CN110199180A - 用于使用积分腔来测量液体样品的光谱的光谱仪装置 - Google Patents

用于使用积分腔来测量液体样品的光谱的光谱仪装置 Download PDF

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Abstract

一种光谱仪装置(1)被提供用于测量液体样品(例如诸如酒的饮料)的光谱。所述装置(1)包括积分腔(3)，所述积分腔(3)包括一个或多个反射内壁(5)，被配置为在所述积分腔(5)内容纳包含所述液体样品的液槽(7)。光入口端口P1、P2和光出口端口P3、P4的组合被提供来接收来自至少一个光源(9)的光并且将光传送到光谱仪(11)。光路调节器(13,13B)被配置为选择性地调节通过所述积分腔(5)的光路，使得至少两个不同的光路被提供；其中，当所述光路调节器(13,13B)是在第一配置中时，所述装置(1)处于透射模式，在所述透射模式下，来自所述光源的光遵循从所述光入口端口或其中之一到所述液体样品的第一光路(15)，使得来自所述光源的光在由所述样品透射的光透射通过所述光出口端口或其中之一并且由所述光谱仪(11)接收以用于对光进行波长分析以提供所述液体样品的消光光谱之前直接地照射所述液体样品；并且当所述光路调节器(13,13B)是在第二配置中时，所述装置处于漫反射模式，在所述漫反射模式下，来自所述光源的光遵循从所述入口端口或其中的一个进入所述积分腔中的第二光路(17)，来自所述光源的光入射到所述积分腔的一个或多个反射内壁上并且在所述积分腔内进行漫反射，使得来自所述光源的光在透射通过所述光出口端口或其中之一并且由所述光谱仪(11)接收以用于对光进行波长分析以提供包含在所述液体样品中的所述液体样品的吸收光谱之前照射所述液体样品。

Description

用于使用积分腔来测量液体样品的光谱的光谱仪装置
技术领域
本发明涉及用于使用积分腔来测量液体样品的光谱的光谱仪装置，并且在一些实施例中，本发明涉及用于测量浑浊液体的UV-vis光谱仪装置。
背景技术
标准UV-VIS光谱法是通过将光源透过样品照射并且根据波长测量透射光来执行的。样品一般地是被包含正方形液槽内的液体，该正方形液槽被放置为液槽面垂直于光束。透射光然后被转换成吸收光谱，该吸收光谱给出了样品在使用的每一波长下的吸收能力的度量。吸收率可以用作溶解物种的浓度的度量(吸收率与浓度成比例，被称为比尔-朗伯定律)或者基于物种在已知波长下的吸收峰值来确定溶液的化学含量。
UV-VIS光谱仪是分析化学中的标准仪器并且可以用于液体的定量分析和定性分析两者。UV-VIS光谱仪测量直接由样品透射的光谱，并且基于由于样品中的吸收而发生唯一光损失的假设来确定吸收光谱。这导致UV-VIS光谱仪中的非常清澈的样品液体的一般要求。
在包括浑浊液体的更一般情况下，光由于经样品散射而损失，并且UV-VIS光谱仪将测量消光光谱而不是吸收光谱。简而言之：
消光＝散射+吸收。
散射光的强度一般地是波长相关的，导致散射光谱。在UV-VIS光谱仪中，吸收和散射光谱叠加并且在没有两个组成光谱中的一个的单独知识的情况下无法被解开。在强散射液体(例如牛奶、涂料、血液、酒)中，即使散射光谱是已知的，到达检测器的光也被减少到使得吸收光谱分量几乎与实测消光光谱不可分辨的程度。对于散射/浑浊样品，标准UV-VIS因此具有非常有限的一般适用性，并且如果被使用，则仍然要求样品预处理(例如，用于去除散射物种的过滤、离心或其他方法)。样品的稀释一般是没有帮助的，因为它按照相同的比例减少样品的散射和吸收。
总之，存在UV-VIS不起作用或为了允许分析浑浊溶液而要求费时处理的大量样品。此外，可能无法使用标准UV-VIS光谱法来将散射和吸收的相对贡献分出来。
发明目的
因此本发明的目的是提供一种克服或者至少改善现有技术的一个或多个缺点或者替代地至少给公众提供有用选择的光谱仪装置。
本发明的另外的目的将从以下描述中变得显而易见。
发明内容
因此在一个方面中，本发明可以广泛地被说成在于一种用于测量液体样品的光谱的光谱仪装置，所述装置包括：
积分腔，所述积分腔包括一个或多个反射内壁，并且所述积分腔被配置为在所述积分腔内容纳包含液体样品的液槽，
其中，所述积分腔包括至少一个光入口端口和至少一个光出口端口，所述或每个光入口端口被配置为接收来自光源的光并且所述或每个光出口端口被配置为将光传送到光谱仪；
所述装置还包括光路调节器，所述光路调节器被配置为选择性地调节通过所述积分腔的光路，使得至少两个不同的光路被提供；其中
当所述光路调节器是在第一配置中时，所述装置处于透射模式，在所述透射模式下，来自所述光源的光遵循从所述光入口端口或其中的一个到所述液体样品的第一光路，使得来自所述光源的光在由所述样品透射的光透射通过所述光出口端口或其中的一个并且由所述光谱仪接收以用于对光进行波长分析以提供所述液体样品的消光光谱之前直接地照射所述液体样品；并且
当所述光路调节器是在第二配置中时，所述装置处于漫反射模式，在所述漫反射模式下，来自所述光源的光遵循从所述入口端口或其中的一个进入到所述积分腔中的第二光路，入射到所述积分腔的一个或多个反射内壁上并且在所述积分腔内进行漫反射，使得来自所述光源的所述光在透射通过所述光出口端口或其中的一个并且由所述光谱仪接收以用于对光进行波长分析以提供包含在所述液体样品中的所述液体样品的吸收光谱之前照射所述液体样品。
这种光谱仪装置尤其可以用于获得作为所述样品的吸收和消光光谱的光谱，由此使用由一个或多个电子数据处理器实现的适合的校准程序产生针对通过所述样品的给定路径长度所定义的吸收和消光光谱。
通过提供可在上述配置中的每一种中使用的装置，可以获得定量光谱，其中在每种配置中通过样品的光的路径长度被很好地定义，使得在每种配置中获得的数据是相关的。
所述装置可以被配置为使得当在所述第二配置中时，来自所述第二光路的光被透射为：
a)直接地从入口端口到所述积分腔的一个或多个壁上；和/或
b)直接地从入口端口到所述样品上并通过所述样品后续到所述积分腔的一个或多个壁上。
因此，当在所述第二配置中时，所述第二光路可以首先通过所述样品从所述入口端口透射或者直接地透射到所述一个或多个腔壁上。利用任一种变型，所述装置被配置为使得在所述第二配置中使用的所述出口端口不看着所述入口端口。换句话说，在所述第二配置中使用的所述出口端口“面向”所述积分腔的壁。出口端口例如可与入口端口成90°或者在所述积分腔上的任何其他位置处。在所述第二配置中使用的所述入口端口和出口端口的相对位置使得所述光谱仪不收集入射光或从所述样品直接地透射的所述光。
优选地，当在所述第一配置中时所述入口端口与所述出口端口直接地相对，使得所述第一光路直接地跨所述积分腔延伸。
在本发明的另一方面中提供了一种用于测量液体样品的光谱的光谱仪装置，具体而言其中，所获得的光谱是所述样品的吸收和消光光谱，所述装置包括：
积分腔，所述积分腔包括一个或多个反射内壁，并且所述积分腔被配置为在所述积分腔内容纳包含液体样品的液槽，
其中，所述积分腔包括至少一个光入口端口和至少一个光出口端口，所述光入口端口被配置为接收来自光源的光并且所述光出口端口被配置为将光传送到光谱仪；
所述装置还包括光路调节器，所述光路调节器被配置为选择性地调节通过所述积分腔的光路，使得至少两个不同的光路被提供；其中
当所述光路调节器是在第一配置中时，所述装置处于透射模式，在所述透射模式下，来自所述光源的光遵循从所述光入口端口到所述液体样品的第一光路，使得来自所述光源的所述光在由所述样品透射的光经由被定位为与所述入口端口直接地相对的所述光出口端口来收集并且由所述光谱仪接收以用于对光进行波长分析以提供所述液体样品的消光光谱之前直接地照射所述液体样品；并且
当所述光路调节器是在第二配置中时，所述装置处于漫反射模式，在所述漫反射模式下来自所述光源的光遵循从所述入口端口进入到所述积分腔中的第二光路，并且入射到所述积分腔的一个或多个反射内壁上或者直接地入射到所述液体样品上；其中，由所述样品透射和/或散射的光透射通过所述出口端口，所述装置被配置为使得由所述样品直接地透射和/或反射的光在透射通过所述出口端口并且由所述光谱仪接收以用于对光进行波长分析以提供包含在所述液体样品中的所述液体样品的吸收光谱之前被所述腔的一个或多个内壁反射。
优选地，使用适合的校准程序产生针对通过样品的给定路径长度所定义的吸收率和消光光谱。
所述第二配置的优选实施方式是为了将所述出口端口定位为使得其直接地面对所述腔壁的来自所述入口端口的所述光不直接地照射的区域。
在两种配置中并与适合的校准程序一起使用的装置产生所述液体样品的消光和吸收光谱，其中在两种所述配置中通过所述样品的所述路径长度被很好地定义，使得获得的所述光谱分别跨照射所述样品的所述光的波长范围给出所述样品的波长相关消光和吸收系数。
所述装置可以包括一个或多个整体光源，或者所述光源可以被配置为连接到一个或多个单独的光源。
所述装置还可以包括被配置为控制所述光路调节器以选择性地调节通过所述装置的光的路径的整体或远程控制器。
所述控制器被优选地配置为控制所述光谱仪，并且特别地被配置为处理由所述光谱仪接收的所述光以用于对光进行波长分析以提供包含在所述液槽中的所述液体样品的消光和/或吸收光谱。所述光谱仪可以与所述装置集成在一起。
所述一个或多个控制器可以配置为控制以下各项中的一个或多个：
a)在所述第一配置与所述第二配置之间切换；
b)从所述积分腔获取光谱；
c)选取操作条件；
d)在所述装置的显示器或所述控制器的显示器或与所述装置或控制器通信的显示器上显示光谱；
e)将数据保存在所述装置的存储器或所述控制器的存储器或与所述装置或控制器通信的存储器上；
f)所述装置的用户界面或所述控制器的用户界面或与所述装置或控制器通信的用户界面，其与所述装置交互并且允许用户控制光路调节机构的位置。
所述光路调节器可以包括至少一个可移动的光学元件，所述至少一个可移动的光学元件被配置为操纵从所述光源入射在所述光学元件上的光，所述光路调节器被配置为调节所述可移动的光学元件以选择性地提供所述第一光路和所述第二光路。
可以通过从所述光沿着所述第一光路行进的第一位置和所述光沿着所述第二光路行进的第二位置起相对于所述积分腔移动所述光学元件来调节所述光学元件。
所述积分腔包括正交的纵向轴、垂直轴、横向轴，并且可以相对于所述轴中的任何一个或多个调节所述光学元件的以下位置特性中的任何一个或多个：
a)纵向位置；
b)垂直位置；
c)横向位置；
d)定向；
e)倾角。
可以提供多个可移动的光学元件。
所述可移动的光学元件优选地选自以下各项中的任何一个或组合：
棱镜；
透镜；
反射镜；
衍射光栅；
光纤光缆；
所述光源；
快门。
所述光路调节器可以附加地或可替代地包括至少一个固定光学元件，所述至少一个固定光学元件相对于所述积分腔是不可调节的。所述固定光学元件可以被配置为在所述光入口端口之前操纵来自所述光源的所述光。所述固定光学元件可以被配置为操纵来自所述光出口端口的所述光。
所述固定光学元件可以选自以下各项中的任何一个或组合：
a)棱镜；
b)透镜；
c)反射镜；
d)衍射光栅；
e)光纤光缆；
f)所述光源。
所述光路调节器可以包括至少一个电子控制器，所述至少一个电子控制器可操作来实现一个或多个光源的选择性操作，以选择性地提供所述第一光路和所述第二光路。
所述装置可包括至少第一光源和第二光源，所述控制器被配置为独立地控制每个光源。所述光源能被以闪烁或顺序方式接通和关闭，其中在配置一中所述第一光源被接通，而在配置二中所述第二光源在首先关闭情况下接通。可以控制所述光源，使得可关闭两个或所有光源，以获取暗光谱。
所述光路调节器可以被定位：
a)在所述光源与所述光入口端口之间，和/或
b)在所述光谱仪与所述光出口端口之间。
可以提供多个光路调节机构。
可以提供多个光入口端口，所述光路调节器被配置为：通过将来自所述光源的光引导通过第一光入口端口来提供所述第一光路，并且通过将来自所述光源的光引导通过第二光入口端口来提供所述第二光路。
可以提供多个光出口端口，所述第一光路将来自所述积分腔的光引导通过第一光出口端口，并且所述第二光路将来自所述积分腔的光引导通过第二光出口端口。
所述积分腔可包括以下各项中的任何一个：
a)漫反射球形积分腔；
b)圆柱形腔；
c)立方形或正方形腔。
应领会的是，所述积分腔可以是任何其他形状或形状的组合。
所述积分腔可以包括被配置为提供以下各项中的任何一个或多个的内部涂层：
d)镜面反射；
e)漫反射；
f)紫外光光谱中的反射；
g)可见光光谱中的反射；
h)红外光谱中的反射。
所述光源可以包括以下各项中的任何一个或多个：
a)石英卤素源；
b)LED；
c)激光器；
d)任何多色光源。
所述液槽的形状可以是：
a)正方形；
b)板状；
c)圆柱形；
d)球形。
所述装置可以是UV-VIS光谱仪装置。
所述装置还可以包括样品保持器，所述样品保持器被配置为将包含液体样品的液槽保持在所述积分腔内。
所述光源可以包括第一LED光源和第二LED光源，并且所述光路调节器包括控制器，所述控制器被配置为控制所述第一LED光源和所述第二LED光源，使得当在所述第一配置中时，所述第一LED光源被控制以在所述第一光路上提供光，而当在所述第二配置中时所述第二LED光源被控制以在所述第二光路上提供光。
可以经由相应的光纤光缆将来自每个LED光源的光传送到所述积分腔。每个LED光源可以将光传送到相应的光入口端口。每个光路通过相应的光出口端口来传送光。
所述第一LED光源可以与准直透镜相关联，所述准直透镜被定位在所述第一LED光源与关联于所述LED光源的光入口端口之间。
所述装置还可以包括第一出口端口和第二出口端口以及分束器，所述分束器被配置为选择性地允许来自所述第一出口端口和所述第二出口端口的光被透射到所述光谱仪。
根据本发明的另一方面提供了一种用于测量液体样品的光谱的光谱仪装置，所述装置包括：
积分腔，所述积分腔包括一个或多个反射内壁，并且被配置为在所述积分腔内容纳包含液体样品的液槽，
其中，所述积分腔包括第一光入口端口和第二光入口端口，所述第一光入口端口被配置为接收来自第一LED光源的光并且所述第二光入口端口被配置为接收来自第二LED光源的光，至少一个光出口端口被提供并配置为将光传送到光谱仪；
所述装置还包括光路调节器，所述光路调节器被配置为选择性地调节通过所述积分腔的光路，使得至少两个不同的光路被提供；其中
当所述光路调节器是在第一配置中时，所述装置处于透射模式，在所述透射模式下来自所述第一LED光源的光遵循从所述第一光入口端口到所述液体样品的第一光路，使得来自所述第一LED光源的所述光在被所述样品透射的光透射通过所述光出口端口并且由所述光谱仪接收以用于对光进行波长分析以提供所述液体样品的消光光谱之前直接地照射所述液体样品；并且
当所述光路调节器是在第二配置中时，所述装置处于漫反射模式，在所述漫反射模式下来自所述第二LED光源的光遵循从所述第二入口端口进入到所述积分腔中的第二光路，入射到所述积分腔的一个或多个反射内壁上并且在所述积分腔内漫反射，使得来自所述光源的所述光在透射通过所述或另一光出口端口并且由所述光谱仪接收以用于对光进行波长分析以提供包含在所述液体样品中的所述液体样品的吸收光谱之前照射所述液体样品。
所述光谱仪装置可以被配置为测量选自以下项中的任何一个或多个的液体样品的光谱：
a.水；
b.酒；
c.饮料；
d.可食液体或部分液体产品。
根据本发明的另一方面提供了一种使用本发明的其他方面中的任一项所述的装置来测量液体样品的光谱的方法，包括以下步骤：
a.激活光源；
b.控制光路调节器以处于透射模式或漫反射模式；以及
c.经由光谱仪进行通过光出口端口透射的光的波长分析以用于对光进行波长分析以提供包含在所述液槽中的所述液体样品的吸收光谱。
附图说明
现在将参考附图通过示例的方式描述本发明的若干实施例，在附图中：
图1是根据本发明的光谱仪装置的示例性组件的示意图；
图2a和图2b是第一配置和第二配置中的根据本发明的光谱仪装置的第一实施例的示意图；
图3a和图3b是第一配置和第二配置中的根据本发明的光谱仪装置的第二实施例的示意图；
图4是根据本发明的光谱仪装置的第三实施例的示意图，其同时示出了该装置的第一配置和第二配置；
图5是根据本发明的光谱仪装置的第四实施例的示意图，其同时示出了该装置的第一配置和第二配置；
图6是根据本发明的光谱仪装置的第五实施例的示意图，其同时示出了该装置的第一配置和第二配置；以及
图7是根据本发明的光谱仪装置的第六实施例的示意图，其同时示出了该装置的第一配置和第二配置。
具体实施方式
在整个说明书中，在不同的实施例中，相同的附图标记将用于指代相同的特征。
参考图1，提供了用于测量液体样品的光谱的光谱仪装置1，光谱仪装置1被配置为能够测量液体样品的多种光学性质，其中的性质是液体的波长相关的消光和吸收系数。
装置1包括积分腔3，积分腔3包括反射内壁5，并且装置1被配置为将包含液体的液槽7保持在积分腔3内，其中，来自光源9的光经由进入腔3的不同的光路15、17被传送到腔3中，不同的光路15、17可经由光路调节器13被选择性地调节。光路调节器13用于根据光路调节器13的配置而沿着不同的路径通过至少一个入口端口P1、P2将光传送到腔3中。
装置1还包括被配置为将光传送到光谱仪11的至少一个光出口端口P3、P4。在一些示例中，提供了控制光从积分腔3到光谱仪11的路径的输出光路调节器13B。
在第一配置中，装置1处于透射模式，其中输入路径调节器13被定位为使得来自光源9的光通过入口端口P1进入腔3以便直接地照射包含在液槽7中的液体，并且出口光路调节器13B被配置为使得光通过出口端口P3来收集，并且被发送到光谱仪11，使得来自光源9的一部分光在照射样品之后直接由样品透射。在该配置中，获得了样品的消光光谱。
在第二配置中，装置1处于漫反射模式，其中入口光路调节器13被定位为使得从光源9通过入口端口P2进入腔3的光可以直接地照射包含在液槽7中的液体或者可以入射在腔壁5上并且在与液体样品相互作用之前在腔3内进行漫反射。此外在该第二配置中，出口光路调节器13B被配置为使得由样品透射和/或反射并且通过出口端口P4收集并发送到光谱仪11的光在进入出口端口P4之前已经历了腔壁5的至少一次反射。在该配置中，获得了样品的吸收光谱，而没有由液体样品散射的影响。
在配置模式之间切换的手段由一个或多个电子控制器提供，所述电子控制器选择入口光路调节器13和出口光路调节器13B(如果提供的话)两者的配置，以根据所选择的配置模式来获得液体样品的消光光谱或吸收光谱。
装置1及装置1所使用的方法允许使用单个装置并在不移动液体样品的情况下测量液体样品的消光光谱和吸收光谱。
现在参考图2a、图2b，用于测量液体样品的光谱的光谱仪装置1的第一实施例包括积分腔3，积分腔3包括一个或多个反射内壁5，并且光谱仪装置1被配置为将包含液体样品的液槽7保持在积分腔3内。积分腔3包括至少一个光入口端口P1、P2和至少一个光出口端口P3、P4，(一个或多个)光入口端口P1、P2被配置为接收来自光源9的光，并且(一个或多个)光出口端口P3、P4被配置为将光传送到光谱仪11。
装置1还包括光路调节器13，光路调节器13被配置为选择性地调节通过积分腔3的光的路径，使得至少两个不同的光路15、17被提供。
当光路调节器13是在第一配置中时，装置1处于透射模式，在所述透射模式下，来自光源9的光遵循从光入口端口P1或其中之一到液体样品的直达光路15，使得来自光源9的光在透射通过光出口端口P3、P4或其中之一并且由光谱仪11接收以用于对光进行波长分析以提供液槽7中的液体样品的消光光谱之前直接地照射液体样品。
当光路调节器13是在第二配置中时，装置1处于漫反射模式，在所述漫反射模式下，来自光源9的光遵循从入口端口P1、P2或其中之一进入积分腔3中的光路17，并且：
a)直接地入射到积分腔3的一个或多个反射内壁5上并且在积分腔3内进行漫反射，使得来自光源9的光间接地照射液体样品；或
b)直接地入射(未示出)到液体样品7上，使得来自光源9的光直接地照射液体样品，并且由样品透射和/或反射的光在积分腔内进行漫反射
光随后透射通过光出口端口P3、P4或其中之一并且由光谱仪11接收以用于对光进行波长分析以提供包含在液槽7中的液体样品的吸收光谱。
装置1及该装置所使用的方法允许使用单个装置并在不移动液体样品的情况下测量液体样品的消光光谱和吸收光谱。该方法包括：将可以被包含在标准1cm正方形液槽7中的液体样品置于积分腔3中；以及在透射或漫反射配置中将光传送到样品。在第一配置中，由样品透射的光被发送到光谱仪11并且获得了消光光谱，而在第二配置中，光在腔3内进行漫反射并且与样品相互作用，使得由样品散射的光不会损失。在第二配置中，光可以最初与样品相互作用，或者直接地入射在腔的壁上。然后可以利用适合的校准和建模使由第二配置中的光谱仪11所收集的光谱与绝对吸收光谱相关。在测量配置之间进行切换是经由被配置为在光进入积分腔3之前操纵来自光源9的光的一个或多个可调光学元件L1-L5、M1-M4来提供的。这样的光学元件可以包括一个或多个快门和/或可移动的反射镜，所述一个或多个快门和/或可移动的反射镜控制通过积分腔3的光路，并且因此允许使用单个装置1来获得液体的消光光谱和吸收光谱两者。
装置1将样品液槽7悬挂或者支撑在积分腔3内，由此后者具有特定的光入口/出口端口配置(与一个或多个光学元件相结合)，允许在光源9和光谱仪11(并且具体而言是这种光谱仪的或者连接到这种光谱仪的光检测器)之间通过积分腔3提供两个不同的光路。
技术人员应意识到，可以以若干不同的方式并且通过改变至少以下项中的一个或多个来提供通过积分腔3的第一光路和第二光路：
a.入口端口的数量和/或位置；
b.出口端口的数量和/或位置；
c.可移动的光学元件的数量和/或位置和/或类型；
d.可以使用的任何辅助固定光学元件的数量和/或位置和/或类型；
e.积分腔相对于光源和/或光谱仪的相对位置。
在实践中，装置1的使用提供了以下优点中的一个或多个：
●用于像在市场上可得到具有标准液槽的任何其他设备中一样执行标准UV-VIS测量的方法。
●切换到吸收模式以去除任何散射效应的能力。
●从用户的角度立即提取消光光谱和吸收光谱两者。
●在单个仪器中并在没有用户干预的情况下测量吸收和消光光谱。
●方便通过腔端口替换样品，类似于标准UV-VIS仪器中的替换
●提供用于确定浑浊/散射介质的绝对吸收率的手段
不同的入口端口
参考图2a和图2b的第一示例，光沿着第一光路15从光源9通过两个光入口端口P、P2中的一个透射到积分腔3中。当装置1是在第一配置中时，光通过第一光入口端口P1进入，并且直接地入射在液槽7中的液体样品上。由液体样品透射的光经由第一光出口端口P3来收集并且以与标准UV-VIS测量相同的方式来处理，标准UV-VIS测量将通过测量样品的波长相关的消光光谱来完成，所述样品的波长相关的消光光谱确定了样品的波长相关的消光系数。
在第二配置中，来自光源的光沿着第二光路17通过P2来发送并且首先直接地入射在腔3的反射壁5上。腔3的壁5的表面近似地是完美漫反射器(朗伯表面)。入射光因此在腔3中漫射地扩散并且照射样品并与之相互作用。光可以被样品吸收，但是由样品散射的光仍然是存在于腔3中的漫射照射的一部分。
在第二配置中，然后经由第二光出口端口P4收集光，第二光出口端口P4被特定地定位为使得直接由样品透射或反射的尽可能多的光在其被从腔壁5反射并由光谱仪11处理之前不会进入出口端口P4，从而允许确定样品的真实吸收光谱，而没有由于散射而导致的光谱光损失。在消光模式与吸收模式之间进行切换是经由光路调节器来完成的，而不需要改变样品位置或装置的任何其他光学器件。
光路调节器13因此调节由积分腔3接收的来自光源9的光以提供第一光路15和第二光路17，在所述第一光路15中光直接地入射在液体样品中而不入射在腔3的壁5上，在所述第二光路17中光直接地入射在腔3的壁5上而不入射在液体样品上。
在图1a、图1b的示例中，光路调节器13包括形式如下的光学元件：介于光源9与腔3之间的两个横向间隔开的成角度的入口反射镜组M1、M2，以及介于腔3与光谱仪11之间的一对对应的横向间隔开的成角度的出口反射镜组M3、M4。在该示例中，腔3包括两个横向间隔开的光入口端口P1、P2，并且包括两个横向间隔开的光出口端口P3、P4。在该示例中，多个透镜L1-L5沿着第一光路15和第二光路17被提供在不同的位置。光路调节器还包括被配置为打开和关闭第一出口端口P3的可移动的快门S1。
一个入口反射镜M1和一个出口反射镜M4都可沿着腔3的横向轴移动，然而第二入口反射镜M2和第二出口反射镜M3是固定且不可移动的的。在第一配置中，两个反射镜组处于它们不会阻碍概念性路径(从光源9，到第一入口端口P1，到液体样品，再到第一出口端口P3)的位置。在该位置，来自光源9的光沿着直达光路15被透射并且直接地入射在液体样品上。
并行地，当反射镜M1离开第一光路15时，快门S1同时地打开，从而允许由样品透射的光从消光光出口端口P3离开腔3。可移动的出口反射镜M3也被同时地定位在第一光路15外，使得离开P3的光可经由透镜L5被直接地聚焦到光谱仪11上。
在配置2中，可移动的入口反射镜M1置于光源9与第一入口端口P1之间的光路中，其中反射镜M1被定位为与光路成45°，使得光被引导到固定反射镜M2，固定反射镜M2因此允许光经由聚焦透镜L2被聚焦到吸收光入口端口P2中。在该配置中，光直接地入射到腔3的内壁5上并且在腔3内进行漫反射。腔3内的光然后使用透镜L4来经由出口端口P4收集并被发送到光谱仪。光被防止经由第一出口端口P3离开腔3，因为这已被可移动的快门S1关闭。
在实践中，装置1的使用提供上面陈述的优点中的一个或多个。
装置1可以包括电子控制器/软件，或者与电子控制器/软件通信，所述电子控制器/软件被配置为执行对所获得的消光、吸收和散射光谱的测量(即参考和样品测量、获取时间、积分时间)和显示。
相同的入口端口
现在参考图3a和图3b，装置1的第二实施例被提供有给予相同附图标记的相同特征。在该示例中，装置1与图2的装置类似，但是提供了单个光入口端口P1。光路调节器13包括组合的针孔透镜系统，所述组合的针孔透镜系统包括置于光源9与入口端口P1之间的针孔PN1和聚焦透镜L2以及置于出口端口P3和P4之后的可移动的快门S1。在图3b中所示的第一配置中，光路调节器13被配置为使得针孔PN1与传入光路对准并且进入入口端口P1的光基本上准直，并且在该位置来自光源9的光沿着直达光路15被透射并直接地入射在液体样品上。并行地，当针孔PN1在光路中时，快门S2被同时地关闭，从而允许由样品透射的光从消光光出口端口P3离开腔3。可移动的出口反射镜M3也被同时地定位在第一光路15外，使得离开P3的光可经由透镜L5被直接地聚焦到光谱仪11上。
在配置2中，光路调节器13被定位为使得输入针孔PN1在光路外并且聚焦透镜L2在光路中并且来自光源9的入射光被聚焦到入口端口P1上，使得光沿着直达光路透射到样品，但是因为其已被聚焦到入口端口位置处的点，所以光被发散使得光照射样品液槽的整个横向宽度。并行地，当聚焦透镜L2在光路中时，快门S2同时地打开，从而覆盖出口端口P3，其中可移动的反射镜M4被定位为与光路成45°。在该配置中，由样品散射、透射和反射的光在腔3内进行漫反射，这然后允许在腔3内已进行漫反射的光从吸收出口端口P4离开腔3。该光然后使用透镜L4来经由出口端口P4收集并且经由反射镜M3和可移动的反射镜M4发送到光谱仪。
快门选择避免样品
现在参考图4，装置1的第三实施例被提供有给予相同附图标记的相同特征。在该示例中，可移动的入口反射镜M1已用入口快门S2和第二固定入口反射镜M1替换。出口反射镜M3、M4一起可从如图2中所示的位置横向移动，在所述位置成角度的出口反射镜M3在出口端口P3的光路中以便将来自第一光路15的光引导到第二出口反射镜M4上并到光谱仪11上。出口快门S1包括快门孔径，所述快门孔径在该第一配置中与出口端口P3对准。入口快门S2包括一对横向间隔开的快门孔径。在第一配置中快门S2被定位为使得快门孔径中的一个与入口端口P1对准，但是入口端口P2被关闭。成角度的固定入口反射镜M1、M2将光引导到入口端口P1。
在第二配置中入口快门S2被横向移动，使得入口端口P1被关闭并且入口端口P2与入口快门S2孔径中的一个对准，使得来自光源9的光被直接地透射到入口端口P2中。出口反射镜M3、M4被横向移动，使得反射镜M3不在出口端口P4与光谱仪11之间的光路中。
快门选择直通样品
参考图5，装置1的第四实施例被提供有与给予相同附图标记的相同特征。在该示例中，装置1与图4的装置类似，但是未提供入口反射镜。入口快门S2被设置为与入口透镜L6相邻。入口快门S2的位置的横向调节使一个或另一个快门孔径与入口透镜L6和光源对准。一个入口快门孔径是相对小的，而另一个入口快门孔径是相对大的。通过与透镜L6相结合地调节哪一个孔与光源对准，两个光路15、17都可以直接地入射在液体样品上，其中第一光路通过样品并经由出口端口P3离开腔，并且当出口快门S1关闭第一出口端口P3时，第二光路也通过液体样品但是在经由第二出口端口P4离开腔3之前被漫射成与腔3的壁5接触。
现在参考图6，装置1的第五实施例被提供有与给予相同附图标记的相同特征。在该示例中，装置1与图3a和图3b的装置类似，但是经由离轴抛物面(OAP)反射镜而不是透镜和平反射镜来提供针对两种不同的配置的光路的操纵。此外在该实施例中还提供了两个入口端口P1、P2。在该示例中，OAP M1包括置于光源9与第一入口端口P1之间的反射镜，其中通过中心钻出的孔平行于入射光路，而OAP M2没有钻孔并且按光源9与第二入口端口P2之间的一个角度(在此示例中为60°)重定向光。光路调节器在积分腔3的入口侧和出口侧包括两个可移动的快门S1、S2，所述两个可移动的快门S1、S2平行地并根据其位置而移动，阻挡同时地从端口P1和P3或同时地从P2和P4传入和传出的光。
在第一配置中，光路调节器被定位为使得从OAP M2反射和聚焦的光被阻止经由第二入口端口P2进入腔3，使得仅通过OAP M1中的孔的光经由第一入口端口P1进入腔3，并且沿着直达光路15透射。该光直接地入射在液体样品7上。并行地，在腔3的出口侧上，光路调节器的快门S2被定位为使得第二出口端口P4被关闭并且在腔3内进行漫反射的光不会到达光谱仪11。并行地，第一出口端口P3打开，使得由样品7透射的光可以离开第一光出口端口P3，透射通过平行于光路在OAP M3中钻出的孔，并且可经由透镜L5被直接地聚焦到光谱仪11上。
在第二配置中，光路调节器的快门S1被定位为使得通过OAP M1中的孔的光被阻止经由入口端口P1进入腔3。因此，到达OAP M1的发散光被OAP M1准直并重定向90°到OAP M2上，其然后被从OAP M2聚焦并以60°处重定向到第二入口端口P2处的点。进入腔3的光然后发散，使得光照射样品液槽的整个横向宽度，同时不允许任何光被直接地透射到第一光入口端口P1上。并行地，在腔3的出口侧，光路调节器的快门S2被定位为使得出口端口P3被关闭并且由样品7直接地透射的光不会到达光谱仪11。并行地，出口端口P4打开，使得由样品7散射、透射和反射的光在腔3内进行漫反射，此后其经由第二出口端口P4离开腔3。该发散光然后经由OAP M4被收集，由OAP M4准直并以90°重定向到OAP M3，其从OAP M3以90°重定向并直接地聚焦到光谱仪11上。
现在参考图7，装置1的第六实施例被提供有给予相同附图标记的相同特征。在该示例中，针对两种不同的配置的光路的操纵是经由一对光纤电缆21、23来提供的，这对光纤电缆21、23中的每一条与相应的光源25、27相关联，并且与相应的入口端口P1、P2相关联。每个光源25、27可以包括相应的LED光源25、27，其在该示例中与关联的LED电子控制器29一起包括光调节器，由此通过由控制器29对LED源25、27进行适当的激活和去激活来控制光到入口端口P1或P2的提供。
在该示例中，光纤光缆21直接地向第一入口端口P1供应光。光纤光缆23经由准直透镜30向第二入口端口P2供应光。
出口反射镜32和分束器33被设置在出口端口P3、P4与光谱仪11之间并且被配置为允许根据装置正在以哪一种配置进行操作来选择性地允许来自第一出口端口P3和第二出口端口P4的光到达光谱仪11。
在第一配置中，装置1处于透射模式，在所述透射模式下，光路调节器(即控制器29)被控制为使得从LED源25经由第一光纤光缆21向入口端口P1提供光。通过入口端口P1进入腔3的光直接地照射包含在液槽7中的液体，并且出口光路调节器(即出口反射镜31和分束器33)被配置为使得通过出口端口P3收集并发送到光谱仪11的光包括来自第一LED源25的光的一部分，来自第一LED源25的光在照射样品之后由样品直接地透射。在该配置中，获得了样品的消光光谱。
在第二配置中，装置1处于漫反射模式，其中控制器29控制第二LED源27以经由第二光纤光缆23向第二入口端口P2提供光。通过入口端口P2进入腔3的来自LED源25的光可直接地照射包含在液槽7中的液体或者可在与液体样品相互作用之前入射在腔壁5上并在腔3内进行漫反射。在该第二配置中，出口反射镜31和/或分束器33被配置为使得由样品透射和/或反射并且通过第二出口端口P4收集并发送到光谱仪11的光在进入出口端口P4之前已经历来自腔壁5的至少一次反射。在该配置中，获得了样品的吸收光谱，没有经液体样品散射的效应。
使用可独立控制的LED光源(其中的每一个馈送特定入口端口P1、P2)可以产生稍微较简单的装置，所述稍微较简单的装置要求更少单独的可移动的和/或固定光学元件来控制进入球体3的光，并且允许装置在第一配置和第二配置中操作。
在该实施例中，入口端口P2与入口端口P1不平行，使得光经由入口端口P2以与腔的主轴倾斜的角度进入腔。应当选取端口P2的位置/角度以便使当光击中液槽7时来自液槽7的任何菲涅耳反射在第一次反射时通过透射端口P3、P4离开的机会最小化。可以相应地选择通过端口P2的光路的角度。
在装置1中，可以从以下各项中选择可移动的和/或固定光学元件：
a.棱镜；
b.透镜；
c.反射镜；
d.衍射光栅；
e.光纤光缆；
f.光源。
示例性组件
在下面提供的是可与装置1的一些示例一起使用的示例性组件的非限制性概要：
●光源9：从ThorLabs购买的提供从350nm至900nm的激发用光的钨卤素灯。
●可移动的反射镜(M1、M4，在图1和图2的示例中)：被45°安装到光路的标准光学反射镜，其可被平移进出光束路径以用于选取第一配置或第二配置。从ThorLabs购买。
●固定反射镜(M2、M4，在图1和图2的示例中)：被45°安装到光路的标准光学反射镜，其可被平移进出光束路径以用于选取第一配置或第二配置。从ThorLabs购买。
●传送透镜(L2，在图1和图2的示例中)：用于第二配置以将通过入口端口P2的传入光聚焦到腔壁5上以进行吸收测量的限定焦距的标准凸透镜。从ThorLabs购买。
●积分腔3：具有漫反射内壁的50mm内径球形积分腔。球体具有在壁中钻出以用于光传送和收集的四个端口(P1-P4)以及在北极上用于将液槽7悬挂在腔3中心的定制钻出的样品端口。积分腔3购自Avian Technologies。球体几何形状可以是定制的，以适合与装置1一起使用的应用。腔3可以是非球形的，并且可能是圆柱形的或立方形的。壁5的涂层可以具有不同类型的表面反射率，包括UV、可见或红外区域或其组合中的镜面反射和漫反射或其组合。
●样品保持器/液槽7：液槽7经由夹持在液槽7周围并且还允许液槽7在固定位置处悬挂在腔3内的保持器被保持在装置1中。可以提供以下液槽几何形状：标准(1cm正方形)、薄或板状(10×1mm)、圆柱形、球形(组合也是可能的，例如具有平坦区域的圆柱形)
●USB光谱仪11：根据波长分析离开腔3的光的强度，从而允许在例如计算机屏幕上获得和显示光谱。这个可以是经由USB连接供电并以接口连接到形式为膝上型电脑/计算机的控制器的独立设备。光检测可以是按照具有色散光学器件的标准光谱仪和经由CMOS、CCD、二极管阵列或扫描单色器的检测。
●电子装置：可移动的反射镜由步进电机驱动，并且由具有步进电机驱动器板的可编程微控制器控制。微控制器和USB光谱仪都附连到控制器，诸如在装置1内部的微型计算机。微型计算机的目的是双重的，i)它方便与光谱仪11并与电机驱动器通信，并且ii)它提供基于web的图形用户界面。这方便与装置1交互，因为不需要用户安装特殊软件，并且不需要开发人员维护操作系统相关定制软件。
●光源：标准UV-VIS(即卤素灯、氙灯、氘灯)、任何种类的LED、激光器、所有这些的组合；以及具有用于波长选择的附接单色器的任何多色光源。
●传送光学器件：诸如透镜、反射镜、快门、衍射光栅、光纤或其任何组合的标准光学组件的组装件。
●光路切换：(一个或多个)电动线性级和/或(一个或多个)快门。
参数/变量
存在作为如上所述的装置1的设计和操作中的因素的许多物理和几何参数/变量，其包括以下项中的任何一个或多个：
●腔表面反射率ρ是反射光线与入射光线的比率。对于符合装置1的腔的操作，反射率必须接近于一，即壁5包括高反射材料。装置1进一步要求反射率为强漫射的(朗伯)。
●端口分数f是所有腔端口P1-P4的表面面积与腔3的壁5的总表面面积的比率。随机地横过腔3的光线因此有逃逸几率f。
●增强因子M：近似地对光线在被腔的壁吸收或者经由端口离开之前将经历的漫射腔表面反射的数量进行编码。在空球形腔的理想情况下我们具有
●击中样品几率μ：纯几何因子，陈述漫反射离开腔表面的光线与样品液槽相互作用的概率。
●路径长度L是光线在样品体积内经过的路径的平均长度。如果M和i大，则L大。
装置校准/测量/控制概要
以下因素形成装置1的基础以便获得无误差光谱：
与吸收率测量有关：
●控制器确定插入到积分腔中的样品的绝对吸收横截面；这要求对照已知标准准确地校准可测量的强度。
●用于吸收率的输入端口位置：针对此端口的放置有两个选项：
○i)避免样品的直接照射改进测量的可再现性，因为它对样品液槽的确切几何替换不太敏感。此方法的缺点是甚至对于完全吸收样品，一些光也到达检测器(通过μ确定)而不与样品交互，这限制可测量的光学密度的范围。
○ii)替代地，可使所有入射光线通过样品。这解决饱和吸收率的问题并且允许测量强吸收样品。在这种情况下检测端口需要从腔壁的不接收来自直接或反射照射的光的部分收集。
●用于吸收率的检测端口位置：检测端口的视场不得与样品相交，替代地它应该仅从腔表面聚集光。这使测量对样品的散射性质的依赖性最小化。
●设置的几何优化：样品中的平均路径长度L可通过样品体积与腔积之比rV＝V样品/V腔：乘以腔中的平均弦长(其中A腔是腔的表面面积)并乘以增强因子M来近似。近似路径长度控制可检测的光学密度的下限；例如，对于低吸收率样品，期望使L最大化：i)M对于腔表面反射率ρ→1和腔端口分数f→0变得最大，ii)rV随着相对样品体积而增加并且当样品完全填充球体时接近一1，iii)对于球形腔是最大的。具有最大表面反射率和最小端口开口的被样品完全填充的球形腔可以是用于检测超低浓度的最佳设置。
●选取适合有效性、可再现性和用户方便的要求的参数(腔和样品几何形状、端口位置、数值孔径等)的组合不是直截了当的。设计选择可以是非平凡妥协。例如，上述的装置1适合于标准液槽，包括对于强烈吸收液体具有短光学路径长度的液槽。
与组合消光吸收率测量有关：
●在积分腔内执行消光测量；这具有几何约束，因为样品壁必须垂直于入射光束，这要求正方形或平壁液槽。具有弯曲表面(例如圆柱形)的液槽也是可能的，但是将要求专用光学器件来抵抗折射效应。
●需要约束在传送和检测两者中可用的数值孔径以便避免样品的漫射照射并且使多次散射光的检测最小化。
●需要能够在吸收通路与消光通路之间切换的组合传送和检测光学器件。这些通路的布置必须确保它们不会相互影响。
装置校准/测量/控制示例细节
在附录中陈述能用于校准如上所述的光谱仪装置的示例性校准方法的细节。
光谱仪装置可以被配置为测量从以下项中的任何一个或多个中选择的液体样品的光谱：
a.水；
b.酒；
c.饮料；
d.可食液体或部分液体产品；
e.涂料；
f.水，诸如海水；
g.纳米颗粒；
h.乳液；
i.血液
在一个示例中光谱仪装置因此可以是酒测试装置。
以上列表是非限制性的。
除非上下文另外清楚地要求，否则在整个说明书中，单词“包含”、“含有”等应在如与排他性或详尽意义相反的包含意义上(也就是说，在“包括但不限于”的意义上)进行解释。
尽管已经通过示例并参考本发明的可能的实施例描述了本发明，然而应当理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其做出修改或改进。本发明还可以被广义地说成在于本申请的说明书中参考或者指示的部分、元件和特征，单独地或共同地在于所述部分、元件或特征中的两个或更多个的任何或所有组合。此外，在已经参考具有已知等同物的本发明的具体组件或整数的情况下，那么此类等同物在此被并入如同被单独地阐述一样。
在整个说明书中对现有技术的任何讨论决不应该被认为是承认这种现有技术是广泛已知的或者形成本领域中的公知常识的一部分。
附录——示例校准方法
用于组合的消光和吸收光谱的校准程序
背景技术
在标准的UV-VIS透射测量中，被测量的样本的消光E(λ)通过比尔-朗伯定律与消光系数、样本的αE以及通过样本的路径长度κ有关，如下式给出：
E(λ)＝-logl0T(λ)＝καE，(1)
其中，T(λ)是以给定波长的透射光与入射光之比。如果消光像是由于样本中的特定分析物(例如染料分子)产生的，则消光系数与分析物的浓度c和分析物的摩尔消光系数成正比。因此当路径长度已知时，则所测量的消光直接与样本消光系数成正比，这可用于通过下式计算分析物的浓度：
这示出了UV-VIS测量的UIV-VIS测量的量变能量，因为对于标准UV-VIS设置，路径长度由所使用的液槽的长度限定，长度通常为1cm。实际上，消光是样本的散射和吸收的总和，从而可以被分为两个部分：一个来自吸收且一个来自散射。这些继而分别被称为摩尔吸收系数和散射系数这使得比尔-朗伯表达式为：
这允许三种通常情况，其中样本可以：
1.只吸收，即且
2.只散射，即且
3.吸收和散射，即且
对于大多数样本，情况1适用，其中，并且等式2可用于确定分析物的浓度或摩尔吸收系数。然而，当情况3适用时，标准UV-VIS配置不能使用，因为其难以将贡献与散射和吸收单独地分开。因此如果感兴趣的分析物具有但嵌入在具有非零的液体内，则分析物的浓度由于散射的贡献而不能经由消光测量来确定。该问题的解决方案在于将样本嵌入在如原始发明中所述的积分腔内，以去除散射对所测量的信号的效果。
积分腔路径长度
在非标准透射配置中，例如如下所示的，其中样本被嵌入在积分腔内使得与样本交互的光通过腔壁扩散地反射在腔内，样本中的路径长度不再被简单地定义为液槽的厚度，因为光在离开腔并进入光谱仪之前可以不同的角度通过样本很多次。如此，使用等式2来确定样本的摩尔吸收系数不再有效(出于论证的目的，此处将我们本身限制为情况1)。在且将E(λ)写为AR(λ)的情况下，腔中所测量的吸收替代地由下式给出：
A(λ)MEAS＝κeff(AR(λ))AR(λ)，(4)
其中，κeff(A(λ))是有效腔路径长度，并且AR(λ)是将在路径长度为1cm的标准透射测量中所测量的“真实吸收”信号。keff(A(λ))明显是波长(由于腔材料的非平坦反射)和AR(λ)的函数。重新排列等式4给出：
其表明通过在透射和吸收两种模式下(如原始发明中所述)测量一定范围的吸收样本并取A(λ)MEAS与AR(λ)之比来直接将腔路径κeff(A(λ))确定为波长和样本(真实)吸收的函数。
需要用于确定腔路径长度的方法从而使在该配置中所测量的吸收A(λ)MEAS可以被转换为将在1cm路径长度透射设置中测量的等效吸收。结果，一旦路径长度是已知的，相比于透射设置A(λ)MEAS可以针对路径长度的增加(或减少)进行校正，并且等式2可以适用于确定分析物的吸收系数(或浓度)。
积分腔校准
用于确定有效积分腔路径长度所概述的方法在以下使用原始发明中所述的设置和使用染料Eosin B作为分析物来实现。染料的浓度系列被测量为在样本吸收的一定范围内确定路径长度。在所有情况下，AR(λ)是在透射模式下测量的“真实”吸收，并且keff(A(λ))是腔中的吸收和波长相关的路径长度。测量的细节在方法章节中描述。
使用针对Eosin B浓度系列所述的本发明获得的A(λ)MEAS与AR(λ)光谱在图1和图2中示出，其中指出了每个测量中的染料浓度。当光谱在两个配置中看起来类似时，在每个浓度下测量的光谱的大小存在明显差异。如比尔-朗伯定律所期望的，在消光配置(未示出)中，在没有散射存在的情况下，AR(λ)按照吸收系数线性地缩放。然而在腔配置中，由于腔路径长度对增加的吸收的非线性响应，明显的是大小快速地从与浓度线性地成正比偏离。
使用图1和图2中的数据，通过如由等式4给出的取A(λ)MEAS与AR(λ)之比在任何波长下计算keff(A(λ))。在517nm下由Eosin数据获得的路径长度因素在图3中针对所测量的吸收AMEAS和针对图4中真实吸收AR绘制。L(λ，αa)的中间值继而经由所示的测量数据点之间的线性插值找到。在单个波长下在0.001-1.39之间的AREAL范围内成功确定腔路径长度。对于所使用的特定腔几何形状，在517nm下，κeff(AR(λ＝517))在最低吸收(AMEAS＝0.007)下达到7cm的最大值，并且在最高吸收(AMEAS＝1.51)下降到1.1cm的最小值。用于获得κeff(AR(λ))的方法介意扩展到所有波长，其中染料被充分吸收。
在存在散射时的腔路径长度
在样本具有非零散射系数时散射对A(λ)M(以及从而κeff(AR(λ)))的效果已经针对图5和6中的两个情况示出。在染料浓度明显不同的两种情况下明显的是，在溶液中存在散射具有对所测量的吸收光谱的可忽略的效果，其示出了腔路径长度对样本散射不敏感。因此针对零散射在以上概述的校准方法可应用于任意散射系数的样本。对于488nmEosin系列的对应消光A(λ)R光谱在图7中示出，其中由于硅颗粒而产生的散射在所呈现的宽Rayliegh型光谱中是明显的(注意，下标的Eosin吸收曲线在散射和吸收可比较的一些光谱中部分可见)。
Ⅰ.将腔校准应用于任意溶液：
校准的腔光谱仪(由κeff(A(λ))表征)现在可用于定量地确定任意样本(其吸收在已经测量κeff(A(λ))的范围内)的消光和(真实)吸收光谱。这在图8和图9中示出，其中在腔光谱仪中对具有不同吸收光谱的两种食物染料(分别为Blue1和Red3)进行测量。染料在明显不同的波长下吸收并且从而对测量校准方法的真实性是理想的。使用基于Eosin校准数据计算κeff(A(λ))的合适数学模型，可以重新校准所测量的吸收A(λ)M以产生经校准的吸收，在图中示出的经校准的吸收对于真实吸收A(λ)R总是等同的(经由透射模式测量得到的)。这两种情况示出了针对从吸收模式下的测量吸收返回透射模式下的等同吸收光谱的提出方法的有效性。因此对于具有任意散射系数的样本而言，该方法仍然有效并且将正确地产生样本的真实吸收光谱A(λ)R并且同时产生其消光光谱E(λ)R。
附录A——测量程序
以下步骤用于使用本发明执行样本的完全测量：
1.用户设置光谱积分时间和测量所需的光谱采集的总数量N。对于每个步骤(参考、样本和黑暗)，通过取N光谱的平均值来计算平均光谱。
2.软件用于将仪器设置为吸收模式。
3.通过将1cm×1cm液槽中包含的2mL的参考溶液(在该情况中为水)置于腔内并测量吸收模式下透射光的强度(由软件记录为)来获得参考光谱。
4.软件用于将仪器切换为消光模式。
5.相同的参考溶液在消光模式下测量，其中透射光的强度由软件记录为。
6.去除液槽，去除参考溶液并用2mL的样本溶液(即，在所使用的最低浓度下的染料)替换。液槽在相同的位置被替换成腔作为参考溶液。
7.在消光模式下，测量由样本透射的光的强度，由软件记录为。
8.软件用于将仪器切换为吸收模式并且测量由样本透射的光的强度，由软件记录为。
9.软件被设置为黑暗模式(即，光源被关闭)并且测量黑暗光谱，由软件记录为ID(λ)。
10.针对稀释系列中的样本的整个集合，从染料的最低浓度到最高浓度重复步骤5-7，其中在有光漂移的问题时则在其中取新的参考样本。
第n个样本的消光和(测量的)吸收光谱如下计算：
以及
其中，n是稀释系列中样本数量，表示n＝1是最低浓度，n＝n是最高浓度。
对于所示出的消光和吸收光谱(零散射情况)，每个光谱继而通过首先减去恒定的背景来进行后处理。在Eosin B的情况下，这通过取在700到750nm中的每个光谱的平均值来完成。每个光谱继而被平滑化以通过使用具有61带宽和二阶多项式的Savizky-Golay滤波器来去除噪音。所测量的吸收光谱继而被转换为真实吸收光谱，如使用等式5所列出的，从而产生2光谱，即消光E(λ)和真实吸收光谱AR(λ)。
附录B——实验细节
来源于SigmaAlrich的Eosin B样本通过稀释水中的500μM的原料来制备。原料溶液是由如所接收的粉末来制备的。300nm硅颗粒的散射溶液是通过由50mg mL-1原料溶液稀释水溶液(如从供应器接收的)来制备的。散射溶液然后与等同量的Eosin B混合，以实现期望的最终染料+散射浓度。该方法中暗示的是假设染料分子和散射颗粒不会通过分子对颗粒表面的静电吸收也不会通过化学相互作用来相互作用。对于该原因，期望使用具有相同电荷的染料作为颗粒表面；在此处的情况下，Eosin B带负电并且硅颗粒具有将在溶液中带负电的COOH表面基团，因此在两种物种之间应当不会相互作用，如由H20中溶解的染料吸收光谱与硅溶液中溶解的染料吸收光谱之间的相似性而表明的。所有样本在仪器中的测量之前被立即制备。在每个样本在稀释系列中被测量之后，用水然后乙醇并且然后水(如所需要的)对液槽进行完全清洗，并且如果需要则取新的水基准液。
参考文献

Claims (43)

1.一种用于测量液体样品的光谱的光谱仪装置，所述装置包括：
积分腔，所述积分腔包括一个或多个反射内壁，并且所述积分腔被配置为在所述积分腔内容纳包含液体样品的液槽，
其中，所述积分腔包括至少一个光入口端口和至少一个光出口端口，所述光入口端口或每个光入口端口被配置为接收来自至少一个光源的光，并且所述光出口端口或每个光出口端口被配置为将光传送到光谱仪；
所述装置还包括光路调节器，所述光路调节器被配置为选择性地调节通过所述积分腔的光路，使得至少两个不同的光路被提供；其中
当所述光路调节器是在第一配置中时，所述装置处于透射模式，在所述透射模式下，来自所述光源的光遵循从所述光入口端口或所述光入口端口之一到所述液体样品的第一光路，使得来自所述光源的光在由所述样品透射的光透射通过所述光出口端口或所述光出口端口之一并且由所述光谱仪接收以用于对光进行波长分析以提供所述液体样品的消光光谱之前直接地照射所述液体样品；并且
当所述光路调节器是在第二配置中时，所述装置处于漫反射模式，在所述漫反射模式下，来自所述光源的光遵循从所述入口端口或所述光入口端口之一进入所述积分腔中的第二光路，来自所述光源的光入射到所述积分腔的所述一个或多个反射内壁上并且在所述积分腔内进行漫反射，使得来自所述光源的光在透射通过所述光出口端口或所述光出口端口之一并且由所述光谱仪接收以用于对光进行波长分析以提供包含在所述液体样品中的所述液体样品的吸收光谱之前照射所述液体样品。
2.根据权利要求1所述的装置，所述装置被布置为使得，当在所述第二配置中时，来自所述第二光路的光被透射：
a.直接地从所述入口端口到所述积分腔的一个或多个壁上；和/或
b.直接地从所述入口端口到所述样品上并通过所述样品后续到所述积分腔的一个或多个壁上。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，在所述第一配置中使用的入口端口与在所述第一配置中使用的出口端口是直接相对的，使得当在所述第一配置中时，所述第一光路直接地跨所述积分腔延伸。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的装置，还包括所述光源。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，还包括控制器，所述控制器被配置为控制所述光路调节器以选择性地调节通过所述装置的光的路径。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述控制器是所述装置的组成部分并且与所述装置直接通信。
7.根据权利要求5所述的装置，其中，所述控制器远离所述装置并且被配置为与所述装置的收发器无线通信。
8.根据权利要求5至7中的任一项所述的装置，其中，所述控制器被配置为控制所述光谱仪，并且具体而言被配置为处理由所述光谱仪接收的光以用于对光进行波长分析以提供包含在所述液槽中的所述液体样品的消光光谱和/或吸收光谱。
9.根据权利要求5所述的装置，还包括所述光谱仪。
10.根据权利要求5至9中的任一项所述的装置，其中，所述控制器被配置为控制以下项中的一个或多个：
a.在所述第一配置与所述第二配置之间切换；
b.从所述积分腔获取光谱；
c.选取操作条件；
d.在所述装置的显示器或所述控制器的显示器或与所述装置或所述控制器通信的显示器上显示光谱；
e.将数据保存在所述装置的存储器或所述控制器的存储器或与所述装置或所述控制器通信的存储器上；
f.所述装置的用户界面或所述控制器的用户界面或与所述装置或所述控制器通信的用户界面，其与所述装置交互并且允许用户控制光路调节机构的位置。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述光路调节器包括至少一个可移动的光学元件，所述至少一个可移动的光学元件被配置为操纵从所述光源入射到所述光学元件上的光，所述光路调节器被配置为调节所述可移动的光学元件以选择性地提供所述第一光路和所述第二光路。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述光学元件能够通过从光沿着所述第一光路行进的第一位置和光沿着所述第二光路行进的第二位置起相对于所述积分腔移动所述光学元件来调节。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述积分腔包括正交的纵向轴、垂直轴、横向轴，并且可以针对这些轴中的任何一个或多个来调节所述光学元件的以下位置特性中的任何一个或多个：
a.纵向位置；
b.垂直位置；
c.横向位置；
d.定向；
e.倾角。
14.根据权利要求11至13中的任一项所述的装置，其中，多个可移动的光学元件被提供。
15.根据权利要求11所述的装置，其中，所述可移动的光学元件选自于：
a.棱镜；
b.透镜；
c.反射镜；
d.衍射光栅；
e.光纤光缆；
f.所述光源。
16.根据权利要求11至15中的任一项所述的装置，其中，所述光路调节器包括相对于所述积分腔不可调节的至少一个固定光学元件。
17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述固定光学元件被配置为优先于所述光入口端口，操纵来自所述光源的光。
18.根据权利要求16或17所述的装置，其中，所述固定光学元件被配置为操纵来自所述光出口端口的光。
19.根据权利要求16至18中的任一项所述的装置，其中，所述固定光学元件选自于：
a.棱镜；
b.透镜；
c.反射镜；
d.衍射光栅；
e.光纤光缆；
f.所述光源。
20.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述光路调节器包括至少一个电子控制器，所述至少一个电子控制器能够操作以实现一个或多个光源的选择性操作，以选择性地提供所述第一光路和所述第二光路。
21.根据权利要求20所述的装置，至少包括第一光源和第二光源，所述控制器被配置为独立地控制每个光源。
22.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述光路调节器被定位在所述光源与所述光入口端口之间。
23.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述光路调节器被定位在所述光谱仪与所述光出口端口之间。
24.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，多个光路调节机构被提供。
25.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，多个光入口端口被提供，所述光路调节器被配置为：通过将来自所述光源的光引导通过第一光入口端口来提供所述第一光路，并且通过将来自所述光源的光引导通过第二光入口端口来提供所述第二光路。
26.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，多个光出口端口被提供，所述第一光路将来自所述积分腔的光引导通过第一光出口端口，并且所述第二光路将来自所述积分腔的光引导通过第二光出口端口。
27.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述积分腔包括以下项中的任何一个：
a.漫反射球形积分腔；
b.圆柱形腔；
c.立方形或正方形腔。
28.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述积分腔包括被配置为提供以下项中的任何一个或多个的内部涂层：
a.镜面反射；
b.漫反射；
c.UV光光谱中的反射；
d.可见光光谱中的反射；
e.红外光谱中的反射。
29.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述光源包括以下项中的任何一个或多个：
a.石英卤素源；
b.LED；
c.激光器；
d.任何多色光源。
30.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述液槽的形状是：
a.正方形；
b.板状；
c.圆柱形；
d.球形。
31.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，所述装置是UV-VIS光谱仪装置。
32.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，还包括样品保持器，所述样品保持器被配置为将包含液体样品的液槽保持在所述积分腔内。
33.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述光源包括第一LED光源和第二LED光源，并且所述光路调节器包括控制器，所述控制器被配置为控制所述第一LED光源和所述第二LED光源，使得当在所述第一配置中时，所述第一LED光源被控制以在所述第一光路上提供光，并且当在所述第二配置中时，所述第二LED光源被控制以在所述第二光路上提供光。
34.根据权利要求33所述的装置，其中，来自每个LED光源的光经由相应的光纤光缆被传送到所述积分腔。
35.根据权利要求33或34所述的装置，其中，每个LED光源将光传送到相应的光入口端口。
36.根据权利要求33至35中的任一项所述的装置，其中，每个光路将光传送通过相应的光出口端口。
37.根据权利要求33至36中的任一项所述的装置，其中，所述第一LED光源与准直透镜相关联，所述准直透镜被定位在所述第一LED光源与关联于所述LED光源的光入口端口之间。
38.根据权利要求33至37中的任一项所述的装置，还包括第一出口端口和第二出口端口以及分束器，所述分束器被配置为选择性地允许来自所述第一出口端口和所述第二出口端口的光被透射到所述光谱仪。
39.一种用于测量液体样品的光谱的光谱仪装置，具体而言其中，所获得的光谱是所述样品的吸收光谱和消光光谱，所述装置包括：
积分腔，所述积分腔包括一个或多个反射内壁，并且所述积分腔被配置为在所述积分腔内容纳包含液体样品的液槽，
其中，所述积分腔包括至少一个光入口端口和至少一个光出口端口，所述光入口端口被配置为接收来自光源的光，并且所述光出口端口被配置为将光传送到光谱仪；
所述装置还包括光路调节器，所述光路调节器被配置为选择性地调节通过所述积分腔的光路，使得至少两个不同的光路被提供；其中：
当所述光路调节器是在第一配置中时，所述装置处于透射模式，在所述透射模式下，来自所述光源的光遵循从所述光入口端口到所述液体样品的第一光路，使得来自所述光源的光在由所述样品透射的光经由所述光出口端口被收集并且由所述光谱仪接收以用于对光进行波长分析以提供所述液体样品的消光光谱之前直接地照射所述液体样品；并且
当所述光路调节器是在第二配置中时，所述装置处于漫反射模式，在所述漫反射模式下，来自所述光源的光遵循从所述入口端口进入所述积分腔中的第二光路，并且来自所述光源的光入射到所述积分腔的一个或多个反射内壁上或者直接地入射到所述液体样品上；
其中，由所述样品透射和/或散射的光透射通过所述出口端口，所述装置被配置为使得由所述样品直接透射的光在透射通过所述出口端口并且由所述光谱仪接收以用于对光进行波长分析以提供包含在所述液体样品中的所述液体样品的吸收光谱之前被所述腔的一个或多个内壁反射。
40.一种用于测量液体样品的光谱的光谱仪装置，所述装置包括：
积分腔，所述积分腔包括一个或多个反射内壁，并且所述积分腔被配置为在所述积分腔内容纳包含液体样品的液槽，
其中，所述积分腔包括第一光入口端口、第二光入口路径和至少一个光出口端口，所述第一光入口端口被配置为接收来自第一LED光源的光，并且所述第二光入口端口被配置为接收来自第二LED光源的光，至少一个光出口端口被提供并配置为将光传送到光谱仪；
所述装置还包括光路调节器，所述光路调节器被配置为选择性地调节通过所述积分腔的光路，使得至少两个不同的光路被提供；其中
当所述光路调节器是在第一配置中时，所述装置处于透射模式，在所述透射模式下，来自所述第一LED光源的光遵循从所述第一光入口端口到所述液体样品的第一光路，使得来自所述第一LED光源的光在由所述样品透射的光透射通过所述光出口端口并且由所述光谱仪接收以用于对光进行波长分析以提供所述液体样品的消光光谱之前直接地照射所述液体样品；并且
当所述光路调节器是在第二配置中时，所述装置处于漫反射模式，在所述漫反射模式下，来自所述第二LED光源的光遵循从所述第二入口端口进入所述积分腔中的第二光路，来自所述第二LED光源的光入射到所述积分腔的所述一个或多个反射内壁上并且在所述积分腔内进行漫反射，使得来自所述光源的光在透射通过所述光出口端口或另一光出口端口并且由所述光谱仪接收以用于对光进行波长分析以提供包含在所述液体样品中的所述液体样品的吸收光谱之前照射所述液体样品。
41.根据前述权利要求中的任一项所述的光谱仪装置，所述装置被配置为测量选自以下项中的任何一个或多个的液体样品的光谱：
a.水；
b.酒；
c.饮料；
d.可食液体或部分液体产品。
42.一种光谱仪装置，其基本上是如本文所述的并且如附图中所示的。
43.一种测量液体样品的光谱的方法，该方法使用根据权利要求1至41中的任一项所述的装置，所述方法包括以下步骤：
a.激活光源；
b.控制所述光路调节器处于透射模式或漫反射模式；以及
c.经由所述光谱仪对透射通过光出口端口的光进行波长分析以用于对光进行波长分析以提供包含在所述液槽中的所述液体样品的吸收光谱。
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