[发明专利]光学发射光谱仪及其运行方法和应用

说明书

本发明涉及一种光学发射光谱仪，其包括：激发装置；用于光谱分解由激发样品发出的光的色散元件；光电二极管，其设置为能够借助不同光电二极管检测所发出的分解的光的不同的光谱分量；用于光电二极管的读取电子器件，读取电子器件具有电荷存储器组件，其包括多个单独的电荷存储器，它们能以级联方式彼此互连，使得从所属的光电二极管流入的电荷依次填充电荷存储器，借助于读取电子器件能够读取电荷存储器组件的各个电荷存储器的电荷和/或电荷存储器组件的电荷存储器的子集的电荷。本发明的光学发射光谱仪是可普遍适用的并且借助它简化了光谱线的强度比的确定。本发明还涉及一种用于运行光学发射光谱仪的方法和一种光学发射光谱仪的应用。

技术领域

本发明涉及一种光学发射光谱仪，其包括：用于待检查样品的激发装置；用于光谱分解由激发的样品发出的光的色散元件；多个光电二极管，所述光电二极管设置为，使得能够借助不同的光电二极管检测所发出的、分解的光的不同的光谱分量；和多个用于光电二极管的读取电子器件。

背景技术

此类的光学发射光谱仪从US 7,277,170 B2中已知。

光学发射光谱法是一种仪器分析方法，借助于所述光学发射光谱法能够定质和定量地确定样品的化学成分。通过适当的激发(例如火花发射)来激发存在于样品中的原子，以发射表征性的电磁辐射(“光”)。对所发射的光进行光谱分解和测量。从光谱线的位置和强度能够推断出样品的化学成分。

在常用类型的光学发射光谱仪中，根据待测量的光谱线的预期位置，在载体上设有多个单通道检测器，例如参见DE 20 2014 104 204 U1。能够使用光电倍增管作为单通道检测器，所述光电倍增管具有在低噪声情况下的高灵敏度以及大的动态测量范围。这种结构类型的缺点是：随着期望测量的光谱线的数量增加而增加的构造成本，以及由于光谱仪的构造空间而对可测量的光谱线的限制。此外，光谱仪通过放置单通道检测器来确定，以用于特定的测量任务或应用；后续的改装是耗费和昂贵的。不能检测到在光谱线的光谱环境中的信号走向。此外，光谱仪通常必须是热稳定的，从而维持检测器的位置或所属的出口间隙。

在另一类型的光学发射光谱仪中，为了检测光谱分解的光而使用沿着一排来排列的光电检测器，所述光电检测器例如以CMOS技术制造，参见US 7,277,170 B2。借助于排列的、通常数千或更多的光电检测器，能够记录在覆盖的光谱范围中的准连续的光谱。所述发射光谱仪是低成本的，并且普遍适用于多种应用；不需要确定特定的光谱线。然而不利的是相对小的动态测量范围。在明显不同强度的光谱线的情况下，必须使用交错的曝光时间，这需要换算并且导致不准确。尤其通常需要为分析物和参照物选择不同的曝光时间。在动态测量范围中的非线性会使测量结果失真，这即使预先进行了线性化计算也会在标准化时引起附加的误差。此外，信噪比通常相对较差。总体上难以确定强度比进而确定样品成分的浓度比。

从EP 2 517 451 B1中还已知的是，在CMOS传感器中为不同的像素预先设定不同的增益。由此能够增大动态测量范围。此外，能够依次地快速执行多个测量，对于所述测量，每个像素分别设立自身的模拟存储器单元(电容器)组。如果待检查样品的成分和因此出现的光谱线的位置和强度是未知的，那么对于不同像素预先确定增益是耗费和困难的。从US2001/0050332 A1中也已知的是，对于CMOS传感器的像素个性化地设定增益。

从US 2014/0353472 A1中已知一种图像传感器，其中每个像素设有多个电荷存储器，所述电荷存储器能够分别借助一个控制装置激活和去激活。通过在测量期间连续接入电荷存储器，能够增大动态测量范围。

发明内容

本发明基于的目的是，提供一种光学发射光谱仪，所述光学发射光谱仪是普遍适用的，并且借助所述光学发射光谱仪简化了光谱线强度比的确定。