СПОСОБ КОМПЕНСАЦИИ ДРЕЙФА АМПЛИТУДЫ В СПЕКТРОМЕТРЕ И СПЕКТРОМЕТР, ОСУЩЕСТВЛЯЮЩИЙ УКАЗАННЫЙ СПОСОБ Российский патент 2015 года по МПК G01J3/28 G12B13/00 

[0001] Настоящее изобретение относится к способу компенсации дрейфа амплитуды в спектрометре, генерирующем спектральные данные из неизвестных образцов и, в частности, к компенсации дрейфа амплитуды, вызванного изменениями длины оптического пути, проходящего сквозь держатель образца.

[0002] В обычных спектрометрах для генерирования спектральных данных из неизвестных образцов, светоизлучатель и фотоприемник сконфигурированы таким образом, чтобы определять световой путь, в который помещают исследуемый образец для того, чтобы он взаимодействовал со светом. Как правило, держатель образца, такой как кювета для образцов для жидких образцов, используется для удерживания образцов в пределах светового пути повторяемым образом. Держатель образца содержит внутренний объем для размещения образца и оснащен поверхностями, обычно противоположными поверхностями, по меньшей мере, части которых являются прозрачными для света, взаимодействующего с образцом. Разделение между этими прозрачными частями ограничивает длину светового пути, проходящего через образец.

[0003] В настоящем контексте предпочтительно, чтобы спектрометр генерировал непрерывный спектр неизвестного образца. Этот тип спектрометра может использовать стационарную или подвижную решетку и стационарный или подвижный детектор или детекторы или любые другие подходящие средства. Тем не менее спектрометр, являющийся предпочтительным в настоящее время, содержит интерферометр, использующий преобразование Фурье (FT).

[0004] Обычный способ получения необходимых спектральных данных в любом спектрометре заключается в генерировании спектра пропускания (или поглощения) образца. Для этого получают так называемый однолучевой спектр (SB_S), содержащий спектральные данные, относящиеся как к образцу, так и к спектрометру. Для того чтобы изолировать спектральные данные, относящиеся к образцу, подобный однолучевой спектр (SB_Z) обычно измеряют на так называемом нулевом материале, таком как вода (например, если измеряемый образец является жидким) или воздух (например, если измеряемый образец является твердым), где содержатся одинаковые эффекты, относящиеся к спектрометру, но где отсутствуют эффекты, связанные с образцом. Спектр нулевого материала затем используют для предоставления нулевого уровня, зависящего от длины волны, в спектральной области, в пределах которой собирают спектральные данные.

[0005] Однолучевой спектр образца (SB_S) впоследствии делят на однолучевой спектр нулевого материала (SB_Z) с одинаковыми длинами волн в соответствующих спектрах для того, чтобы получить так называемый двухлучевой спектр образца (DB_S), по существу являющийся спектром пропускания образца относительно нулевого материала и фактически относится лишь к пропускающим свойствам образца. Как хорошо известно, взятие отрицательного log₁₀ от этого предоставляет спектр поглощения для образца. Эти операции обычно выполняют в арифметическом блоке, связанном со спектрометром и предоставленным в виде единого целого со спектрометром, либо расположенного отдельно, но в работоспособной связи со спектрометром, например в форме подходящим образом запрограммированного персонального компьютера.

[0006] С течением времени выходные данные спектрометра склонны изменяться. Это изменение может быть описано как дрейф частоты, в результате которого одинаковая длина волны не может быть отображена идентичным образом двумя спектрометрами, подобными в остальных аспектах, или двумя циклами одного и того же спектрометра, и дрейф интенсивности, в результате которого разные интенсивности измеряются в одинаковых длинах волн для одного и того же образца в двух спектрометрах, подобных в остальных аспектах, или в двух циклах одного и того же спектрометра.

[0007] Для того, чтобы учитывать потенциальный дрейф спектрометра, предпочтительно выполнять периодическую стандартизацию спектрометра образом, хорошо известным в данной области техники, таким как согласно способу, раскрытому в документе US 5933792, содержание которой включено в настоящую заявку посредством ссылки. В ходе этого процесса, образец или образцы стандартизации вводят и обрабатывают в спектрометре одинаковым образом в качестве неизвестных образцов, которые необходимо измерить, для получения однолучевого спектра (SB_SS) образца (образцов) стандартизации. Таким образом, в световой путь не нужно вводить дополнительные оптические элементы, эффект которых может ввести дополнительный эффект, отсутствующий при осуществлении измерений на обычных образцах. Каждый образец стандартизации обладает химическим составом, выбранным для создания известных характерных структур в соответствующем однолучевом спектре, полученном спектрометром.

[0008] Поскольку не только ось частоты, но также и ось поглощения спектральных данных, сгенерированных спектрометром, предпочтительно является стандартизированной, обычно также необходимо обладать информацией, полученной от образца (образцов) стандартизации, относящейся к четко определенным величинам поглощения в четко определенных частотах. Таким образом, предпочтительно, чтобы концентрация (концентрации) компонентов образца (образцов) стандартизации, поддерживалась/поддерживались в пределах таких допустимых значений, чтобы любая погрешность на оси амплитуды спектра, приписываемая изменениям концентрации в образце стандартизации, была меньше повторяемости спектрометра. В этой ситуации из спектра или спектров образца (образцов) стандартизации также может быть получена информация, относящаяся к четко определенным величинам поглощения, для использования в стандартизации спектрометра.

[0009] По сути, процесс стандартизации включает измерение в спектрометре однолучевого спектра образца (образцов) (SB_SS) стандартизации и однолучевого спектра нулевого материала (SB_Z); получение двухлучевого спектра, относящегося по существу лишь к образцу (DB_SS) стандартизации, путем деления в арифметическом блоке, связанном со спектрометром, однолучевых спектров SB_SS на SB_Z с одинаковыми длинами волн; сравнивание в арифметическом блоке частотных положений характерных структур образца (образцов) стандартизации в полученном таким образом двухлучевом спектре (DB_SS) с частотными положениями, определенными ранее как желаемые частотные положения; получение математического преобразования T_X из сравнения, описывающего переход измеренных частотных положений к желаемым частотным положениям; и получение математического преобразования T_Y из сравнения в арифметическом блоке измеренных (DBSs) величин амплитуды из образца (образцов) стандартизации с ранее определенными желаемыми величинами амплитуды, при этом преобразование T_Y описывает переход измеренных величин к желаемым величинам. Эти преобразования T_X, T_Y, которые могут быть периодически обновлены в новом процессе стандартизации, затем сохраняют в арифметическом блоке для применения таким образом ко всем полученным впоследствии спектральным данным неизвестных образцов, измеренных в спектрометре для стандартизации спектров этих образцов.

[0010] Для упрощения генерирования одного или обоих преобразований T_X, T_Y, могут быть сделаны предположения относительно природы, или математической тождественности, или типа требуемого смещения, или перехода. На основании знаний о том, как лазер и кювета влияют на полученный спектр, может быть уменьшена сложность вычисления и количество переменных, необходимых для описания требуемого перевода. По сути, затем арифметическому блоку нужно лишь рассчитать набор переменных для использования с предполагаемой функцией преобразования.

[0011] В известных спектрометрах этот процесс стандартизации применяют с интервалом, намного превышающим интервал между измерениями образцов, и могут выполнять, например, ежемесячно. Тем не менее, в то время как устойчивость спектрометра является достаточной относительно сдвига частоты, который сохраняет соответствующее преобразование (T_X) между последовательными выполнениями процесса стандартизации, было обнаружено, что устойчивость амплитуды часто является недостаточной для соответствующего преобразования (T_Y) для того, чтобы сохранять величины амплитуды между последовательными выполнениями.

[0012] Согласно первому аспекту настоящего изобретения предоставлен способ компенсации дрейфа амплитуды в спектрометре, генерирующем оптические спектральные данные из неизвестного образца, при этом данный способ включает: выполнение процесса стандартизации, включающего определение в арифметическом блоке, связанном со спектрометром, математического преобразования из сравнения полученных спектральных данных амплитуды образца стандартизации с ранее определенными желаемыми спектральными данными амплитуды, при этом данное преобразование описывает переход измеренных данных к желаемым данным; периодическое выполнение процесса стандартизации на протяжении срока службы спектрометра; и связанное с выполнением, предпочтительно с каждым выполнением, процесса стандартизации, получение и сохранение в спектрометре эталонных спектральных данных амплитуды для нулевого материала и, по меньшей мере, однократное получение в спектрометре спектральных данных амплитуды для нулевого материала в промежутке между последовательными выполнениями процесса стандартизации; где данный способ в промежутке между последовательными выполнениями дополнительно включает этапы: модифицирования в арифметическом блоке математического преобразования с помощью функции, зависящей от полученных эталонных спектральных данных амплитуды и, по меньшей мере, однократно полученных спектральных данных амплитуды, связанных с нулевым материалом; и применения в арифметическом блоке модифицированного математического преобразования к полученным спектральным данным амплитуды неизвестного образца.

[0013] Таким образом могут быть получены стандартизированные спектральные данные неизвестного образца с учетом изменений амплитуды, длительность которых меньше длительности интервала между выполнениями последовательных процессов стандартизации. Более того, поскольку в настоящее время наилучшей практикой считается получение спектральных данных нулевого материала в спектрометре чаще длительности выполнения процессов стандартизации, например, ежечасно и в некоторых случаях, в промежутках между получениями в спектрометре спектральных данных из каждого нового неизвестного образца, то не нужно выполнять каких-либо дополнительных спектральных измерений в спектрометре.

[0014] Исходя из того, что эталонные спектральные данные амплитуды для нулевого материала обычно будут получены в спектрометре для использования в арифметическом блоке по существу одновременно с двухлучевым спектром, относящимся по существу лишь к образцу стандартизации, это не является существенно важным. Эталонные спектральные данные амплитуды для нулевого материала могут быть получены в спектрометре во временном промежутке после генерирования спектра образца стандартизации, в течение которого вероятность возникновения дрейфа амплитуды, влияющего на измерения, является низкой.

[0015] Предпочтительный в настоящее время вариант осуществления способа согласно настоящему изобретению далее будет описан применительно к эксплуатации спектрометра, основанного на известном FT интерферометре, использующем преобразование Фурье. Исключительно в качестве примера, рассматриваемый спектрометр сконфигурирован для выполнения измерений на неизвестных жидких образцах и, таким образом, оснащен кюветой для удерживания образца в ходе измерения. Примерный спектрометр приспособлен для генерирования спектров из неизвестного жидкого образца путем пропускания излучения от интерферометра через образец в кювете и на детектор.

[0016] Арифметический блок, связанный со спектрометром согласно настоящему варианту осуществления снабжен доступом к оцифрованной информации, представляющей эталонный двухлучевой спектр пропускания (или поглощения) жидкости для стандартизации (DB_SSR) или, по меньшей мере, представляющие информацию, относящуюся к положениям и амплитудам характеристических поглощений жидкости для использования в стандартизации спектрометра, по существу, образом, описанным в документе US 5933792 и кратко изложенным здесь. Эта информация может быть предоставлена поставщиком спектрометра или конечным пользователем, выполняющим измерения на жидкости для стандартизации с помощью спектрометра. Эта информация, независимо от источника ее предоставления, устанавливает желаемую амплитуду, а также, как правило, величины, относящиеся к частоте, по отношению к которым будут стандартизированы выходные данные определенного спектрометра.

[0017] В настоящем примере жидкость для стандартизации состоит из воды и пропанола (3,83 вес./вес. процента пропанола). Эту жидкость для стандартизации выбирают, так как она имеет два четко определенных пика поглощения в частотном диапазоне, в котором настоящий спектрометр сконструирован для выполнения измерений, в данном случае 1000-5000 см^-1. Эти пики поглощения легко определить в спектре пропускания (поглощения) жидкости для стандартизации в качестве двух локальных минимумов (максимумов), и поскольку концентрация используемого пропанола известна точным и воспроизводимым образом, это же относится и к величинам интенсивности пропускания (поглощения).

[0018] Для выполнения стандартизации спектрометра в любое время на протяжении его срока эксплуатации, жидкость для стандартизации в это время вводят в кювету спектрометра таким же образом, что и неизвестный образец, и выполняют измерение однолучевого спектра пропускания SB_SS жидкости для стандартизации и предоставляют его арифметическому блоку. Жидкость для стандартизации в кювете затем заменяют водой, действующей в качестве нулевого материала, и в арифметическом блоке также получают подобный однолучевой спектр SB_Z для воды и оба спектра обрабатывают в блоке для генерирования двухлучевого спектра пропускания (или поглощения) для жидкости DB_SS для стандартизации.

[0019] Этот двухлучевой спектр DB_SS впоследствии сравнивают с эталонным спектром DB_SSR для получения параметров стандартизации математических преобразований T_X, T_Y, соответственно, для корректировок частотного положения и амплитуды получаемых впоследствии двухлучевых спектров DB_S неизвестных образцов.

[0020] Как правило и как описано в настоящем примере, фактическая стандартизация выполняется на основании двухлучевого спектра поглощения (отрицательного log₁₀ пропускания) жидкости для стандартизации, так как интуитивно понятнее сравнивать положения пиков поглощения, чем локальных минимумов в спектрах. Таким образом, локальные минимумы в измеренном спектре, вызванные поглощением пропанола, будут преобразованы в пики поглощения.

[0021] Очевидно, что отличия между двумя спектрами одного и того же образца, измеренного в разное время одним и тем же инструментом или двумя разными инструментами, главным образом будут сгенерированы относительно небольшим количеством и четко определенными причинами, из которых наиболее преобладающими являются следующие:

- а) отличие в толщине кюветы для образца, что приведет к отличию в количестве света, поглощенного в кювете и образце,

- b) отличие в длине волны двух лазеров в интерферометрах, что приведет к смещению на оси частоты окончательных спектров, и

- с) отличие в выравнивании ИК света и лазерного света в интерферометре также приведет к смещению на оси частоты окончательных спектров.

[0022] Что касается причины а), отличие может быть вызвано износом кюветы. Фактически, материалы кюветы, такие как CaF₂, являющийся материалом, обычно используемым в измерениях в средней ИК области спектра, являются незначительно гигроскопическими, при этом кювета для образца на самом деле может незначительно растворяться при измерении водных образцов, таких как молочные образцы. В то время, как этот процесс может лишь изменять длину пути через держатель образца на несколько микрометров (мкм) между последовательными выполнениями процесса стандартизации, это становится особенно значимым для измерений, выполненных в средней ИК области спектра, где, из-за относительно высокого поглощения образцами в этой области, длины путей через образец, как правило, составляют несколько десятков микрометров, обычно от 30 мкм до 50 мкм.

[0023] Согласно закону Ламберта-Бера, это отличие будет предоставлять линейное масштабирование оси поглощения измеренного спектра.

[0024] Что касается причины b), преобразование Фурье, используемое в FT инструментах, требует, чтобы сигнал интерференции, созданный в интерферометре и обнаруженный детектором, был просканирован равноудаленно как зависимость от отличия в световом пути, например, представляющая собой перемещение подвижного зеркала. В обычных FT инструментах это обеспечивается путем пуска лазерного света в интерферометр и путем инициирования измерений пика интерференции, например, на фазовой синхронизации лазерного света или на пересечениях нулевого уровня интерферирующего лазерного света в интерферометре.

[0025] В данной ситуации, отличие в частоте лазерного света приведет к инициации двумя разными инструментами измерений структуры интерференции равноудаленно на незначительно отличающихся расстояниях. Таким образом, это предоставит отличие в частотном масштабе измеренного спектра.

[0026] Тем не менее, по вышеизложенной причине, это отличие будет линейным масштабированием оси частоты спектра. Поскольку спектр, подвергшийся преобразованию Фурье, будет состоять из равноудаленных точек на оси частоты, расстояние между этими точками будет отличаться в разных инструментах. Тем не менее, для исправления этого, "линейку", состоящую из равноудаленных частот, необходимо лишь сжать или растянуть. Этот процесс обычно не приводит к генерированию каких-либо нелинейных эффектов.

[0027] Тот же эффект будет обнаружен при использовании в данном типе инструмента других средств для измерения расстояния. Это обусловлено выполнением преобразования Фурье.

[0028] Что касается причины с), сдвиг частоты будет виден, когда свет в интерферометре не следует точно по пути лазерного света. В этой ситуации сигнал интерференции интерферирующего света будет инициирован равноудаленно, например, на пересечениях нулевого уровня интерферирующего лазерного света, но с разным расстоянием по сравнению с ситуацией, где лазерный свет в точности перекрывает свет. Таким образом, "линейка" равноудаленного инициирования не будет равна "линейке" длины волны лазера, но будет слегка смещена, так что вышеуказанное растягивание или сжатие "линейки" по-прежнему будет корректировать ось частоты.

[0029] Эта адаптация оси частоты может быть выполнена на основании идентифицированных частей двух пиков поглощения пропанола в жидкости для стандартизации, когда положения этих пиков в эталонной структуре являются известными.

[0030] Преобразование T_X, предоставляющее линейное масштабирование оси частоты может быть использовано в корректировке измеренных спектров DB_S образцов. Сдвиг частоты, который будет передавать любой канал из измеренного спектра в соответствующий канал эталонной структуры, может быть описан преобразованием T_X в форме: α·канал+β, при этом лишь две переменные (α и β) необходимы для корректировки оси частоты будущих спектров для стандартизации этой оси. В действительности, поскольку β по существу равняется нулю, требуется лишь α, если чуть меньшая точность является достаточной. Эти коэффициенты α, β могут быть рассчитаны из рассмотрения прямой линии, проходящей через точки, представленные посредством, на оси x - пиковыми положениями (номером канала) и на оси y - отличием в номере канала между измеренными пиковыми положениями и эталонными спектральными данными.

[0031] Это преобразование выполняют на двухлучевом спектре стандартизации DB_SSt, измеренном во время t, затем ось частоты смещенного измеренного спектра будет совпадать с осью частоты эталонного спектра DB_SSR, и подобным образом преобразованные спектры образцов будут стандартизированы. Следует понимать, что подобная корректировка частоты также может изменять форму измеренных спектральных пиков и таким образом, предпочтительно, но не обязательно, выполняется перед любой корректировкой оси пропускания (поглощения).

[0032] В соответствии с причиной а), указанной выше, ось пропускания (поглощения) также должна быть откорректирована. Эта корректировка может быть выполнена наиболее простым образом на основании разницы пропускания между лишь одним каналом спектров стандартизации, полученной во время t и t=0, такой как разница пропускания в одном из идентифицированных пиков в спектре DB_SSt и эталонной структуре DB_SSR, и на основании предположения, что коррекция является линейной коррекцией ("линейная" применительно к поглощению представляет собой - log10 пропускания - см. ниже) части спектра, представляющей интерес для настоящей цели. Предпочтительно, эту коррекцию выполняют, используя спектр с предварительно откорректированной частотой. Единственной действительно необходимой информацией эталонной структуры являются номера каналов и величины пропускания, в которых два идентифицированных пика спектра с (предпочтительно) откорректированной частотой должны быть расположены при стандартизации. Таким образом, эталонная структура, необходимая для этой стандартизации, представляет собой лишь пиковые точки двух пиков.

[0033] Тем не менее, из-за интерференции, например, помех, часто является предпочтительным использование большего количества величин в выбранных диапазонах для того, чтобы снизить возможность ошибки в вычислении.

[0034] Из-за вышеизложенного предположения, что коррекция оси поглощения будет представлять собой линейное масштабирование в величинах поглощения, преобразование T_Y типа: может быть предположено на практике.

[0035] Как упоминалось ранее, для преобразования спектра пропускания в спектр поглощения, нужно взять отрицательный логарифм спектра пропускания. Очевидно, что это предоставит линейную коррекцию оси поглощения спектра, , что означает, что а и log₁₀b могут быть найдены.

[0036] Таким образом, а и log₁₀b могут быть найдены путем построения графика, отмечая на одной оси точки логарифма спектра с частотным сдвигом и, на другой оси, логарифма эталонного спектра DB_SSR. Из этого графика, как и ранее, представляющего собой по существу прямую линию, находят наилучшую прямую линию, проходящую через все точки, используя обычный подбор методом наименьших квадратов и рассчитывают переменные а и log₁₀b. Поскольку log₁₀b близок к нулю, он может быть пропущен, если менее точная стандартизация является достаточной.

[0037] Таким образом, исходя из вышеописанного, переменные α, β, а и b могут быть найдены из сравнения спектральных данных, полученных из образца стандартизации на протяжении срока эксплуатации спектрометра, и эквивалентных данных, полученных в качестве эталонных данных. Эти переменные впоследствии будут сохранены для доступа арифметического блока, связанного со спектрометром, для использования в данном блоке для корректировки последующих спектров неизвестных образцов для получения стандартизированных спектров образцов.

[0038] Стандартизация двухлучевого спектра неизвестного образца (DB_S) будет выполняться в соответствии с вышеописанным, где, предпочтительно, но не обязательно, в первую очередь будет сгенерирован спектр с частотным сдвигом, который затем будет обработан в арифметическом блоке, используя преобразование типа: для генерирования стандартизированного спектра образца.

[0039] Если корректировка оси поглощения представляла собой не простую линейную корректировку, существует множество способов стандартизации спектра. В вышеописанной ситуации, где поглощение воды расположено в спектре, и если эта ситуация также происходит в спектрах, подлежащих стандартизации, корректировка пропускания может быть выполнена для каждого "окна" между поглощениями воды. Поскольку эти окна будут относительно малы по сравнению с полным спектром, можно успешно предположить, что корректировка будет линейной в каждом окне, тем самым для каждого окна могут быть найдены разные а-величины и b-величины.

[0040] Этот способ может стать причиной прерываний в полном спектре, если в этом спектре отсутствуют поглощения воды. Вместо вышеописанного, этот эффект можно устранить, принимая тот факт, что корректировка не является однородной и вместо определения отдельных a-величин и b-величин для каждого канала в спектре с (предпочтительно) скорректированной частотой.

[0041] Например, для точки, относящейся к рассматриваемому каналу и, например, для двух ближайших точек с каждой стороны могут быть получены a-величина и b-величина для этого отдельного канала.

[0042] Впоследствии, два разных полинома могут быть подобраны к a-величинам и b-величинам, соответственно. Эти полиномы затем будут использованы для корректировки пропускания вместо вышеуказанных глобальных a-величины и b-величины.

[0043] Третий способ будет заключаться в простом подборе полинома к разнице или к соотношению передачи спектра с откорректированной частотой материала для стандартизации и эталонного спектра. Этот полином впоследствии может быть использован для стандартизации оси поглощения спектра.

[0044] Согласно способу настоящего изобретения и, как известно в данной области техники, вышеописанную процедуру стандартизации выполняют периодически на протяжении срока эксплуатации спектрометра. Тем не менее, длительность дрейфа амплитуды, по существу вызванного изменениями в толщине кюветы для образца, меньше временного промежутка между выполнениями стандартизации. Процесс стандартизации согласно способу настоящего изобретения приспособлен для соответствия этому более быстрому изменению.

[0045] Согласно настоящему изобретению, изменение длины ΔP пути через кювету спектрометра представляет собой функцию F, зависимую от эталонных однолучевых спектров нулевого материала (SB_ZR), в данном случае полученных во время предыдущего выполнения стандартизации, и во время между выполнениями стандартизации (SB_Zt). Это описано математически в виде ΔP=F(SB_Zt, SB_ZR).

[0046] Как описано выше, ожидается, что однолучевой спектр нулевого материала (SB_Z) содержит информацию, относящуюся к самому спектрометру, независимо от любого материала образца. В настоящем варианте осуществления, где нулевой материал является водой, спектр поглощения в различных длинах пути через кювету (т.е. толщину кюветы) изображен на фиг. 1 для длин пути от 26 мкм до 96 мкм включительно, разделенных на этапы по 10 мкм. Как можно видеть, около переменной (номера канала) 400 имеется хорошая чувствительность к изменению длины пути и величина интенсивности по сути является неизменной в окне около этой переменной.

[0047] Изменение в длине пути, ΔР может быть представлено как постоянная, умноженная на поглощение. Это может быть рассчитано из рассмотрения прямой линии, проходящей через точки, представленные посредством: на оси x - поглощением в фиксированном положении (номером канала) в спектре поглощения и на оси y - длиной пути, на которой получен спектр поглощения, и происхождение. В настоящем примере может быть показано, что ΔP=43·Поглощение, где Поглощение представлено в виде - log₁₀(SB_Zt/SB_ZR).

[0048] Величины амплитуды из более чем одного положения могут быть использованы для генерирования отношения между измеренной амплитудой и длиной пути для улучшения точности и/или для того, чтобы учесть источники поглощения, не связанные с нулевой жидкостью.

[0049] Как будет очевидно из вышеуказанного, величина P₀·a₀, где P₀ и a₀ соответственно представляют собой длину пути и a-величину, полученную во время стандартизации, будет являться постоянной k. Поскольку это остается верным в любое время, то во время t между выполнениями стандартизации эта постоянная может быть представлена в виде k=(P₀+ΔP) a_t, где a_t является a-величиной во время t и ΔP является изменением длины пути со времени стандартизации. Таким образом, a-величина во время t может быть представлена в виде a_t=(Р₀/(Р₀+ΔР)) a₀ и таким образом, согласно настоящему изобретению, математическое преобразование T_Y может быть модифицировано коэффициентом в форме (P₀/(P₀+ΔP)) для того, чтобы компенсировать дрейф амплитуды в промежутках между выполнениями стандартизации.

[0050] Величину P₀ не нужно измерять саму по себе, но, как будет очевидно, она может быть рассчитана из эталонных спектральных данных DB_SSR и спектральных данных DB_SSt, зарегистрированных спектрометром в ходе процесса стандартизации. Величина P₀ может быть рассчитана как Р₀=(DB_SSt/DB_SSR) P_R, где P_R является длиной пути, связанной с генерированием эталонных спектральных данных. Эта длина пути P_R может быть предоставлена как элемент эталонных данных, доступных арифметическому блоку, или может быть быстро рассчитана в арифметическом блоке, используя эталонные спектральные данные.

Изобретение относится к области спектральных измерений и касается способа компенсации дрейфа амплитуды в спектрометре. Способ включает в себя выполнение процесса стандартизации, включающего измерение спектра образца стандартизации и спектра амплитуды нулевого материала и вычисление двухлучевого спектра, относящегося к образцу стандартизации. Полученный двухлучевой спектр сравнивают с ранее определенными желаемыми спектральными значениями и формируют математическое преобразование для корректировки измеряемых данных. Способ так же включает периодическое выполнение процесса стандартизации на протяжении срока службы спектрометра и получение в спектрометре эталонного однолучевого спектра нулевого материала. В промежутках между проведением процедур стандартизации осуществляют измерение спектра нулевого материала и модифицируют математическое преобразование с помощью функции, основанной на сравнении полученного спектра с эталонным спектром нулевого материала, и описывающей изменение длины оптического пути через держатель образца. Технический результат заключается в повышении точности измерений. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ компенсации дрейфа амплитуды в спектрометре, генерирующем оптические спектральные данные (SB_S) из неизвестного образца в держателе образца, при этом способ включает:
выполнение в спектрометре процесса стандартизации, включающего измерение в спектрометре однолучевого спектра образца стандартизации (SB_SS) и однолучевого спектра амплитуды нулевого материала (SB_Z);
получение в арифметическом блоке, связанном со спектрометром, двухлучевого спектра, относящегося по существу только к образцу стандартизации (DB_SS) путем деления в арифметическом блоке однолучевого спектра образца стандартизации (SB_SS) на однолучевой спектр амплитуды нулевого материала (SB_Z) при тех же длинах волн; и определение в арифметическом блоке математического преобразования (T_Y) из сравнения значений амплитуды полученного двухлучевого спектра, относящегося по существу только к образцу стандартизации (DB_SS) с ранее определенными желаемыми спектральными значениями амплитуды (DB_SSR), при этом преобразование описывает переход значений амплитуды полученного двухлучевого спектра, относящегося по существу только к образцу стандартизации (DB_SS) к желаемым значениям амплитуды;
периодическое выполнение процесса стандартизации на протяжении срока службы спектрометра; получение в спектрометре эталонного однолучевого спектра нулевого материала (SB_ZR), связанного с выполнением процесса стандартизации; и
получение по меньшей мере один раз однолучевого спектра (SB_Zt) нулевого материала в промежутке времени между выполнениями процесса стандартизации; отличающийся тем, что способ в промежутке времени между выполнениями процесса стандартизации дополнительно включает этапы: модифицирования в арифметическом блоке математического преобразования (T_Y) с помощью функции (F(SB_Zt),(SB_ZR); F(SB_Zt/SB_ZR)), описывающей изменение в длине оптического пути (ΔР) через держатель образца, зависящей от полученного эталонного однолучевого спектра (SB_ZR) нулевого материала и спектра (SB_Zt) нулевого материала, полученного по меньшей мере один раз в промежутке времени между выполнениями процесса стандартизации; и применения в арифметическом блоке модифицированного математического преобразования к сгенерированным оптическим спектральным данным (SB_S) неизвестного образца.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что функция, применяемая в арифметическом блоке для модификации математического преобразования (T_Y), содержит функцию (F(SB_Zt/SB_ZR)), зависимую от соотношения однолучевых спектров нулевого материала (SB_Zt; SB_ZR).

3. Спектрометрический инструмент, содержащий спектрометр и связанный с ним арифметический блок для приема спектральных данных от спектрометра и обработки этих данных для генерирования стандартизованных спектральных данных, отличающийся тем, что арифметический блок запрограммирован таким образом, чтобы инициировать выполнение спектрометрическим инструментом способа по любому из предыдущих пунктов.

4. Спектрометрический инструмент по п. 3, отличающийся тем, что спектрометр содержит интерферометр, использующий преобразование Фурье, приспособленный для получения спектральных данных, относящихся к инфракрасному, предпочтительно к среднему инфракрасному диапазону длин волн.