[发明专利]用于通过低频频谱确定样本特征的系统和方法

说明书

本申请是申请日为2003年3月28日，申请号为03803793.9的中国专利申请的分案申请。 

背景技术

目前有很多可用于确定原子或分子化合物特征的频谱分析方法。这些方法包括了，当然并不局限于，x射线，紫外线，可见光，红外和微波频谱分析，以及核磁共振和电子自旋共振(NMR和SNR)频谱分析。一般来说，频谱分析方法对于至少四种类型的化学分析问题很有效：第一，根据样本的频谱特性例如频谱成分来确定原子和分子化合物的特征；第二，根据构成该化合物的原子的频谱特性来确定化合物的原子构成；第三，根据化合物中原子间相互作用的频谱特性来确定分子化合物的2-D或3-D结构；第四，根据所测化合物的有区别的频谱特性来检测并识别出样本中的成分，例如污染物。 

大多数现有的频谱分析方法在灵敏度、获得的信息、测量的容易程度和成本上有一些独特的优点。因为每种方法所获得的信息是其他方法无法得到的，因此对任何化学分析过程，用尽可能多的合适的频谱分析方法是非常有利的。 

发明内容

本发明一方面包括了一种用于判断产生分子旋转的样本的装置。该装置包括一个具有磁屏蔽和电磁屏蔽的样本容器，一个向样本加入噪声的高斯噪声源，一个用于检测含有叠加了加入的高斯噪声的样本源辐射的电磁时域信号的检测器，以及一个用于存储时域信号和从相同或相似样本中分别检测出的时域信号的存储设备。 

电子计算机根据存储设备的存储信号执行下列的信号处理操作，并且执行下列的信号处理和输出操作：(i)将检测到的时域信号和第二个时域信号做互相关运算，产生一个频率范围在DC到50KHz之内的频域谱，并且(ii)产生一个输出，该输出包含了频谱中能够确定样本特征的低频频谱成分相关的信息。 

容器可以是一个具有样本保持区域的渐细管(attenuation tube)，磁屏蔽罩围绕着上述样本区域，以及同样围绕着该样本区域的包含在磁屏蔽罩之内的法拉第氏罩。样本容器还包含了一个温度控制器，用于将容器内的样本保持在一个选定的温度上。 

高斯噪声源可以包括一个高斯噪声发生器，以及一个包含在磁屏蔽罩和法拉第氏罩内部的亥姆霍兹线圈，并且它从噪声发生器接收输出的噪声信号。加入器(injector)最好被设计为向样本加入平稳高斯白噪声，幅度大小应足够产生非平稳复合信号分量。最好加入的白噪声频率在DC和2KHz之间。 

所述装置中的检测器可以包括输出电流信号的一阶微分超导梯度仪，以及与梯度仪功能连接的SQUID(超导量子干涉设备)，用于将电流信号转换成放大的电压信号。为了去除与时间相关的信号中的平稳噪声分量，检测器还包括与上述噪声源以及上述SQUID功能连接的信号转换器，用于从噪声源接收高斯噪声，并把相对于加入到样本中的高斯噪声进行反相的高斯噪声输出到SQUID中。 

互相关频谱可以经过傅里叶变换，生成作为频率的函数的样本成分的曲线，其中相关值用频谱成分的幅度表示。生成的频域最好在DC到6.5KHz的范围内。用于观测低频信号分量的实例范围在100到1,200Hz之间。 

计算机可产生一个输出，识别频谱中的低频信号分量的频率，所述频谱的互相关频谱相关成分具有一个高于背景频谱噪声的选定统计测度。这个特性是很有用的，例如根据低频信号分量确定已知样本材料的特征。 

为了确定样本中一个或多个成分，使用电子计算机产生的输出， (a)(i)在选定的DC到50KHz之间的频率范围内确定出样本信号分量的频率，(ii)其互相关频谱相关成份具有一个高于背景频谱噪声的选定统计测度，(b)将该样本信号分量和样本中疑似存在的已知化合物的特征低频信号成份进行比较，并且(c)如果某种化合物的特征低频信号频率与一个或多个样本信号频率相符合，则确定样本中含有该化合物。 

根据本发明的另一个方面，所述装置还用于实现判断产生分子旋转的样本的方法。该方法用来确定液态样本中的一个或多个成分，成分检测的程度能够达到百万分之一以及百亿分之一。 

在某些情况下，化合物的一个或多个低频信号分量会出现与浓度有关的频移，一般在小于2Hz的范围内。本实施例中，确定一种化合物可包括通过它的频移来估计样本成分的浓度。在某些情况下，化合物的一个或多个低频信号分量会出现与浓度有关的互相关频谱。本实施例中，确定一种化合物可包括通过它的互相关频谱来估计样本成分的浓度。 

还公开了低频频谱特征和感兴趣的材料是相关的。所述特征包括由上述方法产生的在dc-50KHz的频率范围内的频率分量的清单或列表，且最好包括幅度具有一个高于背景频谱噪声的选定统计测度的频率分量。