[发明专利]用于分子物质光学传感的光谱设备、系统和方法

说明书

本发明公开了一种用于测量气体、液体或固体样品中一种或多种目标分子物质的浓度的光谱设备、系统和方法，其中所述设备可以是便携式的，可以是商业制造的，和/或可以适于现有系统和/或与新系统集成以为此类系统提供光学气体传感。所公开的设备、系统和方法在监测例如某种气体物质的纯度中特别有用，包括确定气体混合物是否包含高于设定浓度极限的某些气体物质。

相关专利申请的交叉引用

本申请要求于2019年2月22日提交的美国临时申请号62/809,249的优先权，该美国临时申请全文以引用方式并入本文。

技术领域

本公开涉及用于测量气体、液体或固体样品中的一种或多种目标分子物质的浓度信息的光谱设备、系统和方法。

背景技术

光谱设备、方法和系统已经用于确定气体、液体或固体样品中目标分子物质的浓度。目标分子物质可能是痕量气体，该痕量气体是占地球大气体积的不足1％的气体，并且包括除氮气(78.1％)和氧气(20.9％)以外的所有气体。为了在长时间内保持准确的浓度测量结果，应定期校准光学设备和系统，以解决系统零漂、精度和噪声问题。通常，可以使用单独的参比池或通过中断测量以进行校准来进行系统校准，这两者都会增加此类光学系统的使用复杂性。美国专利8,970,842B2通过提供用于基于激光的光学传感器的内置校准系统解决了这些问题，该专利通过引用整体并入本文。然而，美国专利8,970,842B2提供了用于实现所公开的基于激光的光学传感方法的实验设备，但未提及传感器设备的特定布置和配置细节。而且，尽管美国专利8,970,842可以提供适当的校准方式，但是它仍然具有一定的局限性，诸如使用与要在气体样品中检测的目标气体物质不同的参比气体物质。此外，美国专利8,970,842也未提及光学地传感包含多种目标物质的气体样品。这样，期望提供解决现有系统和方法的这些以及其他缺点的系统和方法。

发明内容

本公开提供了用于测量气体、液体或固体样品中一种或多种目标分子物质的浓度的光谱设备(其可以称为设备)的特征，其中该设备可以是便携式的，可以是商业制造的，和/或可以适于现有系统和/或与新系统集成以为此类系统提供光学气体传感。本公开还提供了可望在其中对气体样品进行这种光学传感的系统(其可以称为系统)的特征，以及本文中描述的光谱设备如何可以成为这种系统的一部分的选择。本公开进一步提供了用于测量气体、液体或固体样品中的一种或多种目标分子物质的浓度的光谱方法的特征，并且该方法可以优选地被本文所述的光谱设备或系统采用。所公开的设备、方法和系统可以允许使用光学传感器对气体样品中的一种或多种气体物质进行更准确的测量。所公开的设备、方法和系统在广泛的行业中具有应用前景，包括但不限于环境监测、工业传感、生物医学传感、警戒传感、食品和饮料传感以及在农业技术、动物诊断、认证和药物识别中的传感应用。具体应用包括针对葡萄糖的血液分析、针对或口臭疾病的呼吸分析。某些应用包括测量需要开放路径测量(诸如长距离测量或综合测量、围栏监测)的气体物质或在受控环境中不易采样的气体物质的浓度(隐含地包括检测)。所公开的方法和系统既可以用于吸收特征被扩展并彼此重叠的环境条件下的开放路径配置中，也可以用于封闭路径配置中。其他应用包括测量液体或固体样品中需要衰减全反射池(ATR)与样品接触的特定分子的浓度(隐含地包括检测)。