CN113466183A - 光谱分析装置以及用于光谱分析装置的操作方法和程序 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种光谱分析装置，其包括检测器和处理器。所述检测器检测通过用辐照光辐照包含物质的样品而获得的测量光，所述样品设置于在其上产生表面等离激元的膜上。所述测量光包括关于所述样品的光谱的信息，并且所述信息包括所述表面等离激元的共振光谱和所述样品的吸收光谱。所述处理器：计算出产生所述共振光谱和所述吸收光谱的波长带中的峰值波长；基于所包含的物质的吸收带计算出所包含的物质的峰值吸光度；并且基于所述峰值波长和所述峰值吸光度计算出所包含的物质与所述样品的比率。

Description

光谱分析装置以及用于光谱分析装置的操作方法和程序

技术领域

本发明总体上涉及一种光谱分析装置以及一种用于光谱分析装置的操作方法和程序。

背景技术

常规已知用于分析溶液等样品的状态的技术。例如，专利文献1公开了用于使用卡尔·费休(Karl Fischer)试剂来测量样品中的水分含量的技术。此外，专利文献2公开了利用光入射在与样品接触的金属层的内表面上时表面等离激元的减少来测量样品的浓度、折射率等的技术。另外，专利文献3公开了用于经由通过将样品逐滴添加到吸水率测量芯片上而形成光学负载膜并且测量吸光度来测量样品的水分百分比的技术。

专利文献

专利文献1：JP 2018-4611 A

专利文献2：JP 2015-175780 A

专利文献3：JP 2008-209170 A

在常规技术中测量样品的水分百分比的精度方面存在改进空间。此外，在常规技术中测量效率存在改进空间。

发明内容

本发明的一个或多个实施例提供了一种使得能够改进样品的状态的测量精度和效率的光谱分析装置。

根据一个或多个实施例的光谱分析装置包括：检测器，所述检测器用于检测通过用辐照光辐照设置于膜上的样品而获得的测量光，在所述膜上产生表面等离激元，所述测量光包括关于光谱的信息，所述光谱包括所述表面等离激元的共振光谱和所述样品的吸收光谱；以及处理单元，所述处理单元用于在所述光谱中导出产生所述共振光谱和所述吸收光谱的波长带中的峰值波长以及在预定波长下的吸光度，并且从所述峰值波长和所述吸光度导出所述样品中包含的物质的比率。除了所述样品的折射率之外还使用所述包含的物质的吸光度使得能够改进所述样品的状态的测量精度和效率。

在根据一个或多个实施例的所述光谱分析装置中，所述处理单元使用在其中所述样品不包含所述包含的物质的状态下的所述光谱的基线来校正所述光谱并且导出所述吸光度。对所述光谱执行基线校正处理改进了计算所述包含的物质的吸光度的精度。

在根据一个或多个实施例的所述光谱分析装置中，当根据所述峰值波长或所述吸光度计算出的所述比率与根据所述峰值波长或所述吸光度中的另一个计算出的比率不匹配时，所述处理单元输出预定信息。在所述样品的状态可能波动的测量中，所述光谱分析装置能够输出预定信息，使得操作者能够在早期阶段检测到所述样品的状态中的波动。

根据一个或多个实施例的光谱分析装置操作方法包括：用于检测通过用辐照光辐照设置于膜上的样品而获得的测量光的步骤，在所述膜上产生表面等离激元，所述测量光包括关于光谱的信息，所述光谱包括所述表面等离激元的共振光谱和所述样品的吸收光谱；以及用于在所述光谱中导出产生所述共振光谱和所述吸收光谱的波长带中的峰值波长以及在预定波长下的吸光度并且从所述峰值波长和所述吸光度导出所述样品中包含的物质的比率的步骤。除了所述样品的折射率之外还使用所述包含的物质的吸光度，使得能够改进所述样品的状态的测量精度和效率。

根据一个或多个实施例，可以改进样品的状态的测量精度和效率。

附图说明

图1是图示了光谱分析装置的轮廓配置的示意图。

图2是与光谱分析装置的配置相对应的框图。

图3是图示了光谱的示例的图。

图4是用于描述光谱分析装置的操作的一个示例的流程图。

图5是用于描述光谱分析装置的操作的一个示例的流程图。

图6是用于描述光谱分析装置的操作的一个示例的流程图。

图7A是用于描述光谱分析装置的使用方面的示例的图。

图7B是用于描述光谱分析装置的使用方面的示例的图。

图7C是用于描述光谱分析装置的使用方面的示例的图。

具体实施方式

作为与一个或多个实施例有关的技术的一个示例给出了卡尔·费休水分测量。卡尔·费休水分测量用于测量样品中的水分含量。卡尔·费休水分测量包括将卡尔·费休试剂用于滴定的体积滴定法以及通过电解来产生试剂以滴定水分的库仑滴定法。体积滴定法是将样品添加到用于萃取反应容器中所含的样品的水分的滴定溶剂(脱水溶剂)并且使用主要由碘、二氧化硫和碱组成的卡尔·费休试剂来滴定以使用浸入在滴定溶剂中的检测电极来检测终点的方法。然后，基于滴定所需要的卡尔·费休试剂的体积求出样品中的水分含量。同时，库仑滴定法是使用其中的卡尔·费休试剂中的碘用碘离子替换的阳极电解液、将该阳极电解液和阴极电解液收容在反应容器中、并且在设置有检测电极的阳极电解液侧电解氧化样品的方法。卡尔·费休试剂是由通过电解氧化产生的碘从阳极电解液产生的并且与样品中的水分起反应以消耗样品中的水分。然后，基于电解所需要的电量找到样品中的水分含量。

然而，根据前述卡尔·费休水分测量，必须在测量时对样品进行采样以将样品与卡尔·费休试剂或脱水溶剂混合，因此必须丢弃经采样的样品的一部分。此外，当在工业过程中在在线状态下测量样品时，样品的状态可以在样品的采样和分析之间随着时间的推移而改变，因此难以实时地测量样品的状态。因此，在卡尔·费休水分测量中的测量效率方面存在改进空间。

此外，作为与一个或多个实施例有关的技术的另一示例给出了表面等离激元共振(SPR)传感器。SPR传感器用于通过利用表面等离激元共振现象来测量样品的浓度或样品的水分百分比。在SPR传感器中，用于特异性地结合到逐滴添加的样品的传感器膜设置在金属层的表面上，在该金属层中由于来自光源的光而发生表面等离激元共振，并且从传感器膜发出的光的强度由光学传感器检测。在所发出的光的光谱中形成峰值的波长(在下文中称为吸收峰值波长或简称为峰值波长)被确定，并且依照样品的折射率观察吸收峰值波长的变化。样品的折射率与样品的浓度相关，并且因此，利用这一点，能够根据吸收峰值波长的变化量求出样品的浓度。

然而，当使用例如前述SPR传感器来测量样品的水分百分比时，并且由于吸收峰值波长的变化是由样品的折射率的变化引起的，所以当在样品中混合了除水以外的溶剂或异物时，或者由于样品的温度也受到影响，折射率可能改变，因此不可能区分吸收峰值波长的变化量是仅由水分还是由除水分以外的因素引起的。因此，在水分百分比的测量精度方面存在改进空间。

此外，作为与一个或多个实施例有关的技术的另一示例给出了使用光吸收测量芯片对样品中的水分含量的测量。光吸收测量芯片在一个示例中具有设置在透明基板上的光学负载膜，该光学负载膜由与水选择性地起反应以改变光的吸收光谱的物质(例如，在其上加载有Co络合物的多孔膜片)组成，该透明基板具有被配置为光波导的内部部分。当将样品逐滴添加到此光学负载膜时，向其上逐滴添加样品的光学负载膜与其中的水分选择性地起反应，以在瞬逝光经由透明基板中的全反射泄漏到光学负载膜上时改变瞬逝光的吸收光谱。因此，通过使用通过透明基板中的全反射传播的测量光的瞬逝光来测量光学负载膜的吸光度，可以求出样品的透光率并且根据该透光率来测量样品中的水分含量。

然而，前述光吸收测量芯片不能使用同一芯片进行在线测量或连续测量，因为由于水分子的吸收，它引起不可逆的变化。因此，在测量效率方面存在改进空间。

一个或多个实施例使得能够以比上述常规技术更高的精度和更高的效率测量样品的状态。

将在本文中参考附图描述本发明的实施例。本领域的技术人员将认识到，能够使用本发明的教导来完成许多替代实施例，并且本发明不限于在本文中出于说明性目的而图示的实施例。

图1是示出了一个或多个实施例中的光谱分析装置1的配置的图。光谱分析装置1分析设置于在其上产生表面等离激元的金属薄膜M上的样品S的状态。样品S包括例如龋溶液和液化气体。例如，光谱分析装置1可以测量样品S中包含的物质的比率作为对样品S的状态的分析。包含的物质例如是水，并且比率是水分百分比。在一个或多个实施例中，作为对样品S的状态的分析，光谱分析装置1可以测量组分组成，包括样品S中的组分的类型和比率，以及能够根据样品S的吸收光谱理解的任何其他物理或化学参数。在一个或多个实施例中，包含的物质的比率表示样品中包含的物质与样品的比率。

光谱分析装置1具有：单宽带光源11，该单宽带光源11用于辐照具有包括可见区域和近红外区域的波长带的辐照光L1；导光部件12，该导光部件12用于引导从宽带光源11辐照的辐照光L1；以及光学平行化部件13，该光学平行化部件13用于将从导光部件12发出的辐照光L1调整为平行光。从光学平行化部件13发出的辐照光L1入射在结合有金属薄膜M的棱镜基板P上。金属薄膜M例如包括诸如金、银或铜的薄膜。可替代地，代替金属薄膜M，可以将在其上产生表面等离激元的任何膜结合到棱镜基板P。棱镜基板P包括例如圆柱形棱镜或半球形棱镜。样品S被设置在金属薄膜M上。光谱分析装置1具有以金属薄膜M与棱镜基板P之间的界面为其轴向中心的旋转机构14。旋转机构14被安装在例如光学平行化部件13上并且调整辐照光L1相对于金属薄膜M的入射角。

光谱分析装置1具有偏光器21，该偏光器21设有：旋转机构22，该旋转机构22用于控制由棱镜基板P反射的测量光L2的偏振；以及聚光部件23，该聚光部件23用于使从偏光器21发出的测量光L2聚光。光谱分析装置1具有以金属薄膜M与棱镜基板P之间的界面作为其轴向中心的旋转机构24。旋转机构24被安装在例如聚光部件23上并且调整测量光L2的光接收角度。光谱分析装置1具有：导光部件25，该导光部件25用于引导由聚光部件23聚光的测量光L2；以及光谱单元26，该光谱单元26用于检测传播穿过导光部件25的测量光L2。

光谱分析装置1具有用于基于所检测到的测量光L2获取光谱信息的处理单元50。光谱包括例如金属薄膜M中的表面等离激元的共振光谱和样品S的吸收光谱。光谱信息包括在预定波长范围上获取的整个光谱的剖面信息，但不限于此，并且可以包括例如关于测量光L2的光强度的信息，该信息是通过由透射固定波长区域的仅一部分的滤光器沿着波长轴线转换光谱的剖面信息而获得的。

图2是与光谱分析装置1的配置相对应的框图。将参考图1和图2更详细地描述光谱分析装置1的配置。

除了上述处理单元50之外，光谱分析装置1还具有辐照单元10、检测器20、存储器30以及输入/输出单元40。

辐照单元10包括用于用辐照光L1辐照金属薄膜M的任何光学系统。例如，辐照单元10包括上述宽带光源11、导光部件12、光学平行化部件13和旋转机构14。

宽带光源11包括例如用于辐照具有包括可见区域和近红外区域的波长带的辐照光L1的单个光源。导光部件12可以包括例如光纤，或者可以包括诸如透镜或反射镜的空间光学部件。光学平行化部件13包括例如诸如透镜或反射镜的空间光学部件。旋转机构14包括能够使光学平行化部件13绕金属薄膜M与棱镜基板P之间的界面旋转以调整辐照光L1相对于金属薄膜M的入射角的任何机构。

检测器20包括用于检测包括光谱信息的测量光L2的任何光学系统，测量光L2基于由辐照单元10辐照的辐照光L1。例如，检测器20包括上述偏光器21、旋转机构22和24、聚光部件23、导光部件25以及光谱单元26。

旋转机构22包括能够使偏光器21旋转以控制在棱镜基板P中反射的测量光L2的偏振的任何机构。聚光部件23例如包括诸如透镜或反射镜的空间光学部件。旋转机构24包括能够使聚光部件23绕金属薄膜M与棱镜基板P之间的界面旋转以调整测量光L2的光接收角度的任何机构。导光部件25可以包括例如光纤，或者可以包括诸如透镜或反射镜的空间光学部件。光谱单元26包括例如具有近红外区域光谱元件和近红外区域检测元件的光谱仪。

存储器30包括任何存储模块，该任何存储模块包括硬盘驱动器(HDD)、固态驱动器(SSD)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)。存储器30可以充当例如主存储装置、辅存储装置或高速缓存存储器。存储器30存储在光谱分析装置1的操作中使用的任何信息。例如，存储器30可以存储关于由检测器20检测到的光谱的信息。例如，存储器30可以存储系统程序、应用程序等。存储器30不限于被内置到光谱分析装置1中并且可以是通过诸如USB(通用串行总线)的数字输入/输出端口连接的外部存储模块。

输入/输出单元40具有用于检测用户输入并且将输入信息发送到处理单元50的输入接口。所述输入接口是例如包括物理键、电容键、与面板显示器整体地设置在一起的触摸屏、各种指点装置等的任何输入接口。此外，输入/输出单元40具有用于向用户输出由处理单元50生成或者从存储器30读取的信息的输出接口。所述输出接口例如是诸如用于将信息作为图像/视频输出的显示器的任何输出接口。

处理单元50包括一个或多个处理器。处理器是通用处理器或专用于具体处理的专用处理器，但是不限于此。处理单元50连接到构成光谱分析装置1的每个部件，使得通信是可能的并且控制整个光谱分析装置1的操作。

在光谱分析装置1中，从宽带光源11辐照的辐照光L1经由导光部件12和光学平行化部件13入射在结合有金属薄膜M的棱镜基板P上。在棱镜基板P的界面处全反射和发出的测量光L2穿过被调整以排除相对于棱镜基板P的界面在水平方向上的偏振光或在与棱镜基板P的界面垂直的方向上的偏振光的偏光器21，并且由聚光部件23聚光。由聚光部件23聚光的测量光L2由光谱单元26检测到。

处理单元50基于从光谱单元26输出的检测信息获取光谱的信息。光谱包括例如金属薄膜M中的表面等离激元的共振光谱以及发生样品S的吸收光谱的波长带中的光谱。所述波长带被包括在例如近红外区域中，并且包括例如900nm或以上并且小于2000nm的光的波长区域。

图3示出了由处理单元50处理的光谱的示例。图3示出的光谱中水平轴是测量光L2的波长、垂直轴是吸光度，并且样品S是具有不同水含量的有机溶剂。例如，图3示出了从分别具有6％、8％和10％的水分含量的样品S获得的吸收光谱31、32和33。吸收光谱31、32和33包括由于等离激元共振产生的增强吸收而在2400nm至2300nm附近形成峰值的吸收带，由于样品S的分子的吸收分别在2420nm、2350nm和2310nm处具有峰值的有机溶剂的吸收带，以及在1950nm处具有峰值的水吸收带。

在这里，由于通过等离激元共振来增强吸收的吸收带根据样品S和棱镜基板P的折射率而不同，所以峰值波长根据样品S的折射率而不同，并且样品S的折射率根据包含的水分含量而不同，因此峰值波长根据样品S的水分百分比而不同。因此，通过识别峰值波长来求出样品S的水分百分比。同时，当集中于形成由水引起的峰值的吸收带时，吸光度根据样品S中的水分百分比而改变。也就是说，吸光度增加，水分百分比越高。利用这一点，本示例中的处理单元50根据其中发生通过等离激元共振的增强的吸收带中的峰值波长和水吸收带中的吸光度来求出样品S的水分百分比。

图4是用于描述由处理单元50进行的处理操作的过程的流程图。

在步骤S400中，处理单元50根据测量光L2计算出包括表面等离激元的共振光谱和样品S的吸收光谱的光谱。

在步骤S402中，处理单元50在作为信息包括在测量光L2中的光谱内计算出与近红外区域中的波长带(900nm至2500nm)中的吸光度的峰值相对应的峰值波长。

在步骤S404中，处理单元50导出与峰值波长相对应的样品S的折射率。例如，基于实验结果等提前关联的样品S的峰值波长和折射率被存储在存储器30中，并且处理单元50从存储器30读取与峰值波长相对应的折射率。

在步骤S406中，处理单元50根据水吸收带(在2000nm附近；例如，从1900nm至2050nm的带)计算出由水引起的峰值的吸光度。水峰值位于光谱中的非线性基线上，因此处理单元50通过对光谱中的水吸收带执行基线校正处理来计算出水峰值的吸光度。由于水的吸光度随着峰值波长根据样品S的折射率波动而波动，所以当使用具有与光谱不同的峰值波长的基线来对光谱执行校正处理时，不能获得水的准确的吸光度，并且不能准确地计算出水分百分比。换句话说，当使用相同基线来对具有不同峰值波长的多个光谱执行校正处理时，使用水的吸光度来计算出水分百分比的精度减小。因此，当通过执行基线校正使用水的吸光度来计算出水分百分比时，通过使光学平行化部件13旋转，光谱的峰值波长可以说被迫波动，并且通过使所检测到的光谱的峰值波长与已知基线的峰值波长匹配，从而改进了通过基线校正根据水的吸光度计算出水分百分比的精度。例如，每种类型的样品S的已知基线信息被提前存储在存储器30中。在开始测量之前，例如，操作者执行用于经由输入/输出单元40指定样品的类型的输入，并且处理单元50从存储器30读取与所指定的类型相对应的基线信息并且执行对水吸收带执行基线校正处理以计算出水的吸光度。在整个光谱中，水的吸光度的变化相对于水分百分比的变化小，但是通过对水吸收带执行基线校正处理，改进了计算出水的吸光度的精度。

在步骤S408中，处理单元50从样品S的折射率和水的吸光度导出样品S中的水分百分比。例如，基于实验结果等彼此关联的样品S的折射率和水的吸光度的组合以及样品S的水分百分比被提前存储在存储器30中，并且读取与样品S的折射率和水的吸光度的组合相对应的水分百分比。可替代地，对于每种类型的样品S，通过实验等提前找到的与折射率相对应的水分百分比和与水的吸光度相对应的水分百分比被各自存储在存储器30中。处理单元50从存储器30读取与折射率相对应的水分百分比和与水的吸光度相对应的水分百分比并且将两者进行比较。然后，在两者在任意误差裕度(例如，±5％)内匹配的条件下，处理单元50可以采用匹配水分百分比(例如，两者的平均值)作为根据样品S的折射率和水的吸光度计算出的水分百分比。注意，本实施例还能够被应用于除有机溶剂以外的样品的水分百分比的测量。

在步骤S410中，处理单元50输出样品S的水分百分比。例如，处理单元50将水分百分比显示在输入/输出单元40的显示器上以将它输出给用户。

根据本实施例，不仅能够经由基于光谱的峰值波长识别出的样品S的折射率间接计算出样品S的水分百分比，而且还能够使用水的吸光度来识别水分百分比。因此，例如，根据本实施例，与一般SPR传感器比较，可以改进测量水分百分比的精度。此外，由于当试图使用一般SPR传感器来确保测量精度时需要用于测量水分含量的附加设备，所以根据本实施例的光谱分析装置1，可以通过简单配置来改进测量精度。

此外，本实施例不需要样品采样，因此，例如，当与卡尔·费休水分测量比较时，能够消除由于样品处置而导致的浪费，并且能够消除由于从采样到测量的时间差而导致的样品的状态的变化的影响。在像当使用由于水分子的吸收而引起不可逆的变化的光吸收测量芯片时一样连续测量也没有困难。因此，根据本实施例，实时连续测量是可能的，因此工业过程中的在线测量也是可能的，并且能够改进测量效率。

<变型1>

图5是用于描述在变型中由处理单元50进行的处理操作的过程的流程图。此修改例是使用光谱分析装置1来测量样品中所含的水和除水以外的包含的物质的丰度比的示例。在一个或多个实施例中，在包含水和除水以外的物质的样品中，丰度比表示水与除水以外的物质的比率。这与图4中的过程的不同之处在于，向图4的过程添加了步骤S407并且步骤S408用步骤S409替换，但是所有其他步骤都与图4中的步骤相同。将在下面描述与图4中的步骤不同的步骤，并且将省略冗余步骤的描述。

在步骤S407中，处理单元50根据包含的物质的吸收带计算出由包含的物质引起的峰值的吸光度。例如，对于每种类型的样品S，峰值波长信息连同光谱的基线信息一起被提前存储在存储器30中。峰值波长信息包括峰值吸光度信息。例如，当包含的物质是乙二醇时，对于71°的入射角，峰值波长是2300nm，并且吸光度是0.7。在开始测量之前，例如，当操作者执行用于经由输入/输出单元40指定样品S的类型的输入时，类似于当在步骤S406中计算出水的吸光度时，处理单元50读取与所指定的包含的物质相对应的基线信息并且对峰值波长附近的光谱(例如，与峰值波长相距±100nm的带)执行基线校正处理以计算出包含的物质的峰值的吸光度。

在步骤S409中，处理单元50从样品S的折射率、水的吸光度和包含的物质的吸光度导出样品S中的水和包含的物质的丰度比。例如，基于实验结果等彼此关联的样品S的折射率、水的吸光度和包含的物质的吸光度的组合以及样品S中的水分和包含的物质的丰度比被提前存储在存储装置30中。处理单元50读取与样品S的折射率、水的吸光度和物质的吸光度的组合相对应的水和包含的物质的丰度比。

在步骤S410中，处理单元50输出样品S中的水和包含的物质的丰度比。例如，处理单元50将水和包含的物质的丰度比显示在输入/输出单元40的显示器上以将它输出给用户。

根据此变型，通过提前测量已知包含的物质的光谱中的基线信息和峰信息并且将该信息存储在存储器30中，可以以高精度和高效率测量样品S中的水和包含的物质的丰度比。注意，求出丰度比的包含的物质的数量可以是一种或多种。根据此变型，通过知道每种包含的物质并且提前测量相应的基线信息和峰信息，可以以高精度和高效率测量包含的物质的丰度比。

<变型2>

图6是用于描述在另一变型中由处理单元50进行的处理操作的过程的流程图。此变形例涉及例如当样品S的状态指示在工业过程中输送的样品S的在线测量中的意外波动时，用于检测这样的波动的光谱分析装置1的操作过程。当即使水的峰值的吸光度未改变样品S的折射率也波动时，存在已发生温度变化或被除水以外的分子污染的可能性。因此，光谱分析装置1的处理单元50在其通过将水的峰值的吸光度与样品S的折射率进行比较来确定是否存在意外波动时输出警告。图6与图4中的过程的不同之处在于，图4的过程中的步骤S408用步骤S407’替换并且添加了步骤S409’和步骤S412，但是所有其他步骤都与图4中的步骤相同。将在下面描述与图4中的步骤不同的步骤，并且将省略冗余步骤的描述。

一旦处理单元50在步骤S404中导出样品S的折射率并且在步骤S406中计算出水的吸光度，在步骤S407’中，处理单元50就将根据折射率计算出的水分百分比与根据水的吸光度计算出的水分百分比进行比较。例如，对于每种类型的样品S，通过实验等提前找到的与折射率相对应的水分百分比和与水的吸光度相对应的水分百分比被存储在存储器30中。处理单元50从存储器30读取与折射率相对应的水分百分比和与水的吸光度相对应的水分百分比并且将两者进行比较。

在步骤S409’中，当根据折射率计算出的水分百分比和根据水的吸光度计算出的水分百分比在任意误差裕度(例如，±5％)内匹配(“是”)时，处理单元50的处理进行到步骤S410，并且处理单元50输出匹配水分百分比。同时，当根据折射率计算出的水分百分比和根据水的吸光度计算出的水分百分比不匹配(在步骤S409’中“否”)时，处理进行到步骤S412。

在步骤S412中，处理单元50输出警告。例如，处理单元50在输入/输出单元40的显示器上显示指示样品S的状态正在意外地波动的信息以将它输出给操作者。

根据此变型，在在线测量或其他类似的测量中，操作者能够在早期阶段检测到样品S的状态中的意外波动。

图7A至图7C示出了利用本实施例中的光谱分析装置1的各方面。图7A至7C示出了使用石脑油作为原材料的乙烯生产工艺的框流程，该石脑油是石油精制中的最终产品。如图7A所示出的，石脑油的碳-碳键被热分解炉(裂化器)裂解(裂化)，并且如图7B和图7C所示出的，离开裂化器的分解气体在多个阶段期间被精制、重整、分馏和纯化成单个组分。光谱分析装置1设置在分解炉之前和之后并且在脱水塔之后(如图7A所示出的)，设置在冷箱之后、在乙炔加氢反应器之前和之后、在MAPD加氢反应器之前和之后、在乙烯精制塔之后设置并且在丙烯精制塔之后(如图7B所示出的)，并且进一步地设置在乙炔加氢塔之前和之后、在冷箱之后、在乙烯精制塔之后并且在丙烯精制塔之后(如图7C所示出的)，并且光谱分析装置1测量流过每个位置的分解气体等的状态。

如图7A至图7C所示出的，本实施例的光谱分析装置1能够被用于各种工业过程的在线测量并且使得能够以高精度和高效率测量样品的状态。

尽管已相对于仅有限数量的实施例描述了本公开，但是受益于本公开的本领域的技术人员将领会，可以在不脱离本发明的范围的情况下设计出各种其他实施例。因此，本发明的范围应该仅受到所附权利要求限制。

例如，上述每个部件的布置、数量等不限于前面的描述和附图中图示的内容。只要部件能够实现其功能，就可以任意地配置每个部件的布置、数量等。

此外，以上描述集中于装置，但是还能够将一个或多个实施例实现为包括由装置的每个部件执行的步骤的方法、由包括在装置中的处理器执行的方法、程序或在上面记录有程序的存储介质，并且应该理解，这些也被包含在本发明的范围中。

1 光谱分析装置

10 辐照单元

11 宽带光源

12 导光部件

13 光学平行化部件

14、22、24 旋转机构

20 检测器

21 偏光器

23 聚光部件

25 导光部件

26 光谱单元

30 存储器

40 输入/输出单元

50 处理单元

L1 辐照光

L2 测量光

M 金属膜

P 棱镜基板

S 样品

Claims (6)

1.一种光谱分析装置，包括：

检测器，所述检测器检测通过用辐照光辐照包含物质的样品而获得的测量光，所述样品设置于在其上产生表面等离激元的膜上，其中所述测量光包括关于所述样品的光谱的信息，并且所述信息包括所述表面等离激元的共振光谱和所述样品的吸收光谱；以及

处理器，所述处理器：

计算产生所述共振光谱和所述吸收光谱的波长带中的峰值波长；

基于所述包含的物质的吸收带计算出所述包含的物质的峰值吸光度；并且

基于所述峰值波长和所述峰值吸光度计算所述包含的物质与所述样品的比率。

2.根据权利要求1所述的光谱分析装置，其中

所述处理器使用在样品不包含所述包含的物质的状态下的光谱的基线来校正所述光谱，并且

所述处理器基于校正后的光谱计算所述吸光度。

3.根据权利要求1或2所述的光谱分析装置，其中

所述处理器进一步：

基于所述峰值波长计算所述包含的物质与所述样品的第一比率；

基于所述峰值吸光度计算所述包含的物质与所述样品的第二比率，并且

所述处理器在所述第一比率与所述第二比率不匹配的情况下输出预定信息。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的光谱分析装置，其中所述检测器在工业过程中在线使用所述样品来检测所述测量光。

5.一种使用光谱分析装置的操作方法，所述方法包括：

检测通过用辐照光辐照包含物质的样品而获得的测量光，所述样品设置于在其上产生表面等离激元的膜上，其中所述测量光包括关于所述样品的光谱的信息，并且所述信息包括所述表面等离激元的共振光谱和所述样品的吸收光谱；

计算产生所述共振光谱和所述吸收光谱的波长带中的峰值波长；

基于所述包含的物质的吸收带计算所述包含的物质的峰值吸光度；以及

基于所述峰值波长和所述峰值吸光度计算所述包含的物质与所述样品的比率。

6.一种非暂时性计算机可读介质(CRM)，所述非暂时性计算机可读介质存储指令，所述指令存储使计算机执行操作的程序指令，所述操作包括：

检测通过用辐照光辐照包含物质的样品而获得的测量光，所述样品设置于在其上产生表面等离激元的膜上，其中所述测量光包括关于所述样品的光谱的信息，并且所述信息包括所述表面等离激元的共振光谱和所述样品的吸收光谱；

计算产生所述共振光谱和所述吸收光谱的波长带中的峰值波长；

基于所述包含的物质的吸收带计算所述包含的物质的峰值吸光度；以及

基于所述峰值波长和所述峰值吸光度计算所述包含的物质与所述样品的比率。

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