ES2908062T3 - Sistema óptico y procedimiento de espectroscopia - Google Patents

Abstract

Sistema óptico (100) que comprende: - una fuente de excitación multiespectral (10) configurada para emitir sucesivamente radiación de excitación monocromática (12, 14) en al menos dos longitudes de onda de excitación (λ1, λ2) distintas a lo largo de un eje de haz común (O); - un área de paso (30) configurada alargada con un eje longitudinal (L) está configurada para guiar una corriente de partículas a lo largo del eje longitudinal (L); - una trayectoria de haz de excitación configurada para irradiar la radiación de excitación monocromática (12, 14) en el área de paso (30) en una primera posición (A) y una segunda posición (B) a lo largo del eje longitudinal (L) del área de paso (30), en donde la primera posición (A) y la segunda posición (B) se encuentran en el área de paso (30) y la primera posición (A) está separada (Δz) de la segunda posición (B); y - un equipo de detección (50, 52, 52', 60, 60') configurado para filtrar y detectar de manera selectiva en cuanto a la longitud de onda al menos una parte de una radiación dispersada desde la primera posición (A) en una primera longitud de onda de filtro (f1) y para filtrar y detectar de manera selectiva en cuanto a la longitud de onda al menos una parte de una radiación dispersada desde la segunda posición (B) en una segunda longitud de onda de filtro (f2); caracterizado por que el sistema óptico (100) comprende además un medio para la conmutación, configurado para conmutar entre al menos dos longitudes de onda de excitación (λ1, λ2) de la fuente de excitación (10) dependiendo de la posición de un elemento de muestra (32) a lo largo del eje longitudinal (L) del área de paso (30).

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema óptico y procedimiento de espectroscopia

La invención se refiere a un sistema óptico y un procedimiento de espectroscopia. En particular, la presente invención se refiere a un sistema óptico así como un procedimiento de espectroscopia Raman.

Antecedentes tecnológicos de la invención

Debido a su idoneidad para el análisis in situ y en línea, la espectroscopia Raman se utiliza cada vez más en la tecnología de medición ambiental y de procesos industriales. Una desventaja en este sentido, sin embargo, es que algunas muestras en la práctica entregan espectros debido a la fluorescencia y/o debido a sus propiedades de dispersión, cuya calidad se ve afectada por un alto fondo, en particular cuando se trabaja con tiempos de medición de menos de 1 s, sin preparación de muestras y/o con aparatos compactos.

Por lo general, se emplean muestras estacionarias para registrar espectros Raman, en los que la radiación Raman generada se puede integrar durante un período de medición lo suficientemente largo para suprimir un fondo de medición. A este respecto, la radiación de excitación de una longitud de onda de excitación fija se acopla a una muestra para ser examinada y se dispersa de manera no elástica por la muestra. A continuación, la radiación de excitación dispersada puede recolectarse a continuación utilizando una disposición de espectroscopia adecuada y examinarse espectralmente. Dependiendo de las propiedades del material especiales de una muestra, aparecen a este respecto líneas Raman individuales en el espectro registrado, que presentan una distancia espectral de la longitud de onda de excitación de la radiación de excitación, determinada con precisión y característica del tipo de muestra.

Sin embargo, una estructura de este tipo generalmente no es adecuada para registrar un espectro Raman de una muestra en movimiento, ya que en este sentido deben seguirse tanto la excitación de la muestra como la detección de una radiación de excitación dispersada sobre la misma de la posición actual de la muestra. Un registro continuo de un espectro Raman completo con la ayuda de un espectómetro convencional a menudo es difícil de implementar a este respecto debido a los tiempos de integración y medición, que normalmente están en el rango de varias decenas de segundos. En particular, las intensidades de las señales medidas pueden estar sujetas a fuertes fluctuaciones debido al movimiento de la muestra, por lo que generalmente no se pueden hacer afirmaciones válidas sobre las intensidades de las líneas Raman individuales relacionadas entre sí.

Si, en cambio, las muestras a examinar se separan y se mueven a lo largo de una ruta de medición fija, entonces los requisitos para una estructura espectroscópica se pueden reducir significativamente. Por ejemplo, en la citometría de flujo, los elementos de muestra individuales (p. ej., partículas, células, virus, microesferas) pueden estimularse y examinarse específicamente para conocer sus propiedades específicas. En este sentido, sin embargo hasta ahora se han llevado a cabo principalmente exámenes de fluorescencia, ya que con una citometría de flujo convencional generalmente no es posible registrar un espectro Raman debido al tiempo de observación relativamente corto por elemento de muestra.

El documento US 2016/178439 A1 desvela dispositivos y procedimientos para usar dispersión Raman coherente (CRS), por ejemplo, para espectroscopia Raman anti-Stokes coherente y/o para dispersión Raman inducida. En particular, también se especifican dispositivos y procedimientos para la citometría de flujo basados en dispersión Raman coherente. El documento US 2014/200164 A1 trata sobre dispositivos y procedimientos para detectar gotitas que se producen espacialmente distribuidas en una área de paso. El documento US 2010/297759 A1 se refiere a sistemas y procedimientos para clasificar partículas biológicas en un flujo de líquido. El documento US 2014/093949 A1 trata sobre dispositivos y procedimientos para examinar el espectro de excitación de partículas fluorescentes en una área de paso. Para ello, la luz de una fuente de láser de luz blanca se descompone espectralmente y se irradia en el área de paso como una banda espectral. El documento US 2010/297759 A1 también desvela un procedimiento para espectroscopia de flujo continuo.

Un objetivo de la presente invención especificar es un sistema óptico así como un procedimiento para espectroscopia, en particular para espectroscopia Raman, con los que también puedan examinarse mediante espectroscopia elementos de muestra en movimiento individuales, que no se basen en las complejas estructuras de espectroscopia conocidas por el estado de la técnica, que puedan implementarse con componentes económicos y que sean adecuados para la construcción de disposiciones particularmente pequeñas, compactas y robustas.

Sumario de la invención

Estos objetivos se consiguen mediante las reivindicaciones independientes de la patente de acuerdo con la invención. Los diseños preferentes de la invención se indican en las reivindicaciones dependientes.

El sistema óptico de acuerdo con la invención comprende una fuente de excitación multiespectral configurada para emitir sucesivamente radiación de excitación monocromática en al menos dos longitudes de onda de excitación distintas a lo largo de un eje de haz común; un área de paso configurada alargada con un eje longitudinal configurado para dirigir un corriente de partículas a lo largo del eje longitudinal; una trayectoria del haz de excitación, configurada para irradiar la radiación de excitación monocromática en el área de paso en una primera posición y una segunda posición a lo largo del eje longitudinal del área de paso, en donde la primera posición y la segunda posición se encuentran en el área de paso (o los lados del área de paso ) y la primera posición está separada de la segunda posición; y un equipo de detección está configurado para filtrar y detectar de manera selectiva en cuanto a la longitud de onda al menos una parte de una radiación dispersada desde la primera posición en una primera longitud de onda de filtro y para filtrar y detectar selectivamente en cuanto a la longitud de onda al menos una parte de una radiación dispersada desde la segunda posición en una segunda longitud de onda de filtro. El sistema óptico de acuerdo con la invención comprende además un medio de conmutación configurado para conmutar entre al menos dos longitudes de onda de excitación de la fuente de excitación dependiendo de la posición de un elemento de muestra a lo largo del eje longitudinal del área de paso.

Una fuente de radiación adecuada para investigaciones espectroscópicas en distintas longitudes de onda de excitación se considera a este respecto una fuente de excitación multiespectral. En particular, una fuente de excitación de este tipo se caracteriza porque a este respecto las distintas longitudes de onda de excitación se emiten esencialmente como radiación de excitación monocromática. preferentemente, es posible conmutar entre las longitudes de onda de excitación individuales de la fuente de excitación. La fuente de excitación multiespectral puede ser, por ejemplo, una fuente de luz basada en láser de diodo configurada apropiadamente, un diodo láser o un sistema láser complejo. Es característico que la fuente de excitación multiespectral emita las distintas longitudes de onda de excitación a lo largo de un eje de haz común.

Se entiende por radiación de excitación, en particular, una radiación electromagnética monocromática con un ancho espectral pequeño en una longitud de onda central específica (preferentemente en el rango espectral visible (VIS), ultravioleta (UV) o infrarrojo (IR)) como longitud de onda de excitación. Una radiación de excitación normalmente puede ser emitida por láseres de diodo o diodos láser en funcionamiento monomodo. Se prefieren particularmente longitudes de onda central alrededor de 785 nm con anchos espectrales (FWHM) de menos de 1 nm. Las diferentes longitudes de onda de excitación pueden generarse, por ejemplo, utilizando varios diodos láser en diferentes longitudes de onda de emisión como longitudes de onda de excitación. Además, las distintas longitudes de onda de excitación también pueden ser generadas por un solo diodo láser cuya longitud de onda de emisión puede cambiarse o por un láser diodo que puede ajustarse espectralmente de manera correspondiente. A este respecto, además del ajuste abrupto de longitudes de onda individuales que están espaciadas entre sí (por ejemplo, a una distancia de 1 nm, 2 nm o 5 nm), las longitudes de onda de excitación individuales también se pueden sintonizar continuamente en un rango de longitud de onda de excitación específico (por ejemplo, más de 5 nm, 10 nm, 15 nm o 20 nm).

El área de paso configurada alargada con un eje longitudinal puede ser en particular un área configurada para una citometría de flujo convencional. El área de paso puede comprender preferentemente un microcanal o una cubeta de flujo, que están configurados para guiar partículas individuales o elementos de muestra a través de una área de interacción espectroscópica por medio de una corriente de transporte dentro de un medio de transporte. Sin embargo, también puede configurarse una área de paso de acuerdo con la invención sin la presencia de una guía predeterminada de este tipo. El área de paso también puede generarse, por ejemplo, mediante un flujo envolvente libre, que está configurado para guiar una corriente de partículas a lo largo del eje longitudinal del área de paso definido por él. El flujo envolvente puede ser en particular una corriente de aire o de líquido libre. También es posible formar la configuración un área de paso mediante el uso de un flujo de energía dirigido debidamente (por ejemplo, transporte óptico usando gradientes de campo de radiación), de un transporte de flujo impulsado por potencial (por ejemplo, transporte de elementos de muestra cargados a través de un campo eléctrico) y otros procesos de transporte dirigidos que permiten la generación de una corriente de partículas dirigida a lo largo del eje longitudinal del área de paso. Una corriente de partículas guiada en el área de paso puede definirse a este respecto tanto a través de las partículas individuales del propio flujo envolvente como a través de los elementos de muestra transportados a través del flujo envolvente.

Se denomina área de paso por lo tanto, al área de volumen dentro de la cual puede realizarse un transporte dirigido de elementos de muestra (por ejemplo, a través de un flujo de transporte) a lo largo de un eje longitudinal. En particular, se trata en este sentido de aquella área de volumen dentro de la cual puede tener lugar una interacción de acuerdo con la invención de la radiación de excitación con elementos de muestra transportados a lo largo del eje longitudinal (área de interacción). Un ejemplo típico de otro proceso de transporte dirigido de elementos de muestra es un transporte de cuerpos de muestra macroscópicos por medio de una cinta transportadora a través de un área de paso configurada para interactuar con una radiación de excitación de acuerdo con la invención.

El área de paso es preferentemente al menos por secciones tubular o está configurada como un área cilíndrica. Además, el área de paso también puede comprender secciones que se estrechan o ensanchan. El eje longitudinal del área de paso alargada puede ser recto o curvo de cualquier forma en el espacio. En particular, el eje longitudinal puede ser circular, serpenteante o en forma de espiral. Un ejemplo de un eje longitudinal configurado circular de un área de paso configurada alargada es el área de paso de una corriente de transporte circulante o un área de paso que muestra un movimiento circular de partículas o elementos de muestra individuales (por ejemplo, corriente anular de partículas cargadas, elementos de muestra en un reactor rotatorio, circulación de medios líquidos).

La corriente de transporte y/o las partículas o elementos de muestra individuales se mueven preferentemente a través del área de paso de acuerdo con la invención con una velocidad común. La velocidad común puede ser variable en el tiempo. Se prefiere particularmente que la velocidad local de la corriente de transporte y/o de las partículas individuales o de los elementos de muestra dependa de la posición a lo largo del eje longitudinal del área de paso. En particular, en este sentido puede ser un movimiento acelerado u otro movimiento que cambia en términos de tiempo y ubicación (es decir, a lo largo del eje longitudinal) (por ejemplo, movimiento ralentizado o pulsante). La velocidad de las partículas o elementos de muestra individuales se configura preferentemente de tal manera que un tiempo de interacción de las partículas o elementos de muestra con la radiación de excitación en las posiciones individuales sea inferior a 100 ms, de manera más preferente inferior a 10 ms, de manera más preferente inferior a 1 ms e incluso de manera aún más preferente inferior a 0,1 ms. El tiempo de interacción resulta a este respecto de la duración efectiva de la interacción entre los elementos de muestra y la radiación de excitación en las posiciones individuales. Esto generalmente depende del volumen de los elementos de muestra, la extensión espacial efectiva de la radiación de excitación en las posiciones individuales, así como la velocidad efectiva dentro de la extensión espacial efectiva de la radiación de excitación en las posiciones individuales.

Las trayectorias de las partículas o elementos de muestra guiados a lo largo del eje longitudinal del área de paso configurada alargada a través del área de interacción espectroscópica pueden ser paralelas a este eje longitudinal. Sin embargo, el transporte a lo largo del eje longitudinal, es decir, un transporte esencialmente dirigido en la dirección del eje longitudinal, también ocurre cuando las partículas individuales o los elementos de muestra únicamente se mueven en promedio a lo largo del eje longitudinal del área de paso configurada alargada. En particular, durante el transporte a lo largo del eje longitudinal del área de paso, los elementos de muestra también pueden realizar un movimiento vibratorio adicional dirigido transversalmente al eje longitudinal (por ejemplo, debido a perturbaciones de turbulencia en el flujo envolvente o debido al movimiento browniano).

La trayectoria del haz de excitación es parte del sistema óptico de acuerdo con la invención, a través del cual la radiación de excitación monocromática de la fuente de excitación se irradia al área de paso. Si, en particular, un elemento de muestra se encuentra dentro del área de paso, entonces puede realizarse una interacción con el elemento de muestra. A este respecto, la radiación de excitación se irradia preferentemente varias veces hacia el área de paso en diferentes posiciones a lo largo del eje longitudinal del área de paso. En particular, el área de paso se irradia a este respecto en al menos una primera posición y una segunda posición, estando ubicadas la primera posición y la segunda posición en el área de paso y estando la primera posición separada de la segunda posición. La trayectoria del haz de excitación comprende todos los componentes ópticos que sirven para irradiar la radiación de excitación en el área de paso, en particular para radiar un elemento de muestra que fluye a través del área de paso.

El equipo de detección debe filtrar y detectar al menos una parte de la radiación de excitación dispersada dentro del área de paso, en particular la radiación de excitación dispersada por el elemento de muestra en caso de radiación de un elemento de muestra que fluye a través del área de paso, al menos en una primera longitud de onda de filtro y una segunda longitud de onda de filtro de manera selectiva en cuanto a la longitud de onda. En particular, se detecta y filtra la radiación dispersada en la primera posición y en la segunda posición a lo largo del eje longitudinal del área de paso. El equipo de detección comprende todos los componentes ópticos que sirven para filtrar y detectar al menos parte de la radiación de excitación dispersada dentro del área de paso.

La idea de la presente invención es que una corriente de partículas o de transporte dirigida permite una interacción múltiple de la radiación de excitación con el área de paso a través de una alineación esencialmente unidimensional a lo largo del eje longitudinal de un área de paso y, por lo tanto, existe también una posibilidad simplificada para múltiples exámenes incluso con elementos de muestra en movimiento. En particular, el tiempo efectivo de medición y observación puede alargarse cuando la radiación de excitación monocromática de una longitud de onda de excitación fija se irradia en más de una posición. El registro de un espectro Raman es posible gracias al hecho de que los tiempos necesarios de medición e integración para registrar un espectro pueden reducirse significativamente al irradiar radiación de excitación monocromática en varias longitudes de onda de excitación distintas en diferentes posiciones de irradiación mediante un filtrado y detección de Raman selectivo subsiguiente y la detección de la radiación dispersa generada. En particular, cuando la posición de un elemento de muestra en movimiento se correlaciona con un cambio entre las diferentes longitudes de onda de excitación de la fuente de excitación, esto permite que los espectros se registren muy rápidamente sin tener que utilizar a este respecto configuraciones espectroscópicas complejas. Se pueden utilizar componentes económicos y se hace posible la construcción de disposiciones particularmente pequeñas, compactas y robustas.

La fuente de excitación son preferentemente diodos láser de banda estrecha que puede ajustarse de modo espectral a lo largo de un amplio rango y directamente con frecuencia modulada. A este respecto, de banda estrecha significa que se trata de diodos láser cuya radiación emitida está limitada a un rango espectral muy estrecho. Este es el caso en particular cuando se trata de diodos láser en funcionamiento monomodo. En este sentido normalmente se consiguen anchos de línea inferiores a 1 nm (FWHM). Los anchos de línea particularmente preferidos (FWHM) están a este respecto por debajo de 10 nm, por debajo de 5 nm, por debajo de 1 nm y por debajo de 0,1 nm. Dependiendo del rango de longitud de onda, esto se corresponde con anchos de frecuencia en el rango inferior de THz hasta bajar al rango de MHz. Para la excitación se prefiere la radiación de excitación con longitudes de onda de excitación en el rango de alrededor de 785 nm, así como longitudes de onda de excitación de todo el rango espectral del infrarrojo cercano, el rango espectral visible y el rango espectral ultravioleta, infrarrojo e infrarrojo lejano.

Además, se prefiere que los diodos láser puedan sintonizarse espectralmente en un rango espectral amplio. Esto tiene la ventaja de que una fuente de excitación puede proporcionar un amplio espectro de posibles longitudes de onda de excitación. También se prefieren los diodos láser en los que se pueden excitar diferentes modos, de modo que, por ejemplo, también puedan lograrse rangos de longitud de onda más grandes que se pueden alcanzar al menos discretamente a una distancia de varias decenas de nm. También se prefieren los diodos láser de frecuencia modulada directamente en los que se puede ajustar un cambio en la longitud de onda por medio de parámetros intrínsecos del diodo, por ejemplo a través de una temperatura o una corriente. Preferentemente los llamados láseres de diodo de dos longitudes de onda, por ejemplo, un láser de diodo DBR de dos longitudes de onda de rama Y (también denominado láser de diodo DBR-Rw de rama Y) [Maiwald et al., "Dual-Wavelength Y-Branch Distributed Bragg ^{Reflector Diode Laser at 785 Nanometers for Shifted Excitation Raman Difference Spectroscop}y^{, Appl. Espectrosc.}

69, 1144-1151 (2015)]. Por lo demás, también se prefiere que la fuente de excitación sea un láser de diodo de banda estrecha correspondiente que pueda ajustarse espectralmente en un amplio rango. En este sentido puede ser, por ejemplo, un sistema ECDL o un láser de estado sólido bombeado por diodos ajustable espectralmente. Además, son adecuados, por ejemplo, láseres de colorante o de fibra debidamente ajustable o las "púas" individuales (líneas espectrales) de un peine de frecuencia óptica.

Los elementos filtrantes son preferentemente filtros de paso de banda pasivos de banda estrecha, estando determinada una longitud de onda de filtro por la longitud de onda central de dicho paso de banda. Estos pueden ser en particular, filtros dicroicos, filtros Bragg o filtros Fabry-Pérot. También es posible utilizar una red de difracción, un etalon o interferómetro de Mach-Zehnder. En este sentido, por selectiva en cuanto a longitud de onda se entiende en particular una filtración en la que la longitud de onda de filtro se transmite por el elemento filtrante con una intensidad máxima y los rangos espectrales adyacentes a la longitud de onda de filtro se suprimen o se bloquean. La longitud de onda central del área de paso (denominada también rango de transmisión o banda de paso) del elemento filtrante se denomina a este respecto longitud de onda de filtro. En el caso de pasos de banda simétricos, esto resulta de la posición espectral del medio del paso de banda. Pasivo significa que para registrar un espectro Raman no se realiza ninguna modificación activa de las propiedades de filtro del elemento filtrante, pero en particular que las longitudes de onda de filtro respectivas de un elemento filtrante no varían en el tiempo. Banda estrecha significa que el ancho espectral del paso de banda se refiere a un rango espectral limitado. Los anchos de banda de paso (FWHM) particularmente preferidos están en este caso por debajo de 10 nm, por debajo de 5 nm, por debajo de 1 nm y por debajo de 0,1 nm. Dependiendo del rango de longitud de onda, esto se corresponde con anchos de frecuencia en el rango inferior de THz hasta bajar al rango de MHz. Por un filtro de paso de banda de transmisión de banda estrecha debe entenderse por consiguiente un elemento filtrante que esencialmente con la longitud de onda de filtro respectivo (longitud de onda central de la banda de paso) presenta una alta transmisión para la radiación incidente con una longitud de onda idéntica, para la radiación en un área directamente adyacente a la longitud de onda de filtro respectiva, se suprime sin embargo una transmisión. "Directo" se define a este respecto a través del ancho de banda del filtro de la respectiva banda de paso.

Las longitudes de onda de filtro transmitidas de los elementos filtrantes individuales se diferencian preferentemente tanto entre sí como en cada caso de las longitudes de onda de excitación individuales de la radiación de excitación. Esto significa que en el equipo de detección puede detectarse la radiación de excitación dispersada preferentemente de forma no elástica, ya que las longitudes de onda de filtro transmitidas a través de los elementos filtrantes individuales difieren de las longitudes de onda de excitación individuales de la radiación de excitación.

Para registrar un espectro Raman (discreto) (es decir, el curso espectral de las señales Raman), se prefiere especialmente si la distancia espectral entre al menos una longitud de onda de excitación de la fuente de excitación y una longitud de onda de filtro de un elemento filtrante se corresponde con un desplazamiento Raman de la radiación de excitación dispersada por un elemento de muestra. Con este fin, las longitudes de onda de filtro transmitidas de los elementos filtrantes individuales se detectan preferentemente en cada caso mediante un detector individualmente asignable y se determina al menos una primera intensidad y una segunda intensidad para cada longitud de onda de excitación. Un detector asignable individualmente también puede ser, por ejemplo, áreas de detección de un detector de línea asignadas individualmente o un detector individual o un detector de un solo canal o de un solo canal cuya señal de detección puede asignarse de manera unívoca a una longitud de onda de filtro transmitida de los elementos filtrantes individuales. Una asignación de este tipo también puede realizar a través de una separación temporal de las señales de detección. Las intensidades determinadas por el equipo de detección pueden evaluarse mediante un medio adecuado para determinar un espectro Raman de tal manera que un espectro Raman se determina a partir de al menos dos intensidades determinadas. El número de longitudes de onda de excitación utilizadas en la evaluación espectral refleja a este respecto la densidad de las líneas espectrales resolubles (discretas).

Los detectores utilizados son preferentemente detectores de un solo canal. Estos pueden estar configurados tanto como detectores monocanal individuales o como detectores de varios canales que pueden leerse debidamente de manera individual con los detectores monocanal. Esto tiene la ventaja de que en este sentido pueden utilizarse equipos detectores especialmente económicos, compactos y robustos. No es necesario utilizar una cámara CCD de alta resolución, especialmente silenciosa y sensible. Si los detectores multicanal funcionan como detectores monocanal individuales a través de canales individuales, también pueden combinarse varios canales para formar un detector monocanal cada uno. Debería ser posible leer los paquetes de canales individuales de forma independiente.

La trayectoria del haz de excitación está configurada preferentemente para irradiar en el área de paso al menos en una primera posición con la radiación de excitación en una primera longitud de onda de excitación y para irradiar en el área de paso al menos en una segunda posición con la radiación de excitación en una segunda longitud de onda de excitación. Esta forma de realización de la invención corresponde a una disposición en la que la radiación de excitación de la fuente de excitación se irradia sucesivamente en el área de paso a diferentes longitudes de onda de excitación en diferentes posiciones a lo largo del área de paso. En una forma de realización alternativa de la invención, la radiación de excitación de la fuente de excitación de una primera longitud de onda de excitación también puede irradiarse en el área de paso en al menos dos posiciones diferentes a lo largo del área de paso, y en al menos una posición adicional que difiere de las dos primeras posiciones la radiación de excitación de la fuente de excitación de una segunda longitud de onda de excitación puede irradiarse en el área de paso. Una disposición así puede usarse, por ejemplo, para confirmar un resultado de medición determinado en una posición en una primera longitud de onda de excitación o para aumentar la duración de medición disponible para una medición en una longitud de onda de excitación. Además, una disposición de este tipo puede utilizarse para SERDS (por sus siglas en inglés, espectroscopia de diferencia Raman de excitación desplazada). La determinación de un espectro de diferencia, en contraste con la mera evaluación de espectros individuales registrados, permite sacar conclusiones más precisas sobre una muestra Raman. En particular, en este sentido las influencias del fondo de medición pueden filtrarse de manera efectiva. Sin embargo, dado que de acuerdo con la invención los espectros Raman individuales no se determinan por medio de un espectómetro mediante la radiación de un elemento de muestra con radiación de excitación de diferentes longitudes de onda de excitación, este procedimiento para diferenciarlo también se denomina TERDS (Tunable Excitation Raman Difference Spectroscopy, espectroscopía de diferencia Raman de excitación sintonizable).

El sistema óptico comprende preferentemente una óptica colectora, que está configurada para recolectar una radiación que se dispersa esencialmente desde una primera posición y para recolectar una radiación que se dispersa esencialmente desde una segunda posición, y para guiar la radiación recolectada hacia el equipo de detección. Preferiblemente, la óptica colectora puede comprender un objetivo montado con posición variable. En particular, la óptica colectora puede comprender un objetivo montado con posición variable que está configurado para cambiar su posición de acuerdo con un corriente de partículas que fluye a través del área de paso a lo largo de su dirección longitudinal de tal manera que la velocidad del objetivo se correlaciona esencialmente con la velocidad de circulación de la corriente de partículas que fluye o al menos se adapta a esta. Preferiblemente, un elemento de muestra se transporta a través del área de paso continuo a lo largo del eje longitudinal del área de paso, en donde el objetivo montado con posición variable adapta su posición a la posición del elemento de muestra. En una configuración preferida adicional de la invención, la óptica colectora de acuerdo con la invención comprende una lente cilíndrica cuyo eje longitudinal está alineado esencialmente en la dirección del eje longitudinal del área de paso. Como resultado, la radiación dispersada fuera del área de paso puede recogerse a lo largo de todo el eje longitudinal del área de paso continuo y conducirse hacia el equipo de detección. En una configuración igualmente preferida de una óptica colectora de acuerdo con la invención, esta comprende una pluralidad de lentes individuales u objetivos individuales, que están alineados esencialmente a lo largo de la dirección del eje longitudinal del área de paso. Esto al menos permite que la radiación dispersada fuera del área de paso a través se recoja a lo largo de posiciones discretas a lo largo del eje longitudinal del área de paso. Las posiciones de cada una de las lentes individuales o de los objetivos individuales se correlacionan de forma especialmente preferida con las posiciones de irradiación de la radiación de excitación a lo largo del eje longitudinal del área de paso. El sistema óptico de acuerdo con la invención también puede comprender una pluralidad de diferentes ópticas colectoras (por ejemplo, lente cilíndrica y objetivo montados en una posición variable a lo largo de secciones individuales del área de paso, o dispositivos colectores para diferentes direcciones de recolectada), en donde ópticas colectoras similares pueden agruparse para formar una óptica colectora común.

Preferentemente, el sistema óptico de acuerdo con la invención comprende además un medio para determinar la posición que está configurado para determinar la posición de un elemento de muestra que fluye a lo largo del eje longitudinal del área de paso. El elemento de muestra es preferentemente una célula individual o una partícula que puede excitarse para dispersarse y/o emitir fluorescencia mediante una radiación de excitación correspondiente. En particular, el elemento de muestra es preferentemente una muestra que puede excitarse para realizar una dispersión no elástica. Preferentemente puede determinarse un espectro Raman mediante el elemento de muestra. Los medios para la determinación de la posición pueden ser preferentemente un medio para la determinación de la posición óptica (por ejemplo, mediante visión artificial).

El sistema óptico de acuerdo con la invención comprende además un medio de conmutación, que está configurado para conmutar entre al menos dos longitudes de onda de excitación de la fuente de excitación dependiendo de la posición de un elemento de muestra a lo largo del eje longitudinal del área de paso cilíndrica. La conmutación se realiza preferentemente entre una primera longitud de onda de excitación de la fuente de excitación a una segunda longitud de onda de excitación de la fuente de excitación cuando el elemento de muestra está en el rango entre una primera posición y una segunda posición a lo largo del eje longitudinal del área de paso. También se prefiere que una conmutación entre longitudes de onda de excitación individuales de la fuente de excitación solo tenga lugar cuando el elemento de muestra se encuentre en el área entre las posiciones individuales a lo largo del eje longitudinal del área de paso.

El equipo de detección del sistema óptico de acuerdo con la invención comprende preferentemente al menos un divisor de haz, en el que la radiación recolectada por la óptica colectora se divide en al menos dos trayectorias de haz, en donde en una primera trayectoria de haz se realiza un filtrado de longitud de onda selectiva mediante un primer elemento filtrante en una primera longitud de onda de filtro y un filtrado de longitud de onda selectiva en una segunda trayectoria del haz mediante un segundo elemento filtrante en una segunda longitud de onda de filtro. El equipo de detección de acuerdo con la invención puede comprender otros divisores de haz para dividir la radiación recolectada por la óptica colectora en una pluralidad de trayectorias de haz diferentes. Pueden asignarse distintos elementos filtrantes con diferentes longitudes de onda de filtro a las trayectorias de haz individuales del equipo de detección. Cada trayectoria de haz puede comprender un detector dedicado exclusivamente a esa trayectoria de haz.

Otro aspecto de esta invención se refiere a un procedimiento para espectroscopia, en particular para espectroscopia Raman, en elementos de muestra individuales usando un sistema óptico para espectroscopia de acuerdo con la invención como se describe anteriormente. El procedimiento para espectroscopia comprende un transporte de flujo de un elemento de muestra a lo largo de un eje longitudinal de una área de paso configurada alargada desde un primer extremo del área de paso hasta un segundo extremo del área de paso; irradiar el elemento de muestra con radiación de excitación monocromática de una primera longitud de onda de excitación de una fuente de excitación en una primera posición a lo largo del eje longitudinal del área de paso; conmutar de la primera longitud de onda de excitación de la fuente de excitación a una segunda longitud de onda de excitación de la fuente de excitación cuando el elemento de muestra se encuentra en el área entre la primera posición y una segunda posición a lo largo del eje longitudinal del área de paso; irradiar el elemento de muestra con radiación de excitación monocromática de la segunda longitud de onda de excitación de la fuente de excitación en una segunda posición a lo largo del eje longitudinal del área de paso.

Los elementos de muestra pueden ser en particular células, moléculas u otras micro o nanopartículas. Además, los elementos de muestra pueden ser cuerpos u objetos macroscópicos adecuados para la espectroscopia Raman. Los elementos de la muestra se pueden examinar individualmente (modo único) o en combinación (modo a granel). Además, los elementos de muestra se pueden estar distribuidos de manera homogénea o aproximadamente homogénea (la misma o aproximadamente la misma densidad de elementos de muestra) a lo largo del área de paso. En particular, los elementos de muestra individuales también pueden llenar completamente el área de paso. Las explicaciones sobre las características individuales del procedimiento de acuerdo con la invención pueden extraerse de las descripciones correspondientes del sistema óptico de acuerdo con la invención. Todas las explicaciones dadas para las realizaciones individuales del sistema óptico de acuerdo con la invención se aplican debidamente.

El procedimiento de acuerdo con la invención comprende preferentemente también un filtrado de longitud de onda selectiva de la radiación de excitación de una primera longitud de onda de excitación de la fuente de excitación dispersada por el elemento de muestra por medio de un primer elemento filtrante y al menos un segundo elemento filtrante, en donde una primera longitud de onda de filtro transmitida del primer elemento filtrante y una segunda longitud de onda de filtro transmitida del segundo elemento filtrante se diferencia de la primera longitud de onda de excitación; así como un filtrado de longitud de onda selectiva de una radiación de excitación de una segunda longitud de onda de excitación de la fuente de excitación dispersada por el elemento de muestra por medio de un primer elemento filtrante y al menos un segundo elemento filtrante, en donde una primera longitud de onda de filtro transmitida del primer elemento filtrante y una segunda longitud de onda de filtro transmitida del segundo elemento filtrante se diferencia de la segunda longitud de onda de excitación. En el procedimiento de acuerdo con la invención, la posición de un objetivo montado en una posición variable y comprendida por la óptica colectora se adapta preferentemente a la posición del elemento de muestra que fluye a lo largo del eje longitudinal del área de paso.

Breve descripción de las figuras

La invención se explica a continuación en ejemplos de realización mediante los dibujos asociados. Muestran:

figuras 1A-1C representaciones esquemáticas de una primera forma de realización de un sistema óptico de acuerdo con la invención para espectros

figura 2 representación esquemática de una variante ampliada de la forma de realización de un sistema óptico de acuerdo con la invención para espectroscopia mostrada en las figuras 1A-1C;

figuras 3A-3C representaciones esquemáticas de una primera forma de realización de un sistema óptico de acuerdo con la invención para espectros

figura 4 representación esquemática de una variante ampliada de la forma de realización de un sistema óptico de acuerdo con la invención para espectroscopia mostrada en las figuras 3A-3C;

figura 5 muestra una representación esquemática de una forma de realización de un sistema óptico de acuerdo con la invención para espectroscopia correspondiente a las figuras 1A-1C o 2 en vista desde arriba;

figura 6 representación esquemática de una forma de realización de un sistema óptico de acuerdo con la invención para espectroscopia correspondiente a las figuras 3A-3C o 4 en vista desde arriba; y

figura 7 un esquema general para registrar un espectro Raman cuando se utiliza un procedimiento de acuerdo con la invención.

Descripción detallada de la invención

Las figuras 1A a 1C muestran representaciones esquemáticas de una primera forma de realización de un sistema óptico 100 de acuerdo con la invención para espectros

10 puede emitir radiación de excitación monocromática 12, 14 en al menos dos longitudes de onda de excitación diferentes A¹, Á² emiten a lo largo de un eje de haz común O. La radiación de excitación 12, 14 emitida por la fuente de excitación 10 se irradia a este respecto varias veces en una área de paso 30 extendida longitudinalmente con un eje longitudinal L. En particular, en esta forma de realización, la radiación de excitación 12 emitida a lo largo del eje del haz O en una primera dirección se desvía después de pasar a través del área de paso 30 por primera vez por medio de espejos de desviación 16 dispuestos de manera correspondiente u otro dispositivo de desviación configurado para desviar el haz de tal manera que la radiación de excitación 14 que se propaga después en una segunda dirección pueda pasar asimismo a través del área de paso 30. La trayectoria del haz de excitación permite por consiguiente que la radiación de excitación 12, 14 atraviese el área de paso continuo 30 varias veces. La radiación de excitación monocromática 12, 14 se irradia a este respecto en el área de paso 30 en una primera posición A y una segunda posición B, en donde la primera posición A y la segunda posición B se encuentra en el área de paso 30 y la primera posición A está separada de la segunda posición B Az. Después de pasar dos veces por el área de paso 30, la radiación de excitación 14 que se propaga en la segunda dirección se bloquea en un colector de haz 20. En principio, la disposición exacta de la trayectoria de haz o de los componentes individuales de la trayectoria de haz puede seleccionarse libremente en este sentido, en particular pueden estar previstos dispositivos de desviación adicionales fuera del área de paso 30 para una desviación adicional de la radiación de excitación.

Es característico de la forma de realización mostrada en las figuras 1A a 1C que la radiación de excitación 12, 14 se irradia en el área de paso 30 desde diferentes direcciones, lo que da como resultado un curso de haz de un solo eje continuo entre la fuente de excitación 10 y el colector de haz 20. En particular, en esta forma de realización, se realiza una irradiación de excitación 12, 14 en el área de paso 30 desde dos direcciones opuestas entre sí. En general, estas direcciones también pueden estar dispuestas inclinadas y presentar ángulos correspondientes entre sí. No se requiere que las direcciones individuales sean paralelas.

El área de paso 30 puede ser, por ejemplo, el área de análisis de una cubeta de flujo. La delimitación lateral del área de paso 30 y el eje longitudinal L están predeterminados a este respecto mediante el modelado del canal de la cubeta. Dentro del área de paso 30 puede generarse un flujo que es adecuado para guiar un corriente de partículas a lo largo del eje L longitudinal. En particular, en este sentido, esto puede ser un disolvente o dispersante fluido como medio de soporte para un elemento de muestra 32. Un elemento de muestra 32 puede transportarse preferentemente mediante transporte de flujo a lo largo del eje longitudinal L del área de paso 30 desde un primer extremo del área de paso 30 a un segundo extremo del área de paso 30. En particular, los elementos de muestra 30 pueden ser celdas individuales.

La Figura 1A muestra la representación esquemática en un momento en el que un elemento de muestra 32 transportado a lo largo del eje longitudinal L del área de paso 30 en la dirección de la posición A se encuentra por encima de las posiciones A y B, en las que una irradiación de radiación de excitación dependiente de la posición 12, 14 puede realizarse en el área de paso 30. La figura 1B muestra la misma representación esquemática en un momento posterior, en el que el elemento de muestra 32 se ha movido a la posición A mediante el transporte de flujo. De acuerdo con la invención, en este sentido en la posición A, el elemento de muestra 32 puede radiarse con radiación de excitación monocromática 12, 14 de una primera longitud de onda de excitación A¹ de la fuente de excitación 10. La figura 1C muestra la representación esquemática en un momento aún posterior, en el que el elemento de muestra 32 siguió transportándose desde la posición A hasta la posición B. De acuerdo con la invención, en este sentido en la posición B, el elemento de muestra 32 puede radiarse con radiación de excitación monocromática 12, 14 de una segunda longitud de onda de excitación A² de la fuente de excitación 10. Una conmutación desde la primera longitud de onda de excitación A¹ de la fuente de excitación 10 a la segunda longitud de onda de excitación A² de la fuente de excitación 10 se realiza a este respecto preferentemente cuando el elemento de muestra 32 se encuentra en el área entre la primera posición A y la segunda posición B a lo largo del eje longitudinal L del área de paso 30. Para este propósito puede determinarse la posición de un elemento de muestra 32 que fluye a lo largo del eje longitudinal L del área de paso 30.

La figura 2 muestra una representación esquemática de una variante ampliada de la forma de realización mostrada en las figuras 1A a 1C de un sistema óptico 100 de acuerdo con la invención para espectroscopia. Los números de referencia utilizados en la figura 2 corresponden a los números de referencia utilizados en las figuras 1A a 1C. Las realizaciones mencionadas en las descripciones de figuras asociadas relativas a los signos de referencia individuales se aplican en correspondencia. La forma de realización se ha ampliado en el sentido de que la radiación de excitación 12, 14 puede irradiarse en el área de paso 30 en otras posiciones C, D mediante la disposición de espejos de desviación 16 adicionales (u otros dispositivos de desviación adecuados). Para ello, la trayectoria de haz de excitación presenta varias secciones que se alternan sucesivamente con la radiación de excitación 12 que discurre en una primera dirección y radiación de excitación 14 que discurre en una segunda dirección. Por lo tanto, la radiación de excitación puede irradiarse en el área de paso 30 en una pluralidad de posiciones, es decir, una primera posición A, una segunda posición B, una tercera posición C, etc., provenientes de diferentes direcciones. El número total de posiciones de irradiación puede seleccionarse de acuerdo con la longitud del eje longitudinal L del área de paso 30. La distancia Az entre las posiciones de irradiación individuales puede variar. Las direcciones de irradiación individuales o en su conjunto también pueden desviarse unas de otras.

De acuerdo con las realizaciones relativas a las figuras 1A a 1C, puede realizarse una conmutación entre las longitudes de onda de excitación individuales A-i...An de la fuente de excitación 10 cuando el elemento de muestra 32 se encuentra en el área entre dos posiciones adyacentes a lo largo del eje longitudinal L del área de paso 30. En este sentido se prefiere que el número de posibles longitudes de onda de excitación Ai...An de la fuente de excitación 10 se corresponda con el número total de posiciones de irradiación. Incluso con un número menor de longitudes de onda de excitación A-i...An de la fuente de excitación 10 en comparación con el número total de posiciones de irradiación puede conmutarse arbitrariamente entre estas. En particular, no es necesaria una conmutación entre posiciones de irradiación adyacentes entre sí y una longitud de onda de excitación específica A-i...An de la fuente de excitación 10 puede irradiarse en varias posiciones de irradiación. Por consiguiente, en particular, el tiempo efectivo de una interacción entre la radiación de excitación 12, 14 de una longitud de onda de excitación determinada A-i...An y un elemento de muestra 32 puede aumentarse. En particular, una excitación mediante una cascada de radiaciones de excitación 12, 14 que se alternan varias veces con longitudes de onda de excitación A-i...An determinadas puede realizarse en permutaciones discrecionales a lo largo del eje longitudinal L del área de paso 30 configurada alargada. Una excitación múltiple de este tipo en una longitud de onda de excitación determinada A-i...An puede utilizarse en particular para aplicaciones SERDS. Además, la precisión de la medición de las respectivas señales Raman en las longitudes de onda de excitación individuales A-i...An puede mejorarse mediante un promedio correspondiente.

Las figuras 3A a 3C muestran representaciones esquemáticas de una segunda forma de realización de un sistema óptico 100 de acuerdo con la invención para espectroscopia en una vista lateral. Los números de referencia utilizados en las figuras 3A a 3C se corresponden en gran medida con los números de referencia utilizados en las figuras 1A a 1C. Las realizaciones mencionadas en las descripciones de figuras asociadas relativas a los signos de referencia individuales se aplican en correspondencia. También en esta variante de realización, una radiación de excitación 12 de una fuente de excitación 10 se irradia en una área de paso 30 en una primera posición A y en una segunda posición B. Sin embargo, a diferencia de la disposición mostrada en las figuras 1A a 1C, la trayectoria de haz empleada para ello no es un haz individual plegado una o varias veces mediante desviación sino que la trayectoria de haz se divide en este sentido al utilizar divisores de haz 18 de tal modo que la irradiación en el área de paso 30 en la primera posición A y en la segunda posición B puede realizarse simultáneamente. Además, en una forma de realización de este tipo, la radiación de excitación 12 solo interactúa una vez con el área de paso 30. Esto es en particular ventajoso cuando el área de paso presenta solo una baja capacidad de transmisión (alta absorción o dispersión) para la radiación de excitación 12, por ejemplo, cuando se usa un medio turbio como flujo envolvente o debido a una alta densidad de elementos de muestra. Es característico de las formas de realización mostradas en las figuras 3A a 3C que la radiación de excitación 12 se irradia en cada caso en el área de paso 30 desde una dirección común (aunque a una distancia entre sí), en donde la trayectoria del haz se desvía previamente dos veces (o también varias veces). La radiación de excitación 12 se divide mediante los divisores de haz, en donde los haces parciales individuales de la radiación de excitación 12 se irradian en el área de paso 30 en posiciones de irradiación individuales. En particular, en la forma de realización mostrada en este caso, una radiación de excitación 12 se irradia en el área de paso 30 desde dos direcciones que discurren paralelas entre sí. En general, sin embargo, las direcciones también pueden estar inclinadas entre sí en esta forma de realización y pueden presentar ángulos correspondientes entre sí (por ejemplo, para la observación de procesos dentro de reactores). En este sentido tampoco se requiere que las direcciones individuales sean paralelas. Los haces parciales de la trayectoria de haz de excitación pueden bloquearse mediante un colector de haz individual o una pluralidad de colectores de haz 20 después de la irradiación en el área de circulación 30.

Además, la primera y la segunda forma de realización mencionadas también pueden combinarse entre sí según se desee, es decir, pueden utilizarse elementos tanto para la desviación como para la división del haz en una trayectoria de haz correspondiente.

La figura 4 muestra una representación esquemática de una variante ampliada de la forma de realización mostrada en las figuras 3A a 3C de un sistema óptico 100 de acuerdo con la invención para espectroscopia. Los números de referencia utilizados en la figura 4 corresponden a los números de referencia utilizados en las figuras 3A a 3C. Las realizaciones mencionadas en las descripciones de figuras asociadas relativas a los signos de referencia individuales se aplican en correspondencia. La forma de realización se ha ampliado de forma análoga a la figura 2, en el sentido de que mediante la disposición de divisores de haz 18 adicionales, la radiación de excitación 12 puede irradiarse en el área de paso 30 en otras posiciones C, D. A este respecto la trayectoria de haz de excitación presenta una pluralidad de secciones paralelas esencialmente idénticas. Por tanto, la radiación de excitación 12 en una pluralidad de posiciones, es decir, una primera posición A, una segunda posición B, una tercera posición C, etc. se irradia en el área de paso 30. El número total de posiciones de irradiación puede seleccionarse a este respecto en correspondencia con la longitud del eje longitudinal L del área de paso 30. La distancia Az entre las posiciones de irradiación individuales puede variar. Las direcciones de irradiación individuales o en su conjunto también pueden desviarse unas de otras.

En correspondencia con las realizaciones relativas a las figuras 1A a 1C, puede realizarse también en este caso una conmutación entre longitudes de onda de excitación individuales Ai...An de la fuente de excitación 10 cuando el elemento de muestra 32 se encuentra en la área entre dos posiciones adyacentes a lo largo del eje longitudinal L del área de paso 30. En este sentido se prefiere que el número de posibles longitudes de onda de excitación Ai...An de la fuente de excitación 10 se corresponda con el número total de posiciones de irradiación. Incluso con un número menor de longitudes de onda de excitación Ai...An de la fuente de excitación 10 en comparación con el número total de posiciones de irradiación puede conmutarse arbitrariamente entre estas. En particular, no es necesaria una conmutación entre posiciones de irradiación adyacentes entre sí y una longitud de onda de excitación específica Ai...An de la fuente de excitación 10 puede irradiarse en varias posiciones de irradiación. Por consiguiente, en particular, el tiempo efectivo de una interacción entre la radiación de excitación 12 de una longitud de onda de excitación determinada A¹...An y un elemento de muestra 32 puede aumentarse.

La figura 5 muestra una representación esquemática de una forma de realización de un sistema óptico 100 de acuerdo con la invención para espectroscopia de acuerdo con las figuras 1A a 1C o 2 en vista desde arriba. Los números de referencia utilizados en la figura 5 se corresponden en gran medida con los números de referencia utilizados en las figuras 1A a 1C. Las realizaciones mencionadas en las descripciones de figuras asociadas relativas a los signos de referencia individuales se aplican en correspondencia. La radiación de excitación 12, 14 dispersada en las diferentes posiciones de irradiación es recolectada por una óptica colectora 40 y alimentada a un equipo de detección 50, 52, 52', 60, 60'. El objetivo del equipo de detección 50, 52, 52', 60, 60' es filtrar y detectar de manera selectiva en cuanto a la longitud de onda al menos una parte de la radiación dispersada en las diferentes posiciones de irradiación en al menos una primera longitud de onda de filtro f y una segunda longitud de onda de filtro f². En particular, el equipo de detección puede comprender a este respecto al menos un divisor de haz 50, en el que la radiación recolectada por la óptica colectora 40 se divide en al menos dos trayectorias de haz, en donde en una primera trayectoria de haz mediante se realiza un filtrado de longitud de onda selectiva mediante un primer elemento filtrante 52 en una longitud de onda del primer filtro f¹ y en una segunda trayectoria de haz se realiza un filtrado de longitud de onda selectiva mediante un segundo elemento filtrante 52' en una segunda longitud de onda de filtro f². La radiación transmitida en la primera longitud de onda de filtro f¹ mediante el primer elemento filtrante 52 se detecta a continuación por un primer detector 60, mientras que la radiación transmitida en la segunda longitud de onda de filtro f² se detecta a través del segundo elemento filtrante 52' mediante un segundo detector 60'.

La figura 6 muestra una representación esquemática de una forma de realización de un sistema óptico 100 de acuerdo con la invención para espectroscopia de acuerdo con las figuras 3A a 3C o 4 en vista desde arriba. Los signos de referencia utilizados en la figura 6 se corresponden en gran medida con los signos de referencia utilizados en la figura 5. Las realizaciones mencionadas en las descripciones de figuras asociadas relativas a los signos de referencia individuales se aplican en correspondencia. Las desviaciones surgen únicamente en relación con la forma de realización seleccionada de la trayectoria del haz de excitación. Esto corresponde a la forma de realización mostrada en las figuras 3A a 3C o 4 y presenta al menos un divisor de haz 18 en lugar de un equipo de desviación (espejo de desviación 16) para plegar la trayectoria del haz de excitación. Por lo demás, la posición del colector de haz 20 también está influenciada por la trayectoria modificada del haz de excitación.

La figura 7 muestra un esquema general para registrar un espectro Raman cuando se utiliza un procedimiento de acuerdo con la invención. Mediante el filtrado y detección de longitud de onda selectiva de una radiación de excitación 12, 14, dispersada por un elemento de muestra 32, de una primera longitud de onda de excitación A¹ de una fuente de excitación 10 por medio de un primer elemento filtrante 52 y al menos un segundo elemento filtrante 52', en donde una primera longitud de onda de filtro transmitida f¹ del primer elemento filtrante 52 y una segunda longitud de onda de filtro transmitida f² del segundo elemento filtrante 52' se diferencia de la primera longitud de onda de excitación A¹ y un filtrado y detección de longitud de onda selectiva de la radiación de excitación 12, 14 dispersada por el elemento de muestra 32 de una segunda longitud de onda de excitación A² de la fuente de excitación 10 por medio de un primer elemento filtrante 52 y al menos un segundo elemento filtrante 52', en donde una primera longitud de onda de filtro f¹ transmitida del primer elemento filtrante 52 y una segunda longitud de onda de filtro f² transmitida del segundo elemento filtrante 52' se diferencia de la segunda longitud de onda de excitación A² , siempre que la distancia espectral entre al menos una longitud de onda de excitación A¹, A² de a fuente de excitación 10 y un filtro de longitud de onda f¹, f² de un elemento filtrante 52, 52' se corresponda exactamente con un desplazamiento Raman de la radiación de excitación 12, 14 dispersada por el elemento de muestra 32, puede determinarse un espectro Raman discreto del elemento de muestra 32.

En los diagramas A y B, como abscisa se aplica en cada caso el número de onda relativo, es decir, la diferencia del número de onda con respecto al número de onda de una onda de referencia determinada en cm-1. En este sentido una onda de una primera longitud de onda de excitación de la fuente de excitación se selecciona como onda de referencia. La intensidad de la radiación está trazada como ordenada. El curso espectral de la intensidad de la radiación de excitación (curso de perfil) en la primera longitud de onda de excitación está representado en el diagrama A correspondiente al número de onda relativo 0 cm-1. También se representa la característica de filtro de un primer elemento filtrante 52 y de un segundo elemento filtrante 52'. El primer elemento filtrante 52 en una primera longitud de onda de filtro que presenta una distancia espectral con un número de onda relativo de 100 cm.-1 con respecto a la primera longitud de onda de excitación, en un rango espectral que comprende aproximadamente un número de onda relativo de 10 cm-1 presenta una transmisión de 1.0. En todo el resto del área representada, el primer elemento filtrante 52 bloquea completamente la radiación incidente. El segundo elemento filtrante 52' muestra una característica de filtro idéntica, sin embargo en una segunda longitud de onda de filtro, que presenta una distancia espectral con un número de onda relativo de 120 cm -1 con respecto a la primera longitud de onda de excitación.

Si, en correspondencia con la representación en el diagrama A, la radiación de excitación de la primera longitud de onda de excitación se dispersa de manera no elástica por Raman mediante un elemento de muestra determinado (por ejemplo, en una primera posición de una estructura óptica de acuerdo con la invención), entonces una radiación Raman correspondiente a la primera longitud de onda de filtro se sitúa dentro del área de paso del primer elemento filtrante 52 y se transmite. Un primer detector dispuesto detrás del primer elemento filtrante 52 puede determinar así la intensidad de la radiación dispersada en la primera longitud de onda de filtro. Sin embargo, el ancho espectral de la radiación dispersada Raman es demasiado pequeño para generar también una señal de intensidad correspondiente en un segundo detector incluso después de un filtrado mediante el segundo elemento filtrante 52' en la segunda longitud de onda de filtro. Por consiguiente con la configuración que se muestra en el diagrama A puede deducirse una línea Raman en un número de onda relativo de 100 cm-1. El ancho de la línea Raman correspondiente puede estimarse en particular a partir del ancho de línea de la radiación de excitación, los anchos de banda de filtro individuales de los elementos filtrantes (o su característica de filtro respectiva) así como de la relación de intensidad determinada a través de los detectores.

El diagrama B muestra el caso en que la radiación de excitación de una segunda longitud de onda de excitación, que presenta una distancia espectral con un número de onda relativo de 20 cm-1 con respecto a la primera longitud de onda de excitación A¹, se dispersa asimismo de manera no elástica mediante el mismo elemento de muestra (por ejemplo, en una segunda posición de una estructura óptica de acuerdo con la invención). Dado que en este ejemplo la distancia espectral entre las dos longitudes de onda de filtro de los dos elementos filtrantes 52, 52' coincide exactamente con la distancia espectral de las dos longitudes de onda de excitación de la radiación de excitación (diferencia de número de onda relativa de 20 cm-1), únicamente se intercambian los valores de intensidad determinados por ambos detectores. Como resultado, puede confirmarse la supuesta aparición de una línea Raman correspondiente según el diagrama A.

La resolución espectral y la fiabilidad de los exámenes pueden aumentar aún más mediante la irradiación de radiación de excitación de varias longitudes de onda de excitación de acuerdo con la invención y un filtrado correspondiente mediante varios elementos filtrantes con diferentes longitudes de onda de filtro transmitidas. En particular pueden examinarse elementos de la muestra para detectar la aparición de una pluralidad de líneas Raman.

Lista de referencias

10 fuente de excitación

12 radiación de excitación (que se propaga en una primera dirección)

14 radiación de excitación (que se propaga en una segunda dirección)

16 espejo de desviación

18 divisor de haz

20 colector de haz

30 área de paso

32 elemento de muestra

40 óptica colectora

50 divisor de haz

52 primer elemento filtrante (longitud de onda de filtro Af)

52' segundo elemento filtrante (longitud de onda de filtro Af')

62 primer detector (longitud de onda de filtro Af)

62' segundo detector (longitud de onda de filtro Af')

100 sistema óptico

A primera posición

B segunda posición

C-ZZ posiciones adicionales

A¹ primera longitud de onda de excitación

A² segunda longitud de onda de excitación

f longitud de onda del primer filtro

f² segunda longitud de onda de filtro

I primera intensidad (longitud de onda de excitación A¹ o A², longitud de

onda de filtro f¹ o f²)

I' segunda intensidad (longitud de onda de excitación A¹ o A², longitud de

onda de filtro f¹ o f²)

O eje del haz

L eje longitudinal

Az distancia

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Sistema óptico (100) que comprende:

- una fuente de excitación multiespectral (10) configurada para emitir sucesivamente radiación de excitación monocromática (12, 14) en al menos dos longitudes de onda de excitación (A-i, A²) distintas a lo largo de un eje de haz común (O);

- un área de paso (30) configurada alargada con un eje longitudinal (L) está configurada para guiar una corriente de partículas a lo largo del eje longitudinal (L);

- una trayectoria de haz de excitación configurada para irradiar la radiación de excitación monocromática (12, 14) en el área de paso (30) en una primera posición (A) y una segunda posición (B) a lo largo del eje longitudinal (L) del área de paso (30), en donde la primera posición (A) y la segunda posición (B) se encuentran en el área de paso (30) y la primera posición (A) está separada (Az) de la segunda posición (B); y

- un equipo de detección (50, 52, 52', 60, 60') configurado para filtrar y detectar de manera selectiva en cuanto a la longitud de onda al menos una parte de una radiación dispersada desde la primera posición (A) en una primera longitud de onda de filtro (f-i) y para filtrar y detectar de manera selectiva en cuanto a la longitud de onda al menos una parte de una radiación dispersada desde la segunda posición (B) en una segunda longitud de onda de filtro (f2);

caracterizado por que

el sistema óptico (100) comprende además un medio para la conmutación, configurado para conmutar entre al menos dos longitudes de onda de excitación (A¹, A²) de la fuente de excitación (10) dependiendo de la posición de un elemento de muestra (32) a lo largo del eje longitudinal (L) del área de paso (30).

2. Sistema óptico (100) según la reivindicación 1, que comprende además una óptica colectora (40) configurada para recolectar una radiación dispersada esencialmente desde la primera posición (A) y para recolectar una radiación dispersada esencialmente desde la segunda posición (B) y conducir la radiación recolectada hacia el equipo de detección (50, 52, 52', 60, 60').

3. Sistema óptico (100) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la trayectoria del haz de excitación está configurada para irradiar al menos en la primera posición (A) con la radiación de excitación (12, 14) en una primera longitud de onda de excitación (A¹) en el área de paso(30) e irradiar al menos en la segunda posición (B) con la radiación de excitación (12, 14) en una segunda longitud de onda de excitación (A² ) en el área de paso (30).

4. Sistema óptico (100) según una de las reivindicaciones anteriores, en donde las longitudes de onda de filtro ( f- f²) transmitidas de los elementos filtrantes individuales (52, 52') se diferencian tanto entre sí como en cada una de las longitudes de onda de excitación (A¹, A² ) individuales de la radiación de excitación (12, 14).

5. Sistema óptico (100) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que una radiación transmitida en las longitudes de onda de filtro transmitidas (f- f² ) de los elementos filtrantes individuales (52, 52') es detectada cada una de ellas por un detector (62, 62') asignable individualmente y para cada longitud de onda de excitación (A¹, A² ) se determinan al menos una primera intensidad (I) y una segunda intensidad (I').

6. Sistema óptico (100) según la reivindicación 5, que comprende además un medio para determinar un espectro Raman, configurado para determinar un espectro Raman a partir de al menos dos intensidades (I, I') determinadas.

7. Sistema óptico (100) según la reivindicación 6, en el que la distancia espectral entre al menos una longitud de onda de excitación (A¹, A²) de la fuente de excitación (10) y una longitud de onda de filtro (f- f²) de un elemento filtrante (52, 52') corresponde a un desplazamiento Raman de la radiación de excitación (12, 14) dispersada por un elemento de muestra (32).

8. Sistema óptico (100) según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el equipo de detección comprende al menos un divisor de haz (50) en el que la radiación recolectada por la óptica colectora (40) se divide en al menos dos trayectorias de haz, en donde en una primera trayectoria del haz se realiza un filtrado selectivo por longitud de onda mediante un primer elemento filtrante (52) en una longitud de onda de filtro (f-i), y en una segunda trayectoria del haz, se realiza un filtrado selectivo por longitud de onda mediante un segundo elemento filtrante (52') en una segunda longitud de onda de filtro (f²).

9. Procedimiento para la espectroscopia que utiliza un sistema óptico (100) según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende los siguientes pasos del procedimiento:

- transporte de flujo de un elemento de muestra (32) a lo largo de un eje longitudinal (L) del área de paso (30) configurada alargada desde un primer extremo del área de paso (30) hasta un segundo extremo del área de paso (30);

- irradiar el elemento de muestra (32) con radiación de excitación monocromática (12, 14) de la primera longitud de onda de excitación (A¹) de una fuente de excitación (10) en la primera posición (A) a lo largo del eje longitudinal (L) del área de paso (30);

- conmutar desde la primera longitud de onda de excitación (A-i) de la fuente de excitación (10) a una segunda longitud de onda de excitación (A² ) de la fuente de excitación (10) cuando el elemento de muestra (32) se encuentra en el área entre la primera posición (A) y la segunda posición (B) a lo largo del eje longitudinal (L) del área de paso (30);

- irradiar el elemento de muestra (32) con radiación de excitación monocromática (12, 14) de la segunda longitud de onda de excitación (A² ) de la fuente de excitación (10) en la segunda posición (B) a lo largo del eje longitudinal (L) del área de paso (30).

10. Procedimiento de la reivindicación 9, que comprende además:

- filtrar de manera selectiva en cuanto a longitud de onda la radiación de excitación (12, 14) de la primera longitud de onda de excitación (A¹) de la fuente de excitación (10), dispersada por el elemento de muestra (32), por medio de un primer elemento filtrante (52) y al menos un segundo elemento filtrante (52'), en donde una primera longitud de onda de filtro (f-i) transmitida del primer elemento filtrante (52) y una segunda longitud de onda de filtro (f²) transmitida del segundo elemento filtrante (52') se diferencia de la primera longitud de onda de excitación (A¹); - filtrar de manera selectiva en cuanto a longitud de onda la radiación de excitación (12, 14) de la segunda longitud de onda de excitación (A² ) de la fuente de excitación (10), dispersada por el elemento de muestra (32), por medio del primer elemento filtrante (52) y del al menos un segundo elemento filtrante (52'), en donde una primera longitud de onda de filtro (f-i) transmitida del primer elemento filtrante (52) y una segunda longitud de onda de filtro (f²) transmitida del al menos un segundo elemento filtrante (52') se diferencia de la segunda longitud de onda de excitación (A² ).

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 9 y 10, en donde una radiación transmitida en las longitudes de onda de filtro (f- f²) transmitidas de los elementos filtrantes (52, 52') individuales es detectada cada una de ellas por un detector (62, 62') asignado individualmente y se determinan al menos una primera intensidad (I) y una segunda intensidad (I') para cada longitud de onda de excitación (A¹, A² ).

12. Procedimiento según la reivindicación 11, en donde a partir de al menos dos intensidades (I, I') determinadas se determina un espectro Raman.

13. Procedimiento según la reivindicación 12, en donde la distancia espectral entre al menos una longitud de onda de excitación (A¹, A²) de la fuente de excitación (10) y una longitud de onda de filtro ( f- f²) de un elemento filtrante (52, 52') corresponde a un desplazamiento Raman de la radiación de excitación (12, 14) dispersada por un elemento de muestra (32).

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 9 a 13, en donde se determina la posición del elemento de muestra (32) que fluye a lo largo del eje longitudinal (L) del área de paso (30).