DE102018000307A1

DE102018000307A1 - A static Fourier transform spectrometer and a method of operating the static Fourier transform spectrometer

Info

Publication number: DE102018000307A1
Application number: DE102018000307.9A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Wiesent; Michael Schardt
Original assignee: Spectrolytic GmbH
Current assignee: Spectrolytic GmbH
Priority date: 2018-01-16
Filing date: 2018-01-16
Publication date: 2019-07-18
Anticipated expiration: 2038-01-17
Also published as: WO2019141689A1; DE102018000307B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein statisches Fourier-Transformations-Spektrometer (1) mit einer Strahlungsquelle (4), die eingerichtet ist in einem Betrieb des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers Infrarotstrahlung zu emittieren, die sich im Betrieb entlang eines Strahlengangs (5) des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers ausbreitet, der einen Probenpfad (14) und einen Referenzpfad (15) aufweist, einer Probe (7), die lediglich in dem Probenpfad angeordnet ist und somit im Betrieb eine Wechselwirkung mit der Infrarotstrahlung des Probenpfades eingeht, und einem Interferometerabschnitt (3), der eingerichtet ist ein Probeninterferogramm (27) des Probenpfades nach der Wechselwirkung mit der Probe und ein Referenzinterferogramm (28) des Referenzpfades zu erzeugen und einen Detektor (11) aufweist, der eingerichtet ist das Probeninterferogramm (27) und das Referenzinterferogramm (28) gleichzeitig aufzunehmen, wobei das statische Fourier-Transformations-Spektrometer eingerichtet ist, mittels jeweils einer Fourier-Transformation aus dem Probeninterferogramm ein Probenspektrum (20) und aus dem Referenzinterferogramm ein Referenzspektrum (21) zu ermitteln sowie das Probenspektrum mit dem Referenzspektrum zu korrigieren.

The invention relates to a static Fourier transform spectrometer (1) having a radiation source (4) which is set up to emit infrared radiation in an operation of the static Fourier transform spectrometer which, during operation, propagates along a beam path (5) of the static Fourier Transformation spectrometer, which has a sample path (14) and a reference path (15), a sample (7), which is arranged only in the sample path and thus interacts with the infrared radiation of the sample path during operation, and an interferometer section (FIG. 3) adapted to generate a sample interferogram (27) of the sample path after interaction with the sample and a reference interferogram (28) of the reference path and having a detector (11) arranged to receive the sample interferogram (27) and the reference interferogram (28 ) simultaneously with the static Fourier transform spectrometer t is to determine a sample spectrum (20) from the sample interferogram by means of a Fourier transformation, and a reference spectrum (21) from the reference interferogram, and to correct the sample spectrum with the reference spectrum.

Description

Die Erfindung betrifft ein statisches Fourier-Transformations-Spektrometer und ein Verfahren zum Betreiben des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers.The invention relates to a static Fourier transform spectrometer and a method for operating the static Fourier transform spectrometer.

Bei einem Fourier-Transformations-Spektrometer wird eine Probe mit Infrarotstrahlung bestrahlt. Nach dem Durchgang der Infrarotstrahlung durch die Probe wird die Infrarotstrahlung in zwei Teilstrahlen aufgeteilt und die zwei Teilstrahlen werden wieder zusammengeführt, so dass die Infrarotstrahlung ein Interferogramm bildet. Herkömmlich weist das Fourier-Transformations-Spektrometer ein Michelson Interferometer auf, in dem ein Spiegel bewegt wird und somit eine Variation der optischen Weglänge einer der zwei Teilstrahlen erzeugt wird.In a Fourier transform spectrometer, a sample is irradiated with infrared radiation. After the passage of the infrared radiation through the sample, the infrared radiation is split into two sub-beams and the two sub-beams are brought together again, so that the infrared radiation forms an interferogram. Conventionally, the Fourier transform spectrometer has a Michelson interferometer in which a mirror is moved and thus a variation of the optical path length of one of the two partial beams is generated.

Neben den Fourier-Transformations-Spektrometern mit dem Michelson Interferometer gibt es ein sogenanntes statisches Fourier-Transformations-Spektrometer, das ohne bewegliche Spiegel ausgeführt ist. Bei dem statischen Fourier-Transformations-Spektrometer werden die beiden Teilstrahlen derart auf einem Detektor zusammengeführt, dass entlang einer Dimension des Detektors eine Variation der Differenz der optischen Weglänge der beiden Teilstrahlen erfolgt. Ein solches statisches Fourier-Transformation-Spektrometer ist beispielsweise in WO 2016/180551 A1 beschrieben. Mit dem statischen Fourier-Transformations-Spektrometer können Spektren in einer kürzeren Zeit als mit dem Fourier-Transformations-Spektrometer mit dem Michelson Interferometer aufgenommen werden, jedoch sind die Spektren bei dem statischen Fourier-Transformations-Spektrometer weniger genau.In addition to the Fourier transform spectrometers with the Michelson interferometer, there is a so-called static Fourier transform spectrometer, which is designed without moving mirrors. In the case of the static Fourier transform spectrometer, the two partial beams are combined on a detector in such a way that along one dimension of the detector a variation of the difference of the optical path length of the two partial beams takes place. Such a static Fourier transform spectrometer is, for example, in WO 2016/180551 A1 described. With the static Fourier transform spectrometer, spectra can be acquired in a shorter time than with the Fourier transform spectrometer with the Michelson interferometer, but the spectra are less accurate in the static Fourier transform spectrometer.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein statisches Fourier-Transformations-Spektrometer und ein Verfahren zum Betreiben des statischen Fourier-Transformations-Spektrometer zu schaffen, mit denen Spektren mit einer hohen Genauigkeit messbar sind.The object of the invention is therefore to provide a static Fourier transform spectrometer and a method for operating the static Fourier transform spectrometer, with which spectra with high accuracy can be measured.

Das erfindungsgemäße statische Fourier-Transformations-Spektrometer weist eine Strahlungsquelle, die eingerichtet ist, in einem Betrieb des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers Infrarotstrahlung zu emittieren, die sich im Betrieb entlang eines Strahlengangs des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers ausbreitet, der einen Probenpfad und einen Referenzpfad aufweist, eine Probe, die lediglich in dem Probenpfad angeordnet ist und somit im Betrieb eine Wechselwirkung mit der Infrarotstrahlung des Probenpfades eingeht, und einen Interferometerabschnitt auf, der eingerichtet ist, ein Probeninterferogramm des Probenpfades nach der Wechselwirkung mit der Probe und ein Referenzinterferogramm des Referenzpfades zu erzeugen, und einen Detektor aufweist, der eingerichtet ist, das Probeninterferogramm und das Referenzinterferogramm gleichzeitig aufzunehmen, wobei das statische Fourier-Transformations-Spektrometer eingerichtet ist, mittels jeweils einer Fourier-Transformation aus dem Probeninterferogramm ein Probenspektrum und aus dem Referenzinterferogramm ein Referenzspektrum zu ermitteln sowie das Probenspektrum mit dem Referenzspektrum zu korrigieren.The static Fourier transform spectrometer according to the invention has a radiation source which is adapted to emit infrared radiation in an operation of the static Fourier transform spectrometer, which propagates in operation along a beam path of the static Fourier transform spectrometer which comprises a sample path and a reference path, a sample disposed only in the sample path and thus interacting with the infrared radiation of the sample path in operation, and an interferometer section configured to sample a sample path of the sample path after interaction with the sample and a reference interferogram of the sample path Reference path to produce, and having a detector which is adapted to record the Probeninterferogramm and the Referenzinterferogramm simultaneously, wherein the static Fourier transform spectrometer is arranged, each by means of a Fourier transform to determine a sample spectrum from the sample interferogram and a reference spectrum from the reference interferogram and to correct the sample spectrum with the reference spectrum.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers weist die Schritte auf: a2) Einbringen einer Probe lediglich in den Probenpfad; b) Ausbreiten von Infrarotstrahlung entlang des Strahlengangs, so dass die Probe eine Wechselwirkung mit der Infrarotstrahlung des Probenpfades eingeht; c) Erzeugen eines Probeninterferogramms des Probenpfades nach der Wechselwirkung mit der Probe und eines Referenzinterferogramms des Referenzpfades sowie gleichzeitiges Aufnehmen des Probeninterferogramms und des Referenzinterferogramms; d) Ermitteln eines Probenspektrums aus dem Probeninterferogramm und eines Referenzspektrums aus dem Referenzinterferogramm mittels jeweils einer Fourier-Transformation; e) Korrigieren des Probenspektrums mit dem Referenzspektrum.The method according to the invention for operating the static Fourier transform spectrometer comprises the steps of: a2) introducing a sample into the sample path only; b) propagating infrared radiation along the beam path so that the sample interacts with the infrared radiation of the sample path; c) generating a sample interferogram of the sample path after interacting with the sample and a reference interferogram of the reference path and simultaneously recording the sample interferogram and the reference interferogram; d) determining a sample spectrum from the sample interferogram and a reference spectrum from the reference interferogram by means of a respective Fourier transformation; e) Correcting the sample spectrum with the reference spectrum.

Überraschenderweise wurde gefunden, dass mit dem erfindungsgemäßen statischen Fourier-Transformations-Spektrometer und dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben des statischen Fourier-Transformations-Spektrometer die korrigierten Probenspektren mit einer hohen Genauigkeit messbar sind. Dabei wurde eine so hohe Genauigkeit erreicht, die fast so hoch wie einem herkömmlichen Fourier-Transformations-Spektrometer mit einem Michelson Interferometer ist.Surprisingly, it has been found that with the static Fourier transform spectrometer according to the invention and the method according to the invention for operating the static Fourier transform spectrometer, the corrected sample spectra can be measured with high accuracy. This has achieved such a high level of accuracy that is almost as high as a conventional Fourier transform spectrometer with a Michelson interferometer.

Bei der Wechselwirkung der Probe mit der Infrarotstrahlung kann es sich beispielsweise um eine Transmission, eine Reflexion, eine Streuung, eine Remission oder um eine abgeschwächte Totalreflexion (englisch: attenuated total reflexion, ATR) handeln.The interaction of the sample with the infrared radiation may, for example, be a transmission, a reflection, a scattering, a remission or an attenuated total reflection (ATR).

Es ist bevorzugt, dass der Detektor eine Probenfläche, die eingerichtet ist, das Probeninterferogramm aufzunehmen, und eine Referenzfläche aufweist, die eingerichtet ist, das Referenzinterferogramm aufzunehmen, wobei die Probenfläche dreimal bis zehnmal so groß wie die Referenzfläche ist. Es wurde überraschenderweise gefunden, dass mit diesem Flächenverhältnis das Signal zu Rausch Verhältnis besonders hoch ist, wodurch die korrigierten Probenspektren eine besonders hohe Genauigkeit haben.It is preferable that the detector has a sample surface adapted to receive the sample interferogram and a reference surface configured to receive the reference interferogram, the sample surface being three to ten times as large as the reference surface. It has surprisingly been found that with this area ratio the signal to noise ratio is particularly high, whereby the corrected sample spectra have a particularly high accuracy.

Der Probenpfad und der Referenzpfad sind bevorzugt im Bereich der Probe räumlich getrennt voneinander angeordnet. Dadurch lässt sich die Probe vorteilhaft derart in dem Probenpfad anordnen, dass kein Ende der Probe in dem Strahlengang angeordnet ist, was nachteilig zu der Bildung von Interferenzen führen würde. Die Interferenzen würden die Genauigkeit der korrigierten Probenspektren vermindern. The sample path and the reference path are preferably arranged spatially separated from one another in the region of the sample. As a result, the sample can advantageously be arranged in the sample path such that no end of the sample is arranged in the beam path, which would disadvantageously lead to the formation of interferences. The interference would reduce the accuracy of the corrected sample spectra.

Alternativ ist bevorzugt, dass der gesamte Strahlengang von der Strahlungsquelle bis einschließlich der Probe ungetrennt angeordnet ist. Hierbei handelt es sich um einen vorteilhaft einfachen Aufbau des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers, der sich auch besonders einfach justieren lässt.Alternatively, it is preferred that the entire beam path from the radiation source up to and including the sample is arranged undivided. This is an advantageously simple structure of the static Fourier transform spectrometer, which can also be easily adjusted.

Es ist bevorzugt, dass das statische Fourier-Transformations-Spektrometer einen ATR-Kristall aufweist, der in dem Probenpfad angeordnet ist, wobei die Probe die Oberfläche des ATR-Kristalls kontaktiert, so dass sich im Betrieb die Infrarotstrahlung unter Totalreflektion an der Grenzfläche zwischen dem ATR-Kristall und der Probe ausbreitet. Weil die bei der Totalreflektion entstehenden evaneszenten Wellen nur eine geringe Eindringtiefe in die Probe haben, erzeugt Wasser nur eine geringe Absorption. Dadurch eignet sich der ATR-Kristall besonders für wässrige Proben, so dass die wässrigen Proben mit einer besonders hohen Genauigkeit messbar sind.It is preferable that the static Fourier transform spectrometer has an ATR crystal disposed in the sample path, the sample contacting the surface of the ATR crystal so that, in operation, the infrared radiation undergoes total reflection at the interface between the ATR crystal and the sample spreads. Because the evanescent waves produced during total reflection have only a small penetration into the sample, water produces only a small amount of absorption. This makes the ATR crystal particularly suitable for aqueous samples so that the aqueous samples can be measured with particularly high accuracy.

Die optischen Pfadlängen des Probenpfades und des Referenzpfades sind bevorzugt gleich lang. Dadurch ist die Genauigkeit der korrigierten Probenspektren besonders hoch. Es ist bevorzugt, dass der Strahlengang mehrere der Probenpfade aufweist, in denen verschiedene Proben angeordnet sind. Dadurch können vorteilhaft mehrere der Proben gleichzeitig vermessen werden. Der Detektor weist bevorzugt eine zweidimensionale Matrix an infrarotsensitiven Elementen auf. Hier können die Größen der Probenfläche und der Referenzfläche über die Anzahl der infrarotsensitiven Elemente gewählt werden, denn die Anzahl der infrarotsensitiven Elemente ist proportional zu der Größe der jeweiligen Fläche. Alternativ weist der Detektor bevorzugt einen Zeilendetektor für den Referenzpfad und jeweils einen Zeilendetektor für jeden der Probenpfade auf.The optical path lengths of the sample path and the reference path are preferably the same length. As a result, the accuracy of the corrected sample spectra is particularly high. It is preferred that the beam path has a plurality of the sample paths in which different samples are arranged. As a result, advantageously several of the samples can be measured simultaneously. The detector preferably has a two-dimensional matrix of infrared-sensitive elements. Here, the sizes of the sample surface and the reference surface can be selected via the number of infrared-sensitive elements, because the number of infrared-sensitive elements is proportional to the size of the respective surface. Alternatively, the detector preferably has a line detector for the reference path and in each case one line detector for each of the sample paths.

Bevorzugt weist das Verfahren den Schritt auf: a0) Wählen einer Probenfläche eines Detektors, die eingerichtet ist, das Probeninterferogramm aufzunehmen, dreimal bis zehnmal so groß wie eine Referenzfläche des Detektors, die eingerichtet ist, das Referenzinterferogramm aufzunehmen. In dem Fall, dass der Detektor die zweidimensionale Matrix an den infrarotsensitiven Elementen aufweist, können die Größe der Probenfläche und die Größe der Referenzfläche entsprechend der Anzahl der infrarotsensitiven Elemente gewählt werden.Preferably, the method comprises the step of: a0) selecting a sample area of a detector adapted to receive the sample interferogram three to ten times as large as a reference area of the detector adapted to receive the reference interferogram. In the case where the detector has the two-dimensional matrix on the infrared-sensitive elements, the size of the sample area and the size of the reference area may be selected according to the number of infrared-sensitive elements.

Es ist bevorzugt, dass das Verfahren die Schritte aufweist: f) Durchführen der Schritte b) bis d) ohne dass die Probe in dem Probenpfad angeordnet ist; g) Berechnen mindestens eines Korrekturfaktors, um das in Schritt f) ermittelte Probenspektrum und das in Schritt f) ermittelte Referenzspektrum derart aufeinander zu skalieren, dass ein Unterschied zwischen der Intensität des Probenspektrums und der Intensität des Referenzspektrums minimiert wird; und wobei in Schritt e) der Korrekturfaktor herangezogen wird. Mit dem Korrekturfaktor kann vorteilhaft ein ungleichmäßiges Ausleuchten des Detektors durch die Strahlungsquelle korrigiert werden, was zu einer gesteigerten Genauigkeit für die korrigierten Probenspektren führt.It is preferred that the method comprises the steps of: f) performing steps b) to d) without the sample being located in the sample path; g) calculating at least one correction factor to scale the sample spectrum determined in step f) and the reference spectrum determined in step f) such that a difference between the intensity of the sample spectrum and the intensity of the reference spectrum is minimized; and wherein in step e) the correction factor is used. Advantageously, the correction factor can be used to correct uneven illumination of the detector by the radiation source, which leads to increased accuracy for the corrected sample spectra.

Bevorzugt weist das Verfahren die Schritte auf: a1) Anordnen eines ATR-Kristalls in dem Probenpfad und Durchführen der Schritte b) bis e) ohne dass die Probe die Oberfläche des ATR-Kristalls kontaktiert; h) Wiederholen des Schritts a1) und Vergleichen der in den Schritten a1) und h) korrigierten Probenspektren. Dadurch lässt sich vorteilhaft eine Alterung des ATR-Kristalls oder eine Materialablagerung auf dem ATR-Kristall erkennen.Preferably, the method comprises the steps of: a1) placing an ATR crystal in the sample path and performing steps b) to e) without the sample contacting the surface of the ATR crystal; h) repeating step a1) and comparing the sample spectra corrected in steps a1) and h). As a result, an aging of the ATR crystal or a material deposition on the ATR crystal can be detected advantageously.

Es ist bevorzugt, dass das Verfahren den Schritt aufweist: a0) Anordnen einer Referenzprobe in dem Referenzpfad. Dadurch können Unterschiede der Probe im Vergleich zu der Referenzprobe mit einer besonders hohen Genauigkeit gemessen werden. Wird beispielsweise eine besonders reine Referenzprobe in dem Referenzpfad angeordnet, können Verunreinigungen der Probe besonders genau und zudem schnell erkannt werden.It is preferred that the method comprises the step of: a0) arranging a reference sample in the reference path. As a result, differences in the sample compared to the reference sample can be measured with a particularly high accuracy. If, for example, a particularly pure reference sample is arranged in the reference path, impurities in the sample can be detected particularly accurately and also quickly.

Im Folgenden wird anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen die Erfindung näher erläutert.

1 zeigt eine erste Ausführungsform des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers in einer ersten Draufsicht.
2 zeigt die erste Ausführungsform in einer zweiten Draufsicht.
3 zeigt eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers.
4 zeigt eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers.
5 zeigt eine Draufsicht auf eine vierte Ausführungsform des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers.
6 zeigt von einem Detektor des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers aufgenommene Messdaten.
7 bis 10 zeigen von dem statischen Fourier-Transformations-Spektrometer ermittelte Spektren sowie deren Korrekturen.
11 zeigt einen Versuch, bei dem die Probenfläche und die Referenzfläche des Detektors variiert wurden.

In the following the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying schematic drawings.

1 shows a first embodiment of the static Fourier transform spectrometer in a first plan view.
2 shows the first embodiment in a second plan view.
3 shows a plan view of a second embodiment of the static Fourier transform spectrometer.
4 shows a plan view of a third embodiment of the static Fourier transform spectrometer.
5 shows a plan view of a fourth embodiment of the static Fourier transform spectrometer.
6 shows measured data taken by a detector of the static Fourier transform spectrometer.
7 to 10 show spectra obtained from the static Fourier transform spectrometer and their corrections.
11 shows an experiment in which the sample area and the reference area of the detector were varied.

Wie es aus 1 bis 5 ersichtlich ist, weist ein statisches Fourier-Transformations-Spektrometer 1 eine Strahlungsquelle 4 auf, die eingerichtet ist, in einem Betrieb des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers 1 Infrarotstrahlung zu emittieren. Das statische Fourier-Transformations-Spektrometer 1 weist in Ausbreitungsrichtung der Infrarotstrahlung nach der Strahlungsquelle 4 einen Probenabschnitt 2 und nach dem Probenabschnitt einen Interferometerabschnitt 3 auf. Die Infrarotstrahlung kann beispielsweise eine Wellenlänge von 2 µm bis 20 µm haben. Die Strahlungsquelle 4 kann eingerichtet sein, die Infrarotstrahlung in einem Dauerstrichbetrieb zu emittieren. Alternativ kann die Strahlungsquelle 4 eingerichtet sein, die Infrarotstrahlung gepulst und mit einem Duty-cycle von mehr als 50 % zu emittieren. Die Infrarotstrahlung breitet sich im Betrieb entlang eines Strahlengangs 5 des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers 1 aus. Der Strahlengang 5 weist einen Probenpfad 14 und einen Referenzpfad 15 auf. Das statische Fourier-Transformations-Spektrometer 1 weist eine Sammeloptik 6 auf, die im Strahlengang 5 angeordnet ist, die aus der Strahlungsquelle 4 austretende Infrarotstrahlung zu parallelisieren.Like it out 1 to 5 can be seen, has a static Fourier transform spectrometer 1 a radiation source 4 which is established in an operation of the static Fourier transform spectrometer 1 Emit infrared radiation. The static Fourier transform spectrometer 1 points in the propagation direction of the infrared radiation after the radiation source 4 a sample section 2 and after the sample section, an interferometer section 3 on. The infrared radiation, for example, have a wavelength of 2 microns to 20 microns. The radiation source 4 may be arranged to emit the infrared radiation in a continuous wave mode. Alternatively, the radiation source 4 be configured to pulse the infrared radiation and emit with a duty cycle of more than 50%. The infrared radiation propagates along a beam path during operation 5 of the static Fourier transform spectrometer 1 out. The beam path 5 has a sample path 14 and a reference path 15 on. The static Fourier transform spectrometer 1 has a collection look 6 on, in the beam path 5 is arranged, which from the radiation source 4 parallelize outgoing infrared radiation.

Das statische Fourier-Transformations-Spektrometer 1 weist eine Probe 7 auf, die in dem Probenabschnitt 2 und dort lediglich in dem Probenpfad 14 angeordnet ist und somit im Betrieb eine Wechselwirkung mit der Infrarotstrahlung des Probenpfades 14 eingeht. Der Interferometerabschnitt 3 ist eingerichtet ein Probeninterferogramm 27 des Probenpfades 14 nach der Wechselwirkung mit der Probe 7 und ein Referenzinterferogramm 28 des Referenzpfades 15 zu erzeugen. Der Interferometerabschnitt 3 weist einen Detektor 11 auf, der eingerichtet ist, das Probeninterferogramm 27 und das Referenzinterferogramm 28 gleichzeitig aufzunehmen. Das statische Fourier-Transformations-Spektrometer ist eingerichtet, mittels jeweils einer Fourier-Transformation aus dem Probeninterferogramm 27 ein Probenspektrum 20 und aus dem Referenzinterferogramm 28 ein Referenzspektrum 21 zu ermitteln sowie das Probenspektrum 20 mit dem Referenzspektrum 21 zu korrigieren, so dass ein mit dem Referenzspektrum 21 korrigiertes Probenspektrum 22 entsteht.The static Fourier transform spectrometer 1 has a sample 7 on in the sample section 2 and there only in the sample path 14 is arranged and thus in operation an interaction with the infrared radiation of the sample path 14 received. The interferometer section 3 is set up a sample interferogram 27 the sample path 14 after interaction with the sample 7 and a reference interferogram 28 of the reference path 15 to create. The interferometer section 3 has a detector 11 which is set up, the sample interferogram 27 and the reference interferogram 28 to record simultaneously. The static Fourier transform spectrometer is set up by means of a Fourier transformation from the sample interferogram 27 a sample spectrum 20 and from the reference interferogram 28 a reference spectrum 21 to determine as well as the sample spectrum 20 with the reference spectrum 21 correct, so that one with the reference spectrum 21 corrected sample spectrum 22 arises.

Insbesondere 1 und 2 veranschaulichen die Funktionsweise des Interferometerabschnitts 3. 1 zeigt eine Draufsicht auf das statische Fourier-Transformations-Spektrometer 1, bei der der Probenpfad 14 und der Referenzpfad 15 nebeneinander angeordnet sind. 2 zeigt eine Draufsicht auf das statische Fourier-Transformations-Spektrometer 1, bei der die Anordnung aus 1 um 90° um die optische Achse des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers 1 gedreht ist. Dies ist in 1 durch einen mit x bezeichneten Pfeil, der eine x-Richtung bezeichnet, und in 2 durch einen mit y bezeichneten Pfeil, der eine y-Richtung bezeichnet, dargestellt. Die x-Richtung und die y-Richtung schließen dabei einen Winkel von 90° ein. Der Interferometerabschnitt 3 weist eine Spaltebene 8, in der ein Spalt angeordnet sein kann und via den die Infrarotstrahlung im Betrieb in den Interferometerabschnitt 3 eintritt. Der Spalt hat in der x-Richtung eine Spalthöhe und in der y-Richtung eine Spaltbreite. Die Spalthöhe kann derart gewählt werden, dass der Detektor 11 in der x-Richtung vollständig von der Infrarotstrahlung ausgeleuchtet wird. Der Spalt kann derart beschaffen sein, dass die Spaltbreite variabel einstellbar ist. Dadurch kann die spektrale Auflösung verändert werden.In particular 1 and 2 illustrate the operation of the interferometer section 3 , 1 shows a plan view of the static Fourier transform spectrometer 1 in which the sample path 14 and the reference path 15 are arranged side by side. 2 shows a plan view of the static Fourier transform spectrometer 1 in which the arrangement is made 1 90 ° around the optical axis of the static Fourier transform spectrometer 1 is turned. This is in 1 by an arrow labeled x, which denotes an x-direction, and in 2 through one with y designated arrow, the one y Direction, shown. The x Direction and the y Direction include an angle of 90 °. The interferometer section 3 has a cleavage plane 8th in which a gap can be arranged and via which the infrared radiation during operation in the Interferometerabschnitt 3 entry. The gap has a gap height in the x direction and in the y Direction a gap width. The gap height can be chosen such that the detector 11 in the x Direction is completely illuminated by the infrared radiation. The gap may be such that the gap width is variably adjustable. This allows the spectral resolution to be changed.

Zudem weist der Interferometerabschnitt 3 eine erste Linse 9 und eine zweite Linse 10 auf, die in dem Strahlengang 5 angeordnet sind, die Spaltebene 8 auf den Detektor 11 abzubilden. Weiterhin weist der Interferometerabschnitt 3 einen Strahlteiler 12 und einen Spiegel 13 auf, die in dem Strahlengang 5 zwischen der ersten Linse 9 und der zweiten Linse 10 angeordnet sind. 2 zeigt, im Betrieb ein Teil der Infrarotstrahlung den Strahlteiler 13 passiert und dann via die zweite Linse 10 auf den Detektor 11 gelangt. Ein anderer Teil der Infrarotstrahlung wird von dem Strahlteiler 12 und anschließend von dem Spiegel 13 reflektiert und gelangt dann via die zweite Linse 10 auf den Detektor 11. Der eine Teil und der andere Teil der Infrarotstrahlung bilden zusammen auf dem Detektor das Probeninterferogramm 27 und das Referenzinterferogramm 28, die in der x-Richtung nebeneinander angeordnet sind. Der eine Teil und der andere Teil der Infrarotstrahlung haben dadurch, dass sie einen unterschiedlichen Weg in dem Interferometerabschnitt durchlaufen haben, eine optische Weglängendifferenz (die auch Null sein kann) durchlaufen, wenn sie auf dem Detektor 11 angekommen sind. Diese optische Weglängendifferenz erfährt in der y-Richtung eine Variation 16 und diese Variation 16 führt dazu, dass mittels der Fourier-Transformationen das Probenspektrum 20 und das Referenzspektrum 21 ermittelbar sind. Dies und weitere Details zu dem Interferometerabschnitt 3 sind in WO 2016/180551 A1 beschrieben.In addition, the interferometer section points 3 a first lens 9 and a second lens 10 on that in the beam path 5 are arranged, the cleavage plane 8th on the detector 11 map. Furthermore, the interferometer section 3 a beam splitter 12 and a mirror 13 on that in the beam path 5 between the first lens 9 and the second lens 10 are arranged. 2 shows, during operation, a portion of the infrared radiation, the beam splitter 13 happens and then via the second lens 10 on the detector 11 arrives. Another part of the infrared radiation is from the beam splitter 12 and then from the mirror 13 reflects and then passes via the second lens 10 on the detector 11 , One part and the other part of the infrared radiation together form the sample interferogram on the detector 27 and the reference interferogram 28 in the x Direction are arranged side by side. The one part and the other part of the infrared radiation, when traveling through a different path in the interferometer section, have an optical path length difference (which can also be zero) when passing on the detector 11 arrived. This optical path length difference learns in the y Direction a variation 16 and this variation 16 results in that, by means of the Fourier transformations, the sample spectrum 20 and the reference spectrum 21 can be determined. This and more details about the interferometer section 3 are in WO 2016/180551 A1 described.

1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers 1, bei der der gesamte Strahlengang 5 von der Strahlungsquelle 4 bis einschließlich der Probe 7 ungetrennt angeordnet ist, was bedeutet, dass der Probenpfad 14 und der Referenzpfad 15 unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind. Darüber hinaus ist auch der gesamte Strahlengang von der Probe 7 bis zu dem Detektor 11 ungetrennt angeordnet. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers 1, bei der Probenpfad 14 und der Referenzpfad 15 im Bereich der Probe 7 räumlich getrennt voneinander angeordnet sind, was bedeutet, dass hier ein Zwischenraum zwischen dem Probenpfad 14 und dem Referenzpfad 15 angeordnet ist. Hier kann vorteilhaft der vollständige Probenpfad 14 durch die Probe 7 hindurchgeleitet werden, ohne dass eine Beugung der Infrarotstrahlung des Probenpfades 14 an einem Ende der Probe 7 stattfindet. Bei der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform ist die Transmission der Probe 7 messbar. Bei der Probe 7 kann es sich beispielsweise um eine flüssige Probe handeln, die in einer Küvette angeordnet ist. Ebenso ist denkbar, dass es sich bei der Probe 7 um eine feste Probe handelt. 1 and 2 show a first embodiment of the static Fourier transformation spectrometer 1 in which the entire beam path 5 from the radiation source 4 up to and including the sample 7 is arranged unseparated, which means that the sample path 14 and the reference path 15 are arranged immediately adjacent to each other. In addition, the entire beam path is also from the sample 7 to the detector 11 arranged unseparated. 3 shows a second embodiment of the static Fourier transform spectrometer 1 , at the sample path 14 and the reference path 15 in the area of the sample 7 are arranged spatially separated from each other, which means that here is a gap between the sample path 14 and the reference path 15 is arranged. Here can advantageously the complete sample path 14 through the sample 7 be passed through without a diffraction of the infrared radiation of the sample path 14 at one end of the sample 7 takes place. In the first embodiment and the second embodiment, the transmission of the sample is 7 measurable. In the sample 7 For example, it may be a liquid sample placed in a cuvette. It is also conceivable that it is the sample 7 is a solid sample.

4 zeigt eine dritte Ausführungsform des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers 1, bei der das statische Fourier-Transformations-Spektrometer eine Gasmesszelle 17 aufweist. Die Probe 7 ist gasförmig und innerhalb der Gasmesszelle 17 angeordnet und der Probenpfad 14 verläuft innerhalb der Gasmesszelle 17. Die Gasmesszelle 17 kann, wie in 4 dargestellt, einen ersten gekrümmten Spiegel 18a und einen zweiten gekrümmten Spiegel 18b aufweisen, die derart angeordnet sind, dass die Infrarotstrahlung mehrfach innerhalb der Gasmesszelle 17 reflektiert wird. Denkbar ist zudem, dass das statische Fourier-Transformations-Spektrometer 1 eine weitere Gasmesszelle aufweist, die baugleich mit der Gasmesszelle 17 ist und durch die der Referenzpfad 15 verläuft. 4 shows a third embodiment of the static Fourier transform spectrometer 1 in which the static Fourier transform spectrometer is a gas measuring cell 17 having. The sample 7 is gaseous and inside the gas measuring cell 17 arranged and the sample path 14 runs inside the gas measuring cell 17 , The gas measuring cell 17 can, as in 4 shown, a first curved mirror 18a and a second curved mirror 18b have, which are arranged such that the infrared radiation multiple times within the gas measuring cell 17 is reflected. It is also conceivable that the static Fourier transform spectrometer 1 has a further gas measuring cell, which is identical to the gas measuring cell 17 is and through the the reference path 15 runs.

5 zeigt eine vierte Ausführungsform des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers 1, bei der das statische Fourier-Transformations-Spektrometer 1 einen ATR-Kristall 19 aufweist, der in dem Probenpfad 14 angeordnet ist, wobei die Probe 7 die Oberfläche des ATR-Kristalls 19 kontaktiert, so dass sich im Betrieb die Infrarotstrahlung unter Totalreflektion an der Grenzfläche zwischen dem ATR-Kristall 19 und der Probe 7 ausbreitet. Es ist denkbar, dass das statische Fourier-Transformations-Spektrometer 1 einen weiteren ATR-Kristall aufweist, der baugleich mit dem ATR-Kristall 19 ist und der in dem Referenzpfad 15 angeordnet ist. 5 shows a fourth embodiment of the static Fourier transform spectrometer 1 in which the static Fourier transform spectrometer 1 an ATR crystal 19 which is in the sample path 14 is arranged, the sample 7 the surface of the ATR crystal 19 contacted, so that in operation, the infrared radiation under total reflection at the interface between the ATR crystal 19 and the sample 7 spreads. It is conceivable that the static Fourier transform spectrometer 1 has another ATR crystal, which is identical to the ATR crystal 19 is and in the reference path 15 is arranged.

Der Detektor 11 kann eine zweidimensionale Matrix an infrarotsensitiven Elementen aufweisen. Alternativ kann der Detektor 11 kann einen Zeilendetektor für den Referenzpfad 15 und einen Zeilendetektor für den Probenpfad 14 aufweisen. In dem Fall, dass das statische Fourier-Transformations-Spektrometer 1 eine Mehrzahl der Probenpfade 14 aufweist, in denen verschiedene Proben 7 angeordnet sind, weist das statische Fourier-Transformations-Spektrometer 1 einen jeweiligen Zeilendetektor für jeden Probenpfade 14 auf.The detector 11 may comprise a two-dimensional matrix of infrared-sensitive elements. Alternatively, the detector can 11 can use a line detector for the reference path 15 and a line detector for the sample path 14 respectively. In the case that the static Fourier transform spectrometer 1 a majority of the sample paths 14 in which different samples 7 are arranged, has the static Fourier transform spectrometer 1 a respective row detector for each sample path 14 on.

6 zeigt eine Messung der Intensität der Infrarotstrahlung, wobei die Messung mit dem Detektor 11 mit der zweidimensionalen Matrix an den infrarotsensitiven Elementen aufgenommen wurde. Dazu wurde in einem Schritt a2) die Probe 7 lediglich in den Probenpfad 14 eingebracht. Als die Probe 7 wurde eine Kunststofffolie eingesetzt. In einem Schritt b) wird die Infrarotstrahlung entlang des Strahlengangs 5 ausgebreitet, so dass die Probe 7 eine Wechselwirkung mit der Infrarotstrahlung des Probenpfades 14 eingeht. In einem Schritt c) wird das Probeninterferogramm 27 des Probenpfades 14 nach der Wechselwirkung mit der Probe 7 und das Referenzinterferogramm 28 des Referenzpfades 15 erzeugt sowie das Probeninterferogramm 27 und das Referenzinterferogramm 28 gleichzeitig aufgenommen. Dazu weist der Detektor 11, wie es aus 6 ersichtlich ist, eine Probenfläche 29, die eingerichtet ist, das Probeninterferogramm 27 aufzunehmen, und eine Referenzfläche 30 auf, die eingerichtet ist, das Referenzinterferogramm 28 aufzunehmen. Der Detektor 11 kann zudem eine Zwischenfläche 31 aufweisen, die zwischen der Probenfläche 29 und der Referenzfläche 30 angeordnet ist und auf der kein verwertbares Interferogramm entsteht. Dies kann beispielsweise auf eine ungenügend genaue Justierung der Probe 7 in dem Strahlengang 5 zurückzuführen sein. Denkbar ist auch, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass die Strahlungsquelle 4 eine nicht punktförmige Erstreckung hat. 6 shows a measurement of the intensity of the infrared radiation, wherein the measurement with the detector 11 was recorded with the two-dimensional matrix on the infrared-sensitive elements. This was done in one step a2 ) the sample 7 only in the sample path 14 brought in. As the sample 7 a plastic film was used. In a step b), the infrared radiation along the beam path 5 spread out, leaving the sample 7 an interaction with the infrared radiation of the sample path 14 received. In a step c), the sample interferogram 27 the sample path 14 after interaction with the sample 7 and the reference interferogram 28 of the reference path 15 generated as well as the sample interferogram 27 and the reference interferogram 28 recorded simultaneously. This is indicated by the detector 11 how it looks 6 it can be seen, a sample surface 29 which is set up, the sample interferogram 27 record, and a reference surface 30 which is established, the reference interferogram 28 take. The detector 11 can also have an interface 31 have, between the sample surface 29 and the reference surface 30 is arranged and on which no usable interferogram arises. This may be due, for example, to insufficiently accurate adjustment of the sample 7 in the beam path 5 be due. It is also conceivable that this is due to the fact that the radiation source 4 has a non-punctiform extent.

Wie es aus 6 ersichtlich ist, weist der Detektor 11 eine Mehrzahl an Zeilen, die in der x-Richtung nebeneinander angeordnet sind, und eine Mehrzahl an Spalten auf, die in der y-Richtung nebeneinander angeordnet sind. Zum Erzeugen des Probeninterferogramms 27 werden in Schritt c) alle von der Probenfläche 29 gemessenen Intensitäten spaltenweise gemittelt, so dass ein Vektor I_Probe (Spalte) entsteht. Zum Erzeugen des Referenzinterferogramms 28 können alle von der Referenzfläche 30 gemessenen Intensitäten spaltenweise gemittelt werden, so dass ein Vektor I_Ref (Spalte) entsteht. Anschließend können unter Heranziehen der Variation 16 der optischen Weglängendifferenz und der Lichtgeschwindigkeit der Vektor I_Probe (Spalte) in einen Vektor I_Probe (t) und der Vektor I_Ref (Spalte) in einen Vektor I_Ref (t) umgerechnet werden, wobei t die Zeit ist. Die Variation 16 der optischen Weglängendifferenz kann beispielsweise bestimmt werden, in dem eine Standardprobe mit einem bekannten Spektrum in den Probenpfad 14 eingefügt und vermessen wird.Like it out 6 can be seen, the detector has 11 a plurality of rows juxtaposed in the x-direction and a plurality of columns juxtaposed in the y-direction. To generate the sample interferogram 27 in step c) all of the sample surface 29 measured intensities by columns, so that a vector I _sample (Column) arises. To generate the reference interferogram 28 can all from the reference surface 30 measured intensities are averaged column by column, so that a vector I _ref (Column) arises. Then, using the variation 16 the optical path length difference and the speed of light of the vector I _sample (Column) into a vector I _sample (t) and the vector I _ref (Column) into a vector I _ref (t), where t is the time. The variation 16 The optical path length difference can be determined, for example, in which a standard sample with a known spectrum in the sample path 14 inserted and measured.

In einem Schritt d) werden das Probenspektrums 20 aus dem Probeninterferogramm 27 und das Referenzspektrums 21 aus dem Referenzinterferogramm 28 mittels jeweils einer Fourier-Transformation ermittelt. In dem Schritt d) kann das Probenspektrum 20 aus dem Vektor I_Probe (t) mittels der Fourier-Transformation und das Referenzspektrum 21 kann aus dem Vektor I_Ref (t) mittels der Fourier-Transformation ermittelt werden. 7 zeigt das Probenspektrum 20 und das Referenzspektrum 21 in einer Auftragung, bei der über die Abszisse die Frequenz in cm^-1 und über die Ordinate die Intensität in willkürlichen Einheiten aufgetragen ist. In a step d), the sample spectrum 20 from the sample interferogram 27 and the reference spectrum 21 from the reference interferogram 28 determined by means of a respective Fourier transformation. In step d), the sample spectrum 20 from the vector I _sample (t) by means of the Fourier transformation and the reference spectrum 21 can from the vector I _ref (t) are determined by means of the Fourier transformation. 7 shows the sample spectrum 20 and the reference spectrum 21 in a plot in which the abscissa represents the frequency in cm ^-1 and the ordinate the intensity in arbitrary units.

In einem Schritt e) wird das Probenspektrum 20 mit dem Referenzspektrum 21 korrigiert. Dazu wird bei jeder Frequenz die Intensität des Probenspektrums 20 durch die Intensität des Referenzspektrums 20 geteilt. Das derart mit dem Referenzspektrum 21 korrigierte Probenspektrum 22 ist in 8 in einer Auftragung dargestellt, bei der über die Abszisse die Frequenz in cm^-1 und über die Ordinate eine Transmission in Prozent aufgetragen ist. Zum Vergleich wurde ein FTIR Spektrum 23 der Kunststofffolie mittels eines Fourier-Transformations-Spektrometers, das ein Michelson Interferometer aufweist, aufgenommen und ebenfalls in der Auftragung in 8 eingetragen. Erkennbar ist, dass das mit dem Referenzspektrum 21 korrigierte Probenspektrum 22 noch signifikant von dem FTIR Spektrum 23 abweicht. Dies kann darauf zurückzuführen sein, dass in dem Probenpfad 14 und in dem Referenzpfad 15 eine unterschiedliche Intensität der Infrarotstrahlung vorliegt, was auf eine fehlerhafte Justierung insbesondere der Strahlungsquelle 4 und der Sammeloptik 6 zurückzuführen ist.In a step e) the sample spectrum becomes 20 with the reference spectrum 21 corrected. For this, at each frequency, the intensity of the sample spectrum 20 by the intensity of the reference spectrum 20 divided. The way with the reference spectrum 21 corrected sample spectrum 22 is in 8th in a plot in which the abscissa in the frequency in cm ^-1 and the ordinate a transmission in percent is plotted. For comparison, a FTIR spectrum was used 23 the plastic film by means of a Fourier transform spectrometer having a Michelson interferometer, recorded and also in the application in 8th entered. It is recognizable that with the reference spectrum 21 corrected sample spectrum 22 still significant from the FTIR spectrum 23 differs. This may be due to the fact that in the sample path 14 and in the reference path 15 a different intensity of the infrared radiation is present, indicating a faulty adjustment, in particular of the radiation source 4 and the collection optics 6 is due.

Um die unterschiedliche Intensität in dem Probenpfad 14 und in dem Referenzpfad 15 zu korrigieren, können in einem Schritt f) die Schritte b) bis d) durchgeführt werden ohne dass die Probe 7 in dem Probenpfad 14 angeordnet ist. 9 zeigt ein in Schritt f) ermitteltes Probenspektrum 24 und ein in Schritt f) ermitteltes Referenzspektrum 25, die in einer Auftragung eingetragen sind, bei der über die Abszisse die Frequenz in Wellenzahlen und über die Ordinate die Intensität in willkürlichen Einheiten aufgetragen ist. Anschließend wird in einem Schritt g) ein Korrekturfaktor berechnet, um das in Schritt f) ermittelte Probenspektrum 24 und das in Schritt f) ermittelte Referenzspektrum 25 derart aufeinander zu skalieren, dass ein Unterschied zwischen der Intensität des Probenspektrums 20 und der Intensität des Referenzspektrums 21 minimiert wird. In Schritt e) wird zum Korrigieren des Probenspektrums 20 zusätzlich der Korrekturfaktor herangezogen. Der Korrekturfaktor kann beispielsweise bestimmt werden, indem die Flächen unterhalb des in Schritt f) ermittelten Probenspektrums 24 und unterhalb des in Schritt f) ermittelten Referenzspektrums 25 ins Verhältnis gesetzt werden. Alternativ ist es auch möglich, bei jeder Frequenz einen Korrekturfaktor zu berechnen. 10 zeigt ein mit dem Referenzspektrum 21 und mit dem Korrekturfaktor korrigiertes Probenspektrum 26 in einer Auftragung, in der über die Abszisse die Frequenz in Wellenzahlen und über die Ordinate die Transmission in Prozent aufgetragen ist. Zum Vergleich ist ebenfalls das FTIR Spektrum 23 eingetragen. Die verbliebenen Unterschiede können durch eine geringere spektrale Auflösung des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers 1 im Vergleich zu dem Fourier-Transformations-Spektrometer mit dem Michelson Interferometer erklärt werden.To the different intensity in the sample path 14 and in the reference path 15 to correct, in a step f), the steps b) to d) can be performed without the sample 7 in the sample path 14 is arranged. 9 shows a sample spectrum determined in step f) 24 and a reference spectrum determined in step f) 25 , which are plotted in a plot in which the abscissa represents the frequency in wavenumbers and the ordinate the intensity in arbitrary units. Subsequently, in a step g), a correction factor is calculated in order to determine the sample spectrum determined in step f) 24 and the reference spectrum determined in step f) 25 scale to one another such that a difference between the intensity of the sample spectrum 20 and the intensity of the reference spectrum 21 is minimized. In step e) is used to correct the sample spectrum 20 additionally the correction factor used. The correction factor can be determined, for example, by determining the areas below the sample spectrum determined in step f) 24 and below the reference spectrum determined in step f) 25 be put into proportion. Alternatively, it is also possible to calculate a correction factor at each frequency. 10 shows one with the reference spectrum 21 and with the correction factor corrected sample spectrum 26 in a plot in which the abscissa represents the frequency in wavenumbers and the ordinate the transmission in percent. For comparison is also the FTIR spectrum 23 entered. The remaining differences can be explained by a lower spectral resolution of the static Fourier transform spectrometer 1 compared to the Fourier transform spectrometer with the Michelson interferometer.

Im Folgenden wurde ein Versuch durchgeführt, bei dem das Verhältnis der Größen der Probenfläche 29 und der Referenzfläche 30 variiert wurde. Dies wurde durchgeführt, indem bei der ersten Ausführungsform des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers 1 die Kunststofffolie in der x-Richtung unterschiedlich tief in den Strahlengang 5 hineingeschoben wurde. Dadurch veränderten sich die Größen des Probenpfades 14 und des Referenzpfades 15 und damit auch die Größen der Probenfläche 29 und der Referenzfläche 30. Es wurden bei jeder Position der Kunststofffolie die Schritte b) bis e) durchgeführt und ein jeweiliges mit einem Referenzspektrum 21 korrigiertes Probenspektrum 20 aufgenommen. Anschließend wurde jedes der korrigierten Probenspektren 20 mit dem FTIR Spektrum 23 verglichen, indem durch Variieren eines Faktors a der Ausdruck $X^{2} = \sum_{S p a l t e = 1.. n} {(I_{P r o b e} (S p a l t e) - a * I_{F T I R} (S p a l t e))}^{2}$

minimiert wurde, wobei I_Probe (Spalte) das korrigierte Probenspektrum 20, I_FTIR (Spalte) das FTIR Spektrum 23 und n die Anzahl der Spalten sind. Zudem wurde für jede Position der Kunststofffolie ein Verhältnis A(Probenfläche)/A(Referenzfläche) gebildet, wobei A(Probenfläche) die Größe der Probenfläche 29 und A(Referenzfläche) die Größe der Referenzfläche 30 ist. 11 zeigt eine Auftragung, bei der über die Abszisse das Verhältnis und über die Ordinate das jeweilige χ² aufgetragen ist. Dabei gilt, dass je geringer das χ² ist, desto geringer die Abweichungen des korrigierten Probenspektrums 22 zu dem FTIR Spektrum 23 sind. Überraschenderweise wurde gefunden von einem Verhältnis von 3 bis zu einem Verhältnis von 10 das χ² wesentlich geringer als in verbliebenen Bereich ist. Dies ist darauf zurückzuführen, dass in diesem Bereich das Signal zu Rausch Verhältnis der korrigierten Probenspektren 22 wesentlich höher als in dem verbliebenen Bereich ist.In the following, an experiment was carried out in which the ratio of the sizes of the sample surface 29 and the reference surface 30 was varied. This was done by using the static Fourier transform spectrometer in the first embodiment 1 the plastic film in the x-direction at different depths in the beam path 5 was pushed into it. As a result, the sizes of the sample path changed 14 and the reference path 15 and thus also the sizes of the sample surface 29 and the reference surface 30 , At each position of the plastic film, steps b) to e) were carried out and a respective one with a reference spectrum 21 corrected sample spectrum 20 added. Subsequently, each of the corrected sample spectra 20 with the FTIR spectrum 23 compared by varying the expression a

X^{2} = Σ_{S p a l t e = 1.. n} {(I_{P r O b e} (S p a l t e) - a * I_{F T I R} (S p a l t e))}^{2}

was minimized, wherein I _sample (Column) the corrected sample spectrum 20 . I _FTIR (Column) the FTIR spectrum 23 and n are the number of columns. In addition, for each position of the plastic film, a ratio A (sample area) / A (reference area) was formed, where A (sample area) is the size of the sample area 29 and A (reference area) the size of the reference area 30 is. 11 shows a plot in which on the abscissa the ratio and on the ordinate the respective χ ^{2 is} plotted. In this case, the lower the χ ² , the lower the deviations of the corrected sample spectrum 22 to the FTIR spectrum 23 are. Surprisingly, from a ratio of 3 to a ratio of 10, the χ ^{2 was found to be} much lower than in the remaining range. This is due to the fact that in this area the signal to noise ratio of the corrected sample spectra 22 is much higher than in the remaining area.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Statisches Fourier-Transformations-SpektrometerStatic Fourier transform spectrometer
22: Probenabschnittsample section
3 3: Interferometerabschnittinterferometer
44: Strahlungsquelleradiation source
55: Strahlengangbeam path
66: Sammeloptikcollection optics
77: Probesample
88th: Spaltebenecleavage plane
99: erste Linsefirst lens
1010: zweite Linsesecond lens
1111: Detektordetector
1212: Strahlteilerbeamsplitter
1313: Spiegelmirror
1414: Probenpfadsample path
1515: Referenzpfadreference path
1616: Variation der optischen WeglängendifferenzVariation of the optical path length difference
1717: GasmesszelleGas cell
18a18a: gekrümmter Spiegelcurved mirror
18b18b: gekrümmter Spiegelcurved mirror
1919: ATR-KristallATR crystal
2020: Probenspektrumsample spectrum
2121: Referenzspektrumreference spectrum
2222: mit Referenzspektrum 21 korrigiertes Probenspektrumwith reference spectrum 21 corrected sample spectrum
2323: FTIR SpektrumFTIR spectrum
2424: in Schritt f) ermitteltes Probenspektrumin step f) determined sample spectrum
2525: in Schritt f) ermitteltes Referenzspektrumin step f) determined reference spectrum
2626: mit Referenzspektrum 21 und Korrekturfaktor korrigiertes Probenspektrumwith reference spectrum 21 and correction factor corrected sample spectrum
2727: ProbeninterferogrammProbeninterferogramm
2828: Referenzinterferogrammreference interferogram
2929: Probenflächesample area
3030: Referenzflächereference surface
3131: Zwischenflächeinterface
x-x-: Richtungdirection
y-y-: Richtungdirection

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2016/180551 A1 [0003, 0022]

Claims

A static Fourier transform spectrometer with a radiation source (4), which is set up to emit infrared radiation in an operation of the static Fourier transformation spectrometer (1) which, during operation, is guided along a beam path (5) of the static Fourier transformation spectrometer. Spectrometer (1) which has a sample path (14) and a reference path (15), a sample (7) which is arranged only in the sample path (14) and thus interacts with the infrared radiation of the sample path (14) during operation. and an interferometer section (3) arranged to generate a sample interferogram (27) of the sample path (14) after interacting with the sample (7) and a reference interferogram (28) of the reference path (15), and a detector ( 11) arranged to simultaneously receive the sample interferogram (27) and the reference interferogram (28), the static Fourier transform spectrometer (1) ei is directed, by means of a respective Fourier transformation from the sample interferogram (27) to determine a sample spectrum (20) and from the reference interferogram (28) a reference spectrum (21) and to correct the sample spectrum (20) with the reference spectrum (21).

Static Fourier transform spectrometer according to Claim 1 wherein the detector (11) comprises a sample surface (29) adapted to receive the sample interferogram (27) and a reference surface (30) adapted to receive the reference interferogram (28), the sample surface (29) being three times to ten times as large as the reference surface (30).

Static Fourier transform spectrometer according to Claim 1 or 2 , wherein the sample path (14) and the reference path (15) in the region of the sample (7) are arranged spatially separated from each other.

Static Fourier transform spectrometer according to Claim 1 or 2 , Wherein the entire beam path (5) from the radiation source (4) up to and including the sample (7) is arranged undivided.

Static Fourier transform spectrometer according to any one of Claims 1 to 4 wherein the static Fourier transform spectrometer (1) comprises an ATR crystal (19) disposed in the sample path (14), the sample (7) contacting the surface of the ATR crystal (19) so that In operation, the infrared radiation propagates under total reflection at the interface between the ATR crystal (19) and the sample (7).

Static Fourier transform spectrometer according to any one of Claims 1 to 5 , wherein the optical path lengths of the sample path (14) and the reference path (15) are the same length.

Static Fourier transform spectrometer according to any one of Claims 1 to 6 wherein the beam path (5) comprises a plurality of the sample paths (14) in which different samples (7) are arranged.

Static Fourier transform spectrometer according to any one of Claims 1 to 7 wherein the detector (11) comprises a two-dimensional array of infrared-sensitive elements, or wherein the detector (11) comprises a line detector for the reference path (15) and one line detector for each of the sample paths (14).

Static Fourier transform spectrometer according to any one of Claims 1 to 8th wherein the radiation source (4) is arranged to emit the infrared radiation in continuous wave mode.

A method of operating a static Fourier transform spectrometer (1) having a beam path (5) having a sample path (14) and a reference path (15), comprising the steps of: a2) introducing a sample (7) only in the sample path (14); b) propagating infrared radiation along the beam path (5) so that the sample (7) interacts with the infrared radiation of the sample path (14); c) generating a sample interferogram (27) of the sample path (14) after interacting with the sample (7) and a reference interferogram (28) of the reference path (15) and simultaneously collecting the sample interferogram (27) and the reference interferogram (28); d) determining a sample spectrum (20) from the sample interferogram (27) and a reference spectrum (21) from the reference interferogram (28) by means of a respective Fourier transformation; e) correcting the sample spectrum (20) with the reference spectrum (21).

Method according to Claim 10 , comprising the step of: a0) selecting a sample surface (29) of a detector (11) adapted to receive the sample interferogram (27) three to ten times as large as a reference surface (30) of the detector (11) that is set up to include the reference interferogram (28).

Method according to Claim 10 or 11 , comprising the steps of: f) performing steps b) to d) without the sample (7) being arranged in the sample path (14); g) calculating at least one correction factor in order to scale the sample spectrum (24) determined in step f) and the reference spectrum (25) determined in step f) such that a difference between the intensity of the sample spectrum (20) and the intensity of the reference spectrum (21) is minimized; and wherein in step e) the correction factor is used.

Method according to one of Claims 10 to 12 , comprising the steps of: a1) disposing an ATR crystal (19) in the sample path (14) and performing steps b) to e) without the sample (7) contacting the surface of the ATR crystal (19); h) repeating step a1) and comparing the sample spectra (22) corrected in steps a1) and h).

Method according to one of Claims 10 to 13 comprising the step of: a0) placing a reference sample in the reference path.

Method according to one of Claims 10 to 14 , wherein in step b) the infrared radiation is propagated in a continuous wave mode.