[发明专利]分光光度计和方法

说明书

相关申请案的交叉参考

本申请案涉及并主张2007年4月3日申请的标题为“颜色分光光度计(COLOR SPECTROPHOTOMETER)”的第60/921,632号临时申请案的优先权。

技术领域

本发明涉及对颜色的测量，且明确地说，涉及通过将光波长转换为对应的数字数据 表示来进行对颜色的分光光度检测和评估。

背景技术

光谱上宽频带的仪器(如密度计和大多数色度计)提供多种有用应用，但其的有用 性局限于专用输出或较小的输出集合。当仅需要测量RGB密度时，密度计将提供直接 且方便的结果，而无需任何形式的中间数据。同样，如果仅需要一样本或一组样本的 CIELab值，或者也许需要那些样本的XYZ三色刺激值，那么便宜的色度计可提供那些 结果。这些装置利用正被测量的颜色的净光谱含量，且固有地将信息减少到仅几个(通 常为三个)值。当仅需要那三个值时，这些装置已起到其用途。

相比之下，光谱测定装置(例如，分光光度计和分光辐射谱仪)以相反的极端递送 数据。光谱测定装置不是仅以一个度量提供具体最终结果，而是提供对样本的颜色的最 基本测量，即其光谱含量。光谱信息一旦被收集和记录便可用于计算几乎所有其它用于 量化颜色的度量，包含解析密度和色度单位，例如XYZ、CIELuv以及其它。然而，应 注意，连同光谱测量一起可能需要其它数据(例如与着色剂有关的数据)，以便执行必 要的计算。除了收集光谱数据的多用性优点以外，还存在具有表征光谱现象(例如位变 异构和荧光)的能力的额外优点。

常规的分光光度计使用光源、检测器和用于使从样本反射或透射经过样本的光分散 或衍射从而允许光谱分量被检测和量化的装置。通常使用的组件包含棱镜和衍射光栅。 使光源分散成其光谱分量且接着测量所述光从样本反射或透射经过样本的量的仪器被 称为单色仪。

棱镜通常由透明材料(例如玻璃或塑料)制成，且使光分散成其光谱分量。制成棱 镜的材料的折射率与空气的折射率不同。当光从一种材料传递到另一种材料中时，光被 折射，也就是说，光的方向改变了视两种材料的折射率之间的差异而定的量。另外，折 射角度随波长而变，因此组成所述光的光谱分量在空间上是分散的。可使单个传感器在 此空间分散上平移以测量每一光谱分量的量，或可安置固定的线性传感器以同时测量所 有光谱分量。

与棱镜一样，衍射光栅也使光分散成其光谱分量，但机制有很大不同。衍射光栅是 反射或透射元件，其由材料表面上的一系列精细、平行、等距间隔的狭缝或划线(凹槽) 组成。当光经过此元件时，由弗朗荷费衍射(Fraunhofer diffraction)产生图案。光栅优 于棱镜的优点是其提供的高分辨能力。

当由单个波长组成的光(即，单色光)经过衍射光栅时，可使用对所得衍射图案的 分析以及对划线之间的间距的认知来确定所述光的波长。如果光由两个不同波长组成， 那么将形成两个图案，且可随后确定两个单独波长。如果白光经过衍射光栅，那么每一 波长将在不同方向(由光栅等式界定)上发送，且图案将表现为光谱。可以受划线的间 距限制的光谱分辨率来确定每一波长的能量的量。此间距被称为光栅间距(d)。此间距 越窄，光谱的扩展范围越宽。

通过用金刚石尖点在平面玻璃表面上(以产生透射光栅)或在经抛光的金属镜面上 (以产生反射光栅)划精细的凹槽来制造高质量衍射光栅。所述凹槽使光散射，且有效 地为不透明的，而表面的未受干扰部分有规律地透射或反射光且充当狭缝。良好衍射光 栅的最基本要求是线必须在光栅的整个表面上尽可能等距间隔，所述表面的宽度可至多 达25cm。在已划出每一凹槽之后，金刚石尖点必须抬起且移动到下一凹槽的位置，且 几乎没有划线机能满足此困难的要求。因此，高质量的划线衍射光栅可能相当昂贵。已 开发了光刻技术，其允许根据全息干涉图案产生光栅。全息光栅具有正弦形凹槽，且因 此不如划线光栅高效，尽管其的制造成本低得多。

可用于使光分散成其光谱分量的第三种类型的装置是法布里-珀罗(Fabry-Pérot)干 涉仪或标准器。精确地说，前一个术语涉及使用两个平行的高度反射镜的装置，而后者 是上面已沉积有两个反射表面的透明板，但所述两个术语常被同义使用。所述装置以查 尔斯·法布里(Charles Fabry)和阿尔弗雷德·珀罗(Alfred Pérot)命名。标准器来自法语 etalon，表示“量规”或“标准”。