[发明专利]用于分析系统的装置、具有该装置的分析系统和用于使用该装置的方法

说明书

提供了一种用于在空间偏移测量和分析系统中使用的具有双折射部件的装置。双折射光学装置提供激励信号的相对于发射信号不同的方向控制，从而能够针对激励信号相对于发射信号二者或仅仅其中一个控制样品上的激励和发射位置之间的偏移。

技术领域

本发明涉及用于在空间偏移测量中使用的装置、具有该装置的分析系统和使用该装置的空间偏移检测的方法。本发明尤其涉及牵涉到借助激励射束激励一个样品并且检测来自该样品的可能作为结果发射的信号（该信号传递关于该样品的信息）的一种装置、一种分析系统和一种方法。本发明因此尤其涉及发射光谱学或非弹性散射光谱学。

背景技术

基于发射和检测光信号的光谱学工具被广泛用于在现场表征、测量和/或检测样品的组分。这些光信号的非限定性示例是荧光、磷光、瑞利（Rayleigh）散射、拉曼(Raman)散射和原子发射信号。这些工具提供了以无接触方式在限定现场直接进行测量的能力。

拉曼分析基于样品对激励光的非弹性散射，以产生作为样品特性的散射光光谱。谱线取决于样品组分中的振动运动以及散射概率。由组分的混合物构成的样品导致这样一个光谱：该光谱是组分光谱的线性组合。因此，可以使用适当的光谱分析在光谱测量中确定相对化学成分。关于拉曼光谱学的性质的更多信息，读者可以查阅关于拉曼光谱学的标准教科书。

传统的拉曼光谱学是以在反向散射模式下执行的，其中用激励光照射样品点并且在激励点的近旁检测反向散射辐射。在反向散射模式下，激励射束和作为结果得到的散射光信号行进通过同一光学系统，将光分裂光学器件用于将所发射的光信号与激励信号射束进行分离，例如基于它们的不同频率。透明或半透明材料允许样品通过在z方向上执行测量而在样品表面底下（即，到样品材料的深度中）得以表征。不过，虽然在所关心的材料被掩埋在诸如例如一张纸或塑料杯之类的半透明或不透明材料之下的时候也期望有这种类型的样品深度分析，但是传统的反向散射测量限于这样的漫散射体的近表面。例如，对于组织来说，其限于表面材料的前几百微米的深度。因此深度测量被遮挡并且对于不透明材料而言实际上是不可能的。这一限制的起源在于，在激励的区域内激励信号焦度高，从而它在收集到的散射辐射信号中占支配地位。

空间偏移拉曼光谱学（SORS）是一种测量变型，它解决了上述限制，因为它允许在遮蔽性表面底下的目标的高精度化学分析，遮蔽性表面包括例如组织、涂层和包装材料，比如瓶子。这种SORS方法的使用领域的示例包括：皮肤底下的骨骼的分析、用于质量或组成控制的塑料瓶内的装容物的分析、如检测容器内的爆炸物那样的安全测量的分析和诸如气泡包装内的药片的伪造品实践的分析。

基本的SORS方法利用了这样的事实：大多数样品材料既不完全透光，又不完全阻挡光。相反，它们往往这样散射激励光：与红色激光指向器照射指尖时光在手指中的组织的大部分内散射非常相似。无论激励光到达样品的什么地方，如果在样品中存在拉曼活性材料，则由于拉曼效应的原因将会发生某种非弹性散射。因此，虽然样品的大部分并不由激励点直接激励，但是其将生成拉曼信号，即使它不在样品的表面。提出了SORS测量，使得其避免在占支配地位的激励区域处检测散射辐射。这样，更特别地， SORS方法基于从远离样品表面上的激励点的区域中收集拉曼光谱，即，从与这一激励区域空间偏移的区域中收集。横向偏移区域的光谱包含与样品材料中位于不同深度（z方向）处的样品层不同的相对贡献。这一差异是由从样品的较大深度中出射的光子的更宽的横向扩散造成的。

因此，通过进行至少两次拉曼测量，一次在表面处且一次在通常几毫米远的偏移位置上，并且通过使用缩放相减来减去这些光谱，可以产生两个光谱，其中一个表示表面下（样品的内部），另一个表示表面。对于简单的双层系统，比如塑料瓶中的粉末，可以在不知道瓶子材料或其相对信号贡献的情况下测量粉末光谱。这样做而不使用偏移测量，将会严重受制于由来源于表面层的拉曼和荧光信号所生成的光子散粒噪声。

另一种改进诸如在活体内分析组织之类某些测量的有用SORS子变型是反SORS（Inverse SORS）。不是使用点收集几何结构和圆形点进行照射，通过用以采集区域为中心的光环对样品进行激励来保持恒定的偏移。