[发明专利]具有验证单元的光谱仪

说明书

具有验证单元的光谱仪包括：验证单元，使得由光源产生的光在光从光源到探测器传输过程中至少一次通过该验证单元，包含参考气体，参考气体包括已知量目标分析物；流切换装置，在样本分析模式过程中将样本气体引导进入光的路径，并在验证模式过程中引导零气体进入光的路径，零气体在光源产生的波长范围内具有至少一个已知且可忽略的第一光吸收率特性；执行以下操作的控制器：接收量化在验证模式过程中在探测器接收的光的强度的光强度数据，比较光强度数据与表示验证模式中的至少一个先前测量的存储的数据集合；如果第一光强度数据和存储的数据集合不一致超过了预定阈值量，则确定出现验证失败。可以低成本、低复杂度进行气体分析器已有校准的验证。

本申请是申请号为201180002000.X，申请日为2011年2月15日，发明名称为“具有验证单元的光谱仪”的中国专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本发明要求2010年10月21日提交的美国临时申请序列号61/405,589以及2011年2月14日提交的美国发明申请号13/026,921和13/027,000的优先权。

技术领域

本申请的主题涉及化学分析物的气相浓度的定量，例如采用包括具有一种或多种参考气体的验证单元或者具有完全或部分真空的光谱分析系统。

背景技术

痕量气体(trace gas)分析器可要求其产生的浓度测量值相对于例如分析器的性能的长期保真精度的周期性验证，所述分析器的性能与工厂校准或源于国家或国际标准局(例如包括但不限于国家标准和技术学会，National Institute of Standards andTechnology)的标准有关。用于现场测量验证的目前的可用方案通常包括采用渗透管装置或利用压缩气筒提供的参考样本进行的校准。

可调谐激光器光源的频率稳定性对于定量的痕量气体吸收光谱学来说是很重要的。取决于工作波长，可调谐激光源，例如二极管激光器，通常可呈现每天几皮米量级(千兆赫兹量级)到每天皮米的分数量级的波长漂移。典型的痕量气体吸收带谱线宽度在某些示例中可以是纳米的分数量级到微米量级。因此，激光器光源的漂移可随着时间在痕量气体分析物的识别和量化中引入严重错误，特别是在具有吸收光谱可能与目标分析物的吸收特征相干的一种或多种背景化合物的气体中。

基于渗透管的验证系统通常是昂贵且复杂的，并且通常需要非常精确地控制温度和气流速率，以及消除通过渗透管的温度梯度，从而提供精确的结果。渗透管装置的老化和污染可能会随着时间改变渗透率，从而导致验证测量读数的变化，以及潜在地随着时间出现验证错误。尽管可能相当昂贵，该问题可通过频繁替换渗透管装置来解决。在现场替换渗透管装置时，可出现进一步的挑战，因为可能难以使替换的渗透装置产生的痕量气体浓度与源于标准局的分析器校准相关联。基于渗透的验证系统也可能需要相当大量的载气和分析物气体以制备验证气体流。当涉及高度反应性或腐蚀性的气体时，基于渗透的装置通常是不可行的。此外，基于渗透的装置通常不能精确地制备用于痕量分析物测量的低浓度(例如低于百万分之十，特别是十亿分之几的量级或更小)的验证流。有利地，验证流应该在实际工作温度范围上保持精确。渗透装置的极度的温度敏感性是关键的挑战。例如，0.1℃这么小的温度变化可能导致额定验证浓度的大于±10％的水分浓度变化，这对于现场分析器验证来说通常是不可接受的。