DE112013002224B4

DE112013002224B4 - Spektrometer mit eingebauter ATR und Zubehörfach

Info

Publication number: DE112013002224B4
Application number: DE112013002224.9T
Authority: DE
Inventors: Michael S. Bradley; Federico Izzia; John Magie Coffin
Original assignee: Thermo Electron Scientific Instruments LLC
Current assignee: Thermo Electron Scientific Instruments LLC
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2013-04-25
Publication date: 2020-08-06
Anticipated expiration: 2033-04-26
Also published as: DE112013002224T5; JP6259816B2; JP2015515011A; WO2013163420A1; GB201420983D0; US8547555B1; GB2516406B; GB2516406A

Abstract

Spektrometer (102), das Folgendes umfasst:eine Basisplatte (500);eine Lichtquelle (520, 522), die an der Basisplatte (500) montiert und zum Emittieren von Licht konfiguriert ist;ein Interferometer (538), das an der Basisplatte (500) montiert ist, wobei das Interferometer (538) Licht von der Lichtquelle (520, 522) empfängt und moduliertes Licht ausgibt;ein Zubehörfach (300), das konfiguriert ist zum Aufnehmen einer Probenanalyse-Zubehöreinrichtung, wobei das Zubehörfach (300) Folgendes umfasst:eine erste Wand (402), die sich von der Basisplatte (500) erstreckt, wobei die erste Wand (402) einen ersten Lichtport (404) umfasst, der konfiguriert ist zum Aufnehmen von erstem Licht (516);eine zweite Wand (304), die sich von der Basisplatte (500) erstreckt; undeine dritte Wand (306), die sich von der Basisplatte (500) zwischen der ersten Wand (402) und der zweiten Wand (304) erstreckt;eine Probenanalyseeinrichtung (512), die auf der Basisplatte (500) montiert und von dem Zubehörfach (300) durch die erste Wand (402) getrennt ist, wobei die Probenanalyseeinrichtung (512) konfiguriert ist zum Durchführen einer Analyse der abgeschwächten Totalreflexion einer Probe und Folgendes umfasst:einen Kristall, der konfiguriert ist zum Empfangen von zweitem Licht;eine Spitze (800), die konfiguriert ist zum Pressen der Probe gegen den Kristall; undeinen Detektor (1100), der konfiguriert ist zum Detektieren von drittem Licht nach der Reflexion des zweiten Lichts innerhalb des Kristalls;ein erstes optisches Element (514), das an der Basisplatte (500) montiert und konfiguriert ist zum Empfangen und Reflektieren des modulierten Lichts (548) zum ersten Lichtport (404), um das erste Licht (516) zu bilden;ein zweites optisches Element (700), das an der Basisplatte (500) montiert ist; undeinen Aktuator, der an dem zweiten optischen Element (700) montiert und konfiguriert ist zum Bewegen des zweiten optischen Elements (700) zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position, wobei in der zweiten Position das zweite optische Element (700) konfiguriert ist zum Empfangen des modulierten Lichts und zum Reflektieren des modulierten Lichts zum Kristall, um das zweite Licht zu bilden, so dass das erste optische Element (514) das modulierte Licht nicht empfängt, und wobei weiterhin in der ersten Position das zweite optische Element (700) das modulierte Licht nicht empfängt.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Fourier-Transform-Infrarotspektrometer (FTIR-Spektrometer) werden eingesetzt, um eine präzise und effiziente Identifikation der chemischen Zusammensetzung einer Probe durchzuführen. Solche Spektrometer enthalten in der Regel ein Interferometer wie etwa ein Michelson-Interferometer, das einen Strahlteiler und einen beweglichen Spiegel besitzt. Das Interferometer moduliert den Strahl von einer Quelle, um einen Ausgabestrahl bereitzustellen, in dem die Intensität der Strahlung bei verschiedenen Wellenlängen variiert. Das Licht kann sich in den Wellenlängenbereichen Nahultraviolett (UV), sichtbar (Vis), Nah-infrarot (NIR), Mittel infrarot (MIR) und/oder Ferninfrarot (FIR) befinden und ist somit nicht auf das Infrarot-Spektralgebiet beschränkt. Der Ausgabestrahl wird fokussiert und durch eine Probe geschickt oder von ihr reflektiert, wonach der Strahl gesammelt und auf einen Detektor fokussiert wird. Der Detektor liefert ein sich mit der Zeit veränderndes Ausgabesignal, das Informationen hinsichtlich der Absorptions- oder Reflexionswellenlängen der Probe enthält. Beispielsweise wird die Intensität des Ausgabelichts bei der einen oder den mehreren Wellenlängen mit der Intensität des Eingabelichts bei der einen oder den mehreren Wellenlängen verglichen, um Charakteristika der Probe wie etwa die Absorption, die Transmission, die Fluoreszenz, die Reflexion usw. zu bestimmen. An den Ausgabesignaldaten wird eine Fourier-Analyse durchgeführt, um die gemessenen Charakteristika zu liefern, die Informationen über die Identität der Komponenten innerhalb der Probe, ihre relativen Konzentrationen und möglicherweise andere Merkmale der Probe liefern.
Herkömmliche FTIR-Spektrometer enthalten eine Probenkammer, in der eine Probe in einer Position gehalten wird, um dem Licht von dem Interferometer ausgesetzt zu werden. Die Probe kann verschiedene physikalische Zustände annehmen, zum Beispiel eine Flüssigkeit, ein Feststoff oder ein Gas, und feste Proben können verschiedene physikalische Charakteristika besitzen. Beispielsweise kann ein zu analysierendes festes Material in der Form eines Materialblocks oder einer Materiallage (z.B. Polymerkunststoffe), in der Form von Pulvern oder Granulaten oder in spezifischen geformten Gestalten vorliegen (z.B. pharmazeutischen Tabletten, Pillen und Kapseln).
Multifunktions-FTIR-Spektrometer führen Transmissions- oder Reflexionsmessungen oder beide an einer Vielzahl von Proben durch, einschließlich Flüssigkeiten und Pulvern sowie geformten festen Proben wie etwa pharmazeutischen Pillen und Tabletten. Die verschiedenen Proben können unter Einsatz des gleichen Spektrometersystems ohne Modifikation des Spektrometers und ohne den Zusatz oder die Umordnung von Probenfächern und Probenhalterung getestet werden. Das Spektrometer enthält mehrere Probenhalterungen, die mit einen Transmissions- oder Reflexionsmesssystem konfiguriert sind.
Die abgeschwächte Totalreflexion (ATR - Attenuated Total Reflectance) ist eine Probenahmetechnik, die in Verbindung mit Infrarotspektroskopie verwendet wird, die das direkte Untersuchen von Proben im festen, flüssigen oder gasförmigen Zustand ohne weitere Vorbereitung ermöglicht. ATR verwendet eine Eigenschaft der Totalreflexion, die zu einer abklingenden Welle führt. Licht wird derart durch ein Kristall geschickt, dass es mindestens einmal von der internen Oberfläche in Kontakt mit der Probe reflektiert wird. Diese Reflexion bildet die abklingende Welle, die sich in die Probe ausbreitet. Die Eindringtiefe in die Probe wird durch die Wellenlänge des Lichts, den Einfallswinkel und die Brechungsindizes für den Kristall und das untersuchte Medium bestimmt. Die Anzahl der Reflexionen kann durch Verändern des Einfallswinkels verändert werden. Der Strahl wird beim Verlassen des Kristalls von einem Detektor gesammelt. Zu beispielhaften Materialien für ATR-Kristalle zählen Germanium, Zinkselenid und Diamant.
Die DE 10 2006 037 524 A1 offenbart ein Spektrometersystem, welches ein Infrarot-Spektrometer und ein Infrarot-Mikroskop umfasst, wobei mindestens zwei Detektoren vorgesehen sind, deren Detektorfläche parallel zueinander ist und wobei die Detektorflächen eines mindestens einen zweiten Detektors die Detektorflächen eines ersten Detektors weitgehend umgibt und der erste Detektor unabhängig von dem mindestens einen zweiten Detektor auslesbar ist.
Ein ATR-Objektiv für ein Infrarot-Mikroskop und Verfahren zu dessen Betrieb sind aus der DE 10 2010 031 189 B4 bekannt, wobei das Infrarot-Mikroskop ein auf eine Probenposition fokussierendes Cassegrain Objektiv, einen ATR-Kristall, eine Haltestange, an welcher der ATR-Kristall an einem probenseitigem Ende befestigt ist, ein Halteelement, dünne Streben, welche die Haltestange mit dem Halteelement starr verbinden, sowie einen motorischen Antrieb zur axialen Bewegung des Halteelements relativ zur Probenposition aufweist.
FTIR-Spektrometer sind beispielsweise auch aus der Tensor Reihe von Bruker Optics Inc. bekannt, die in dem Dokument „Tensor series FTIR-spectrometer“ näher vorgestellt wird (URL: www.tajhizshimi.com/Tensor%2027.pdf, abgerufen am 24.02.2016).
Die DE 299 18 295 U1 offenbart eine ATR-Messzelle zur spektroskopischen Untersuchung einer insbesondere fluiden Probe in einem Infrarot-Spektrometer, die einen ATR-Kristall mit einer planen Oberfläche sowie eine in einem Halterahmen mehrseitig eingeklemmte Membran aufweist. Der Halterrahmen ist dabei so angeordnet, dass die Membran mit geringem Abstand von der planen Oberfläche des ATR-Kristalls verläuft.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
In einer veranschaulichenden Ausführungsform wird ein Spektrometer zum Analysieren einer Probe bereitgestellt. Das Spektrometer umfasst unter anderem eine Basisplatte, eine Lichtquelle, ein Interferometer, ein Zubehörfach, eine Probenanalyseeinrichtung, ein erstes optisches Element, ein zweites optisches Element und einen Aktuator. Die Lichtquelle ist an der Basisplatte montiert und konfiguriert zum Durchlassen von Licht. Das Interferometer ist an der Basisplatte montiert zum Empfangen von Licht von der Lichtquelle und zum Bilden von moduliertem Licht. Das Zubehörfach ist konfiguriert zum Aufnehmen einer Probenanalyse-Zubehöreinrichtung und enthält eine erste Wand, eine zweite Wand und eine dritte Wand, die sich von der Basisplatte erstrecken. Die dritte Wand erstreckt sich zwischen der ersten Wand und der zweiten Wand. Die erste Wand enthält einen ersten Lichtport, der konfiguriert ist zum Aufnehmen von erstem Licht. Die Probenanalyseeinrichtung ist an der Basisplatte montiert und durch die erste Wand von dem Zubehörfach getrennt. Die Probenanalyseeinrichtung ist konfiguriert zum Durchführen einer Analyse der abgeschwächten Totalreflexion einer Probe und enthält einen Kristall, der konfiguriert ist zum Empfangen von zweitem Licht; eine Spitze, die konfiguriert ist zum Pressen der Probe gegen den Kristall und einen Detektor, der konfiguriert ist zum Detektieren von drittem Licht nach der Reflexion des zweiten Lichts innerhalb des Kristalls. Das erste optische Element ist an der Basisplatte montiert und ist konfiguriert zum Empfangen und zum Reflektieren des modulierten Lichts zum ersten Lichtport, um das erste Licht zu bilden. Das zweite optische Element ist an der Basisplatte montiert. Der Aktuator ist am zweiten optischen Element montiert und ist konfiguriert zum Bewegen des zweiten optischen Elements zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position. In der ersten Position ist das zweite optische Element konfiguriert zum Empfangen des modulierten Lichts und zum Reflektieren des modulierten Lichts zum Kristall, um das zweite Licht zu bilden, so dass das erste optische Element das modulierte Licht nicht empfängt. In der zweiten Position empfängt das zweite optische Element das modulierte Licht nicht, wodurch das erste optische Element vom Empfang des modulierten Lichts entblockiert wird.
Weitere Hauptmerkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich dem Fachmann bei Betrachtung der folgenden Zeichnungen, der detaillierten Beschreibung und der beigefügten Ansprüche.
Figurenliste
Im Folgenden werden veranschaulichende Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Zahlen gleiche Elemente bezeichnen.

1 zeigt ein Blockdiagramm eines Spektroskopiesystems gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform.
2 zeigt eine Perspektivansicht eines Spektrometers gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform.
3 zeigt eine rechte Perspektivansicht des Spektrometers von 2 ohne Abdeckplatten über einem Zubehörfach.
4 zeigt eine linke Perspektivansicht des Spektrometers von 2 ohne Abdeckplatten über einem Zubehörfach.
5 zeigt eine Draufsicht auf das Spektrometer von 2 ohne irgendwelche Abdeckplatten.
6 zeigt eine Seitenansicht eines Abschnitts des Bankfachs des Spektrometers von 2 gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform.
7 zeigt eine Draufsicht auf ein ATR-Fach des Spektrometers von 2 gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform.
8 zeigt eine linke Ansicht des ATR-Fachs von 7 gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform.
9 zeigt eine Rückansicht des ATR-Fachs von 7 mit einem Schwenkspiegel in einer Unten-Position gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform.
10 zeigt eine Rückansicht des ATR-Fachs von 7 mit einem Schwenkspiegel in einer Oben-Position gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform.
11 zeigt eine hintere untere Perspektivansicht von Komponenten des ATR-Fachs von 7 gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform.
12 zeigt eine linke untere Perspektivansicht von Komponenten des ATR-Fachs von 7 gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform.
13 zeigt eine Draufsicht auf einen Abschnitt des Bankfachs des Spektrometers von 2 gemäß einer zweiten veranschaulichenden Ausführungsform.
14 zeigt eine Draufsicht auf das Spektrometer von 13 ohne irgendwelche Abdeckplatten.
15 zeigt eine Draufsicht auf einen Abschnitt des Bankfachs des Spektrometers von 2 gemäß einer dritten veranschaulichenden Ausführungsform.
16 zeigt eine Draufsicht auf das Spektrometer von 15 ohne irgendwelche Abdeckplatten.

AUSFÜHRÜRLICHE BESCHREIBUNG
Wie der Fachmann versteht, ist die Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie (FTIR-Spektroskopie) eine Messtechnik, bei der, anstelle die in jedem individuellen Spektralbereich absorbierte Energiemenge aufzuzeichnen, die Energie über die ganzen Spektren hinweg von einem einzelnen Detektor gesammelt wird. Die Lichtquelle emittiert breitbandige Infrarotenergie, die in ein Interferometer wie etwa ein Michelson-Interferometer geschickt wird, das das Licht aufteilt. Das Licht, das das Interferometer verlässt, wird in ein Probefach einer Probenanalyseeinrichtung gelenkt. Das Licht interagiert mit der Probe und wird je nach der von der Probenanalyseeinrichtung durchgeführten Analyseart entweder durch die Oberfläche der Probe hindurch gelassen oder von dieser reflektiert. Nach dem Verlassen des Probefachs erreicht das Licht einen Detektor und wird gemessen, um eine Probenanalysesignal zu erzeugen. Unter Verwendung der Fourier-Transformation wird das Probenanalysesignal vom Frequenzbereich in den Zeitbereich umgewandelt, um Spektralinformationen über die Probe zu erhalten. Typischerweise enthält das FTIR-Spektrometer einen Laser für die interne Kalibrierung des Interferometers.
Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Blockdiagramm eines Spektrometriesystems 100 gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform gezeigt. In der veranschaulichenden Ausführungsform kann das Spektrometriesystem 100 ein Spektrometer 102 und eine Schnittstellen-Recheneinrichtung 120 enthalten, an die das Spektrometer 102 angeschlossen sein kann. Das Spektrometer 102 braucht nicht an die Schnittstellen-Recheneinrichtung 120 angeschlossen zu sein. Falls angeschlossen, können das Spektrometer 102 und die Schnittstellen-Recheneinrichtung 120 direkt oder durch ein Netzwerk verbunden sein. Bei dem Netzwerk kann es sich um einen beliebigen Typ von verdrahtetem und/oder drahtlosem öffentlichem oder privatem Netzwerk einschließlich einem Mobilnetzwerk, einem Nahbereichsnetzwerk, einem Weitbereichsnetzwerk wie etwa das Internet usw. handeln. Das Spektrometer 102 kann Informationen zu der Schnittstellen-Recheneinrichtung 120 senden und von dieser empfangen. Beispielsweise kann das Spektrometer 102 für eine Probe erhaltene Resultate zur Speicherung auf der Schnittstellen-Recheneinrichtung 120 senden. Als ein weiteres Beispiel kann das Spektrometer 102 Software Updates von der Schnittstellen-Recheneinrichtung 120 empfangen und/oder Befehle von der Schnittstellen-Recheneinrichtung 120 empfangen. Die Befehle können die Operation einer oder mehrerer Komponenten des Spektrometers 102 steuern. Die Schnittstellen-Recheneinrichtung 120 kann ohne Beschränkung eine Recheneinrichtung mit einem beliebigen Formfaktor umfassen, wie etwa einen Personal Digital Assistant, einen Desktop-Computer, einen Laptop-Computer, eine integrierte Messaging-Einrichtung, ein Mobiltelefon, ein Smartphone, einen Pager usw.
Das Spektrometer 102 kann eine Eingabschnittstelle 104, einen Knopf 106, eine Ausgabeschnittstelle 108, ein Display 110, ein computerlesbares Medium 112, eine Steuerapplikation 114, eine Kommunikationsschnittstelle 116 und einen Prozessor 118 umfassen. Andere und zusätzliche Komponenten können in das Spektrometer 102 integriert sein. Die Eingabeschnittstelle 104 liefert eine Schnittstelle zum Empfangen von Informationen von dem Benutzer zur Eingabe in das Spektrometer 102, wie der Fachmann versteht. Die Eingabeschnittstelle 104 kann verschiedene Eingabetechnologien verwenden, einschließlich unter anderem eine Tastatur, einen Stift und einen Touchscreen, eine Maus, einen Trackball, einen Touchscreen, ein Tastenfeld, einen oder mehrere Knöpfe einschließlich Knopf 106 usw., damit der Benutzer Informationen in das Spektrometer 102 eingeben oder auf einer auf dem Display 110 angezeigten Benutzerschnittstelle Auswahlen treffen kann. Das Spektrometer 102 kann eine oder mehrere Eingabeschnittstellen besitzen, die die gleiche oder eine andere Eingabeschnittstellentechnologie verwenden.
Die Ausgabeschnittstelle 108 liefert eine Schnittstelle zum Ausgeben von Informationen zur Betrachtung durch einen Benutzer des Spektrometers 102. Beispielsweise kann die Ausgabeschnittstelle 108 eine Schnittstelle zu dem Display 110, einem Lautsprecher, einem Drucker usw. umfassen. Das Display 110 kann ein Dünnschichttransistordisplay, ein Leuchtdiodendisplay, ein Flüssigkristalldisplay oder ein beliebiges einer Vielzahl, dem Fachmann bekannter unterschiedlicher Displays sein. Das Spektrometer 102 kann eine oder mehrere Ausgabeschnittstellen aufweisen, die die gleiche oder eine andere Schnittstellentechnologie verwenden. Die gleiche Schnittstelle kann sowohl die Eingabeschnittstelle 104 als auch die Ausgabeschnittstelle 108 unterstützen. Beispielsweise gestattet ein Touchscreen eine Benutzereingabe und präsentiert auch dem Benutzer eine Ausgabe. Das Display 110, der Lautsprecher und/oder der Drucker können weiterhin für das Spektrometer 102 durch die Kommunikationsschnittstelle 116 zugänglich sein.
Ein computerlesbares Medium 112 ist ein elektronischer Halteplatz oder eine elektronische Speicherung für Informationen, so dass der Prozessor 118 auf die Informationen zugreifen kann, wie der Fachmann weiß. Das computerlesbare Medium 112 kann unter anderem eine beliebige Art von Direktzugriffsspeicher (RAM - Random Access Memory), eine beliebige Art von Festwertspeicher (ROM - Read Only Memory), eine beliebige Art von Flash-Speicher usw. wie etwa magnetische Speichereinrichtungen (z.B. Festplatte, Diskette, Magnetstreifen, ...), optische Platten (z.B. CD, DVD, ...), Smartcards, Flash-Speichereinrichtungen usw. beinhalten. Das Spektrometer 102 kann ein oder mehrere computerlesbare Medien aufweisen, die die gleiche oder eine andere Speichermedientechnologie verwenden. Das Spektrometer 102 kann auch ein oder mehrere Laufwerke besitzen, die das Laden von Speichermedien wie etwa einer CD oder einer DVD unterstützen.
Die Kommunikationsschnittstelle 146 liefert eine Schnittstelle zum Empfangen und Übertragen von Daten zwischen Einrichtungen unter Verwendung verschiedener Protokolle, Übertragungstechnologien und Medien, wie der Fachmann weiß. Die Kommunikationsschnittstelle 116 kann die Kommunikation unter Verwendung verschiedener Übertragungsmedien, die verdrahtet oder drahtlos sein können, unterstützen. Das Spektrometer 102 kann eine oder mehrere Kommunikationsschnittstellen besitzen, die die gleiche oder eine andere Kommunikationsschnittstellentechnologie verwenden. Daten und Nachrichten können zwischen dem Spektrometer 102 und der Schnittstellen-Recheneinrichtung 120 unter Verwendung der Kommunikationsschnittstelle 116 transferiert werden.
Der Prozessor 118 führt Anweisungen aus, wie dem Fachmann bekannt ist. Die Anweisungen können durch einen Spezialcomputer, Logikschaltungen oder Hardwareschaltungen ausgeführt werden. Somit kann der Prozessor 118 in Hardware, Firmware oder einer beliebigen Kombination aus diesen Verfahren und/oder in Kombination mit Software implementiert werden. Der Ausdruck „Ausführung“ ist der Prozess, dass eine Applikation läuft oder die Operation ausgeführt wird, die durch eine Anweisung aufgerufen wird. Die Anweisungen können unter Verwendung einer oder mehrerer Programmiersprachen, Scripting-Sprachen, Assembly-Sprachen usw. geschrieben werden. Der Prozessor 118 führt eine Anweisung aus, was bedeutet, dass er die Operationen, die durch diese Anweisung aufgerufen werden, ausführt/steuert. Der Prozessor 118 ist operativ mit der Ausgabeschnittstelle 108, mit der Eingabeschnittstelle 104, mit dem computerlesbaren Medium 112 und mit der Kommunikationsschnittstelle 116 gekoppelt, um Informationen zu empfangen, zu senden und zu verarbeiten. Der Prozessor 118 kann einen Satz von Anweisungen von einer permanenten Speichereinrichtung abrufen und die Anweisungen in einer ausführbaren Form in eine temporäre Speichereinrichtung kopieren, bei der es sich generell um irgendeine Form von RAM handelt. Das Spektrometer 102 kann mehrere Prozessoren enthalten, die die gleiche oder eine andere Verarbeitungstechnologie verwenden.
Eine Steuerapplikation 114 führt Operationen aus, die mit dem Steuern, Aufrechterhalten, Aktualisieren usw. der Operation des Spektrometers 102 assoziiert sind. Einige oder alle der hierin beschriebenen Operationen können durch Anweisungen gesteuert werden, die in der Steuerapplikation 114 verkörpert sind. Die Operationen können unter Verwendung von Hardware, Firmware, Software oder einer beliebigen Kombination dieser Verfahren implementiert werden. Unter Bezugnahme auf das Ausführungsbeispiel von 1 wird die Steuerapplikation 114 in Software ausgeführt (die aus computerlesbaren und/oder computerausführbaren Anweisungen besteht), die in dem computerlesbaren Medium 112 gespeichert ist und auf die der Prozessor 118 zur Ausführung der Anweisungen zugreifen kann, die die Operationen der Steuerapplikation 114 verkopern. Die Steuerapplikation 114 kann unter Verwendung einer oder mehrerer Programmiersprachen, Assembly-Sprachen, Scripting-Sprachen usw. geschrieben werden.
Unter Bezugnahme auf 2 wird eine Perspektivansicht des Spektrometers 102 gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform gezeigt. Die Komponenten des Spektrometers 102 sind innerhalb oder an einem Gehäuse 200 montiert und können auf eine Vielzahl von Weisen angeordnet sein. Wie in dieser Offenbarung verwendet, beinhaltet der Ausdruck „Montieren“ das Fügen, Vereinigen, Verbinden, Assoziieren, Einsetzen, Hängen, Halten, Fixieren, Anbringen, Befestigen, Binden, Pastieren, Sichern, Verbolzen, Schrauben, Nieten, Löten, Schweißen, Kleben, Überformen, Schichten und andere gleiche Ausdrücke. Die Ausdrücke „montiert auf“ und „montiert an“ beinhalten einen beliebigen inneren oder äußeren Abschnitt des referenzierten Elements. Wie hierin verwendet, kann das Montieren ein direktes Montieren zwischen den referenzierten Komponenten oder ein indirektes Montieren durch Zwischenkomponenten zwischen den referenzierten Komponenten sein.
Das Gehäuse 200 kann mehrere Wände enthalten, die eine oder mehrere der Komponenten des Spektrometers 102 umgeben. Beispielsweise kann das Gehäuse 200 eine obere Bankfachwand 202, eine obere Detektorwand 204, eine obere Zubehörfachwand 206, eine obere ATR-Fachwand 208, eine vordere Detektorwand 210, eine vordere Zubehörfachwand 212, eine vordere ATR-Fachwand 214, eine linke Wand 400 (unter Bezugnahme auf 4 gezeigt), eine rechte Wand 216, eine Basisplatte 500 (unter Bezugnahme auf 5 gezeigt) und eine Rückwand 502 (unter Bezugnahme auf 5 gezeigt) enthalten. In einer veranschaulichenden Ausführungsform können elektrische Verbinder, die eine Schnittstelle für die Eingangsschnittstelle 104, die Ausgangsschnittstelle 108 und die Kommunikationsschnittstelle 116 verkörpern können, in der Rückwand 502 montiert sein. In der veranschaulichenden Ausführungsform ist der Knopf 106 auf der oberen ATR-Fachwand 208 montiert und veranlasst die Operation des Spektrometers 102 ein oder aus. Somit können Messungen initiiert werden, indem der Knopf 106 gewählt wird, der eine Initiierung einer Messsequenz durch eine oder mehrere Komponenten des Spektrometers 102 unter der Steuerung der Steuerapplikation 114 auslöst.
In der veranschaulichenden Ausführungsform ist ein Bankfach allgemein zwischen der oberen Bankfachwand 202, der Basisplatte 500, der linken Wand 400, der rechten Wand 216 und der Rückwand 502 untergebracht. In der veranschaulichenden Ausführungsform ist ein Detektorfach allgemein zwischen der oberen Detektorwand 204, der Basisplatte 500, der linken Seitenwand 400, dem Bankfach, einem Zubehörfach 300 (unter Bezugnahme auf 3 gezeigt) und einer vorderen Detektorwand 210 untergebracht. In der veranschaulichenden Ausführungsform ist das Zubehörfach 300 allgemein zwischen der oberen Zubehörfachwand 206, der Bodenplatte 302 (unter Bezugnahme auf 3 gezeigt), dem Bankfach, dem Detektorfach, einem ATR-Fach und einer vorderen Zubehörfachwand 212 untergebracht. In der veranschaulichenden Ausführungsform ist das ATR-Fach allgemein zwischen der oberen ATR-Fachwand 208, der Basisplatte 500, dem Bankfach, dem Zubehörfach 300, der vorderen ATR-Fachwand 214 und der rechten Wand 216 untergebracht. Andere Fachanordnungen sind möglich. In der veranschaulichenden Ausführungsform enthält die rechte Wand 216 einen dritten Lichtport 218, die vordere Detektorwand 210 enthält einen Detektorausgangsport 220, und ein ATR-Arm 222 ist an der oberen ATR-Fachwand 208 zur Drehbewegung des ATR-Arms 222 zu der und weg von der oberen ATR-Fachwand 208 montiert. Der ATR-Arm 222 kann einen ATR-Knopf 224 enthalten.
Unter Bezugnahme auf 3 wird eine rechte Perspektivansicht des Spektrometers 102 gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform mit entfernter oberer Zubehörfachwand 206 und vorderer Zubehörfachwand 212 gezeigt, um das Zubehörfach 300 zu zeigen. Unter Bezugnahme auf 4 wird eine linke Perspektivansicht des Spektrometers 102 gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform mit entfernter oberer Zubehörfachwand 206 und vorderer Zubehörfachwand 212 gezeigt, um das Zubehörfach 300 zu zeigen. Das Zubehörfach 300 kann durch die obere Zubehörfachwand 206, die vordere Zubehörfachwand 212, die Bodenplatte 302, eine linke Zubehörfachwand 304, eine hintere Zubehörfachwand 306 und eine rechte Zubehörfachwand 402 (unter Bezugnahme auf 4 gezeigt) definiert werden. In der veranschaulichenden Ausführungsform enthält die linke Zubehörfachwand 304 einen zweiten Lichtport 308, durch den Licht von dem Zubehörfach 300 zu dem Detektorfach geliefert werden kann, je nach der Art von Probenanalyse-Zubehöreinrichtung, die innerhalb des Zubehörfachs 300 montiert ist. Wenngleich nicht gezeigt, enthält das Zubehörfach 300 einen oder mehrere elektrische Verbinder, die Strom an die innerhalb des Zubehörfachs 300 montierte Probenanalyse- Zubehöreinrichtung liefern können, Signale von der innerhalb des Zubehörfachs 300 montierten Probenanalyse-Zubehöreinrichtung empfangen können und/oder Signale an die innerhalb des Zubehörfachs 300 montierte Probenanalyse-Zubehöreinrichtung senden können. Die Signale können durch das Spektrometer 102 und/oder durch die Schnittstellen-Recheneinrichtung 120 gesendet/empfangen werden. Zu veranschaulichenden Probenanalyse-Zubehöreinrichtungen zählen eine Gaschromatographie-IR-Einrichtung (GC-IR-Einrichtung), eine Nah-IR-Ulbricht-Kugeleinrichtung (NIR-Ulbricht-Kugeleinrichtung), eine faseroptische NIR- oder MIR (Mitten-IR) Sonde, eine thermogravimetrische Analyseeinrichtung (TGA - Thermogravimetric Analysis), ein IR-Mikroskop, eine FT-Raman-Einrichtung, eine diffuse Reflexionseinrichtung, eine ATR-Einrichtung mit einmaliger oder mehrmaliger Reflexion, eine Horizontal-ATR-Einrichtung (HATR-Einrichtung) mit einmaliger oder mehrmaliger Reflexion, eine Einrichtung für spiegelnde Reflexion, eine Reflexionseichnichtung mit streifendem Einfallswinkel, eine fotoakustische Einrichtung, eine Flüssigchromatographieeinrichtung, eine Einrichtung für fotoelastische Modulation (PEM - photoelastic modulation) usw.
In der veranschaulichenden Ausführungsform enthält die rechte Zubehörfachwand 402 einen ersten Lichtport 404, durch den Licht von/zu dem ATR-Fach zu/von dem Zubehörfach 300 geliefert werden kann, je nach der Art von in dem Zubehörfach 300 montierter Probenanalyse-Zubehöreinrichtung. In der veranschaulichenden Ausführungsform enthält die linke Wand 400 einen vierten Lichtport 406 und einen fünften Lichtport 408. Eine kleinere oder eine größere Anzahl von Eingangs- und Ausgangsports kann in den Wänden des Spektrometers 102 enthalten sein. Der dritte Lichtport 218, der vierte Lichtport 406 und der fünfte Lichtport 408 empfangen oder übertragen Licht außerhalb des Spektrometers 102, wie durch die Basisplatte 500 definiert.
Unter Bezugnahme auf 5 ist eine Draufsicht auf das Spektrometer 102 gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform mit entfernter vorderer Zubehörfachwand 212, oberer Bankfachwand 202, oberer Detektorwand 204, oberer Zubehörfachwand 206 und oberer ATR-Fachwand 208 gezeigt, um ein Inneres des Spektrometers 102 zu zeigen. In einer veranschaulichenden Ausführungsform enthält das Detektorfach mehrere Detektoren und ein optisches Element (nicht gezeigt), positioniert zum Empfangen eines Lichtstrahls 510 vom Zubehörfach 300. Beispielsweise enthält in der veranschaulichenden Ausführungsform das Detektorfach einen ersten Detektor 504, einen zweiten Detektor 506 und einen dritten Detektor 508. Zur Veranschaulichung kann der erste Detektor 504 ein Detektor für deuteriertes Triglycinsulfat (DTGS - deuterated triglycine sulfate) sein, der zweite Detektor 506 kann ein Detektor für deuteriertes L-Alanin dotiertes Triglycinsulfat (DLaTGS) sein, und der dritte Detektor 508 kann ein stickstoffgekühlter Quecksilber-Cadmium-Tellurid-Detektor (MCT - Mercury-Cadmium-Telluride) sein, wenngleich natürlich andere Arten von Detektoren und Anordnungen von Detektoren verwendet werden können. Das optische Element kann an einem Aktuator montiert sein, der das optische Element so bewegt, dass es den empfangenen Lichtstrahl 510 zum gewählten Detektor reflektiert. Mit dem Aktuator kann eine Translations- und/oder Rotationsbewegung des optischen Elements gesteuert werden. Zu veranschaulichenden Aktuatoren, wie hierin verwendet, zählen ein Elektromotor, ein Servomotor, ein Schrittmotor oder ein Piezomotor, ein pneumatischer Aktuator, ein Gasmotor usw. Der Aktuator kann weiterhin das optische Element so bewegen, dass es den empfangenen Lichtstrahl 510 durch den Detektorausgangsport 220 und zu einem extern montierten Detektor reflektiert. In einer veranschaulichenden Ausführungsform ist das optische Element ein elliptischer Spiegel.
In einer veranschaulichenden Ausführungsform enthält das ATR-Fach ein ATR 512, das einen ATR-Arm 222 und ein optisches Element 514 enthält, positioniert zum Reflektieren/Empfangen eines Lichtstrahls 516 durch den ersten Lichtport 404 zu/von dem Zubehörfach 300. Das optische Element 514 kann weiterhin positioniert sein, einen Lichtstrahl 548 zu/von dem Bankfach zu reflektieren/empfangen.
Bei einer veranschaulichenden Ausführungsform enthält das Bankfach eine Lichtquelle, die mehrere Lichtquellen enthalten kann, die Licht mit einer oder mehreren für die Analyse einer Probe gewählten Wellenlängen emittieren. Die Lichtquelle kann in den Bereichen Ultraviolett (UV), sichtbares Licht, IR, NIR, FIR, Nah-UV usw. emittieren. Somit ist das von der Lichtquelle emittierte Licht möglicherweise nicht sichtbar. Bei der veranschaulichenden Ausführungsform von 5 enthält die Lichtquelle eine erste Lichtquelle 520 und eine zweite Lichtquelle 522. Zur Veranschaulichung kann die erste Lichtquelle 520 eine IR-Quelle und die zweite Lichtquelle 522 eine Weißlichtquelle sein. In einer veranschaulichenden Ausführungsform enthält das Bankfach weiterhin einen Raman-Detektor 524.
Ein unter Bezugnahme auf 6 gezeigtes optisches Element 600 kann an einem nichtgezeigten Aktuator montiert sein, der das optische Element 600 so bewegt, dass es von der ersten Lichtquelle 520 oder der zweiten Lichtquelle 522 empfangenes Licht 526 zu einer Blendeneinrichtung 528 reflektiert. Der Aktuator kann verwendet werden, um eine Translations- und/oder Rotationsbewegung des optischen Elements 600 zu steuern. Der Aktuator kann weiterhin das optische Element 600 so bewegen, dass es von der Blendeneinrichtung 528 empfangenes Licht zum Raman-Detektor 524 reflektiert. Bei einer veranschaulichenden Ausführungsform ist das optische Element 600 ein elliptischer Spiegel.
Der Aktuator kann weiterhin das optische Element 600 so bewegen, dass es von der Blendeneinrichtung 528 empfangenes Licht zu einem optischen Element 530 reflektiert oder von dem optischen Element 530 reflektiertes Licht durch den fünften Lichtport 408 empfängt. Bei einer veranschaulichenden Ausführungsform ist das optische Element 530 ein Parabolspiegel. Bei einer veranschaulichenden Ausführungsform stellt die Blendeneinrichtung 528 je nach der Auflösung und dem Spektralbereich, die für das Spektrometer 102 gewählt sind, die korrekte Blendengröße automatisch ein. Die Blendeneinrichtung 528 kann eine Irisblende und ein Irisfilterrad enthalten.
Die Blendeneinrichtung 528 empfängt/überträgt Licht 532 von/zu einem optischen Element 534. Bei einer veranschaulichenden Ausführungsform ist das optische Element 534 ein Parabolspiegel, der Licht 536 zu/von einem Interferometer 538 reflektiert. Das Interferometer 538 enthält einen Strahlteiler 540, der auf der Basis der Art der für den Betrieb ausgewählten Probenanalyse-Zubehöreinrichtung gewählt wird. Das Spektrometer 102 kann weiterhin einen automatischen Strahlteilerwechsler enthalten, der den in das Interferometer 538 eingesetzten Strahlteiler automatisch austauscht. Ein optisches Element 542 empfängt Licht vom Strahlteiler 540 und reflektiert Licht 544 zu einem innerhalb des ATR-Pachs montierten optischen Element 514. Bei einer veranschaulichenden Ausführungsform ist das optische Element 542 ein Planspiegel. Licht 544 kann durch ein Validierungsrad 546 hindurchtreten, um gefiltertes Licht 548 zu bilden, bevor es das optische Element 514 erreicht. Das Validierungsrad 546 kann konfiguriert sein zum Testen des Spektrometers 102 unter Verwendung von Schott NG-11- und NIST-verfolgbaren Standards, wie der Fachmann versteht. Unter Bezugnahme auf 6 ist eine Seitenansicht von Komponenten des Bankfachs des Spektrometers 102 gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform gezeigt.
Unter Bezugnahme auf 7 wird eine Draufsicht auf das ATR 512 gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform gezeigt. Das ATR 512 enthält einen Schwenkspiegel 700, einen ATR-Arm 222, einen ATR-Puck 702 und eine Plattform 704. Der ATR-Arm 222 ist auf einer Basisplatte 500 montiert. Der ATR-Puck 702 enthält einen Kristall. Beispielsweise ist bei einer veranschaulichenden Ausführungsform der Kristall ein Diamant und der ATR-Puck 702 ist eine Platte mit parallelen Seiten. Infolgedessen ist das ATR 512 in der veranschaulichenden Ausführungsform so konfiguriert, dass es eine HATR-Analyse einer Probe durchführt. Bei anderen Ausführungsformen kann der Kristall aus Zinkselenid, Germanium, KRS-5 usw. gebildet werden. Die Plattform 704 ist an dem ATR-Arm 222 montiert und allgemein bündig mit der oberen ATR-Fachwand 208 positioniert.
Unter Bezugnahme auf 8 ist eine linke Ansicht des ATR 512 mit heruntergeklapptem Schwenkspiegel 700 gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform gezeigt. Das ATR 512 enthält weiterhin eine unter Bezugnahme auf 8 gezeigte ATR-Spitze 800, die sich von dem ATR-Arm 222 erstreckt, und ein optisches Element 802. Bei einer veranschaulichenden Ausführungsform ist das optische Element 802 ein Parabolspiegel. Unter Bezugnahme auf 9 ist eine Rückansicht des ATR 512 mit heruntergeklapptem Schwenkspiegel 700 gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform gezeigt. Unter Bezugnahme auf 10 ist eine Rückseite des ATR 512 mit hochgeklapptem Schwenkspiegel 700 gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform gezeigt.
Unter Bezugnahme auf 11 ist eine hintere untere Perspektivansicht zusätzlicher Komponenten des ATR 512 gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform gezeigt. Unter Bezugnahme auf 12 ist eine linke untere Perspektivansicht der zusätzlichen Komponenten des ATR 512 gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform gezeigt. Das ATR 512 enthält weiterhin ein erstes optisches Element 1102 und ein zweites optisches Element 1104. Bei einer veranschaulichenden Ausführungsform sind das erste optische Element 1102 und das zweite optische Element 1104 elliptische Spiegel.
Um das ATR 512 zu verwenden, kann ein Benutzer den ATR-Arm 222 vom ATR-Puck 702 wegdrehen und eine Probe entweder in flüssiger oder fester Form auf oder in dem ATR-Puck 702 platzieren. Beispielsweise kann der Benutzer eine Pipette verwenden, um einen Tropfen der Probe auf dem ATR-Puck 702 zu platzieren. Der Benutzer kann den ATR-Arm 222 nach der Platzierung des Tropfens auf dem ATR-Puck 702 zum ATR-Puck 702 drehen. Der Benutzer kann dann den ATR-Knopf 224 drehen, um die Probe zwischen die ATR-Spitze 800 und eine obere Oberfläche des ATR-Puck 702 zu drücken, so dass der Kristall die Probe adäquat kontaktiert, wie der Fachmann versteht. Eine oder mehrere dieser Operationen können automatisiert sein.
Nach dem Drücken des Knopfs 106 wird gefiltertes Licht 548 auf den in der hochgeklappten Position positionierten Schwenkspiegel 700 gelenkt. Ein Aktuator ist am Schwenkspiegel 700 montiert, um den Schwenkspiegel 700 zwischen einer ersten heruntergeklappten Position, wie in 9 gezeigt, und einer zweiten hochgeklappten Position, wie in 10 gezeigt, abzusenken und anzuheben. In der ersten Position empfängt der Schwenkspiegel 700 kein gefiltertes Licht 548, das stattdessen vom optischen Element 514 empfangen wird, das gefiltertes Licht 548 in das Zubehörfach 300 reflektiert, um das Licht 516 zu bilden. In der zweiten Position ist der Schwenkspiegel 700 so positioniert, dass er das gefilterte Licht 548 empfängt und das empfangene gefilterte Licht 548 so zum optischen Element 802 und zum Kristall reflektiert, dass das optische Element 514 kein gefiltertes Licht 548 empfängt oder Licht 516 bildet.
Das optische Element 802 empfängt vom Schwenkspiegel 700 reflektiertes Licht und reflektiert das empfangene Licht zum ersten optischen Element 1102. Das erste optische Element 1102 empfängt das vom optischen Element 802 reflektierte Licht und reflektiert das empfangene Licht zu einer unteren Oberfläche 1200 (unter Bezugnahme auf 12 gezeigt) des ATR-Puck 702. Der ATR-Puck 702 ist aus einem optisch dichten Kristall mit einem hohen Brechungsindex bei einem gewissen Winkel ausgebildet. Diese interne Reflexion erzeugt eine abklingende Welle, die sich über die Oberfläche des Kristalls hinaus und in die mit dem Kristall in Kontakt gehaltene Probe ausbreitet. Diese abklingende Welle ragt einige wenige Mikrometer über die Kristalloberfläche hinaus und in die Probe hinein. In Bereichen des Infrarotspektrums, wo die Probe Energie absorbiert, wird die abklingende Welle gedämpft oder geändert. Die gedämpfte Energie von der abklingenden Welle verlässt das entgegengesetzte Ende des Kristalls und wird von dem zweiten optischen Element 1104 empfangen, der das empfangene Licht zu einem ATR-Detektor 1100 reflektiert. Der ATR-Detektor 1100 empfängt das reflektierte Licht vom zweiten optischen Element 1104. Der ATR-Detektor 1100 wandelt das empfangene Licht in ein elektrisches Signal um, das eine Intensität der abklingenden Welle anzeigt.
Bei einer veranschaulichenden Ausführungsform enthält der ATR-Detektor 1100 ein DLaTGS-Detektorelement, ein Fenster, das gestattet, dass sich das Licht dem DLaTGS-Detektorelement nähert, und eine Elektronik zum Bestromen des DLaTGS-Detektorelements und zum Extrahieren der Signalinformationen. Das Fenster ist sowohl ein Schutz für das DLaTGS-Detektorelement und ist auch über dem gewünschten Spektralbereich transparent. Zum Durchführen einer Mehrbereichs-IR sind in der Regel zwei Detektoren erforderlich: einer für MIR (Kaliumbromid-Fenster- KBr-Fenster) und eines für FIR (Polyethylenfenster). Bei einer veranschaulichenden Ausführungsform ist das Fenster des ATR-Detektors 1100 ein Diamantfenster, das einen großen Spektralbereich der Datensammlung von FIR bis MIR mit einem Detektor gestattet und wodurch sich die Notwendigkeit erübrigt, Detektoren auszutauschen oder einen zusätzlichen Spiegel einzusetzen. Zudem ist das Diamantfenster nicht für Beschädigung durch Feuchtigkeit anfällig.
Verschiedene Komponenten des Spektrometers 102 können operativ an einen Prozessor 118 gekoppelt sein, um Informationen vom Prozessor 118 zu empfangen und/oder Informationen an den Prozessor 118 zu senden, und zwar unter der Steuerung einer Steuerapplikation 114. Beispielsweise ist der Prozessor 118 operativ an die Lichtquelle gekoppelt, um das Ein- oder Ausschalten der einen oder der mehreren Lichtquellen zu steuern. Der Prozessor 118 kann auch operativ an den ersten Detektor 504, den zweiten Detektor 506, den dritten Detektor 508, den Raman-Detektor 524 und den ATR-Detektor 1100 gekoppelt sein, um die von jedem Detektor generierten elektrischen Signale zu empfangen. Der Prozessor 118 kann weiterhin operativ an die referenzierten Aktuatoren gekoppelt sein, um die Bewegung der verschiedenen beschriebenen optischen Elemente zu steuern und um Reinigungsverschlüsse zu öffnen und zu schließen, die in einer oder mehreren Wänden des Zubehörfachs 300 montiert sind. Beispielsweise können Reinigungsverschlüsse so montiert sein, dass sie den zweiten Lichtport 308 und den ersten Lichtport 404 bedecken, so dass ein Inneres des Spektrometers 102 gereinigt werden kann, wie der Fachmann versteht. Der Prozessor 118 kann weiterhin operativ an das Interferometer 538, das Validierungsrad 546 und/oder die Blendeneinrichtung 528 gekoppelt sein, um ihre Operation zu steuern.
Unter Bezugnahme auf 13 wird eine Draufsicht auf Komponenten des Bankfachs des Spektrometers 102 gemäß einer zweiten veranschaulichenden Ausführungsform gezeigt. Bei der veranschaulichenden Ausführungsform von 13 enthält das Spektrometer 102 weiterhin eine erste bewegliche Spiegeleinrichtung 1300, die zwischen dem optischen Element 542 und dem ATR 512 positioniert ist, um gefiltertes Licht 548 optional abzufangen. Die erste bewegliche Spiegeleinrichtung 1300 kann eine an der Basisplatte 500 montierte erste Platte 1302, ein an der ersten Platte 1302 montiertes erstes optisches Element 1304, ein an der ersten Platte 1302 montiertes zweites optisches Element 1306, eine in der ersten Platte 1302 ausgebildete erste Bahn 1308 und einen ersten Aktuator 1310 enthalten. Das erste optische Element 1304 ist bei dem zweiten optischen Element 1306 und bezüglich einer Fläche des zweiten optischen Elements 1306 unter einem Winkel von ungefähr 90 Grad montiert. Je nach der relativen Orientierung von Lichtports zum Äußeren des Spektromeers 102 können andere Anordnungen verwendet werden. Der erste Aktuator 1310 ist so montiert, dass er das erste optische Element 1304 und das zweite optische Element 1306 zwischen einer ersten Position, einer zweiten Position und einer dritten Position entlang der ersten Bahn 1308 bewegt.
Unter Bezugnahme auf 14 wird eine Draufsicht auf Komponenten des Bankfachs des Spektrometers 102 gemäß der zweiten veranschaulichenden Ausführungsform gezeigt. Bei der ersten Position, wie in 14 gezeigt, ist das erste optische Element 1304 konfiguriert zum Abfangen von gefiltertem Licht 548 vom optischen Element 542 und zum Reflektieren von Licht 1400 zum vierten Lichtport 406, um Licht 1400 außerhalb des Spektrometers 102 zu lenken, wie durch die Basisplatte 500 definiert. In der zweiten Position ist das zweite optische Element 1306 konfiguriert zum Abfangen von gefiltertem Licht 548 vom optischen Element 542 und zum Reflektieren von Licht 1402 zum dritten Lichtport 218, um Licht 1402 außerhalb des Spektrometers 102 zu lenken, wie durch die Basisplatte 500 definiert. In der zweiten Position ist eine Fläche des zweiten optischen Elements 1306 auf eine Linie 1404 ausgerichtet, wie in 14 angezeigt. In der dritten Position (nicht gezeigt) fängt weder das erste optische Element 1304 noch das zweite optische Element 1306 gefiltertes Licht 548 vom optischen Element 542 ab, damit gefiltertes Licht 548 zum optischen Element 514 weiterlaufen kann. Wie weiter in 14 gezeigt, ist das optische Element 530 so positioniert, dass es Licht 1404 durch den fünften Lichtport 408 empfängt oder Licht 1404 durch den fünften Lichtport 408 reflektiert.
Unter Bezugnahme auf 15 wird eine Draufsicht auf Komponenten des Bankfachs des Spektrometers 102 gemäß einer dritten veranschaulichenden Ausführungsform gezeigt. In der veranschaulichenden Ausführungsform von 15 enthält das Spektrometer 102 weiterhin eine zweite bewegliche Spiegeleinrichtung 1500 und eine dritte bewegliche Spiegeleinrichtung 1512. Die zweite bewegliche Spiegeleinrichtung 1500 ist zwischen dem optischen Element 542 und dem ATR 512 positioniert, um gefiltertes Licht 548 optional abzufangen. Die dritte bewegliche Spiegeleinrichtung 1512 ist so positioniert, dass sie das optische Element 534 zwischen der Blendeneinrichtung 528 und dem Interferometer 538 ersetzt.
Die zweite bewegliche Spiegeleinrichtung 1500 kann eine an der Basisplatte 500 montierte zweite Platte 1502, ein an der zweite Platte 1502 montiertes viertes optisches Element 1506, eine in der zweiten Platte 502 ausgebildete zweite Bahn 1508 und einen zweiten Aktuator 1510 enthalten. Ein drittes optisches Element 1504 ist an der Basisplatte 500 montiert. Das dritte optische Element 1504 ist bezüglich einer Fläche des vierten optischen Elements 1506 unter einem ungefähren Winkel von 90 Grad montiert, wenngleich je nach der Orientierung von Lichtports außerhalb des Spektrometers 102 andere Anordnungen möglich sind. Der zweite Aktuator 1510 ist so montiert, dass er das vierte optische Element 1506 zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position entlang der zweiten Bahn 1508 bewegt. Die dritte bewegliche Spiegeleinrichtung 1512 kann eine an der Basisplatte 500 montierte dritte Platte 1514, ein an der dritten Platte 1514 montiertes fünftes optisches Element 1516, eine in der dritten Platte 1514 ausgebildetes dritte Bahn 1518 und einen dritten Aktuator 1520 enthalten.
Unter Bezugnahme auf 17 wird eine Draufsicht auf Komponenten des Bankfachs des Spektrometers 102 gemäß der dritten veranschaulichenden Ausführungsform gezeigt. Ein drittes optisches Element 1504 ist an der Basisplatte 500 fixiert und ist so positioniert, dass es Licht 1600 vom Interferometer 538 empfängt und Licht 1602 zum vierten Lichtport 406 reflektiert, um Licht 1602 außerhalb des Spektrometers 102 zu lenken, wie durch die Basisplatte 500 definiert. In der ersten Position ist das vierte optische Element 1506 konfiguriert, gefiltertes Licht 548 vom optischen Element 542 abzufangen und Licht 1604 zum dritten Lichtport 218 zu reflektieren, um Licht 1604 außerhalb des Spektrometers 102 zu lenken, wie durch die Basisplatte 500 definiert. In der zweiten Position fängt das vierte optische Element 1506 kein gefiltertes Licht 548 vom optischen Element 542 ab, damit gefiltertes Licht 548 zum optischen Element 514 weiter laufen kann.
Ein dritter Aktuator 1520 ist so montiert, dass er das fünfte optische Element 1516 zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position entlang einer dritten Bahn 1518 bewegt. In der ersten Position ist das fünfte optische Element 1516 so konfiguriert, dass es Licht 532 von der Blendeneinrichtung 528 empfängt und Licht 536 zum Interferometer 538 reflektiert, wie zuvor unter Bezugnahme auf das optische Element 534 beschrieben. In der zweiten Position fängt das fünfte optische Element 1516 kein Licht 536 von der Blendeneinrichtung 528 ab und ist so positioniert, dass es das dritte optische Element 1504 vom Empfangen von Licht 1600 vom Interferometer 538 entblockiert.
Das Wort „veranschaulichend“, wird hierin verwendet, um als ein Beispiel, ein Fall oder eine Veranschaulichung dienend zu bedeuten. Jeder Aspekt oder jedes Design, die hier als „veranschaulichend“ beschrieben werden, soll nicht notwendigerweise als gegenüber anderen Aspekten oder Designs bevorzugt oder vorteilhaft angesehen werden. Zudem bedeutet zum Zweck dieser Offenbarung, und sofern nicht etwas anderes angegeben ist, „ein/eine/einer“ „ein oder mehrere“. Noch weiter soll die Verwendung von „und“ oder „oder“ „und/oder“ beinhalten, sofern nicht spezifisch etwas anderes angegeben ist.
Die vorausgegangene Beschreibung veranschaulichender Ausführungsformen der Erfindung wurde zu Zwecken der Veranschaulichung und Beschreibung vorgelegt. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf die offenbarte präzise Form beschränken, und Modifikationen und Variationen sind angesichts der obigen Lehren möglich oder können durch die Ausübung der Erfindung in Erfahrung gebracht werden. Die Ausführungsformen wurden gewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung zu erläutern, und als praktische Anwendungen der Erfindung, damit der Fachmann die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen und mit verschiedenen Modifikationen nutzen kann, wie sie für den jeweiligen in Betracht gezogenen Einsatz geeignet sind. Es ist beabsichtigt, dass der Schutzbereich der Erfindung durch die hier angefügten Ansprüche und ihre Äquivalente definiert sei.

Claims

Spektrometer (102), das Folgendes umfasst: eine Basisplatte (500); eine Lichtquelle (520, 522), die an der Basisplatte (500) montiert und zum Emittieren von Licht konfiguriert ist; ein Interferometer (538), das an der Basisplatte (500) montiert ist, wobei das Interferometer (538) Licht von der Lichtquelle (520, 522) empfängt und moduliertes Licht ausgibt; ein Zubehörfach (300), das konfiguriert ist zum Aufnehmen einer Probenanalyse-Zubehöreinrichtung, wobei das Zubehörfach (300) Folgendes umfasst: eine erste Wand (402), die sich von der Basisplatte (500) erstreckt, wobei die erste Wand (402) einen ersten Lichtport (404) umfasst, der konfiguriert ist zum Aufnehmen von erstem Licht (516); eine zweite Wand (304), die sich von der Basisplatte (500) erstreckt; und eine dritte Wand (306), die sich von der Basisplatte (500) zwischen der ersten Wand (402) und der zweiten Wand (304) erstreckt; eine Probenanalyseeinrichtung (512), die auf der Basisplatte (500) montiert und von dem Zubehörfach (300) durch die erste Wand (402) getrennt ist, wobei die Probenanalyseeinrichtung (512) konfiguriert ist zum Durchführen einer Analyse der abgeschwächten Totalreflexion einer Probe und Folgendes umfasst: einen Kristall, der konfiguriert ist zum Empfangen von zweitem Licht; eine Spitze (800), die konfiguriert ist zum Pressen der Probe gegen den Kristall; und einen Detektor (1100), der konfiguriert ist zum Detektieren von drittem Licht nach der Reflexion des zweiten Lichts innerhalb des Kristalls; ein erstes optisches Element (514), das an der Basisplatte (500) montiert und konfiguriert ist zum Empfangen und Reflektieren des modulierten Lichts (548) zum ersten Lichtport (404), um das erste Licht (516) zu bilden; ein zweites optisches Element (700), das an der Basisplatte (500) montiert ist; und einen Aktuator, der an dem zweiten optischen Element (700) montiert und konfiguriert ist zum Bewegen des zweiten optischen Elements (700) zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position, wobei in der zweiten Position das zweite optische Element (700) konfiguriert ist zum Empfangen des modulierten Lichts und zum Reflektieren des modulierten Lichts zum Kristall, um das zweite Licht zu bilden, so dass das erste optische Element (514) das modulierte Licht nicht empfängt, und wobei weiterhin in der ersten Position das zweite optische Element (700) das modulierte Licht nicht empfängt.
Spektrometer nach Anspruch 1, wobei die zweite Wand (304) einen zweiten Lichtport (308) umfasst, der konfiguriert ist zum Annehmen von viertem Licht (510), das aus dem angenommenen ersten Licht (516) gebildet wurde.
Spektrometer nach Anspruch 2, das weiterhin Folgendes umfasst: mehrere Detektoren (504, 506, 508); ein drittes optisches Element, das konfiguriert ist zum Empfangen des durch den zweiten Lichtport (308) angenommenen vierten Lichts (510); und einen zweiten Aktuator, der an der Basisplatte (500) montiert ist und konfiguriert ist zum Bewegen des dritten optischen Elements zwischen mehreren Positionen, wobei in jeder Position der mehreren Positionen das dritte optische Element konfiguriert ist zum Reflektieren des empfangenen vierten Lichts (510) zu einem Detektor der mehreren Detektoren (504, 506, 508).
Spektrometer nach Anspruch 1, wobei der Detektor (1100) ein Detektorelement und ein Diamantfenster umfasst, wobei das Diamantfenster so positioniert ist, dass es gestattet, dass das Detektorelement das dritte Licht nach der Passage durch das Diamantfenster empfängt.
Spektrometer nach Anspruch 1, wobei die Probenanalyseeinrichtung weiterhin ein drittes optisches Element (802) umfasst, das konfiguriert ist zum Empfangen des modulierten Lichts vom zweiten optischen Element (700) und zum weiteren Reflektieren des modulierten Lichts zum Kristall.
Spektrometer nach Anspruch 5, wobei die Probenanalyseeinrichtung weiterhin ein viertes optisches Element (1102) umfasst, das konfiguriert ist zum Empfangen des modulierten Lichts vom dritten optischen Element (802) und zum weiteren Reflektieren des modulierten Lichts zum Kristall.
Spektrometer nach Anspruch 6, wobei die Probenanalyseeinrichtung weiterhin ein fünftes optisches Element (1104) umfasst, das konfiguriert ist zum Empfangen des dritten Lichts nach Reflexion innerhalb des Kristalls und zum weiteren Reflektieren des dritten Lichts zum Detektor (1100).
Spektrometer nach Anspruch 7, wobei das dritte optische Element (802) ein Parabolspiegel ist, das vierte optische Element (1102) ein erster elliptischer Spiegel ist und das fünfte optische Element (1104) ein zweiter elliptischer Spiegel ist.
Spektrometer nach Anspruch 1, wobei das erste optische Element (514) ein Parabolspiegel ist und das zweite optische Element (700) ein Planspiegel ist.
Spektrometer nach Anspruch 1, wobei die erste Wand (402) weiterhin eine Reinigungsverschlussplatte umfasst, die an der ersten Wand (402) montiert ist, und ein zweiter Aktuator an der Reinigungsverschlussplatte montiert und konfiguriert ist zum Bewegen der Reinigungsverschlussplatte zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position, wobei in der ersten Position die Reinigungsverschlussplatte konfiguriert ist zum Blockieren des ersten Lichtports gegenüber dem Annehmen des ersten Lichts und zum Verschließen des Zubehörfachs (300) gegenüber der Probenanalyseeinrichtung und wobei weiterhin in der zweiten Position die Reinigungsverschlussplatte konfiguriert ist zum Entblockieren des ersten Lichtports.
Spektrometer nach Anspruch 1, wobei die Lichtquelle eine erste Lichtquelle (520) umfasst, die konfiguriert ist zum Emittieren eines ersten Lichts, das ungefähr bei einer ersten Wellenlänge im sichtbaren Lichtspektrum zentriert ist, und eine zweite Lichtquelle (522), die konfiguriert ist zum Emittieren eines zweiten Lichts, das ungefähr bei einer zweiten Wellenlänge im Infrarotlichtspektrum zentriert ist.
Spektrometer nach Anspruch 1, weiterhin umfassend ein drittes optisches Element (542), das an der Basisplatte (500) montiert und konfiguriert ist zum Empfangen des modulierten Lichts von dem Interferometer (538) und zum weiteren Reflektieren des modulierten Lichts zum ersten optischen Element (514).
Spektrometer nach Anspruch 12, das weiterhin Folgendes umfasst: eine erste Spektrometerwand (216), die sich von der Basisplatte (500) erstreckt; einen ersten Emissionsport (218), der in der ersten Spektrometerwand (216) montiert ist; eine Platte (1302, 1502), die an der Basisplatte (500) montiert ist; ein viertes optisches Element (1306, 1506), das an der Platte (1302, 1502) montiert ist; und einen zweiten Aktuator (1310, 1510), der an dem vierten optischen Element (1306, 1506) montiert und konfiguriert ist zum Bewegen des vierten optischen Elements (1306) zwischen einer ersten und einer zweiten Position, wobei in der ersten Position das vierte optische Element (1306, 1506) konfiguriert ist zum Abfangen des modulierten Lichts (548) von dem dritten optischen Element (542) und zum Reflektieren des abgefangenen Lichts zum ersten Emissionsport (218), um das abgefangene Licht (1402, 1604) außerhalb des Spektrometers zu lenken, wie durch die Basisplatte (500) definiert, wobei in der zweiten Position das vierte optische Element (1306, 1506) das modulierte Licht von dem dritten optischen Element (542) nicht abfängt.
Spektrometer nach Anspruch 13, das weiterhin Folgendes umfasst: ein fünftes optisches Element (534), das an der Basisplatte montiert ist; und eine Blende (528), die an der Basisplatte (500) montiert und konfiguriert ist zum Empfangen von Licht von der Lichtquelle (520, 522) und zum Übertragen des empfangenen Lichts zum fünften optischen Element (534); wobei das fünfte optische Element (534) konfiguriert ist zum Empfangen von Licht von der Blende (528) und zum Reflektieren des empfangenen Lichts zum Interferometer (538).
Spektrometer nach Anspruch 13, das weiterhin Folgendes umfasst: eine zweite Spektrometerwand (400), die sich von der Basisplatte (500) erstreckt; einen zweiten Emissionsport (406), der in der zweiten Spektrometerwand (400) montiert ist; und ein fünftes optisches Element (1304), das an der Platte (1302) montiert ist, wobei das fünfte optische Element (1304) bei dem vierten optischen Element (1306) und bezüglich einer Fläche des vierten optischen Elements (1306) unter einem Winkel von etwa 90 Grad montiert ist; wobei der zweite Aktuator (1310) weiterhin an dem fünften optischen Element montiert (1304) und konfiguriert ist zum Bewegen des fünften optischen Elements (1304) zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position, wobei in der ersten Position das fünfte optische Element (1304) konfiguriert ist zum Abfangen des modulierten Lichts vom dritten optischen Element (542) und zum Reflektieren des abgefangenen Lichts zum zweiten Emissionsport (406), um das abgefangene Licht außerhalb des Spektrometers (102) zu lenken, wie durch die Basisplatte (500) definiert, wobei in der zweiten Position das fünfte optische Element (1304) das modulierte Licht von dem dritten optischen Element (542) nicht abfängt.
Spektrometer nach Anspruch 15, das weiterhin Folgendes umfasst: ein sechstes optisches Element (534), das an der Basisplatte montiert ist; und eine Blende (528), die an der Basisplatte (500) montiert und konfiguriert ist zum Empfangen von Licht von der Lichtquelle (520, 522) und zum Übertragen des empfangenen Lichts zum sechsten optischen Element (534); wobei das sechste optische Element (534) konfiguriert ist zum Empfangen von Licht von der Blende (528) und zum Reflektieren des empfangenen Lichts zum Interferometer (538).
Spektrometer nach Anspruch 16, das weiterhin Folgendes umfasst: ein siebtes optisches Element (530), das an der Basisplatte (500) montiert ist; und ein achtes optisches Element (600), das an der Basisplatte (500) montiert und konfiguriert ist zum Empfangen von Licht von der Blende (528) und zum Reflektieren des empfangenen Lichts zum siebten optischen Element (530); wobei das siebte optische Element (530) konfiguriert ist zum Empfangen des Lichts vom achten optischen Element (600) und zum Reflektieren des empfangenen Lichts außerhalb des Spektrometers (102), wie durch die Basisplatte (500) definiert.
Spektrometer nach Anspruch 16, das weiterhin Folgendes umfasst: ein siebtes optisches Element (530), das an der Basisplatte (500) montiert ist und konfiguriert ist zum Empfangen von Licht von außerhalb des Spektrometers (102), wie durch die Basisplatte (500) definiert; und ein achtes optisches Element (600), das an der Basisplatte (500) montiert ist; wobei das siebte optische Element (530) weiterhin konfiguriert ist zum Reflektieren des empfangenen äußeren Lichts zum achten optischen Element (600) und das achte optische Element (600) konfiguriert ist zum Empfangen von Licht vom siebten optischen Element (530) und zum Reflektieren des empfangenen Lichts zur Blende (528).
Spektrometer nach Anspruch 13, das weiterhin Folgendes umfasst: eine zweite Spektrometerwand (400), die sich von der Basisplatte (500) erstreckt; einen zweiten Emissionsport (406), der in der zweiten Spektrometerwand (400) montiert ist; und ein fünftes optisches Element (1504), das an der Basisplatte (500) montiert ist, wobei das fünfte optische Element (1504) bezüglich einer Fläche des vierten optischen Elements (1506) unter einem Winkel von etwa 90 Grad montiert ist; wobei das fünfte optische Element (1504) konfiguriert ist zum Empfangen von eingegebenem Licht durch den zweiten Emissionsport (406) und von außerhalb des Spektrometers (102), wie durch die Basisplatte (500) definiert, und zum Reflektieren des empfangenen eingegebenen Lichts zum Interferometer (538).
Spektrometer nach Anspruch 19, das weiterhin Folgendes umfasst: eine zweite Platte (1514), die an der Basisplatte (500) montiert ist; ein sechstes optisches Element (1516), das an der zweiten Platte (1514) montiert ist; eine Blende (528), die an der Basisplatte (500) montiert und konfiguriert ist zum Empfangen von Licht von der Lichtquelle (520, 522) und zum Übertragen des empfangenen Lichts zum sechsten optischen Element (1516); und einen dritten Aktuator (1520), der am sechsten optischen Element (1516) montiert und konfiguriert ist zum Bewegen des sechsten optischen Elements (1516) zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position, wobei in der ersten Position das sechste optische Element (1516) zwischen dem fünften optischen Element (1504) und dem Interferometer (538) positioniert ist und konfiguriert ist zum Empfangen von Licht von der Blende (528) und zum Reflektieren des empfangenen Lichts zum Interferometer (538), und wobei weiterhin in der zweiten Position das sechste optische Element (1516) nicht zwischen dem fünften optischen Element (1504) und dem Interferometer (538) positioniert ist.