DE102016225808B4

DE102016225808B4 - Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung zum Messen einer Raman-Streuung einer Probe

Info

Publication number: DE102016225808B4
Application number: DE102016225808.7A
Authority: DE
Inventors: Jun Zhao; Xin Jack Zhou; Sean Xiaolu Wang
Original assignee: B&W Tek LLC
Current assignee: B&W Tek LLC
Priority date: 2016-11-11
Filing date: 2016-12-21
Publication date: 2023-09-21
Anticipated expiration: 2036-12-22
Also published as: JP6857043B2; JP2021144033A; FR3058792B1; JP7159378B2; JP2018077206A; US20180136132A1; GB2556128A; GB201622069D0; FR3058792A1; GB2556128B; US10119916B2; DE102016225808A1

Abstract

Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung zum Messen einer Raman-Streuung aus einer großen Fläche einer Probe, wobei die Lichtabgabe- und -Sammelvorrichtung umfasst:einen reflektierenden Hohlraum (102, 202, 302, 402, 602, 702) mit einer ersten Blende (104, 204, 404, 604) und einer zweiten Blende (106, 206, 306, 406, 606), wobei die erste Blende (104, 204, 404, 604) zum Aufnehmen von Anregungslicht (114, 214, 414, 514, 614) konfiguriert ist, das auf die zweite Blende (106, 206, 306, 406, 606) projiziert wird, die zweite Blende (106, 206, 306, 406, 606) zum Anbringen in der Nähe der Probe konfiguriert ist, sodass der reflektierende Hohlraum (102, 202, 302, 402, 602, 702) im Wesentlichen ein Gehäuse bildet, das eine große Fläche der Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608) abdeckt, wobei die abgedeckte Fläche der Probe das Anregungslicht (114, 214, 414, 514, 614) streut und dadurch Raman-Streulicht (116, 216, 416, 516, 616) erzeugt, und der reflektierende Hohlraum (102, 202, 302, 402, 602, 702) jegliches Anregungslicht (114, 214, 414, 514, 614) und aus der abgedeckten Fläche der Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608) gestreutes Raman-Streulicht (116, 216, 416, 516, 616) reflektiert, es sei denn, das Anregungslicht (114, 214, 414, 514, 614) und das Raman-Streulicht (116, 216, 416, 516, 616) werden entweder von der ersten Blende (104, 204, 404, 604) emittiert, um gemessen zu werden, oder werden von der Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608) an der zweiten Blende (106, 206, 306, 406, 606) erneut gestreut.

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung und insbesondere auf eine Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung zum Messen einer Raman-Streuung einer Probe.
Stand der Technik
Eine Raman-Spektroskopie ist eine optische Spektroskopiemethode, welche die unelastische Streuung, d. h. eine Raman-Streuung monochromatischen Lichts von einem Material zum Erzeugen eines für das Material charakteristischen Spektrums misst. Die Raman-Streuung wurde als leistungsstarke nicht-invasive analytische Technologie zur Materialcharakterisierung und -identifizierung nachgewiesen.
Die herkömmliche Raman-Spektroskopie verwendet im Allgemeinen einen eng fokussierten Laserstrahl zum Erzeugen eines Raman-Streusignals aus der Probe. Dieser Ansatz weist den offensichtlichen Vorteil einer relativ hohen Effizienz bei der Raman-Signalanregung und -sammlung auf. Allerdings hat dieser auch folgende Nachteile.
Erstens wird nur ein kleines Volumen der Probe gemessen. Somit kann das gesammelte Raman-Spektrum insbesondere für einige ungleichförmige Proben nicht sehr repräsentativ sein. Zweitens kann der eng fokussierte Laserstrahl Schäden an einigen empfindlichen Proben verursachen. Drittens wird dieser Ansatz für die diffuse Streuung von Proben, die für den Laserstrahl nicht transparent sind, nur das Raman-Streusignal von der Oberflächenschicht der Probe messen. Die Mehrheit des Materials unter der Oberfläche wird fast vollständig unerreichbar sein.
Es besteht somit ein Bedarf an einer verbesserten Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung zur Durchführung einer Raman-Spektroskopie, die nicht nur die Messung einer großen Fläche der Probe erlaubt, sondern auch eine unter einer Oberfläche liegende Raman-Signalanregung und Sammlung ermöglicht.
Weiterhin ist aus der WO 2015/114379 A1 ein nadelförmiges System zum Aussenden von Anregungslicht und zum Empfangen von Raman-Streulicht bekannt.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung zum Messen der Raman-Streuung aus einer großen Fläche einer Probe bereitzustellen. Die Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung umfasst einen reflektierenden Hohlraum, der aus einem Material hergestellt ist oder eine Oberflächenbeschichtung mit hohem Reflexionsvermögen gegenüber dem Anregungslicht und dem Raman-Streulicht aufweist. Der reflektierende Hohlraum weist zwei Blenden auf. Die erste Blende ist zum Aufnehmen des Anregungslichts konfiguriert, das dann auf die zweite Blende projiziert wird. Die zweite Blende ist zum Anbringen in der Nähe der Probe konfiguriert, sodass der reflektierende Hohlraum im Wesentlichen ein Gehäuse bildet, das eine große Fläche der Probe abdeckt. Das Anregungslicht erzeugt Raman-Streulicht aus der abgedeckten Fläche der Probe. Der reflektierende Hohlraum reflektiert jegliches Anregungslicht und aus der Probe gestreutes Raman-Licht, es sei denn, das Anregungslicht und das Raman-Streulicht werden entweder von der ersten Blende emittiert, um mit einer Spektrometervorrichtung gemessen zu werden, oder werden von der Probe an der zweiten Blende erneut gestreut. Die Mehrfachreflexion des reflektierenden Hohlraums verbessert die Anregungswirkung der Raman-Streuung von der Probe erheblich und erhöht indessen die Effizienz der Sammlung. Darüber hinaus bewirkt dies auch, dass mehr Anregungslicht in eine diffus streuende Probe eindringt und eine effiziente Sammlung des daraus erzeugten Raman-Streulichts erlaubt und somit die unter einer Oberfläche liegende Raman-Streuungsmessung ermöglicht.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die anliegenden Figuren, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf identische oder funktionell ähnliche Elemente in allen getrennten Ansichten beziehen und die zusammen mit der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in die Beschreibung aufgenommen und Bestandteil der Beschreibung sind, dienen dazu, verschiedene Ausführungsbeispiele weiter zu veranschaulichen und jeweils verschiedene Prinzipien und Vorzüge gemäß der vorliegenden Erfindung zu erläutern.

1 veranschaulicht ein erstes Ausführungsbeispiel der Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung, die einen reflektierenden Hohlraum zur Anregung und Sammlung einer Raman-Streuung sowie eine Aufnahme zum Aufnehmen eines Prüfkopfs aufweist;
2 veranschaulicht ein zweites Ausführungsbeispiel der Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung, die einen reflektierenden Hohlraum zur Anregung und Sammlung einer Raman-Streuung sowie eine Aufnahme zum Aufnehmen einer optischen Faser oder eines Faserbündels aufweist;
3 veranschaulicht eine Variante des ersten Ausführungsbeispiels der Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung, die einen unterschiedlich geformten reflektierenden Hohlraum aufweist;
4 veranschaulicht ein Schema der Verwendung des ersten Ausführungsbeispiels der Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung zum Messen der transmissiven Raman-Streuung einer diffus streuenden Probe;
5 veranschaulicht ein geringfügig abweichendes Schema der Verwendung des ersten Ausführungsbeispiels der Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung zum Messen der transmissiven Raman-Streuung einer diffus streuenden Probe;
6 veranschaulicht ein drittes Ausführungsbeispiel der Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung, die einen reflektierenden Hohlraum aufweist, der durch ein festes optisches Material mit einer reflektierenden Beschichtung ausgebildet ist;
7 veranschaulicht eine geringfügige Änderung des dritten Ausführungsbeispiels der Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung;
8 zeigt das gemessene Raman-Spektrum einer in einer Plastikflasche enthaltenen Natriumbenzoat-Probe, sowie das Raman-Spektrum der Plastikflasche und das Raman-Spektrum der Natriumbenzoat-Probe zum Vergleich;
9 zeigt das gemessene Raman-Spektrum einer in einer braunen Hülle enthaltenen D(+)-Glukoseprobe, sowie das Raman-Spektrum der braunen Hülle und das Raman-Spektrum der D(+)-Glukoseprobe zum Vergleich; und
10 zeigt das Raman-Spektrum einer beschichteten Ibuprofen-Tablettenprobe, das in drei unterschiedlichen Messmodi erhalten wurde.

Fachleute werden erkennen, dass Elemente in den Figuren zur Vereinfachung und Klarheit dargestellt wurden und nicht notwendigerweise maßstäblich gezeichnet sind. Zum Beispiel können die Abmessungen von einigen der Elemente in den Figuren gegenüber anderen Elementen übertrieben sein, um das Verständnis von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung zu verbessern.
Detaillierte Beschreibung
Bevor Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben werden, sollte beachtet werden, dass sich die Ausführungsbeispiele hauptsächlich Kombinationen von Verfahrensschritten und Vorrichtungskomponenten hinsichtlich einer Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung zum Messen der Raman-Streuung einer Probe betreffen. Dementsprechend wurden die Vorrichtungskomponenten und Verfahrensschritte, soweit geeignet, durch herkömmliche Symbole in den Zeichnungen dargestellt, wobei nur diejenigen spezifischen Details dargestellt wurden, die zum Verständnis der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung relevant sind, um die Offenbarung nicht mit Details zu verschleiern, die für den Durchschnittsfachmann unter Zuhilfenahme der Beschreibung hierin leicht ersichtlich sind.
In diesem Dokument können Beziehungsbegriffe, wie z. B. erste und zweite, oben und unten und dergleichen, nur verwendet werden, um eine Entität oder Handlung von einer anderen Entität oder Handlung zu unterscheiden, ohne zwangsläufig eine solche Beziehung oder Ordnung zwischen solchen Entitäten oder Handlungen zu erfordern oder zu implizieren. Die Begriffe „umfasst“, „umfassend“ oder jede andere Variante davon sollen eine nicht-ausschließliche Einbeziehung abdecken, sodass ein Prozess, ein Verfahren, ein Artikel oder eine Vorrichtung, die eine Liste von Elementen umfasst, nicht nur diese Elemente enthält, sondern auch andere Elemente enthalten kann, die nicht ausdrücklich aufgeführt oder zu einem solchen Prozess, Verfahren, Artikel oder einer Einrichtung inhärent sind. Ein Element, das nach „umfasst ... ein“ folgt, schließt nicht ohne weitere Einschränkungen das Vorhandensein zusätzlicher identischer Elemente im Prozess, Verfahren, Artikel oder der Einrichtung aus, welcher/welches das Element aufweist.
1a veranschaulicht ein erstes Ausführungsbeispiel der Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung, die zum Abgeben von Anregungslicht auf eine große Fläche einer Probe und zum Sammeln des daraus erzeugten Raman-Streulichts konfiguriert ist. Die Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung 100 umfasst einen reflektierenden Hohlraum 102, der aus einem Material mit hohem Reflexionsvermögen gegenüber dem Anregungslicht und dem Raman-Streulicht hergestellt ist. Solche Materialien können Metallmaterialien wie z. B. Gold, Silber, Kupfer und Aluminium, usw. sein. Alternativ können diese dielektrische Materialien, insbesondere Partikel von dielektrischen Materialien sein, die fest zusammengepackt sind. Das dielektrische Material ist transparent oder lichtdurchlässig für das Anregungslicht und dem Raman-Streulicht und reflektiert das Licht durch eine Mehrfachreflexion an der Grenze der Partikel oder durch diffuse Streuung innerhalb des lichtdurchlässigen Materials. Die Oberfläche des reflektierenden Hohlraums ist zum Erhöhen des Reflexionsvermögens vorzugsweise poliert. Alternativ kann der reflektierende Hohlraum 102 eine Oberflächenbeschichtung mit hohem Reflexionsvermögen gegenüber dem Anregungslicht und dem Raman-Streulicht aufweisen. Eine solche Oberflächenbeschichtung kann eine Metallbeschichtung sein, die eine hohe Reflexion in einem breiten Bereich von Wellenlängen aufweist. Alternativ kann es sich um eine dielektrische Beschichtung handeln, die einen angepassten Reflexionswellenlängenbereich aufweist. Die Letztere kann nur die interessierenden Wellenlängen reflektieren, wodurch Streulicht oder fluoreszierendes Licht abgewiesen wird, das sich mit dem Anregungslicht und dem Raman-Streulicht in der Wellenlänge nicht überschneidet. Der reflektierende Hohlraum 102 kann aus einem flexiblen Material hergestellt sein, sodass dieser verschiedene geformte Probenoberflächen aufnehmen kann.
Die Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung 100 weist ferner eine Aufnahme 118 auf, die zum Aufnehmen eines Prüfkopfs 120 konfiguriert ist. Der Prüfkopf 120 weist eine oder mehrere optische Komponenten 122, wie z. B. Linsen, Spiegel, Filter, Strahlteiler, optische Fasern, usw. auf, die Anregungslicht von einer Lichtquelle, wie z. B. einer Laserlichtquelle (nicht dargestellt), aufnehmen und das Anregungslicht an einer ersten Blende 104 des reflektierenden Hohlraums 102 fokussieren und dadurch das Anregungslicht 114 in den reflektierenden Hohlraum 102 abgeben. Die Blende 104 weist vorzugsweise eine Größe auf, die so klein wie möglich, aber groß genug zum ungehinderten Hindurchleiten des Anregungslichts und des Raman-Lichts ist, das vom Prüfkopf 120 gesammelt werden kann. Das Anregungslicht 114 divergiert und wird auf eine zweite Blende 106 des reflektierenden Hohlraums 102 projiziert, die vorzugsweise eine Größe aufweist, die viel größer als die erste Blende 104 ist, und besonders bevorzugt zumindest eine doppelt so große Fläche wie die erste Blende 104 aufweist, und eine Fläche von mindestens einigen Quadratmillimetern abdeckt. Die zweite Blende 106 des reflektierenden Hohlraums 102 ist zum Anbringen in der Nähe der Probe 108 konfiguriert, sodass der reflektierende Hohlraum 102 im Wesentlichen ein Gehäuse bildet, das eine große Fläche des Prüfkopfes 108 abdeckt, wo das Anregungslicht 114 das Raman-Streulicht 116 aus der abgedeckten Fläche der Probe 108 erzeugt. Durch Sammeln der Raman-Streuung aus einem großen Volumen der Probe wird die Anregungslichtintensität auf der Probe zur Vermeidung einer Probenbeschädigung reduziert. Indessen ist das gesammelte Raman-Spektrum, insbesondere für ungleichförmige Proben repräsentativer. Hierbei können die Proben 108 diffus streuende Proben, wie z. B. Arzneimittel, Pulver, biologische Gewebe usw. oder sogar Proben mit mehreren Schichten unterschiedlicher Materialien sein. In dem in 1a gezeigten Beispiel ist die Probe 108 eine diffus streuende Probe, die eine Oberflächenschicht 110 und eine unter der Oberfläche liegenden Schicht 112, wie z. B. einen Behälter mit Pulver darin, aufweist. Die Probe 108 streut das Anregungslicht 114 entweder durch eine elastische Streuung oder unelastische Streuung, d. h. eine Raman-Streuung, zurück in den reflektierenden Hohlraum 102. Der reflektierende Hohlraum 102 reflektiert jegliches Anregungslicht und aus der Probe gestreutes Raman-Streulicht, es sei denn, das Anregungslicht und das Raman-Streulicht werden entweder von der ersten Blende 104 emittiert, um vom Prüfkörper 120 gesammelt und anschließend mit einer Spektrometervorrichtung (nicht dargestellt) zum Erhalten eines Raman-Spektrums der Probe 108 gemessen zu werden, oder werden von der Probe 108 an der zweiten Blende 106 erneut gestreut. Die Mehrfachreflexion des reflektierenden Hohlraums verbessert die Anregungseffizienz der Raman-Streuung aus der Probe erheblich und verbessert indessen deren Sammlungseffizienz. In diesem Beispiel durchdringt das Anregungslicht 114 die Oberflächenschicht 110 der Probe 108 mithilfe des reflektierenden Hohlraums 102 und erzeugt eine Raman-Streuung aus der unter der Oberfläche liegenden Schicht 112 der Probe 108. Daher enthält das gemessene Raman-Spektrum die charakteristischen Informationen sowohl der Oberflächenschicht 110 als auch der unter der Oberfläche liegenden Schicht 112 der Probe 108. In einem getrennten Schritt kann die Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung 100 entfernt werden, und das Anregungslicht aus dem Prüfkörper 120 wird direkt auf die Oberflächenschicht 110 der Probe 108 zum Messen eines Raman-Spektrums der Oberflächenschicht 112 fokussiert. Das letztere Raman-Spektrum kann aus dem zuvor gemessenen Raman-Spektrum mathematisch extrahiert werden, um ein Raman-Spektrum der unter der Oberfläche liegenden Schicht der Probe zu erhalten. Die verbesserte Anregungs- und Sammlungseffizienz des vom reflektierenden Hohlraum bereitgestellten Raman-Streulichts ermöglicht somit eine unter einer Oberfläche liegende Raman-Streuungsmessung.
Optisch dient der reflektierende Hohlraum drei Zwecken, einschließlich (i) der Bereitstellung einer großen Probenfläche; (ii) Maximierung einer Signalsammlung mittels einer Mehrfachreflexion und Streuung, wie zuvor erläutert; und (iii) Isolierung der beprobten Fläche vor Umgebungslicht, das ansonsten das Signal verunreinigen würde. Die Größe der Beprobungsfläche sollte durch die spezifische Beprobungsanforderung ermittelt werden. Wenn die Probe z. B. heterogen ist und das Ziel darin besteht, eine bessere Darstellung der Probe im Ganzen zu erhalten, sollte die Beprobungsfläche zumindest mehrfach größer als die Korngröße der Probe gemacht werden. Wenn der Zweck darin besteht, die Probe unter der Oberfläche durch eine Schicht eines Verpackungsmaterials zu messen, dann sollte die lineare Größe der Beprobungsfläche mehrfach größer als die Dicke des Verpackungsmaterials sein. Anhand der gewünschten ermittelten Beprobungsfläche veranschaulicht 1b ferner die Gestaltungsgesichtspunkte des reflektierenden Hohlraums zum Erreichen einer maximalen Signalsammlung. Der Anregungslichtstrahl 114 vom Prüfkörper 120 wird durch die optischen Komponenten 122 an der ersten Blende 104 fokussiert und divergiert dann und wird auf die zweite Blende 106 projiziert, die eine Anfangsbeleuchtungsfläche 130 abdeckt. Der von der Prüfkörperoptik sammelbare Lichtstrahl 160 wird gleichermaßen auf eine Sammelfläche 132 projiziert. Die Sammelfläche 132 und die Anfangsbeleuchtungsfläche 130 können unterschiedlich groß sein. Anhand der fixierten Prüfkörperoptik werden die minimale Größe der ersten Blende 104 und die Divergenzwinkel beider Strahlen ermittelt. Für eine maximale Sammlungseffizienz sollte die Größe der ersten Blende 104 so klein wie möglich ausgebildet sein, ohne die Anregungs- und Sammelstrahlen zu behindern, d. h. gerade groß genug ausgebildet sein, um deren Strahltaillen an der ersten Blende 104 zu umschließen. Wenn diese viel größer ausgebildet ist, wird gestreutes Anregungslicht und Raman-Licht, das auf die Fläche außerhalb der Sammlungsstrahltaille aber innerhalb der ersten Blende fällt, die erste Blende 104 verlassen, ohne vom Probenkörper 120 gesammelt zu werden. Um die Größe der zweiten Blende 106 für eine maximale Signalsammlung zu ermitteln, sollte man zuerst berücksichtigen, dass das Licht außerhalb der Blende blockiert wird, sodass die Blende zumindest die Größe der gewünschten Beprobungsfläche aufweisen sollte. Als Nächstes muss der unvermeidbare Verlust bei jeder Reflexion durch den reflektierenden Hohlraum 102 und bei jeder Streuung durch die Probe 108 berücksichtigt werden. Für eine maximale Sammlungseffizienz sollte dem Raman-Streulicht ermöglicht werden, die erste Blende 104 zu verlassen und vom Prüfkörper 120 gesammelt zu werden, indem so wenig Reflexions- und Streuungsdurchgänge wie möglich durchlaufen werden. Wenn die zweite Blende 106 größer als die projizierte Fläche 132 ausgebildet ist, kann das aus der Fläche außerhalb der projizierten Fläche 132 austretende Raman-Licht nicht vom Prüfkörper 120 erfasst werden, ohne eine weitere Reflexion und Streuung zu durchlaufen, was zu einer verringerten Effizienz führt und die effektive Beprobungsfläche auf die Fläche 132 begrenzt. Daher ist die Beprobungsfläche kleiner als die Fläche 132 und die zweite Blende 106. Andererseits ist der Sammlungswinkel 134 für das Signallicht aus der zweiten Blende 106 proportional zur Sammelstrahlgröße an der ersten Blende 104 und umgekehrt proportional zur Hohlraumlänge. Je größer dieser Winkel ist, desto größer ist die Sammlungseffizienz. Daher sollte die Hohlraumlänge so kurz wie möglich gemacht werden, ohne die projizierte Fläche 132 auf unter die erforderliche Beprobungsfläche zu reduzieren. Diese Faktoren sorgen kombiniert dafür, dass die Größe der zweiten Blende 106 für eine optimale Effizienz gleichgroß wie die gewünschte Beprobungsfläche sein sollte, und dass die Hohlraumlänge so sein sollte, dass die projizierte Fläche 132 gleichgroß wie die Größe der zweiten Blende 106 ist. Die zweite Blende 106 des reflektierenden Hohlraums 102 weist eine zumindest doppelt so große Fläche wie die erste Blende 104 auf.
2 veranschaulicht ein zweites Ausführungsbeispiel der Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung. Hierbei umfasst die Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung 200 einen reflektierenden Hohlraum 202, der eine ähnliche Struktur wie der reflektierende Hohlraum 102 in 1 aufweist, sowie eine Aufnahme 218, die zum Aufnehmen einer oder mehrerer optischer Fasern oder Faserbündel 220 konfiguriert ist. Die optische Faser oder das Faserbündel endet in der Nähe einer ersten Blende 204 des reflektierenden Hohlraums 202, um das Anregungslicht von einer Lichtquelle (nicht dargestellt) in den reflektierenden Hohlraum 202 abzugeben. Auf ähnliche Weise wie in 1 dargestellt, regt das Anregungslicht 214 eine Raman-Streuung aus der Probe 208 an der zweiten Blende 206 des reflektierenden Hohlraums 202 an. Der reflektierende Hohlraum 202 reflektiert jegliches Anregungslicht und aus der Probe gestreutes Raman-Streulicht 216, es sei denn, das Anregungslicht und das Raman-Streulicht 216 werden entweder von der ersten Blende 204 emittiert, um von den Fasern 220 gesammelt zu werden und anschließend mit einer Spektrometervorrichtung (nicht dargestellt) zum Erhalten eines Raman-Spektrums der Probe 218 gemessen zu werden, oder werden von der Probe 208 an der zweiten Blende 206 erneut gestreut. Das Faserbündel 220, kann mehrere optische Fasern 222 aufweisen. Ein Bereich der Fasern, z. B. die Faser in der Mitte des Bündels, kann zum Abgeben des Anregungslichts verwendet werden, während der andere Bereich der Fasern, z. B. die Fasern an der Peripherie des Bündels, zum Sammeln des Raman-Streulichts verwendet werden können.
Der reflektierende Hohlraum der Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung kann unterschiedliche Formen, wie z. B. eine zylindrische Form, konische Form, Kugelform oder Paraboloidform, usw. annehmen. In einer geringfügigen Veränderung der Lichtabgabe-und Sammelvorrichtung ist, wie in 3 dargestellt, der reflektierende Hohlraum 302 der Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung 300 kugelförmig oder parabelförmig ausgebildet. Die spezielle Form kann das Licht gut in bestimmte Richtungen reflektieren, wodurch die Anregungs- und Sammlungseffizienz der Raman-Streuung in diesen Richtungen zunimmt. Darüber hinaus kann der reflektierende Hohlraum 302 ein optisches Fenster 324 aufweisen, das dessen zweite Öffnung 306 abdeckt, wodurch eine Verunreinigung der Oberfläche des Hohlraums aus der Probe 308 verhindert wird. Das optische Fenster 324 kann eine flexible Membran sein, sodass die zweite Blende 306 des reflektierenden Hohlraums 302 unterschiedlich geformte Oberflächen aufnehmen kann. Das optische Fenster 324 ist für das Anregungslicht und das Raman-Streulicht vorzugsweise transparent, und die Dicke des optischen Fensters 324 sollte gering genug sein, um das Auftreten eines übermäßigen Aufnahmeverlusts für das Anregungslicht und das Raman-Streulicht zu vermeiden. Durch die Auswahl eines geeigneten Materials für das optische Fenster 324 ist es zudem möglich, die Raman-Streuung aus dem optischen Fenster als Referenz zur Kalibrierung der Wellenlänge (oder Raman-Verschiebung) des gemessenen Raman-Spektrums zu verwenden.
Bei noch einer weiteren Variation der Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung kann die relative Position der ersten und zweiten Blende des reflektierenden Hohlraums eingestellt werden. Die erste Blende kann beispielsweise achsenversetzt von der Mitte der zweiten Blende liegen, sodass das Anregungslicht die Probe schräg beleuchtet. Der reflektierende Hohlraum kann eine zusätzliche Blende zum Ausgeben des Raman-Streulichts aufweisen. Die Position dieser Blende am reflektierenden Hohlraum kann optimiert werden, um beispielsweise den Sammlungsprozentsatz des Raman-Streusignals aus dem Oberflächenmaterial der Probe zu minimieren und den Sammlungsprozentsatz des Raman-Streusignals aus dem unter der Oberfläche liegenden Material der Probe zu maximieren. Alternativ kann die zusätzliche Blende zum Abgeben eines anderen Anregungslichts mit unterschiedlicher Wellenlänge verwendet werden, um eine Raman-Streuung aus der Probe anzuregen. Darüber hinaus kann der reflektierende Hohlraum mit einem optischen Medium, wie z. B. einem Gas oder einem flüssigen Medium, zum Modifizieren der optischen Eigenschaft des Anregungslichts und des Raman-Lichts gefüllt werden.
4 veranschaulicht ein Schema zur Verwendung des ersten Ausführungsbeispiels der Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung zum Messen der transmissiven Raman-Streuung einer diffus streuenden Probe. In diesem Beispiel werden zwei solche Vorrichtungen verwendet. Eine Vorrichtung wird zum Abgeben des Anregungslichts auf einer Seite der Probe verwendet und eine weitere Vorrichtung wird zum Sammeln des Raman-Streulichts aus der gegenüberliegenden Seite der Probe verwendet. Mit Bezug auf 4 weist die Lichtabgabevorrichtung 400 eine Aufnahme 418 zum Aufnehmen eines Prüfkörpers 420 und einen reflektierenden Hohlraum 402 auf, wobei dessen erste Blende 404 mit dem Prüfkörper zum Aufnehmen des Anregungslichts 414 in Verbindung steht. Die zweite Blende 406 der Lichtabgabevorrichtung 400 ist in der Nähe einer Seite der Probe 408 angebracht, sodass der reflektierende Hohlraum 402 der Lichtabgabevorrichtung 400 im Wesentlichen ein Gehäuse bildet, das eine große Fläche der Probe zum Anregen von Raman-Streulicht 460 daraus abdeckt. Die Lichtsammelvorrichtung 430 weist einen reflektierenden Hohlraum 432 auf, wobei dessen zweite Blende 436 auf der gegenüberliegenden Seite der Probe 408 angebracht ist, sodass der reflektierende Hohlraum 432 das Raman-Streulicht sammelt, das durch die Probe 408 hindurchtritt, und dieses durch die erste Blende 434 des reflektierenden Hohlraums 432 an einen Prüfkörper 440 zum Analysieren durch eine Spektrometervorrichtung (nicht dargestellt) abgibt. Der reflektierende Hohlraum 402 der Lichtabgabevorrichtung 400 verbessert die Raman-Anregungs- und Sammlungseffizienz dadurch, dass die Mehrheit des Anregungslichts und des Raman-Streulichts, die von der Probe zurückgestreut werden, in die Probe zurückreflektiert werden, bis diese durch die Probe hindurchtreten. Der reflektierende Hohlraum 432 der Lichtabgabevorrichtung 430 funktioniert gleichermaßen dadurch, dass dieser jegliches Anregungslicht und Raman-Streulicht zurückreflektiert, das nicht auf dessen Ausgangblende, d. h. die erste Blende 434 fällt. Bei einer geringfügigen Variation des vorliegenden Schemas kann die Lichtabgabevorrichtung 400 auch zum Sammeln des von der Probe 408 zurückgestreuten Raman-Lichts, in ähnlicher Weise wie in 1 dargestellt, verwendet werden. Das Spektrum des zurückgestreuten Raman-Lichts und des nach vorn gestreuten Raman-Lichts kann zum Analysieren der Zusammensetzung der Probe 408 gemeinsam verwendet werden.
5 veranschaulicht ein geringfügig abweichendes Schema einer Verwendung des ersten Ausführungsbeispiels der Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung zum Messen der transmissiven Raman-Streuung einer diffus streuenden Probe. Hierbei wird das Anregungslicht 514 direkt auf eine Seite der Probe 508 abgegeben, um Raman-Streulicht 516 aus der Probe anzuregen. Das Anregungslicht 514 kann entweder kollimiert, oder konvertiert, oder divergiert sein. Eine Lichtsammelvorrichtung 530 mit einem ähnlichen wie in 1 dargestellten Aufbau wird zum Sammeln des Raman-Streulichts 516 verwendet, das durch die Probe 508 hindurchtritt.
In ähnlicher Weise kann die Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung, wie in 2 und 3 dargestellt, zum Messen der transmissiven Raman-Streuung von transparenten oder diffus streuenden Proben verwendet werden.
6 veranschaulicht ein drittes Ausführungsbeispiel der Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung. Hierbei weist die Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung 600 einen reflektierenden Hohlraum 602 auf, der aus einem festen optischen Material 603 mit einer reflektierenden Beschichtung 601 ausgebildet ist. Die reflektierende Beschichtung 601 weist zwei Öffnungen auf, welche die erste Blende 604 und die zweite Blende 606 des reflektierenden Hohlraums 602 bilden. Die Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung 600 weist ferner eine Aufnahme 618 auf, die zum Aufnehmen eines Prüfkörpers 620 konfiguriert ist. Der Prüfkörper 620 nimmt Anregungslicht aus einer Lichtquelle auf und fokussiert das Anregungslicht an der ersten Blende 604 des reflektierenden Hohlraums 602 und gibt dadurch das Anregungslicht 614 in den reflektierenden Hohlraum 602 ab. In ähnlicher Weise wie in 1 dargestellt regt das Anregungslicht 614 eine Raman-Streuung aus der Probe 608 an der zweiten Blende 606 des reflektierenden Hohlraums 602 an. Der reflektierende Hohlraum 602 reflektiert jegliches Anregungslicht und aus der Probe gestreutes Raman-Streulicht 616, es sei denn, das Anregungslicht und das Raman-Streulicht 616 werden von der ersten Blende 604 emittiert, um vom Prüfkörper 602 gesammelt zu werden und anschließend mit einer Spektrometervorrichtung (nicht dargestellt) zum Erhalten eines Raman-Spektrums der Probe 608 gemessen zu werden, oder werden von der Probe 608 an der zweiten Blende 606 erneut gestreut. Das optische Material 603 ist vorzugsweise transparent für das Anregungslicht 614 und das Raman-Streulicht 616. Dieses kann ein Brechungsindexprofil aufweisen, das räumlich heterogen ist, wodurch Änderungen in der Ausbreitungsrichtung des Anregungslichts und des Raman-Lichts verursacht werden. Das optische Material 603 kann beispielsweise ein Gradientenindex-(GRIN-)Profil mit einer parabolischen Änderung des Brechungsindex aufweisen, sodass dieses als optische Linse wirkt. Wenn die effektive Brennweite dieser GRIN-Linse gleichgroß wie die Länge des reflektierenden Hohlraums 602 ist, wird das Anregungslicht 614 aus der ersten Blende 604 durch die GRIN-Linse kollimiert, wenn es die zweite Blende 606 erreicht, was wiederum die Eindringtiefe des Anregungslichts in die Probe 608 vergrößert.
7 veranschaulicht eine geringfügige Variation des dritten Ausführungsbeispiels der Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung. Bei dieser Variation weist die Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung 700 einen reflektierenden Hohlraum 702 auf, der aus einem festen optischen Material 703 mit einer gekrümmten Stirnfläche 726 ausgebildet ist. Die Stirnfläche 726 und die anderen Oberflächen 701 des optischen Materials 703 können reflektierende Beschichtungen aufweisen, die bei unterschiedlichen Wellenlängen reflektieren. Die Stirnfläche 726 kann beispielsweise das Anregungslicht reflektieren und die anderen Oberflächen 701 können das Raman-Licht reflektieren, sodass das Anregungslicht und das Raman-Licht durch zwei unterschiedlich geformte reflektierende Hohlräume reflektiert werden.
8 und 9 zeigen zwei Beispiele einer Verwendung der Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung zum Messen der Raman-Spektren von diffus streuenden Proben, die in diffus streuenden Behältern enthalten sind.
8a zeigt das Raman-Spektrum eines in einer weißen Plastikflasche enthaltenen Natriumbenzoat-Pulvers, das mithilfe der in 1 dargestellten Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung gemessen wird. 8b zeigt das gemessene Raman-Spektrum der Plastikflasche durch Entfernen der Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung und Fokussieren des Laserstrahls direkt auf die Oberfläche der Plastikflasche. Durch korrektes Skalieren des Spektrums in 8b und anschließendes Subtrahieren des skalierten Spektrums vom Spektrum in 8a kann man, wie in 8c dargestellt, ein berechnetes Raman-Spektrum des Natriumbenzoat-Pulvers erhalten. Ein Vergleich dieses Spektrums mit dem in 8d dargestellten Raman-Spektrum, das direkt aus dem reinen Natriumbenzoat-Pulver gesammelt wurde, lässt erkennen, dass das berechnete Spektrum nahe genug am Spektrum des reinen Natriumbenzoat-Pulvers liegt. Durch Optimieren des mathematischen Algorithmus beim Extrahieren des Spektrums des Behälters ist es möglich, die Qualität des erhaltenen Spektrums der Probe weiter zu verbessern. Alternativ kann eine Mischungsanalyse direkt unter Verwendung des Spektrums in 8a zum Identifizieren der Materialzusammensetzung der Probe als Ganzes einschließlich des Behälters und des Inhalts im Innern durchgeführt werden. Es gibt diverse Mischungs-Spektralanalysealgorithmen zum Durchführen solcher Aufgaben. Mit Vorkenntnissen des Behältermaterials kann die chemische Zusammensetzung des Inhalts im Innern bestimmt werden. Bei noch einer weiteren Implementierung kann das Behälterspektrum in 8b als ein Bestandteil ausgewiesen werden, und ein modifiziertes Mischungsanalyseverfahren kann zum Identifizieren der verbleibenden Bestandteile verwendet werden, die das Spektrum von 8a bilden.
9 veranschaulicht, wie die Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung eine Materialidentifizierung mittels einer Raman-Spektroskopie durch eine andere Art eines Verpackungsmaterials, d. h. eine braune Papierhülle, ermöglicht. 9a zeigt das Raman-Spektrum einer in der braunen Hülle enthaltenen D(+)-Glukoseprobe, das mithilfe der in 1 dargestellten Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung gemessen wurde. 9b zeigt das Raman-Spektrum, das ohne die Vorrichtung und mit dem auf die braune Hülle fokussierten Erregungsstrahl erhalten wurde. 9c zeigt das Raman-Spektrum der D(+)-Glukoseprobe, das ohne die braune Papierhülle erhalten wurde. Hierbei veranschaulicht Spektrum der braunen Hülle in 9b die Signatur von Zellulose auf einem hohen Fluoreszenzniveau an. Die Signatur des Glukosegehalts fehlt fast vollständig. Im Gegensatz dazu ist das mit der Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung erhaltene Raman-Spektrum fast vollständig das von D(+)-Glucose mit einem relativ schwachen Beitrag aus der Zellulose. In diesem Fall kann das Material im Innern des Verpackungsmaterials durch Durchsuchen einer Spektralbibliothek direkt identifiziert werden.
10 veranschaulicht, wie die im Transmissionsmodus verwendete Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung die Messung einer Schüttgut-Materialeigenschaft ermöglicht. Hierbei ist die Probe eine Ibuprofen-Tablette (Advil, 200 mg), die in einer lokalen Drogerie gekauft wurde. Die Tablette weist eine braun gefärbte Beschichtung auf. Das Spektrum in 10a wird im Transmissionsmodus unter Verwendung der in 4 dargestellten Konfiguration erhalten; das Spektrum in 10b wird im Reflexionsmodus unter Verwendung der in 1 dargestellten Konfiguration erhalten; und das Spektrum in 10c wird im Reflexionsmodus ohne die Hilfe der Lichtabgabe-und Sammelvorrichtung erhalten. Das Spektrum in 10c ist hauptsächlich aus Merkmalen der Beschichtung der Tablette gebildet, während das transmissive Raman-Spektrum in 10a fast ausschließlich aus dem Arzneimittel im Innern der Beschichtung gebildet ist. Das Spektrum in 10b ist ähnlich dem Spektrum in 10a, weist jedoch einen verhältnismäßig stärkeren Beitrag aus der Beschichtung auf. Dem Durchschnittsfachmann ist bekannt, dass der Transmissionsmodus das Raman-Signal durch die gesamte Dicke der Probe misst, weshalb dies vorteilhafter ist, wenn die Schüttguteigenschaft der Probe als Ganzes von Interesse ist.
In der vorstehenden Beschreibung wurden spezifische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben. Der Durchschnittsfachmann erkennt jedoch, dass diverse Modifikationen und Änderungen erfolgen können, ohne vom Schutzumfang gemäß den nachstehenden Ansprüchen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Dementsprechend sind die Beschreibung und die Figuren in einem veranschaulichenden und nicht einschränkenden Sinne zu betrachten, und alle derartigen Modifikationen sollen im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung eingeschlossen sein. Die Nutzen, Vorteile, Problemlösungen und jegliches Element/jegliche Elemente, das/die bewirken kann/können, dass irgendein Nutzen, Vorteil oder eine Lösung eintritt oder ausgeprägter wird, sind nicht als kritische, erforderliche oder wesentliche Merkmale oder Elemente von einem oder allen Ansprüchen zu verstehen. Die Erfindung ist ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche einschließlich aller Änderungen, die während der Anhängigkeit dieser Anmeldung erfolgen, und aller Äquivalente der genannten Ansprüche definiert.

Claims

Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung zum Messen einer Raman-Streuung aus einer großen Fläche einer Probe, wobei die Lichtabgabe- und -Sammelvorrichtung umfasst: einen reflektierenden Hohlraum (102, 202, 302, 402, 602, 702) mit einer ersten Blende (104, 204, 404, 604) und einer zweiten Blende (106, 206, 306, 406, 606), wobei die erste Blende (104, 204, 404, 604) zum Aufnehmen von Anregungslicht (114, 214, 414, 514, 614) konfiguriert ist, das auf die zweite Blende (106, 206, 306, 406, 606) projiziert wird, die zweite Blende (106, 206, 306, 406, 606) zum Anbringen in der Nähe der Probe konfiguriert ist, sodass der reflektierende Hohlraum (102, 202, 302, 402, 602, 702) im Wesentlichen ein Gehäuse bildet, das eine große Fläche der Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608) abdeckt, wobei die abgedeckte Fläche der Probe das Anregungslicht (114, 214, 414, 514, 614) streut und dadurch Raman-Streulicht (116, 216, 416, 516, 616) erzeugt, und der reflektierende Hohlraum (102, 202, 302, 402, 602, 702) jegliches Anregungslicht (114, 214, 414, 514, 614) und aus der abgedeckten Fläche der Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608) gestreutes Raman-Streulicht (116, 216, 416, 516, 616) reflektiert, es sei denn, das Anregungslicht (114, 214, 414, 514, 614) und das Raman-Streulicht (116, 216, 416, 516, 616) werden entweder von der ersten Blende (104, 204, 404, 604) emittiert, um gemessen zu werden, oder werden von der Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608) an der zweiten Blende (106, 206, 306, 406, 606) erneut gestreut.
Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Aufnahme aufweist, die zum Aufnehmen eines Prüfkopfs konfiguriert ist, wobei der Prüfkopf zum Aufnehmen des Anregungslichts (114, 214, 414, 514, 614) von einer Lichtquelle und zum Abgeben des Anregungslichts (114, 214, 414, 514, 614) durch die erste Blende (104, 204, 404, 604) in den reflektierenden Hohlraum (102, 202, 302, 402, 602, 702) konfiguriert ist.
Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Prüfkopf eine oder mehrere optische Komponenten aufweist, die das Anregungslicht (114, 214, 414, 514, 614) an der ersten Blende (104, 204, 404, 604) fokussieren und dadurch das Anregungslicht (114, 214, 414, 514, 614) in den reflektierenden Hohlraum (102, 202, 302, 402, 602, 702) abgeben sowie das aus der ersten Blende (104, 204, 404, 604) emittierte Raman-Streulicht (116, 216, 416, 516, 616) zur Messung sammeln.
Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Aufnahme aufweist, die zum Aufnehmen einer oder mehrerer optischer Fasern oder Faserbündel konfiguriert ist, die in der Nähe der ersten Blende (104, 204, 404, 604) enden und dadurch das Anregungslicht (114, 214, 414, 514, 614) aus einer Lichtquelle in den reflektierenden Hohlraum (102, 202, 302, 402, 602, 702) abgeben sowie das aus der ersten Blende (104, 204, 404, 604) emittierte Raman-Streulicht (116, 216, 416, 516, 616) zur Messung sammeln.
Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der reflektierende Hohlraum (102, 202, 302, 402, 602, 702) aus einem Material mit hohem Reflexionsvermögen gegenüber dem Anregungslicht (114, 214, 414, 514, 614) und dem Raman-Streulicht (116, 216, 416, 516, 616) hergestellt ist.
Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der reflektierende Hohlraum (102, 202, 302, 402, 602, 702) eine Oberflächenbeschichtung mit hohem Reflexionsvermögen gegenüber dem Anregungslicht (114, 214, 414, 514, 614) und dem Raman-Streulicht (116, 216, 416, 516, 616) aufweist.
Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Oberflächenbeschichtung eine Metallbeschichtung ist.
Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Oberflächenbeschichtung eine dielektrische Beschichtung ist.
Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der reflektierende Hohlraum (102, 202, 302, 402, 602, 702) zumindest eine zusätzliche Blende aufweist.
Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Fläche der zweiten Blende (106, 206, 306, 406, 606) des reflektierenden Hohlraums (102, 202, 302, 402, 602, 702) zumindest doppelt so groß wie die der ersten Blende (104, 204, 404, 604) ist.
Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner ein optisches Fenster aufweist, das die zweite Blende (106, 206, 306, 406, 606) des reflektierenden Hohlraums (102, 202, 302, 402, 602, 702) abdeckt, wobei das optische Fenster für das Anregungslicht (114, 214, 414, 514, 614) und das Raman-Streulicht (116, 216, 416, 516, 616) transparent ist.
Verfahren zum Messen einer Raman-Streuung aus einer großen Fläche einer Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bereitstellen einer Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung, die einen reflektierenden Hohlraum (102, 202, 302, 402, 602, 702) mit einer ersten Blende (104, 204, 404, 604) und einer zweiten Blende (106, 206, 306, 406, 606) aufweist; Anbringen der zweiten Blende (106, 206, 306, 406, 606) des reflektierenden Hohlraums (102, 202, 302, 402, 602, 702) in der Nähe der Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608), sodass der reflektierende Hohlraum (102, 202, 302, 402, 602, 702) im Wesentlichen ein Gehäuse bildet, das eine große Fläche (108, 208, 308, 408, 508, 608) der Probe abdeckt; Abgeben von Anregungslicht durch die erste Blende (104, 204, 404, 604) zum Projizieren auf die zweite Blende (106, 206, 306, 406, 606) des reflektierenden Hohlraums (102, 202, 302, 402, 602, 702) zum Anregen von Raman-Streulicht (116, 216, 416, 516, 616) aus der abgedeckten Fläche der Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608), wobei der reflektierende Hohlraum (102, 202, 302, 402, 602, 702) jegliches Anregungslicht (114, 214, 414, 514, 614) und das aus der abgedeckten Fläche der Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608) gestreute Raman-Licht (116, 216, 416, 516, 616) reflektiert, es sei denn, das Anregungslicht (114, 214, 414, 514, 614) und das Raman-Streulicht (116, 216, 416, 516, 616) werden entweder von der ersten Blende (104, 204, 404, 604) des reflektierenden Hohlraums (102, 202, 302, 402, 602, 702) emittiert oder werden von der Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608) an der zweiten Blende (104, 204, 404, 604) erneut gestreut; und Messen des aus der ersten Blende (104, 204, 404, 604) des reflektierenden Hohlraums (102, 202, 302, 402, 602, 702) emittierten Raman-Streulichts (116, 216, 416, 516, 616) zum Erhalten eines ersten Raman-Spektrums der Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608).
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der reflektierende Hohlraum (102, 202, 302, 402, 602, 702) aus einem Material mit hohem Reflexionsvermögen gegenüber dem Anregungslicht (114, 214, 414, 514, 614) und dem Raman-Streulicht (116, 216, 416, 516, 616) hergestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der reflektierende Hohlraum (102, 202, 302, 402, 602, 702) eine Oberflächenbeschichtung mit hohem Reflexionsvermögen gegenüber dem Anregungslicht (114, 214, 414, 514, 614) und dem Raman-Streulicht (116, 216, 416, 516, 616) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Oberflächenbeschichtung eine Metallbeschichtung ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Oberflächenbeschichtung eine dielektrische Beschichtung ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Fläche der zweiten Blende (106, 206, 306, 406, 606) zumindest doppelt so groß wie die der ersten Blende (104, 204, 404, 604) ist.
Verfahren zum Messen einer Raman-Streuung einer diffus streuenden Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608) einer Oberflächenschicht und einer Oberflächenunterschicht aus unterschiedlichen Materialien, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bereitstellen einer Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung, die einen reflektierenden Hohlraum (102, 202, 302, 402, 602, 702) mit einer ersten Blende (104, 204, 404, 604) und einer zweiten Blende (106, 206, 306, 406, 606) aufweist; Anbringen der zweiten Blende (106, 206, 306, 406, 606) des reflektierenden Hohlraums (102, 202, 302, 402, 602, 702) in der Nähe der Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608), sodass der reflektierende Hohlraum (102, 202, 302, 402, 602, 702) im Wesentlichen ein Gehäuse bildet, das eine große Fläche der Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608) abdeckt; Abgeben von Anregungslicht (114, 214, 414, 514, 614) durch die erste Blende (104, 204, 404, 604) zum Projizieren auf die zweite Blende (106, 206, 306, 406, 606) des reflektierenden Hohlraums (102, 202, 302, 402, 602, 702) zum Anregen von Raman-Streulicht (116, 216, 416, 516, 616) aus der abgedeckten Fläche der Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608), wobei der reflektierende Hohlraum (102, 202, 302, 402, 602, 702) jegliches Anregungslicht (114, 214, 414, 514, 614) und das aus der abgedeckten Fläche der Probe gestreute Raman-Streulicht (116, 216, 416, 516, 616) reflektiert, es sei denn, das Anregungslicht (114, 214, 414, 514, 614) und das Raman-Licht (116, 216, 416, 516, 616) werden entweder von der ersten Blende (104, 204, 404, 604) des reflektierenden Hohlraums (102, 202, 302, 402, 602, 702) emittiert oder werden von der Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608) an der zweiten Blende (106, 206, 306, 406, 606) erneut gestreut; Messen des von der ersten Blende (104, 204, 404, 604) des reflektierenden Hohlraums (102, 202, 302, 402, 602, 702) emittierten Raman-Streulichts (116, 216, 416, 516, 616) zum Erhalten eines ersten Raman-Spektrums der Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608), das Signaturen sowohl der Oberflächenschicht als auch der unter der Oberfläche liegenden Schicht der Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608) enthält; und Entfernen der Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung und Fokussieren des Anregungslichts (114, 214, 414, 514, 614) auf die Oberflächenschicht der Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608) zum Anregen von Raman-Streulicht (116, 216, 416, 516, 616) aus der Oberflächenschicht, und Messen des Raman-Streulichts (116, 216, 416, 516, 616) aus der Oberflächenschicht zum Erhalten eines zweiten Raman-Spektrums der Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608), das hauptsächlich Signaturen der Oberflächenschicht der Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608) enthält.
Verfahren zum Messen einer Raman-Streuung (116, 216, 416, 516, 616) einer transparenten oder diffus streuenden Probe, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Abgeben eines Anregungslichts auf eine erste Seite der Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608) zum Erzeugen eines Raman-Streulichts (116, 216, 416, 516, 616); Bereitstellen einer Lichtsammelvorrichtung, die einen reflektierenden Hohlraum (102, 202, 302, 402, 602, 702) mit einer ersten Blende (104, 204, 404, 604) und einer zweiten Blende (106, 206, 306, 406, 606) aufweist; Anbringen der zweiten Blende (106, 206, 306, 406, 606) des reflektierenden Hohlraums der Lichtsammelvorrichtung in der Nähe einer zweiten Seite der Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608), sodass der reflektierende Hohlraum (102, 202, 302, 402, 602, 702) der Lichtsammelvorrichtung im Wesentlichen ein Gehäuse bildet, das eine Fläche auf der zweiten Seite der Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608) abdeckt, wobei das Anregungslicht (114, 214, 414, 514, 614) und das Raman-Streulicht (116, 216, 416, 516, 616) zumindest teilweise von der ersten Seite zur zweiten Seite der Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608) weitergeleitet werden und der reflektierende Hohlraum (102, 202, 302, 402, 602, 702) der Lichtsammelvorrichtung jegliches Anregungslicht (114, 214, 414, 514, 614) und aus der Probe gestreutes Raman-Streulicht (116, 216, 416, 516, 616) reflektiert, es sei denn, das Anregungslicht (114, 214, 414, 514, 614) und das Raman-Streulicht (116, 216, 416, 516, 616) werden entweder aus der ersten Blende (104, 204, 404, 604) des reflektierenden Hohlraums (102, 202, 302, 402, 602, 702) der Lichtsammelvorrichtung emittiert oder werden von der Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608) erneut gestreut; und Messen des aus der ersten Blende (104, 204, 404, 604) des reflektierenden Hohlraums (102, 202, 302, 402, 602, 702) der Lichtsammelvorrichtung emittierten Raman-Streulichts (116, 216, 416, 516, 616) zum Erhalten eines Raman-Spektrums der Probe.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Schritt des Abgebens von Anregungslicht auf eine erste Seite der Probe zum Erzeugen von Raman-Streulicht folgende Schritte umfasst: Bereitstellen einer Lichtabgabevorrichtung, die einen reflektierenden Hohlraum (102, 202, 302, 402, 602, 702) mit einer ersten Blende (104, 204, 404, 604) und einer zweiten Blende (106, 206, 306, 406, 606) aufweist; Anbringen der zweiten Blende (106, 206, 306, 406, 606) des reflektierenden Hohlraums der Lichtabgabevorrichtung in der Nähe der Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608), sodass der reflektierende Hohlraum (102, 202, 302, 402, 602, 702) der Lichtabgabevorrichtung im Wesentlichen ein Gehäuse bildet, das eine Fläche auf einer ersten Seite der Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608) abdeckt; und Abgeben von Anregungslicht durch die erste Blende (104, 204, 404, 604) zum Projizieren auf die zweite Blende (106, 206, 306, 406, 606) des reflektierenden Hohlraums (102, 202, 302, 402, 602, 702) der Lichtabgabevorrichtung zum Anregen von Raman-Streulicht (116, 216, 416, 516, 616) aus der abgedeckten Fläche der Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608), wobei der reflektierende Hohlraum (102, 202, 302, 402, 602, 702) der Lichtabgabevorrichtung jegliches Anregungslicht (114, 214, 414, 514, 614) und das aus der Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608) gestreute Raman-Streulicht (116, 216, 416, 516, 616) reflektiert, es sei denn, das Anregungslicht (114, 214, 414, 514, 614) und das Raman-Streulicht (116, 216, 416, 516, 616) werden entweder aus der ersten Blende (104, 204, 404, 604) des reflektierenden Hohlraums (102, 202, 302, 402, 602, 702) der Lichtabgabevorrichtung emittiert oder werden von der Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608) erneut gestreut.
Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung zum Messen einer Raman-Streuung (116, 216, 416, 516, 616) aus einer großen Fläche einer Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608), wobei die Lichtabgabe- und Sammelvorrichtung umfasst: einen reflektierenden Hohlraum (102, 202, 302, 402, 602, 702), der durch ein festes optisches Material ausgebildet ist, das eine reflektierende Beschichtung mit einer ersten Blende (104, 204, 404, 604) und einer zweiten Blende (106, 206, 306, 406, 606) aufweist, wobei die erste Blende (104, 204, 404, 604) zum Aufnehmen von Anregungslicht (114, 214, 414, 514, 614) konfiguriert ist, das auf die zweite Blende (106, 206, 306, 406, 606) projiziert wird, die zweite Blende (106, 206, 306, 406, 606) zum Anbringen in der Nähe der Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608) konfiguriert ist, sodass der reflektierende Hohlraum im Wesentlichen ein Gehäuse bildet, das eine große Fläche der Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608) abdeckt, wobei die abgedeckte Fläche der Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608) das Anregungslicht (114, 214, 414, 514, 614) streut und dadurch Raman-Streulicht (116, 216, 416, 516, 616) erzeugt, und der reflektierende Hohlraum (102, 202, 302, 402, 602, 702) jegliches Anregungslicht (114, 214, 414, 514, 614) und das aus der abgedeckten Fläche der Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608) gestreute Raman-Streulicht (116, 216, 416, 516, 616) reflektiert, es sei denn, das Anregungslicht (114, 214, 414, 514, 614) und das Raman-Streulicht (116, 216, 416, 516, 616) werden entweder von der ersten Blende (104, 204, 404, 604) emittiert, um gemessen zu werden, oder werden von der Probe (108, 208, 308, 408, 508, 608) an der zweiten Blende (106, 206, 306, 406, 606) erneut gestreut.
Lichtabgabe- und -Sammelvorrichtung nach Anspruch 21, wobei das optische Material ein räumlich heterogenes Brechungsindexprofil aufweist.