[发明专利]使用多个离散光源的拉曼光谱设备、系统和方法

说明书

交叉引用

本申请要求于2009年1月21日提交的美国临时申请No.61/146,195的权利，该申请以引用的方式合并入本申请。

技术领域

本申请涉及探测样本光谱特性的拉曼光谱装置，该装置包含适于用电磁辐射激发样本的多个经调制的离散光源，适于隔离由样本发射的预定波长的滤波器，以及用于探测被隔离的波长的探测器，其中该波长在不同频率上被进一步调制。

背景技术

在传统拉曼光谱仪中，单个激光光源使用激发能量激发样本。所发射的能量在接触样本后被散射。被样本散射的大部分光线是被弹性散射的。这些光线处于未频移(unshifted)的波长并在离开样本后被探测。一小部分激光光线与样本接触后被非弹性地散射。这些光线以频移(shifted)的波长从样本射出，这些波长处于高于或低于原始激光波长的能量状态。所频移的量与被测样本的振动光谱一致。频移至较长波长的光线被称为斯托克斯频移拉曼信号。频移至较短波长的光线被称为反斯托克斯。这些频移光线的量非常小，取决于样本或许是千万分之一或许是亿分之一。为此，激发光线的能量通常具有非常高的强度。一般而言，拉曼光谱仪采用的激发光源通常为激光。之后，采用分光仪或光谱仪探测并分析拉曼频移光谱探测。通常采集完整的光谱。

涉及拉曼光谱装置和系统的其它观念在下述文献中被披露，例如，Koo等的US专利7,075,642，用于拉曼光谱仪的方法、结构以及装置；6,868,285，Muller-Dethleffs的通过拉曼光谱仪在体液中探测物质的方法和装置；5,786,893，Fink等的拉曼光谱仪；7,002,679，Brady等的编码激发光源拉曼光谱方法和系统；6,867,858，Owen等的拉曼光谱结晶分析方法；6,778,269，Fink等的使用拉曼光谱仪探测同位素和确定同位素比值；6,744,500，Bradbury等的使用拉曼光谱仪在纸浆和纸张中鉴别物质杂质；6,667,070，Adem的使用拉曼光谱仪现场监测沉积膜厚度和构成的方法；6,545,755，Ishihama等的用于在半导体晶片上鉴别异物的微拉曼光谱系统；6,473,174，Ballast等的使用拉曼光谱仪的抗蚀剂移除的监控；6,100,975，Smith等的用于连续化学分析样本流使用外腔式激光器的拉曼光谱装置和方法；5,615,673，Berger等的用于分析血液气体和被分析物的拉曼光谱装置和方法。

对于很多光谱仪学的应用来说，并不需要采集完整的光谱。事实上，对于工业监控应用和手持医疗设备，对仪器来说优选地是仅测量在重要位置的少量波长以对被测系统进行定量或定性分析。在红外吸收光谱领域，这种类型的仪器被称为滤波仪(filtometer)，包括一组离散的滤波器以仅测量感兴趣的波长。

发明内容

本申请的一方面在于使用多个调制离散能量源和单一窄带探测器、用于探测光谱特性的拉曼光谱装置。该装置包含适于用电磁辐射激发样本的多个离散光源；与每一离散光源相关联的第一组调制器；适于将选择的窄波长范围传输至探测器的窄带滤波器；以及用于探测该隔离的波长的探测器。

用于探测样本光谱特性的方法也被提供。该方法包含以下步骤，自多个调制离散光源发射电磁辐射；从该多个离散光源中将电磁辐射过滤成一系列单个波长；使用该一系列的单个波长电磁辐射激发样本；过滤样本响应于该电磁辐射的所发射的信号，以从来自样本的辐射中隔离出预定波长；以及用探测器探测调制的波长。

本申请的另一方面在于用于探测样本光谱特性的系统。该系统包含多个用于发射电磁辐射的调制离散光源；与该多个离散光源通讯的第一滤波器；用于探测来自样本的发射信号的探测器；以及用于在被探测器探测到之前隔离该发射信号的第二滤波器。

用于探测样本光谱特性的套件也被提供。该套件包括，例如，与一滤波器通讯、以用不同波长的电磁辐射激发样本的多个调制离散光源，和与一滤波器通讯、以隔离来自样本的探测信号的探测器。