MXPA96005847A - Aparato de espectrometria de raman y metodo - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un aparato de espectrometría de Raman que es capaz de medir y compensar las variaciones en el aparato, comprende una fuente de radiación substancialmente monocromática, medios para interface simultánea de la radiación con una muestra y un material de referencia, medios para obtener simultáneamente a más de una longitud de onda un espectro de Raman enrollado de la muestra y un espectro enrollado del material de referencia, y medios para determinar la función de enrollamiento al espectro enrollado y para aplicar la función de enrollamiento para ajustar el espectro de Raman enrollado de la muestra para producir de este modo, el espectro de Raman estándar de la muestra. Un método para obtener el espectro de Raman estándar de una muestra comprende:(a) irradiación simultánea de la muestra y de un material de referencia con una fuente de radiación substancialmente monocromática;(b) obtención simultánea a más de una longitud de onda de un espectro de Raman enrollado de la muestra y del espectro enrollado del material de referencia;(c) selección del espectro estándar del material de referencia;(d) a partir del espectro de Raman enrollado de la muestra y del espectro enrollado del material de referencia y del espectro estándar del material de referencia, determinar la función de enrollamiento de los espectros enrollados;y (e) aplicación de la función de enrollamiento para ajustar el espectro de Raman enrollado de la muestra para producir de esta forma el espectro de Raman estándar de la muestra.

Description

APARATO DE ESPECTROMETRÍA DE RAMAN Y MÉTODO.

Campo de la invención Esta invención se refiere generalmente a la espectrometría de Raman, y más en particular a un aparato estandarizado de espectrometría de Raman, capaz de medir y compensar las variables en el sistema.

Antecedentes de la Invención El uso de la espectrometría en laboratorios analíticos para la medición de las propiedades físicas y analíticas de los materiales es una técnica muy conocida. La espectrometría Raman es una técnica tal que puede proporcionar información cualitativa y cuantitativa referente a la composición y/o estructura molecular de substancias químicas. Cuando una radiación incidente interactúa con la materia, ésta puede sufrir un proceso llamado dispersión. La radiación dispersa puede ser elástica, en cuyo caso la longitud de onda incidente no se modifica en la radiación dispersa; o ¡nelástica, en la cual la radiación dispersa tiene diferentes longitudes de onda a la radiación incidente. En una forma de radiación dispersa ¡nelástica, referida como dispersión de Raman, los fotones incidentes son dispersados ya sea con ganancia o pérdida de energía. La diferencia de energía entre la radiación incidente y la dispersa es comúnmente referida como un cambio de Raman. El espectro resultante del cambio de Raman proporciona la energía de varios movimientos vibracionales moleculares y lleva información química y molecular respecto a la materia estudiada.

El efecto de dispersión de Raman es extremadamente débil; típicamente unos pocos fotones de Raman dispersos existen entre millones de fotones dispersos elásticamente. Esta pequeña señal de Raman, entre la señal más grande dispersa elásticamente, coloca demandas severas sobre el diseño del instrumental de cualquier espectrómetro usado para reunir espectros de Raman útiles. Numerosas fuentes de radiación son capaces de generar dispersión de Raman a partir de un material. Para mediciones analíticas, estas fuentes necesitan emitir radiación monocromática de alta intensidad. A éste respecto, los láser son fuentes de radiación apropiadas. La patente de los Estados Unidos de Norteamérica, No. 3,556,659; la descripción de la cual se incorpora aquí por referencia, describe un espectrómetro de Raman en el cual una muestra contenida en un tubo es irradiada por radiación procedente de un láser a lo largo del eje del tubo.

Hay varias clases de fuentes de radiación láser, incluyendo: láser de gas, tales como las de helio-neón, de nitrógeno, de iones de argón e iones de kriptón; láser de estado sólido, tales como los láser de rubí y láser de Nd:YAG (granate de neodimio: itrio-aluminio); láser de tintura; láser químicos; y láser de estado sólido, tales como láser diódicos mono y multi-modales. De ésos láser, los láser de gas son generalmente aceptados como especialmente apropiados para espectrometría dispersiva de Raman, debido a su alto grado de estabilidad en la longitud de onda. Desafortunadamente, son o muy caros y requieren gran mantenimiento, o tienen baja potencia de salida. El uso de láser de diodos semiconductores en espectrometría de Raman, los cuales pueden proveer gran potencia de salida en un dispositivo compacto y robusto pero que puede exhibir inestabilidades inherentes en sus propiedades de salida, están descritos en Wang and McCreery Anal. Chem. 1990, Vol. 62, pags. 2647-2651 , las descripciones de la cual son incorporadas aquí por referencia. Debido a que el proceso de dispersión de Raman se refiere a una desviación de una longitud de onda incidente, diferentes láser proveen espectros en diferentes regiones de longitudes de onda. Sin embargo, el espectro de la desviación de Raman en esas regiones son similares, y esencialmente la misma información estructural puede ser obtenida a través del uso de diferentes longitudes de onda incidentes de láser. La fluorescencia es un proceso por la cual la radiación absorbida induce una emisión ancha, característica de la estructura molecular. La señal fluorescente inducida, si se observa, es típicamente más grande en muchos órdenes de magnitud que la señal de Raman y en algunos casos enmascara completamente el espectro de la desviación de Raman. Así, es deseable el seleccionar una longitud de onda incidente que minimice los procesos de emisión de fluorescencia. Un método muy conocido para reducir problemas con trasfondo de fluorescencia consiste en el uso de láser que generan radiación roja o cercana a infrarroja, con longitudes de onda de desde aproximadamente 660 nanómetros hasta 1100 nanómetros, tal como se describe en D.B. Chase, J. Am. Chem. Soc, 1986, Vol. 108, pags. 7485-7488, la descripción de la cual se incorporan en la presente por referencia. Tal método es útil porque el perfil de emisión de fluorescencia es independiente de la longitud de onda incidente y el proceso de Raman es una desviación de la longitud de onda incidente. Fuentes de radiación típicas operando en ésta región, incluyen láser de gas de iones de kriptón, láser diódicos mono modales, láser diódicos multi-modales, y láser de Nd?AG. La gran relación de fotones dispersos elásticamente a fotones con dispersión de Raman requiere de un método eficiente de separación fotónica. Tradicionalmente, esto ha sido realizado con sistemas espectrógrafos dobles o triples, construidos con 5 dos o tres elementos dispersivos, respectivamente. Otros dispositivos de filtración de radiación pueden suficientemente rechazar los fotones dispersados elásticamente al permitir el uso de dispositivos espectrógrafos de un solo elemento dispersivo, más pequeños, más eficientes; por ejemplo, los filtros holográficos de difracción de Bragg están descritos en Carraba et al., Appl. Spec.. 1990, Vol. 44, pags. 1558-1561 , la o descripción de los cuales se incorpora aquí como referencia. El elemento detector es crítico para el desempeño del instrumento de Raman y debe ser capaz de discriminar niveles extremadamente bajos de radiación. Los sistemas de exploración monocromáticos tradicionales han usado tubos fotomultiplicadores que son capaces de observar bajas señales fotónicas. 5 Instrumentos más recientes usan un arreglo de detectores tales como arreglos fotodiódicos (PDA) o dispositivos de carga acoplados (CCD). Los arreglos de detectores se componen de elementos ópticos múltiples que pueden simultáneamente observar una región del espectro hasta el espectro Raman completo. Los detectores CCD son multi-dimensionales y pueden observar o simultáneamente espectros múltiples de Raman a más de una longitud de onda. El anterior documento mencionado, de Wang and McCreery, describe el uso de un dispositivo acoplado de carga junto con un láser diódico cercano al infrarrojo en un espectrómetro de Raman de alta sensibilidad. También, Newman et al., Appl. Spec., 1992, Vol. 46, pags. 262-265, las descripciones de las cuales se incorporan 5 aquí por referencia, mencionan el uso de un CCD y un láser diódico con un espectrógrafo con imagen de campo plana, provisto con una interface de fibra óptica con la muestra. La instrumentación de espectrometría de Raman que combina un único espectrógrafo dispersivo de rejilla con un detector CCD, láser diódico mono-modal, 0 cables de fibra óptica, una sonda de fibra óptica y una computadora apropiada, puede ser capaz de llevar a cabo en segundos lo que para el instrumental tradicional le tomaría de minutos a horas. Sin embargo, la estabilidad mecánica del espectrógrafo y del sistema detector y otras interfaces ópticas así como las inestabilidades de los láser diódicos, causan severas limitaciones a la capacidad 5 cuantitativa final. espectrógrafo y del sistema detector y otras interfaces ópticas así como las inestabilidades de los láser diódicos, causan severas limitaciones a la capacidad cuantitativa final. La espectrometría de Raman por Transformadas de Fourier (FT) ha sido propuesta para análisis químico cuantitativo. Sin embargo, debido a las variaciones del instrumental, el análisis está generalmente limitado, en los mejores casos, aproximadamente a un uno porciento de reproducibilidad, tal como se describe Seaholtz et al. Appl. Spec.. 1989, Vol. 43, pags. 1067-1072, y en Smith and Walder, "Quantitative Analysis Using FT-Raman Spectroscopy", Nicolet Instrument Corporation technical publication AN-9145, 1991. Este nivel de incertidumbre es inadecuado para muchas aplicaciones cuantitativas.

Problemas a ser Resueltos por la Invención. El uso de instrumentos de Raman para obtener espectros para determinaciones químicas cuantitativas está limitada por la considerable extensión de la variabilidad del sistema. Esta variabilidad en aparatos de espectrometría de Raman tiene muchas fuentes, incluyendo las siguientes: (a) Variación en la intensidad y/o longitud de onda de la fuente de radiación, la cual puede estar en el perfil de la energía (longitud de onda) del rayo incidente o de la posición de la longitud de onda (energía de la radiación incidente) del perfil; (b) Variación en la alineación óptica, por ejemplo, en los componentes ópticos de salida; (c) Variaciones en las características del espectrógrafo; (d) Variación en la posición del detector; y (e) Variación aleatoria del ruido del detector, procedente de las estadísticas del conteo de fotones (referido como "ruido de granalla"), el movimiento aleatorio de moléculas y electrones en el componente detector (referido como "ruido negro"), e inestabilidades surgidas durante la conversión de la señal electrónica del detector a una señal analógica (referido como "ruido de lectura"). Diferentes análisis tienen requerimientos de calidad espectrales únicos. Por ejemplo, un análisis para la proporción de dos materiales para los cuales el espectro de los componentes son diferentes y no-traslapados sería relativamente tolerante de ambas, inestabilidades de intensidad y de longitud de onda. La Patente de los E.U.A. No. 5,139,334, la descripción de la cual se incorpora aquí por referencia, describe un método de análisis de mezclas de hidrocarburos en el cual un espectro de Raman de una muestra es separada en dos intervalos de no-traslape, la intensidad de la radiación dispersa en cada intervalo es integrada, y los valores de la intensidad integrada son comparados para permitir una medición de las propiedades de la muestra. Sin embargo, en un análisis complejo de muchos componentes que pueden tener espectros similares, pueden no ser dos intervalos de no-traslape con las propiedades necesarias para un adecuado análisis. La compensación para las variaciones en la fuente de radiación y otros componentes del aparato de espectrometría de Raman, como se provee por la presente invención, podría facilitar el uso de procedimientos estadísticamente basados, tales como regresión lineal múltiple o cuadrados últimos parciales para lograr un análisis exacto de una mezcla compleja. Una simple prueba de la reproducibilidad cuantitativa de un aparato de espectrometría consiste en reunir dos espectros del mismo material de interés en dos tiempos diferentes. Un espectro es substraído del otro para producir un espectro diferente, en el cual puede ser visto un residuo que es la consecuencia de las características no reproducibles de los dos espectros. En la situación óptima, el residuo que se deriva de tales fuentes como el ruido de lectura procedente del detector y del ruido de granalla de las fluctuaciones en las velocidades de llegada de fotones, sería de una diferencia de intensidad aleatoria con la longitud de onda. Cualquier residuo que sea como el espectro original (inestabilidad de la intensidad), la primera derivada del espectro original (desviaciones de la posición de la longitud de onda entre los dos espectros), la segunda derivada del espectro original (ensanchamiento relativo entre los espectros), o combinaciones de lo anterior, indican inestabilidades en los componentes del aparato.

Sinopsis de la Invención. Un aparato de espectrometría de Raman que es capaz de medir y compensar la variabilidad en el aparato, comprende una fuente de radiación substancialmente monocromática; medios que proveen simultáneamente una ¡nterface entre la radiación con una muestra y un material de referencia; medios para la adquisición simultánea, a más de una longitud de onda, el espectro de Raman enrollado de la muestra y un espectro enrollado del material de referencia; y medios para determinar la función de enrollamiento del espectro enrollado y aplicar la función de enrollamiento para ajustar el espectro de Raman enrollado de la muestra, para producir de esta manera el espectro de Raman estándar de la muestra.

Un método para obtener el espectro estándar de Raman para una mezcla comprende: (a) Irradiación simultánea de la muestra y un material de referencia con una fuente de radiación substancialmente monocromática; (b) Adquirir simultáneamente, a más de una longitud de onda, un espectro de Raman enrollado de la muestra y un espectro enrollado del material de referencia; (c) Seleccionar el espectro estándar del material de referencia; (d) A partir del espectro de Raman enrollado de la muestra y del espectro enrollado del material de referencia y el espectro estándar del material de referencia, determinar la función de enrollamiento del espectro enrollado; y (e) aplicar la función de enrollamiento para ajustar el espectro de Raman enrollado de la muestra para producir de esta manera el espectro de Raman estándar de la muestra.

Efecto Ventajoso de la Invención El aparato de espectrometría de Raman y el método de estandarización del espectro de esta invención permiten a uno el medir y compensar las variaciones en el espectro de la muestra y del material de referencia, debidas a las inestabilidades en varios componentes en el aparato de manera que, después de la estandarización, la diferencia de espectros muestra solo fluctuaciones características del ruido aleatorio del detector. El espectro de Raman estándar obtenido de acuerdo con la presente invención, facilita las mediciones cuantitativas precisas de una muestra, la cual encontrará uso en el monitoreo del curso de una variedad de procesos químicos tales como, por ejemplo, destilación o polimerización.

Breve descripción de los dibujos. La Figura 1 es un diagrama esquemático de un espectrómetro de Raman de sonda sencilla. La Figura 2 es un diagrama esquemático de un espectrómetro de Raman de sonda doble. La Figura 3 es una ilustración de un procedimiento para obtener los espectros enrollados de una muestra y su referencia. La Figura 4 es una ilustración del proceso de transformadas de Fourier para medir diferencias entre espectros de referencia enrollados y espectros estándar con el propósito de estandarización de los espectros enrollados de las muestras.

La Figura 5 es un diagrama esquemático de un espectrómetro de Raman de sonda múltiple. La Figura 6 es un diagrama esquemático de un espectrómetro de Raman de fuente múltiple. 5 La Figura 7 es una ilustración de la variación reducida en espectros estandarizados. La Figura 8 es una ilustración de la variación reducida en espectros estandarizados que sigue a variaciones en el aparato. La Figura 9 es una ilustración de la variación reducida en espectros i o estandarizados procedentes de un láser de gas en un espectrómetro de doble rayo. La Figura 10 es una ilustración de la variación reducida en espectros estandarizados de un láser diódico multi-modal en un espectrómetro de doble rayo.

Descripción Detallada de la Invención. 15 El aparato de espectrometría de Raman de la presente invención, es capaz de medir y compensar tanto para variaciones de larga y corta duración, como para inestabilidades en sus partes componentes. Utiliza una técnica de referenciación que simultáneamente adquiere los espectros enrollados de muestras con características desconocidas y un material de referencia, donde todos los espectros han sido sometidos a las mismas inestabilidades. Este aparato de espectrometría de Raman es particularmente útil en aplicaciones en donde se requieren determinaciones cuantitativas precisas propiedades estructurales o de composición de la materia, y en donde es conveniente usar componentes de espectrómetro variables o inestables por razones de rigurosidad, simpleza, costo, velocidad y similares. 25 La Patente de los E.U.A. No. 4,620,284, la descripción de la cual se incorpora aquí por referencia, describe un método y un aparato para comparar el espectro de Raman de una muestra desconocida con un espectro de referencia de materiales conocidos, los espectros de referencia están almacenados en forma digital en una computadora, y la comparación de los espectros siendo realizada por la computadora. No existen providencias, sin embargo, para la detección de/y compensación para variaciones e inestabilidades de larga y corta duración en el aparato espectrofotométrico. La presente invención describe un aparato de espectrometría de Raman y un método en el cual las variaciones de la fuente, el detector, y/o inestabilidades del posicionamiento mecánico son medidas para un espectro de Raman adquirido, de modo que la compensación necesaria puede ser proveída. Una materialización preferida de éste aparato utiliza un instrumento construido con una fuente de radiación, ópticos, un elemento dispersivo, y un detector con arreglo multi-canal, conjuntamente con un procedimiento matemático para la obtención de la función de enrollamiento y para proporcionar el espectro estándar de Raman de una muestra. La reducción de las inestabilidades en láser diódicos puede ser alcanzada a través del control apropiado de la temperatura y emisiones indeseables, como se describe en Carraba et al., "Compact Raman Instrumentation for Process and Enviromental Monitoring," SPIE, 1991 , Vol. 1434, Enviromental Sensina and Combustión Diagnostics, pags. 127-134, las descripciones de las cuales se incorporan aquí por referencia. Para el control de emisiones láser indeseables, Carraba et al., describen filtros con extremo óptico holográfico, los cuales tienen densidad óptica muy alta en la longitud de onda del láser. Sin controles como los descritos, los láser diódicos son inestables y por lo tanto son considerados como de poca utilidad para investigaciones espectroscópicas de Raman. Además, la longitud de onda de cualquier dispositivo láser diódico gradualmente se desviará a medida que el dispositivo se hace viejo. Un dispositivo de láser diódico, aunque sea estable por poco tiempo, está caracterizado por inestabilidades de larga duración, las cuales producen un corrimiento lento, resultando en una confiabilidad reducida del instrumento. A la fecha no han sido publicadas soluciones a estas dificultades por inestabilidades de larga duración con dispositivos láser diódicos, cuando son aplicados a espectrometría de Raman. Los láser diódicos, mono modal, típicos son relativamente baratos pero funcionan substancialmente con menos potencia de salida en comparación con los láser de gas. Los láser multimodal diódicos que tienen inestabilidades de longitud de onda inherentes, generan substancialmente más potencia de salida del láser que los dispositivos láser mono modal diódicos, pero ellos poseen un constante cambio de perfil de intensidad de la longitud de onda. Así, si bien los láser multi-modal de diodo son atractivos por su gran potencia de salida, no han sido hasta ahora considerados como útiles para proporcionar espectros reproducibles de Raman. Normalmente, los espectros de Raman son obtenidos por dispersión de radiación láser con una variación y separación de longitud de onda mucho más pequeña que la resolución del instrumento. Sin embargo, al reducir la resolución, se puede obtener un rendimiento adicional de la señal y pueden usarse bandas más anchas. Por ejemplo, un láser multi-modal de diodo tiene menos pureza y estabilidad de espectro que las fuentes tradicionales pero podría entregar una señal más grande a un costo reducido. Aunque puede parecer que menos resolución provee menos información, señales anchas a menudo contienen información similar a señales estrechas, la cual puede ser extraída por rutinas matemáticas apropiadas. Otra fuente de variación en un espectrómetro usado en un ambiente de control de proceso en-línea está relacionado con operaciones de mantenimiento o reparación. Por ejemplo, un componente principal en el espectrómetro podría necesitar ser reemplazado por funcionamiento inadecuado. Si un detector es retirado y reinstalado, inexactitudes de posicionamiento tan pequeños como de unos pocos micrómetros llevarían a errores espectrales suficientes como para destruir la calibración cuantitativa. Si un láser diódico fuese a ser reemplazado, el nuevo láser podría tener características significativamente diferentes del láser anterior. En la industria de los procesos químicos, estos y otros cambios en la instrumentación espectrométrica son probables que ocurran. Para proporcionar una herramienta de análisis de procesos útil, el aparato de espectrometría debe ser lo suficientemente robusto para permitir estos cambios sin mayor problema en su operación. En una determinación espectral de Raman, la señal observada siempre será una convolución o enrollamiento de la señal deseada y una respuesta del instrumental. En general, las respuestas del instrumental ensanchan, desvían, o distorsionan de otra manera la señal deseada. El proceso de enrollamiento o convolución, aunque no es lineal en un espectro observado, puede ser representado como una multiplicación en el dominio del tiempo. Las técnicas FT son comúnmente usadas para efectuar la conversión hacia y desde el dominio del tiempo. En el dominio del tiempo, el proceso de desenrollamiento es una división directa, usando números complejos (los cuales consisten tanto de un componente real como uno imaginario), de la señal observada por la función de respuesta del instrumental. Bajo condiciones ideales, la respuesta del instrumental puede ser determinada ya sea experimentalmente o por un cálculo teórico. Sin embargo, cuando la respuesta del aparato cambia con el tiempo, como es el caso con láser inestables u otros componentes, los métodos tradicionales que usan el desenrollamiento o desconvolución de FT para compensar los efectos del instrumental son inadecuados. Un espectrómetro de Raman útil para la práctica de la presente invención, puede ser construido de tal modo que la radiación de un láser es filtrada ópticamente y trasmitida a la materia de la muestra; la radiación dispersa de Raman es entonces recolectada, filtrada ópticamente, y trasmitida al elemento dispersivo, en donde las longitudes de onda individuales son separadas y monitoreadas con un detector con arreglo de multi-canal. El detector continuamente monitorea los espectros tanto del material de muestra como el de un material de referencia apropiado. El espectro enrollado del material de referencia, también referido aquí como el espectro enrollado de referencia, consiste de un fragmento espectral con características espectrales conocidas y enrollado con la totalidad de inestabilidades aleatorias en la fuente de radiación y/o inestabilidades mecánicas en el instrumento. El espectro de referencia enrollado es enrollado por el aparato en la misma forma que el espectro enrollado de la muestra, también referido aquí como el espectro muestra enrollado. Hay dos situaciones generales encontradas en la práctica de la invención: una en la cual la muestra provee un fragmento espectral apropiado que se usa como el espectro de referencia enrollado, y la otra en la cual el fragmento espectral no existe. En general, es raro que una muestra presente un fragmento espectral de referencia enrollado en forma apropiada, y así la última es una modalidad más genérica y que más se prefiere en el método de la invención. El material de referencia puede ser mezclado con una muestra ya sea homogéneamente, por ejemplo, como un solvente para la muestra, o heterogéneamente, como por ejemplo, como pequeñas partículas. El matepal de referencia puede ser incluido en una ventana o celda que es irradiada por el mismo rayo que irradía la muestra. Alternativamente, el material de la muestra de referencia puede ser irradiado por rayos separados con las mismas características. La Figura 1 ilustra esquemáticamente un aparato de espectrometría de Raman que puede ser usado cuando un fragmento espectral apropiado de referencia existe en una muestra 20. Tal instrumento está compuesto de una fuente de radiación 1 , un guíaondas óptico de excitación 2A y 2B, medios filtrantes de excitación 3, una sonda óptica 4, medios 5 de rechazo de longitud de onda incidente, un guíaondas óptico de recolección 6A y 6B, una interface 7 del espectrógrafo, un espectrógrafo 8, un detector 9 y una computadora 19 provista de rutinas matemáticas apropiadas. La Figura 2, ilustra un aparato más general de espectrometría de Raman que puede ser usado donde no existe fragmento espectral de referencia en el espectro de la muestra. Este instrumento difiere del descrito en la Figura 1 por la adición de un divisor de rayo 10, guíaondas ópticos de excitación adicionales 2, 2C y 2D, medios filtrantes de excitación adicionales 3A y 3B, una sonda óptica adicional 13, medios reflejantes de longitud de onda incidente adicionales 5A y 5B, guíasonda ópticos de recolección adicionales 6C y 6D, y un requerimiento de que el arreglo del detector 16 5 sea multidimensiona!. Los guíaondas ópticos de excitación 2, 2A, 2B, 2C y 2D pueden ser varios lentes, espejos, cables de fibra óptica o combinaciones de ellos que sean capaces de transmitir radiación sobre la distancia deseada. Comúnmente, los guíaondas son cables de fibra óptica de cuarzo con bajo contenido de hidróxilo. i o Los medios filtrantes de excitación 3, 3A, y 3B son requeridos para eliminar radiación extraviada procedente del rayo fuente antes de la interacción de la radiación láser con la materia muestra. Tales medios son colocados cerca del láser inestable, cerca próximo a la sonda óptica, o en cualquier lugar intermedio. Medios filtrantes típicos incluyen dispersión de rejilla, interferencia dieléctrica, o filtros pasabanda holográficos para aislar la radiación incidente que procede de radiación extraviada indeseable. Los medios reflejantes de la longitud de onda incidente 5, 5A, y 5B son usados para eliminar radiación dispersada elásticamente que procede de radiación dispersa de Raman. Tales medios pueden ser colocados cerca de la sonda óptica, cerca del sistema óptico de entrada, en cualquier lugar entre la sonda óptica y el sistema óptico de entrada, o como parte del sistema espectrógrafo. Medios típicos incluyen combinaciones de rejillas dispersivas, filtros reflejantes holográficos con muesca, cristales de telururo de cadmio con impurezas de indio, filtros reflejantes dieléctricos con muesca y filtros dieléctricos con borde de paso grande. En general tales medios reflejantes deben ser capaces de reflejar más de 100,000 fotones dispersos elásticamente por cada fotón de Raman. Las sondas ópticas 4 y 13 son usadas para la interface de la radiación incidente con la muestra y el material de referencia, respectivamente. Tales dispositivos generalmente comprenden una combinación de lentes, espejos, ventanas, y/o cables de fibra óptica a través de los cuales la radiación incidente puede interactuar con la materia de la muestra y/o el material de referencia y a través del cual la radiación dispersa de Raman es recolectada. La Patente de los E.U.A. No. 4,573,761 , la descripción de la cual se incorpora aquí por referencia, describe una sonda de fibra óptica que comprende por lo menos una fibra óptica para transmitir 35 radiación a una muestra y por lo menos dos fibras ópticas para recolectar la radiación de la muestra. La Patente de los E.U.A. No. 5,112,127, la descripción de la cual se incorpora aquí por referencia, descpbe una sonda de fibra óptica con sistema óptico que filtra la dispersión y fluorescencia por la fibra, enfoca la luz filtrada sobre una muestra externa, reúne la radiación dispersa de la muestra, y reenfoca la radiación dispersa a la fibra de salida. Un divisor de rayo 10, efectúa la función de dividir la radiación láser incidente en dos o más trayectorias distintas. Tales dispositivos son típicamente construidos ya sea por fusión conjunta de dos o más fibras ópticas o utilizando sistemas ópticos especiales de división de rayo, tales como prismas o espejos semi-plateados. La construcción específica de dispositivos separadores de rayos no es crucial para la invención, ya que cada trayectoria contiene una representación similar de la radiación incidente. Tales dispositivos, varios de los cuales están comercialmente disponibles, incluyen divisores de rayos de tipo prisma y plateado, de Melles Griot, Irvine, California, prismas acoplados a fibras, de Oz Optics, Carp, Ontario, Canadá, y separadores de rayos de fibra óptica fusionados, de Oz Optics y C-Technologies, Trenton, New Jersey. La interface 7 del espectrógrafo generalmente contiene un sistema óptico de entrada al espectrógrafo y una ranura ajustable para el monocromator. Los sistemas ópticos de entrada son usados para acoplar la apertura de los guíaondas de recolección a la apertura del espectrógrafo. La ranura ajustable influye en la resolución del espectro de Raman resultante. El espectrógrafo 8 funciona para dispersar la longitud de onda individual de la radiación de Raman. Tales dispositivos están típicamente compuestos de elementos de rejilla dispersivos, espejos y/o lentes. Los espectrógrafos comercialmente disponibles tales como los instrumentos dispersivos de rejilla sencilla de Instruments S.A., Inc., Edision, New Jersey, Chromex, Albuquerque, New México, o Acton Inc., Acton, Massachusetts, instrumentos de dispersión holográfica de Kaiser Optics, Ann Arbor, Michigan, o FT-interferometers de Nicolet Instrument Corp., Madison, Wisconsin, son apropiados para la práctica de la invención. El elemento detector 16 para un instrumento de dispersión puede ser un detector con arreglo multi-canal, tal como un PDA o un CCD, los cuales facilitan todas las longitudes de onda del espectro que va a ser simultáneamente monitoreado. Cuando se usan distintos canales muestra y de referencia, es necesario que el detector sea multidimensional. Detectores útiles con arreglo multi-canal útil incluyen arreglos foto-diodo, arreglos intensificadores foto-diodo, dispositivos acoplados de carga (CCD), películas fotográficas, tubos Vidicon, y dispositivos de inyección de carga. Es importante que el detector tenga características de ruido muy bajas, de modo que las mediciones sean limitadas por el ruido de granalla del fotón más que por ruido de lectura del detector o ruido negro 5 actual. Un detector preferido y apropiado que satisface estos requerimientos es un dispositivo acoplado de carga (CCD). Apropiadas rutinas matemáticas son también útiles para la práctica de ésta invención. Los espectros recolectados son matemáticamente tratados con una proceso de estandarización que compensa para la toda variabilidad aleatoria de o ruido del detector. En éste proceso, la siguiente información espectral es importante: el espectro enrollado de la muestra, el espectro de referencia enrollado, el espectro de referencia estándar, el espectro estándar de la muestra, y la función de enrollamiento. El espectro enrollado de la muestra, S'(x), es una representación digital del 5 espectro de Raman del material de muestra desconocido, como es obtenida del detector del espectrógrafo. Este espectro está influenciado por variaciones tanto de inestabilidades del instrumental (del láser y/o mecánicas) como por cambios estructurales en la muestra. Como se describió anteriormente, el espectro enrollado de referencia, R'(x), o contiene un fragmento espectral con características de forma conocidas y enrolladas con todas las inestabilidades instrumentales. Este fragmento espectral debe ser enrollado con la misma función de enrollamiento como el espectro muestra enrollado. La función de enrollamiento, c(x), la cual facilita la compensación de las variaciones resultantes de la variabilidad de la fuente de radiación y/o inestabilidades 5 mecánicas del instrumental, contiene la información necesaria para transformar un espectro estándar en un espectro enrollado, y vice versa. El espectro de referencia estándar, R(x), es un espectro seleccionado que debería ser una representación verdadera de la forma fundamental del espectro enrollado de referencia. El espectro de referencia estándar puede ser una o representación matemática teórica de la porción invariable del espectro de referencia enrollado; puede ser también un espectro enrollado previamente adquirido del material de referencia que ha sido ajustado o igualado. Preferentemente, es un espectro obtenido promediando una multiplicidad de espectros enrollados previamente adquiridos del material de referencia. No es necesario, sin embargo, 5 que un espectro usado para proporcionar el espectro de referencia estándar sea obtenido del mismo instrumento que el utilizado para obtener el espectro enrollado de la muestra y del material de referencia. El espectro muestra estándar, S(x), el cual es producido por el aparato y método de la invención presente, es el espectro muestra resultante después de todas las variaciones aleatorias del instrumental, excepto porque el ruido del detector aleatorio ha sido eliminado. Este espectro variará de acuerdo a la composición química y así facilitará un análisis cuantitativo exacto de la muestra. Como previamente se describió, hay dos formas generales para la práctica de la invención. La Figura 3 ilustra un procedimiento para obtener el espectro muestra enrollado y desconocido, y el espectro enrollado de referencia para cualquiera de las situaciones. En el caso A, donde existe un fragmento espectral de referencia adecuado en el espectro muestra de Raman, la recolección del espectro muestra, Figura 3(a), es suficiente para el proceso de estandarización. Un adecuado fragmento espectral es uno que permanece sin cambio a medida que la muestra sufre cambios de composición o temperatura. Rutinas matemáticas pueden ser usadas para aislar éste fragmento de referencia de porciones extrañas del espectro, por ejemplo, la multiplicación de la función en la indicación (a) por la función en la indicación (b) para obtener la función en la indicación (c). La forma de onda resultante se convierte en el espectro de referencia enrollado, Figura 3(c). En una variación del caso A, la radiación dispersa elásticamente puede ser empleada como el espectro enrollado del matepal de referencia. En el caso B, donde no existe una banda espectral de referencia adecuada en el espectro de la muestra, el rayo láser es dividido en dos rayos o canales, uno de los cuales entra dentro del material de referencia y el otro dentro de la muestra. Un material de referencia adecuado es aquel que exhibe un fragmento espectral confiable y consistente. El diamante, cuyo espectro de Raman tiene una vibración singularmente fuerte a aproximadamente 1332 cm"1, la cual cae en la mitad de los 500-2000 cm"1 en la región de "impresión dactilar", es un especialmente adecuado y preferido material de referencia. De éste modo un espectro enrollado de la muestra, Figura 3(d), y un espectro de referencia enrollado, Figura 3(e), son simultáneamente medidos con un detector con arreglo de dos-dimensiones. Las bandas ajenas pueden ser removidas del espectro de referencia mediante una rutina matemática, por ejemplo, multiplicando la función (e) por la función (f) para obtener la función (b), la cual provee el espectro de referencia enrollado, Figura 3(g). La Figura 4, esquemáticamente ¡lustra el proceso general de medición de las variaciones espectrales entre los espectros enrollado de referencia y el estándar y utilizando esas mediciones para ajustar el espectro enrollado de la muestra para obtener el espectro estándar de la muestra. Llevando a cabo éste proceso por computación iterativa es posible, aunque extremadamente arduo. Preferentemente, después que los espectros R'(x) y S'(x) han sido obtenidos, ellos pueden ser transformados dentro del dominio del tiempo usando un método FT como lo describió en, por ejemplo, W.H. Press et al., Numerical Recipes: The Art of Scientific Computing. 1986, Cambridge University Press, pags. 381-383 y 407-412, las descripciones de las cuales se incorporan aquí por referencia. R(x) es también transformada en el dominio del tiempo y c(x) es determinado dividiendo la FT de R(x) en la FT de R'(x). Como las matrices para la FT de R(x) y R'(x) incluyen números complejos, ésta división deberá propiamente contar tanto para los componentes reales como para los imaginarios. Los símbolos [/] y [*] usados en el Figura 4 representa una división y multiplicación complejas, respectivamente, en el dominio del tiempo FT. La función de convolución o enrollamiento calculada, c(x), contiene la información necesaria para descifrar las variaciones e inestabilidades del instrumental que ocurre durante la adquisición espectral. La FT de S'(x) es entonces dividida (otra vez ambas matrices contienen números complejos) con c(x) para resultar en la FT de S(x). Calculando la inversa FT sobre ésta resultante, a un espectro estándar de una, S(x), la cual representa exactamente la composición de la muestra, es entonces obtenida. Si se desea, S(x) puede ser tratada por procedimientos para obtener la suavización de la curva o para obtener la derivada espectral, por ejemplo. Esos procedimientos pueden ser útiles cuando los espectros son usados para extraer reproduciblemente información composicional cuantitativa. Métodos para suavización de la curva están descritos en A. Savitsky and M.J.E. Golay, Anal. Chem., 1964, vol. 36, pags. 1627-1639. El método para obtener el espectro estándar de la muestra puede ser llevando a cabo con instrumentos de varias formas. Se requiere, sin embargo, que el espectro de referencia enrollado se derive de la misma función de enrollamiento como el espectro enrollado de la muestra. Dos modalidades adicionales están descritas en las Figuras 5 y 6. La Figura 5 muestra los componentes de un aparato de Raman que es capaz de monitorear simultáneamente tres materiales. Este consiste de una fuente de radiación con un divisor de rayo de cuatro vías, el cual dirige la radiación hacia tres muestras separadas y un material de referencia. Los componentes individuales son similares a los usados en la construcción del instrumento mostrado en el Figura 2, donde los canales individuales de las muestras son indicados como (a), (b), y (c). El aparato puede ser construido con tantos canales de muestra como se desee, estando limitado por el rendimiento de radiación aceptable de la fuente de radiación y/o las dimensiones físicas de los detectores con arreglo bi-dimensional. Ha sido previamente mostrado por Ángel et al. " Simultaneous Multi-point Fiber-Optic Raman Sampling for Chemical Process Control Usingh Diode Lassers and CCd Detector", SPIE, 1991 , Vol. 1587, Chemical. Biochemical and Enviromental Fiber Sensors lll. pags. 219,231 , y Vess y Ángel, "Near Visible Raman Instrumentation for Remote Multi-point Process Monitoring Using Optical Fibers and Optical Multiplexing," SPIE 1992, Vol. 1637 Enviromental and Process Monitoring Technologies, pags. 118-125, las descripciones de la cual se incorporan aquí por referencia, que un detector CCD es capaz de monitorear simultáneamente hasta 10 canales. La presente invención es general y no está limitada por dimensiones físicas corrientes del detector; con componentes correctamente dimensionadas, más de 100 muestras pueden ser monitoreadas simultáneamente sobre un instrumento de Raman. La Figura 6 ¡lustra esquemáticamente otra materialización de la invención, en la cual, láser múltiples cada uno con un brazo para la referencia y la muestra, son utilizados. Esta materialización es similar a la mostrada en la Figura 5, excepto que cada canal para la muestra tiene un correspondiente canal de referencia para proveer la información necesaria para el proceso de estandarización. Materializaciones adicionales pueden ser cualquier combinación de las materializaciones arriba mencionadas donde fuentes de radiación múltiple son dirigidas a múltiples muestras, cada fuente teniendo una respectiva muestra de referencia. Cuando se usan instrumentos multi-canal, puede haber diferencias en la respuesta del instrumento entre los canales. Es comúnmente conocido en la técnica que muchas diferencias en la respuesta del instrumento entre canales, pueden ser determinadas y descritas por funciones de enrollamiento derivadas por la comparación de los espectros de un material común adquirido a través de diferentes canales. Cuando instrumentos multi-canal son usados en la práctica de ésta invención, astas variaciones de canal-a-canal en la respuesta del instrumento pueden ser corregidas aplicando las convoluciones apropiadas en adición a la copvolución de estandarización de la invención.

Para eliminar las incertidumbres en la estabilidad láser, posición del detector, etc., los cambios que ocurran entre los espectros de estandarización subsecuentes pueden ser correlacionados con cambios composicionales en la materia de muestra. Los espectros estandarizados pueden ser usados para monitorear concentraciones composicionales, velocidades de reacción, u otras importantes variables que indiquen cambios en la muestra a través del tiempo. Otra modalidad adicional de ésta invención es el uso de la estandarización de espectros de Raman recolectados con una fuente de radiación en un sistema de Raman, en el cual el detector es un espectrómetro de transformadas Fourier, mejor que un arreglo de detector. El espectrómetro de transformadas de Fourier también recolecta el espectro completo simultáneamente. Si las características de radiación cambian más lentamente que la exploración del espectrómetro, un fragmento espectral del espectro puede ser usado para estandarizar el espectro. En el espectrómetro de transformadas de Fourier, el espectro comúnmente incluye la longitud de onda de excitación en el explorador. Así los filtros pueden ser seleccionados para dosificar la suficiente luz para actuar como el fragmento espectral para el espectro enrollado de referencia. Otros arreglos de detector multiplex como en, por ejemplo, un espectrómetro Hadamard, pueden ser usados en la práctica de la presente invención. El espectroscopio de transformadas de Hadamard, en el cual un espectrómetro de dispersión es empleado en combinación con una máscara móvil que contiene una serie de muescas y es posicionado en el plano focal, está descrito en J.A. Decker, Jr., Applied Optics, 1971 , vol. 10, pags. 510-514, y D.A. Skoog and D.M. West, Principies of Instrumental Analysis, 2a. edición 1980, Saunders College, Philadelphia, pag. 254, las descripciones de los cuales se incorporan aquí por referencia.

Ejemplo 1 Espectro de Raman FT de tolueno obtenido con láser Nd:YAG en operación multimodal. Espectros de Raman fueron recolectados con un espectrómetro de transformadas de Fourier Nicolet 60SX equipado con un accesorio de Raman Nicolet FT. Los espectros fueron excitados con un láser CVl Nd:YAG de 5 watts operando en una configuración multimodal con aproximadamente 1.25 watts en la muestra, y fueron recolectados con 180 grados de geometría de dispersión. El tolueno (Solvente de Alta Pureza de Burdick and Jackson) fue colocado en un tubo de cuarzo en la posición que dé la máxima señal. Un espectro consistente de 1000 exploraciones co- agregadas con un tiempo de exploración de 2 segs/exploración. La resolución fue de 8 números de onda. Los datos fueron transferidos a una computadora personal, donde el procesamiento de datos fue hecho. Cada fragmento espectral fue recolectado de manera que la radiación elásticamente dispersada fue también observada. Debido a que éste fragmento espectral es indicativo de fluctuaciones del láser, fue usado para el espectro de referencia enrollado. El espectro de referencia estándar fue escogido para ser una función de punta delta, la cual fue más tarde suavizada a la forma Gaussiana en la región Fourier. La función de enrollamiento fue determinada y cada espectro estandarizado usando el proceso descrito. Las variaciones de espectro a espectro, fueron significativamente reducidas. Un ejemplo de la reducción de ruido está mostrado en la Figura 7. Los trazos A y B son los espectros de Raman del tolueno mostrado como es recolectado (enrollado) y después del proceso de estandarización, respectivamente. Los trazos C y D muestran una diferencia espectral de un espectro promedio para el espectro estandarizado y como fue recolectado, respectivamente. (Los trazos A y C han sido resaltados con fines de claridad). Es rápidamente aparente de los trazos C y D que el espectro estandarizado tiene una significante reducción en variación.

Ejemplo 2 Sensibilidad de un sistema de Raman a ajustes mecánicos. Un espectrógrafo de Raman fue ensamblado como se muestra en la Figura 1 para contener una sonda óptica. La radiación proveniente de un láser de iones de gas Lexel kriptón operando a 752 nm fue usado para iluminar una muestra de tolueno a través de una sonda óptica. Un espectrógrafo de una sola rejilla de 0.3 metros, de Instruments SA, Inc. (modelo número HR320) con ensamble de interface de espectrógrafo de fibra óptica y un detector CCD enfriado con nitrógeno líquido (578 x 416 pixeles cada 25 mieras cuadradas) fue usado para recolectar, dispersar, y monitorear la señal de Raman. Una serie de espectros fueron obtenidos mientras se ajustaba la posición de la rejilla del espectrógrafo y la anchura de la ranura de la interface del espectrógrafo. Esos ajustes menores causaron cambios dramáticos en la apariencia espectral por la alteración de posiciones de la banda y el ensanchamiento o estrechamiento de las bandas. Las bandas vibracionales de Raman entre 950 CIT y 1050 cm"1 (249-314 pixeles en la Figura 8) fueron usados como el fragmento espectral, para determinar el espectro de referencia enrollado. El espectro de referencia enrollado recolectado inicialmente fue usado como el espectro estándar. Cada espectro adquirido subsecuentemente fue estandarizado usando los procedimientos matemáticos descritos para determinar un espectro estándar de la muestra. La Figura 8 muestra un espectro de la muestra del tolueno; el trazo A, la variación residual causada por la variación de la posición del espectrógrafo, el trazo B, y la variación residual después del proceso de estandarización, el trazo C. (La escala de 0-500 pixeles sobre el eje x corresponde al intervalo de 540-1330 cm"1. Nótese que el trazo B indica un típico patrón de variación para un instrumento inestable, con el mayor grado de variación ocurriendo en regiones de punto de inflexión. En el trazo C, ésta variación ha sido totalmente eliminada.

Ejemplo 3 Mediciones espectrométrícas de Raman, de diamante usando un láser multi-modal. El mismo espectrógrafo y detector del ejemplo 2 fue usado en conjunto con un láser diódico multi-modal de arseniuro de galio-aluminio, de 1.2 watts (GaAlAs) (Spectra Diode Labs) con una longitud de onda central de 800 nm. Tal láser exhibe constante cambio de longitud de onda y perfil de energía. La radiación fue dirigida hacia un fragmento de diamante, y la radiación dispersa de Raman fue detectada. Un espectro de Raman del diamante muestra una fuerte banda localizada a 1332 cm"1. Una serie de 200 archivos secuenciales fueron obtenidas y estandarizadas a una curva Gaussiana formada teóricamente. Un análisis de datos experimentales mostraron que el espectro primario tuvo una desviación estándar tan grande como 3%. Este grado de variación es excesivo para trabajos cuantitativos precisos. Los espectros primarios fueron analizados usando el fragmento espectral de 1332 cm"1 en cada espectro del diamante como el espectro de referencia enrollado. Una banda Gaussiana con un ancho de tres puntos y medio, derivada matemáticamente, fue usada como espectro de referencia estándar. Después del proceso de estandarización, el análisis de los datos indicó que la más grande desviación estándar a través del conjunto completo de datos de 200 espectros secuenciales fue menor que una desviación de 0.2%. La mayoría de ésta desviación fue debida a las limitaciones fundamentales del ruido de granalla en la detección.

Ejemplo 4 Análisis espectrométrico de rayo doble, de tolueno con diamante como material de referencia, usando un láser de gas.

Un espectrógrafo de Raman fue ensamblado con el mismo detector y espectrógrafo como en el Ejemplo 3, con dos conjuntos de sondas similares a las usadas en el Figura 2. La radiación de un láser de iones de gas Lexel kriptón operando a 752 nm fue dividido en cada sonda con un divisor de rayos (Ópticas Oz) 5 y usadas para iluminar tolueno líquido (muestra) y un fragmento de diamante (material de referencia). Una serie de 200 pares de espectros secuenciales fueron recolectados y guardados de ambas muestras. La banda de 1332 cm"1 de cada espectro de diamante fue usada como el espectro enrollado de referencia y una banda Gaussiana con un espesor de 3.5 y o derivada matemáticamente como el espectro de referencia estándar. Una función de enrollamiento fue determinada para cada par de espectros y usada para estandarizar cada espectro de la muestra enrollado del tolueno. La variación en los espectros de la muestra estandarizados y resultantes estuvieron cerca que aquél limitado por el ruido de granalla. 5 Esta reducción en la variación está indicada en el Figura 9, la cual muestra la variación de la raíz cuadrada de la media de los cuadrados (RMS) para los espectros del tolueno, así recolectados (enrollados), el trazo a, la variación de RMS para los espectros de tolueno estándares, el trazo b, y un estimado de la variación del ruido de granalla esperado y basado en estadísticas de conteo de fotones, el trazo c. (La o escala de 0-500 pixeles sobre el eje x corresponde al intervalo de 360-1940 cm"1). La pequeña intercalación es un aumento de trazos b y c que muestran un detalle adicional. Es claro que el proceso de estandarización es efectivo para remover una gran cantidad de las inestabilidades aleatorias de los instrumentos, las cuales ocurren en el sistema. 5 Ejemplo 5 Análisis espectrométrico de rayo doble, para tolueno con diamante como material de referencia usando un láser diódico. Un espectrógrafo de Raman fue ensamblado con el mismo detector y espectrógrafo que en el Ejemplo 3, con una disposición de dos sondas similares a la 0 Figura 2. La radiación de un láser diódico multi-modal de 1.2 watt GaAlAs (Spectra Diode Labs) operando a 800 nm fue dividido en cada sonda con un divisor de rayos (Oz Optics) y usado para iluminar tolueno líquido (muestra) y fragmentos de diamante (material de referencia). Una serie de 200 pares espectrales secuenciales fueron recolectados y guardados para ambas muestras. 5 La banda de 1332 cm"1 de cada espectro de diamante fue usado como el espectro de referencia enrollado y una banda Gaussiana con una anchura de tres puntos y medio, derivada matemáticamente, como el espectro de referencia estándar. Una función de enrollamiento fue determinada para cada par espectral y usada para estandarizar cada espectro muestra, enrollado, del tolueno. La variación en el espectro muestra estándar resultante estuvo cerca de aquel limitado por el ruido de granalla. El láser multi-modal es inherentemente inestable y muestra un perfil espectral que cambia rápidamente. Esto está indicado por la variación RMS de los espectros enrollados primarios mostrados en la Figura 10. Después del proceso de estandarización (curva inferior e inserción), la variación fue significativamente reducida, otra vez estando sobre el orden de la variación del ruido de granalla esperado. En éste ejemplo, sería imposible usar los espectros primario enrollados para cualquier trabajo analítico-cuantitativo sensible; después de la estandarización, sin embargo, virtualmente todas la inestabilidades han sido eliminadas, facilitando de ésta forma que sean hechas las determinaciones cuantitativas. La invención ha sido descrita en detalle con particular referencia a las modalidades promovidas de ella, pero será entendido que variaciones y modificaciones pueden ser efectuadas dentro del espíritu y alcance de la invención.

Claims (40)

1. Novedad de la Invención 1. Un aparato de espectrometría de Raman que es capaz de medir y compensar las variaciones en el aparato, caracterizado porque comprende: una fuente de radiación substancialmente monocromática, medios para simultáneamente hacer la interface entre la mencionada radiación con una muestra y un material de referencia, medios para adquirir simultáneamente a más de una longitud de onda un espectro de Raman enrollado de dicha muestra y un espectro enrollado de dicho material de referencia, medios para determinar la función de enrollamiento de dicho espectro enrollado y para aplicar dicha función de enrollamiento para ajustar el mencionado espectro de Raman enrollado de la mencionada muestra para producir de esta manera el espectro de Raman estándar de la muestra mencionada.
2. 2. Un aparato de espectrometría de Raman de acuerdo a la Reivindicación 1 , en el que dicha fuente de radiación es un láser.
3. 3. Un aparato de espectrometría de Raman de acuerdo a la Reivindicación 2, en el que dicho láser es un láser diódico.
4. 4. Un aparato de espectrometría de Raman de acuerdo a la Reivindicación 3, en el que dicho láser diódico es un láser diódico multi-modal.
5. 5. Un aparto de espectrometría de Raman de acuerdo a la Reivindicación 1 , en el que el espectro de Raman enrollado de dicha muestra incluye el espectro de Raman enrollado de dicho material de referencia.
6. 6. Un aparato de espectrometría de Raman de acuerdo a la Reivindicación 1 , en el que los mencionados medios para interface simultánea entre la mencionada radiación con una muestra y un material de referencia comprende una sonda óptica.
7. 7. Un aparato de espectrometría de Raman de acuerdo a la Reivindicación 6, en el que la sonda óptica mencionada comprende por lo menos una fibra óptica.
8. 8. Un aparato de espectrometría de Raman de acuerdo a la Reivindicación 7, en el que la sonda óptica mencionada comprende además una ventana o celda comprendiendo el material de referencia mencionado.
9. 9. Un aparato de espectrometría de Raman de acuerdo a la Reivindicación 1 , en el que los medios mencionados para la obtención simultánea a más de una longitud de onda del espectro de Raman enrollado de dicha muestra y del espectro enrollado de dicho material de referencia, comprende un espectrógrafo en combinación con un detector con arreglo multi-canal.
10. 10. Un aparato de espectrometría de Raman de acuerdo a la Reivindicación 9, en el que el mencionado detector con arreglo multi-canal es un arreglo foto-diódico, un arreglo foto-diódico intensificado, un dispositivo de carga acoplada, una película fotográfica, un tubo Vidicón, o un dispositivo de inyección de carga.
11. 11. Un aparato de espectrometría de Raman de acuerdo a la Reivindicación 10, en el que el mencionado detector con arreglo multi-canal es un dispositivo con carga acoplada.
12. 12. Un aparato de espectrografía de Raman de acuerdo a la Reivindicación 1 , en el que los mencionados medios para la obtención simultánea a más de una longitud de onda del espectro enrollado de Raman de dicha muestra y del espectro enrollado de dicho material de referencia, comprende un interferómetro o un espectrómetro de dispersión en combinación con una máscara movible que comprende una serie de ranuras.
13. 13. Un aparato de espectrometría de Raman de acuerdo a la Reivindicación 1 , en la que los mencionados medios para la determinación de la función de enrollamiento de dicho espectro enrollado de Raman y para aplicar dicha función de enrollamiento al mencionado espectro enrollado de Raman de dicha muestra para producir el espectro de Raman estándar de dicha muestra comprende un algoritmo de transformada de Fourier o un cálculo iterativo.
14. 14. Un aparato de espectrometría de Raman de acuerdo a la Reivindicación 13, en donde dichos medios comprenden un algoritmo de transformadas de Fourier aplicado al espectro de Raman enrollado de dicha muestra, el espectro enrollado de dicho material de referencia, y el espectro estándar de dicho material de referencia.
15. 15. Un aparato de espectrometría de Raman de acuerdo a la Reivindicación 1 , que comprende además medios para dividir la radiación en por lo menos dos rayos.
16. 16. Un aparato de espectrometría de Raman de acuerdo a la Reivindicación 15, en la que los mencionados medios de división de la radiación en por lo menos dos rayos, comprenden un divisor de rayos de fibra óptica fusionada, un prisma, o un espejo semi-plateado.
17. 17. Un aparato de espectrometría de Raman de acuerdo a la Reivindicación 16, en la que los mencionados medios comprenden un divisor de rayos de fibra óptica fusionada.
18. 18. Un método para obtener el espectro de Raman estándar de una muestra caracterizada, porque comprende: (a) Irradiación simultánea de la mencionada muestra y de un material de referencia con una fuente de radiación substancialmente monocromática; (b) adquisición simultánea a más de una longitud de onda de un espectro de Raman enrollado de dicha muestra y un espectro enrollado del material de referencia mencionado; (c) selección del espectro estándar del material de referencia; (d) del espectro de Raman enrollado de dicha muestra y del espectro enrollado de dicho material de referencia y del espectro estándar de dicho material de referencia, determinar la función de enrollamiento de dicho espectro enrollado; y (e) aplicar dicha función de enrollamiento para ajustar el espectro de Raman enrollado de dicha muestra para producir de esta forma el espectro de Raman estándar de dicha muestra.
19. 19. Un método conforme a la Reivindicación 18, en el que dicha fuente de radiación es un láser.
20. 20. Un método conforme a la Reivindicación 19 en el que dicho láser es un láser diódico.
21. 21. Un método conforme a la Reivindicación 20, en el que dicho láser diódico es un láser diódico multi-modal.
22. 22. Un método conforme a la Reivindicación 18, en el que el espectro de Raman enrollado de la muestra incluye el espectro de Raman enrollado del material de referencia.
23. 23. Un método conforme a la Reivindicación 22, en la que el espectro de Raman enrollado del material de referencia comprende el espectro de Raman enrollado del disolvente de la muestra.
24. 24. Un método conforme a la Reivindicación 18, en la que el espectro enrollado del material de referencia comprende radiación elásticamente dispersada
25. 25. Un método conforme a la Reivindicación 18, en la que el mencionado material de referencia incluye diamante.
26. 26. Un método conforme a la Reivindicación 18, en la que la obtención simultánea a más de una longitud de onda de un espectro de Raman enrollado de dicha muestra y un espectro enrollado de dicho material de referencia es llevado al cabo usando un primer espectrógrafo en combinación con detector con arreglo multi-canal.
27. 27. Un método conforme a la Reivindicación 26, en la que el mencionado detector con arreglo multi-canal comprende un dispositivo de carga acoplada.
28. 28. Un método conforme a la Reivindicación 18, en la que la selección del espectro estándar del mencionado material de referencia es llevado al cabo promediando una multiplicidad de espectros enrollados previamente obtenidos, del material de referencia mencionado.
29. 29. Un método conforme a la Reivindicación 18, en la que la selección del espectro estándar del material de referencia es llevada a cabo mediante el ajuste de un espectro obtenido previamente del material de referencia mencionado.
30. 30. Un método conforme a la Reivindicación 18, en la que la determinación de la mencionada función de enrollamiento es llevada a cabo por un algoritmo de transformada de Fourier.
31. 31. Un método conforme a la Reivindicación 26, en donde el espectro estándar 5 del mencionado material de referencia es obtenido con el uso de un segundo espectrógrafo.
32. 32. Un aparato de espectrometría de Raman que es capaz de medir y compensar las variaciones en el aparato, caracterizado por que comprende: una fuente de ? o radiación substancialmente monocromática, un guíaondas óptico, un filtro de radiación, una sonda óptica, un espectrógrafo, un detector que simultáneamente monitorea a más de una longitud de onda el espectro de Raman enrollado de una muestra y del espectro enrollado de un material de referencia, y una computadora provista de rutinas matemáticas para determinar, a partir de dichos espectros 15 enrollados y conjuntamente con un espectro estándar seleccionado del mencionado material de referencia, la función de enrollamiento de dicho espectro enrollado, dicha función de enrollamiento aplicándose más adelante para ajustar el espectro de Raman enrollado de la mencionada muestra para producir de esta manera el espectro de Raman estándar de la mencionada muestra. 20
33. 33. Un aparato de espectrometría de Raman conforme a la Reivindicación 32, que comprende además un divisor de rayos.
34. 34. Un aparato de espectrometría de Raman conforme a la Reivindicación 32, en 25 la que la mencionada fuente de radiación es un láser.
35. 35. Un aparato de espectrometría de Raman conforme a la Reivindicación 34, en el que el mencionado láser es un láser diódico multi-modal. 30
36. 36. Un aparato de espectrometría de Raman conforme a la Reivindicación 32, en la que la sonda óptica incluye por lo menos una fibra óptica.
37. 37. Un aparato de espectrometría de Raman conforme a la Reivindicación 33, en el que dicho divisor de rayos comprende un divisor de rayos de fibra óptica 35 fusionada.
38. 38. Un aparato de espectrometría de Raman conforme a la Reivindicación 32, en donde dicho espectrógrafo es un espectrógrafo de dispersión o un interferómetro-FT.
39. 39. Un sistema de espectrometría de Raman conforme a la Reivindicación 32, en la que dicho detector es un detector con arreglo multi-canal o un detector multiplexor.
40. 40. Un sistema de espectrometría de Raman conforme a la Reivindicación 39, en donde dicho detector con arreglo multi-canal es un dispositivo de carga acoplada.