CN106574870A - 针对导数光谱法的用于使至少一个光源的波长变化的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光谱装置，其包括用于接收样本的分析区域(2)；至少一个发光二极管(3)，其布置为向分析区域(2)发射具有在工作波长间隔内的发光强度光谱轮廓的光束(4)；部件(5)，其用于随时间改变由所述二极管(3)在所述二极管的工作波长间隔内发射的发光强度光谱轮廓；检测器(6、8、9)，其布置为在由所述二极管(3)发射的发光强度光谱轮廓随时间变化期间，接收由所述二极管(3)发射并且已经与分析区域(2)相交的光束(4)，并且提供对由所述二极管(3)发射并且由检测器接收的光束的检测信号(A′)，所述检测信号是以取决于表示所述发光二级管的发光强度光谱轮廓的至少一个特征的信号的形式。本申请涉及导数光谱法。
Description
技术领域
本发明涉及用于至少一个光源的波长变化的装置。其还涉及用于至少一个光源的波长变化的方法。
这样的装置能够例如允许使用者分析样本。本发明的领域例如为导数光谱法领域。
背景技术
允许对样本内容进行研究的导数光谱技术是已知的。
例如在Anthony J.Owen的、标题为“Uses of Derivative Spectroscopy(导数光谱法的使用)”的文献(Application Note(应用指南)，Agilent Technologies(安捷伦科技)，出版号5963-3940E)中公开了其一般原理。
作为波长的函数，样本的光吸收导数能够包含比吸收本身对研究样本而言更加有用的信息。
为了可以获得作为波长λ的函数的吸收A的导数值有必要以若干接近的波长λ1和λ2(例如以Δλ＝λ2-λ1)来发射光。
第一种技术是具有若干不同的光源，每个源以各自的波长λ1或λ2来发射。
第二种技术是具有单个源，其波长将由机电装置在窄的波长范围内进行调制。例如，文献US 4,752,129描述了一种装置，其中，由等离子源所发射的光束的波长由安装在电磁体上的振动反射镜来调制，这种振动反射镜被布置为将光束反射到衍射光栅上。
然而，根据现有技术的这种装置造成若干问题；由于所有的这些机电部件(振动反射镜、电磁体、衍射光栅等)使得：
·该装置体积大且难以小型化，
·该装置造价昂贵，
·该装置脆弱且不能经受冲击，并且仅能以流动的方式在高要求的地形(宽的温度日较差范围、在其运输期间具有坠落或受到震动的重大风险的恶劣地形等)上困难地使用。
本发明的目的在于解决以上所列举的问题中的至少一项。
发明内容
该目的借助光谱装置来实现，所述光谱装置包括：
·分析区域，其用于接收样本，
·至少一个发光二极管，其布置为朝向分析区域发射光束，所述光束具有在波长工作范围内的光强度的光谱轮廓，
其特征在于，所述装置针对每个发光二极管还包括：
·用于使由所述二极管在该二极管的波长工作范围内发射的光强度的光谱轮廓随时间变化的部件，
·检测器，其布置为：
·在由该二极管发射的光强度的光谱轮廓随时间变化期间，接收由该二极管发射并且已经穿过分析区域的光束，
提供对由所述二极管发射并被所述检测器接收的所述光束的检测信号，所述检测信号是以取决于表示所述发光二极管的光强度的光谱轮廓的至少一个特征的信号的形式。
表示发光二极管的光强度的光谱轮廓的至少一个特征能够是：
-在该二极管的波长工作范围内的工作波长，该工作波长优选为所述二极管在该二极管的波长工作范围内的光强度的光谱轮廓的平均波长，或者
-在该二极管中流动的(供电)电流的值，和/或在该二极管的端子处的极化电压值。
根据本发明的装置针对每个发光二极管能够包括用于根据该二极管的检测信号来确定表示该二极管的光束在分析区域中的吸收中的变化的数据项的部件，所述数据项为在该发光二极管的波长工作范围内的波长变化的函数。
根据本发明的装置能够包括用于根据所确定的数据对分析区域中的样本的内容进行分析的部件。
根据本发明的装置针对每个发光二极管能够包括用于通过施加供电电流来为该发光二极管供应电流的部件。
根据本发明的装置针对每个发光二极管还能够包括：
-用于测量该二极管的极化电压的部件，和
-用于根据施加到该发光二极管的供电电流和所测量到的该发光二极管的极化电压来确定表示该发光二极管的光强度的光谱轮廓的至少一个特征的部件。
根据本发明的装置能够包括用于向二极管供电的两个单独的电流源和用于从所有二极管中选择由所述电流源来供电的仅两个二极管的开关，其中，这两个二极管不由相同的电流源来供应。
用于改变发光二极管的光强度的光谱轮廓的部件能够包括用于调整该发光二极管的施加到该二极管的供电电流的部件。用于调整发光二极管的供电电流的部件优选布置为：
-调整该发光二极管的供电电流的时间平均值，和/或
-在该发光二极管的供电电流包括连续脉冲(优选为方波)的情况下：
·不调整该发光二极管的供电电流的连续脉冲(优选为不调整所述连续方波脉冲在高态和/或低态下的值)，和/或
·调整该发光二极管的供电电流的连续脉冲的时间密度。
每个发光二极管都能够通过如下粘合层紧固到支撑件：
·其具有包括0.1-50W/m/K(优选0.1-10W/m/K)的导热率，和/或
·其具有大于106S/m的导电率，和/或
·其具有包括20-200μm的厚度。
用于改变发光二极管的光强度的光谱轮廓的部件能够包括用于调整该发光二极管的施加到该二极管的温度的部件。
根据本发明的装置针对每个发光二极管还能够包括：
-第一偏振滤波器，其在该发光二极管和分析区域之间，和/或
-第二偏振滤波器，其在分析区域和检测器之间。
根据本发明的另一方面，提出一种光谱学方法，包括：
·由至少一个发光二极管朝向包括样本的分析区域发射具有在波长工作范围内的光强度的光谱轮廓的光束，
其特征在于，所述方法针对每个发光二极管还包括：
·使由该二极管在该二极管的波长工作范围内发射的光强度的光谱轮廓随时间变化
·在由该二极管发射的光强度的光谱轮廓随时间变化期间，由检测器来接收由该二极管发射并且已经穿过分析区域的光束，
·由该检测器提供对由二极管发射并由检测器接收的光束的检测信号，所述检测信号是以取决于表示该发光二极管的光强度的光谱轮廓的至少一个特征的信号的形式。
表示发光二极管的光强度的光谱轮廓的至少一个特征能够是：
·在该二极管的波长工作范围内的工作波长，该工作波长优选为在该二极管的波长工作范围内的光强度的光谱轮廓的平均波长，或者
·在该二极管中流动的(供电)电流的值，和/或在该二极管的端子处的极化电压值。
根据本发明的方法针对每个发光二极管能够包括根据该二极管的检测信号来确定表示该二极管的光束在分析区域中的吸收中的变化的数据项，所述数据项为在该发光二极管的波长工作范围内的波长变化的函数。根据本发明的方法能够包括根据所确定的数据对分析区域中的样本的内容进行分析。
根据本发明的方法针对每个发光二极管能够包括通过施加供电电流来为该发光二极管供应电流。
根据本发明的方法针对每个发光二极管还能够包括：
-测量该二极管的极化电压，和
-根据施加到该发光二极管的供电电流和所测量到的该发光二极管的极化电压来确定表示该发光二极管的光强度的光谱轮廓的至少一个特征。
所述电流供应能够由两个单独的电流源和用于从所有二极管中选择由所述电流源来供给的仅两个二极管的开关来产生，这两个二极管不由相同的电流源来供应。
发光二极管的光强度的光谱轮廓的变化能够包括调整该发光二极管的施加到该二极管的供电电流。调整发光二极管的供电电流能够包括调整该发光二极管的供电电流的时间平均值。
该发光二极管的供电电流包括一系列的脉冲(优选为方波)。调整发光二极管的供电电流能够：
-不包括调整该发光二极管的供电电流的连续脉冲(优选为不调整所述连续方波脉冲在高态和/或低态下的值)，和/或
-包括调整该发光二极管的供电电流的连续脉冲的时间密度。
发光二极管的光强度的光谱轮廓的变化能够包括调整该发光二极管的施加到该二极管的温度。
附图说明
通过对绝非限制性的实施方式和实施例的详细说明以及附图加以审视，本发明的其他优势和特征会变得显而易见，在附图中：
-图1是根据本发明的装置1的第一实施例的图解视图，该第一实施例为本发明的优选实施例，
-图2是装置1的发光二极管3的控制电路的图示，
-图3针对装置1的四个单独的发光二极管3，示出了每个二极管针对四个不同的供电电流在波长工作范围内的光强度的光谱轮廓，
-图4针对这四个二极管3中的每一个，示出了作为供电电流的函数的其光强度的光谱轮廓的平均发射波长上的变化，和
-图5示出了装置1中的发光二极管3的供电电流的形状。
具体实施方式
由于这些实施例是绝非限制性的，如果对特征的选择足以带来技术优势或使本发明与现有技术状态相区别，那么就能够认为本发明的变型孤立于所描述或示出的其他特征而仅包括对下文所描述或示出的特征的选择(即使这种选择被孤立在包含其他特征的语句内)。这种选择包括至少一个(优选为功能性的)特征，其没有结构细节，和/或仅具有结构细节的一部分，如果这一部分自身足以带来技术优势或使本发明与现有技术状态相区别的话。
首先，将要参照图1至图5来描述根据本发明的装置1的第一实施例。
参照图1，光谱装置1包括用于接收样本的分析区域2。该样本能够例如为：
-透明罐中的液体(血液，水等)，和/或
-透明罐中的或放置(例如成片地)在透明载片上的固体，和/或
-封装在透明罐中的或开放(例如环境空气)的气体。
装置1包括作为光源的至少一个(优选为若干“n”个(通常n＝9)图1和图2中的二极管3)发光二极管3(或“LED”)，其布置为朝向分析区域2发射光束4，光束4具有波长工作范围内的光强度的光谱轮廓。
不同二极管3的波长工作范围是不同的(理想地彼此不重叠)。
二极管3通常是LED芯片型二极管，其被安装在支撑件7(也称为引线框)上，类似于照明中用于容纳三个RGB芯片的型号PLCC-6 5050。
二极管的“波长工作范围内的光强度的光谱轮廓”P(λ)指的是，可选地标准化的，由该二极管发射的、作为该二极管3的波长工作范围内的波长λ的函数的不同的光强度值。
二极管的“波长工作范围内的光强度的光谱轮廓”优选为以下两项之间的关系：
-由该二极管发射的、作为该二极管3的波长工作范围内的波长的函数的不同的光强度值，和
-由该二极管反射的总强度
然后参照“标准化光谱轮廓”或“标准化发射光谱”。
光源(二极管3)的给定波长(通常在单位波长内积分)的光强度优选为每单位时间(例如每秒)内该光源以该给定波长发射的光子(通常以每秒每纳米的光子)的数量。
装置1还针对每个二极管3包括部件5，部件5用于由该二极管3在该二极管3的波长工作范围内发射的光强度的光谱轮廓的时间变化(与其他二极管3同时或独立地)。光强度的光谱轮廓的该变化通常包括：
·“平移”(translation)，通常为平均波长λmoy上的变化，和/或
·总光强度随波长工作范围中的所有波长之和的变化。
这些部件5包括在图2中更详细地示出的电子板(支撑件7通常被安装(焊接)到该电子板上并且与其齐平)。
装置1还针对每个二极管3包括检测器6。
检测器6例如包括平硅光电二极管型的蓝色增强的接收器8，例如参照由OSRAM生产的BPW34-B。
检测器6还包括处理部件9，处理部件9包括至少一个计算机、和/或中央处理或计算单元、和/或模拟电路(优选为专用的)、和/或数字电路(优选为专用的)和/或微处理器(优选为专用的)和/或软件部件。
检测器6(更具体而言，接收器8)布置为在由二极管3中的一个发射的光强度的光谱轮廓随时间变化期间，接收由该二极管3发射的、已经穿过分析区域2的光束4，并且检测器6(更具体而言，处理部件9)布置为(在该接收的基础上)提供对由该二极管3发射的并且被检测器6接收的光束4的检测信号A′(该信号A′取决于该二极管3的光强度的光谱轮廓和区域2中的样本的光谱吸收)；检测器6(更具体而言，处理部件9)还布置为将该检测信号储存为取决于表示该二极管3的光强度的光谱轮廓的至少一个特征的信号。
表示二极管3的光强度的光谱轮廓的至少一个特征是或者包括：
-该二极管3的波长工作范围内的工作波长λT，该工作波长例如为：
·该二极管3的光强度的光谱轮廓的平均波长λmoy，其由该二极管3在该二极管3的波长工作范围内的光强度的光谱轮廓的不同值来加权，或
·该二极管3的光强度的光谱轮廓的最大强度的波长，
-该二极管3的光强度的完整的光谱轮廓P(λ)，或
-针对该二极管3所施加的供电电流/所测量的极化电压对(通常为ILED和ULED)，如下文所述，其明确对应于光强度的单个光谱轮廓。
因此该检测信号A′：
-与该二极管3的光强度的光谱轮廓P(λ)的变化相关联，优选地和/或与该二极管的工作波长λT的变化相关联，
-即，被提供为该二极管的光强度的光谱轮廓的函数，优选为该二极管3的工作波长的函数。
该检测信号A′还与样本的光谱吸收相关联。
现在将描述确定该检测信号A′的方式。
装置1的所有二极管3都不同，但发射彼此相距足够远的波长以允许执行导数吸收光谱法。
装置1(更具体而言，变化部件5)针对每个二极管3包括用于通过施加供电电流来为该发光二极管3供应电流的部件26a、26b、27a、27b。
装置1包括两个电流源26a和26b、以及两组开关27a和27b，其使得能够在时间t向两个二极管3同时供应电流。
因此，装置1包括用于向二极管3供电的两个单独的电流源26a、26b，以及用于从所有二极管中选择由所述电流源来供电的仅两个二极管的开关27a、27b，其中，这两个二极管不由相同的电流源来供电。
如图5所示，当对其供应电流时，每个二极管3由作为时间t的函数而变化的供电电流ILED(t)来供电。该供电信号包括一系列电脉冲31(每个电脉冲31例如为方波)：
·具有最大电流Imax(通常为10至100mA)
·具有最小电流Imin(通常为0至10mA)
·具有振幅
·具有针对脉冲31的周期T(例如10μs)
·具有针对每个脉冲31的持续时间τH(例如3μs)
·具有脉冲31之间的间隙τL＝T-τH(例如7μs)
·具有占空比(例如30％)
·具有T期间的平均电流，其等于
图3针对装置1的四个单独的二极管3，示出了这四个二极管中的每一个针对四个不同的供电电流在波长工作范围内的光强度的光谱轮廓。所有的供电电流对应于以上所给出的值(占空比设置为30％，Imin＝0mA，T＝10μs,τH＝3μs,方波脉冲31)，只有Imax变化。
在图3中，曲线10、11、12、13示出了AlGaInP结构的LED芯片型(一般用于照明应用和室外红色显示)的第一二极管3的、针对该二极管处于TLED＝20℃的温度并针对该二极管的不同ILED(针对不同的Imax值)的光强度的光谱轮廓：
·曲线10示出针对ILED的Imax值等于Imax＝20mA的该第一二极管3的光强度的光谱轮廓；
·曲线11示出针对ILED的Imax值等于Imax＝10mA的该第一二极管3的光强度的光谱轮廓；
·曲线12示出针对ILED的Imax值等于Imax＝5mA的该第一二极管3的光强度的光谱轮廓；
·曲线13示出针对ILED的Imax值等于Imax＝2.5mA的该第一二极管3的光强度的光谱轮廓。
在图4中，曲线32在相同的条件下(占空比设置为30％，Imin＝0mA，T＝10μs，τH＝3μs)，将由该第一二极管发射的光束4的平均波长λmoy(后来等于工作波长λT)示出为Imax的函数，并且由以下公式限定：
λmoy＝∫λP(λ)dλ如果P(λ)是正在讨论的该二极管的标准化光谱轮廓，
或
如果P(λ)是非标准化光谱轮廓，
这些积分中的每一个都是在所考虑的二极管3的波长工作范围上实现的。
在图3中，曲线14、15、16、17示出了AlGaInP结构的LED芯片型(一般用于照明应用和室外橙色显示)的第二二极管3的、针对该二极管处于TLED＝20℃的温度并针对该二极管的不同ILED(针对不同的Imax值)，的光强度的光谱轮廓(成比例地不同于前述LED)：
·曲线14示出针对ILED的Imax值等于Imax＝20mA的该第二二极管3的光强度的光谱轮廓；
·曲线15示出针对ILED的Imax值等于Imax＝10mA的该第二二极管3的光强度的光谱轮廓；
·曲线16示出针对ILED的Imax值等于Imax＝5mA的该第二二极管3的光强度的光谱轮廓；
·曲线17示出针对ILED的Imax值等于Imax＝2.5mA的该第二二极管3的光强度的光谱轮廓。
在图4中，曲线33在相同的条件下(占空比设置为30％，Imin＝0mA，T＝10μs，τH＝3μs)，将由该第二二极管发射的光束的平均波长λmoy(后来等于工作波长λT)示出为Imax的函数，并且由与之前相同的公式限定。
在图3中，曲线18、19、20、21针对该二极管处于TLED＝20℃的温度并针对该二极管的不同ILED(针对不同的Imax值)示出InGaN结构的LED芯片型的第三二极管3(一般用于RGB照明系统中的绿色)的光强度的光谱轮廓：
·曲线18示出针对ILED的Imax值等于Imax＝20mA的该第三二极管3的光强度的光谱轮廓
·曲线19示出针对ILED的Imax值等于Imax＝10mA的该第三二极管3的光强度的光谱轮廓
·曲线20示出针对ILED的Imax值等于Imax＝5mA的该第三二极管3的光强度的光谱轮廓
·曲线21示出针对ILED的Imax值等于Imax＝2.5mA的该第三二极管3的光强度的光谱轮廓
在图4中，曲线34在相同的条件下(占空比设置为30％，Imin＝0mA，T＝10μs，τH＝3μs)将由该第三二极管发射的光束的平均波长λmoy(后来等于工作波长λT)示出为由与之前所述相同的公式所限定的Imax的函数。
对于该第三二极管，其波长工作范围例如参照29，给出：
·(曲线18)对于ILED的Imax值等于Imax＝20mA，λmoy＝513.8nm；
·(曲线19)对于ILED的Imax值等于Imax＝10mA，λmoy＝518.1nm；
·(曲线20)对于ILED的Imax值等于Imax＝5mA，λmoy＝521.0nm；
·(曲线21)对于ILED的Imax值等于Imax＝2.5mA，λmoy＝523.2nm。
在图3中，曲线22、23、24、25示出了InGaN结构的LED芯片型(一般用于针对电视或照明的背光应用)的第四二极管3的、针对该二极管处于TLED＝20℃的温度并针对该二极管的不同ILED(针对不同的Imax值)光强度的光谱轮廓(成比例地不同于前述LED)：
·曲线22示出针对ILED的Imax值等于Imax＝20mA的该第四二极管3的光强度的光谱轮廓；
·曲线23示出针对ILED的Imax值等于Imax＝10mA的该第四二极管3的光强度的光谱轮廓；
·曲线24示出针对ILED的Imax值等于Imax＝5mA的该第四二极管3的光强度的光谱轮廓；
·曲线25示出针对ILED的Imax值等于Imax＝2.5mA的该第四二极管3的光强度的光谱轮廓。
在图4中，曲线35在相同的条件下(占空比设置为30％，Imin＝0mA，T＝10μs，τH＝3μs)，将由该第四二极管发射的光束的平均波长λmoy(后来等于工作波长λT)示出为Imax的函数，并且由与之前相同的公式限定。
根据依照本发明的实施例，针对每个二极管3，λmoy或λT的变化小于该二极管3的光谱轮廓的半峰全宽(FWHM)。
一般而言，用于制造准单色LED的方法将λT的变化限制在与发射光谱宽度相同的光谱宽度上。
应当注意的是，二极管3的光强度的光谱轮廓或λmoy由两个参数确定：
·其供电电流：ILED，和
·以下二者之一：
·二极管3的温度TLED，其尤其取决于：
·引线框7的温度和环境温度，
·ILED的时间轮廓(通常为T或Rc，参见图5)，其能够引起二极管发热
·该二极管3的端子处的极化电压：ULED，其表示该二极管的温度。
为了二极管3的更好的温度稳定性TLED，每个二极管3通过粘合层36紧固到其支撑件7(也称为“引线框”，该支撑件7优选为对所有二极管3通用)上，粘合层36(处于20℃的粘合层温度和环境空气下)具有包括0.1-50W/m/K、优选为包括0.1-10W/m/K的导热率。
这种粘合剂(处于20℃的粘合剂温度和环境空气下)具有大于106S/m的导电率。
通常，由锡、铜和银的合金制成的焊膏用于紧固二极管3。其具有低的导热率(小于40W/m/K)。为了更大的灵活性，可以使用导电粘合剂，比如混有银颗粒的环氧树脂。它们更具延展性且更易于使用，并且具有相当低的导热率(通常为1-30W/m/K)。(相反，在一个变型中，使用烧结的粘合剂，其中压入银基粉末以形成具有非常高导热率(大于100W/m/K)的热胶，所述导热率使得其能够迅速跨越很宽的温度范围)。
这种粘合剂(处于20℃的粘合剂温度和环境空气下)具有包括20-200μm的厚度。
处理部件9存储有数据(例如，以一个或更多个查找表的形式)，使得针对每个二极管3能够知道：
-其光强度的光谱轮廓
-其工作波长λT，或
-更具体而言，表示该发光二极管3的光强度的光谱轮廓的至少一个特征，作为其供电电流ILED(通常为Imax和/或可选为T和/或RC)和其极化电压(ULED)的函数。这些数据例如根据制造者针对每个二极管3的指令或根据在每个二极管3上针对不同的ILED和ULED所进行的校准来获得和存储。
用于改变发光二极管3的光强度的光谱轮廓的部件5包括供应部件26a、26b、27a、27b，以及控制部件(未示出，通常包括用于调整供应部件26a和26b的按钮)，其整体布置用于调整该二极管3的施加到该二极管3的供电电流。
用于调整发光二极管3的供电电流的这些部件布置为调整该二极管3的供电电流的时间平均值。
为此，用于调整二极管3的供电电流的这些部件布置用于通过调整Imax来进行“正常”调整。
用于调整二极管3的供电电流的这些部件布置用于“精确”调整，所述调整包括：
·优选为不调整该二极管3的连续脉冲31，尤其是其形状(方波)、Imax值、持续时间τH(虽然在变型中，Imax能够随时间变化)，
·该二极管3的供电电流的连续脉冲31的时间密度(例如占空比RC)随时间的变化，这能够引起该二极管3发热。
装置1针对每个二极管3(在与变化部件5相同的电子板上)还包括：
-用于测量该二极管3的极化电压的部件28a或28b，其包括例如两个连接到微分模拟-数字转换器的、被安装的电压跟随器运算放大器，和
-用于基于在时刻t施加到该发光二极管3的供电电流以及根据该同一时刻t所测量的该发光二极管的极化电压来确定表示该发光二极管3的光强度的光谱轮廓的至少一个特征的部件(通常为处理部件9)，例如：
·由该二极管在该二极管的波长工作范围内发射的光强度的(完整的)光谱轮廓，使用该数据(例如以查找表的形式)使得针对每个二极管3能够知道作为其供电电流ILED(通常为Imax并且可选为RC)和其极化电压(ULED)的函数的其光强度的光谱轮廓是多少，和/或
·该二极管3的工作波长，通过利用该数据(例如以查找表的形式)使得针对每个二极管3能够知道作为其供电电流ILED(通常为Imax并且可选为RC)和其极化电压(ULED)的函数的其工作波长λT是多少。
针对不同的时刻t以及针对发射穿过分析区域2并由接收器8接收的光的每个二极管3，处理部件9：
·从部件5接收施加到该二极管3的、作为t ILED(t)(通常为Imax(t)并且可选为RC(t))的函数的供电电流的值以及在该二极管3的端子处测量的、作为t(通常为ULED(t))的函数的极化电压的值，并且可选地确定
·作为t的函数而变化的该二极管的光强度的光谱轮廓P(λ，t)，和/或
·作为t的函数而变化的工作波长λT(t)，和/或
·更具体而言，作为t的函数而变化的、表示该发光二极管3的光强度的光谱轮廓的至少一个特征
·从接收器8接收作为t的函数的、由该二极管3发射的已经穿过分析区域2并且被接收器8接收的光束4的检测信号A′(t)，
·将该检测信号(A′)与表示该二极管3的光强度的光谱轮廓的至少一个特征相关联(借助于同步检测)，以便提供不再取决于时间而是取决于该二极管3的光强度的光谱轮廓的检测信号A′。在实践中，可以例如将该检测信号A′(t)相关联于：
·λT(t)，以便提供作为λT的函数的检测信号A′(λT)，或
·ILED和ULED，以便提供作为ILED和ULED的函数的检测信号A′(ILED,ULED)。
A′表示由检测器6测量到(不仅由样本)的吸收。
该信号A′为吸收信号，因为针对处于可变工作波长的二极管3的光束4：
-检测器6检测在穿过分析区域2后处于该工作波长的该光束4的光强度，和
-处理部件9能够将该被检测到的光强度与由该二极管3发射的、在穿过分析区域2之前的光束4的光谱轮廓相关联，即与穿过分析区域2之前处于该工作波长的光束4的光强度相关联。
处理部件9布置为在A′的基础上计算：
·在针对固定光谱轮廓的每个二极管的波长工作范围内，由分析区域2中的样本对光束4的光谱吸收A的平均值，
·分析区域2中的样本的光谱吸收的导数值(通常为)，该吸收的导数是在其光谱轮廓变化的每个二极管的波长工作范围中计算的；更具体而言，针对每个二极管，针对波长变化范围dλ(参照图3中的30)来计算该导数，所述波长变化范围dλ通常等于针对该二极管的两个不同的提供值Imax的二极管的两个工作波长之间的差。
为了确定这些值，处理部件9例如使用傅里叶变换和解卷积的计算方法。
因此，处理部件9针对每个二极管3布置为根据该二极管的检测信号(通常为A′(λT))来确定：
-表示二极管3的工作范围中的平均吸收的整个信息的项
-表示该二极管3的光束4在分析区域2中的吸收的变化dA(λT)的数据项(本地信息)，其为该二极管3的波长工作范围内的工作波长的变化dλT的函数，或更具体而言，为该二极管的光强度的光谱轮廓的变化的函数(或更具体而言，为表示该二极管的光强度的光谱轮廓的变化的函数(或者更具体而言，为表示该二极管3的光强度的光谱轮廓的至少一个特征的函数)。
最后，处理部件9布置为根据所确定的数据(光谱吸收的导数值)对分析区域2中的样本的内容进行分析，这例如是通过类似于以下所述的方法或算法进行的：
-“用于多元校正的、基于发光二极管阵列的多路光度计”，由Alexandre Fonseca和Ivo M.Raimundo Jr所著，分析化学学报，522(2004)卷，223-229页，和/或
-“重叠UV–Vis吸收谱带的解析度和定量分析，由Liudmil Antonov和DanielaNedeltcheva所著,Chem.Soc.修订版，29(2000)卷，217-227页，
应当注意的是，装置1为：
·体积不是很大且可以轻易地进行小型化的，并且能够被限制于一叠支撑件7，所述支撑件7与部件5的电子板、分析区域2的电子板、以及接收器8的电子板(其与处理部件9的电子板齐平)齐平，优选使得部件5和9的电子板平行，
·该装置1的制造并不非常昂贵。
·通过其紧凑的性质并考虑到不存在复杂的机电部件，该装置1是稳健的。
因此，合理使用用于执行导数光谱法的LED3使得能够改善导数光谱法。
此外，应当注意，本发明使得能够通过LED(其精确、紧凑、廉价、迅速且稳健)来改善常规光谱法，使得能够获得导数光谱法。
因此，总而言之，在装置1内实施的光谱学方法包括：
·通过至少一个二极管3朝向包括样本的分析区域2发射具有在波长工作范围内的光强度的光谱轮廓的光束4，
并且针对每个发光二极管3还包括：
·使由该二极管在该二极管的波长工作范围内发射的光强度的光谱轮廓随时间改变；通过向该二极管施加供电电流来对该二极管供应电流(通过如前所述的电源26和开关27)；该发光二极管3的供电电流包括连续脉冲31；该二极管3的光强度的光谱轮廓上的变化包括对施加到该二极管的供电电流的调整，其包括：
对该发光二极管3的供电电流的时间平均值的调整，
不对该二极管3的连续脉冲31调整，
对该二极管3的供电电流的连续脉冲的时间密度的调整。
·在由该二极管发射的光强度的光谱轮廓随时间变化期间，由检测器6接收由该二极管3发射的、已经穿过分析区域2的光束4，
·测量该二极管的极化电压，和
·根据施加到该二极管3的供电电流和所测量到的该二极管的极化电压来确定表示该发光二极管3的光强度的光谱轮廓的至少一个特征。
·由该检测器6提供对由该二极管3发射并由检测器6接收的光束的检测信号(该检测信号取决于该二极管3的光强度的光谱轮廓和样本的光谱吸收)，
·由检测器6(通过处理部件9)将该检测信号存储为取决于表示该二极管3的光强度的光谱轮廓的至少一个特征的信号。
-根据该二极管的检测信号来确定表示该二极管3的光束4在分析区域2中的吸收上的变化的数据项，作为表示该二极管3的光强度的光谱轮廓的至少一个特征上的变化的函数或者作为该二极管3的工作范围内的工作波长上的变化的函数(例如，如果表示该二极管的光强度的光谱轮廓的至少一个特征不同于该二极管的波长工作范围内的工作波长)。
该方法还包括根据所确定的数据对分析区域中的样本的内容进行分析。
在刚刚描述的第一实施例的一个变型中，用于改变二极管3的光强度的光谱轮廓的部件(恒温器，珀尔帖模块)还包括用于调整该发光二极管3的施加到该二极管的温度TLED。根据本发明的装置能够针对每个二极管3或每个二极管3的组或针对整个二极管组包括一个恒温器或帕尔贴模块。仍然对二极管供应电流，并且仍然如前地测量其极化电压。该变型使得能够在更大程度上改变二极管的光谱轮廓。因此，二极管3的光强度的光谱轮廓的变化能够包括调整该二极管3的施加到该二极管的温度。
在刚刚已经描述的、能够可选地与前述变型结合的第一实施例的变型中，装置1针对每个二极管3还包括：
-第一偏振滤波器(优选为对所有二极管通用)，其在至少一个二极管3和分析区域2之间，和
-第二偏振滤波器(优选为对所有二极管通用)，其在分析区域2和检测器6(更具体而言，接收器5)之间。
这使得能够执行圆二色光谱法(CDS)。
在刚刚已经描述的、能够可选地与前述变型结合的第一实施例的变型中，装置1包括对LED3发射到单一准直光束中的光进行空间复用的系统，例如专利申请WO 2013 167824中所述。
在刚刚已经描述的、能够可选地与前述变型结合的第一实施例的变型中，装置1包括用于测量每个二极管3的温度的部件。测量每个二极管3的温度来代替测量其极化电压。然而，该变型较慢且较不精确。
当然，本发明不限于刚刚所描述的示例，并且在不超出本发明的范围的情况下能够对这些示例进行数量调整。
当然，如果本发明的各种特征、形式、变型和实施例并非互不兼容的或互相排斥的，则能够将其在各种组合中结合在一起。尤其是，能够将所有前述的变型和实施例结合在一起。
Claims (15)
1.一种光谱装置，包括：
·分析区域(2)，其用于接收样本，
·至少一个发光二极管(3)，其布置为朝向所述分析区域(2)发射光束(4)，所述光束(4)具有在波长工作范围内的光强度的光谱轮廓，
其特征在于，所述装置针对每个发光二极管(3)还包括：
·用于使由所述二极管(3)在该二极管的波长工作范围内发射的光强度的光谱轮廓随时间变化的部件(5)，
·检测器(6、8、9)，其布置为：
·在由所述二极管(3)发射的光强度的光谱轮廓随时间变化期间，接收由所述二极管(3)发射并且已穿过所述分析区域(2)的所述光束(4)，
·提供对由所述二极管(3)发射并被所述检测器接收的所述光束的检测信号(A′)，所述检测信号(A′)是以取决于表示所述发光二极管的光强度的光谱轮廓的至少一个特征的信号的形式。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，表示发光二极管(3)的光强度的光谱轮廓的所述至少一个特征是在该二极管(3)的波长工作范围内的工作波长(λT)，所述工作波长优选为所述二极管在所述二极管的所述波长工作范围内的光强度的光谱轮廓的平均波长。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述装置针对每个发光二极管(3)包括用于根据该二极管的检测信号来确定表示该二极管(3)的所述光束(4)在所述分析区域(2)中的吸收的变化的数据项的部件(9)，该数据项作为在该发光二极管的所述波长工作范围内的工作波长的变化的函数。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置包括用于根据所确定的数据对所述分析区域中的样本的内容进行分析的部件(9)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置针对每个发光二极管(3)包括用于通过施加供电电流来为该发光二极管(3)供应电流的部件(26a、26b、27a、27b)。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置针对每个发光二极管(3)还包括：
-用于测量该二极管的极化电压的部件(28a、28b)，和
-用于根据施加到该发光二极管的所述供电电流和所测量到的该二极管的所述极化电压来确定表示该发光二极管的光强度的光谱轮廓的所述至少一个特征的部件(9)。
7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述装置包括用于向所述二极管(3)供电的两个单独的电流源(26a、26b)和用于从所有所述二极管(3)中选择由所述电流源来供电的仅两个所述二极管(3)的开关(27a、27b)，其中，这两个二极管不由相同的电流源来供电。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的装置，其特征在于，用于改变发光二极管的光强度的光谱轮廓的所述部件(5)包括用于调整施加到该二极管(3)的供电电流的部件。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，用于调整发光二极管(3)的所述供电电流的所述部件(5)布置为调整该发光二极管(3)的所述供电电流的时间平均值。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，用于调整发光二极管(3)的所述供电电流的所述部件(5)布置为：
·使得该发光二极管(3)的所述供电电流包括连续脉冲(31)，
·优选地不调整该发光二极管(3)的所述供电电流的所述连续脉冲(31)，
·调整该发光二极管的所述供电电流的所述连续脉冲(31)的时间密度。
11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，每个发光二极管(3)通过粘合层(36)被紧固在支撑件(7)上，所述粘合层(36)具有包括0.1-10W/m/K的导热率。
12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，用于改变发光二极管(3)的光强度的光谱轮廓的所述部件(5)包括用于调整该发光二极管的施加到该二极管的温度的部件。
13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置针对每个发光二极管还包括：
-第一偏振滤波器，其在该发光二极管和所述分析区域之间，和
-第二偏振滤波器，其在所述分析区域和所述检测器之间。
14.一种光谱学方法，包括：
·由至少一个发光二极管(3)朝向包括样本的分析区域(2)发射具有在波长工作范围内的光强度的光谱轮廓的光束(4)，
其特征在于，所述方法针对每个发光二极管(3)还包括：
·使由该二极管(3)在该二极管的所述波长工作范围内发射的光强度的光谱轮廓随时间变化，
·在由该二极管(3)发射的光强度的光谱轮廓随时间变化期间，由检测器(6)来接收由该二极管(3)发射并且已经穿过所述分析区域(2)的所述光束(4)，
·由所述检测器(6)提供对由所述二极管(3)发射并由所述检测器(6)接收的所述光束(4)的检测信号(A′)，所述检测信号(A′)是以取决于表示该发光二极管(3)的光强度的光谱轮廓的至少一个特征的信号的形式。
15.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法针对每个发光二极管(3)包括通过施加供电电流来对该发光二极管供应电流，所述方法针对每个发光二极管还包括：
-测量该二极管的极化电压，和
-根据施加到该发光二极管的所述供电电流和所测量到的该二极管的所述极化电压来确定表示该发光二极管的光强度的光谱轮廓的所述至少一个特征。
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