СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЛИНЫ ОПТИЧЕСКОГО ПУТИ ЧЕРЕЗ КЮВЕТУ Российский патент 2024 года по МПК G01N21/27 

[0001] Настоящее изобретение относится к способу определения длины оптического пути через кювету спектрофотометрического устройства и к способу корректировки длины пути в зависимости от изменения амплитуды в выходном сигнале такого устройства.

[0002] Оптическое спектрофотометрическое устройство обычно содержит излучатель света и детектор света, которые определяют границы противоположных концов пути света, в который помещают образец для анализа. Держатель образца, например, содержащий кювету для жидких и других текучих образцов, расположен на пути света и используется для расположения в них образцов повторяющимся образом. Кроме того, на пути света, для разделения проходящего от излучателя света на зависящие от интенсивности узкие спектральные полосы и для их вывода для обнаружения детектором света, расположен спектрометр, такой как монохроматор или интерферометр, который может быть установлен до или после держателя образца в направлении прохождения света от излучателя света к детектору света.

[0003] Держатель образца имеет внутренний объем для приема образца и снабжен поверхностями, обычно противоположными поверхностями, по меньшей мере участки которых являются прозрачными для света, пересекающего путь света. Расстояние между этими прозрачными частями определяет длину оптического пути через держатель образца и, соответственно, через образец, который удерживается в объеме держателя образца.

[0004] Обычный способ получения необходимых спектральных данных в любом спектрофотометрическом устройстве заключается в создании спектра пропускания (или поглощения) образца. Для этого получают так называемый однолучевой спектр (SB_S), который содержит спектральные данные, относящиеся к образцу и к компонентам устройства, используемого для его генерирования. Чтобы выделить спектральные данные, относящиеся только к образцу, обычно измеряют подобный однолучевой спектр (SB_Z) на так называемом «нулевом материале», таком как вода или материал на водной основе, если, например, образец, подлежащий измерению, является жидкостью или воздухом, если, например, образец, подлежащий измерению, является твердым телом. Такие однолучевые спектры (SB_Z) включают те же эффекты, связанные с компонентами устройства, что и спектры (SB_S) образца, однако, эффекты, связанные с образцом, отсутствуют. Затем используют спектр нулевого материала для обеспечения нулевого уровня, зависящего от длины волны, по спектральной области, в которой собирают спектральные данные.

[0005] Затем однолучевой спектр (SB_S) образца разделяют на однолучевой спектр (SB_Z) нулевого материала при тех же длинах волн по всем соответствующим спектрам, чтобы получить так называемый двухлучевой спектр (DB_S) образца, который по существу является спектром пропускания образца относительно нулевого материала и практически относится только к свойствам пропускания образца. Как хорошо известно, взятие от указанного спектра пропускания отрицательного логарифма log₁₀ дает спектр поглощения для этого образца. Эти операции выполняют в арифметическом блоке вычислительного устройства, которое связано со спектрофотометрическим устройством и которое выполнено либо как единое целое с устройством, либо отдельно, но в рабочем соединении с устройством, например, в виде соответствующим образом запрограммированного персонального компьютера.

[0006] Выходной сигнал спектрофотометрического устройства имеет тенденцию к изменению с течением времени. Аспект этого изменения может быть описан как изменение амплитуды, в результате чего измеряют разные амплитуды на одних и тех же длинах волн для одного и того же образца в двух аналогичных спектрофотометрических устройствах или при двух запусках одного и того же спектрофотометрического устройства в разное время. Обычно это явление вызвано износом держателя образца, что приводит к изменению расстояния между противоположными прозрачными частями и, следовательно, к изменению длины оптического пути через держатель образца. Как известно из закона Бера-Ламберта, поглощение света образцом при заданной энергии (длине волны или волновом числе) пропорционально длине оптического пути через образец. Таким образом, по мере износа держателя образца и изменения длины оптического пути изменяется амплитуда выходного сигнала спектрофотометрического устройства, и ее необходимо компенсировать через равные промежутки времени.

[0007] Для того чтобы компенсировать изменение амплитуды выходного сигнала спектрофотометрического устройства вследствие износа держателя образца известно, например, из патента США №5933792 известно использование двухлучевых спектрометрических измерений на так называемой «стандартизующей жидкости» (также часто называемой «уравнительной жидкостью»). Эта стандартизующая жидкость является жидкостью с точно контролируемым химическим составом, благодаря чему оптический спектр, регистрируемый спектрометром, показывает характерную картину с характерными интенсивностями в заданном диапазоне частот. Стандартизующая жидкость, описанная в патенте США №5933792, является водным раствором пропанола. Информация об интенсивности, относящаяся к образцу, сравнивается в арифметическом блоке с соответствующей информацией об интенсивности, относящейся к эталонному образцу, который был ранее определен как требуемый стандартный отклик стандартизующей жидкости. Затем арифметический блок, на основании сравнения, создает математическое преобразование, описывающее преобразование интенсивностей картины оптического спектра, регистрируемой спектрофотометрическим устройством, в интенсивности требуемого стандартного отклика эталонной картины. Это математическое преобразование сохраняется для доступа арифметическим блоком для применения к оптическим спектрам неизвестных образцов, которые впоследствии регистрируются спектрофотометрическим устройством для создания оптического спектра, в котором компенсируются изменения амплитуды вследствие износа держателя образца. Проблема этого известного способа компенсации заключается в том, что для него требуется точный контроль состава стандартизующей жидкости.

[0008] Из патента США №9874515 известен способ компенсации изменений амплитуды в выходном сигнале спектрофотометрического устройства без использования специально составленной стандартизующей жидкости. В этом способе вместо отдельной стандартизирующей жидкости используют жидкий нулевой материал, который обычно является водой и который не требует сложного приготовления. Однолучевой спектр (SB_Z) нулевого материала, обычно воды, используют для определения математического преобразования, которое, опять же, описывает преобразование спектра, зарегистрированного спектрофотометрическим устройством, на который не влияет износ держателя образца. К сожалению, зарегистрированный таким образом спектр (SB_Z) поглощения нулевого луча, содержит информацию не только о нулевом материале в кювете, но также дополнительную информацию об элементах, в том числе в атмосферном воздухе и связанных с оптическими компонентами в пределах пути света между излучателем света и детектором света, который не связан с нулевым материалом, но который влияет на интенсивность света., Одно решение для удаления этой дополнительной информации, предложенное в патенте США №9874515, заключается в том, чтобы определить однолучевой спектр (SB_A) поглощения для воздуха, который затем будет содержать ту же дополнительную информацию, что и спектр (SB_Z) поглощения нулевого луча воды, но, естественно, без какого-либо влияния воды. Таким образом, двухлучевой спектр (DB_Z) нулевого материала, являющийся по существу спектром пропускания нулевого материала по отношению к воздуху, будет фактически относиться только к свойствам пропускания нулевого материала. Однако расстояние между противоположными прозрачными окнами обычной кюветы составляет около 50 мкм. Это обстоятельство не позволяет с легкостью обеспечить гарантию того, что во время таких дополнительных измерений весь образец удален и в кювете присутствует только воздух. Демонтаж и тщательная сушка кюветы для каждого компенсационного измерения являются непрактичными, также как и замена кюветы с образцом на сухую кювету для каждого компенсационного измерения. Кроме того, интерференционные полосы в регистрируемых спектрах, возникающие при введении воздуха в кювету, вследствие многократных отражений от окон кюветы дополнительно усложняют анализ.

[0009] Другое решение, предложенное в патента США №9874515, заключается в выполнении математической оценки дополнительной информации. Однако такая оценка оказалась недостаточно точной в некоторых обстоятельствах и для некоторых применений.

[0010] Задачей настоящего изобретения является уменьшение одной или более проблем, связанных по меньшей мере с одним из указанных известных способов.

[0011] В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предложен способ определения длины оптического пути кюветы спектрофотометрического устройства, содержащего спектрометр и связанное с ним вычислительное средство, при этом указанный способ включает: получение в вычислительном средстве, с помощью указанного спектрометра, однолучевого спектра жидкого нулевого материала, удерживаемого в кювете, по меньшей мере в первом энергетическом диапазоне, в котором поглощает указанный жидкий нулевой материал; получение в вычислительном средстве, с помощью указанного спектрометра, однолучевого спектра второй жидкости по меньшей мере в указанном первом энергетическом диапазоне, при этом указанная вторая жидкость находится вместо жидкого нулевого материала в кювете и имеет состав, исключающий присутствие жидкого нулевого материала и не имеющий поглощения в указанном первом энергетическом диапазоне; определение в вычислительном средстве двухлучевого спектра жидкого нулевого материала относительно второй жидкости по меньшей мере в первом энергетическом диапазоне из двух указанных однолучевых спектров; и вычисление в вычислительном средстве длины оптического пути через кювету в зависимости от спектральной информации, полученной из первого энергетического диапазона определенного двухлучевого спектра. Поскольку используемый энергетический диапазон является диапазоном, в котором вторая жидкость не проявляет заметного поглощения, не является критичным то, что количества компонентов второй жидкости, которые приводят к характеристическим поглощениям, не контролируются.

[0012] В некоторых вариантах выполнения жидким нулевым материалом является вода. Преимуществом этого является то, что не требуется наличия специальной подготовки, например, точного смешивания химических компонентов.

[0013] В некоторых вариантах выполнения вторая жидкость и жидкий нулевой материал являются несмешиваемыми (по меньшей мере в той степени, в которой одна жидкость находится в другой в количествах, которые не приводят к обнаружению изменения однолучевого спектра, зарегистрированного для этой другой жидкости), например, вторая жидкость является гидрофобной жидкостью, такой как растительное масло, масло на основе силоксана (например, силиконовое масло) или минеральное масло, когда жидкий нулевой материал является водой. Это способствует обеспечению того, что вторая жидкость и жидкий нулевой материал могут быть полностью заменены для измерения их соответствующих однолучевых спектров.

[0014] В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предложен способ коррекции изменения амплитуды в выходном сигнале спектрофотометрического устройства, содержащего кювету для удержания жидкого образца и спектрометр со связанным с ним вычислительным средством, причем указанный способ включает: воздействие на неизвестный жидкий образец в кювете электромагнитным излучением при множестве значений энергии; получение в вычислительном средстве, с использованием указанного спектрометра, однолучевого спектра неизвестного жидкого образца; определение в вычислительном средстве двухлучевого спектра неизвестного жидкого образца относительно жидкого нулевого материала; и применение, с помощью вычислительного средства, математического преобразования к двухлучевому спектру для коррекции изменения амплитуды в выходном сигнале спектрофотометрического устройства, при этом указанное математическое преобразование описывает преобразование амплитудных значений определенного двухлучевого спектра в требуемые амплитудные значения, причем математическое преобразование зависит от длины оптического пути кюветы, вычисленной способом в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения.

[0015] Специалисту в данной области техники следует понимать, что энергия электромагнитного излучения, используемого в спектрофотометрическом устройстве или обнаруживаемого этим устройством, может быть выражена с помощью ряда взаимосвязанных единиц, таких как волновое число, длина волны, частота или номер канала, оставаясь при этом в пределах объема правовой охраны изобретения, в соответствии с описанием и формулой изобретения.

[0016] Упомянутые выше и другие преимущества, связанные с настоящим изобретением, будут очевидны из рассмотрения нижеследующего описания аспектов неограничительных примерных вариантов выполнения настоящего изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:

фиг. 1 схематически иллюстрирует вариант выполнения спектрофотометрического устройства, работающего в соответствии с предложенным способом;

фиг. 2 схематически иллюстрирует вид сверху в разрезе держателя образца, показанного на фиг.1;

фиг. 3 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую способ определения длины оптического пути и поправочного коэффициента согласно настоящему изобретению;

фиг. 4 показывает однолучевой спектр воды и однолучевой спектр растительного масла; и

фиг. 5 показывает двухлучевой спектр воды относительно растительного масла.

[0017] Далее будет описан вариант выполнения спектрофотометрического устройства 100 со ссылкой на фиг. 1 и 2 в контексте спектроскопии поглощения. Устройство 100 содержит излучающее средство 200, спектрометр 300, который в данном варианте выполнения представляет собой интерферометрическую установку, детектор 400, измерительное средство 500 и держатель 600 образца для удержания образца, подлежащего анализу.

[0018] Излучающее средство 200 содержит источник 210 излучения, выполненный с возможностью испускания полихроматического излучения в пределах некоторого количества или всех энергетических диапазонов электромагнитного спектра от ультрафиолетового до инфракрасного энергетического диапазона в направлении, указанном на фиг. 1 и 2 символом R. В данном варианте выполнения, и исключительно в качестве примера, источник 210 излучения выполнен с возможностью испускания лишь в пределах инфракрасного энергетического диапазона. Следует понимать, что энергетический диапазон должен быть выбран в зависимости от ожидаемых характеристик поглощения типов жидкого образца, подлежащих измерению устройством 100, и как правило, он может проходить в пределах энергетического диапазона (или диапазонов) между ультрафиолетовым и инфракрасным энергетическими диапазонами электромагнитного спектра.

[0019] Спектрометр 300 в данном варианте осуществления изобретения содержит оборудование, необходимое для выполнения спектроскопии с преобразованием Фурье, хорошо известной специалисту в данной области техники. Например, спектрометр 300 содержит коллиматор, который обеспечивает коллимацию инфракрасного излучения, и дополнительное оборудование, входящее в состав интерферометра, например, оптические компоненты, такие как подвижные и неподвижные зеркала, делители пучка и линзы. В других вариантах выполнения может быть использовано другое оборудование для реализации других типов оптического спектрометра, известных в данной области техники.

[0020] Детектор 400 выполнен с возможностью обнаружения входящего инфракрасного излучения, пропущенного через держатель 600 образца, как описано далее.

[0021] Измерительное средство 500 соединено с детектором 400 для сбора необработанных данных об обнаруженном инфракрасном излучении и для их передачи к соответствующему вычислительному средству 510. Вычислительное средство 510 соединено с измерительным средством 500, а в некоторых вариантах выполнения является его неотъемлемой частью, посредством соединения, которое может быть проводным или беспроводным. Измерительное средство 500 выполнено с возможностью определения, с помощью указанного вычислительного средства 510, коэффициента пропускания в дискретном числе каналов, расположенных на одинаковом расстоянии вдоль оси волновых чисел. Вычислительное средство 510 содержит процессор для обработки собранных данных, подходящее вычислительное программное обеспечение, а также дополнительное оборудование, хорошо известное специалисту в данной области техники. Кроме того, вычислительное средство 510 выполнено с возможностью хранения собранных данных и обработанных данных в соответствующем запоминающем средстве. В соответствии с данным вариантом выполнения, для преобразования необработанных данных от детектора 400 в данные об интенсивности как функции волнового числа используется процедура, использующая преобразование Фурье. Кроме того, вычислительное средство 510 может быть выполнено с возможностью работы с графическим представлением данных в виде двумерных графиков, см. фиг. 4 и 5, описанные далее.

[0022] Далее ниже будет описан способ коррекции отклонений интенсивности (также называемых «изменениями амплитуды») этого спектрофотометрического устройства 100.

[0023] В данном варианте выполнения держатель 600 образца размещен между интерферометрическим средством, которое образует спектрометр 300, и детектором 400. Кроме того, держатель 600 образца выполнен с возможностью удержания жидкого образца 610, подлежащего анализу, в данном случае путем отслеживания проходящего через него инфракрасного излучения и создания из него однолучевого спектра SBs. В данном варианте выполнения в качестве эталонной или так называемой «нулевой» текучей среды служит образец 610 воды, который используют для определения длины пути кюветы и зависимых от нее поправок амплитуды сигналов, регистрируемых спектрометром, способом согласно настоящему изобретению, как описано далее. Образец 610 воды размещают в кювете 620 держателя 600 образца, причем эта кювета 620 частично изготовлена из фторида кальция. Наружная поверхность кюветы 620 выполнена в форме прямоугольного параллелепипеда. Кювета 620 имеет внутренние стенки 630, оконные элементы 640, прокладки 650, полости 660 и пространство 622 для удержания жидкого образца 610, см. вид сверху в разрезе, показанный на фиг. 2. Внутренние стенки 630 и оконные элементы 640 являются прозрачными для инфракрасного излучения, которое испускается источником излучения 210 и проходит через жидкий образец 610. Следует отметить, что прокладки 650 не обязательно должны быть прозрачными. Например, прокладки 650 могут быть выполнены из пластика. Объем пространства 622 для образца можно варьировать путем изменения протяженности прокладок 650. Кроме того, имеется входное отверстие 670 для введения жидкого образца 610 в пространство 622 для образца и выходное отверстие 680 для удаления жидкого образца 610 из пространства 622. В соответствии с некоторыми вариантами выполнения жидкий образец 610 во время измерения остается в движении, перетекая из входного отверстия 670 в выходное отверстие 680 через пространство 622 для образца, как показано стрелками на фиг. 2. Однако в других вариантах выполнения жидкий образец 610 во время измерения остается неподвижным в пространстве 622; в таких вариантах выполнения входное отверстие 670 и выходное отверстие 680 могут отсутствовать.

[0024] Расстояние, пройденное инфракрасным излучением в пространстве 622 для образца, называется длиной L оптического пути. Поскольку в данном варианте выполнения излучение проходит через жидкий образец 610 под прямыми углами по отношению к боковым краям кюветы 620 в направлении R, показанном на фиг. 1 и 2, то длина L оптического пути совпадает с внутренней протяженностью длины кюветы 620 между оконными элементами 640. Если кювета 620 изнашивается, длина L оптического пути будет изменяться (увеличиваться).

[0025] В других вариантах выполнения световое излучение, измеряемое в спектрометре, может быть излучением, которое несколько раз пересекало жидкий образец 610 в пространстве 622 для образца (например, после отражения от одного из оконных элементов 640). В таких вариантах выполнения длина L оптического пути не будет совпадать с внутренней протяженностью длины кюветы 620, а будет в несколько раз кратна этому значению, что, как известно, зависит от геометрии обнаружения системы. Однако следует понимать, что длина L оптического пути все равно будет зависеть от внутренней протяженности длины так, что любые изменения этой внутренней протяженности длины будут обнаруживаться в виде изменений амплитуды светового излучения, обнаруживаемых детектором 400.

[0026] В действительности, поскольку оконные элементы 640, соприкасающиеся с образцом 610 воды, изготовлены из фторида кальция, они со временем будут растворяться. Во время этого срока службы кювета 620 также может быть повреждена другими химическими веществами. Например, толщина Т (см. фиг. 2) оконных элементов 640 со временем будет уменьшаться. Следовательно, расстояние между окнами 640 со временем будет увеличиваться, что приведет к изменениям длины L оптического пути. Кроме того, кюветы 620, размещаемые в различных устройствах по типу устройства 100, могут иметь различные длины L оптического пути. Например, разные длины L оптического пути могут быть результатом растворения оконных элементов 640 кювет 620 в разной степени, даже если кюветы 620 в какой-то момент времени были по существу одинаковыми. Кроме того, протяженность прокладок 650 может варьироваться в разнх кюветах 620, что приводит к различным длинам L оптического пути. Поэтому, чтобы сделать характеристики разных устройств 100 одного типа более похожими, а характеристики одного и того же устройства 100 более стабильными во времени, необходимо определять длину L оптического пути и компенсировать любые изменения.

[0027] Способ 700 определения длины L оптического пути кюветы 620 описан со ссылкой на блок-схему, показанную на фиг. 3. Описание способа приведено в качестве примера в отношении спектрометра 100, изображенного на фиг. 1 и 2, детектор 400 которого выполнен с возможностью обнаружения входящего инфракрасного излучения, проходящего через держатель 600 образца вдоль оптического пути света с длиной L пути под прямыми углами относительно бокового края кюветы 620 в направлении R, показанном на фиг. 1 и 2, которое затем совпадает с внутренней протяженностью длины кюветы 620 между оконными элементами 640.

[0028] В соответствии с данным примерным вариантом выполнения, в способе используют однолучевой спектр SB_Z образца жидкого нулевого материала, который в данном случае является образцом номинально чистой воды (образец воды может содержать небольшое количество других компонентов, например, детергента в количестве около 0,01% от объема, которые не влияют на измеряемый однолучевой спектр SB_Z), для определения длины L оптического пути через кювету 620. После того, как спектрофотометрическое устройство 100 было скорректировано с помощью измерений на образце воды, его можно использовать для измерения на других жидких образцах, таких как молоко или вино, чтобы выполнять количественные измерения представляющих интерес компонентов в этих образцах методом, хорошо известным в данной области техники.

[0029] На этапе 720 жидкий нулевой материал вводят в пространство 622 для образца и получают в вычислительном средстве 510 однолучевой спектр SB_Z образца нулевой жидкости с использованием спектрометра 300. Такой спектр А показан на фиг. 4, который иллюстрирует график интенсивности обнаруженного излучения (в данном случае в инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра), проиндексированного по волновому числу и собранному по меньшей мере в первом энергетическом диапазоне (обозначенном на чертеже как «релевантный диапазон»), в котором нулевой жидкий материал поглощает по меньшей мере часть падающего оптического излучения, испускаемого источником 210 излучения.

[0030] На этапе 740 образец 610 жидкого нулевого материала в кювете 620 заменяют вторым жидким образцом, характеризующимся наличием состава, исключающего жидкий нулевой материал и не имеющего поглощения в первом энергетическом диапазоне. Однолучевой спектр SB₂ второго жидкого образца получают в вычислительном средстве 510, опять же, с использованием спектрометра 300. Пример такого спектра В также показан на фиг. 4 для растительного масла, которое в данном случае является кукурузным маслом, и собран по меньшей мере в первом энергетическом диапазоне.

[0031] По существу предпочтительно вторая жидкость является несмешиваемой с нулевой жидкостью. Это помогает гарантировать, что жидкость 610, уже находящаяся в кювете 620, которая в данном случае является нулевой жидкостью, полностью заменена другой жидкостью, которая, например, является второй жидкостью. Следует понимать, что порядок выполнения этапов 720 и 740 может быть обратным, так что нулевая жидкость заменяет вторую жидкость в кювете 620 для измерения. В данном примере, в котором жидкий нулевой материал является водой, гидрофобная вторая жидкость может быть, например, жидкостью, выбранной из растительного масла, такого как подсолнечное, оливковое, кукурузное или виноградное масло, и масла на основе силоксана, такое как силиконовое и минеральное масло.

[0032] На этапе 760 работает вычислительное средство 510 для определения двухлучевого спектра нулевого материала относительно второго материала DB_Z и спектра поглощения из него по меньшей мере в первом энергетическом диапазоне. Такой двухлучевой спектр поглощения проиллюстрирован на фиг. 5.

[0033] На этапе 780 вычисляют длину L оптического пути через кювету 620 в вычислительном средстве 510. В некоторых вариантах выполнения эти вычисления осуществляют с применением закона Бера-Ламберта к спектру поглощения в первом энергетическом диапазоне, который определен на этапе 760, с использованием информации о молярной поглощательной способности воды. В некоторых вариантах выполнения эту длину L оптического пути определяют на основе применения хемометрической модели, такой как PLS-модель (модель частично наименьших квадратов, Partial least squares model) которая связывает признаки в спектре поглощения с длиной L оптического пути через кювету 620. Эту модель создают способом, хорошо известным в области хемометрии, из многомерного анализа данных, такого как анализ по методу частично наименьших квадратов (PLS) множества двухлучевых спектров поглощения воды (или, как правило, «жидкого нулевого материала») по отношению к маслу (или, как правило, «второй жидкости»), полученных с использованием кювет 620, имеющих другие известные эталонные длины L_ref оптического пути.

[0034] В некоторых ситуациях может оказаться целесообразным включить в многомерный анализ одну или более дополнительных переменных. Примером такой другой переменной, которая может влиять на спектры поглощения, полученные спектрофотометрическим устройством 100, является температура. В этом случае спектры, собираемые для использования при создании модели, также собирают при различных известных температурах, предпочтительно в температурном диапазоне, охватывающем температуры, которые, как ожидается, будет испытывать устройство 100 при нормальной работе. Таким образом, изменения указанных одной или более других переменных могут быть компенсированы для окончательно вычисленной длины L оптического пути.

[0035] В некоторых вариантах выполнения вычисленная таким образом длина L оптического пути может сравниваться в вычислительном средстве 510 с заданным значением с определением разности ΔL. Затем вычислительное средство 510 может быть запрограммировано на создание предупреждения, указывающего на то, что кювета 620 чрезмерно изношена и требует замены, если разность ΔL превышает заданное значение или равнаему.

[0036] Знание фактической длины L оптического пути, определенной на этапе 780, может быть использовано в некоторых вариантах выполнения при вычислении в вычислительном средстве 510 поправочного коэффициента I_corr для использования при коррекции влияний изменений длины оптического пути на интенсивности излучения, измеряемые спектрофотометрическим устройством 100.

[0037] В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предусмотрен дополнительный этап 800, на котором в вычислительном средстве 510 определяется поправочный коэффициент I_corr в зависимости от отношения номинальной длины L₀ оптического пути к определенной длине L оптического пути.

[0038] В некоторых вариантах выполнения предусмотрен этап 820, на котором впоследствии полученные спектры корректируют с использованием указанного поправочного коэффициента I_corr.

[0039] На этом этапе 820 поправочный коэффициент I_corr может использоваться в вычислительном средстве 510 для коррекции измеренных интенсивностей A_m до значений (A_nom), ожидаемых при номинальной длине L₀ пути, путем применения, например, соотношения

A_nom=I_corr * A_m

[0040] В некоторых вариантах выполнения на этапе 820 поправочный коэффициент I_corr может использоваться в вычислительном средстве 510 для создания управляющего сигнала, зависящего от этого поправочного коэффициента I_corr, посредством которого может быть настроен каскад 410 усиления детектора 400 для коррекции амплитуд измеренных интенсивностей падающего излучения до ожидаемых амплитуд при номинальной длине L₀ оптического пути.

[0041] В некоторых вариантах выполнения ось X (или шкала волнового числа) однолучевых спектров, собранных с использованием спектрометра 300 спектрофотометрического устройства 100, нормализуют перед выполнением коррекции оси Y (амплитуды) (т.е. перед применением поправочного коэффициента I_corr). Это может быть достигнуто методом, хорошо известным в данной области техники и состоящем в применении математического преобразования к однолучевому спектру, с помощью которого измеренные данные преобразования нормализуют по оси X. В некоторых вариантах выполнения нормализация по оси X основана на пике СО₂ в воздухе в инфракрасном диапазоне, как изложено ниже.

[0042] Как известно, эта нормализация по оси X может включать нормализацию шкалы волновых чисел оптического спектра, зарегистрированного устройством 100, путем получения оптического спектра, зарегистрированного устройством 100 и содержащего спектральные картины, возникающие от компонентов атмосферного воздуха на пути прохождения света в устройстве 100, выбор спектральной картины, возникающей от компонентов атмосферного воздуха в устройстве 100, в данном случае СО₂ в воздухе, определение одного или более значений положений, зависящих от волнового числа, связанных с выбранной спектральной картиной, построение математического преобразования на основе разницы между определенным значением или значениями и соответствующим эталонным значением или значениями выбранной спектральной картины, и применение математического преобразования к оптическим спектрам, впоследствии регистрируемых устройством 100, для нормализации шкалы волнового числа.

Изобретение относится к способу определения длины оптического пути через кювету спектрофотометрического устройства и к способу корректировки длины пути в зависимости от изменения амплитуды в выходном сигнале такого устройства. Способ определения длины (L) оптического пути кюветы спектрофотометрического устройства включает: получение (720) однолучевого спектра (SB_Z) жидкого нулевого материала по меньшей мере в первом энергетическом диапазоне, в котором поглощает указанный жидкий нулевой материал; получение (740) однолучевого спектра (SB₂) второй жидкости, имеющей состав, исключающий присутствие жидкого нулевого материала и не имеющий поглощения в указанном первом энергетическом диапазоне; определение (760) двухлучевого спектра (DB_Z) жидкого нулевого материала относительно второй жидкости по меньшей мере в первом энергетическом диапазоне из двух полученных однолучевых спектров (SB_Z, SB₂); и вычисление (780) длины (L) оптического пути через кювету в зависимости от спектральной информации, полученной из первого энергетического диапазона определенного двухлучевого спектра (DB_Z). Технический результат – повышение точности определения длины оптического пути через кювету в спектрофотометрическом устройстве. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ определения длины (L) оптического пути кюветы (620) спектрофотометрического устройства (100), содержащего спектрометр (300) и связанное с ним вычислительное средство (510), при этом указанный способ включает: получение (720) в вычислительном средстве (510), с помощью указанного спектрометра (300), однолучевого спектра (SB_Z) жидкого нулевого материала, удерживаемого в кювете (620), по меньшей мере в первом энергетическом диапазоне, в котором поглощает указанный жидкий нулевой материал; получение (740) в вычислительном средстве (510), с помощью указанного спектрометра (300), однолучевого спектра (SB2) второй жидкости по меньшей мере в указанном первом энергетическом диапазоне, при этом указанная вторая жидкость находится вместо жидкого нулевого материала в кювете (620) и имеет состав, исключающий присутствие жидкого нулевого материала и не имеющий поглощения в указанном первом энергетическом диапазоне, при этом получение указанных однолучевых спектров (SB_Z, SB₂) выполняют по очереди при поочередном размещении соответственно жидкого нулевого материала и второй жидкости в кювете; определение (760) в вычислительном средстве (510) двухлучевого спектра (DB_Z) жидкого нулевого материала относительно второй жидкости по меньшей мере в первом энергетическом диапазоне из двух полученных однолучевых спектров (SB_Z, SB₂); и вычисление (780) в вычислительном средстве (510) длины (L) оптического пути через кювету (620) в зависимости от спектральной информации, полученной из первого энергетического диапазона определенного двухлучевого спектра (DB_Z).

2. Способ по п. 1, в котором длину (L) оптического пути вычисляют путем применения в вычислительном средстве (510) математической модели к спектральной информации, полученной из первого энергетического диапазона определенного двухлучевого спектра (DB_Z), причем математическая модель построена так, чтобы связать особенности спектральной информации с длиной (L) оптического пути.

3. Способ по п. 2, в котором математическая модель представляет собой математическую модель, построенную с использованием хемометрического анализа спектральной информации, полученной из двухлучевых спектров жидкого нулевого материала относительно второй жидкости, каждый из которых определен с использованием кювет (620), имеющих различные известные эталонные длины (L_ref) оптического пути.

4. Способ по п. 3, в котором указанные двухлучевые спектры получают также при различных известных значениях одного или более условий окружающей среды, влияющих на спектры поглощения, таких как температура.

5. Способ по п. 1, в котором вторая жидкость является несмешиваемой с жидким нулевым материалом.

6. Способ по п. 5, в котором жидкий нулевой материал является водой, а вторая жидкость является гидрофобной жидкостью.

7. Способ по п. 6, в котором гидрофобная жидкость является растительным маслом.

8. Способ по п. 6, в котором гидрофобная жидкость изготовлена на основе силоксана.

9. Способ по п. 8, в котором гидрофобная жидкость является силиконовым маслом.

10. Способ по п. 6, в котором гидрофобная жидкость является минеральным маслом.

11. Способ коррекции изменения амплитуды в выходном сигнале спектрофотометрического устройства (100), содержащего кювету (620) для удержания жидкого образца (610) и спектрометр (300) со связанным с ним вычислительным средством (510), причем указанный способ включает применение, с помощью вычислительного средства (510), математического преобразования (I_corr) к двухлучевому спектру (DB_S) жидкого образца относительно жидкого нулевого материала для коррекции изменения амплитуды в выходном сигнале спектрофотометрического устройства (100), при этом математическое преобразование (I_corr) описывает преобразование амплитудных значений определенного двухлучевого спектра (DB_S) в требуемые амплитудные значения, соответствующие значениям (Anom), ожидаемым при номинальной длине (L₀) оптического пути, причем математическое преобразование (I_corr) зависит от длины (L) оптического пути кюветы (620), вычисленной в соответствии со способом по любому из пп. 1-10.