕量气体的吸收分布相对于基线信号的幅值。
测量辐束在样品池内以第一压力传播通过环境空气样品的第一信号。用环境空气将样品池增压至第二压力，在样品池内第二压力下测量辐射束传播通过环境空气样品的第二信号。把第一与第二信号组合起来，可测定指示有痕量气体的信号，例如可将这些信号组合起来得出该痕量气体的吸收分布。在一实施例中，辐射束包括一个干涉信号，可根据该干涉信号测定痕量气体的吸收分布。在一实施例中，第一压力约1个大气压，第二压力约1～10个大气压。在一详细实施例中，第一压力约1个大气压，第二压力约4个大气压。
在各种实施例中，第一信号用作第二信号的基线信号，因为在增大压力时，样品池的光学对准保持基本不变。在一些实施例中，测得的基线信号用作第一与第二信号二者的基线信号。
在各种实施例中，流动系统包括一根冷凝管，通过将它冷却到其饱和温度以下来捕获有关气态样品。许多挥发性材料在-75℃或更低的温度下凝结。在一实施例中，从样品池出气口建立一个冷冻的冷却捕获器。在一段规定的时间或收集周期之后，捕获的一种或多种气体经加热，会迅速地蒸发或“闪蒸”回样品池，可作光谱测量。该技术能在样品池保持大气压情况下，把目标气体量增大约一二个数量级。在一实施例中，在一段时间间隔(如每隔约10秒钟)之后，进行连续流量测量，而闪蒸出现的时间间隔更长。
在各种实施例中，检测系统包括长波通滤波器。A/D转换器引起的噪声与检测器引起的噪声为同一量级。配用长波通滤波器能阻塞较高波数区，并可通过减小干涉图中心猝发幅值而降低数字转换器动态范围要求来提高灵敏度。检测器不带光学滤波器时的动态范围约为600～5000cm-1。由于多数作为目标的毒性物质在1500cm-1以下是可检测的，所以可运用增高灵敏度的长波通滤波器来消除高于5000cm-1的光谱。例如，运用在约1667cm-1截止的普通流行的长波通滤波器，路径长度/NEA比的增益可达约20～30％。另外，通过让检测器工作于较高增益，例如特定检测器可达到的最高增益，应用长波通滤波器可改善检测系统的信噪比。在各种实施例中，低灵敏度检测器诸如MCT检测器或DTGS检测器，可用于在较高频率区记录光谱。
虽然已参照特定的示例实施例具体示明和描述了本发明，但是应该理解，在不违背所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情况下，可在形式和细节上作出各种变化。

Claims (25)

1.一种能测量痕量气体的装置，包括：
第一辐射束源；
干涉计，用于接收来自所述源的第一辐射束并形成包含干涉信号的第二辐射束；
与干涉计进行光通信的样品池，所述样品池包括：
位于样品池第一端的凹反射型场表面；和
位于样品池第二端、与场表面成相对关系的基本上球形的凹反射型目标表面，所述目标表面具有在至少一个平面内提高焦点重合度的圆柱元件，从而使在每个场表面与目标表面上经过多次反射而传播通过样品池的第二辐射束的通过量达到最大；
流动机构，用于使环境空气样品流过样品池；
与样品池进行光通信的冷却型检测器，所述冷却型检测器接收传播通过样品池中的样品的干涉信号；
与冷却型检测器进行电通信的处理器，所述处理器根据干涉信号来确定环境空气样品中痕量气体的吸收分布；以及
机壳，其中设置了所述源、干涉计、样品池、流动机构、冷却型检测器和处理器的，
其中优化样品池的容量和第二辐射束的反射次数，以便检测在环境空气样品中浓度小于500ppb的痕量气体。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述痕量气体的浓度为10～50ppb。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述机壳是可携带的且限定一个吸入环境空气样品的孔，所述孔与样品池保持流体流通。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述机壳可装在建筑物的空气处理系统内。
5.如权利要求4所述的装置，还包括一个通知空气处理系统中存在污染物的报警器。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述样品池的容量小于0.8升。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，环境空气样品以大于3升/分钟的速率流过样品池。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，样品池的路径长度为5～12米。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，样品池在10秒钟的时间间隔内具有80～95％的气体交换率。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，对于50ppb的沙林、塔崩、索曼、硫芥子气和VX中的至少一种，所述装置的响应时间小于20秒。
11.如权利要求1所述的装置，还包括设置在机壳内的加热单元，用于至少把样品池加热到40～180℃的温度。
12.一种以光学方式测量痕量气体的方法，包括：
提供一台包括样品池的便携式吸收光谱仪，所述样品池包含位于第一端的场表面和位于第二端的目标表面，这两个表面以相对的关系构成一条折叠的路径；
使环境空气样品流过样品池；以及
优化样品池的容量和辐射束在折叠路径中的通过次数，从而使在样品池中传播的辐射束的通过量达到最大，以便检测在环境空气样品中浓度小于500ppb的痕量气体。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，场表面包括凹反射表面，目标表面包括基本上为圆球形的凹反射表面，所述目标表面有一个在至少一个平面内提高焦点重合度的圆柱元件，从而使传播通过样品池的折叠路径的辐射束的通过量达到最大。
14.如权利要求12所述的方法，还包括：根据传播通过样品池内的样品的干涉信号，确定所述痕量气体的吸收分布。
15.如权利要求12所述的方法，还包括：
按第一分辨率测量第一吸收谱以检测痕量气体；和
按更高的分辨率测量第二吸收谱。
16.如权利要求12所述的方法，还包括：
按第一灵敏度测量第一吸收谱以检测痕量气体；和
按更高的灵敏度测量第二吸收谱。
17.如权利要求12所述的方法，还包括：使样品流动，因而样品池在10秒钟的时间间隔内具有80～95％的气体交换率。
18.如权利要求12所述的方法，还包括：把样品池加热到40～180℃的温度。
19.一种以光学方式测量痕量气体的方法，包括：
提供一台包含大体上气密的样品池的吸收光谱仪，所述样品池包含位于第一端的场表面和位于第二端的目标表面，这两个表面以相对的关系引导辐射束通过样品池，其中所述场表面包括凹反射表面，目标表面包括基本上为圆球形的凹反射表面，所述目标表面有一个在至少一个平面内提高焦点重合度的圆柱元件，从而使传播通过样品池的折叠路径的辐射束的通过量达到最大；
测量传播通过样品池内第一压力下的环境空气样品的辐射束的第一信号；
使带有环境空气的样品池增压到第二压力；
测量传播通过样品池内第二压力下的环境空气样品的辐射束的第二信号；以及
组合第一与第二信号，以确定用于指示存在痕量气体的信号。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述辐射束含一干涉信号。
21.如权利要求19所述的方法，还包括：组合第一信号与第二信号以确定所述痕量气体的吸收分布。
22.如权利要求21所述的方法，还包括：通过对样品池增压，增大痕量气体吸收分布相对于基线信号的幅值。
23.如权利要求20所述的方法，还包括：根据传播通过样品池内的样品的干涉信号，确定痕量气体的吸收分布。
24.一种从光学系统消除污染物的方法，包括：
确定在吸收光谱仪中至少一个样品池内的污染物的浓度，所述样品池包含位于第一端的场表面和位于第二端的目标表面，这两个表面以相对的关系引导辐射束通过样品池，其中所述场表面包括凹反射表面，目标表面包括基本上为圆球形的凹反射表面，所述目标表面有一个在至少一个平面内提高焦点重合度的圆柱元件，从而使传播通过样品池的折叠路径的辐射束的通过量达到最大；
如果所述污染物的浓度超过某一污染值，就把样品池加热到消除所述污染物的净化温度；
在加热样品池的同时，监视污染物的浓度；以及
在所述污染物的浓度达到净化值时，减缓或停止对样品池加热。
25.一种能测量痕量气体的装置，包括：
干涉计，用于接收来自源的第一辐射束并形成含干涉信号的第二辐射束；
与干涉计进行光通信的样品池，所述样品池包含位于第一端的场表面和位于第二端的目标表面，这两个表面以相对的关系引导辐射束通过样品池，其中所述场表面包括凹反射表面，目标表面包括基本上为圆球形的凹反射表面，所述目标表面有一个在至少一个平面内提高焦点重合度的圆柱元件，从而使传播通过样品池的折叠路径的辐射束的通过量达到最大；
使气体样品流过样品池的流动机构；
至少加热样品池的模块；
与样品池进行光通信的检测器，所述检测器接收传播通过样品池内的样品的干涉信号；以及
与检测器和模块进行电通信的处理器，所述处理器根据吸收分布确定环境空气样品中污染物的浓度，若样品池内污染物的浓度超过某一污染值，就通知所述模块把样品池加热到消除所述污染物的净化温度，在所述模块加热样品池的同时，监视污染物的浓度，若污染物的浓度达到净化值，则通知所述模块减缓或停止加热样品池。
CN2006800411464A 2005-09-30 2006-09-29 多气体监测系统 Active CN101389948B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/240,799 2005-09-30
US11/240,799 US7372573B2 (en) 2005-09-30 2005-09-30 Multigas monitoring and detection system
PCT/US2006/038550 WO2008051202A2 (en) 2005-09-30 2006-09-29 Multigas monitoring and detection system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101389948A CN101389948A (zh) 2009-03-18
CN101389948B true CN101389948B (zh) 2013-04-17

Family

ID=38604534

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2006800411464A Active CN101389948B (zh) 2005-09-30 2006-09-29 多气体监测系统

Country Status (8)

Country Link
US (3) US7372573B2 (zh)
EP (1) EP1949077B1 (zh)
JP (3) JP5108780B2 (zh)
KR (1) KR101098124B1 (zh)
CN (1) CN101389948B (zh)
DE (1) DE602006019125D1 (zh)
TW (1) TWI343995B (zh)
WO (1) WO2008051202A2 (zh)

Families Citing this family (45)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8462347B2 (en) * 2005-09-30 2013-06-11 Mks Instruments, Inc. Method and apparatus for siloxane measurements in a biogas
US7372573B2 (en) * 2005-09-30 2008-05-13 Mks Instruments, Inc. Multigas monitoring and detection system
US9001335B2 (en) 2005-09-30 2015-04-07 Mks Instruments Inc. Method and apparatus for siloxane measurements in a biogas
DE102007024198A1 (de) * 2007-05-24 2008-11-27 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Gasanalyse
US7880890B2 (en) * 2007-11-14 2011-02-01 Block Engineering, Llc MEMS michelson interferometer and method of fabrication
WO2010005343A2 (en) * 2008-07-08 2010-01-14 Marat Vadimovich Evtukhov Rebreather respiratory loop failure detector
JP5711123B2 (ja) * 2008-07-25 2015-04-30 サントル ナシオナル ドゥ ラ ルシェルシェサイアンティフィク（セエヌエールエス） 周波数コム光源を有するフーリエ変換分光計
FR2934417B1 (fr) 2008-07-25 2010-11-05 Centre Nat Rech Scient Composants electroniques a encapsulation integree
CN102317756B (zh) * 2008-12-10 2015-01-28 全技术联合公司 适用于例如蒸发光散射检测器等装置的部件
US7952772B2 (en) * 2009-05-08 2011-05-31 Honeywell International Inc. Photonic crystal fiber sensor
US8467996B2 (en) 2011-02-09 2013-06-18 Jorge E Perez Spectral analysis operating system
JP5933034B2 (ja) * 2012-01-17 2016-06-08 エムケイエス インストゥルメンツ， インコーポレイテッド バイオガス中のシロキサンを測定するための方法及び装置
CN103245616B (zh) * 2012-02-14 2015-05-13 利得仪器股份有限公司 环境监测的光径量测反射装置
DE102012006047B3 (de) * 2012-03-27 2013-08-01 Deutsches Zentrum Für Luft- Und Raumfahrt Vorrichtung zur Ermittlung von Gaskonzentrationen
US9625372B2 (en) * 2012-04-16 2017-04-18 Sensor Electronic Technology, Inc. Ultraviolet-based ozone sensor
US10151685B2 (en) * 2012-04-16 2018-12-11 Sensor Electronic Technology, Inc. Ultraviolet-based gas sensor
CN102636440B (zh) * 2012-04-16 2015-05-20 华南理工大学 基于n-气体模型的建材燃烧产烟毒性定量评价方法及系统
US10859474B2 (en) 2013-02-28 2020-12-08 TricornTech Taiwan Real-time on-site gas analysis network for ambient air monitoring and active control and response
US20140295356A1 (en) * 2013-03-29 2014-10-02 Rosemount Analytical, Inc. In situ flue gas analyzer with improved process communication
GB2514387B (en) * 2013-05-22 2015-08-12 M Squared Lasers Ltd Maturation monitoring apparatus and methods
FI125907B (en) * 2013-09-24 2016-03-31 Vaisala Oyj Method and apparatus for measuring the concentration of gases dissolved in liquids
WO2015054594A1 (en) * 2013-10-11 2015-04-16 Precisive, LLC Systems and methods for pressure differential molecular spectroscopy of compressible fluids
BR112016021126B1 (pt) 2014-03-14 2022-08-23 Teledyne Detcon, Inc. Módulo conversor de protocolo e método para bidirecionalmente trocar dados com um conjunto detector de gás e um dispositivo externo
CN103852439A (zh) * 2014-03-28 2014-06-11 北京雪迪龙科技股份有限公司 一种挥发性有机物监测设备及方法
CN106461544B (zh) * 2014-04-14 2019-07-23 皇家飞利浦有限公司 气体传感器的温度补偿
EP3029451B1 (en) * 2014-12-01 2020-11-11 Yokogawa Electric Corporation Laser gas analyzer
DE102014226845B4 (de) * 2014-12-17 2016-11-03 Siemens Aktiengesellschaft Absorptionsspektrometer
US10823661B2 (en) * 2015-08-18 2020-11-03 University Of Cincinnati Analyte sensor and method of use
US11029292B2 (en) * 2016-04-08 2021-06-08 Mls Acq, Inc. Method for identification and quantification of siloxanes in gaseous stream
KR20180098468A (ko) 2017-02-25 2018-09-04 (주)세성 Ｅｃ센서 부가형 가변 광 경로형 ｆｔｉｒ가스센서 및 그를 이용한 측정방법
KR20180098469A (ko) 2017-02-25 2018-09-04 (주)세성 가변 광 경로형 ftir 가스센서 및 그를 이용한 측정방법
DE102017117709A1 (de) 2017-08-04 2019-02-21 Carl Zeiss Jena Gmbh Musterbasierte spektroskopische Gasqualitätsüberwachung
CN108310965A (zh) * 2018-01-26 2018-07-24 昆山市年沙助剂有限公司 一种氮氧化物尾气处理装置
GB201812766D0 (en) * 2018-08-06 2018-09-19 Res & Innovation Uk Optical multi-pass cells
KR101960223B1 (ko) 2018-08-13 2019-03-20 (주)세성 자동 가변 광 경로형 ftir 혼합가스측정장치
US11187585B2 (en) * 2018-10-12 2021-11-30 Mls Acq, Inc. FTIR spectrometer with optical filter for low level gas detection such as formaldehyde and ethylene oxide
US10955294B2 (en) 2019-02-04 2021-03-23 Honeywell International Inc. Optical sensor for trace-gas measurement
FR3092665B1 (fr) * 2019-02-07 2024-08-02 Ifp Energies Now Procede pour la mesure de la concentration en especes gazeuses dans un biogaz
JP7498545B2 (ja) * 2019-05-09 2024-06-12 株式会社堀場エステック 吸光分析システム、吸光分析システム用プログラム、吸光分析装置、及び、吸光度測定方法
FI20195572A1 (en) * 2019-06-27 2020-12-28 Gasmet Tech Oy Back-to-back spectrometer arrangement
US10900838B1 (en) 2019-09-20 2021-01-26 Honeywell International Inc. Wavemeter system using a set of optical chips
US12072281B2 (en) 2019-10-23 2024-08-27 Battelle Savannah River Alliance, Llc Multipass optical spectroscopy cell having a single transmission path
GB2589367B (en) * 2019-11-29 2022-01-12 Thermo Fisher Scient Ecublens Sarl Improvements in optical emission spectrometry
CN111007012A (zh) * 2019-12-20 2020-04-14 北京航天益来电子科技有限公司 高温多反射样品池进气装置
WO2022261522A1 (en) * 2021-06-11 2022-12-15 Cam2 Technologies, Llc Handheld gas and vapor analyzer

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5440143A (en) * 1994-02-25 1995-08-08 On-Line Technologies, Inc. Folded-path optical analysis gas cell
CN2290850Y (zh) * 1997-04-18 1998-09-09 张尧海 便携式红外线微量气体分析仪
CN1414373A (zh) * 2001-10-26 2003-04-30 韩宏峰 气态污染物微量抽取现场分析方法及装置

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4183670A (en) * 1977-11-30 1980-01-15 Russell Robert B Interferometer
DE3277983D1 (en) * 1981-03-02 1988-02-18 Ici Plc Method of and apparatus for monitoring gaseous pollutants
US4538910A (en) * 1982-09-30 1985-09-03 Laser Precision Corporation Dual beam fourier spectrometer
JPS6192859U (zh) * 1984-11-22 1986-06-16
JP3004750B2 (ja) * 1991-02-23 2000-01-31 株式会社堀場製作所 フーリエ変換赤外分光計を用いた定量分析方法
TW228568B (zh) * 1991-08-30 1994-08-21 Forschungsanstalt Fur Luftund Raumfahrt E V Deutsche
JPH0656734U (ja) * 1993-01-09 1994-08-05 株式会社堀場製作所 分光分析装置
US5457316A (en) * 1994-12-23 1995-10-10 Pcp, Inc. Method and apparatus for the detection and identification of trace gases
US5541728A (en) * 1995-04-03 1996-07-30 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Solid stationary interferometer fourier transform spectrometer
JPH09229858A (ja) * 1996-02-20 1997-09-05 Horiba Ltd 赤外線ガス分析計
JPH09269292A (ja) * 1996-03-29 1997-10-14 Kurita Water Ind Ltd 大気中の微量有機物の分析装置
US5777735A (en) * 1996-09-30 1998-07-07 Minnesota Mining And Manufacturing Company In situ analysis apparatus
GB2320155B (en) * 1996-12-03 2000-11-01 Chelsea Instr Ltd Method and apparatus for the imaging of gases
US5838008A (en) * 1996-12-18 1998-11-17 University Of Wollongong Method and apparatus for measuring gas concentrations and isotope ratios in gases
US6266428B1 (en) * 1998-02-06 2001-07-24 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army System and method for remote detection of hazardous vapors and aerosols
EP1101391A4 (en) * 1998-07-30 2005-01-19 Ion Optics Inc INFRARED RADIATION SOURCES, COMPOSITION OF FEATURES AND SOURCES, AND THE PROCESS OF MANUFACTURE
JP3818051B2 (ja) * 1999-12-10 2006-09-06 昭和電工株式会社 アンモニア中の水分濃度の測定方法、測定装置、水分が低減されたアンモニアの製造方法およびその用途
SE0001732L (sv) * 2000-05-10 2001-11-11 Medair Ab Gaskänslig sensorenhet
JP2002139431A (ja) * 2000-11-01 2002-05-17 Kurita Water Ind Ltd 気体中の微量有機物の分析装置
JP2003107036A (ja) * 2001-09-28 2003-04-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd ガス検出装置
US6784428B2 (en) * 2001-10-01 2004-08-31 Ud Technology Corporation Apparatus and method for real time IR spectroscopy
JP3537425B2 (ja) * 2002-03-29 2004-06-14 日本パステック株式会社 複合分析装置
US20050168749A1 (en) * 2002-07-08 2005-08-04 Hongke Ye Optical olfactory sensor with holographic readout
DE102004047677B4 (de) * 2004-09-30 2007-06-21 Advanced Micro Devices, Inc., Sunnyvale Verfahren und System für die Kontaminationserkennung und Überwachung in einer Lithographiebelichtungsanlage und Verfahren zum Betreiben der gleichen unter gesteuerten atomsphärischen Bedingungen
US7372573B2 (en) * 2005-09-30 2008-05-13 Mks Instruments, Inc. Multigas monitoring and detection system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5440143A (en) * 1994-02-25 1995-08-08 On-Line Technologies, Inc. Folded-path optical analysis gas cell
CN2290850Y (zh) * 1997-04-18 1998-09-09 张尧海 便携式红外线微量气体分析仪
CN1414373A (zh) * 2001-10-26 2003-04-30 韩宏峰 气态污染物微量抽取现场分析方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP5108780B2 (ja) 2012-12-26
US20080251727A1 (en) 2008-10-16
US7372573B2 (en) 2008-05-13
TW200723174A (en) 2007-06-16
KR20080064817A (ko) 2008-07-09
US7595887B2 (en) 2009-09-29
US20100079764A1 (en) 2010-04-01
JP2014194433A (ja) 2014-10-09
DE602006019125D1 (de) 2011-02-03
CN101389948A (zh) 2009-03-18
TWI343995B (en) 2011-06-21
EP1949077A2 (en) 2008-07-30
JP2009510486A (ja) 2009-03-12
WO2008051202A3 (en) 2008-09-18
US20070242275A1 (en) 2007-10-18
JP2013015526A (ja) 2013-01-24
EP1949077B1 (en) 2010-12-22
WO2008051202A2 (en) 2008-05-02
KR101098124B1 (ko) 2011-12-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101389948B (zh) 多气体监测系统
US6787776B2 (en) Gas sensor for ammonia, carbon dioxide and water
JP2014194433A5 (zh)
CN104204776B (zh) 生物气中硅氧烷的测量方法及装置
US7170607B2 (en) Gas identification device
US7132657B2 (en) Infrared gas detector
JPH0464023B2 (zh)
CN101069085B (zh) 分光光度计
Twigg et al. Intercomparison of in situ measurements of ambient NH 3: instrument performance and application under field conditions
CN118056123A (zh) 在露天构造中经由激光吸收光谱来同时高灵敏度测量甲烷和乙烷的系统和方法
CN102288574A (zh) 多组分油烟浓度定量分析装置及其分析方法
CN211478058U (zh) 一种气体光谱分析仪
CN103472014A (zh) 多维激光自动对准气体多次反射池探测装置
US8445850B2 (en) Optical remote sensing of fugitive releases
Frish et al. Standoff gas leak detectors based on tunable diode laser absorption spectroscopy
WO1998022792A2 (en) Scalable non-contact optical backscatter insertion probe
CN103471994A (zh) 单光纤传输气体多次反射池探测装置
EP0541734A4 (en) Ftir remote sensor apparatus and method
CN104062245A (zh) 食品中重金属含量快速检测仪
Chang et al. Measurement of the Taiwan Ambient Trace Gas Concentration by Kilometer-Pathlength Fourier-Transform Infrared Spectroscopyt
KR20230076341A (ko) 다이크로익 필터를 이용한 유해물질 혼합가스의 검출 장치
Iseki LASERMETHANE TM—A Portable Remote Methane Detector
Liu Remote Sensing Techniques
Hodgkinson et al. Optical gas-sensing methods for industry
CN117451669A (zh) 一种高灵敏多气体实时监测装置及方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant