专利名称：近临界反射谱装置、系统和方法
近临界反射谱装置、系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求2009年4月7日提交的题为“Methods，Devices and Kits for Angle-Resolved Attenuated Reflection Spectroscopy，，的美国临时申请 No. 61/167，505 以及 2009 年 7 月 17 日提交的题为"Methods，Devices and Kits for Angle-Resolved Attenuated Total Reflection Spectroscopy”的申请No. 61/226，677 的权益，这些申请的全部内容通过引用而结合于此。
背景技术：
内反射谱学也称为衰减全反射(ATR)光谱学，已被了解多年，并且是红外(IR)和荧光光谱学以及其他光谱学中广泛使用的采样方法。ATR是在临界角以上执行的，并且只造成内反射。中波长红外(丽IR)(或中红外(IIR))光谱学多年来已经成为在特异性 (specificity)最为重要的时候选择的技术。由于一些原因，它在历史上是一种困难的技术。首先，在电磁波谱的中波长红外区域(例如约3-8μπι)，许多材料的吸收率相当高。尽管从灵敏度的立场来看这是件好事，但它使得采样有时候复杂了。因此，已经开发了各种各样的采样技术来帮助以理想的方式把样品引入光谱仪。一种普遍但是有问题的样品成分是水。在使用从约SOOnm到约2500nm波长的近红外(NIR)区域，可能出现的另一个问题在于路程长度可能太短了。一个优点是近红外通常能够比中红外辐射远得多地穿透到样品中。 因此有文献建议由于波段失真(band distortion)，应当避开临界角。在使用光谱学时面临的一个问题是许多样品制备包含水。是在中红外具有非常高的吸收率。因此，为了在^OOIOOcnT1的典型中红外区域中测量水的光谱，路程长度必须被限制在小于几十微米。ATR可以提供所需的这种非常小的路程长度。但是在其他情形下， ATR的路程长度对于理想的采样而言太小了。在试图经过哺乳动物皮肤或其他生物学组织进行测量时，或者在期望的光谱信息来自较深的深度而不是哺乳动物的皮肤表面附近时， 这可能是主要的问题。在困难的采样情形中，经常会提起衰减全反射(ATR)。该效应的光谱学用途是在 I960年代由Fahrenfort首先注意到的，并且是能够根据基本的光学物理学预计的。本质上，当光经过高折射率介质传播并靠近与低折射率材料的界面时，会发生透射和反射。这些透射和反射的相对强度由菲涅耳方程决定
权利要求
1.一种设备，包括处于至少第一波长和第二波长的电磁辐射源；具有高折射率的晶体，适于反射处于至少第一波长和第二波长的所述电磁辐射； 反射器，适于将处于至少第一波长和第二波长的所述电磁辐射在包含所述晶体与样品之间的临界角的角度范围上的位置处引入到所述样品；检测器，用于检测来自所述样品的所述至少第一波长和第二波长中的每一者的返回电磁辐射。
2.如权利要求1所述的设备，还包括壳体，所述壳体适于容纳所述电磁辐射源、晶体、 反射器和检测器。
3.如权利要求1所述的设备，其中，所述检测器是单元件检测器。
4.如权利要求1所述的设备，其中，所述检测器是单元件碲镉汞检测器。
5.如权利要求1所述的设备，其中，所述检测器是线性阵列检测器。
6.如权利要求1所述的设备，其中，所述检测器是二维阵列检测器。
7.如权利要求1所述的设备，其中，所述电磁辐射源适于以所述临界角以下的入射角向所述样品输送电磁辐射。
8.如权利要求7所述的设备，其中，所述电磁辐射源还适于调整向所述样品输送的电磁辐射以接近和经过所述临界角。
9.如权利要求1所述的设备，其中，所述电磁辐射源适于以所述临界角以上的入射角向所述样品输送电磁辐射。
10.如权利要求9所述的设备，其中，所述电磁辐射源还适于调整向所述样品输送的电磁辐射以接近和经过所述临界角。
11.如权利要求1所述的设备，还包括与所述检测器通信的数据处理器。
12.如权利要求11所述的设备，其中，所述数据处理器还适于从由所述检测器从所述样品接收的一个或多个电磁辐射检测结果而生成所述样品的临界角图谱。
13.如权利要求1所述的设备，其中，所述电磁辐射源是量子级联激光器。
14.如权利要求1所述的设备，其中，所述电磁辐射源是准直的。
15.如权利要求1所述的设备，其中，所述设备的体积小于1立方英尺。
16.如权利要求1所述的设备，其中，所述设备的体积小于125立方英寸。
17.如权利要求1所述的设备，其中，所述设备是手持式的。
18.如权利要求1所述的设备，其中，所述设备的体积小于8立方英寸。
19.如权利要求12所述的设备，还包括显示屏，该显示屏适于并被配置成显示所述临界角图谱。
20.如权利要求11所述的设备，其中，所述数据处理器适于从所检测的电磁辐射生成反射光强度对波长对入射角映射的关系的完整图谱。
21.如权利要求1所述的设备，还包括驱动机构，该驱动机构适于使所述晶体绕轴线枢转。
22.如权利要求1所述的设备，还包括适于对所述检测器进行冷却的冷却器。
23.如权利要求1所述的设备，还包括滤波器。
24.如权利要求1所述的设备，还包括透镜，该透镜被配置成将所述电磁辐射成像到小于Imm2的检测器面积上。
25.一种用于对样品的谱特性进行检测的方法，包括 将样品置于晶体附近；从处于至少第一波长和第二波长的电磁辐射源发射电磁辐射以固定或可变的入射角经过所述晶体；以处于或接近所述样品的临界角的入射角，经过所述晶体，在一位置处把处于至少第一波长和第二波长的所述电磁辐射引入所述样品；以及检测来自所述样品的所述至少第一波长和第二波长的返回电磁辐射。
26.如权利要求25所述的方法，还包括下述步骤 以所述临界角以下的入射角引入所述电磁辐射；以及逐步增大所述电磁辐射的入射角，使得所述入射角接近和经过所述临界角。
27.如权利要求26所述的方法，还包括下述步骤 以所述临界角以上的入射角引入所述电磁辐射；以及逐步减小所述电磁辐射的入射角，使得所述入射角接近和经过所述临界角。
28.如权利要求26所述的方法，还包括下述步骤生成反射光强度对波长对入射角映射的关系的完整图谱。
29.如权利要求28所述的方法，还包括下述步骤显示所生成的图谱。
30.如权利要求26所述的方法，还包括下述步骤将检测出的电磁辐射与临界角测量结果的数据库进行比较。
31.如权利要求30所述的方法，还包括下述步骤显示检测出的电磁辐射参数以及来自所述数据库的一个或多个临界角测量结果。
32.如权利要求25所述的方法，还包括下述步骤对所述电磁辐射进行滤波。
33.如权利要求25所述的方法，还包括下述步骤使所述晶体绕轴线枢转。
34.如权利要求25所述的方法，还包括下述步骤对所述检测器进行冷却。
35.如权利要求25所述的方法，还包括下述步骤将所述电磁辐射成像到小于Imm2的检测器面积上。
36.一种联网的设备，包括 存储器；处理器； 通信器； 显示器；和用于检测谱特性的设备，该用于检测谱特性的设备包括处于至少第一波长和第二波长的电磁辐射源；具有高折射率的晶体，所述晶体适于反射处于至少第一波长和第二波长的所述电磁辐射；反射器，所述反射器适于将处于至少第一波长和第二波长的所述电磁辐射在包含所述晶体与样品之间的临界角的角度范围上的位置处引入到所述样品；以及检测器，所述检测器用于检测自所述样品的所述至少第一波长和第二波长中的每一者的返回电磁辐射。
37.一种通信系统，包括用于检测谱特性的设备，该用于检测谱特性的设备包括处于至少第一波长和第二波长的电磁辐射源；具有高折射率的晶体，所述晶体适于反射处于至少第一波长和第二波长的所述电磁辐射；反射器，所述反射器适于将处于至少第一波长和第二波长的所述电磁辐射在包含所述晶体与样品之间的临界角的角度范围上的位置处引入到所述样品；以及检测器，所述检测器用于检测自所述样品的所述至少第一波长和第二波长中的每一者的返回电磁辐射；服务器计算机系统；所述服务器计算机系统上的测量模块，用于允许来自用于检测谱特性的系统的测量结果在网络上传送；API引擎、SMS引擎、电子邮件引擎中的至少一者，所述API引擎连接到所述用于检测谱特性的系统和所述用于检测谱特性的设备中的至少一者，以创建关于所述测量结果的消息，并经过集成了 API的网络向具有预定接收者用户名的接收者传送所述消息，所述SMS引擎连接到所述用于检测谱特性的系统和所述用于检测谱特性的设备中的至少一者，以创建关于所述测量结果的SMS消息，并经过网络向具有预定测量结果接收者电话号码的接收者设备传送所述SMS消息，所述电子邮件引擎连接到所述用于检测谱特性的系统和所述用于检测谱特性的设备中的至少一者，以创建关于所述测量结果的电子邮件消息，并经过网络向具有预定接收者电子邮件地址的接收者电子邮件传送所述电子邮件消息。
38.如权利要求37所述的通信系统，还包括所述服务器计算机系统上的储存模块，该存储模块用于在服务器数据库中存储用于检测谱特性的系统上的测量结果。
39.如权利要求38所述的通信系统，其中，所述用于检测谱特性的系统和所述用于检测谱特性的设备中的至少一者能够通过移动电话网络和因特网中的至少一者而连接到所述服务器计算机系统，测量结果接收者电子设备上的浏览器被用来获取所述服务器计算机系统上的接口。
40.如权利要求38所述的通信系统，其中，多个电子邮件地址被保存在用于检测谱特性的系统的数据库中，这些电子邮件地址中的一部分能从诊断主机计算机系统个别地选择，所述电子邮件消息被传送到具有至少一个被选择的电子邮件地址的至少一个接收者电子邮件。
41.如权利要求40所述的通信系统，其中，所述用于检测谱特性的系统和所述用于检测谱特性的设备中的至少一者能够通过因特网而连接到所述服务器计算机系统，测量结果接收者电子设备上的浏览器被用来获取所述服务器计算机系统上的接口。
42.如权利要求39所述的通信系统，其中，多个用户名被保存在用于检测谱特性的系统的数据库中，这些用户名中的一部分能从诊断主机计算机系统个别地选择，所述消息通过API被传送到至少一个测量结果接收者用户名。
43.如权利要求42所述的通信系统，其中，测量结果接收者电子设备能够通过因特网而连接到所述服务器计算机系统，所述测量结果接收者电子设备上的浏览器被用来获取所述服务器计算机系统上的接口。
44.如权利要求39所述的通信系统，其中，所述测量结果接收者电子设备通过蜂窝电话网络而连接到所述服务器计算机系统。
45.如权利要求44所述的通信系统，其中，所述测量结果接收者电子设备是移动设备。
46.如权利要求45所述的通信系统，还包括所述服务器计算机系统上的接口，所述接口能够由所述移动设备上的应用获取。
47.如权利要求45所述的通信系统，其中，所述SMS测量结果由所述移动设备上的消息应用来接收。
48.如权利要求47所述的通信系统，其中，多个SMS测量结果针对所述测量被接收，每个SMS测量结果由相应的接收者移动设备上相应的消息应用来接收。
49.如权利要求39所述的通信系统，其中，所述至少一个SMS引擎通过蜂窝电话SMS网络从移动设备接收SMS响应，并在所述服务器计算机系统上储存SMS响应。
50.如权利要求49所述的通信系统，其中，测量结果接收者电话号码ID随所述SMS测量结果被传送到所述SMS引擎，并由所述服务器计算机系统用来把所述SMS测量结果与所述SMS响应相关联。
51.如权利要求39所述的通信系统，其中，所述服务器计算机系统能够通过蜂窝电话网络而连接以从测量结果接收者移动设备接收响应。
52.如权利要求51所述的通信系统，其中，SMS测量结果包括URL，所述URL能在所述测量结果接收者移动设备处被选择以从所述测量结果接收者移动设备向所述服务器计算机系统进行响应，所述服务器计算机系统利用所述URL把所述响应与所述SMS测量结果相关联。
53.如权利要求39所述的通信系统，还包括可下载的应用，该应用驻留在测量结果接收者移动设备上，所述可下载的应用通过蜂窝电话网络向所述服务器计算机系统传送所述响应和测量结果接收者电话号码ID，所述服务器计算机系统利用所述测量结果接收者电话号码ID来把所述响应与SMS测量结果相关联。
54.如权利要求39所述的通信系统，还包括传送模块，所述传送模块通过除了蜂窝电话SMS网络之外的网络，与通过所述蜂窝电话SMS网络所发送的测量结果并行地向测量结果接收者用户计算机系统传送所述测量结
55.如权利要求39所述的通信系统，还包括可下载的应用，该应用驻留在测量结果接收者主机计算机上，所述可下载的应用通过蜂窝电话网络向所述服务器计算机系统传送响应和测量结果接收者电话号码ID，所述服务器计算机系统利用所述测量结果接收者电话号码ID来把所述响应与SMS测量结果相关联。
56.一种联网的设备，包括 存储器；处理器； 通信器； 显示器；和用于检测样品的谱特性的设备，该用于检测样品的谱特性的设备包括适于用电磁辐射激发样品的电磁辐射源；与所述电磁辐射源和所述样品通信的晶体，所述晶体具有适于反射所述电磁辐射的高折射率；反射器，所述反射器适于以处于或接近所述晶体与所述样品之间的临界角的入射角在一位置处把所述电磁辐射引入所述样品；以及用于检测来自所述样品的电磁辐射的检测器。
57.一种通信系统，包括用于检测样品的谱特性的设备，该用于检测样品的谱特性的设备包括适于用电磁辐射激发样品的电磁辐射源；与所述电磁辐射源和所述样品通信的晶体，所述晶体具有适于反射所述电磁辐射的高折射率；反射器，所述反射器适于以处于或接近所述晶体与所述样品之间的临界角的入射角在一位置处把所述电磁辐射引入所述样品；以及用于检测来自所述样品的电磁辐射的检测器；服务器计算机系统；所述服务器计算机系统上的测量模块，用于允许来自用于检测谱特性的系统的测量结果在网络上传送；API引擎、SMS引擎、电子邮件引擎中的至少一者，所述API引擎连接到所述用于检测谱特性的系统和所述用于检测谱特性的设备中的至少一者，以创建关于所述测量结果的消息，并经过集成了 API的网络向具有预定接收者用户名的接收者传送所述消息，所述SMS引擎连接到所述用于检测谱特性的系统和所述用于检测谱特性的设备中的至少一者，以创建关于所述测量结果的SMS消息，并经过网络向具有预定测量结果接收者电话号码的接收者设备传送所述SMS消息，所述电子邮件引擎连接到所述用于检测谱特性的系统和所述用于检测谱特性的设备中的至少一者，以创建关于所述测量结果的电子邮件消息，并经过网络向具有预定接收者电子邮件地址的接收者电子邮件传送所述电子邮件消息。
58.如权利要求57所述的通信系统，还包括所述服务器计算机系统上的储存模块，该存储模块用于在服务器数据库中存储用于检测谱特性的系统上的测量结果。
59.如权利要求58所述的通信系统，其中，所述用于检测谱特性的系统和所述用于检测谱特性的设备中的至少一者能够通过移动电话网络和因特网中的至少一者而连接到所述服务器计算机系统，测量结果接收者电子设备上的浏览器被用来获取所述服务器计算机系统上的接口。
60.如权利要求58所述的通信系统，其中，多个电子邮件地址被保存在用于检测谱特性的系统的数据库中，这些电子邮件地址中的一部分能从诊断主机计算机系统个别地选择，所述电子邮件消息被传送到具有至少一个被选择的电子邮件地址的至少一个接收者电子邮件。
61.如权利要求60所述的通信系统，其中，所述用于检测谱特性的系统和所述用于检测谱特性的设备中的至少一者能够通过因特网而连接到所述服务器计算机系统，测量结果接收者电子设备上的浏览器被用来获取所述服务器计算机系统上的接口。
62.如权利要求59所述的通信系统，其中，多个用户名被保存在用于检测谱特性的系统的数据库中，这些用户名中的一部分能从诊断主机计算机系统个别地选择，所述消息通过API被传送到至少一个测量结果接收者用户名。
63.如权利要求62所述的通信系统，其中，测量结果接收者电子设备能够通过因特网而连接到所述服务器计算机系统，所述测量结果接收者电子设备上的浏览器被用来获取所述服务器计算机系统上的接口。
64.如权利要求62所述的通信系统，其中，所述测量结果接收者电子设备通过蜂窝电话网络而连接到所述服务器计算机系统。
65.如权利要求64所述的通信系统，其中，所述测量结果接收者电子设备是移动设备。
66.如权利要求65所述的通信系统，还包括所述服务器计算机系统上的接口，所述接口能够由所述移动设备上的应用获取。
67.如权利要求65所述的通信系统，其中，所述SMS测量结果由所述移动设备上的消息应用来接收。
68.如权利要求67所述的通信系统，其中，多个SMS测量结果针对所述测量被接收，每个SMS测量结果由相应的接收者移动设备上相应的消息应用来接收。
69.如权利要求59所述的通信系统，其中，所述至少一个SMS引擎通过蜂窝电话SMS网络从移动设备接收SMS响应，并在所述服务器计算机系统上储存SMS响应。
70.如权利要求69所述的通信系统，其中，测量结果接收者电话号码ID随所述SMS测量结果而传送到所述SMS引擎，并由所述服务器计算机系统用来把所述SMS测量结果与所述SMS响应相关联。
71.如权利要求59所述的通信系统，其中，所述服务器计算机系统能够通过蜂窝电话网络而连接以从测量结果接收者移动设备接收响应。
72.如权利要求53所述的通信系统，其中，SMS测量结果包括URL，所述URL能在所述测量结果接收者移动设备处被选择以从所述测量结果接收者移动设备向所述服务器计算机系统进行响应，所述服务器计算机系统利用所述URL把所述响应与所述SMS测量结果相关联。
73.如权利要求59所述的通信系统，还包括可下载的应用，该应用驻留在测量结果接收者移动设备上，所述可下载的应用通过蜂窝电话网络向所述服务器计算机系统传送所述响应和测量结果接收者电话号码ID，所述服务器计算机系统利用所述测量结果接收者电话号码ID来把所述响应与SMS测量结果相关联。
74.如权利要求59所述的通信系统，还包括传送模块，所述传送模块通过除了蜂窝电话SMS网络之外的网络，与通过所述蜂窝电话SMS网络所发送的测量结果并行地向测量结果接收者用户计算机系统传送所述测量结^ ο
75.如权利要求59所述的通信系统，还包括可下载的应用，该应用驻留在测量结果接收者主机计算机上，所述可下载的应用通过蜂窝电话网络向所述服务器计算机系统传送响应和测量结果接收者电话号码ID，所述服务器计算机系统利用所述测量结果接收者电话号码ID来把所述响应与SMS测量结果相关联。
全文摘要
描述了针对样品临界角的光谱学设备，该设备对样品的谱特性检测，其中，该设备包括电磁辐射源，适于用引入样品的电磁辐射以临界角或临界角附近的入射角在一位置激发样品；与电磁辐射源和样品通信的透射晶体，该透射晶体具有适于对电磁辐射进行内反射的高折射率；反射器，适于以透射晶体与样品之间的临界角或该临界角附近的入射角将电磁辐射引入样品；检测器，用于检测来自样品的电磁辐射。还提供了包含近临界反射光谱学设备的方法、系统和套件。
文档编号G01N21/43GK102460120SQ201080025328
公开日2012年5月16日 申请日期2010年4月7日 优先权日2009年4月7日
发明者罗伯特·G·梅塞施米特 申请人:莱尔照明公司