EP3665453A2 - Spektrometrische messvorrichtung und verfahren zur analyse eines mediums unter verwendung einer spektrometrischen messvorrichtung - Google Patents

Spektrometrische messvorrichtung und verfahren zur analyse eines mediums unter verwendung einer spektrometrischen messvorrichtung

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EP3665453A2
EP3665453A2 EP18737566.2A EP18737566A EP3665453A2 EP 3665453 A2 EP3665453 A2 EP 3665453A2 EP 18737566 A EP18737566 A EP 18737566A EP 3665453 A2 EP3665453 A2 EP 3665453A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
medium
measuring device
spectrometric
spectrometric measuring
opening
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18737566.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marion Hermersdorf
Ralf Noltemeyer
Martin HUSNIK
Florian Michel
Benedikt Stein
Christoph Schelling
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3665453A2 publication Critical patent/EP3665453A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0218—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using optical fibers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L9/00—Supporting devices; Holding devices
    • B01L9/06—Test-tube stands; Test-tube holders
    • G—PHYSICS
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    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0202—Mechanical elements; Supports for optical elements
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    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
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    • G01J3/0256—Compact construction
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    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0291—Housings; Spectrometer accessories; Spatial arrangement of elements, e.g. folded path arrangements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions

Definitions

  • a spectrometric measuring device and method for analyzing a medium using a spectrometric measuring device A spectrometric measuring device and method for analyzing a medium using a spectrometric measuring device
  • US 5909280 A describes a microspectrometer which comprises a monolithically integrated light source and a monolithically integrated detector.
  • the microspectrometer is used as part of a sensor system that is suitable for testing both solids and liquids.
  • Microspectrometer includes a Fabry-Perot interferometer as a spectral element and a chamber into which the medium to be examined can be introduced via a channel.
  • the light source and the detector are disposed on opposite sides of the chamber.
  • the invention relates to a spectrometric measuring device, a method for analyzing a medium using a spectrometric
  • Measuring device and a computer program product.
  • Spectral information of a medium can be from one of the medium
  • coming electromagnetic radiation for example from one of the medium emitted, reflected, transmitted and / or scattered
  • electromagnetic radiation for example from a spectrometer
  • a spectral element such as a grating spectrometer, Fabry-Perot interferometer, transmission filter / linear Variable filters or Fourier transform spectrometers may in this case be arranged between a light source and the medium to be examined and / or between the medium and a detector.
  • a transmission measurement or a reflection measurement can be carried out. In transmission measurements, electromagnetic radiation is transmitted from the medium to be examined, the transmitted
  • the transmitted electromagnetic radiation has spectral information about the medium.
  • the transmitted electromagnetic radiation can
  • Wavelength are selectively detected and give information about the spectral composition of the medium.
  • electromagnetic radiation is reflected by the medium to be examined, the reflected electromagnetic radiation having spectral information about the medium.
  • the reflected electromagnetic radiation can be detected wavelength-selective and provide information about the spectral composition of the medium.
  • Fluids i. Liquids, gases and mixtures of liquids and gases reflect in part only a small portion of an electromagnetic radiation impinging on the fluid, a larger proportion of that on the fluid
  • incident electromagnetic radiation is transmitted by the fluid.
  • the electromagnetic radiation which comprises spectral information about the medium, is reflected.
  • the spectrometric measuring device can be extended. Furthermore, the spectrometric measuring device has an improved mechanical and metrological robustness.
  • spectrometric measuring device which is used to acquire spectrometric data of both solids and fluids "receiving” here means that the medium can be arranged for example in the receiving device or can be introduced into the receiving device
  • Miniaturspektrometer which is used to acquire the spectrometric data of the
  • Medium comprises a lighting unit which is adapted to irradiate the medium with an electromagnetic radiation and a detection unit which is adapted to detect a coming from the direction of the medium radiation portion of the electromagnetic radiation.
  • the spectrometric measuring device is characterized in that the miniature spectrometer on a first side of the
  • Receiving device is arranged and that on one of the first side opposite the second side of the receiving device a
  • the coupling-in structure is set up to couple at least one radiation component of the electromagnetic radiation coming from the illumination unit into an optical waveguide, wherein the optical waveguide is set up to guide the radiation component from the second side to the detection unit, wherein the detection unit is arranged on the first side.
  • Measuring device is robust against changes in the measuring geometry. Another advantage is that the spectrometric measuring device a
  • the distance between the miniature spectrometer and the coupling-in structure and an alignment of the miniature spectrometer and the coupling-in structure relative to one another are predetermined by the spectrometric measuring device.
  • Miniaturspektrometers relative to the coupling structure can be avoided or reduced and thereby the reliability of the acquired spectrometric data can be increased. This will also allow an untrained or untrained user to easily
  • measurement artifacts can arise when the spectrometer is held at an angle that is unfavorable to the measurement relative to the sample. For example, due to an unfavorable relative orientation between the miniature spectrometer and the sample, only a small proportion of the electromagnetic radiation to be detected can be detected in the
  • Miniature spectrometer occur so that a large portion of the signal is lost or it is mainly detected only direct reflection, which does not include information about the interior of the sample.
  • the receiving device comprises a holding structure with an opening.
  • the support structure defines a region in which the medium can be arranged to acquire the spectrometric data of the medium.
  • the holding structure may, for example, enclose a circular opening.
  • the holding structure may be annular.
  • the opening can be rectangular, polygonal, etc., or have any desired shape.
  • a vessel in which the medium is arranged are introduced into the opening.
  • the support structure can be the vessel and thus the medium in the beam path between the
  • Measuring device and a simple removal of the medium from the spectrometric measuring device can be made possible by the user.
  • the miniature spectrometer and the miniature spectrometer can be integrated into the support structure.
  • the receiving device may have a positioning device.
  • the holding structure may comprise the positioning device. The positioning device is set up to position the miniature spectrometer on the first side of the recording device and to connect the optical waveguide to the detection unit in such a way that the radiation fraction of the electromagnetic radiation guided in the optical waveguide is guided into the detection unit.
  • the miniature spectrometer can be designed as a mobile terminal, which can be placed on the first side of the spectrometric measuring device.
  • the positioning device may, for example, a mark, a depression, a projection, etc. or a
  • Miniature spectrometer can facilitate.
  • the positioning device can furthermore be set up to use miniature spectrometers at the
  • the medium comprises a fluid in a vessel or a solid in a vessel, wherein the opening is adapted to
  • Solid bodies may include, for example, powders, granules, etc., or mixtures thereof. Fluids can be
  • the medium may comprise a mixture of solids and fluids.
  • Measuring device and the medium come into direct contact with each other and contamination of the spectrometric measuring device can be avoided. As a result, multiple measurements of different media can be performed one after the other with high reliability without mutual interference.
  • a dimension of the opening may be adaptable in one embodiment.
  • Dimension may include, for example, a diameter, a circumference, a length, a height, a width, etc. of the opening.
  • a surface of the holding structure facing the opening may be covered at least in sections with a flexible and / or elastic material. Care is taken to ensure that the optical beam path remains adjusted.
  • a lamellar structure may be arranged at least in sections on the inner surface of the holding structure facing the opening, wherein the dimension of the opening depends on an adjustment of the lamellar structure.
  • a lamellar structure may include at least a first movable fin element, wherein a first region of the movable fin element is fixedly connected to the support structure and a second region of the movable fin element has an adjustable angle to the support structure. By varying the adjustable angle, the opening can be made smaller or larger.
  • Opening to the medium or to the vessel in which the medium is arranged can be adjusted so that the medium or the vessel can be held securely and firmly in the beam path between the miniature spectrometer and the coupling structure.
  • Stepper motors take place, which are covered by the spectrometric measuring device.
  • the stepper motor can adjust the adjustable angle.
  • One advantage is that the dimension of the opening can be adapted to the medium or to the vessel.
  • the coupling-in structure and the optical waveguide can be integrated into the holding structure. That is, the coupling structure and / or the optical waveguides can be at least partially or completely embedded in the support structure or arranged on the support structure.
  • a diffuser can be arranged or arranged in the beam path between the illumination unit and the receiving device.
  • the diffuser can allow an approximately homogeneous illumination of the medium.
  • a directional diffuser can be used for this purpose. An advantage is that thus the reliability of the spectrometric data can be increased.
  • a light source which radiates over a wide angular range and which differs from the light source
  • Lighting unit is used to be used for irradiation of the medium.
  • a spectral element can be arranged or arrangeable in the beam path between the illumination unit and the recording device and / or can be encompassed by the detection unit.
  • the spectral element enables a wavelength-selective measurement of the
  • Solid as well as a liquid can be, using the
  • spectrometric measuring device comprising the steps:
  • Detecting is performed in the detection unit.
  • An advantage is that with this method both solids and fluids can be examined spectrometrically.
  • Another advantage is that the analysis of the medium only in small Depending on the measurement geometry depends and thus the analysis of the medium can be done with a high reliability.
  • the dimension of the opening can be adjusted, wherein the
  • Fig. 1 is a plan view of a spectrometric measuring device in one
  • FIG. 2 is a side view of a spectrometric measuring device according to a
  • Embodiment which on a vessel in which a medium
  • FIG. 3 shows a section of a plan view of a spectrometric measuring device according to an embodiment on which a mobile terminal is arranged;
  • FIG. 4 shows a section of a plan view of a spectrometric measuring device according to an embodiment comprising a miniature spectrometer; to a spectrometric measuring device according to an embodiment, wherein in an opening a holding structure is arranged a lamellar structure,
  • FIG. 6 is a plan view of a spectrometric measuring device in one
  • Beam path is arranged
  • FIG. 7 is a flowchart of a method for analyzing a medium according to an embodiment and 8 shows a flowchart of a method for analyzing a medium according to a further exemplary embodiment.
  • Fig. 1 is a plan view of a spectrometric measuring device 100 is shown in a cross section.
  • the spectrometric measuring device 100 is set up to acquire spectrometric data of solids and fluids.
  • a receiving device 102 is adapted to receive a medium 104 'to be examined.
  • the receiving device 102 in this exemplary embodiment comprises a holding structure 102 'with an opening 102 ".
  • the medium 104' or a vessel 104 can be arranged, in which the medium 104 'is arranged
  • a depression in the support structure 102 'or through the support structure 102' through hole are understood.
  • the medium 104 ' may comprise a powder, a granulate, a liquid, a gas or a mixed form of the aforementioned.
  • the spectrometric measuring device 100 may be at least partially immersed or introduced into the medium 104' such that the medium 104 'may enter the opening 102". 1, the holding structure 102 'is of annular design in the region of the opening 102.
  • the holding structure 102' may be formed, for example, of a material transparent to the electromagnetic radiation 1010 'coming from a lighting unit 1010.
  • the opening 102' here has a circular shape Cross-section on.
  • the diameter of the opening may range from 1 centimeter (cm) to 15 cm, including the diameters of 1 cm and 15 cm, or less than 1 cm and / or greater than 15 cm.
  • the opening 102 is not limited to a circular cross-section, but may for example be rectangular, elliptical or otherwise shaped.
  • the opening 102 may be adapted to the vessel 104 used for the measurement. Possible dimensions of the opening 102 "are in the range of a few centimeters, for example, the opening 102" is designed to accommodate bottles, test tubes, cuvettes, etc.
  • the support structure may be formed, for example, of a plastic.
  • a miniature spectrometer 101 is arranged on a first side 1021 of the recording device 102.
  • the miniature spectrometer 101 is a spectrometer which
  • the microspectrometer is greater than 1 cm 3 and less than 1000 cm 3 .
  • the microspectrometer is greater than 1 cm 3 and less than 1000 cm 3 .
  • Microspectrometer also be less than 1 cm 3 and greater than 0.01 cm 3 . Alternatively or additionally, the microspectrometer may also be smaller than 100 cm 3 and larger than 0.01 cm 3 .
  • the miniature spectrometer 101 is adapted to radiation properties as a function of the wavelength of the detected electromagnetic
  • the miniature spectrometer 101 comprises a lighting unit 1010, which is set up to irradiate the medium 104 'with the electromagnetic radiation 1010. Further, the miniature spectrometer 101 comprises a detection unit 101 1, which is adapted to Direction of the medium coming radiation fraction 101 1 "of
  • the lighting unit 1010 and the detection unit 101 1 may be arranged, for example, in a housing.
  • the miniature spectrometer 101 is arranged in FIG. 1 on an outer surface 1023 of the support structure 102 'facing away from the opening 102 "
  • Miniature spectrometer 101 may in this case be integrated into holding structure 102 'and thus included in spectrometric measuring device 100. Alternatively or additionally, the miniature spectrometer 101 can be placed on the support structure 102 'or detachably mounted on the support structure 102'.
  • the illumination unit 1010 may include a light source.
  • the light source may be, for example, an incandescent lamp, a thermal emitter, a laser, one or more light emitting diodes (LED),
  • the illumination unit 1010 and / or the detection unit 101 1 may comprise a spectral element.
  • the spectral element may be, for example, a Fabry-Perot interferometer, a grating spectrometer, a transmission filter, a static or moving Fourier transformation spectrometer, or another
  • the detection unit 101 1 may be any one of the plurality of filters.
  • the detection unit 101 1 may be any one of the plurality of filters.
  • Detector element or a detector array comprising a plurality of detector elements comprise.
  • a radiation sensor for example based on silicon (Si), germanium (Ge), germanium on silicon, indium gallium arsenide (InGaAs), lead selenite (PbSe) can be used.
  • radiation sensors are suitable for example, photodiodes or bolometers. Radiation sensors may output an electrical signal depending on a property of the electromagnetic radiation impinging on the radiation sensor, which is a measure of the radiation property. Radiation sensors can measure, for example, an intensity or an energy flux density of the radiation component 101 1 ".
  • a coupling structure 1030 is arranged.
  • Einkoppel Modell 1030 is adapted to at least a portion (101 1 ") of the coming of the illumination unit 1010 electromagnetic radiation 1010 'in one
  • the optical waveguide 1031 is adapted to the coupled radiation portion 101 1 "from the second side 1022 to
  • Fig. 1 is the
  • Optical waveguide 1031 disposed on the outer surface 1023 of the support structure 102 '.
  • the optical waveguide 1031 can be at least partially or completely embedded in the support structure 102 'or arranged on an inner surface 1024 of the support structure 102' facing the opening 102 "
  • Optical waveguide 1031 is connected to detection unit 101 1 in such a way that the radiation fraction 101 1 "guided in optical waveguide 1031 can be guided into the detection unit and can be detected there.
  • Optical waveguide can be used as an optical waveguide 1031, the diameter of which may be, for example, from 50 inclusive to 1000 inclusive ⁇ or may be greater than 1000 ⁇ . Alternatively or in addition, a bundle of several optical waveguides can also be used as the optical waveguide 1031.
  • optical fiber 1031 may be made of glass, doped glass, plastics such as
  • a waveguide can also be used as optical waveguide 1031.
  • the coupling into the detection unit takes place
  • optical fiber 1031 for example with a focusing element between optical fiber 1031 and detection unit (e.g., collimating lens or optics imprinted directly on the fiber).
  • detection unit e.g., collimating lens or optics imprinted directly on the fiber.
  • the medium 104 ' is arranged in the beam path of the miniature spectrometer 101 between the first side 1021 and the second side 1022. Under the beam path of the miniature spectrometer 101, the geometric course of the
  • the length of a path of the electromagnetic radiation 1010 'through the medium 104' may be adjusted by selecting a diameter of the opening 102 "and / or by selecting a dimension of the vessel 104" and thus a thickness of the medium 104 'to be penetrated.
  • the material from which the support structure 102 'is formed and the material from which the vessel 104''is formed have a similar index of refraction, thereby advantageously allowing radiation losses at the interface between
  • Support structure 102 'and vessel 104 can be reduced or avoided Furthermore, the electromagnetic radiation coming from the illumination unit 1010 can
  • skilfully chosen materials can be understood to mean air-free transparent and elastic materials motorized adjustable or electrically adjustable components, such as micromirrors, by means of which a propagation direction of the electromagnetic radiation 1010 ', 101 1 "can be adjusted.
  • motorized adjustable or electrically adjustable components such as micromirrors
  • Components are, for example, diffractive optical elements
  • FIG. 2 shows a side view of the spectrometric measuring device 100 according to an exemplary embodiment, wherein the spectrometric measuring device 100 is arranged on the vessel 104 ''
  • the vessel 104 '' is introduced into the opening 102 'of the holding structure 102' Vessel 104 "designed as a bottle in which the medium 104 'is arranged.
  • the vessel 104 '' is introduced into the opening 102 'of the holding structure 102' Vessel 104 "designed as a bottle in which the medium 104 'is arranged.
  • the optical waveguide 1031 is in this case arranged on the outer surface 1023 of the support structure 102 '
  • the miniature spectrometer 101 may be fixedly arranged on the support structure 102' or be formed as an independent device, which can be arranged or fastened on the support structure 102 '
  • Miniaturspektrometer 101 in a mobile terminal 108 for example, a
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment in which the mobile terminal 108 comprising the miniature spectrometer 101 can be arranged by means of a positioning device 107 at a predetermined position of the holding structure 102 '.
  • the support structure 102 ' has in Fig. 3 on a projection 107', on which the mobile
  • Terminal 108 can be arranged so that the miniature spectrometer 101 at the predetermined position, here the first side 1021 of the support structure 102 ', can be positioned.
  • the predefined position is chosen such that the radiation component 101 1 "can be coupled into the optical waveguide 1031 by means of the coupling-in structure 1030.
  • the positioning device 107 is formed as a recess in the support structure 102 '.
  • the miniature spectrometer 101 or the mobile terminal 108, which comprises the miniature spectrometer 101, can be arranged precisely in the recess 107 "and can thus be located at a predetermined position of the
  • the miniature spectrometer 101 may also be fixed to the
  • Support structure 102 ' are connected, wherein it is inserted, for example, during manufacture in the recess 107 "and connected to the support structure 102'.
  • the mobile terminal 108 may include a computing unit configured to process signals or data, a memory unit configured to store signals or data, a communication interface for reading and / or outputting data, and a display unit configured to receive information and / or to display measurement results.
  • the arithmetic unit may include, for example, a processor or a microcontroller.
  • the communication interface can be designed to read in or output data wirelessly and / or by line.
  • the mobile terminal 108 may be a smartphone in the storage unit of which a software application (app) may be stored, or where the app may be downloadable or available online. The app can be set up to perform a measurement by means of the spectrometric measuring device 100.
  • the measurement results or results of a spectrometric evaluation of the measurement results can be output to the user via a display unit of the mobile terminal 108, for example.
  • Possible display units are, for example, displays or Speaker by means of which optical, haptic or acoustic outputs can be made.
  • the miniature spectrometer 101 is exemplified as part of the support structure 102 '. Alternatively or additionally, the miniature spectrometer 101 may also be formed separately or as part of a mobile terminal as described above.
  • the support structure 102 ' encloses the opening 102 "here annular
  • Lamella elements 109 ' The lamellar elements 109 'can be designed, for example, as movable structural elements which are firmly connected to the support structure 102' in a first region and which can have a second region whose angle 109 'is adjustable relative to the support structure 102' 5 are shown by curved directional arrows on one of the lamellar elements 109 'in FIG
  • Lamella elements 109 ' can be formed, for example, from an elastic material. Upon insertion of the vessel 104 "into the opening 102", the lamellar elements 109 'may be pressed towards the support structure 102' such that the diameter of the opening 102 "increases relative to the diameter of the opening 102" prior to insertion of the vessel 104 " The opening 102 "thus depends on an adjustment of the lamellar structure 109. In one
  • the lamellar structure 109 can be adjusted by means of stepper motors.
  • the setting of the lamellar structure can also be done manually.
  • the control unit transmits electrical signals to the stepping motors, which can be used to adjust the angles 109.
  • the operation of the control unit by a user can take place, for example, via a display screen, for example as a touchscreen.
  • Fig. 6 is a plan view of the spectrometric measuring device 100 in one
  • a diffuser 1091 is arranged in the beam path of the miniature spectrometer 101. In this
  • the positioning device 107 is formed as a projection 107 ', on which the miniature spectrometer 101 is arranged, or to which the mobile terminal 108 can be arranged.
  • the diffuser 1091 is here in the
  • the diffuser 1091 may be integrated in the support structure 102 'or in the miniature spectrometer 101.
  • the electromagnetic radiation 1010 'coming from the illumination unit 1010 may be initially formed by one or more optical components, i.
  • a directional diffuser 1091 can be used.
  • the medium 104 'without a vessel 104 is arranged in the opening 102".
  • the medium 104 'can also be arranged in a vessel 104 "as described above
  • the transmitted electromagnetic radiation impinges on the coupling-in structure 1030, which is arranged on the second side 1022 of the holding structure 102 '.
  • Coupling structure 1030 couples the radiation portion 101 1 "in the optical waveguide 1031 on.
  • the radiation component 101 1 is guided by the optical waveguide 1031 into the detection unit 101 1 and detected there,
  • optical imaging elements such as
  • optical lenses / converging lenses or light guiding optics 1032 are arranged.
  • the spectral element 1010 and / or the detection unit 101 1 comprise a spectral element to enable the detection of spectrometric data.
  • the spectral element may be arranged between the illumination unit 1010 and the recording device 102.
  • a diffuser 1091 can be arranged or arranged in the beam path between the illumination unit 1010 and the receiving device 102.
  • an optical lens 1091 in an embodiment not shown here in the beam path between the receiving device 102 and the detection unit 101 1 an optical
  • Imaging element 1092 arranged or be arranged.
  • FIG. 7 shows a method 200 for analyzing a medium 104 'using the spectrometric measuring apparatus 100 as a flow chart, the method comprising the steps of arranging 201 the medium 104' in the receiving apparatus
  • the radiation component 101 1 "couples into the optical waveguide 1031 after passing through the medium 104 'and is guided by the optical waveguide 1031 for detection 203 into the detection unit 101 1.
  • the medium 104' can be arranged, for example, in a vessel 104" and into the opening 102 "of the holding structure 102. Detecting 203 of the radiation component 101 1" can be carried out in the detection unit 101 1 as described above. in the
  • a detection signal 203 ' is evaluated, which comprises the spectrometric data, the detection signal 203' resulting from the detection 203 of the radiation component 101 1
  • the spectrometric data can comprise, for example, a spectrum or sections of a spectrum the spectrometric data one Intensity curve, which is plotted over the wavelength, the time or the location, or a course of an electrical signal.
  • Detection signal 203 ' may include, for example, an electrical signal.
  • spectral information can be determined from the detection signal 203 'by means of a computer algorithm and reference data stored in a memory, for example reference spectra or spectral excerpts.
  • the spectral evaluation 204 can take place in the miniature spectrometer 101, in the mobile terminal 108 and / or in an evaluation unit, for example a cloud, arranged externally with respect to the miniature spectrometer 101.
  • the result of the spectral evaluation 204 can be output to a user, for example in the form of an optical, haptic or acoustic output.
  • the result of the spectral evaluation 204 i.
  • a spectral information of the medium 104 ' may be, for example, information about a chemical composition of the medium 104', a presence and / or a concentration of at least one chemical in the medium 104 'or an identification of the medium 104'.
  • Recording device 102 the dimension of the opening 102 "set 2010, wherein the setting 2010 in dependence of a dimension of the medium 104 'or a vessel 104", in which the medium 104' is arranged takes place.
  • the placing 201 of the medium 104 'in the receiving device 102 can be done for example by a user.
  • the user For example, the
  • spectrometric measuring device 100 are at least partially immersed in the medium 104 'or the medium 104' can be introduced into the vessel 104 "and the vessel 104" can be introduced into the receiving device 102 together with the medium.
  • the spectrometric measuring device 100 can be arranged on the vessel 104 "The control of the spectrometric measuring device 100 can take place via a smartphone plugged into the recording device 102 as a control module or a separate control module, which can comprise a screen, for example Start a measurement via the control module and / or adjust the dimension of the opening 102 "as described above to the vessel 104" or the medium 104 '.
  • an app can be installed on the smartphone, wherein the app performs an implementation of the method 200 for analyzing the medium 104 " Use of the spectrometric measuring device 100 can enable. Furthermore, the app may provide clues to the user to assist him in performing the method 200.
  • the following liquids can be examined.
  • the liquids may be disposed in vessels 104 "which may be introduced into the spectrometric measuring device 100, the medium 104 'may be introduced into the spectrometric measuring device 100 or the spectrometric measuring device 100 may be immersed in the liquids.”
  • Vessels 104 are preferably at least partially transparent in the range of the electromagnetic radiation 1010 'used. For example, a ratio of ethanol to methanol in a liquid, origin and / or purity of olive oils, quality and / or ingredients of wines or sparkling wines, sugar content and / or ingredients of fruit juices, or contamination of water can be determined.

Abstract

Die Erfindung betriffteine spektrometrische Messvorrichtung (100), welche zur Erfassung spektrometrischer Daten von Festkörpern und Fluiden eingerichtet ist, umfassend eine Aufnahmevorrichtung (102), welche dazu eingerichtet ist, ein zu untersuchendes Medium (104') aufzunehmen, wobei ein Miniaturspektrometer (101) zur Erfassung der spektrometrischen Daten des Mediums (104') eingerichtet ist, wobei das Miniaturspektrometer (101) - eine Beleuchtungseinheit (1010) umfasst, welche dazu eingerichtet ist, das Medium (104') mit einer elektromagnetischen Strahlung (1010') zu bestrahlen und - eine Detektionseinheit (1011) umfasst,welche dazu eingerichtet ist, einen aus Richtung des Mediums (104') kommenden Strahlungsanteil (1011") der elektromagnetischen Strahlung (1010') zu detektieren, wobei - das Miniaturspektrometer (101), umfassend die Beleuchtungseinheit (1010) und die Detektionseinheit (1011),an einer ersten Seite (1021) der Aufnahmevorrichtung(102) angeordnet ist und - an einer der ersten Seite (1021) gegenüberliegenden zweiten Seite (1022) der Aufnahmevorrichtung (102) eine Einkoppelstruktur (1030) angeordnet ist, welche dazu eingerichtet ist, zumindest den Strahlungsanteil (1011") der von der Beleuchtungseinheit (1010) kommenden elektromagnetischen Strahlung (1010') in einen Lichtwellenleiter (1031) einzukoppeln, wobei der Lichtwellenleiter (1031) dazu eingerichtet ist, den Strahlungsanteil (1011") von der zweiten Seite (1022) zur Detektionseinheit (1011) auf der ersten Seite (1021) zu leiten.

Description

Beschreibung
Titel
Spektrometrische Messvorrichtung und Verfahren zur Analyse eines Mediums unter Verwendung einer spektrometrischen Messvorrichtung
Stand der Technik
In US 5909280 A ist ein Mikrospektrometer beschrieben, welches eine monolithisch integrierte Lichtquelle und einen monolithisch integrierten Detektor umfasst. Das Mikrospektrometer wird als Teil eines Sensorsystems verwendet, welches dazu geeignet ist sowohl Festkörper als auch Flüssigkeiten zu untersuchen. Das
Mikrospektrometer umfasst ein Fabry-Perot Interferometer als spektrales Element und eine Kammer, in die das zu untersuchende Medium über einen Kanal eingelassen werden kann. Die Lichtquelle und der Detektor sind auf einander gegenüberliegenden Seiten der Kammer angeordnet.
Kern und Vorteile der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine spektrometrische Messvorrichtung, ein Verfahren zur Analyse eines Mediums unter Verwendung einer spektrometrischen
Messvorrichtung und ein Computerprogrammprodukt.
Spektrale Informationen eines Mediums können aus einer vom Medium
kommenden elektromagnetischen Strahlung, beispielsweise aus einer von dem Medium emittierten, reflektierten, transmittierten und/ oder gestreuten
elektromagnetischen Strahlung, gewonnen werden, indem diese
elektromagnetische Strahlung beispielsweise von einem Spektrometer
aufgenommen und ausgewertet wird. Ein spektrales Element, wie beispielsweise ein Gitterspektrometer, Fabry-Perot Interferometer, Transmissionsfilter/ Lineare Variable Filter oder Fourier-Transformations-Spektrometer, kann hierbei zwischen einer Lichtquelle und dem zu untersuchenden Medium und/oder zwischen dem Medium und einem Detektor angeordnet sein. Zur Erfassung spektrometrischer Daten des zu untersuchenden Mediums kann unter anderem eine Transmissionsmessung oder eine Reflexionsmessung durchgeführt werden. Bei Transmissionsmessungen wird elektromagnetische Strahlung von dem zu untersuchenden Medium transmittiert, wobei die transmittierte
elektromagnetische Strahlung spektrale Informationen über das Medium aufweist. Die transmittierte elektromagnetische Strahlung kann
wellenlängenselektiv detektiert werden und Aufschluss über die spektrale Zusammensetzung des Mediums geben. Bei Reflexionsmessungen wird elektromagnetische Strahlung von dem zu untersuchenden Medium reflektiert, wobei die reflektierte elektromagnetische Strahlung spektrale Informationen über das Medium aufweist. Die reflektierte elektromagnetische Strahlung kann wellenlängenselektiv detektiert werden und Aufschluss über die spektrale Zusammensetzung des Mediums geben.
Fluide, d.h. Flüssigkeiten, Gase und Mischungen von Flüssigkeiten und Gasen, reflektieren zum Teil nur einen geringen Teil einer auf das Fluid auftreffenden elektromagnetischen Strahlung, ein größerer Anteil der auf das Fluid
auftreffenden elektromagnetischen Strahlung wird von dem Fluid transmittiert. Es wird somit nur ein kleiner Teil der elektromagnetischen Strahlung, welche spektrale Informationen über das Medium umfasst, reflektiert.
Ein Vorteil der Erfindung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche ist, dass spektrale Informationen sowohl von Festkörpern als auch von Fluiden mit einer hohen Signalstärke und somit mit einer hohen Genauigkeit und
Zuverlässigkeit erfasst werden können. Dadurch kann die Zuverlässigkeit einer spektralen Analyse des Mediums erhöht werden und die
Anwendungsmöglichkeiten der spektrometrische Messvorrichtung erweitert werden. Des Weiteren weist die spektrometrische Messvorrichtung eine verbesserte mechanische und messtechnische Robustheit auf.
Dies wird erreicht mit einer spektrometrischen Messvorrichtung, welche zur Erfassung spektrometrischer Daten sowohl von Festkörpern als auch von Fluiden eingerichtet ist, umfassend eine Aufnahmevorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, ein zu untersuchendes Medium aufzunehmen.„Aufnehmen" bedeutet hierbei, dass das Medium beispielsweise in der Aufnahmevorrichtung angeordnet werden kann oder in die Aufnahmevorrichtung eingebracht werden kann. Ein
Miniaturspektrometer, welches zur Erfassung der spektrometrischen Daten des
Mediums eingerichtet ist, umfasst eine Beleuchtungseinheit, welche dazu eingerichtet ist, das Medium mit einer elektromagnetischen Strahlung zu bestrahlen und einer Detektionseinheit, welche dazu eingerichtet ist, einen aus Richtung des Mediums kommenden Strahlungsanteil der elektromagnetischen Strahlung zu detektieren. Die spektrometrische Messvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Miniaturspektrometer an einer ersten Seite der
Aufnahmevorrichtung angeordnet ist und dass an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der Aufnahmevorrichtung eine
Einkoppelstruktur angeordnet ist. Die Einkoppelstruktur ist dazu eingerichtet, zumindest einen Strahlungsanteil der von der Beleuchtungseinheit kommenden elektromagnetischen Strahlung in einen Lichtwellenleiter einzukoppeln, wobei der Lichtwellenleiter dazu eingerichtet ist, den Strahlungsanteil von der zweiten Seite zur Detektionseinheit zu leiten, wobei die Detektionseinheit auf der ersten Seite angeordnet ist. Ein Vorteil ist, dass selbst bei unerwünschten Änderungen der Messgeometrie, wobei die Messgeometrie eine Anordnung des
Miniaturspektrometers relativ zur Einkoppelstruktur umfasst, noch zuverlässig spektrometrische Daten erfasst werden können. Die spektrometrische
Messvorrichtung ist robust gegenüber Änderungen der Messgeometrie. Ein weiterer Vorteil ist, dass die spektrometrische Messvorrichtung eine
reproduzierbare Messgeometrie bereitstellt. Insbesondere sind der Abstand zwischen Miniaturspektrometer und Einkoppelstruktur sowie eine Ausrichtung des Miniaturspektrometer und der Einkoppelstruktur relativ zueinander durch die spektrometrische Messvorrichtung vorgegeben. Somit können Messfehler, beispielsweise aufgrund einer fehlerhaften Ausrichtung des
Miniaturspektrometers relativ zur Einkoppelstruktur, vermieden bzw. reduziert werden und dadurch die Zuverlässigkeit der erfassten spektrometrischen Daten erhöht werden. Dadurch kann es auch einem ungeübten oder ungeschulten Benutzer auf einfache Weise ermöglicht werden, eine zuverlässige,
aussagekräftige spektrometrische Messung durchzuführen. Ein weiterer Vorteil ist, dass unerwünschte Messartefakte durch geschickte Wahl der Messgeometrie unterdrückt werden können. Messartefakte können beispielswiese dann entstehen, wenn das Spektrometer in einem für die Messung ungünstigen Winkel relativ zur Probe gehalten wird. Beispielsweise kann durch eine ungünstige Relativausrichtung zwischen Miniaturspektrometer und Probe nur ein geringer Anteil der zu detektierenden elektromagnetischen Strahlung in das
Miniaturspektrometer eintreten, sodass ein großer Anteil des Signals verloren geht oder es wird hauptsächlich nur direkte Reflexion detektiert, welche keine Informationen über das Innere der Probe umfasst. Eine geschickte
Messgeometrie zeichnet sich hier dadurch aus, dass viel diffuse
elektromagnetische Strahlung aber möglichst keine direkte Reflexion in das
Miniaturspektrometer gelangt.
In einer Ausführungsform umfasst die Aufnahmevorrichtung eine Haltestruktur mit einer Öffnung. Ein Vorteil ist, dass die Haltestruktur einen Bereich definiert, in welchem das Medium zur Erfassung der spektrometrischen Daten des Mediums angeordnet werden kann. Die Haltestruktur kann beispielsweise eine kreisförmige Öffnung umschließen. Beispielsweise kann die Haltestruktur ringförmig ausgebildet sein. Alternativ oder ergänzend kann die Öffnung rechteckig, mehreckig, etc. ausgebildet sein oder eine beliebige Form aufweisen.
Vorteilhafterweise kann beispielsweise ein Gefäß, in welchem das Medium angeordnet ist, in die Öffnung eingebracht werden. Die Haltestruktur kann das Gefäß und somit das Medium im Strahlengang zwischen dem
Miniaturspektrometer und der Einkoppelstruktur halten. Ein weiterer Vorteil ist, dass ein einfaches Einbringen des Mediums in die spektrometrische
Messvorrichtung und ein einfaches Herausnehmen des Mediums aus der spektrometrischen Messvorrichtung durch den Benutzer ermöglicht werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die spektrometrische
Messvorrichtung das Miniaturspektrometer und das Miniaturspektrometer kann in die Haltestruktur integriert sein. Ein Vorteil ist, dass das Miniaturspektrometer zuverlässig in einem bekannten Abstand und in einer bekannten Ausrichtung relativ zur Einkoppelstruktur gehalten werden kann, sodass beispielsweise Anwendungsfehler durch einen Benutzer, wie beispielsweise Aufsetzen des Miniaturspektrometers an einer für die Erfassung der spektrometrischen Daten ungeeigneten Position, reduziert werden können. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Aufnahmevorrichtung eine Positioniereinrichtung aufweisen. Beispielsweise kann die Haltestruktur die Positioniereinrichtung aufweisen. Die Positioniereinrichtung ist dazu eingerichtet, das Miniaturspektrometer an der ersten Seite der Aufnahmevorrichtung zu positionieren und den Lichtwellenleiter mit der Detektionseinheit derart zu verbinden, dass der im Lichtwellenleiter geführte Strahlungsanteil der elektromagnetischen Strahlung in die Detektionseinheit geführt wird.
Vorteilhafterweise können somit Anwendungsfehler durch einen Benutzer, wie beispielsweise das Aufsetzen des Miniaturspektrometers an einer für die
Erfassung der spektrometrischen Daten ungeeigneten Position, reduziert bzw. vermieden werden. Beispielsweise kann das Miniaturspektrometer als mobiles Endgerät ausgeführt sein, welches an der ersten Seite der spektrometrischen Messvorrichtung aufgesetzt werden kann. Die Positioniereinrichtung kann beispielsweise eine Markierung, eine Vertiefung, einen Vorsprung, etc. oder eine
Kombination davon umfassen, die dem Benutzer das Anordnen des
Miniaturspektrometers erleichtern kann. Die Positioniereinrichtung kann des Weiteren dazu eingerichtet sein, dass Miniaturspektrometer an der
Aufnahmevorrichtung zu befestigen. Ein Vorteil ist, dass somit während der Messung ein Verändern der Position des Miniaturspektrometers relativ zur
Einkoppelstruktur vermieden werden kann und somit die Zuverlässigkeit der Messergebnisse erhöht werden kann.
In einer Ausführungsform umfasst das Medium ein Fluid in einem Gefäß oder einen Festkörper in einem Gefäß, wobei die Öffnung dazu eingerichtet ist, das
Gefäß im Strahlengang des Miniaturspektrometers zwischen der ersten Seite und der zweiten Seite aufzunehmen. Festkörper können beispielsweise Pulver, Granulate, etc. oder Mischungen derselben umfassen. Fluide können
beispielsweise Flüssigkeiten, Gase, etc. oder Mischungen derselben umfassen. Des Weiteren kann das Medium eine Mischung von Festkörpern und Fluiden umfassen. Ein Vorteil ist, dass das Gefäß ein einfaches Einbringen und
Herausnehmen des Mediums in bzw. aus der Aufnahmevorrichtung ermöglicht. Des Weiteren kann somit verhindert werden, dass die spektrometrische
Messvorrichtung und das Medium in direkten Kontakt miteinander kommen und ein Verschmutzen der spektrometrischen Messvorrichtung vermieden werden. Dadurch können mehrere Messungen verschiedener Medien mit einer hohen Zuverlässigkeit ohne gegenseitige Beeinflussung nacheinander ausgeführt werden. Eine Abmessung der Öffnung kann in einer Ausführungsform anpassbar sein. Die
Abmessung kann beispielsweise einen Durchmesser, einen Umfang, eine Länge, eine Höhe, eine Breite, etc. der Öffnung umfassen. Beispielsweise kann eine der Öffnung zugewandte Fläche der Haltestruktur zumindest abschnittsweise mit einem flexiblen und/oder elastischen Material bedeckt sein. Dabei wird darauf geachtet, dass der optische Strahlweg justiert bleibt.
Alternativ oder ergänzend kann auf der der Öffnung zugewandten Innenfläche der Haltestruktur zumindest abschnittsweise eine lamellenartige Struktur angeordnet sein, wobei die Abmessung der Öffnung von einer Einstellung der lamellenartigen Struktur abhängt. Eine lamellenartige Struktur kann beispielsweise mindestens ein erstes bewegliches Lamellenelement umfassen, wobei ein erster Bereich des beweglichen Lamellenelements fest mit der Haltestruktur verbunden ist und ein zweiter Bereich des beweglichen Lamellenelements einen verstellbaren Winkel zur Haltestruktur aufweist. Durch Verändern des verstellbaren Winkels kann die Öffnung verkleinert oder vergrößert werden. Ein Vorteil ist, dass somit die
Öffnung an das Medium bzw. an das Gefäß, in welchem das Medium angeordnet ist, angepasst werden kann, sodass das Medium bzw. das Gefäß sicher und fest im Strahlengang zwischen dem Miniaturspektrometer und der Einkoppelstruktur gehalten werden kann.
Die Einstellung der lamellenartigen Struktur kann beispielsweise mittels
Schrittmotoren erfolgen, welche von der spektrometrischen Messvorrichtung umfasst werden. Beispielsweise kann der Schrittmotor den verstellbaren Winkel einstellen. Ein Vorteil ist, dass die Abmessung der Öffnung an das Medium bzw. an das Gefäß angepasst werden kann.
In einer Ausführungsform können die Einkoppelstruktur und der Lichtwellenleiter in die Haltestruktur integriert sein. D.h., die Einkoppelstruktur und/oder der Lichtwellenleiter können zumindest teilweise oder vollständig in die Haltestruktur eingebettet sein oder an der Haltestruktur angeordnet sein. Ein Vorteil ist, dass die spektrometrische Messvorrichtung somit einen kompakten Aufbau und eine mechanische und messtechnische Robustheit aufweist.
Im Strahlengang zwischen der Beleuchtungseinheit und der Aufnahmevorrichtung kann in einer Ausführungsform ein Diffusor angeordnet oder anordenbar sein. Der Diffusor kann eine näherungsweise homogene Ausleuchtung des Mediums ermöglichen. Beispielsweise kann hierfür ein gerichteter Diffusor verwendet werden. Ein Vorteil ist, dass somit die Zuverlässigkeit der spektrometrischen Daten erhöht werden kann. Alternativ oder ergänzend kann eine über einen breiten Winkelbereich abstrahlende Lichtquelle, welche von der
Beleuchtungseinheit umfasst wird, zur Bestrahlung des Mediums verwendet werden.
Ein spektrales Element kann in einer Ausführungsform im Strahlengang zwischen der Beleuchtungseinheit und der Aufnahmevorrichtung angeordnet oder anordenbar sein und/oder von der Detektionseinheit umfasst werden. Das spektrale Element ermöglicht eine wellenlängenselektive Messung des
Strahlungsanteils.
Ein Verfahren zur Analyse des Mediums, wobei das Medium sowohl ein
Festkörper als auch eine Flüssigkeit sein kann, unter Verwendung der
spektrometrischen Messvorrichtung, umfasst die Schritte:
• Anordnen des Mediums in der Aufnahmevorrichtung der
spektrometrischen Messvorrichtung,
• Bestrahlen des Mediums mit der elektromagnetischen Strahlung,
• Detektieren des aus Richtung des Mediums kommenden
Strahlungsanteils und
• spektrale Auswertung des aus Richtung des Mediums kommenden
Strahlungsanteils zur Analyse des Mediums.
Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Strahlungsanteil nach einem Durchlaufen des Mediums in den Lichtwellenleiter einkoppelt und zum
Detektieren in die Detektionseinheit geführt wird. Ein Vorteil ist, dass mit diesem Verfahren sowohl Festkörper als auch Fluide spektrometrisch untersucht werden können. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Analyse des Mediums nur in geringem Maße von der Messgeometrie abhängt und somit die Analyse des Mediums mit einer hohen Zuverlässigkeit erfolgen kann.
In einer Ausführungsform kann im Schritt des Anordnens des Mediums in der Aufnahmevorrichtung die Abmessung der Öffnung eingestellt werden, wobei die
Einstellung in Abhängigkeit von einer Abmessung des Mediums bzw. des
Gefäßes erfolgt. Ein Vorteil ist, dass somit das Medium für die Messung sicher und fest in der Öffnung angeordnet werden kann. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Gleiche
Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Elemente.
Es zeigen
Fig. 1 eine Aufsicht einer spektrometrischen Messvorrichtung in einem
Querschnitt gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 eine Seitenansicht einer spektrometrischen Messvorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel, welche an einem Gefäß, in welchem ein Medium
eingebracht ist, angeordnet ist,
Fig. 3 einen Ausschnitt einer Aufsicht auf eine spektrometrische Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, an der ein mobiles Endgerät angeordnet ist, Fig. 4 einen Ausschnitt eine Aufsicht auf eine spektrometrische Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, welche ein Miniaturspektrometer umfasst, Fig. 5 einen Ausschnitt einer Aufsicht auf eine spektrometrische Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, wobei in einer Öffnung eine Haltestruktur eine lamellenartige Struktur angeordnet ist,
Fig. 6 eine Aufsicht einer spektrometrischen Messvorrichtung in einem
Querschnitt gemäß einem Ausführungsbeispiel, wobei ein Diffusor im
Strahlengang angeordnet ist,
Fig. 7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Analyse eines Mediums gemäß einem Ausführungsbeispiel und Fig.8 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Analyse eines Mediums gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
Ausführungsbeispiele der Erfindung
In Fig. 1 ist eine Aufsicht auf eine spektrometrische Messvorrichtung 100 in einem Querschnitt dargestellt. Die spektrometrische Messvorrichtung 100 ist zur Erfassung spektrometrischer Daten von Festkörpern und Fluiden eingerichtet. In Fig. 1 ist eine Aufnahmevorrichtung 102 dazu eingerichtet, ein zu untersuchendes Medium 104' aufzunehmen. Die Aufnahmevorrichtung 102 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel eine Haltestruktur 102' mit einer Öffnung 102". In der Öffnung 102" kann das Medium 104' oder ein Gefäß 104" angeordnet werden, in welchem das Medium 104' angeordnet ist. Unter einer Öffnung 102" kann beispielsweise eine Vertiefung in der Haltestruktur 102' oder ein durch die Haltestruktur 102' durchgehendes Loch verstanden werden. Beispielsweise kann das Medium 104' ein Pulver, ein Granulat, eine Flüssigkeit, ein Gas oder eine Mischform der zuvor genannten umfassen. Das Gefäß 104" kann beispielsweise eine Flasche, ein Reagenzglas oder ein anderes zur Aufnahme des Mediums 104' geeignetes Gefäß 104" sein. Es ist jedoch nicht erforderlich, dass das Medium 104' in einem Gefäß 104" angeordnet ist, die spektrometrische Messvorrichtung 100 kann beispielsweise in das Medium 104' zumindest teilweise eingetaucht oder eingebracht werden, sodass das Medium 104' in die Öffnung 102" gelangen kann. In Fig. 1 ist die Haltestruktur 102' im Bereich der Öffnung 102" ringförmig ausgebildet. Die Haltestruktur 102' kann beispielsweise aus einem für die von einer Beleuchtungseinheit 1010 kommende elektromagnetische Strahlung 1010' transparenten Material ausgebildet sein. Die Öffnung 102" weist hier einen kreisförmigen Querschnitt auf. Beispielsweise kann der Durchmesser der Öffnung im Bereich von 1 Zentimeter (cm) bis 15 cm liegen, wobei die Durchmesser von 1 cm und 15 cm inbegriffen sind, oder kleiner als 1 cm und/oder größer als 15 cm sein. Die Öffnung 102" ist nicht auf einen kreisförmigen Querschnitt beschränkt, sondern kann beispielsweise auch rechteckig, elliptisch oder andersartig geformt sein.
Beispielsweise kann die Öffnung 102" an das für die Messung verwendete Gefäß 104" angepasst sein. Mögliche Abmessungen der Öffnung 102" liegen im Bereich von einigen Zentimetern. Die Öffnung 102" ist beispielsweise dazu eingerichtet Flaschen, Reagenzgläser, Küvetten, etc. aufzunehmen. Die Haltestruktur kann beispielsweise aus einem Kunststoff ausgebildet sein. An einer ersten Seite 1021 der Aufnahmevorrichtung 102 ist ein Miniaturspektrometer 101 angeordnet. Das Miniaturspektrometer 101 ist ein Spektrometer, welches
Abmessungen im Zentimeterbereich, insbesondere im Bereich von weniger als 10 cm und mehr als 1 cm oder darunter aufweist. Beispielsweise ist das Mikrospektrometer größer als 1 cm3 und kleiner als 1000 cm3. Alternativ oder ergänzend kann das
Mikrospektrometer auch kleiner als 1 cm3 und größer als 0,01 cm3 sein. Alternativ oder ergänzend kann das Mikrospektrometer auch kleiner als 100 cm3 und größer als 0,01 cm3 sein. Das Miniaturspektrometer 101 ist dazu eingerichtet, Strahlungseigenschaften in Abhängigkeit der Wellenlänge des detektierten elektromagnetischen
Strahlungsanteils 101 1 " zu messen. Das Miniaturspektrometer 101 umfasst eine Beleuchtungseinheit 1010, welche dazu eingerichtet ist, das Medium 104' mit der elektromagnetischen Strahlung 1010' zu bestrahlen. Des Weiteren umfasst das Miniaturspektrometer 101 eine Detektionseinheit 101 1 , welche dazu eingerichtet ist den aus Richtung des Mediums kommenden Strahlungsanteil 101 1 " der
elektromagnetischen Strahlung 1010' zu detektieren. Die Beleuchtungseinheit 1010 und die Detektionseinheit 101 1 können beispielsweise in einem Gehäuse angeordnet sein. Das Miniaturspektrometer 101 ist in Fig. 1 auf einer von der Öffnung 102" abgewandten Außenfläche 1023 der Haltestruktur 102' angeordnet. Das
Miniaturspektrometer 101 kann hierbei fest in die Haltestruktur 102' integriert sein und somit von der spektrometrischen Messvorrichtung 100 umfasst sein. Alternativ oder ergänzend kann das Miniaturspektrometer 101 auf die Haltestruktur 102' aufgesetzt oder abnehmbar an der Haltestruktur 102' angeordnet sein. Die Beleuchtungseinheit 1010 kann eine Lichtquelle umfassen. Die Lichtquelle kann beispielsweise eine Glühlampe, ein thermischer Emitter, ein Laser, eine oder mehrere Leuchtdioden (LED),
LEDs mit Phosphorbeschichtung, Plasmastrahlungsquellen, etc. umfassen. Die Beleuchtungseinheit 1010 und/oder die Detektionseinheit 101 1 können ein spektrales Element umfassen. Das spektrale Element kann beispielsweise ein Fabry-Perot Interferometer, ein Gitterspektrometer, ein Transmissionsfilter ein statisches oder bewegliches Fourier- Transformationsspektrometer oder einen anderen
wellenlängenselektiven Filter umfassen. Die Detektionseinheit 101 1 kann ein
Detektorelement oder ein Detektorarray, welches mehrere Detektorelemente umfasst, umfassen. Als Detektorelement kann ein Strahlungssensor beispielsweise basierend auf Silizium (Si), Germanium (Ge), Germanium auf Silizium, Indium-Gallium-Arsenid (InGaAs), Bleiselenit (PbSe) verwendet werden. Als Strahlungssensoren eignen sich beispielsweise auch Fotodioden oder Bolometer. Strahlungssensoren können in Abhängigkeit einer Eigenschaft der auf den Strahlungssensor auftreffenden elektromagnetischen Strahlung ein elektrisches Signal ausgeben, welches ein Maß für die Strahlungseigenschaft ist. Strahlungssensoren können beispielsweise eine Intensität oder eine Energieflussdichte des Strahlungsanteils 101 1 " messen.
An einer der ersten Seite 1021 gegenüberliegenden zweiten Seite 1022 der
Aufnahmevorrichtung 102 ist eine Einkoppelstruktur 1030 angeordnet. Die
Einkoppelstruktur 1030 ist dazu eingerichtet, zumindest einen Teil (101 1 ") der von der Beleuchtungseinheit 1010 kommenden elektromagnetischen Strahlung 1010' in einen
Lichtwellenleiter 1031 einzukoppeln. Der Lichtwellenleiter 1031 ist dazu eingerichtet den eingekoppelten Strahlungsanteil 101 1 " von der zweiten Seite 1022 zur
Detektionseinheit 101 1 auf der ersten Seite 1021 zu leiten. In Fig. 1 ist der
Lichtwellenleiter 1031 auf der Außenfläche 1023 der Haltestruktur 102' angeordnet. Alternativ oder ergänzend kann der Lichtwellenleiter 1031 zumindest teilweise oder vollständig in die Haltestruktur 102' eingebettet sein oder an einer der Öffnung 102" zugewandten Innenfläche 1024 der Haltestruktur 102' angeordnet sein. Der
Lichtwellenleiter 1031 ist derart mit der Detektionseinheit 101 1 verbunden, dass der im Lichtwellenleiter 1031 geführte Strahlungsanteil 101 1 " in die Detektionseinheit geführt werden kann und dort detektiert werden kann. Beispielsweise kann ein Multimoden-
Lichtwellenleiter als Lichtwellenleiter 1031 verwendet werden, dessen Durchmesser beispielsweise von einschließlich 50 bis einschließlich 1000 μηη betragen kann oder größer als 1000 μηη sein kann. Alterantiv oder ergänzend kann auch ein Bündel mehrerer Lichtwellenleiter als Lichtwelleneleiter 1031 verwendet werden. Der
Lichtwellenleiter 1031 kann beispielsweise aus Glas, dotiertem Glas, Kunststoffen wie
Polymer ausgebildet sein. Beispielsweise kann auch ein Hohlleiter als Lichtwellenleiter 1031 verwendet werden. Die Einkopplung in die Detektionseinheit erfolgt
beispielsweise mit einem fokussierenden Element zwischen Lichtwellenleiter 1031 und Detektionseinheit (z.B. Kollimationslinse oder eine direkt auf die Faser aufgeprägte Optik).
Das Medium 104' ist im Strahlengang des Miniaturspektrometers 101 zwischen der ersten Seite 1021 und der zweiten Seite 1022 angeordnet. Unter dem Strahlengang des Miniaturspektrometer das 101 wird der geometrische Verlauf der
elektromagnetischen Strahlung 1010', 101 1 " von der Beleuchtungseinheit 1010 zur Einkoppelstruktur 1030 und von der Einkoppelstruktur 1030 zur Detektionseinheit 101 1 verstanden. Die Länge eines Weges der elektromagnetischen Strahlung 1010' durch das Medium 104' kann durch Wahl eines Durchmessers der Öffnung 102"und/oder durch die Wahl einer Abmessung des Gefäßes 104" und damit einer Dicke des zu durchdringenden Mediums 104' eingestellt werden. In einem Ausführungsbeispiel weisen das Material, aus dem die Haltestruktur 102' ausgebildet ist und das Material, aus dem das Gefäß 104"ausgebildet ist, einen ähnlichen Brechungsindex auf. Dadurch können vorteilhafterweise Strahlungsverluste an der Grenzfläche zwischen
Haltestruktur 102' und Gefäß 104" reduziert oder vermieden werden. Des Weiteren kann die von der Beleuchtungseinheit 1010 kommende elektromagnetische Strahlung
1010' an die Form des Gefäßes 104" zur Vermeidung von Strahlungsverlusten angepasst werden. Dies kann beispielsweise durch geschickt gewählte Materialien und flexible optische Komponenten erreicht werden. Unter geschickt gewählten Materialien können beispielsweise luftfrei abschließende transparente und elastische Materialien verstanden werden. Flexible optische Komponenten sind beispielsweise motorisiert einstellbar oder elektrisch einstellbare Komponenten, wie beispielsweise Mikrospiegel, mittels derer eine Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Strahlung 1010', 101 1 " angepasst werden kann. Ein weiteres Beispiel für flexible optische
Komponenten sind beispielsweise diffraktive optische Elemente
In Fig. 2 ist eine Seitenansicht der spektrometrischen Messvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei die spektrometrische Messvorrichtung 100 an dem Gefäß 104" angeordnet ist. Das Gefäß 104" ist in die Öffnung 102" der Haltestruktur 102' eingebracht. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Gefäß 104" als Flasche ausgeführt, in der das Medium 104' angeordnet ist. Je nach Größe des
Gefäßes 104" kann die spektrometrische Messvorrichtung 100 beispielsweise auch am Flaschenhals angeordnet werden. Der Lichtwellenleiter 1031 ist hierbei auf der Außenfläche 1023 der Haltestruktur 102' angeordnet. Das Miniaturspektrometer 101 kann fest an der Haltestruktur 102' angeordnet sein oder als eigenständiges Gerät ausgebildet sein, welches an der Haltestruktur 102' anordenbar oder befestigbar ist. Alternativ oder ergänzend kann das
Miniaturspektrometer 101 in ein mobiles Endgerät 108, die beispielsweise ein
Smartphone, ein Spektrometerstick oder ein Handspektrometer, integriert sein, welches sich passgenau in die spektrometrische Messvorrichtung 100 einstecken lässt und/oder welches an einer vorgegebenen Position der Haltestruktur 102' anordenbar ist. In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, in welchem das mobile Endgerät 108, welches das Miniaturspektrometer 101 umfasst, mittels einer Positioniereinrichtung 107 an einer vorgegebenen Position der Haltestruktur 102' angeordnet werden kann. Die Haltestruktur 102' weist in Fig. 3 einen Vorsprung 107' auf, an welchem das mobile
Endgerät 108 angeordnet werden kann, sodass das Miniaturspektrometer 101 an der vorgegebenen Position, hier der ersten Seite 1021 der Haltestruktur 102', positioniert werden kann. Die vorgegebene Position ist derart gewählt, dass der Strahlungsanteil 101 1 " mittels der Einkoppelstruktur 1030 in den Lichtwellenleiter 1031 eingekoppelt werden kann.
In Fig. 4 ist die Positioniereinrichtung 107 als Vertiefung in der Haltestruktur 102' ausgebildet. Das Miniaturspektrometer 101 bzw. das mobile Endgerät 108, welches das Miniaturspektrometer 101 umfasst, kann passgenau in der Vertiefung 107" angeordnet werden und lässt sich somit an einer vorgegebenen Position der
Haltestruktur 102' anordnen. Dadurch kann ein Verrutschen des Miniaturspektrometers 101 vermieden werden. Das Miniaturspektrometer 101 kann auch fest mit der
Haltestruktur 102' verbunden werden, wobei es beispielsweise bei der Herstellung in die Vertiefung 107" eingesteckt und mit der Haltestruktur 102' verbunden wird.
Das mobile Endgerät 108 kann eine Recheneinheit, welche zur Verarbeitung von Signalen oder Daten eingerichtet ist, eine Speichereinheit, welche zum Speichern von Signalen oder Daten eingerichtet, eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen und/oder Ausgeben von Daten und eine Anzeigeeinheit, welche dazu eingerichtet ist Informationen und/oder Messergebnisse anzuzeigen, umfassen. Die Recheneinheit kann beispielsweise einen Prozessor oder einen Mikrocontroller umfassen. Die Kommunikationsschnittstelle kann dazu ausgebildet sein Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben. Beispielsweise kann das mobile Endgerät 108 ein Smartphone sein, in dessen Speichereinheit eine Software- Applikation (App) gespeichert werden kann oder wobei die App herunterladbar oder online verfügbar sein kann. Die App kann zur Durchführung einer Messung mittels der spektrometrischen Messvorrichtung 100 eingerichtet sein. Die Messergebnisse bzw. Ergebnisse einer spektrometrischen Auswertung der Messergebnisse können beispielsweise über eine Anzeigeeinheit des mobilen Endgeräts 108 an den Benutzer ausgegeben werden. Mögliche Anzeigeeinheiten sind beispielsweise Displays oder Lautsprecher mittels derer optische, haptische oder akustische Ausgaben erfolgen können.
In Fig. 5 ist das Miniaturspektrometer 101 beispielhaft als Teil der Haltestruktur 102' ausgebildet. Alternativ oder ergänzend kann das Miniaturspektrometer 101 auch separat oder als Teil eines mobilen Endgeräts wie vorstehend beschrieben ausgebildet sein. Die Haltestruktur 102' umschließt die Öffnung 102" hier ringförmig. Die
Haltestruktur 102' ist im Bereich der vorgegebenen Position unterbrochen, wobei das Miniaturspektrometer 101 im Bereich der vorgegebenen Position in die Haltestruktur 102' integriert ist. Zwischen Miniaturspektrometer 101 und dem Gefäß 104" ist hierbei kein Material der Haltestruktur 102' angeordnet. In Fig. 5 wird das Gefäß 104" von einer lamellenartigen Struktur 109 umschlossen, wobei die lamellenartige Struktur 109 auf einer der Öffnung 102" zugewandten Fläche der Haltestruktur 102', d.h. der Innenfläche 1024, angebracht ist. Eine Abmessung der Öffnung 102" ist in diesem Ausführungsbeispiel anpassbar. Durch das Anbringen der lamellenartigen Struktur 109 auf der Innenfläche 1024 kann beispielsweise ein Umfang, ein Durchmesser, einer Form, etc. der Öffnung 102" an eine Abmessung des Gefäß 104" angepasst werden. Somit ist ein einfaches Anordnen der spektrometrische Messvorrichtung 100 an dem Gefäß 104" möglich. Die lamellenartige Struktur 109 in Fig. 5 umfasst mehrere
Lamellenelemente 109'. Die Lamellenelemente 109' können beispielsweise als bewegliche Strukturelemente ausgebildet sein, welche in einem ersten Bereich fest mit der Haltestruktur 102' verbunden sind und welche einen zweiten Bereich aufweisen können, dessen Winkel 109" zur Haltestruktur 102' einstellbar ist. Die möglichen Bewegungsrichtungen der Lamellenelemente 109' sind in Fig. 5 beispielhaft durch gebogene Richtungspfeile an einem der Lamellenelemente 109' eingezeichnet. Die
Lamellenelemente 109' können beispielsweise aus einem elastischen Material ausgebildet sein. Beim Einführen des Gefäßes 104" in die Öffnung 102", können die Lamellenelemente 109' in Richtung Haltestruktur 102' angedrückt werden, sodass sich der Durchmesser der Öffnung 102" gegenüber dem Durchmesser der Öffnung 102" vor Einführen des Gefäßes 104" vergrößert. Die Abmessung der Öffnung 102" hängt somit von einer Einstellung der lamellenartigen Struktur 109 ab. In einem
Ausführungsbeispiel kann die lamellenartige Struktur 109 mithilfe von Schrittmotoren eingestellt werden. Alternativ oder ergänzend kann die Einstellung der lamellenartigen Struktur auch manuell erfolgen. Es kann beispielsweise der verstellbare Winkel 109" der Lamellenelemente 109' jeweils relativ zur Haltestruktur 102' eingestellt werden, sodass die Abmessung der Öffnung 102" möglichst genau an die Abmessung des Gefäßes 104" angepasst werden kann. Die Schrittmotoren der Lamellenelemente 109' können mittels einer Steuereinheit angesteuert werden, wobei die Steuereinheit in das Miniaturspektrometer 101 oder bei Verwendung eines mobilen Endgeräts 108 mit Miniatirspektrometer 101 in das mobile Endgerät 108 integriert sein kann Die
Steuereinheit überträgt elektrische Signale an die Schrittmotoren, mithilfe derer die Winkel 109" eingestellt werden können. Die Bedienung der Steuereinheit durch einen Benutzer kann beispielsweise über einen Bildschirm erfolgen. Der Bildschirm kann beispielsweise als Touchscreen ausgeführt sein.
In Fig. 6 ist eine Aufsicht der spektrometrischen Messvorrichtung 100 in einem
Querschnitt gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Es ist ein Diffusor 1091 im Strahlengang des Miniaturspektrometers 101 angeordnet. In diesem
Ausführungsbeispiel ist die Positioniereinrichtung 107 als Vorsprung 107' ausgebildet, an welchem das Miniaturspektrometer 101 angeordnet ist, oder an welchem das mobiles Endgerät 108 anordenbar ist. Der Diffusor 1091 ist hier in die
Positioniereinrichtung integriert. Alternativ oder ergänzend kann der Diffusor 1091 in die Haltestruktur 102' oder in das Miniaturspektrometer 101 integriert sein. Die von der Beleuchtungseinheit 1010 kommende elektromagnetische Strahlung 1010' kann zunächst durch einer oder mehrerer optische Komponenten geformt werden, d.h. in diesem Ausführungsbeispiel, dass mithilfe des Diffusor 1091 die Winkelverteilung bzw. die Intensitätsverteilung der elektromagnetischen Strahlung 1010' homogenisiert werden kann und somit eine gleichmäßige Bestrahlung Mediums 104' ermöglicht werden kann. Hierfür kann beispielsweise ein gerichteter Diffusor 1091 verwendet werden. Alternativ oder ergänzend kann eine über einen breiten Winkelbereich abstrahlende Lichtquelle verwendet werden, welche von der Beleuchtungseinheit 1010 umfasst werden kann. In dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Medium 104' ohne Gefäß 104" in der Öffnung 102" angeordnet. Das Medium 104' kann auch, wie zuvor beschrieben, in einem Gefäß 104" angeordnet werden. Von der
Beleuchtungseinheit 1010 kommende elektromagnetische Strahlung 1010', welche durch den Diffusor 1091 geformt ist, tritt durch die Haltestruktur 102' in das Medium 104' ein und wird von dem Medium 104' zumindest teilweise transmittiert. Die transmittiert elektromagnetische Strahlung trifft auf die Einkoppelstruktur 1030 auf, welche auf der zweiten Seite 1022 der Haltestruktur 102' angeordnet ist. Die
Einkoppelstruktur 1030 koppelt den Strahlungsanteil 101 1 " in den Lichtwellenleiter 1031 ein. Der Strahlungsanteil 101 1 " wird von den Lichtwellenleiter 1031 in die Detektionseinheit 101 1 geführt und dort detektiert. Zwischen den Lichtwellenleiter 1031 und der Detektionseinheit 101 1 können optische Abbildungselemente, wie
beispielsweise optische Linsen/ Sammellinsen oder Lichtführungsoptiken 1032, angeordnet werden. Wie bereits zuvor beschrieben, können die Beleuchtungseinheit
1010 und/oder die Detektionseinheit 101 1 ein spektrales Element umfassen, um die Erfassung spektrometrischer Daten zu ermöglichen. Beispielsweise kann das spektrale Element zwischen der Beleuchtungseinheit 1010 und der Aufnahmevorrichtung 102 angeordnet sein.
Alternativ oder ergänzend kann in einem hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel im Strahlengang zwischen der Beleuchtungseinheit 1010 und der Aufnahmevorrichtung 102 ein Diffusor 1091 angeordnet oder anordenbar sein. Alternativ oder ergänzend kann in einem hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel im Strahlengang zwischen der Aufnahmevorrichtung 102 und der Detektionseinheit 101 1 ein optisches
Abbildungselement 1092 angeordnet oder anordenbar sein.
In Fig. 7 ist ein Verfahren 200 zur Analyse eines Mediums 104' unter Verwendung der spektrometrische Messvorrichtung 100 als Flussdiagramm dargestellt, wobei das Verfahren die Schritte Anordnen 201 des Mediums 104' in der Aufnahmevorrichtung
102 der spektrometrische Messvorrichtung 100, Bestrahlen 202 des Mediums 104' mit der elektromagnetischen Strahlung 1010', Detektieren 203 des aus Richtung des Mediums 104' kommenden Strahlungsanteils 101 1 " und spektrale Auswertung 204 des aus Richtung des Mediums kommenden Strahlungsanteils 101 1 " zur Analyse des Mediums 104' umfasst. Der Strahlungsanteil 101 1 " koppelt nach einem Durchlaufen des Mediums 104' in den Lichtwellenleiter 1031 ein und wird vom Lichtwellenleiter 1031 zum Detektieren 203 in die Detektionseinheit 101 1 geführt. Das Medium 104' kann beispielsweise in einem Gefäß 104" angeordnet sein und in die Öffnung 102" der Haltestruktur 102' eingebracht werden. Das Detektieren 203 des Strahlungsanteils 101 1 " kann wie vorstehend beschrieben in der Detektionseinheit 101 1 erfolgen. Im
Schritt der spektralen Auswertung 204 wird ein Detektionssignal 203' ausgewertet, welches die spektrometrischen Daten umfasst, wobei sich das Detektionssignal 203' aus dem Detektieren 203 des Strahlungsanteils 101 1 " ergibt. Die spektrometrischen Daten können beispielsweise ein Spektrum oder Ausschnitte eines Spektrums umfassen. Beispielsweise können die spektrometrischen Daten einen Intensitätsverlauf, welcher über die Wellenlänge, die Zeit oder über den Ort aufgetragen ist, oder einen Verlauf eines elektrischen Signals umfassen. Das
Detektionssignal 203' kann beispielsweise ein elektrisches Signal umfassen.
Beispielsweise können spektrale Informationen mittels eines Computeralgorithmus und in einem Speicher hinterlegten Referenzdaten, beispielsweise Referenzspektren oder - spektrenausschnitte, aus dem Detektionssignal 203' ermittelt werden. Die spektrale Auswertung 204 kann im Miniaturspektrometer 101 , in dem mobilen Endgerät 108 und/oder in einer bezüglich des Miniaturspektrometers 101 extern angeordneten Auswerteeinheit, beispielsweise einer Cloud, erfolgen. Das Ergebnis der spektralen Auswertung 204 kann an einen Benutzer, beispielsweise in Form einer optischen, haptischen oder akustischen Ausgabe, ausgegeben werden. Das Ergebnis der spektralen Auswertung 204, d.h. eine spektrale Information des Mediums 104', kann beispielsweise eine Information über eine chemische Zusammensetzung des Mediums 104', ein Vorhandensein und/oder eine Konzentration mindestens eines chemischen Stoffs im Medium 104' oder eine Identifizierung des Mediums 104' sein.
In Fig. 8 wird im Schritt des Anordnens 201 des Mediums 104' in der
Aufnahmevorrichtung 102 die Abmessung der Öffnung 102" eingestellt 2010, wobei die Einstellung 2010 in Abhängigkeit einer Abmessung des Mediums 104' oder eines Gefäßes 104", in welchem das Medium 104' angeordnet ist, erfolgt.
Das Anordnen 201 des Mediums 104' in der Aufnahmevorrichtung 102 kann beispielsweise durch einen Benutzer erfolgen. Beispielsweise kann die
spektrometrische Messvorrichtung 100 zumindest teilweise in das Medium 104' eingetaucht werden oder es kann das Medium 104' in das Gefäß 104" eingebracht werden und das Gefäß 104" mit dem Medium in die Aufnahmevorrichtung 102 eingebracht werden. Hierzu kann beispielsweise die spektrometrische Messvorrichtung 100 an dem Gefäß 104" angeordnet werden. Die Ansteuerung der spektrometrischen Messvorrichtung 100 kann über ein in die Aufnahmevorrichtung 102 eingestecktes Smartphone als Steuermodul oder ein separates Steuermodul, welches beispielsweise einen Bildschirm umfassen kann, erfolgen. Beispielsweise kann der Benutzer einem Messung über das Steuermodul starten und/oder die Abmessung der Öffnung 102" wie vorstehend beschrieben an das Gefäß 104" oder das Medium 104' anpassen.
Beispielsweise kann eine App auf dem Smartphone installiert werden, wobei die App eine Durchführung des Verfahrens 200 zur Analyse des Mediums 104" unter Verwendung der spektrometrische Messvorrichtung 100 ermöglichen kann. Des Weiteren kann die App dem Benutzer Hinweise anzeigen, um ihn bei der Durchführung des Verfahrens 200 zu unterstützen.
Mit der spektrometrische Messvorrichtung 100 bzw. dem Verfahren 200 zur Analyse des Mediums 104' können beispielsweise die nachfolgend genannten Flüssigkeiten untersucht werden. Die Flüssigkeiten können in Gefäßen 104" angeordnet sein, welche in die spektrometrische Messvorrichtung 100 eingebracht werden können, das Medium 104' kann in die spektrometrische Messvorrichtung 100 eingebracht werden oder die spektrometrische Messvorrichtung 100 kann in die Flüssigkeiten eingetaucht werden. Gefäße 104" sind vorzugsweise zumindest teilweise transparent im Bereich der verwendeten elektromagnetischen Strahlung 1010'. Beispielsweise können ein Verhältnis von Ethanol zu Methanol in einer Flüssigkeit, eine Herkunft und/oder Reinheit von Olivenölen, eine Qualität und/oder Inhaltsstoffe von Weinen oder Schaumweinen, ein Zuckergehalt und/oder Inhaltsstoffe von Fruchtsäften oder eine Verschmutzung von Wasser bestimmt werden.

Claims

Ansprüche
1 . Spektrometrische Messvorrichtung (100), welche zur Erfassung spektrometrischer Daten von Festkörpern und Fluiden eingerichtet ist, umfassend eine
Aufnahmevorrichtung (102), welche dazu eingerichtet ist, ein zu untersuchendes Medium (104') aufzunehmen, wobei ein Miniaturspektrometer (101 ) zur Erfassung der spektrometrischen Daten des Mediums (104') eingerichtet ist, wobei das
Miniaturspektrometer (101 )
• eine Beleuchtungseinheit (1010) umfasst, welche dazu eingerichtet ist, das Medium (104') mit einer elektromagnetischen Strahlung (1010') zu bestrahlen und
• eine Detektionseinheit (101 1 ) umfasst, welche dazu eingerichtet ist, einen aus Richtung des Mediums (104') kommenden Strahlungsanteil (101 1 ") der elektromagnetischen Strahlung (1010') zu detektieren,
dadurch gekennzeichnet, dass
• das Miniaturspektrometer (101 ), umfassend die Beleuchtungseinheit (1010) und die Detektionseinheit (101 1 ), an einer ersten Seite (1021 ) der Aufnahmevorrichtung (102) angeordnet ist und
• an einer der ersten Seite (1021 ) gegenüberliegenden zweiten Seite (1022) der Aufnahmevorrichtung (102) eine Einkoppelstruktur (1030) angeordnet ist, welche dazu eingerichtet ist, zumindest den Strahlungsanteil (101 1 ") der von der Beleuchtungseinheit (1010) kommenden elektromagnetischen Strahlung (1010') in einen Lichtwellenleiter (1031 ) einzukoppeln, wobei der Lichtwellenleiter (1031 ) dazu eingerichtet ist, den Strahlungsanteil (101 1 ") von der zweiten Seite (1022) zur Detektionseinheit (101 1 ) auf der ersten Seite (1021 ) zu leiten.
2. Spektrometrische Messvorrichtung (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebereich (102) eine Haltestruktur (102') mit einer Öffnung (102") umfasst.
3. Spektrometrische Messvorrichtung (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die spektrometrische Messvorrichtung (100) das Miniaturspektrometer (101 ) umfasst und das Miniaturspektrometer (101 ) in die Haltestruktur (102') integriert ist.
4. Spektrometrische Messvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung (102) eine Positioniereinrichtung (107) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, das
Miniaturspektrometer (101 ) an der ersten Seite (1021 ) der Aufnahmevorrichtung (102) zu positionieren und den Lichtwellenleiter (1031 ) mit der Detektionseinheit (101 1 ) derart zu verbinden, dass eine im Lichtwellenleiter (1031 ) geführte
elektromagnetische Strahlung (101 1 ") in die Detektionseinheit (101 1 ) geführt wird.
5. Spektrometrische Messvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium (104') ein Fluid in einem Gefäß (104") oder einen Festkörper in einem Gefäß (104") umfasst und dass die Öffnung (102") dazu eingerichtet ist, das Medium (104') im Strahlengang des Miniaturspektrometers (101 ) zwischen der ersten Seite (1021 ) und der zweiten Seite (1022) aufzunehmen.
6. Spektrometrische Messvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abmessung der Öffnung (102") anpassbar ist.
7. Spektrometrische Messvorrichtung (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer der Öffnung (102") zugewandten Fläche (1024) der Haltestruktur (102') zumindest abschnittsweise eine lamellenartige Struktur (109) angeordnet ist, wobei die Abmessung der Öffnung (102") von einer Einstellung der lamellenartigen Struktur (109) abhängt.
8. Spektrometrische Messvorrichtung (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die spektrometrische Messvorrichtung (100) einen Schrittmotor umfasst, welcher dazu eingerichtet ist, die lamellenartige Struktur (109) einzustellen.
9. Spektrometrische Messvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltestruktur (102') die Öffnung (102") ringförmig umschließt.
10. Spektrometrische Messvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkoppelstruktur (1030) und der Lichtwellenleiter (1031 ) in die Haltestruktur (102') integriert sind.
1 1 . Spektrometrische Messvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang zwischen der
Beleuchtungseinheit (1010) und der Aufnahmevorrichtung (102) ein Diffusor (1091 ) angeordnet oder anordenbar ist.
12. Spektrometrische Messvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang zwischen der
Beleuchtungseinheit (1010) und der Aufnahmevorrichtung (102) ein spektrales Element angeordnet ist und/oder dass die Detektionseinheit (101 1 ) ein spektrales Element umfasst.
13. Verfahren (200) zur Analyse eines Mediums unter Verwendung eine
spektrometrische Messvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren (200) die Schritte
• Anordnen (201 ) des Mediums (104') in der Aufnahmevorrichtung (102) der spektrometrischen Messvorrichtung (100),
• Bestrahlen (202) des Mediums (104') mit der elektromagnetischen Strahlung (1010'),
• Detektieren (203) des aus Richtung des Mediums (104') kommenden
Strahlungsanteils (101 1 ") und
• spektrale Auswertung (204) des aus Richtung des Mediums (104')
kommenden Strahlungsanteils (101 1 ") zur Analyse des Mediums (104'), umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsanteil (101 1 ") nach einem Durchlaufen des Mediums (104') in den Lichtwellenleiter (1031 ) einkoppelt und zum Detektieren (203) in die Detektionseinheit (101 1 ) geführt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13 zur Analyse eines Mediums (104') unter Verwendung einer spektrometrische Messvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Anordnens (201 ) des Mediums (104') in der Aufnahmevorrichtung (102) die Abmessung der Öffnung (102") eingestellt wird (2010), wobei die Einstellung (2010) in Abhängigkeit einer Abmessung des Mediums (104') erfolgt.
15. Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens (200) zur
Analyse eines Mediums (104') nach einem der Ansprüche 13 oder 14.
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