[发明专利]用于分析位于产品室中的待分析物品的设备

说明书

本发明涉及一种用于分析位于产品室(10)中的待分析物品的设备(1)，包括：设置在探针壳体(2)中的具有周壁(31)的探针主体(3)；至少一个射线源和至少一个光学接收器；探针主体(3)中的至少一个测量窗口(6)，所述测量窗口具有用于测量射线的入口区域(61)和出口区域(62)；和评估单元(7)。探针主体(3)可被引入测量位置处，在所述测量位置处所述测量窗口(6)所在的探针主体(3)的至少一部分穿过探针壳体(2)的开口(21)被插入产品室(10)中以便进行分析。此外，探针主体(3)可被引入缩回位置处，在所述缩回位置处探针主体(3)至少还部分地位于探针壳体(2)的开口(21)的区域中并且与此同时覆盖开口(21)。根据本发明的解决方案，至少一个测量窗口是ATR元件(6)，其中ATR元件(6)布置在束路径中的探针主体(3)的周壁(31)的至少一个子区域中。

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的设备。

为了提高工业生产工艺的灵活性和效率，有必要全面了解这些工艺。提供关于材料成分、工艺参数、反应工艺和产品质量的信息的传感器是必需的。

这里，在无需介质接触的情况下起作用的光学光谱传感器提供了明显的优点。最常用的技术是在0.8-2.5μm波长范围内的近红外区域(NIR)的光谱学。将这种光谱分析方法扩展到具有3-30μm的波长的中红外区域(MIR)提供了高灵敏度和选择性。特别地，液态水和进而所有水溶液都在MIR区域中非常强烈地吸收，使得对于透射测量必须使用小于100μm的非常小的层厚度。已知的有前景的方法是使用衰减全反射或简称ATR。

所述ATR分析方法已广泛用于在工艺分析中检测液体和固体。由此可以通过光谱检测强吸收样品。所谓的ATR探针的常规布置由具有平界面的ATR晶体组成，其中使所述界面中的至少一个与待分析的介质接触。在与介质的界面处在晶体内部被全反射的电磁波在此由于其瞬逝场与待分析介质在晶体外部区域中的相互作用而衰减。然后可以分析可能的光谱分辨衰减程度，其与待分析介质的材料特性有关。在UV至MIR辐射范围内的常规ATR仪器的情况下，主要使用具有宽光谱带的光源。这里，使用光谱仪或具有光谱滤波器的单独探测器来实现检测。

在ATR光谱学中，瞬逝波穿透到介质中的深度仅为约一个波长。换句话说，在NIR区域中，使用ATR技术仅分析了明显小于1μm的层厚度，而由于较大波长，使用MIR光谱法可以达到几微米。通常，与所提及的光谱区域无关地，表面上的污染物在ATR光谱学中是一定的问题。表面上的覆盖物导致传感器变得“失明”。因此，ATR光谱仪或ATR光度计必须始终具有干净且易于清洁的表面。

通常的ATR装置使用具有平坦表面的晶体如棱镜作为ATR元件。特别的挑战是在工艺探针中集成这类棱镜亦或板。探针主体通常设计有圆柱形探针轴，以能通过作为凸缘的开口引入到反应器或管道中。ATR元件则位于探针轴的尖端或纵向侧。然而，对于尖端处的ATR元件，反射的数量(次数)以及因此灵敏度受到限制。

国际公开说明书WO2015/052893A1示出了一种布置，其中光从圆柱体的端面输入耦合(eingekoppelt)到圆柱形ATR元件中并纵向地以螺旋方式穿过ATR元件。然而，将ATR元件并入到支架中造成了边缘和凸起，在其上可形成沉积物。用清洁液、热蒸汽或机械装置清洁这些边缘和凸起则是相应费时费力的。

此外，从来自NIR工艺光谱学领域的出版物WO 2007/009522A1已知了一种用于反射测量的装置。这类探针是在探针主体侧面通过窗口将光引导到工艺介质中，并且同样在侧面检测向后散射或反射的光。所描述的装置可以非常容易地清洁。

本发明的目的是提供一种设备，该设备可以最佳地用于分析并且允许简单的清洁。

该目的通过具有权利要求1中的特征的设备实现。从属权利要求涉及本发明的有利实施方式和变型。