[发明专利]用于分析气态样品的方法和装置

说明书

一种用于对气态样品(GAS1)的光谱(SPEC1)进行测量的测量装置(500)，包括：‑可调谐激光光源(LS1)，用于提供照明光束(LB0)，‑用于容纳气态样品(GAS1)的样品单元(200)，该单元(200)包括内表面(SRF1)以通过对该照明光束(LB0)的光进行反射来提供加扰光(LB1)，使得加扰光被透射通过气态样品(GAS1)，‑检测器(DET1)，用于检测被引导通过样品单元(200)的透射加扰光(LB2)的强度(I_LB2)，以及‑压力控制系统(VAC1)，以使在样品单元(200)内的气态样品(GAS1)的绝对压力(P_GAS1)保持小于50kPa，从而减小气态样品(GAS1)的光谱特征的光谱宽度，其中测量装置(500)被布置成通过对照明光(LB0)的光谱位置(λ_LB0)进行调制和通过对透射光(LB2)在照明光(LB0)的两个或更多个不同的光谱位置(λ₀，λ_P1)处的强度(I_LB2)进行检测，测量样品(GAS1)的一个或更多个光谱透射率值(I_LB2(λ)/I₀(λ))，其中，内表面(SRF1)的纵向尺寸(L_SRF1)在内表面(SRF1)的最小直径(d_SRF1)的10倍至100倍的范围内，并且其中，照明光束(LB0)在横向方向上的发散(θ_LB0)大于30°，从而引起加扰光(LB1)的根据内表面(SRF1)的多次连续反射。

技术领域

一些实施方式涉及对气态样品的组成(composition，成分)进行分析。

背景技术

气态样品的组成可以通过使用直接吸收光谱法来进行分析。例如，可以通过使用直接吸收光谱法来分析从对象获得的呼吸空气样品。

图1示出了用于执行直接吸收光谱法的已知的测量系统。已知的测量系统可以包括用于容纳样品气体GAS1的样品单元、用于提供照明光LB0的光源LS1，以及用于检测透射穿过该单元的光LB2的检测器DET1。该系统可以包括用于对照明光LB0进行准直的准直光学器件LNS1，以及包括用于将透射光LB2聚集到检测器DET1的聚光光学器件LNS2。光源LS1可以是可调谐的，即，照明光LB0的波长可以是可调节的。照明光LB0可以具有窄带宽。测量系统可以通过改变照明光LB0的波长λ_LB0，并通过测量作为波长的函数的透射光LB2的强度I_LB2，来测量样品GAS1的光谱透射率函数I_LB2(λ)/I₀(λ)。样品GAS1的吸收光谱SPEC1可以由测量到的光谱透射率I_LB2(λ)/I₀(λ)确定。单元中所包含的样品可能会使与样品的吸收峰对应的特定波长的透射光衰减。执行该直接吸收光谱法可以包括测量在一个或更多个光谱位置(波长)处的透射光的光谱强度，并通过将测量到的光谱强度值与参考值进行比较来确定样品的一种或更多种特性。执行直接吸收光谱法可以包括测量在一个或更多个光谱位置(波长)处的透射光的光谱强度，并通过将测量到的光谱强度值与参考光谱进行比较来确定样品的一种或更多种特性。可以例如通过用参考气体填充样品单元200，并通过使用用于测量参考气体的光谱透射率的测量设备来获得参考气体的参考光谱。例如，在预定波长处，透射光LB2的光谱强度I_LB2与参考值I₀的比率(I_LB2/I₀)可能取决于样品的气态成分的浓度。因此，可以通过测量在一个或更多个光谱位置处的透射光的光谱强度I_LB2，并通过根据测量到的光谱强度I_LB2和根据参考值I₀计算气态成分的浓度，来确定气态成分的浓度。参考值I₀可以是例如透射光LB2的光谱强度的最大值。

样品单元通常包括光学窗口WIN1、WIN2，以将样品气体限制在单元的内部空间，并限定吸收路径的长度。一部分透射光可以在窗口WIN1、WIN2的表面之间来回反射。样品单元的窗口可能一起作为干涉仪进行操作，这可能会造成干扰干涉效应。原则上，任何一对光学表面都可以作为光学干涉仪或弱光学干涉仪进行操作。