[发明专利]用于光谱分析装置的宽带半导体紫外光源

说明书

本发明涉及一种用于光谱分析装置的半导体紫外光源，其包括壳体，在壳体中容纳有用于发出紫外光的至少一个基于半导体的发射体，在壳体中在基于半导体的发射体与用于工作射束的射束出射部位之间形成有光路。为了使半导体紫外光源的发射能够覆盖200nm至400nm的紫外光谱中的至少大部分，提出，基于半导体的发射体被设计用于发出平均波长在150nm至270nm的范围中的紫外激发光，在所述光路中设有荧光材料，荧光材料部分地吸收紫外激发光并且此时发射出荧光辐射，以使得紫外激发光和荧光辐射叠加成工作射束，该工作射束在200nm至400nm的波长范围中具有至少50nm的光谱带宽。

技术领域

本发明涉及一种用于光谱分析装置的半导体紫外光源/基于半导体的紫外光源，该紫外光源具有壳体，在该壳体中容纳有至少一个用于发出紫外光的基于半导体的发射体，并且在该壳体中在基于半导体的发射体与用于工作射束的射束出射部位之间形成有光路。

背景技术

十年前便已出现了用于在紫外光范围内进行光谱分析的光源、如氙气闪光灯和氘灯，它们发射在约200nm至400nm的范围内的紫外辐射。这两种类型的灯都需要特殊的镇流器进行点火和运行，以产生所需的高达数百伏特的电压。尤其在氘灯的情况下，由于其在千分数范围内的相对较低的效率，在运行期间几乎将全部的通常约为30W的输入功率以热的形式耗散掉。因此，氘灯的典型运行温度在250℃至300℃的范围内。因此，灯和电子设备制约了设备尺寸和功耗，这限制了可能的用途和灵活性。

相比之下，基于半导体的光源、例如发光二极管(LED)和激光二极管由于其小的尺寸、紧凑的供电和更高的效率而例如在便携式的、进而与地点无关的分析设备中开辟了新的、更灵活的应用可能性。现在除了电磁波谱的近红外范围(NIR，典型地780nm至1100nm)和可见光范围(VIS，380nm至780nm)外，还可制造出并且在市场上买到在紫外(UV)范围内在约230nm与400nm之间的各种发射波长的LED。这尤其开辟了可将LED作为光源用在UV敏感的分析和控制方法中、例如用在高性能液相色谱分析法(HPLC)、UV/VIS光谱法、环境分析方法或分子光谱法中的可能性。

由于通常为约10纳米至30纳米的、有限的在其中心发射波长左右的光谱半宽度，单个LED在分析应用中仅适用于在相应受限的波长范围内进行探测和研究。如果仅需有目的地针对确定的已知化合物或特性对分析试样进行测试，这可能足够了。此时，可先验性地根据已知的数据来选择LED波长。然而，对于未知的试样或复杂的问题，常常只有在宽得多的光谱范围上进行测量才能提供试样评估所需的信息。

为了产生在200nm至400nm的UV-A、UV-B和UV-C范围内的更宽的光谱，目前为止将多种波长的LED组合起来。例如在US2011/0132077A1中公开了不同波长的LED的这种组合，以用于产生用于高性能液相色谱分析法的宽带光谱，其中，LED布置成，使得发射的光束根据其波长以确定的角度到达衍射光栅组件，并且在该衍射光栅组件中衍射成共同的输出光束。由此可产生或形成具有期望的光谱组成或期望的光谱配置的输出光束。

在Kraiczek等人于2013年10月27-31日在德国弗莱堡举行的第17届化学和生命科学微型系统国际会议中发表的论文“ULTRA HIGH FLEXIBLE UV-VIS RADIATION SOURCEAND NOVEL DETECTION SCHEMES FOR SPECTROPHOTOMETRIC HPLC DETECTION”中说明了另一种宽带紫外LED光源，该光源基于八个具有250nm至355nm的平均发射波长(间隔为15nm)的LED。

然而，为了连续覆盖约250nm至400nm的波长范围，至少需要10个LED(假定带宽为15nm)。这不仅提高了设备成本，而且还要求彼此协调一致的发射光谱和复杂的设备结构。因为在光谱分析设备中通常需要点光源，所以必须将各个单光谱在光路中进行组合。此外，在设备寿命期间应保证发射光谱在不同运行条件下的稳定性。

另一已知的、然而同样复杂的、用于将紫外光转换到更大的波长范围中的技术为所谓的量子点(quantum dots)。