專利名稱：近臨界反射譜裝置、系統和方法
近臨界反射譜裝置、系統和方法相關申請的交叉引用本申請要求2009年4月7日提交的題為“Methods，Devices and Kits for Angle-Resolved Attenuated Reflection Spectroscopy，，的美國臨時申請 No. 61/167，505 以及 2009 年 7 月 17 日提交的題為"Methods，Devices and Kits for Angle-Resolved Attenuated Total Reflection Spectroscopy”的申請No. 61/226，677 的權益，這些申請的全部內容通過引用而結合于此。
背景技術：
內反射譜學也稱為衰減全反射(ATR)光譜學，已被了解多年，并且是紅外(IR)和熒光光譜學以及其他光譜學中廣泛使用的采樣方法。ATR是在臨界角以上執行的，并且只造成內反射。中波長紅外(麗IR)(或中紅外(IIR))光譜學多年來已經成為在特異性 (specificity)最為重要的時候選擇的技術。由于一些原因，它在歷史上是一種困難的技術。首先，在電磁波譜的中波長紅外區域(例如約3-8μπι)，許多材料的吸收率相當高。盡管從靈敏度的立場來看這是件好事，但它使得采樣有時候復雜了。因此，已經開發了各種各樣的采樣技術來幫助以理想的方式把樣品引入光譜儀。一種普遍但是有問題的樣品成分是水。在使用從約SOOnm到約2500nm波長的近紅外(NIR)區域，可能出現的另一個問題在于路程長度可能太短了。一個優點是近紅外通常能夠比中紅外輻射遠得多地穿透到樣品中。 因此有文獻建議由于波段失真(band distortion)，應當避開臨界角。在使用光譜學時面臨的一個問題是許多樣品制備包含水。是在中紅外具有非常高的吸收率。因此，為了在^OOIOOcnT1的典型中紅外區域中測量水的光譜，路程長度必須被限制在小于幾十微米。ATR可以提供所需的這種非常小的路程長度。但是在其他情形下， ATR的路程長度對于理想的采樣而言太小了。在試圖經過哺乳動物皮膚或其他生物學組織進行測量時，或者在期望的光譜信息來自較深的深度而不是哺乳動物的皮膚表面附近時， 這可能是主要的問題。在困難的采樣情形中，經常會提起衰減全反射(ATR)。該效應的光譜學用途是在 I960年代由Fahrenfort首先注意到的，并且是能夠根據基本的光學物理學預計的。本質上，當光經過高折射率介質傳播并靠近與低折射率材料的界面時，會發生透射和反射。這些透射和反射的相對強度由菲涅耳方程決定
權利要求
1.一種設備，包括處于至少第一波長和第二波長的電磁輻射源；具有高折射率的晶體，適于反射處于至少第一波長和第二波長的所述電磁輻射； 反射器，適于將處于至少第一波長和第二波長的所述電磁輻射在包含所述晶體與樣品之間的臨界角的角度范圍上的位置處引入到所述樣品；檢測器，用于檢測來自所述樣品的所述至少第一波長和第二波長中的每一者的返回電磁輻射。
2.如權利要求1所述的設備，還包括殼體，所述殼體適于容納所述電磁輻射源、晶體、 反射器和檢測器。
3.如權利要求1所述的設備，其中，所述檢測器是單元件檢測器。
4.如權利要求1所述的設備，其中，所述檢測器是單元件碲鎘汞檢測器。
5.如權利要求1所述的設備，其中，所述檢測器是線性陣列檢測器。
6.如權利要求1所述的設備，其中，所述檢測器是二維陣列檢測器。
7.如權利要求1所述的設備，其中，所述電磁輻射源適于以所述臨界角以下的入射角向所述樣品輸送電磁輻射。
8.如權利要求7所述的設備，其中，所述電磁輻射源還適于調整向所述樣品輸送的電磁輻射以接近和經過所述臨界角。
9.如權利要求1所述的設備，其中，所述電磁輻射源適于以所述臨界角以上的入射角向所述樣品輸送電磁輻射。
10.如權利要求9所述的設備，其中，所述電磁輻射源還適于調整向所述樣品輸送的電磁輻射以接近和經過所述臨界角。
11.如權利要求1所述的設備，還包括與所述檢測器通信的數據處理器。
12.如權利要求11所述的設備，其中，所述數據處理器還適于從由所述檢測器從所述樣品接收的一個或多個電磁輻射檢測結果而生成所述樣品的臨界角圖譜。
13.如權利要求1所述的設備，其中，所述電磁輻射源是量子級聯激光器。
14.如權利要求1所述的設備，其中，所述電磁輻射源是準直的。
15.如權利要求1所述的設備，其中，所述設備的體積小于1立方英尺。
16.如權利要求1所述的設備，其中，所述設備的體積小于125立方英寸。
17.如權利要求1所述的設備，其中，所述設備是手持式的。
18.如權利要求1所述的設備，其中，所述設備的體積小于8立方英寸。
19.如權利要求12所述的設備，還包括顯示屏，該顯示屏適于并被配置成顯示所述臨界角圖譜。
20.如權利要求11所述的設備，其中，所述數據處理器適于從所檢測的電磁輻射生成反射光強度對波長對入射角映射的關系的完整圖譜。
21.如權利要求1所述的設備，還包括驅動機構，該驅動機構適于使所述晶體繞軸線樞轉。
22.如權利要求1所述的設備，還包括適于對所述檢測器進行冷卻的冷卻器。
23.如權利要求1所述的設備，還包括濾波器。
24.如權利要求1所述的設備，還包括透鏡，該透鏡被配置成將所述電磁輻射成像到小于Imm2的檢測器面積上。
25.一種用于對樣品的譜特性進行檢測的方法，包括 將樣品置于晶體附近；從處于至少第一波長和第二波長的電磁輻射源發射電磁輻射以固定或可變的入射角經過所述晶體；以處于或接近所述樣品的臨界角的入射角，經過所述晶體，在一位置處把處于至少第一波長和第二波長的所述電磁輻射引入所述樣品；以及檢測來自所述樣品的所述至少第一波長和第二波長的返回電磁輻射。
26.如權利要求25所述的方法，還包括下述步驟 以所述臨界角以下的入射角引入所述電磁輻射；以及逐步增大所述電磁輻射的入射角，使得所述入射角接近和經過所述臨界角。
27.如權利要求26所述的方法，還包括下述步驟 以所述臨界角以上的入射角引入所述電磁輻射；以及逐步減小所述電磁輻射的入射角，使得所述入射角接近和經過所述臨界角。
28.如權利要求26所述的方法，還包括下述步驟生成反射光強度對波長對入射角映射的關系的完整圖譜。
29.如權利要求28所述的方法，還包括下述步驟顯示所生成的圖譜。
30.如權利要求26所述的方法，還包括下述步驟將檢測出的電磁輻射與臨界角測量結果的數據庫進行比較。
31.如權利要求30所述的方法，還包括下述步驟顯示檢測出的電磁輻射參數以及來自所述數據庫的一個或多個臨界角測量結果。
32.如權利要求25所述的方法，還包括下述步驟對所述電磁輻射進行濾波。
33.如權利要求25所述的方法，還包括下述步驟使所述晶體繞軸線樞轉。
34.如權利要求25所述的方法，還包括下述步驟對所述檢測器進行冷卻。
35.如權利要求25所述的方法，還包括下述步驟將所述電磁輻射成像到小于Imm2的檢測器面積上。
36.一種聯網的設備，包括 存儲器；處理器； 通信器； 顯示器；和用于檢測譜特性的設備，該用于檢測譜特性的設備包括處于至少第一波長和第二波長的電磁輻射源；具有高折射率的晶體，所述晶體適于反射處于至少第一波長和第二波長的所述電磁輻射；反射器，所述反射器適于將處于至少第一波長和第二波長的所述電磁輻射在包含所述晶體與樣品之間的臨界角的角度范圍上的位置處引入到所述樣品；以及檢測器，所述檢測器用于檢測自所述樣品的所述至少第一波長和第二波長中的每一者的返回電磁輻射。
37.一種通信系統，包括用于檢測譜特性的設備，該用于檢測譜特性的設備包括處于至少第一波長和第二波長的電磁輻射源；具有高折射率的晶體，所述晶體適于反射處于至少第一波長和第二波長的所述電磁輻射；反射器，所述反射器適于將處于至少第一波長和第二波長的所述電磁輻射在包含所述晶體與樣品之間的臨界角的角度范圍上的位置處引入到所述樣品；以及檢測器，所述檢測器用于檢測自所述樣品的所述至少第一波長和第二波長中的每一者的返回電磁輻射；服務器計算機系統；所述服務器計算機系統上的測量模塊，用于允許來自用于檢測譜特性的系統的測量結果在網絡上傳送；API引擎、SMS引擎、電子郵件引擎中的至少一者，所述API引擎連接到所述用于檢測譜特性的系統和所述用于檢測譜特性的設備中的至少一者，以創建關于所述測量結果的消息，并經過集成了 API的網絡向具有預定接收者用戶名的接收者傳送所述消息，所述SMS引擎連接到所述用于檢測譜特性的系統和所述用于檢測譜特性的設備中的至少一者，以創建關于所述測量結果的SMS消息，并經過網絡向具有預定測量結果接收者電話號碼的接收者設備傳送所述SMS消息，所述電子郵件引擎連接到所述用于檢測譜特性的系統和所述用于檢測譜特性的設備中的至少一者，以創建關于所述測量結果的電子郵件消息，并經過網絡向具有預定接收者電子郵件地址的接收者電子郵件傳送所述電子郵件消息。
38.如權利要求37所述的通信系統，還包括所述服務器計算機系統上的儲存模塊，該存儲模塊用于在服務器數據庫中存儲用于檢測譜特性的系統上的測量結果。
39.如權利要求38所述的通信系統，其中，所述用于檢測譜特性的系統和所述用于檢測譜特性的設備中的至少一者能夠通過移動電話網絡和因特網中的至少一者而連接到所述服務器計算機系統，測量結果接收者電子設備上的瀏覽器被用來獲取所述服務器計算機系統上的接口。
40.如權利要求38所述的通信系統，其中，多個電子郵件地址被保存在用于檢測譜特性的系統的數據庫中，這些電子郵件地址中的一部分能從診斷主機計算機系統個別地選擇，所述電子郵件消息被傳送到具有至少一個被選擇的電子郵件地址的至少一個接收者電子郵件。
41.如權利要求40所述的通信系統，其中，所述用于檢測譜特性的系統和所述用于檢測譜特性的設備中的至少一者能夠通過因特網而連接到所述服務器計算機系統，測量結果接收者電子設備上的瀏覽器被用來獲取所述服務器計算機系統上的接口。
42.如權利要求39所述的通信系統，其中，多個用戶名被保存在用于檢測譜特性的系統的數據庫中，這些用戶名中的一部分能從診斷主機計算機系統個別地選擇，所述消息通過API被傳送到至少一個測量結果接收者用戶名。
43.如權利要求42所述的通信系統，其中，測量結果接收者電子設備能夠通過因特網而連接到所述服務器計算機系統，所述測量結果接收者電子設備上的瀏覽器被用來獲取所述服務器計算機系統上的接口。
44.如權利要求39所述的通信系統，其中，所述測量結果接收者電子設備通過蜂窩電話網絡而連接到所述服務器計算機系統。
45.如權利要求44所述的通信系統，其中，所述測量結果接收者電子設備是移動設備。
46.如權利要求45所述的通信系統，還包括所述服務器計算機系統上的接口，所述接口能夠由所述移動設備上的應用獲取。
47.如權利要求45所述的通信系統，其中，所述SMS測量結果由所述移動設備上的消息應用來接收。
48.如權利要求47所述的通信系統，其中，多個SMS測量結果針對所述測量被接收，每個SMS測量結果由相應的接收者移動設備上相應的消息應用來接收。
49.如權利要求39所述的通信系統，其中，所述至少一個SMS引擎通過蜂窩電話SMS網絡從移動設備接收SMS響應，并在所述服務器計算機系統上儲存SMS響應。
50.如權利要求49所述的通信系統，其中，測量結果接收者電話號碼ID隨所述SMS測量結果被傳送到所述SMS引擎，并由所述服務器計算機系統用來把所述SMS測量結果與所述SMS響應相關聯。
51.如權利要求39所述的通信系統，其中，所述服務器計算機系統能夠通過蜂窩電話網絡而連接以從測量結果接收者移動設備接收響應。
52.如權利要求51所述的通信系統，其中，SMS測量結果包括URL，所述URL能在所述測量結果接收者移動設備處被選擇以從所述測量結果接收者移動設備向所述服務器計算機系統進行響應，所述服務器計算機系統利用所述URL把所述響應與所述SMS測量結果相關聯。
53.如權利要求39所述的通信系統，還包括可下載的應用，該應用駐留在測量結果接收者移動設備上，所述可下載的應用通過蜂窩電話網絡向所述服務器計算機系統傳送所述響應和測量結果接收者電話號碼ID，所述服務器計算機系統利用所述測量結果接收者電話號碼ID來把所述響應與SMS測量結果相關聯。
54.如權利要求39所述的通信系統，還包括傳送模塊，所述傳送模塊通過除了蜂窩電話SMS網絡之外的網絡，與通過所述蜂窩電話SMS網絡所發送的測量結果并行地向測量結果接收者用戶計算機系統傳送所述測量結
55.如權利要求39所述的通信系統，還包括可下載的應用，該應用駐留在測量結果接收者主機計算機上，所述可下載的應用通過蜂窩電話網絡向所述服務器計算機系統傳送響應和測量結果接收者電話號碼ID，所述服務器計算機系統利用所述測量結果接收者電話號碼ID來把所述響應與SMS測量結果相關聯。
56.一種聯網的設備，包括 存儲器；處理器； 通信器； 顯示器；和用于檢測樣品的譜特性的設備，該用于檢測樣品的譜特性的設備包括適于用電磁輻射激發樣品的電磁輻射源；與所述電磁輻射源和所述樣品通信的晶體，所述晶體具有適于反射所述電磁輻射的高折射率；反射器，所述反射器適于以處于或接近所述晶體與所述樣品之間的臨界角的入射角在一位置處把所述電磁輻射引入所述樣品；以及用于檢測來自所述樣品的電磁輻射的檢測器。
57.一種通信系統，包括用于檢測樣品的譜特性的設備，該用于檢測樣品的譜特性的設備包括適于用電磁輻射激發樣品的電磁輻射源；與所述電磁輻射源和所述樣品通信的晶體，所述晶體具有適于反射所述電磁輻射的高折射率；反射器，所述反射器適于以處于或接近所述晶體與所述樣品之間的臨界角的入射角在一位置處把所述電磁輻射引入所述樣品；以及用于檢測來自所述樣品的電磁輻射的檢測器；服務器計算機系統；所述服務器計算機系統上的測量模塊，用于允許來自用于檢測譜特性的系統的測量結果在網絡上傳送；API引擎、SMS引擎、電子郵件引擎中的至少一者，所述API引擎連接到所述用于檢測譜特性的系統和所述用于檢測譜特性的設備中的至少一者，以創建關于所述測量結果的消息，并經過集成了 API的網絡向具有預定接收者用戶名的接收者傳送所述消息，所述SMS引擎連接到所述用于檢測譜特性的系統和所述用于檢測譜特性的設備中的至少一者，以創建關于所述測量結果的SMS消息，并經過網絡向具有預定測量結果接收者電話號碼的接收者設備傳送所述SMS消息，所述電子郵件引擎連接到所述用于檢測譜特性的系統和所述用于檢測譜特性的設備中的至少一者，以創建關于所述測量結果的電子郵件消息，并經過網絡向具有預定接收者電子郵件地址的接收者電子郵件傳送所述電子郵件消息。
58.如權利要求57所述的通信系統，還包括所述服務器計算機系統上的儲存模塊，該存儲模塊用于在服務器數據庫中存儲用于檢測譜特性的系統上的測量結果。
59.如權利要求58所述的通信系統，其中，所述用于檢測譜特性的系統和所述用于檢測譜特性的設備中的至少一者能夠通過移動電話網絡和因特網中的至少一者而連接到所述服務器計算機系統，測量結果接收者電子設備上的瀏覽器被用來獲取所述服務器計算機系統上的接口。
60.如權利要求58所述的通信系統，其中，多個電子郵件地址被保存在用于檢測譜特性的系統的數據庫中，這些電子郵件地址中的一部分能從診斷主機計算機系統個別地選擇，所述電子郵件消息被傳送到具有至少一個被選擇的電子郵件地址的至少一個接收者電子郵件。
61.如權利要求60所述的通信系統，其中，所述用于檢測譜特性的系統和所述用于檢測譜特性的設備中的至少一者能夠通過因特網而連接到所述服務器計算機系統，測量結果接收者電子設備上的瀏覽器被用來獲取所述服務器計算機系統上的接口。
62.如權利要求59所述的通信系統，其中，多個用戶名被保存在用于檢測譜特性的系統的數據庫中，這些用戶名中的一部分能從診斷主機計算機系統個別地選擇，所述消息通過API被傳送到至少一個測量結果接收者用戶名。
63.如權利要求62所述的通信系統，其中，測量結果接收者電子設備能夠通過因特網而連接到所述服務器計算機系統，所述測量結果接收者電子設備上的瀏覽器被用來獲取所述服務器計算機系統上的接口。
64.如權利要求62所述的通信系統，其中，所述測量結果接收者電子設備通過蜂窩電話網絡而連接到所述服務器計算機系統。
65.如權利要求64所述的通信系統，其中，所述測量結果接收者電子設備是移動設備。
66.如權利要求65所述的通信系統，還包括所述服務器計算機系統上的接口，所述接口能夠由所述移動設備上的應用獲取。
67.如權利要求65所述的通信系統，其中，所述SMS測量結果由所述移動設備上的消息應用來接收。
68.如權利要求67所述的通信系統，其中，多個SMS測量結果針對所述測量被接收，每個SMS測量結果由相應的接收者移動設備上相應的消息應用來接收。
69.如權利要求59所述的通信系統，其中，所述至少一個SMS引擎通過蜂窩電話SMS網絡從移動設備接收SMS響應，并在所述服務器計算機系統上儲存SMS響應。
70.如權利要求69所述的通信系統，其中，測量結果接收者電話號碼ID隨所述SMS測量結果而傳送到所述SMS引擎，并由所述服務器計算機系統用來把所述SMS測量結果與所述SMS響應相關聯。
71.如權利要求59所述的通信系統，其中，所述服務器計算機系統能夠通過蜂窩電話網絡而連接以從測量結果接收者移動設備接收響應。
72.如權利要求53所述的通信系統，其中，SMS測量結果包括URL，所述URL能在所述測量結果接收者移動設備處被選擇以從所述測量結果接收者移動設備向所述服務器計算機系統進行響應，所述服務器計算機系統利用所述URL把所述響應與所述SMS測量結果相關聯。
73.如權利要求59所述的通信系統，還包括可下載的應用，該應用駐留在測量結果接收者移動設備上，所述可下載的應用通過蜂窩電話網絡向所述服務器計算機系統傳送所述響應和測量結果接收者電話號碼ID，所述服務器計算機系統利用所述測量結果接收者電話號碼ID來把所述響應與SMS測量結果相關聯。
74.如權利要求59所述的通信系統，還包括傳送模塊，所述傳送模塊通過除了蜂窩電話SMS網絡之外的網絡，與通過所述蜂窩電話SMS網絡所發送的測量結果并行地向測量結果接收者用戶計算機系統傳送所述測量結^ ο
75.如權利要求59所述的通信系統，還包括可下載的應用，該應用駐留在測量結果接收者主機計算機上，所述可下載的應用通過蜂窩電話網絡向所述服務器計算機系統傳送響應和測量結果接收者電話號碼ID，所述服務器計算機系統利用所述測量結果接收者電話號碼ID來把所述響應與SMS測量結果相關聯。
全文摘要
描述了針對樣品臨界角的光譜學設備，該設備對樣品的譜特性檢測，其中，該設備包括電磁輻射源，適于用引入樣品的電磁輻射以臨界角或臨界角附近的入射角在一位置激發樣品；與電磁輻射源和樣品通信的透射晶體，該透射晶體具有適于對電磁輻射進行內反射的高折射率；反射器，適于以透射晶體與樣品之間的臨界角或該臨界角附近的入射角將電磁輻射引入樣品；檢測器，用于檢測來自樣品的電磁輻射。還提供了包含近臨界反射光譜學設備的方法、系統和套件。
文檔編號G01N21/43GK102460120SQ201080025328
公開日2012年5月16日 申請日期2010年4月7日 優先權日2009年4月7日
發明者羅伯特·G·梅塞施米特 申請人:萊爾照明公司