ES2908819T3 - Espectroscopia de reflectancia difusa de transformada de Fourier infrarroja - Google Patents

Abstract

Aparato de espectroscopia de reflectancia difusa de transformada de Fourier infrarroja para su uso en el análisis de una muestra (3) que comprende: una fuente de luz (41); una ubicación de recepción de muestra (2) para recibir una muestra (3) para su análisis; una disposición de iluminación (4) para dirigir la luz desde la fuente de luz (41) hacia la muestra recibida (3); un detector (6) para detectar la luz reflejada por la muestra recibida (3); y una óptica de recogida (5) para dirigir la luz reflejada por la muestra recibida (3) hacia el detector (6), donde la disposición de iluminación (4) comprende un interferómetro (42) y un espejo paraboloide (43a) dispuesto para recoger y reflejar la luz emitida por la fuente de luz (41) hacia el interferómetro (42) y caracterizado por un bloque de medio haz (45a) dispuesto justo delante de la fuente de luz (41) y sustancialmente en el foco del espejo paraboloide (41) en el camino óptico entre el interferómetro (42) y la fuente de luz (41) y dispuesto para bloquear la luz que sale del interferómetro (42) de vuelta hacia la fuente de luz (41) y es reflejada por la fuente de luz (41) desde que entra de nuevo en el interferómetro (42).

Description

DESCRIPCIÓN

Espectroscopia de reflectancia difusa de transformada de Fourier infrarroja

[0001] Esta invención se refiere a la espectroscopia de reflectancia difusa y, en particular, a un aparato de espectroscopia de reflectancia difusa de FT-IR (transformada de Fourier infrarroja) y a métodos para fabricar aparatos de espectroscopia de reflectancia difusa de FT-IR.

[0002] En el campo de la espectroscopia de reflectancia, se proyecta un haz de luz sobre una muestra. Una parte de la luz reflejada desde la muestra se recoge y se somete a análisis espectroscópico para determinar la composición química de la muestra.

[0003] La predicción de la composición química de la muestra implica el uso de técnicas estadísticas (conocidas como quimiometría) que relacionan las energías ópticas detectadas en varias longitudes de onda para la concentración de una especie de sustancia química particular de interés.

[0004] Para hacer tales predicciones, primero se tiene que construir una calibración o un modelo utilizando patrones de concentración conocidos. El proceso de construcción de tal modelo implica el uso de muchos patrones, cada uno de los cuales requiere análisis mediante otras técnicas (a menudo química húmeda). Los métodos de análisis alternativos suelen ser engorrosos y requieren mucho tiempo y, por lo tanto, resultan caros. Además, los patrones que han sido calificados a menudo tienen un tiempo de conservación limitado.

[0005] Resulta sumamente deseable que un conjunto de calibración construido usando un instrumento se pueda transferir a otro y sea eficaz en un segundo instrumento. A menudo ocurre que las diferencias pequeñas y sutiles en la respuesta entre instrumentos teóricamente idénticos hacen que un segundo instrumento lea algo diferente al primero cuando se usa para analizar la misma muestra. La mejor exactitud de medida se consigue mediante la calibración de cada instrumento. Sin embargo, tal práctica es a menudo prohibitivamente cara.

[0006] Cuanto más similar sea la respuesta de los instrumentos, más coherentes serán las predicciones de las propiedades de la muestra.

[0007] Sería deseable proporcionar un aparato de espectroscopia de reflectancia difusa que tenga como objetivo contribuir a la reducción de tal variabilidad y, de manera más general, contribuir a mejorar su rendimiento.

[0008] Algunas consideraciones particulares, tomadas en cuenta cuando se desarrolla el aparato actualmente descrito, incluyen:

una tendencia de los espectros medidos por un aparato a ser dependientes del posicionamiento de la muestra con respecto a una fuente de iluminación y/o sistema de detección;

[0009] La tendencia a que las diferencias de iluminación entre dispositivos y en momentos diferentes afecten a los espectros obtenidos;

[0010] Errores que se pueden introducir por artefactos de modulación doble en espectroscopia de FTIR;

[0011] El hecho de que pueda haber diferencias en los espectros de fondo de vez en cuando y/o posibles desviaciones o defectos en el funcionamiento del aparato en su conjunto.

[0012] Varias características diferentes del aparato actualmente desarrollado y descrito pueden ayudar a abordar uno o varios de estos problemas.

[0013] La publicación "Diffuse reflectance measurements by infrared Fourier transform spectrometry" (Medidas de reflectancia difusa por espectrometria de transformada de Fourier infrarroja) química analítica vol. 50 núm. 13, 1 de noviembre de 1978, páginas 1906-1910, describe un sistema para realizar medidas de reflectancia difusa usando espectrometria de transformada de Fourier.

[0014] La publicación "Testing the radiometric accuracy of Fourier transform infrared transmittance measurements" (Prueba de precisión radiométrica de las medidas de transmitancia infrarroja de transformada de Fourier) óptica aplicada vol. 36, núm. 34, 1 de diciembre de 1997, página 8896, describe el uso de bloques de medio haz para reducir errores causados por interreflexiones entre componentes, por ejemplo, el interferómetro y la detección en su sistema de medida de transmitancia.

[0015] Según un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato de espectroscopia de reflectancia difusa de transformada de Fourier infrarroja, como se reivindica en la reivindicación 1.

[0016] El detector puede tener un área activa de detección de luz predeterminada; y la óptica de recogida puede ser para dirigir hacia el detector, la luz reflejada en un ángulo dentro de un rango angular predeterminado por una muestra recibida, y la óptica de recogida puede enfocar el detector sustancialmente al infinito.

[0017] Esto ayuda a evitar variaciones en la intensidad y/o el espectro de la luz visto por el detector cuando varía la altura de la muestra (espacio entre la muestra y la óptica de recogida). En principio, los mismos rayos reflejados serán recogidos por la óptica de recogida y detectados por el detector independiente de la altura de la muestra dentro de los límites de trabajo del sistema. Un cambio en la altura de la muestra dentro del rango operativo cambiará la posición lateral de la trayectoria de los rayos recogidos a través del sistema de recogida pero no cambiará los rayos que se seleccionan y alcanzan el detector, ni su posición de llegada al detector.

[0018] Lo más natural sería enfocar el detector en la ubicación de recepción de la muestra. Sin embargo, esto conlleva el problema de que el sistema se vuelve muy sensible a la altura de la muestra (espacio entre la muestra y la óptica de recogida) porque se recogen cantidades diferentes de luz y rayos diferentes y se representan en partes diferentes del detector dependiendo de la altura.

[0019] La disposición de iluminación puede estar configurada para dirigir un haz de luz de iluminación a una muestra recibida y el eje óptico de la óptica de recogida en la entrada a la óptica de recogida se puede inclinar hacia el eje del haz del haz de luz de iluminación.

[0020] Esto puede contribuir a evitar la recogida de cualquier haz de reflexión especular y proporciona una separación física entre el haz de iluminación y la entrada de la óptica de recogida/el haz de recogida.

[0021] La óptica de recogida puede comprender un espejo paraboloide fuera del eje para enfocar la luz del infinito y un espejo elipsoide dimensionado para corregir las aberraciones del espejo paraboloide.

[0022] El espejo paraboloide puede estar dispuesto en el camino óptico en la óptica de recogida antes del espejo elipsoide.

[0023] El espejo paraboloide puede ser el primer componente óptico en la óptica de recogida.

[0024] En un sistema alternativo, se pueden usar lentes adecuadas en lugar de los espejos.

[0025] El tamaño de una pupila de entrada de la óptica de recogida se puede elegir para que sea suficiente para alojar un rango predeterminado de muestra a espacios de óptica de recogida.

[0026] El diámetro del espejo paraboloide puede definir una pupila de entrada de la óptica de recogida.

[0027] El diámetro del espejo paraboloide se puede elegir para que sea suficiente para alojar un rango predeterminado de muestra a espacios de óptica de recogida.

[0028] La óptica de recogida puede comprender una posición de enfoque intermedia y se puede proporcionar una apertura en la posición de enfoque intermedia y disponerse de modo que su imagen en el detector tenga unas dimensiones predeterminadas elegidas para evitar que los rayos fuera de un rango angular elegido alcancen el detector. Las dimensiones predeterminadas se pueden elegir en dependencia de las dimensiones del área activa de detección de luz del detector. Las dimensiones predeterminadas se pueden elegir para que sean sustancialmente las mismas que las dimensiones del área activa de detección de luz.

[0029] La posición de enfoque intermedia puede estar dispuesta entre el espejo paraboloide y el espejo elipsoide.

[0030] La disposición de iluminación puede comprender una fuente de luz. En otros casos, la fuente de luz puede proporcionarse fuera de la disposición de iluminación. La disposición de iluminación puede estar configurada para enfocar la fuente de luz sustancialmente al infinito.

[0031] Esto conducirá a que la luz de cada punto de la fuente de luz se extienda a través del campo en la ubicación de recepción de la muestra lo que a su vez mejorará la uniformidad de la iluminación y la consistencia de las medidas. Se puede enfocar de manera más natural la fuente de luz en la ubicación de recepción de la muestra, pero esto conducirá a una mayor variación espacial en la iluminación a medida que se forma una imagen de la fuente de luz en la muestra y, por lo tanto, en general, a una mayor variación en la iluminación.

[0032] La fuente de luz puede comprender una lámpara incandescente. La disposición de iluminación puede estar configurada para enfocar el filamento de la fuente de luz sustancialmente al infinito.

[0033] La disposición de iluminación puede estar configurada de modo que cualquiera de las superficies ópticas no uniformes en el camino óptico entre la fuente de luz y la ubicación de la muestra esté espaciada en el camino óptico de cualquier imagen de una muestra transportada.

[0034] La disposición de iluminación comprende un interferómetro con un divisor de haz y puede estar configurada de modo que la imagen de la muestra esté espaciada en el camino óptico lejos del divisor de haz.

[0035] La disposición de iluminación comprende un espejo paraboloide de entrada para recoger luz de la fuente de luz. La fuente de luz se puede colocar en la región del foco del espejo paraboloide de entrada. En la práctica, la fuente de luz se puede colocar un poco más allá del foco del espejo paraboloide de entrada.

[0036] La disposición de iluminación puede estar configurada de modo que la imagen de la muestra se encuentre en el camino óptico entre el espejo paraboloide de entrada y el divisor de haz.

[0037] La disposición de iluminación puede comprender una apertura-J proporcionada en un foco en el camino óptico para bloquear rayos con una divergencia de umbral superior.

[0038] La disposición de iluminación puede comprender un espejo paraboloide de relé dispuesto en el camino óptico en un lado del interferómetro opuesto al de la fuente de luz. La apertura-J puede proporcionarse en el foco del espejo paraboloide de relé.

[0039] Obsérvese que en formas de realización alternativas uno o más del interferómetro, el espejo paraboloide de entrada, la apertura-J y el espejo paraboloide de relé, así como componentes similares, pueden proporcionarse fuera de la disposición de la iluminación del aparato.

[0040] Un bloque de medio haz funciona porque la luz que se refleja regresará a través de un foco del sistema en el lado del eje óptico opuesto al lado por donde la luz ha pasado en la dirección hacia delante. Por lo tanto, con un oscurecimiento colocado a la mitad del haz en un foco, la mitad de la luz se bloquea en la dirección hacia delante, y si parte de la luz que pasa se refleja, ésta será bloqueada cuando se mueva en la dirección inversa. Esto resulta útil porque evita que la luz pase dos veces a través del interferómetro y alcance el detector, es decir, evita que la luz doblemente modulada alcance el detector.

[0041] La disposición de iluminación comprende un primer bloque de medio haz y puede comprender un segundo bloque de medio haz, estando el primer bloque de medio haz dispuesto en el camino óptico entre el interferómetro y la fuente de luz para bloquear la luz que sale del interferómetro de vuelta hacia la fuente de luz y es reflejada por la fuente de luz al volver a entrar en el interferómetro y el segundo de los mismos puede estar dispuesto en el camino óptico en el lado del interferómetro opuesto al lado de la fuente de luz.

[0042] Considerando el bloque de medio haz dispuesto en el camino óptico entre el interferómetro y la fuente de luz, la fuente de luz se puede desplazar transversalmente desde el eje óptico hacia un lado del eje óptico que es opuesto al lado en el que está dispuesto el bloque de medio haz.

[0043] El bloque de medio haz tendrá un borde que atraviesa el haz. El borde puede estar curvado de manera que la parte desbloqueada del haz tenga forma de media luna. En el centro del haz, el borde puede estar sustancialmente en el eje óptico pero en posiciones alejadas del centro, el borde puede estar retraído desde la línea a través del eje óptico que estaría definido por un borde recto.

[0044] Esto puede permitir que entre más luz en el sistema mientras sigue bloqueando los rayos reflejados. Las aberraciones en el sistema tenderán a significar que la luz reflejada de medio haz permitido a través de un bloque de medio haz ocupará menos de la mitad del campo de haz inicial al regresar. Así, un bloque de medio haz de borde recto completo bloquea más luz de la necesaria. El uso de un bloque de haz con bordes curvos para crear una región desbloqueada en forma de media luna aumenta le eficiencia al tener en cuenta el efecto de las aberraciones. Se puede considerar que el bloque de bordes curvos compensa la distorsión de campo.

[0045] La forma del borde de bloque de medio haz se puede elegir para garantizar que sustancialmente todos los rayos que pasan por el bloque en la dirección hacia delante, si se reflejan, se bloquearán en la dirección inversa. La forma del bloque se puede optimizar mediante modelado o empíricamente, por ejemplo.

[0046] El aparato puede comprender además una disposición de adquisición de espectro de referencia que comprende:

al menos una ubicación de recepción de muestra de referencia; y una disposición de conmutación de haz que tiene primeros y segundos estados,

el primer estado que permite que la luz de la disposición de iluminación alcance la ubicación de recepción de muestra y que la luz reflejada por una muestra transportada alcance la óptica de recogida; y el segundo estado para redirigir la luz de la disposición de iluminación hacia la ubicación de recepción de muestra de referencia en vez de hacia la ubicación de recepción de muestra y dirigir la luz reflejada por una muestra de referencia recibida hacia la óptica de recogida que permite la detección selectiva en el detector de luz reflejada por una muestra transportada y la luz reflejada por una muestra de referencia transportada.

[0047] Esto puede facilitar la adquisición de un espectro de referencia sin que el usuario tenga que presentar la muestra de referencia en la ubicación de muestra "normal". Así, por ejemplo la muestra de referencia se puede almacenar en el aparato en su posición operativa. A su vez, esto puede alentar al usuario para tomar medidas de referencia apropiadas o permitir que el aparato tome medidas de referencia automáticamente sin ninguna participación del usuario.

[0048] Nótese que, en las explicaciones anteriores, la disposición de conmutación de haz simplemente permite que la luz alcance la muestra y que la luz reflejada alcance la recogida en el primer estado. Sin embargo, dirige la luz en el segundo estado. Así, la disposición de conmutación de haz puede, de hecho, no jugar ningún papel en la dirección de la luz en el primer estado - puede estar fuera del camino óptico. Ésta es una implementación preferida pero no es esencial. En otras aplicaciones, la disposición de conmutación de haz puede dirigir la luz en todos los estados o dirigir la luz en el primer estado pero no el segundo, por ejemplo. Así, de forma más general, la disposición de conmutación de haz puede causar o permitir el paso de luz en las direcciones deseadas en cada estado.

[0049] La disposición de adquisición de espectro de referencia puede comprender una muestra de referencia dispuesta en la ubicación de recepción de la muestra de referencia.

[0050] La disposición de adquisición de espectro de referencia puede comprender dos ubicaciones de recepción de muestra de referencia. Se puede usar una primera ubicación para contener un primer material de referencia para su uso en la adquisición de un espectro de fondo. Se puede usar una segunda ubicación para contener un segundo material de referencia que es diferente del primer material de referencia y se usa para adquirir un espectro de verificación operativo.

[0051] El primer material de referencia será generalmente un material "estándar" altamente reflectante. Es probable que el espectro de ese material carezca relativamente de características pero la amplitud cambiará con las diferencias en la intensidad de la iluminación por ejemplo, y las diferencias en la intensidad de la iluminación dependerán a menudo de la longitud de onda. Así, un espectro de fondo adquirido utilizando tal muestra resulta útil para normalizar los espectros adquiridos para otras muestras para tener en cuenta las diferencias en las características de iluminación en momentos diferentes, en aparatos diferentes, etc.

[0052] El segundo material de referencia será generalmente un material "estándar" con más características pero estable. Un espectro adquirido usando el segundo material de referencia se puede comparar con al menos un espectro precedente adquirido para el segundo material de referencia para comprobar que el aparato parece estar funcionando correctamente. El espectro adquirido usando el segundo material de referencia se puede normalizar usando el espectro de fondo respectivo adquirido usando el primer material de referencia.

[0053] Donde hay dos ubicaciones de recepción de material de referencia, preferiblemente la disposición de conmutación de haz tiene un tercer estado:

el primer estado permite que la luz de la disposición de iluminación alcance la ubicación de recepción de muestra y la luz reflejada por una muestra transportada alcance la óptica de recogida;

el segundo estado redirige la luz de la disposición de iluminación hacia la primera ubicación de recepción de muestra de referencia en vez de hacia la ubicación de recepción de muestra y dirige la luz reflejada por una muestra de referencia recibida en la primera ubicación de recepción de muestra de referencia hacia la óptica de recogida;

el tercer estado redirige la luz desde la disposición de iluminación hacia la segunda ubicación de recepción de muestra de referencia en vez de hacia la ubicación de recepción de muestra y dirige la luz reflejada por una muestra de referencia recibida en la segunda ubicación de recepción de muestra de referencia hacia la óptica de recogida,

permitiendo así la detección selectiva en el detector de luz reflejada por una muestra transportada, la luz reflejada por una muestra de referencia transportada a la primera ubicación de recepción de muestra de referencia, y la luz reflejada por una muestra de referencia transportada a la segunda ubicación de recepción de muestra de referencia.

[0054] La disposición de conmutación de haz puede comprender un par de espejos de techo montados para moverse entre una primera posición correspondiente al primer estado y una segunda posición correspondiente al segundo estado, y opcionalmente una tercera posición correspondiente al tercer estado.

[0055] El par de espejos de techo se puede montar para moverse linealmente.

[0056] La disposición de conmutación de haz puede comprender un accionamiento para accionar el par de espejos de techo. Así, la disposición de conmutación de haz puede comprender un accionamiento para accionar el par de espejos de techo en una dirección de movimiento lineal.

[0057] El uso de un par de espejos de techo en la disposición de conmutación de haz puede permitir que la longitud del camino óptico entre la disposición de iluminación/fuente de luz y el detector se mantenga constante cuando la disposición de conmutación de haz esté en el primer estado, el segundo estado, y cuando exista, el tercer estado.

[0058] La disposición de conmutación de haz puede estar configurada para examinar una muestra de referencia recibida para permitir la toma de medidas en un área extendida de la muestra de referencia. El examen puede ser un examen lineal.

[0059] La disposición de conmutación de haz puede estar configurada para mover el par de espejos de techo a través de un rango de posiciones en las que el par de espejos de techo sirve para redirigir la luz de la disposición de iluminación hacia la ubicación de recepción de muestra de referencia respectiva en vez de la ubicación de recepción de muestra y dirigir la luz reflejada por una muestra de referencia recibida en la ubicación de recepción de muestra de referencia respectiva hacia la óptica de recogida. De esta manera, se puede realizar el examen usando el par de espejos de techo.

[0060] Además, el examen se puede realizar de forma sencilla y eficaz usando un único mecanismo de transporte tanto para conmutar entre medidas de muestra y medidas de muestra de referencia como para examinar muestras de referencia. Además, el uso del par de espejos de techo garantiza que la longitud del camino óptico entre la disposición de iluminación/fuente de luz y el detector se puede mantener constante en estados diferentes y durante cualquier examen.

[0061] El aparato de espectroscopia de reflectancia difusa puede comprender un contenedor dentro del que se disponen las ubicaciones de recepción de muestra. Éste puede ser una carcasa del aparato o un recinto separado.

[0062] El aparato de espectroscopia de reflectancia difusa puede comprender una memoria que puede almacenar un espectro de corrección de referencia interna que representa una diferencia entre un espectro adquirido usando el aparato a partir de una muestra colocada en la ubicación de recepción de muestra y de la misma o una muestra idéntica colocada en la ubicación de recepción de muestra de referencia.

[0063] Esto puede ser usado entonces para corregir el espectro de fondo medido usando el primer material de referencia.

[0064] El aparato de espectroscopia de reflectancia difusa puede comprender un espectrómetro.

[0065] El aparato de espectroscopia de reflectancia difusa puede comprender un accesorio para su uso con un espectrómetro.

[0066] El aparato de espectroscopia de reflectancia difusa puede comprender un módulo de análisis para analizar medidas realizadas por el detector con el fin de proporcionar información sobre la composición de la muestra. Alternativamente, puede proporcionarse un módulo de análisis por separado del aparato de espectroscopia de reflectancia.

[0067] En general, las características de cada uno de los aspectos de la invención definidos anteriormente se pueden usar combinándolas entre sí. Muchas formas de realización prácticas incluirán una combinación de estas características. Además, cada una de las características opcionales anteriormente descritas que siguen a cualquiera de los aspectos de la invención se puede usar como característica opcional de cada uno de los otros aspectos de la invención, y se puede reescribir con cambios en la redacción si resulta necesario para corresponder con el aspecto respectivo de la invención. Tales características no se repiten después cada aspecto de la invención en el interés de brevedad.

[0068] Ahora se describirán formas de realización de la presente invención, sólo a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos anexos, donde:

La Figura 1 muestra esquemáticamente un espectrómetro de FT-IR que incorpora la presente invención; La Figura 2 muestra esquemáticamente más detalles de la disposición óptica del espectrómetro que se muestra en la figura 1;

La Figura 3 muestra esquemáticamente el efecto de cambiar la altura de la muestra del funcionamiento de la óptica de recogida del espectrómetro que se muestra en las figuras 1 y 2;

La Figura 4A ilustra un bloque de medio haz de borde recto que se puede usar en el espectrómetro que se muestra en las figuras 1 y 2, así como su efecto en la luz que pasa a través del sistema;

La Figura 4B muestra un bloque de medio haz con borde curvado que se puede usar en el espectrómetro de las figuras 1 y 2, así como su efecto en la luz que pasa a través del sistema;

La Figura 5A muestra esquemáticamente cómo se puede colocar un filamento de una fuente de luz con respecto al campo de aceptación de una disposición de iluminación del espectrómetro que se muestra en la figura 1 y la figura 2;

La Figura 5B muestra un filamento de una fuente de luz que se está desplazando con respecto al campo de aceptación;

La Figura 6 muestra esquemáticamente parte del espectrómetro que se muestra en las figuras 1 y 2 con una disposición de adquisición de espectro de referencia del espectrómetro;

La Figura 7A muestra esquemáticamente un espejo de techo de la disposición de adquisición de espectro de referencia que se muestra en la figura 6 en una primera posición en relación con una primera muestra de referencia para facilitar la adquisición de un espectro de referencia con respecto a la primera muestra de referencia;

La Figura 7B muestra el espejo de techo que se muestra en la figura 7A en una segunda posición con respecto a la primera muestra de referencia; y

La Figura 8 muestra el espejo de techo como se muestra en las figuras 6, 7A y 7B en una posición en la que facilita la adquisición de un espectro de referencia con respecto a un segundo material de referencia.

[0069] La figura 1 muestra esquemáticamente una disposición de espectrómetro de FT-IR (transformada de Fourier infrarroja) para su uso en medidas de espectroscopia de reflectancia difusa. Así, el espectrómetro mostrado en la figura 1 constituye un aparato de espectroscopia de reflectancia difusa.

[0070] El espectrómetro comprende una carcasa principal 1 dispuesta encima de la que se encuentra una ubicación de recepción de muestra 2. Una ubicación de recepción de muestra 2 puede comprender, por ejemplo, un dispositivo giratorio de muestras para mover una muestra transportada 3 con respecto a la carcasa principal 1 del espectrómetro para permitir que se tomen medidas en un área extendida de la muestra 3.

[0071] Dentro de la carcasa 1, se proporciona una disposición de iluminación 4 para dirigir la luz hacia la muestra 3. Además, se proporciona un sistema de recogida que comprende una óptica de recogida 5 y un detector 6 para recibir la luz reflejada de la muestra 3. La luz sale de la carcasa 1 y vuelve a entrar en la carcasa 1 a través de una ventana 11.

[0072] También se proporciona dentro de la carcasa 1 del espectrómetro 1 una disposición de adquisición de espectro de referencia 7, que se describe con más detalle a continuación, y una unidad de control 8 que está conectada a la disposición de iluminación 4 y controla su funcionamiento, el sistema de recogida 5, 6 y la disposición de adquisición de espectro de referencia 7. En la presente forma de realización la unidad de control 8 comprende un módulo de análisis 81 para recibir datos recopilados por el detector 6 y analizar estos datos para proporcionar información sobre la composición de una muestra medida 3. Se proporciona un módulo de memoria 82 en la unidad de control para almacenar datos.

[0073] La figura 2 muestra la disposición óptica del espectrómetro de la figura 1 con más detalle. En la presente forma de realización, la disposición de iluminación 4 comprende una fuente de luz 41, un interferómetro 42 y varios elementos ópticos 43a-43g para guiar la luz desde la fuente 41 al interferómetro 42 y desde interferómetro 42 hacia la ubicación de recepción de muestra 2. La disposición de iluminación 4, y en particular los elementos ópticos 43a-43g, están dispuestos para enfocar la fuente de luz 41 sustancialmente al infinito. Esto conduce a que la luz de cada punto de la fuente de luz 41 se extienda a través del campo en la ubicación de recepción de la muestra 2, lo que a su vez mejorará la uniformidad de iluminación y la consistencia en la medida. Se puede enfocar de manera más natural la fuente de luz 41 en la ubicación de recepción de muestra 2. Sin embargo, esto conducirá a una mayor variación espacial en la iluminación ya que entonces se formaría una imagen de la fuente de luz 41 en la muestra.

[0074] En la presente forma de realización, la fuente de luz 41 comprende una lámpara incandescente que tiene un filamento 41a. La disposición de iluminación 4 está configurada para enfocar el filamento 41a sustancialmente al infinito. Esto resulta útil porque el contenido espectral de la luz emitida por la lámpara 41 dependerá de la temperatura del filamento según la ley de radiación de cuerpo negro de Planck. En términos generales, la temperatura del filamento no será constante a lo largo de su longitud debido a su forma y/o variación de espesores.

[0075] En términos generales, se puede esperar que la emisión de la lámpara sea aproximadamente igual en todas las direcciones y, por lo tanto, al enfocar la lámpara al infinito, se puede esperar que la luz de cada punto de la fuente se distribuya uniformemente a través del campo en la ubicación de la muestra 2.

[0076] En la presente forma de realización, los elementos ópticos en la disposición de iluminación 4 incluyen: un espejo paraboloide fuera del eje 43a previsto para recoger luz de la fuente 41 y dirigirla hacia el interferómetro 42. Además, se proporciona un espejo plano 43b para reflejar la luz que sale del interferómetro 42 hacia un segundo espejo paraboloide fuera del eje 43c, que alimenta con luz un espejo elipsoide fuera del eje 43d, que a su vez refleja la luz hacia una primera lente 43e y hacia un segundo espejo plano 43f, que refleja la luz a través de una segunda lente 43g, después de lo cual la luz pasa a través de la ventana 11 provista en la carcasa 1 del espectrómetro a la ubicación de recepción de muestra 2.

[0077] En la presente forma de realización, la fuente 41 se coloca a una pequeña distancia más allá del foco del primer espejo paraboloide 43a y así los rayos entran en el interferómetro 42 convergiendo ligeramente.

[0078] El interferómetro 42 se usa en el presente aparato para modular el haz de iluminación con el fin de codificar el contenido espectroscópico de la luz de forma convencional para realizar medidas de FT-IR. Por lo tanto, no se proporciona aquí ninguna descripción adicional de su funcionamiento.

[0079] Cualquiera de los rayos divergentes en el interferómetro 42 tiene una longitud de camino diferente a la de los rayos paraxiales y, por lo tanto, generará una modulación ligeramente desplazada en frecuencia. Esto tenderá a restar valor a la resolución espectral del sistema y requiere ser controlado. Así, se proporciona una apertura-J 44 en el foco del segundo espejo paraboloide 43c para bloquear los rayos altamente divergentes. El primer espejo elipsoide 43d forma una imagen de la apertura-J 44 en un foco entre el espejo elipsoide 43d y la primera lente 43e. Esto proporciona una cintura de haz. Las primeras y segundas lentes 43e y 43g y el segundo espejo plano 43f se utilizan para transmitir el haz a una ubicación de muestreo apropiada mientras se controla su geometría y se garantiza que una imagen de la fuente se encuentra sustancialmente en el infinito.

[0080] El segundo espejo paraboloide 43c y el primer espejo elipsoide 43d se pueden elegir para que sean complementarios con el fin de minimizar las aberraciones. En particular, el primer espejo elipsoide 43d se puede elegir para corregir las aberraciones en el segundo espejo paraboloide 43c.

[0081] Las lentes 43e y 43g de la disposición de iluminación y las longitudes de camino se seleccionan para dar al sistema los siguientes atributos:

1. Un diámetro de haz adecuado en la ubicación de recepción de muestra 2.

2. Un diámetro de haz que es aproximadamente constante para una distancia por encima y por debajo de la ubicación de la muestra 2 nominal.

3. Una divergencia minimizada del haz por encima y por debajo de la ubicación de la muestra 2. Esto resulta útil ya que permite que el eje del sistema de recogida esté menos inclinado con respecto al eje de iluminación que a su vez mejora la inmunidad del sistema al posicionamiento incorrecto de la muestra 3.

[0082] Cabe señalar que, si bien los principales elementos funcionalmente importantes de la disposición de iluminación 4 se muestran y se describen con referencia a la figura 2, en un sistema práctico puede tratarse de elementos ópticos adicionales en el camino que realizan funciones convencionales.

[0083] En conjunto puede haber una cantidad relativamente grande de elementos ópticos en el camino entre la fuente 41 y la ubicación de muestra 2. Para promover uniformidad de iluminación en la muestra, los elementos ópticos 43a a 43f al igual que los componentes dentro del interferómetro 42 están dispuestos de modo que cualquier superficie que pueda no ser uniforme esté separada de una imagen (conjugada) de la muestra. Como ejemplo, en el interferómetro 42 hay un divisor de haz 42a que puede tener una respuesta que varía significativamente sobre su superficie. Así, el sistema óptico en la presente forma de realización está dispuesto de manera que el conjugado de la muestra esté a una distancia razonable del divisor de haz 42a. En la presente forma de realización el conjugado de la muestra se extiende en el camino óptico entre el divisor de haz 42a y el primer espejo paraboloide 43a.

[0084] Un posible problema cuando se usa espectroscopia de FT-IR reside en la presencia de un artefacto de modulación doble en los espectros medidos. Tal artefacto crea una indicación falsa de energía de corta longitud de onda/alta frecuencia en el espectro. La presencia de tal energía falsa en el espectro tiene el potencial para influir en las predicciones quimiométricas y, por lo tanto, las diferencias en la magnitud de cualquier artefacto de este tipo entre instrumentos pueden afectar negativamente la eficacia de la calibración y la posibilidad de reutilizar calibraciones en diferentes instrumentos.

[0085] El artefacto de modulación doble es causado por la luz que pasa dos veces a través del interferómetro 42. Si se permite que la luz pase dos veces a través del interferómetro 42 ésta se modulará en cada una paso y esto conducirá a respuestas no deseadas y erróneas en el detector 6 si esta luz atraviesa todo el sistema. Así, en la presente forma de realización, se usan dos bloques de medio haz en un esfuerzo para suprimir cualquier artefacto de modulación doble.

[0086] Como se ha mencionado anteriormente, el artefacto de modulación doble se produce si se permite que la luz pase dos veces a través del interferómetro 42 . En términos generales, esto puede ocurrir porque cuando la luz entra en el interferómetro 42, la mitad de la luz se reflejará hacia atrás fuera del interferómetro 42 en la dirección de entrada, mientras que la otra mitad de la luz viajará hacia delante. Esto significa que hay componentes reflectantes antes o después del interferómetro 42, existe la posibilidad de que la luz vuelva a entrar en el interferómetro 42 y luego vuelva a salir.

[0087] Una posibilidad para tratar de reducir la fuerza del artefacto de modulación doble consiste en reducir la reflexión posterior de todas las partes componentes en el camino óptico o, tratar, de otro modo, de redirigir o bloquear la luz doblemente modulada del alcance del detector. Esto puede resultar difícil. Por otro lado, el uso de bloques de medio haz proporciona una forma particularmente conveniente de evitar que la luz pase dos veces a través del interferómetro 42 y, por lo tanto, detenga (o al menos reduzca significativamente) la recepción de luz doblemente modulada en el detector 6.

[0088] Un bloque de medio haz consiste en un oscurecimiento colocado a través de la mitad del haz en un foco. Tal bloque de medio haz detiene eficazmente (o al menos reduce significativamente) la generación de luz doblemente modulada porque cuando la luz pasa por el foco en una mitad del haz y luego se refleja de nuevo hacia el bloque de haz, regresará al lado opuesto del eje óptico en el que estaba cuando pasó por el foco en la dirección hacia delante. Por lo tanto, la mitad del haz que puede pasar por el bloque de haz en la dirección hacia delante impactará en el bloque del haz cuando se desplace hacia atrás en la dirección inversa, si se refleja. Por otro lado, por supuesto, la parte del haz que se reúne con el bloque del haz en la dirección hacia delante no avanza más.

[0089] En la presente forma de realización, se proporciona un primer bloque de medio haz 45a en un foco del primer espejo paraboloide 43a justo delante de la fuente de luz 41 y se proporciona un segundo bloque de medio haz 45b en un foco del primer espejo elipsoide 43d. El primer bloque de medio haz 45a sirve para bloquear cualquier luz que salga del interferómetro 42 en la dirección inversa de vuelta hacia la fuente de luz 41 para que no se refleje en la fuente de luz 41 y avance de vuelta hacia el interferómetro 42.

[0090] Por otro lado, el segundo bloque de medio haz 45b bloquea el regreso al interferómetro 42 de cualquier luz reflejada por, digamos, las lentes 43e ó 43g, la ventana 11 o la muestra 3 o el soporte de muestra.

[0091] Cada bloque de medio haz 45a, 45b está ennegrecido para garantizar que, en la medida de lo posible, no refleje la luz.

[0092] Un bloque de medio haz de bordes rectos 45a, 45b, colocado en la mitad del haz o un poco más de la mitad del haz, actuará para reducir significativamente o eliminar cualquier artefacto de modulación doble al bloquear eficazmente el regreso de la luz que pasa por el bloque de medio haz. Sin embargo, debido a las aberraciones en el sistema, la luz que pasa por el bloque de medio haz y regresa puede, en realidad, ocupar un campo que es menor que la mitad del haz. La figura 4A ilustra este efecto. La figura 4A muestra (en la mitad derecha de la figura) un bloque de medio haz de bordes rectos que puede utilizarse, por ejemplo, como el primer bloque de medio haz 45a. Éste se ennegrece y tiene un borde recto que se puede ver en el centro de la imagen mostrada en la figura 4A. Este bloque de medio haz bloquea la mitad del haz de manera que la mitad del haz 450 puede pasar por el bloque de haz en la dirección hacia delante. Si esta luz se refleja y regresa hacia el bloque de medio haz entonces, debido a las aberraciones en el sistema, la forma del haz habrá cambiado. En la mitad derecha de la figura 4A se puede ver un ejemplo de cómo se ve un medio haz devuelto después de la reflexión y está etiquetado como 451. Así, se verá que mientras está cerca del centro del haz, el haz devuelto sigue estando cerca del borde del bloque de medio haz en las regiones alejadas de este centro, el borde del haz se ha retraído. Por lo tanto, el área oscura del bloque de medio haz 45a mostrada entre las dos partes de haz 450 y 451 no realiza, de hecho, ninguna función útil. Esta parte del bloque de haz 45a no se necesita para bloquear el haz de regreso. Así, es posible usar una forma modificada del bloque de medio haz para aumentar la cantidad de haz que puede pasar por el bloque de medio haz. Esto significa que se puede aumentar la eficiencia de la iluminación.

[0093] En la figura 4B se ilustra un bloque de medio haz de bordes curvados 45a'. Este bloque de medio haz podría ser usado de la misma manera que el bloque de medio haz de bordes rectos 45a, o incluso el segundo bloque de medio haz 45b. Aquí, teniendo en cuenta las aberraciones que se producen en el sistema, se elige la forma del bloque de medio haz 45a' de modo que el haz 450' que puede pasar por el bloque de medio haz tenga forma de media luna. Nuevamente, cuando el haz se refleja y regresa, su forma cambia debido a la aberración. Esto se ilustra mediante la región más clara 451' mostrada en la imagen de la figura 4B. Todavía hay una región oscura entre el haz hacia delante 450' y el haz reflejado 451'. Así, el bloque de medio haz 45a' sigue funcionando para bloquear la luz reflejada y, por lo tanto, evitará o al menos reducirá significativamente cualquier artefacto de modulación doble pero, por otro lado, la cantidad de luz que deja pasar inicialmente el bloque de medio haz 45a' aumenta significativamente.

[0094] Se puede usar otra técnica para aumentar aún más la eficiencia del sistema donde se usa un primer bloque de medio haz 45a en la región de la fuente 41. Éste consiste en disponer la fuente 41 de modo que el filamento 41a esté desplazado con respecto al eje óptico. La figura 5A muestra el filamento 41A alineado con el eje óptico de una cierta manera que permitirá que funcione el sistema. Sin embargo, en la figura 5B se muestra que el filamento está desplazado en la dirección de la mitad abierta del haz, es decir, lejos del lado bloqueado por el bloque de medio haz 45a. Esto significa que se permite que entre más luz del filamento en el sistema en lugar de ser bloqueada directamente por el bloque de medio haz 45a.

[0095] Siguiendo la descripción anterior de la disposición de iluminación 4, ahora se presta más atención al sistema de recogida 5, 6.

[0096] Las muestras de reflectancia difusa emiten rayos de luz sobre un rango amplio de ángulos. Un enfoque tradicional en la espectroscopia de reflectancia difusa consiste en recoger luz en la mayor cantidad posible de este rango angular. Esto puede implicar el uso de una esfera de integración para recoger la luz. Un problema particular con tal sistema es que el cambio en la distancia entre la muestra y la entrada en la esfera de integración puede producir cambios significativos en los espectros medidos debido al ángulo de los rayos que se recogerán y/o la intensidad de la luz que se recogerá. Además, en la práctica, las esferas de integración tienden a ser heterogéneas en sí mismas y tienden a existir diferencias entre una esfera y la siguiente. Así, este tipo tradicional de disposición es insatisfactorio donde el objetivo es proporcionar un sistema que sea tolerante con las diferentes condiciones y donde las diferentes versiones del instrumento se comporten de la manera más similar posible.

[0097] Como se ha mencionado anteriormente, la disposición de iluminación 4 está diseñada para tener un diámetro de haz que sea aproximadamente constante para una distancia por encima y por debajo de una ubicación de muestra nominal asociada a la ubicación de recepción de muestra 2 y también para minimizar la divergencia del haz por encima y por debajo de la ubicación de muestra. Esto contribuye a que el aparato sea insensible al posicionamiento o altura de la muestra 3 en relación al aparato. La óptica de recogida 5 está dispuesta de forma similar con vistas a proporcionar insensibilidad a la altura de la muestra 3 en relación con el sistema.

[0098] Esto es importante porque, como se ilustra, por ejemplo, en las figuras 1 y 2, es probable que la muestra 3 se proporcione en la ubicación de recepción de la muestra 2 en algún tipo de contenedor, como una placa de Petri o una botella de muestra. La pared inferior de tal contenedor a través de la cual tiene que pasar la radiación de interrogación para alcanzar la muestra 3 tenderá a variar de un contenedor a otro. Así, la altura de la muestra 3 es probable que varíe en algún grado.

[0099] La figura 3 muestra la óptica de recogida 5 a mayor escala e ilustra también el efecto de cambio de altura de la muestra en el presente sistema. Obsérvese que en la figura 3 sólo se muestra una versión simplificada de la disposición de iluminación 4. La óptica de recogida 5 comprende un espejo paraboloide fuera del eje de recogida 51 y un segundo espejo elipsoide 52 que se elige para corregir las aberraciones en el paraboloide 51. Obsérvese, sin embargo, que en una configuración alternativa se pueden usar lentes en lugar de los espejos 51, 52.

[0100] Las ópticas de recogida 51, 52 están dispuestas para recoger la luz reflejada de la muestra 3 en la ubicación de recepción de la muestra 2 en un rango pequeño y bien definido de ángulos y las ópticas de recogida 51, 52 se eligen de modo que el detector 6 se enfoque de manera eficaz al infinito. Además, la óptica de recogida 5 y el detector 6 se colocan de modo que el eje del sistema de recogida esté inclinado desde la dirección del haz de iluminación, en este caso desde la vertical. Esto ayuda a evitar la recogida de cualquier reflexión especular de la ventana 11 de la carcasa 1 y/o cualquier contenedor de muestra. También significa que el haz reflejado se separa del haz de iluminación.

[0101] Debido a que el detector 6 está enfocado al infinito, el área activa del detector limitará el rango angular de los rayos emitidos por la muestra que será detectada. Este rango angular será pequeño, típicamente en la región de unos pocos grados.

[0102] El diámetro del espejo paraboloide de recogida 51 define la pupila de entrada del sistema. Se selecciona para que sea suficientemente grande para alojar todos los rayos de la región iluminada de la muestra 3 que se emiten dentro del rango de aceptación angular de diseño.

[0103] Si la muestra se desplaza verticalmente, como se ilustra mediante las líneas de puntos en la figura 3, esto causa un desplazamiento lateral del haz de recogida en la óptica de recogida 5. Sin embargo, como el detector 6 está enfocado al infinito, tal desplazamiento no causa ningún cambio en el rango angular de los rayos recogidos. Dado que la pupila de entrada es lo suficientemente grande para alojar este desplazamiento (suponiendo que el desplazamiento vertical no esté más allá del rango operativo del sistema), todos los rayos dentro del rango angular de diseño todavía se dirigen al detector 6. El movimiento de la muestra 3 ha cambiado el enrutamiento de los rayos dentro de la óptica de recogida 5 pero no ha cambiado los rayos que se seleccionan y se dirigen al detector 6. Además, dado que los espejos son reflectores muy uniformes, este cambio de enrutamiento de los rayos debería tener poco o ningún efecto en la intensidad o el espectro de la luz que incide en el detector 6. Además, debido a que el detector 6 está enfocado al infinito, los rayos de la muestra que alcanza el detector alcanzarán la misma área del detector sin tener en cuenta la altura de la muestra (dentro del rango operativo).

[0104] Todos estos factores contribuyen a proporcionar uniformidad en el rendimiento del sistema y entre un instrumento y otro.

[0105] De este modo, dentro del rango de trabajo del sistema, el espectro medido de una muestra debería ser independiente de la altura de la muestra.

[0106] Obsérvese que en un sistema típico sería normal enfocar el detector en la ubicación de la muestra pero los presentes solicitantes se han dado cuenta de que enfocar el detector al infinito conlleva las ventajas anteriormente mencionadas.

[0107] Se encuentra disponible una posición de enfoque intermedia entre los dos espejos 51 y 52 y se coloca una apertura 53 en este foco para evitar que los rayos fuera de la región del rango angular elegido lleguen al detector 6. La apertura 53 se puede elegir de modo que la imagen de la apertura 53 en el detector 6 sea igual o ligeramente mayor que el área activa del detector 6.

[0108] Debe observarse que la muestra 3 emitirá luz en un rango muy amplio de ángulos, aunque la óptica de recogida 5 esté diseñada para aceptar sólo reflexiones en un rango de ángulos relativamente estrecho y predeterminado. Sin la apertura 53, la luz altamente divergente de la muestra 3 podría incidir en la carcasa del detector. Alguno de dichos rayos podría reflejarse en la carcasa e incidir en el área activa.

[0109] La figura 6 muestra parte del espectrómetro de la figura 1 a partir de una dirección que está en ángulo recto con respecto a la dirección que se muestra en la figura 1. En la vista que se muestra en la figura 6, se pueden ver la disposición de iluminación 4, la ubicación de recepción de la muestra 2, la ventana 11 en la carcasa 1, y la disposición de adquisición de espectro de referencia 7, sin embargo el sistema de recogida 5, 6 y la unidad de control 8 no se pueden ver. El plano de los haces de iluminación y recogida es perpendicular al plano del papel con el dispositivo orientado como se muestra en la figura 6.

[0110] La figura 6 muestra la disposición de adquisición del espectro de referencia 7 con más detalle que la figura 1. La disposición de adquisición del espectro de referencia comprende un par de espejos de techo 71 montados a través de un soporte lineal 72 en una guía lineal 73 y comprende una disposición de accionamiento 76 para accionar el par de espejos de techo 71 con respecto a la guía lineal 73 y, por lo tanto, con respecto a la disposición de iluminación 4 así como al sistema de recogida 5, 6. La disposición de accionamiento 76 comprende un motor 77 con una polea respectiva 77a y una correa dentada 78 montada en la polea de motor 77a y una polea tensora 79. La correa dentada 78 está unida al soporte lineal 72 para transferir el accionamiento al par de espejos de techo 71.

[0111] La disposición de adquisición de espectro de referencia 7 comprende también una primera ubicación de recepción de muestra de referencia 74 y una segunda ubicación de recepción de muestra de referencia 75. Las ubicaciones de recepción de muestra de referencia 74, 75 se han previsto en lados opuestos del plano de los haces de iluminación y recogida. En la presente forma de realización una primera muestra de referencia 74a se proporciona en la primera ubicación de recepción de referencia 74 y un segundo material de referencia 75a se proporciona en la segunda ubicación de material de referencia 75. En la presente forma de realización, el primer material de referencia 74a es un material estándar altamente reflectante y generalmente sin características como el spectralon (un material de PTFE sinterizado), u oro depositado en una superficie de dispersión - "oro difuso" mientras que el segundo material de referencia 75a es otro material estándar que es estable pero que tiene bastantes más características en su espectro infrarrojo. Dicho material puede ser, por ejemplo, PVC o una tableta hecha a partir de una mezcla de óxidos de tierras raras.

[0112] El par de espejos de techo 71 está montado para moverse linealmente en una dirección que es perpendicular al plano de los haces de iluminación y recogida. Los espejos en el par de espejos de techo 71 se fijan en ángulos rectos entre sí. Un vértice donde los espejos se encuentran o se encontrarían está dispuesto en ángulos rectos con respecto a su dirección de movimiento lineal. Los espejos se proyectan hacia abajo de este vértice hacia la primera y segunda ubicaciones de recepción de la muestra 74, 75.

[0113] El par de espejos de techo 71 y su mecanismo de transporte 72, 73 actúan juntos como una disposición de conmutación de haz que se puede usar para permitir selectivamente la medida de espectros de muestras transportadas en la ubicación de recepción de muestra 2, por un lado, y la adquisición de espectros desde el primer material de referencia 74a y/o el segundo material de referencia 75a, por otro lado.

[0114] Cuando el par de espejos de techo 71 está en la ubicación que se muestra en las líneas continuas en la figura 6, se desplaza desde el eje óptico a través del aparato de tal manera que no tiene ningún efecto en el suministro de luz por la disposición de iluminación 4 y la recogida de luz por el sistema de recogida 5, 6. Por lo tanto, con el par de espejos de techo 71 en la posición que se muestra en la figura 6, el espectrómetro es capaz de funcionar como se ha descrito anteriormente con el haz de iluminación que deja la disposición de iluminación 4, avanzando hacia la ubicación de recepción de muestra 2 e incidiendo en cualquier muestra proporcionada 3, antes de ser reflejado por la muestra 3 hacia el sistema de recogida 5, 6.

[0115] Sin embargo, si el par de espejos de techo 71 se desplaza a lo largo de su guía lineal 73 a la posición que se muestra en las líneas de puntos en la figura 6, el par de espejos de techo 71 interrumpe este camino para que pase la luz por el sistema. En particular, como se muestra nuevamente en las líneas de puntos en la figura 6, el haz de iluminación de la disposición de iluminación 4 se reflejará a través del par de espejos de techo 71 sobre la primera muestra de referencia 74a. Además, aunque no se muestra en la figura 6, la luz reflejada por la primera muestra de referencia 74a (en los ángulos de aceptación apropiados) será reflejada por el par de espejos de techo 71 hacia la óptica de recogida 5. La luz se refleja primero mediante uno de los espejos en el par y luego mediante el otro espejo respectivo en el par como se refleja mediante el par de espejos de techo en cada dirección.

[0116] Se puede considerar que la disposición de conmutación de haz compuesta por el par de espejos de techo 71 y su disposición de transporte 72, 73 tienen diferentes estados.

[0117] En un primer estado, como se muestra en las líneas continuas en la figura 6, la disposición de conmutación de haz permite que el detector 6 de la disposición de recogida recoja la luz reflejada de la muestra 3 ubicada en la ubicación de recepción de muestra "normal". Sin embargo, la disposición de conmutación de haz tiene otros estados que permiten que el detector 6 detecte la luz reflejada desde la primera muestra de referencia 74a o la segunda muestra de referencia 75a como se describe con más detalle a continuación en relación a las figuras 7A, 7B y la figura 8.

[0118] Además, el espejo de techo 71 y su disposición de transporte 72, 73 se puede usar para examinar la muestra de referencia 74a y/o 75a para proporcionar un promedio espacial cuando se toman espectros de estas muestras de referencia.

[0119] Como se ilustra en la figura 7A, con el par de espejos de techo 71 en una ubicación particular, la luz se puede alimentar y reflejar a partir de una primera ubicación en la primera muestra de material de referencia 74a. A medida que el par de espejos de techo 71 se desplaza en una dirección lineal (que es hacia la derecha en la orientación que se muestra en las figuras 7A y 7B), la luz se alimentará y se reflejará a partir de una parte diferente del primer material de referencia 74a. Por lo tanto, al mover el par de espejos de techo 71 a través de una serie de posiciones entre las que se muestran en 7A y 7B, el haz de iluminación puede examinarse linealmente a través del primer material de referencia 74a de tal manera que un área de este material de referencia 74a se pueda irradiar y la luz reflejada desde allí se puede recoger para su análisis.

[0120] De forma similar, al mover el par de espejos de techo 71 más en la misma dirección (es decir, hacia la derecha en la orientación que se muestra en las figuras 7A, 7B y 8) el par de espejos de techo 71 se puede llevar a otra posición, como se muestra en la figura 8, donde con la luz de la disposición de iluminación 4 se alimenta la segunda muestra de material de referencia 75a y el aparato se puede usar para recoger espectros de la misma. Además, se apreciará que el par de espejos de techo 71 se puede mover de tal manera que examine el haz de iluminación y el área de recogida a través de la segunda muestra de material de referencia 75a.

[0121] De este modo, la provisión del par de espejos de techo 71 y un único mecanismo de transporte lineal 72, 73 permiten la conmutación de haz de tres vías de tal manera que la misma disposición de iluminación 4 y el mismo sistema de recogida 5, 6 se pueden usar con la ubicación de recepción de muestra principal 2, así como con dos ubicaciones de recepción de muestra de referencia diferentes 74 y 75. Además, esto se consigue usando un único mecanismo de transporte.

[0122] Además, el aparato puede estar dispuesto de modo que la longitud de camino a través del sistema, cuando con se está alimentando con luz y ésta se refleja partir de una muestra en la ubicación de recepción de muestra principal 2, sea la misma que la longitud de camino cuando se está alimentando con luz y ésta se refleja a partir de una muestra en la primera ubicación de recepción de muestra de referencia 74 y la segunda ubicación de recepción de muestra de referencia 75. Además esta longitud de camino se puede mantener igual mientras el haz se examina a través del primer material de muestra de referencia 74a y/o el segundo material de muestra de referencia 75a. Esta igualdad de longitud de camino durante las operaciones de conmutación y exploración se facilita usando el par de espejos de techo 71. Esto se puede apreciar observando, por ejemplo, las figuras 7A, 7B y 8. Cabe tener en cuenta, por ejemplo, al comparar los caminos ópticos en las figuras 7A y 7B, que en la figura 7A hay un componente horizontal superior del camino óptico mientras que en la figura 7B hay un componente vertical superior del camino óptico (en la orientación que se muestra en las figuras 7A y 7B).

[0123] El primer y segundo material de referencia 74a y 75a se pueden retener dentro de un recinto en el espectrómetro. Éste puede ser, por ejemplo, la carcasa principal 1 del espectrómetro.

[0124] Esto significa que los materiales de muestra de referencia 74a, 75a se pueden retener en sus posiciones operativas garantizando que están protegidos y eliminando la necesidad de que el usuario presente materiales de muestra de referencia en la ubicación de recepción de muestra principal 2. Esto significa que es más probable que se tomen medidas de referencia y/o que el aparato las puede tomar automáticamente sin la intervención del usuario.

[0125] El primer material de muestra de referencia 74a se puede usar para tomar una medida del espectro de fondo de vez en cuando para permitir compensar por cambios en iluminación que pueden producirse de vez en cuando debido, por ejemplo, a cambios en la emisión de la fuente de luz.

[0126] Tal espectro de fondo se puede usar para normalizar otros espectros tomados de muestras 3 presentadas en la ubicación de recepción de muestra principal 2.

[0127] Por otro lado, la segunda muestra de referencia 75a se puede usar para permitir que se realice un control operativo con respecto al espectrómetro.

[0128] Durante la producción o al utilizarlo por primera vez, se puede tomar y almacenar un espectro para el segundo material de referencia 75a en el módulo de memoria 82 en la unidad de control 8. Posteriormente, se puede tomar otro espectro para el mismo segundo material de referencia 75a y compararlo con el almacenado en el módulo de memoria 82. Si el último espectro tomado difiere del almacenado en más de una cantidad de umbral, esto se puede interpretar como una indicación de que el dispositivo ha cesado de funcionar correctamente. El dispositivo puede estar dispuesto para emitir una alerta si se determina esta condición.

[0129] El módulo de memoria 82 también puede almacenar un espectro de corrección de referencia interna. Este espectro de corrección se puede determinar durante la producción y es representativo de las diferencias que ocurrirán en el espectro al interrogar una muestra cuando está en posición en una de las ubicaciones de muestra de referencia 74, 75 en lugar de en la ubicación de recepción de muestra principal 2. Este espectro de corrección se puede obtener durante la producción presentando una muestra en la ubicación de recepción de muestra principal 2 y obteniendo un espectro y obteniendo a continuación un espectro para la misma muestra (o una muestra idéntica) colocada en una de las ubicaciones de recepción de muestra de referencia. A partir de estos dos espectros, se puede determinar el espectro de corrección de referencia interna. Este espectro de corrección de referencia interna puede utilizarse después para perfeccionar aún más el espectro de fondo que se adquiere del primer material de muestra de referencia 74a para su uso en la corrección de espectros obtenidos de muestras "objetivo" colocadas en la ubicación de recepción de muestra principal 2. El espectro de corrección de referencia interna permite que el espectro de fondo se ajuste para estar más cerca de lo que se habría medido si el primer material de muestra de referencia se hubiera colocado en la ubicación de recepción de muestra principal 2.

[0130] Obsérvese que en formas de realización alternativas en lugar de que el aparato de reflectancia difusa sea un espectrómetro completo que incluya todo desde la fuente de luz al módulo de análisis, el aparato de reflectancia difusa puede comprender algún subconjunto de las partes. Así, por ejemplo, el aparato puede ser un accesorio o kit para su uso con un espectrómetro existente. En términos generales, un accesorio puede comprender sólo una parte de la óptica que se muestra en la figura 2. Un cuadro de líneas de puntos con la etiqueta A en la figura 2 muestra lo que puede comprender un accesorio. Así, el accesorio A puede incluir sólo una parte de la disposición de iluminación 4 del espectrómetro descrito anteriormente. Aunque esa parte todavía puede considerarse "una disposición de iluminación". El accesorio A, en este caso, también incluye la ubicación de recepción de muestra 2, el sistema de recogida 5, 6 y la disposición de adquisición de espectro de referencia 7 (aunque ésta no se muestra en la figura 2). En particular, la fuente de luz 41 y el interferómetro 42 no están incluidos en este accesorio A de ejemplo y tampoco lo está el módulo de análisis 81. Estas partes estarán en el espectrómetro existente/separado para su uso con el accesorio A. El accesorio A puede proporcionarse como parte de un kit que incluya un bloque de haz 45a para montar cerca de la fuente 41 y/o software para cargar en el espectrómetro o su ordenador de control.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Aparato de espectroscopia de reflectancia difusa de transformada de Fourier infrarroja para su uso en el análisis de una muestra (3) que comprende:

una fuente de luz (41);

una ubicación de recepción de muestra (2) para recibir una muestra (3) para su análisis;

una disposición de iluminación (4) para dirigir la luz desde la fuente de luz (41) hacia la muestra recibida (3);

un detector (6) para detectar la luz reflejada por la muestra recibida (3); y

una óptica de recogida (5) para dirigir la luz reflejada por la muestra recibida (3) hacia el detector (6), donde la disposición de iluminación (4) comprende un interferómetro (42) y un espejo paraboloide (43a) dispuesto para recoger y reflejar la luz emitida por la fuente de luz (41) hacia el interferómetro (42) y caracterizado por un bloque de medio haz (45a) dispuesto justo delante de la fuente de luz (41) y sustancialmente en el foco del espejo paraboloide (41) en el camino óptico entre el interferómetro (42) y la fuente de luz (41) y dispuesto para bloquear la luz que sale del interferómetro (42) de vuelta hacia la fuente de luz (41) y es reflejada por la fuente de luz (41) desde que entra de nuevo en el interferómetro (42).

2. Aparato de espectroscopia de reflectancia difusa según la reivindicación 1, en el que la disposición de iluminación comprende un segundo bloque de medio haz (45b) que está dispuesto en el camino óptico en el lado del interferómetro (42) opuesto a la fuente de luz y dispuesto en una posición de enfoque definida por la disposición óptica para bloquear cualquiera de las reflexiones de luz y evitar que vuelva a entrar en el interferómetro (42).

3. Aparato de espectroscopia de reflectancia difusa según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la fuente de luz (41) se desplaza transversalmente desde el eje óptico definido por la disposición óptica hacia un lado del eje óptico que es opuesto al lado en el que el primer bloque de medio haz (45a) está dispuesto.

4. Aparato de espectroscopia de reflectancia difusa según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el primer y el segundo bloque de medio haz tienen un borde que atraviesa el haz y el borde está curvado de tal manera que la parte desbloqueada del haz tiene forma de media luna.

5. Aparato de espectroscopia de reflectancia difusa según la reivindicación 4, donde la forma del borde del primer y segundo bloque de medio haz se elige para garantizar que sustancialmente todos los rayos que pasan por el bloque en la dirección hacia delante, si se reflejan, se bloquearán en la dirección inversa.

6. Aparato de espectroscopia de reflectancia difusa según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la disposición de iluminación (4) está configurada para enfocar la fuente de luz (41) sustancialmente al infinito.

7. Aparato de espectroscopia de reflectancia difusa según la reivindicación 6, en el que la fuente de luz (41) comprende una lámpara incandescente y la disposición de iluminación (4) está configurada para enfocar el filamento (41a) de la fuente de luz (41) sustancialmente al infinito.

8. Aparato de espectroscopia de reflectancia difusa según la reivindicación 6 ó 7, en el que la disposición de iluminación (4) está configurada de modo que cualquiera de las superficies ópticas no uniformes en el camino óptico entre la fuente de luz (41) y la ubicación de la muestra esté espaciada en el camino óptico desde cualquier imagen de una muestra transportada, donde el interferómetro (42) incluye un divisor de haz (42a) y está dispuesto de modo que la imagen de la muestra esté espaciada en el camino óptico lejos del divisor de haz (42a).

9. Aparato de espectroscopia de reflectancia difusa según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la óptica de recogida (5) está configurada para dirigir hacia el detector (6), la luz reflejada en un ángulo dentro de un rango angular predeterminado por la muestra recibida, donde la óptica de recogida enfoca el detector sustancialmente al infinito.

10. Aparato de espectroscopia de reflectancia difusa según la reivindicación 9, en el que el eje óptico de la óptica de recogida (5) en la entrada de la óptica de recogida está inclinado con respecto al eje de haz del haz de luz de iluminación incidente en la ubicación de recepción de muestra.

11. Aparato de espectroscopia de reflectancia difusa según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que comprende además una disposición de adquisición de espectro de referencia (7) que comprende:

al menos una ubicación de recepción de muestra de referencia (74, 75) y una disposición de conmutación de haz (71, 72, 73) que tiene primer y segundo estado, el primer estado dispuesto para causar o permitir que la luz de la disposición de iluminación alcance la ubicación de recepción de muestra y la luz reflejada por la muestra transportada alcance la óptica de recogida (5); y

el segundo estado dispuesto para causar o permitir que la luz de la disposición de iluminación alcance la ubicación de recepción de muestra de referencia (74, 75) en vez de la ubicación de recepción de la muestra (2) y causar o permitir que la luz reflejada por una muestra de referencia recibida alcance la óptica de recogida que permite la detección selectiva en el detector de luz reflejada por la muestra transportada y luz reflejada por la muestra de referencia transportada.

12. Aparato de espectroscopia de reflectancia difusa según la reivindicación 11, en el que la disposición de adquisición de espectro de referencia comprende dos ubicaciones de recepción de muestra de referencia (74, 75).

13. Aparato de espectroscopia de reflectancia difusa según la reivindicación 12, en el que una primera de las ubicaciones de recepción de muestra de referencia (74) contiene un primer material de referencia para su uso en la adquisición del espectro de fondo y una segunda de las ubicaciones de recepción de muestra de referencia (75) contiene un segundo material de referencia que es diferente del primer material de referencia y se usa para adquirir un espectro de verificación operativo.

14. Aparato de espectroscopia de reflectancia difusa según la reivindicación 12 ó 13, en el que la disposición de conmutación de haz (71, 72, 73) tiene un tercer estado:

el primer estado para causar o permitir que la luz de la disposición de iluminación (4) alcance la ubicación de recepción de muestra (2) y la luz reflejada por la muestra transportada alcance la óptica de recogida (5);

el segundo estado para causar o permitir que la luz de la disposición de iluminación (4) alcance la primera ubicación de recepción de muestra de referencia (74) en vez de la ubicación de recepción de muestra y para causar o permitir que la luz reflejada por la muestra de referencia recibida en la primera ubicación de recepción de muestra de referencia alcance la óptica de recogida (5);

el tercer estado para causar o permitir que la luz de la disposición de iluminación (4) alcance la segunda ubicación de recepción de muestra de referencia (75) en vez de la ubicación de recepción de muestra y para causar o permitir que la luz reflejada por la muestra de referencia recibida en la segunda ubicación de recepción de muestra de referencia alcance la óptica de recogida (5),

permitiendo así la detección selectiva en el detector de la luz reflejada por la muestra transportada, la luz reflejada por la muestra de referencia transportada en la primera ubicación de recepción de muestra de referencia, y la luz reflejada por la muestra de referencia transportada en la segunda ubicación de recepción de muestra de referencia.

15. Aparato de espectroscopia de reflectancia difusa según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, en el que la disposición de conmutación de haz (71, 72, 73) comprende un par de espejos de techo (71) montados para moverse entre una primera posición correspondiente al primer estado y una segunda posición correspondiente al segundo estado, y opcionalmente una tercera posición correspondiente al tercer estado.