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DE102018000307B4 - Static Fourier transform spectrometer and a method for operating the static Fourier transform spectrometer - Google Patents

Static Fourier transform spectrometer and a method for operating the static Fourier transform spectrometer Download PDF

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DE102018000307B4
DE102018000307B4 DE102018000307.9A DE102018000307A DE102018000307B4 DE 102018000307 B4 DE102018000307 B4 DE 102018000307B4 DE 102018000307 A DE102018000307 A DE 102018000307A DE 102018000307 B4 DE102018000307 B4 DE 102018000307B4
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spectrum
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Spectrolytic GmbH
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Abstract

Statisches Fourier-Transformations-Spektrometer mit einer Strahlungsquelle (4), die eingerichtet ist, in einem Betrieb des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers (1) Infrarotstrahlung zu emittieren, die sich im Betrieb entlang eines Strahlengangs (5) des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers (1) ausbreitet, der einen Probenpfad (14) und einen Referenzpfad (15) aufweist, einer Probe (7), die lediglich in dem Probenpfad (14) angeordnet ist und somit im Betrieb eine Wechselwirkung mit der Infrarotstrahlung des Probenpfades (14) eingeht, und einem Interferometerabschnitt (3), der eingerichtet ist, ein Probeninterferogramm (27) des Probenpfades (14) nach der Wechselwirkung mit der Probe (7) und ein Referenzinterferogramm (28) des Referenzpfades (15) zu erzeugen, und einen Detektor (11) aufweist, der eingerichtet ist, das Probeninterferogramm (27) und das Referenzinterferogramm (28) gleichzeitig aufzunehmen, wobei das statische Fourier-Transformations-Spektrometer (1) eingerichtet ist, mittels jeweils einer Fourier-Transformation aus dem Probeninterferogramm (27) ein Probenspektrum (20) und aus dem Referenzinterferogramm (28) ein Referenzspektrum (21) zu ermitteln sowie das Probenspektrum (20) mit dem Referenzspektrum (21) zu korrigieren.

Figure DE102018000307B4_0000
Static Fourier transformation spectrometer with a radiation source (4), which is set up to emit infrared radiation during operation of the static Fourier transformation spectrometer (1), which during operation along an optical path (5) of the static Fourier transformation Spreads spectrometer (1), which has a sample path (14) and a reference path (15), a sample (7), which is only arranged in the sample path (14) and thus interacts with the infrared radiation of the sample path (14) during operation and an interferometer section (3), which is set up to generate a sample interferogram (27) of the sample path (14) after the interaction with the sample (7) and a reference interferogram (28) of the reference path (15), and a detector ( 11), which is set up to record the sample interferogram (27) and the reference interferogram (28) at the same time, the static Fourier transformation spectrometer (1) ei It is directed to determine a sample spectrum (20) from the sample interferogram (27) and a reference spectrum (21) from the reference interferogram (28) by means of a Fourier transformation and to correct the sample spectrum (20) with the reference spectrum (21).
Figure DE102018000307B4_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein statisches Fourier-Transformations-Spektrometer und ein Verfahren zum Betreiben des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers.The invention relates to a static Fourier transformation spectrometer and a method for operating the static Fourier transformation spectrometer.

Bei einem Fourier-Transformations-Spektrometer wird eine Probe mit Infrarotstrahlung bestrahlt. Nach dem Durchgang der Infrarotstrahlung durch die Probe wird die Infrarotstrahlung in zwei Teilstrahlen aufgeteilt und die zwei Teilstrahlen werden wieder zusammengeführt, so dass die Infrarotstrahlung ein Interferogramm bildet. Herkömmlich weist das Fourier-Transformations-Spektrometer ein Michelson Interferometer auf, in dem ein Spiegel bewegt wird und somit eine Variation der optischen Weglänge einer der zwei Teilstrahlen erzeugt wird.In a Fourier transform spectrometer, a sample is irradiated with infrared radiation. After the infrared radiation has passed through the sample, the infrared radiation is divided into two partial beams and the two partial beams are brought together again, so that the infrared radiation forms an interferogram. The Fourier transformation spectrometer conventionally has a Michelson interferometer, in which a mirror is moved and a variation of the optical path length of one of the two partial beams is thus generated.

Neben den Fourier-Transformations-Spektrometern mit dem Michelson Interferometer gibt es ein sogenanntes statisches Fourier-Transformations-Spektrometer, das ohne bewegliche Spiegel ausgeführt ist. Bei dem statischen Fourier-Transformations-Spektrometer werden die beiden Teilstrahlen derart auf einem Detektor zusammengeführt, dass entlang einer Dimension des Detektors eine Variation der Differenz der optischen Weglänge der beiden Teilstrahlen erfolgt. Ein solches statisches Fourier-Transformation-Spektrometer ist beispielsweise in WO 2016/180551 A1 beschrieben. Mit dem statischen Fourier-Transformations-Spektrometer können Spektren in einer kürzeren Zeit als mit dem Fourier-Transformations-Spektrometer mit dem Michelson Interferometer aufgenommen werden, jedoch sind die Spektren bei dem statischen Fourier-Transformations-Spektrometer weniger genau.In addition to the Fourier transform spectrometers with the Michelson interferometer, there is a so-called static Fourier transform spectrometer, which is designed without a movable mirror. In the static Fourier transformation spectrometer, the two partial beams are combined on a detector in such a way that the difference in the optical path length of the two partial beams is varied along one dimension of the detector. Such a static Fourier transform spectrometer is, for example, in WO 2016/180551 A1 described. With the static Fourier transform spectrometer, spectra can be recorded in a shorter time than with the Fourier transform spectrometer with the Michelson interferometer, but the spectra with the static Fourier transform spectrometer are less accurate.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein statisches Fourier-Transformations-Spektrometer und ein Verfahren zum Betreiben des statischen Fourier-Transformations-Spektrometer zu schaffen, mit denen Spektren mit einer hohen Genauigkeit messbar sind.The object of the invention is therefore to create a static Fourier transformation spectrometer and a method for operating the static Fourier transformation spectrometer, with which spectra can be measured with a high degree of accuracy.

Das erfindungsgemäße statische Fourier-Transformations-Spektrometer weist eine Strahlungsquelle, die eingerichtet ist, in einem Betrieb des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers Infrarotstrahlung zu emittieren, die sich im Betrieb entlang eines Strahlengangs des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers ausbreitet, der einen Probenpfad und einen Referenzpfad aufweist, eine Probe, die lediglich in dem Probenpfad angeordnet ist und somit im Betrieb eine Wechselwirkung mit der Infrarotstrahlung des Probenpfades eingeht, und einen Interferometerabschnitt auf, der eingerichtet ist, ein Probeninterferogramm des Probenpfades nach der Wechselwirkung mit der Probe und ein Referenzinterferogramm des Referenzpfades zu erzeugen, und einen Detektor aufweist, der eingerichtet ist, das Probeninterferogramm und das Referenzinterferogramm gleichzeitig aufzunehmen, wobei das statische Fourier-Transformations-Spektrometer eingerichtet ist, mittels jeweils einer Fourier-Transformation aus dem Probeninterferogramm ein Probenspektrum und aus dem Referenzinterferogramm ein Referenzspektrum zu ermitteln sowie das Probenspektrum mit dem Referenzspektrum zu korrigieren.The static Fourier transformation spectrometer according to the invention has a radiation source which is set up to emit infrared radiation in an operation of the static Fourier transformation spectrometer, which in operation propagates along a beam path of the static Fourier transformation spectrometer which has a sample path and has a reference path, a sample which is only arranged in the sample path and thus enters into an interaction with the infrared radiation of the sample path during operation, and an interferometer section which is set up, a sample interferogram of the sample path after the interaction with the sample and a reference interferogram of the Generate reference path, and has a detector which is set up to record the sample interferogram and the reference interferogram simultaneously, the static Fourier transformation spectrometer being set up by means of a Fourier transformation determine a sample spectrum from the sample interferogram and a reference spectrum from the reference interferogram, and correct the sample spectrum with the reference spectrum.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers weist die Schritte auf: a2) Einbringen einer Probe lediglich in den Probenpfad; b) Ausbreiten von Infrarotstrahlung entlang des Strahlengangs, so dass die Probe eine Wechselwirkung mit der Infrarotstrahlung des Probenpfades eingeht; c) Erzeugen eines Probeninterferogramms des Probenpfades nach der Wechselwirkung mit der Probe und eines Referenzinterferogramms des Referenzpfades sowie gleichzeitiges Aufnehmen des Probeninterferogramms und des Referenzinterferogramms; d) Ermitteln eines Probenspektrums aus dem Probeninterferogramm und eines Referenzspektrums aus dem Referenzinterferogramm mittels jeweils einer Fourier-Transformation; e) Korrigieren des Probenspektrums mit dem Referenzspektrum.The method according to the invention for operating the static Fourier transformation spectrometer has the steps: a2) introducing a sample only into the sample path; b) spreading infrared radiation along the beam path so that the sample interacts with the infrared radiation of the sample path; c) generating a sample interferogram of the sample path after the interaction with the sample and a reference interferogram of the reference path and simultaneous recording of the sample interferogram and the reference interferogram; d) determining a sample spectrum from the sample interferogram and a reference spectrum from the reference interferogram by means of a Fourier transformation in each case; e) Correcting the sample spectrum with the reference spectrum.

Überraschenderweise wurde gefunden, dass mit dem erfindungsgemäßen statischen Fourier-Transformations-Spektrometer und dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben des statischen Fourier-Transformations-Spektrometer die korrigierten Probenspektren mit einer hohen Genauigkeit messbar sind. Dabei wurde eine so hohe Genauigkeit erreicht, die fast so hoch wie einem herkömmlichen Fourier-Transformations-Spektrometer mit einem Michelson Interferometer ist.Surprisingly, it was found that the corrected sample spectra can be measured with a high degree of accuracy using the static Fourier transformation spectrometer according to the invention and the method according to the invention for operating the static Fourier transformation spectrometer. The accuracy achieved was almost as high as that of a conventional Fourier transform spectrometer with a Michelson interferometer.

Bei der Wechselwirkung der Probe mit der Infrarotstrahlung kann es sich beispielsweise um eine Transmission, eine Reflexion, eine Streuung, eine Remission oder um eine abgeschwächte Totalreflexion (englisch: attenuated total reflexion, ATR) handeln.The interaction of the sample with the infrared radiation can be, for example, transmission, reflection, scattering, remission or attenuated total reflection (English: attenuated total reflection, ATR).

Es ist bevorzugt, dass der Detektor eine Probenfläche, die eingerichtet ist, das Probeninterferogramm aufzunehmen, und eine Referenzfläche aufweist, die eingerichtet ist, das Referenzinterferogramm aufzunehmen, wobei die Probenfläche dreimal bis zehnmal so groß wie die Referenzfläche ist. Es wurde überraschenderweise gefunden, dass mit diesem Flächenverhältnis das Signal zu Rausch Verhältnis besonders hoch ist, wodurch die korrigierten Probenspektren eine besonders hohe Genauigkeit haben.It is preferred that the detector has a sample area that is set up to record the sample interferogram and a reference area that is set up to record the reference interferogram, the sample area being three to ten times as large as the reference area. It was surprisingly found that the signal to noise ratio is particularly high with this area ratio, as a result of which the corrected sample spectra have a particularly high accuracy.

Der Probenpfad und der Referenzpfad sind bevorzugt im Bereich der Probe räumlich getrennt voneinander angeordnet. Dadurch lässt sich die Probe vorteilhaft derart in dem Probenpfad anordnen, dass kein Ende der Probe in dem Strahlengang angeordnet ist, was nachteilig zu der Bildung von Interferenzen führen würde. Die Interferenzen würden die Genauigkeit der korrigierten Probenspektren vermindern. The sample path and the reference path are preferably arranged spatially separated from one another in the region of the sample. As a result, the sample can advantageously be arranged in the sample path such that no end of the sample is arranged in the beam path, which would disadvantageously lead to the formation of interference. The interference would reduce the accuracy of the corrected spectra.

Alternativ ist bevorzugt, dass der gesamte Strahlengang von der Strahlungsquelle bis einschließlich der Probe ungetrennt angeordnet ist. Hierbei handelt es sich um einen vorteilhaft einfachen Aufbau des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers, der sich auch besonders einfach justieren lässt.Alternatively, it is preferred that the entire beam path from the radiation source up to and including the sample is arranged in a non-separated manner. This is an advantageously simple structure of the static Fourier transformation spectrometer, which can also be adjusted particularly easily.

Es ist bevorzugt, dass das statische Fourier-Transformations-Spektrometer einen ATR-Kristall aufweist, der in dem Probenpfad angeordnet ist, wobei die Probe die Oberfläche des ATR-Kristalls kontaktiert, so dass sich im Betrieb die Infrarotstrahlung unter Totalreflektion an der Grenzfläche zwischen dem ATR-Kristall und der Probe ausbreitet. Weil die bei der Totalreflektion entstehenden evaneszenten Wellen nur eine geringe Eindringtiefe in die Probe haben, erzeugt Wasser nur eine geringe Absorption. Dadurch eignet sich der ATR-Kristall besonders für wässrige Proben, so dass die wässrigen Proben mit einer besonders hohen Genauigkeit messbar sind.It is preferred that the static Fourier transformation spectrometer has an ATR crystal which is arranged in the sample path, the sample contacting the surface of the ATR crystal, so that in operation the infrared radiation is reflected at the interface between the and total reflection ATR crystal and the sample spreads. Because the evanescent waves generated by the total reflection have only a small depth of penetration into the sample, water produces only a low absorption. This makes the ATR crystal particularly suitable for aqueous samples, so that the aqueous samples can be measured with a particularly high level of accuracy.

Die optischen Pfadlängen des Probenpfades und des Referenzpfades sind bevorzugt gleich lang. Dadurch ist die Genauigkeit der korrigierten Probenspektren besonders hoch. Es ist bevorzugt, dass der Strahlengang mehrere der Probenpfade aufweist, in denen verschiedene Proben angeordnet sind. Dadurch können vorteilhaft mehrere der Proben gleichzeitig vermessen werden. Der Detektor weist bevorzugt eine zweidimensionale Matrix an infrarotsensitiven Elementen auf. Hier können die Größen der Probenfläche und der Referenzfläche über die Anzahl der infrarotsensitiven Elemente gewählt werden, denn die Anzahl der infrarotsensitiven Elemente ist proportional zu der Größe der jeweiligen Fläche. Alternativ weist der Detektor bevorzugt einen Zeilendetektor für den Referenzpfad und jeweils einen Zeilendetektor für jeden der Probenpfade auf.The optical path lengths of the sample path and the reference path are preferably of the same length. As a result, the accuracy of the corrected spectra is particularly high. It is preferred that the beam path has several of the sample paths in which different samples are arranged. As a result, several of the samples can advantageously be measured simultaneously. The detector preferably has a two-dimensional matrix of infrared-sensitive elements. The size of the sample area and the reference area can be selected here via the number of infrared-sensitive elements, because the number of infrared-sensitive elements is proportional to the size of the respective area. Alternatively, the detector preferably has a line detector for the reference path and a line detector for each of the sample paths.

Bevorzugt weist das Verfahren den Schritt auf: a0) Wählen einer Probenfläche eines Detektors, die eingerichtet ist, das Probeninterferogramm aufzunehmen, dreimal bis zehnmal so groß wie eine Referenzfläche des Detektors, die eingerichtet ist, das Referenzinterferogramm aufzunehmen. In dem Fall, dass der Detektor die zweidimensionale Matrix an den infrarotsensitiven Elementen aufweist, können die Größe der Probenfläche und die Größe der Referenzfläche entsprechend der Anzahl der infrarotsensitiven Elemente gewählt werden.The method preferably has the step: a0) selecting a sample area of a detector which is set up to record the sample interferogram is three to ten times larger than a reference area of the detector which is set up to record the reference interferogram. In the event that the detector has the two-dimensional matrix on the infrared-sensitive elements, the size of the sample area and the size of the reference area can be selected in accordance with the number of infrared-sensitive elements.

Es ist bevorzugt, dass das Verfahren die Schritte aufweist: f) Durchführen der Schritte b) bis d) ohne dass die Probe in dem Probenpfad angeordnet ist; g) Berechnen mindestens eines Korrekturfaktors, um das in Schritt f) ermittelte Probenspektrum und das in Schritt f) ermittelte Referenzspektrum derart aufeinander zu skalieren, dass ein Unterschied zwischen der Intensität des Probenspektrums und der Intensität des Referenzspektrums minimiert wird; und wobei in Schritt e) der Korrekturfaktor herangezogen wird. Mit dem Korrekturfaktor kann vorteilhaft ein ungleichmäßiges Ausleuchten des Detektors durch die Strahlungsquelle korrigiert werden, was zu einer gesteigerten Genauigkeit für die korrigierten Probenspektren führt.It is preferred that the method has the steps: f) performing steps b) to d) without the sample being arranged in the sample path; g) calculating at least one correction factor in order to scale the sample spectrum determined in step f) and the reference spectrum determined in step f) such that a difference between the intensity of the sample spectrum and the intensity of the reference spectrum is minimized; and wherein in step e) the correction factor is used. With the correction factor, an uneven illumination of the detector by the radiation source can advantageously be corrected, which leads to an increased accuracy for the corrected sample spectra.

Bevorzugt weist das Verfahren die Schritte auf: a1) Anordnen eines ATR-Kristalls in dem Probenpfad und Durchführen der Schritte b) bis e) ohne dass die Probe die Oberfläche des ATR-Kristalls kontaktiert; h) Wiederholen des Schritts a1) und Vergleichen der in den Schritten a1) und h) korrigierten Probenspektren. Dadurch lässt sich vorteilhaft eine Alterung des ATR-Kristalls oder eine Materialablagerung auf dem ATR-Kristall erkennen.The method preferably has the steps: a1) arranging an ATR crystal in the sample path and performing steps b) to e) without the sample contacting the surface of the ATR crystal; h) repeating step a1) and comparing the sample spectra corrected in steps a1) and h). This advantageously shows aging of the ATR crystal or material deposition on the ATR crystal.

Es ist bevorzugt, dass das Verfahren den Schritt aufweist: a0) Anordnen einer Referenzprobe in dem Referenzpfad. Dadurch können Unterschiede der Probe im Vergleich zu der Referenzprobe mit einer besonders hohen Genauigkeit gemessen werden. Wird beispielsweise eine besonders reine Referenzprobe in dem Referenzpfad angeordnet, können Verunreinigungen der Probe besonders genau und zudem schnell erkannt werden.It is preferred that the method has the step: a0) arranging a reference sample in the reference path. In this way, differences between the sample and the reference sample can be measured with particularly high accuracy. If, for example, a particularly pure reference sample is arranged in the reference path, contamination of the sample can be detected particularly precisely and moreover quickly.

Im Folgenden wird anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen die Erfindung näher erläutert.

  • 1 zeigt eine erste Ausführungsform des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers in einer ersten Draufsicht.
  • 2 zeigt die erste Ausführungsform in einer zweiten Draufsicht.
  • 3 zeigt eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers.
  • 4 zeigt eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers.
  • 5 zeigt eine Draufsicht auf eine vierte Ausführungsform des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers.
  • 6 zeigt von einem Detektor des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers aufgenommene Messdaten.
  • 7 bis 10 zeigen von dem statischen Fourier-Transformations-Spektrometer ermittelte Spektren sowie deren Korrekturen.
  • 11 zeigt einen Versuch, bei dem die Probenfläche und die Referenzfläche des Detektors variiert wurden.
The invention is explained in more detail below with the aid of the attached schematic drawings.
  • 1 shows a first embodiment of the static Fourier transform spectrometer in a first plan view.
  • 2 shows the first embodiment in a second plan view.
  • 3 shows a top view of a second embodiment of the static Fourier transform spectrometer.
  • 4 shows a top view of a third embodiment of the static Fourier transform spectrometer.
  • 5 shows a top view of a fourth embodiment of the static Fourier transform spectrometer.
  • 6 shows measurement data recorded by a detector of the static Fourier transformation spectrometer.
  • 7 to 10 show spectra determined by the static Fourier transformation spectrometer and their corrections.
  • 11 shows an experiment in which the sample area and the reference area of the detector were varied.

Wie es aus 1 bis 5 ersichtlich ist, weist ein statisches Fourier-Transformations-Spektrometer 1 eine Strahlungsquelle 4 auf, die eingerichtet ist, in einem Betrieb des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers 1 Infrarotstrahlung zu emittieren. Das statische Fourier-Transformations-Spektrometer 1 weist in Ausbreitungsrichtung der Infrarotstrahlung nach der Strahlungsquelle 4 einen Probenabschnitt 2 und nach dem Probenabschnitt einen Interferometerabschnitt 3 auf. Die Infrarotstrahlung kann beispielsweise eine Wellenlänge von 2 µm bis 20 µm haben. Die Strahlungsquelle 4 kann eingerichtet sein, die Infrarotstrahlung in einem Dauerstrichbetrieb zu emittieren. Alternativ kann die Strahlungsquelle 4 eingerichtet sein, die Infrarotstrahlung gepulst und mit einem Duty-cycle von mehr als 50 % zu emittieren. Die Infrarotstrahlung breitet sich im Betrieb entlang eines Strahlengangs 5 des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers 1 aus. Der Strahlengang 5 weist einen Probenpfad 14 und einen Referenzpfad 15 auf. Das statische Fourier-Transformations-Spektrometer 1 weist eine Sammeloptik 6 auf, die im Strahlengang 5 angeordnet ist, die aus der Strahlungsquelle 4 austretende Infrarotstrahlung zu parallelisieren.Like it out 1 to 5 can be seen, has a static Fourier transform spectrometer 1 a radiation source 4 which is set up in an operation of the static Fourier transformation spectrometer 1 To emit infrared radiation. The static Fourier transform spectrometer 1 points in the direction of propagation of the infrared radiation towards the radiation source 4 a sample section 2 and after the sample section, an interferometer section 3 on. The infrared radiation can have a wavelength of 2 µm to 20 µm, for example. The radiation source 4 can be set up to emit the infrared radiation in a continuous wave mode. Alternatively, the radiation source 4 be set up to emit the infrared radiation and emit it with a duty cycle of more than 50%. The infrared radiation spreads along a beam path during operation 5 of the static Fourier transform spectrometer 1 out. The ray path 5 has a sample path 14 and a reference path 15 on. The static Fourier transform spectrometer 1 has a collection optics 6 on that in the beam path 5 is arranged, which comes from the radiation source 4 parallelize emerging infrared radiation.

Das statische Fourier-Transformations-Spektrometer 1 weist eine Probe 7 auf, die in dem Probenabschnitt 2 und dort lediglich in dem Probenpfad 14 angeordnet ist und somit im Betrieb eine Wechselwirkung mit der Infrarotstrahlung des Probenpfades 14 eingeht. Der Interferometerabschnitt 3 ist eingerichtet ein Probeninterferogramm 27 des Probenpfades 14 nach der Wechselwirkung mit der Probe 7 und ein Referenzinterferogramm 28 des Referenzpfades 15 zu erzeugen. Der Interferometerabschnitt 3 weist einen Detektor 11 auf, der eingerichtet ist, das Probeninterferogramm 27 und das Referenzinterferogramm 28 gleichzeitig aufzunehmen. Das statische Fourier-Transformations-Spektrometer ist eingerichtet, mittels jeweils einer Fourier-Transformation aus dem Probeninterferogramm 27 ein Probenspektrum 20 und aus dem Referenzinterferogramm 28 ein Referenzspektrum 21 zu ermitteln sowie das Probenspektrum 20 mit dem Referenzspektrum 21 zu korrigieren, so dass ein mit dem Referenzspektrum 21 korrigiertes Probenspektrum 22 entsteht.The static Fourier transform spectrometer 1 assigns a sample 7 on that in the sample section 2 and only there in the sample path 14 is arranged and thus an interaction with the infrared radiation of the sample path during operation 14 received. The interferometer section 3 a sample interferogram is set up 27 of the sample path 14 after interacting with the sample 7 and a reference interferogram 28 of the reference path 15 to create. The interferometer section 3 has a detector 11 that is set up, the sample interferogram 27 and the reference interferogram 28 to record at the same time. The static Fourier transformation spectrometer is set up by means of a Fourier transformation from the sample interferogram 27 a spectrum of samples 20 and from the reference interferogram 28 a reference spectrum 21 to determine as well as the sample spectrum 20 with the reference spectrum 21 to correct so that one with the reference spectrum 21 corrected sample spectrum 22 arises.

Insbesondere 1 und 2 veranschaulichen die Funktionsweise des Interferometerabschnitts 3. 1 zeigt eine Draufsicht auf das statische Fourier-Transformations-Spektrometer 1, bei der der Probenpfad 14 und der Referenzpfad 15 nebeneinander angeordnet sind. 2 zeigt eine Draufsicht auf das statische Fourier-Transformations-Spektrometer 1, bei der die Anordnung aus 1 um 90° um die optische Achse des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers 1 gedreht ist. Dies ist in 1 durch einen mit x bezeichneten Pfeil, der eine x-Richtung bezeichnet, und in 2 durch einen mit y bezeichneten Pfeil, der eine y-Richtung bezeichnet, dargestellt. Die x-Richtung und die y-Richtung schließen dabei einen Winkel von 90° ein. Der Interferometerabschnitt 3 weist eine Spaltebene 8, in der ein Spalt angeordnet sein kann und via den die Infrarotstrahlung im Betrieb in den Interferometerabschnitt 3 eintritt. Der Spalt hat in der x-Richtung eine Spalthöhe und in der y-Richtung eine Spaltbreite. Die Spalthöhe kann derart gewählt werden, dass der Detektor 11 in der x-Richtung vollständig von der Infrarotstrahlung ausgeleuchtet wird. Der Spalt kann derart beschaffen sein, dass die Spaltbreite variabel einstellbar ist. Dadurch kann die spektrale Auflösung verändert werden.In particular 1 and 2 illustrate the operation of the interferometer section 3 , 1 shows a top view of the static Fourier transform spectrometer 1 where the sample path 14 and the reference path 15 are arranged side by side. 2 shows a top view of the static Fourier transform spectrometer 1 , in which the arrangement 1 90 ° around the optical axis of the static Fourier transform spectrometer 1 is rotated. This is in 1 by an arrow marked x, the one x Direction, and in 2 represented by an arrow labeled y, which denotes a y direction. The x Direction and the y Direction include an angle of 90 °. The interferometer section 3 has a split plane 8th , in which a gap can be arranged and via which the infrared radiation during operation into the interferometer section 3 entry. The gap has in the x Direction a gap height and in the y Direction a gap width. The gap height can be chosen so that the detector 11 in the x Direction is fully illuminated by the infrared radiation. The gap can be such that the gap width is variably adjustable. This allows the spectral resolution to be changed.

Zudem weist der Interferometerabschnitt 3 eine erste Linse 9 und eine zweite Linse 10 auf, die in dem Strahlengang 5 angeordnet sind, die Spaltebene 8 auf den Detektor 11 abzubilden. Weiterhin weist der Interferometerabschnitt 3 einen Strahlteiler 12 und einen Spiegel 13 auf, die in dem Strahlengang 5 zwischen der ersten Linse 9 und der zweiten Linse 10 angeordnet sind. 2 zeigt, im Betrieb ein Teil der Infrarotstrahlung den Strahlteiler 13 passiert und dann via die zweite Linse 10 auf den Detektor 11 gelangt. Ein anderer Teil der Infrarotstrahlung wird von dem Strahlteiler 12 und anschließend von dem Spiegel 13 reflektiert und gelangt dann via die zweite Linse 10 auf den Detektor 11. Der eine Teil und der andere Teil der Infrarotstrahlung bilden zusammen auf dem Detektor das Probeninterferogramm 27 und das Referenzinterferogramm 28, die in der x-Richtung nebeneinander angeordnet sind. Der eine Teil und der andere Teil der Infrarotstrahlung haben dadurch, dass sie einen unterschiedlichen Weg in dem Interferometerabschnitt durchlaufen haben, eine optische Weglängendifferenz (die auch Null sein kann) durchlaufen, wenn sie auf dem Detektor 11 angekommen sind. Diese optische Weglängendifferenz erfährt in der y-Richtung eine Variation 16 und diese Variation 16 führt dazu, dass mittels der Fourier-Transformationen das Probenspektrum 20 und das Referenzspektrum 21 ermittelbar sind. Dies und weitere Details zu dem Interferometerabschnitt 3 sind in WO 2016/180551 A1 beschrieben.In addition, the interferometer section points 3 a first lens 9 and a second lens 10 on that in the beam path 5 are arranged, the split level 8th on the detector 11 map. Furthermore, the interferometer section 3 a beam splitter 12 and a mirror 13 on that in the beam path 5 between the first lens 9 and the second lens 10 are arranged. 2 shows, in operation, part of the infrared radiation the beam splitter 13 happens and then via the second lens 10 on the detector 11 arrives. Another part of the infrared radiation is from the beam splitter 12 and then from the mirror 13 reflects and then passes through the second lens 10 on the detector 11 , One part and the other part of the infrared radiation together form the sample interferogram on the detector 27 and the reference interferogram 28 that in the x Direction are arranged side by side. One part and the other part of the infrared radiation, because they have traveled a different path in the interferometer section, have an optical path length difference (which can also be zero) when they are on the detector 11 arrived. This optical path length difference is experienced in the y -Direction a variation 16 and this variation 16 leads to the sample spectrum using the Fourier transformations 20 and the reference spectrum 21 can be determined. This and other details about the interferometer section 3 are in WO 2016/180551 A1 described.

1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers 1, bei der der gesamte Strahlengang 5 von der Strahlungsquelle 4 bis einschließlich der Probe 7 ungetrennt angeordnet ist, was bedeutet, dass der Probenpfad 14 und der Referenzpfad 15 unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind. Darüber hinaus ist auch der gesamte Strahlengang von der Probe 7 bis zu dem Detektor 11 ungetrennt angeordnet. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers 1, bei der Probenpfad 14 und der Referenzpfad 15 im Bereich der Probe 7 räumlich getrennt voneinander angeordnet sind, was bedeutet, dass hier ein Zwischenraum zwischen dem Probenpfad 14 und dem Referenzpfad 15 angeordnet ist. Hier kann vorteilhaft der vollständige Probenpfad 14 durch die Probe 7 hindurchgeleitet werden, ohne dass eine Beugung der Infrarotstrahlung des Probenpfades 14 an einem Ende der Probe 7 stattfindet. Bei der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform ist die Transmission der Probe 7 messbar. Bei der Probe 7 kann es sich beispielsweise um eine flüssige Probe handeln, die in einer Küvette angeordnet ist. Ebenso ist denkbar, dass es sich bei der Probe 7 um eine feste Probe handelt. 1 and 2 show a first embodiment of the static Fourier transform spectrometer 1 , in which the entire beam path 5 from the radiation source 4 up to and including the sample 7 is arranged separately, which means that the sample path 14 and the reference path 15 are arranged immediately adjacent to each other. In addition, the entire beam path is from the sample 7 up to the detector 11 arranged separately. 3 shows a second embodiment of the static Fourier transform spectrometer 1 , at the sample path 14 and the reference path 15 in the area of the sample 7 are spatially separated from each other, which means that here there is a space between the sample path 14 and the reference path 15 is arranged. The full sample path can be advantageous here 14 through the sample 7 can be passed through without diffraction of the infrared radiation of the sample path 14 at one end of the sample 7 takes place. In the first embodiment and the second embodiment, the transmission of the sample 7 measurable. At the rehearsal 7 For example, it can be a liquid sample that is arranged in a cuvette. It is also conceivable that the sample 7 is a solid sample.

4 zeigt eine dritte Ausführungsform des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers 1, bei der das statische Fourier-Transformations-Spektrometer eine Gasmesszelle 17 aufweist. Die Probe 7 ist gasförmig und innerhalb der Gasmesszelle 17 angeordnet und der Probenpfad 14 verläuft innerhalb der Gasmesszelle 17. Die Gasmesszelle 17 kann, wie in 4 dargestellt, einen ersten gekrümmten Spiegel 18a und einen zweiten gekrümmten Spiegel 18b aufweisen, die derart angeordnet sind, dass die Infrarotstrahlung mehrfach innerhalb der Gasmesszelle 17 reflektiert wird. Denkbar ist zudem, dass das statische Fourier-Transformations-Spektrometer 1 eine weitere Gasmesszelle aufweist, die baugleich mit der Gasmesszelle 17 ist und durch die der Referenzpfad 15 verläuft. 4 shows a third embodiment of the static Fourier transform spectrometer 1 where the static Fourier transform spectrometer is a gas measuring cell 17 having. The sample 7 is gaseous and inside the gas measuring cell 17 arranged and the sample path 14 runs inside the gas measuring cell 17 , The gas measuring cell 17 can, as in 4 shown a first curved mirror 18a and a second curved mirror 18b have, which are arranged such that the infrared radiation multiple times within the gas measuring cell 17 is reflected. It is also conceivable that the static Fourier transformation spectrometer 1 has a further gas measuring cell which is structurally identical to the gas measuring cell 17 is and through which the reference path 15 runs.

5 zeigt eine vierte Ausführungsform des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers 1, bei der das statische Fourier-Transformations-Spektrometer 1 einen ATR-Kristall 19 aufweist, der in dem Probenpfad 14 angeordnet ist, wobei die Probe 7 die Oberfläche des ATR-Kristalls 19 kontaktiert, so dass sich im Betrieb die Infrarotstrahlung unter Totalreflektion an der Grenzfläche zwischen dem ATR-Kristall 19 und der Probe 7 ausbreitet. Es ist denkbar, dass das statische Fourier-Transformations-Spektrometer 1 einen weiteren ATR-Kristall aufweist, der baugleich mit dem ATR-Kristall 19 ist und der in dem Referenzpfad 15 angeordnet ist. 5 shows a fourth embodiment of the static Fourier transform spectrometer 1 , where the static Fourier transform spectrometer 1 an ATR crystal 19 having in the sample path 14 is arranged, the sample 7 the surface of the ATR crystal 19 contacted, so that during operation the infrared radiation under total reflection at the interface between the ATR crystal 19 and the sample 7 spreads. It is conceivable that the static Fourier transform spectrometer 1 has another ATR crystal that is structurally identical to the ATR crystal 19 and that is in the reference path 15 is arranged.

Der Detektor 11 kann eine zweidimensionale Matrix an infrarotsensitiven Elementen aufweisen. Alternativ kann der Detektor 11 kann einen Zeilendetektor für den Referenzpfad 15 und einen Zeilendetektor für den Probenpfad 14 aufweisen. In dem Fall, dass das statische Fourier-Transformations-Spektrometer 1 eine Mehrzahl der Probenpfade 14 aufweist, in denen verschiedene Proben 7 angeordnet sind, weist das statische Fourier-Transformations-Spektrometer 1 einen jeweiligen Zeilendetektor für jeden Probenpfade 14 auf.The detector 11 can have a two-dimensional matrix of infrared-sensitive elements. Alternatively, the detector 11 can use a line detector for the reference path 15 and a line detector for the sample path 14 exhibit. In the event that the static Fourier transform spectrometer 1 a plurality of the sample paths 14 in which different samples 7 are arranged, the static Fourier transform spectrometer 1 a respective line detector for each sample path 14 on.

6 zeigt eine Messung der Intensität der Infrarotstrahlung, wobei die Messung mit dem Detektor 11 mit der zweidimensionalen Matrix an den infrarotsensitiven Elementen aufgenommen wurde. Dazu wurde in einem Schritt a2) die Probe 7 lediglich in den Probenpfad 14 eingebracht. Als die Probe 7 wurde eine Kunststofffolie eingesetzt. In einem Schritt b) wird die Infrarotstrahlung entlang des Strahlengangs 5 ausgebreitet, so dass die Probe 7 eine Wechselwirkung mit der Infrarotstrahlung des Probenpfades 14 eingeht. In einem Schritt c) wird das Probeninterferogramm 27 des Probenpfades 14 nach der Wechselwirkung mit der Probe 7 und das Referenzinterferogramm 28 des Referenzpfades 15 erzeugt sowie das Probeninterferogramm 27 und das Referenzinterferogramm 28 gleichzeitig aufgenommen. Dazu weist der Detektor 11, wie es aus 6 ersichtlich ist, eine Probenfläche 29, die eingerichtet ist, das Probeninterferogramm 27 aufzunehmen, und eine Referenzfläche 30 auf, die eingerichtet ist, das Referenzinterferogramm 28 aufzunehmen. Der Detektor 11 kann zudem eine Zwischenfläche 31 aufweisen, die zwischen der Probenfläche 29 und der Referenzfläche 30 angeordnet ist und auf der kein verwertbares Interferogramm entsteht. Dies kann beispielsweise auf eine ungenügend genaue Justierung der Probe 7 in dem Strahlengang 5 zurückzuführen sein. Denkbar ist auch, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass die Strahlungsquelle 4 eine nicht punktförmige Erstreckung hat. 6 shows a measurement of the intensity of infrared radiation, the measurement with the detector 11 was recorded with the two-dimensional matrix on the infrared-sensitive elements. For this purpose, the sample was in step a2) 7 only in the sample path 14 brought in. As the sample 7 a plastic film was used. In step b) the infrared radiation is along the beam path 5 spread out so that the sample 7 an interaction with the infrared radiation of the sample path 14 received. In step c) the sample interferogram is 27 of the sample path 14 after interacting with the sample 7 and the reference interferogram 28 of the reference path 15 generated as well as the sample interferogram 27 and the reference interferogram 28 recorded at the same time. The detector points to this 11 how it out 6 one can see a sample area 29 that is set up, the sample interferogram 27 record, and a reference surface 30 that is set up, the reference interferogram 28 take. The detector 11 can also be an interface 31 have between the sample surface 29 and the reference surface 30 is arranged and on which no usable interferogram is produced. This may be due to an insufficiently precise adjustment of the sample, for example 7 in the beam path 5 to be attributed. It is also conceivable that this is due to the fact that the radiation source 4 has a non-punctiform extension.

Wie es aus 6 ersichtlich ist, weist der Detektor 11 eine Mehrzahl an Zeilen, die in der x-Richtung nebeneinander angeordnet sind, und eine Mehrzahl an Spalten auf, die in der y-Richtung nebeneinander angeordnet sind. Zum Erzeugen des Probeninterferogramms 27 werden in Schritt c) alle von der Probenfläche 29 gemessenen Intensitäten spaltenweise gemittelt, so dass ein Vektor IProbe(Spalte) entsteht. Zum Erzeugen des Referenzinterferogramms 28 können alle von der Referenzfläche 30 gemessenen Intensitäten spaltenweise gemittelt werden, so dass ein Vektor IRef(Spalte) entsteht. Anschließend können unter Heranziehen der Variation 16 der optischen Weglängendifferenz und der Lichtgeschwindigkeit der Vektor IProbe(Spalte) in einen Vektor IProbe(t) und der Vektor IRef(Spalte) in einen Vektor IRef(t) umgerechnet werden, wobei t die Zeit ist. Die Variation 16 der optischen Weglängendifferenz kann beispielsweise bestimmt werden, in dem eine Standardprobe mit einem bekannten Spektrum in den Probenpfad 14 eingefügt und vermessen wird.Like it out 6 can be seen, the detector 11 a plurality of lines in the x Direction are arranged side by side, and a plurality of columns in the y Direction are arranged side by side. To generate the sample interferogram 27 in step c) all of the sample area 29 measured intensities averaged in columns, so that a vector I sample (column) is formed. To generate the reference interferogram 28 can all from the reference surface 30 measured intensities are column-averaged so that a vector I Ref (column) is formed. You can then use the variation 16 the optical path length difference and the speed of light of the vector I sample (column) into a vector I sample (t) and the vector I ref (column) into a vector I ref (t), where t is the time. The variation 16 The optical path length difference can be determined, for example, by using a standard sample with a known spectrum in the sample path 14 is inserted and measured.

In einem Schritt d) werden das Probenspektrums 20 aus dem Probeninterferogramm 27 und das Referenzspektrums 21 aus dem Referenzinterferogramm 28 mittels jeweils einer Fourier-Transformation ermittelt. In dem Schritt d) kann das Probenspektrum 20 aus dem Vektor IProbe(t) mittels der Fourier-Transformation und das Referenzspektrum 21 kann aus dem Vektor IRef(t) mittels der Fourier-Transformation ermittelt werden. 7 zeigt das Probenspektrum 20 und das Referenzspektrum 21 in einer Auftragung, bei der über die Abszisse die Frequenz in cm-1 und über die Ordinate die Intensität in willkürlichen Einheiten aufgetragen ist. In a step d) the sample spectrum 20 from the sample interferogram 27 and the reference spectrum 21 from the reference interferogram 28 determined by means of a Fourier transformation. In step d) the sample spectrum can 20 from the vector I sample (t) using the Fourier transform and the reference spectrum 21 can be determined from the vector I Ref (t) by means of the Fourier transformation. 7 shows the sample spectrum 20 and the reference spectrum 21 in a plot in which the frequency in cm -1 is plotted on the abscissa and the intensity in arbitrary units is plotted on the ordinate.

In einem Schritt e) wird das Probenspektrum 20 mit dem Referenzspektrum 21 korrigiert. Dazu wird bei jeder Frequenz die Intensität des Probenspektrums 20 durch die Intensität des Referenzspektrums 20 geteilt. Das derart mit dem Referenzspektrum 21 korrigierte Probenspektrum 22 ist in 8 in einer Auftragung dargestellt, bei der über die Abszisse die Frequenz in cm-1 und über die Ordinate eine Transmission in Prozent aufgetragen ist. Zum Vergleich wurde ein FTIR Spektrum 23 der Kunststofffolie mittels eines Fourier-Transformations-Spektrometers, das ein Michelson Interferometer aufweist, aufgenommen und ebenfalls in der Auftragung in 8 eingetragen. Erkennbar ist, dass das mit dem Referenzspektrum 21 korrigierte Probenspektrum 22 noch signifikant von dem FTIR Spektrum 23 abweicht. Dies kann darauf zurückzuführen sein, dass in dem Probenpfad 14 und in dem Referenzpfad 15 eine unterschiedliche Intensität der Infrarotstrahlung vorliegt, was auf eine fehlerhafte Justierung insbesondere der Strahlungsquelle 4 und der Sammeloptik 6 zurückzuführen ist.In a step e) the sample spectrum 20 with the reference spectrum 21 corrected. For this purpose, the intensity of the sample spectrum is used for each frequency 20 by the intensity of the reference spectrum 20 divided. This with the reference spectrum 21 corrected sample spectrum 22 is in 8th presented in a plot in which the frequency in cm -1 is plotted on the abscissa and a transmission in percent is plotted on the ordinate. An FTIR spectrum was used for comparison 23 of the plastic film by means of a Fourier transformation spectrometer, which has a Michelson interferometer, and also in the application in 8th entered. It can be seen that this is with the reference spectrum 21 corrected sample spectrum 22 still significant from the FTIR spectrum 23 differs. This may be due to the fact that in the sample path 14 and in the reference path 15 there is a different intensity of the infrared radiation, which indicates an incorrect adjustment, in particular of the radiation source 4 and the collection optics 6 is due.

Um die unterschiedliche Intensität in dem Probenpfad 14 und in dem Referenzpfad 15 zu korrigieren, können in einem Schritt f) die Schritte b) bis d) durchgeführt werden ohne dass die Probe 7 in dem Probenpfad 14 angeordnet ist. 9 zeigt ein in Schritt f) ermitteltes Probenspektrum 24 und ein in Schritt f) ermitteltes Referenzspektrum 25, die in einer Auftragung eingetragen sind, bei der über die Abszisse die Frequenz in Wellenzahlen und über die Ordinate die Intensität in willkürlichen Einheiten aufgetragen ist. Anschließend wird in einem Schritt g) ein Korrekturfaktor berechnet, um das in Schritt f) ermittelte Probenspektrum 24 und das in Schritt f) ermittelte Referenzspektrum 25 derart aufeinander zu skalieren, dass ein Unterschied zwischen der Intensität des Probenspektrums 20 und der Intensität des Referenzspektrums 21 minimiert wird. In Schritt e) wird zum Korrigieren des Probenspektrums 20 zusätzlich der Korrekturfaktor herangezogen. Der Korrekturfaktor kann beispielsweise bestimmt werden, indem die Flächen unterhalb des in Schritt f) ermittelten Probenspektrums 24 und unterhalb des in Schritt f) ermittelten Referenzspektrums 25 ins Verhältnis gesetzt werden. Alternativ ist es auch möglich, bei jeder Frequenz einen Korrekturfaktor zu berechnen. 10 zeigt ein mit dem Referenzspektrum 21 und mit dem Korrekturfaktor korrigiertes Probenspektrum 26 in einer Auftragung, in der über die Abszisse die Frequenz in Wellenzahlen und über die Ordinate die Transmission in Prozent aufgetragen ist. Zum Vergleich ist ebenfalls das FTIR Spektrum 23 eingetragen. Die verbliebenen Unterschiede können durch eine geringere spektrale Auflösung des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers 1 im Vergleich zu dem Fourier-Transformations-Spektrometer mit dem Michelson Interferometer erklärt werden.To the different intensity in the sample path 14 and in the reference path 15 To correct, steps b) to d) can be carried out in a step f) without the sample 7 in the sample path 14 is arranged. 9 shows a sample spectrum determined in step f) 24 and a reference spectrum determined in step f) 25 which are entered in a plot in which the frequency in wave numbers is plotted on the abscissa and the intensity in arbitrary units is plotted on the ordinate. A correction factor is then calculated in a step g) by the sample spectrum determined in step f) 24 and the reference spectrum determined in step f) 25 to scale each other such that there is a difference between the intensity of the sample spectrum 20 and the intensity of the reference spectrum 21 is minimized. In step e) the sample spectrum is corrected 20 the correction factor is also used. The correction factor can be determined, for example, by the areas below the sample spectrum determined in step f) 24 and below the reference spectrum determined in step f) 25 be related. Alternatively, it is also possible to calculate a correction factor for each frequency. 10 shows one with the reference spectrum 21 and sample spectrum corrected with the correction factor 26 in a plot in which the frequency in wave numbers is plotted on the abscissa and the transmission in percent is plotted on the ordinate. The FTIR spectrum is also for comparison 23 entered. The remaining differences can be achieved by lower spectral resolution of the static Fourier transform spectrometer 1 compared to the Fourier transform spectrometer with the Michelson interferometer.

Im Folgenden wurde ein Versuch durchgeführt, bei dem das Verhältnis der Größen der Probenfläche 29 und der Referenzfläche 30 variiert wurde. Dies wurde durchgeführt, indem bei der ersten Ausführungsform des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers 1 die Kunststofffolie in der x-Richtung unterschiedlich tief in den Strahlengang 5 hineingeschoben wurde. Dadurch veränderten sich die Größen des Probenpfades 14 und des Referenzpfades 15 und damit auch die Größen der Probenfläche 29 und der Referenzfläche 30. Es wurden bei jeder Position der Kunststofffolie die Schritte b) bis e) durchgeführt und ein jeweiliges mit einem Referenzspektrum 21 korrigiertes Probenspektrum 20 aufgenommen. Anschließend wurde jedes der korrigierten Probenspektren 20 mit dem FTIR Spektrum 23 verglichen, indem durch Variieren eines Faktors a der Ausdruck χ2Spalte=1..n(IProbe(Spalte) - α * IFTIR(Spalte))2 minimiert wurde, wobei IProbe(Spalte) das korrigierte Probenspektrum 20, IFTIR(Spalte) das FTIR Spektrum 23 und n die Anzahl der Spalten sind. Zudem wurde für jede Position der Kunststofffolie ein Verhältnis A(Probenfläche)/A(Referenzfläche) gebildet, wobei A(Probenfläche) die Größe der Probenfläche 29 und A(Referenzfläche) die Größe der Referenzfläche 30 ist. 11 zeigt eine Auftragung, bei der über die Abszisse das Verhältnis und über die Ordinate das jeweilige χ2 aufgetragen ist. Dabei gilt, dass je geringer das χ2 ist, desto geringer die Abweichungen des korrigierten Probenspektrums 22 zu dem FTIR Spektrum 23 sind. Überraschenderweise wurde gefunden von einem Verhältnis von 3 bis zu einem Verhältnis von 10 das χ2 wesentlich geringer als in verbliebenen Bereich ist. Dies ist darauf zurückzuführen, dass in diesem Bereich das Signal zu Rausch Verhältnis der korrigierten Probenspektren 22 wesentlich höher als in dem verbliebenen Bereich ist.An experiment was subsequently carried out in which the ratio of the sizes of the sample area 29 and the reference surface 30 was varied. This was done by using the first embodiment of the static Fourier transform spectrometer 1 the plastic film in the x -Direction at different depths in the beam path 5 was pushed in. This changed the sizes of the sample path 14 and the reference path 15 and thus the sizes of the sample area 29 and the reference surface 30 , Steps b) to e) were carried out for each position of the plastic film, and each one with a reference spectrum 21 corrected sample spectrum 20 added. Then each of the corrected sample spectra 20 with the FTIR spectrum 23 compared by minimizing the expression χ 2 = Σ column = 1..n (I sample (column) - α * I FTIR (column)) 2 by varying a factor a, where I sample (column) is the corrected sample spectrum 20 , I FTIR (column) the FTIR spectrum 23 and n is the number of columns. In addition, a ratio A (sample area) / A (reference area) was formed for each position of the plastic film, where A (sample area) is the size of the sample area 29 and A (reference area) the size of the reference area 30 is. 11 shows a plot in which the ratio is plotted on the abscissa and the respective χ 2 is plotted on the ordinate. It applies that the lower the χ 2 , the smaller the deviations of the corrected sample spectrum 22 to the FTIR spectrum 23 are. Surprisingly, it was found from a ratio of 3 to a ratio of 10 that χ 2 is significantly lower than in the remaining range. This is due to the fact that in this area the signal-to-noise ratio of the corrected sample spectra 22 is significantly higher than in the remaining area.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Statisches Fourier-Transformations-SpektrometerStatic Fourier transform spectrometer
22
Probenabschnittsample section
33
Interferometerabschnittinterferometer
44
Strahlungsquelleradiation source
55
Strahlengangbeam path
66
Sammeloptikcollection optics
77
Probesample
88th
Spaltebenecleavage plane
99
erste Linsefirst lens
1010
zweite Linsesecond lens
1111
Detektordetector
1212
Strahlteilerbeamsplitter
1313
Spiegelmirror
1414
Probenpfadsample path
1515
Referenzpfadreference path
1616
Variation der optischen WeglängendifferenzVariation of the optical path length difference
1717
GasmesszelleGas cell
18a18a
gekrümmter Spiegelcurved mirror
18b18b
gekrümmter Spiegelcurved mirror
1919
ATR-KristallATR crystal
2020
Probenspektrumsample spectrum
2121
Referenzspektrumreference spectrum
2222
mit Referenzspektrum 21 korrigiertes ProbenspektrumSample spectrum corrected with reference spectrum 21
2323
FTIR SpektrumFTIR spectrum
2424
in Schritt f) ermitteltes ProbenspektrumSample spectrum determined in step f)
2525
in Schritt f) ermitteltes ReferenzspektrumReference spectrum determined in step f)
2626
mit Referenzspektrum 21 und Korrekturfaktor korrigiertes ProbenspektrumSample spectrum corrected with reference spectrum 21 and correction factor
2727
ProbeninterferogrammProbeninterferogramm
2828
Referenzinterferogrammreference interferogram
2929
Probenflächesample area
3030
Referenzflächereference surface
3131
Zwischenflächeinterface
xx
-Richtung-Direction
yy
-Richtung-Direction

Claims (15)

Statisches Fourier-Transformations-Spektrometer mit einer Strahlungsquelle (4), die eingerichtet ist, in einem Betrieb des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers (1) Infrarotstrahlung zu emittieren, die sich im Betrieb entlang eines Strahlengangs (5) des statischen Fourier-Transformations-Spektrometers (1) ausbreitet, der einen Probenpfad (14) und einen Referenzpfad (15) aufweist, einer Probe (7), die lediglich in dem Probenpfad (14) angeordnet ist und somit im Betrieb eine Wechselwirkung mit der Infrarotstrahlung des Probenpfades (14) eingeht, und einem Interferometerabschnitt (3), der eingerichtet ist, ein Probeninterferogramm (27) des Probenpfades (14) nach der Wechselwirkung mit der Probe (7) und ein Referenzinterferogramm (28) des Referenzpfades (15) zu erzeugen, und einen Detektor (11) aufweist, der eingerichtet ist, das Probeninterferogramm (27) und das Referenzinterferogramm (28) gleichzeitig aufzunehmen, wobei das statische Fourier-Transformations-Spektrometer (1) eingerichtet ist, mittels jeweils einer Fourier-Transformation aus dem Probeninterferogramm (27) ein Probenspektrum (20) und aus dem Referenzinterferogramm (28) ein Referenzspektrum (21) zu ermitteln sowie das Probenspektrum (20) mit dem Referenzspektrum (21) zu korrigieren.Static Fourier transformation spectrometer with a radiation source (4), which is set up to emit infrared radiation during operation of the static Fourier transformation spectrometer (1), which during operation along an optical path (5) of the static Fourier transformation Spreads spectrometer (1), which has a sample path (14) and a reference path (15), a sample (7), which is only arranged in the sample path (14) and thus interacts during operation with the infrared radiation of the sample path (14) and an interferometer section (3), which is set up to generate a sample interferogram (27) of the sample path (14) after interaction with the sample (7) and a reference interferogram (28) of the reference path (15), and a detector ( 11), which is set up to record the sample interferogram (27) and the reference interferogram (28) at the same time, the static Fourier transformation spectrometer (1) ei It is directed to determine a sample spectrum (20) from the sample interferogram (27) and a reference spectrum (21) from the reference interferogram (28) by means of a Fourier transformation and to correct the sample spectrum (20) with the reference spectrum (21). Statisches Fourier-Transformations-Spektrometer gemäß Anspruch 1, wobei der Detektor (11) eine Probenfläche (29), die eingerichtet ist, das Probeninterferogramm (27) aufzunehmen, und eine Referenzfläche (30) aufweist, die eingerichtet ist, das Referenzinterferogramm (28) aufzunehmen, wobei die Probenfläche (29) dreimal bis zehnmal so groß wie die Referenzfläche (30) ist.Static Fourier transform spectrometer according to Claim 1 , wherein the detector (11) has a sample surface (29) which is set up to record the sample interferogram (27) and a reference surface (30) which is set up to record the reference interferogram (28), the sample surface (29) three times up to ten times the reference surface (30). Statisches Fourier-Transformations-Spektrometer gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Probenpfad (14) und der Referenzpfad (15) im Bereich der Probe (7) räumlich getrennt voneinander angeordnet sind.Static Fourier transform spectrometer according to Claim 1 or 2 The sample path (14) and the reference path (15) are arranged spatially separated from one another in the region of the sample (7). Statisches Fourier-Transformations-Spektrometer gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der gesamte Strahlengang (5) von der Strahlungsquelle (4) bis einschließlich der Probe (7) ungetrennt angeordnet ist.Static Fourier transform spectrometer according to Claim 1 or 2 , wherein the entire beam path (5) from the radiation source (4) up to and including the sample (7) is arranged separately. Statisches Fourier-Transformations-Spektrometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das statische Fourier-Transformations-Spektrometer (1) einen ATR-Kristall (19) aufweist, der in dem Probenpfad (14) angeordnet ist, wobei die Probe (7) die Oberfläche des ATR-Kristalls (19) kontaktiert, so dass sich im Betrieb die Infrarotstrahlung unter Totalreflektion an der Grenzfläche zwischen dem ATR-Kristall (19) und der Probe (7) ausbreitet.Static Fourier transform spectrometer according to one of the Claims 1 to 4 , wherein the static Fourier transformation spectrometer (1) has an ATR crystal (19) which is arranged in the sample path (14), the sample (7) contacting the surface of the ATR crystal (19) so that during operation, the infrared radiation propagates under total reflection at the interface between the ATR crystal (19) and the sample (7). Statisches Fourier-Transformations-Spektrometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die optischen Pfadlängen des Probenpfades (14) und des Referenzpfades (15) gleich lang sind.Static Fourier transform spectrometer according to one of the Claims 1 to 5 , wherein the optical path lengths of the sample path (14) and the reference path (15) are the same length. Statisches Fourier-Transformations-Spektrometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Strahlengang (5) mehrere der Probenpfade (14) aufweist, in denen verschiedene Proben (7) angeordnet sind. Static Fourier transform spectrometer according to one of the Claims 1 to 6 , wherein the beam path (5) has several of the sample paths (14) in which different samples (7) are arranged. Statisches Fourier-Transformations-Spektrometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Detektor (11) eine zweidimensionale Matrix an infrarotsensitiven Elementen aufweist, oder wobei der Detektor (11) einen Zeilendetektor für den Referenzpfad (15) und jeweils einen Zeilendetektor für jeden der Probenpfade (14) aufweist.Static Fourier transform spectrometer according to one of the Claims 1 to 7 , wherein the detector (11) has a two-dimensional matrix of infrared-sensitive elements, or wherein the detector (11) has a line detector for the reference path (15) and a line detector for each of the sample paths (14). Statisches Fourier-Transformations-Spektrometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Strahlungsquelle (4) eingerichtet ist, die Infrarotstrahlung in einem Dauerstrichbetrieb zu emittieren.Static Fourier transform spectrometer according to one of the Claims 1 to 8th , wherein the radiation source (4) is set up to emit the infrared radiation in a continuous wave mode. Verfahren zum Betreiben eines statischen Fourier-Transformations-Spektrometers (1), das einen Strahlengang (5) aufweist, der einen Probenpfad (14) und einen Referenzpfad (15) aufweist, mit den Schritten: a2) Einbringen einer Probe (7) lediglich in den Probenpfad (14); b) Ausbreiten von Infrarotstrahlung entlang des Strahlengangs (5), so dass die Probe (7) eine Wechselwirkung mit der Infrarotstrahlung des Probenpfades (14) eingeht; c) Erzeugen eines Probeninterferogramms (27) des Probenpfades (14) nach der Wechselwirkung mit der Probe (7) und eines Referenzinterferogramms (28) des Referenzpfades (15) sowie gleichzeitiges Aufnehmen des Probeninterferogramms (27) und des Referenzinterferogramms (28); d) Ermitteln eines Probenspektrums (20) aus dem Probeninterferogramm (27) und eines Referenzspektrums (21) aus dem Referenzinterferogramm (28) mittels jeweils einer Fourier-Transformation; e) Korrigieren des Probenspektrums (20) mit dem Referenzspektrum (21).Method for operating a static Fourier transformation spectrometer (1) which has a beam path (5) which has a sample path (14) and a reference path (15), comprising the steps: a2) introducing a sample (7) only into the sample path (14); b) spreading infrared radiation along the beam path (5) so that the sample (7) interacts with the infrared radiation of the sample path (14); c) generating a sample interferogram (27) of the sample path (14) after the interaction with the sample (7) and a reference interferogram (28) of the reference path (15) and simultaneous recording of the sample interferogram (27) and the reference interferogram (28); d) determining a sample spectrum (20) from the sample interferogram (27) and a reference spectrum (21) from the reference interferogram (28) by means of a Fourier transformation in each case; e) correcting the sample spectrum (20) with the reference spectrum (21). Verfahren gemäß Anspruch 10, mit dem Schritt: a0) Wählen einer Probenfläche (29) eines Detektors (11), die eingerichtet ist, das Probeninterferogramm (27) aufzunehmen, dreimal bis zehnmal so groß wie eine Referenzfläche (30) des Detektors (11), die eingerichtet ist, das Referenzinterferogramm (28) aufzunehmen.Procedure according to Claim 10 , with the step: a0) selecting a sample area (29) of a detector (11) which is set up to record the sample interferogram (27) three to ten times as large as a reference area (30) of the detector (11) which is set up to record the reference interferogram (28). Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, mit den Schritten: f) Durchführen der Schritte b) bis d) ohne dass die Probe (7) in dem Probenpfad (14) angeordnet ist; g) Berechnen mindestens eines Korrekturfaktors, um das in Schritt f) ermittelte Probenspektrum (24) und das in Schritt f) ermittelte Referenzspektrum (25) derart aufeinander zu skalieren, dass ein Unterschied zwischen der Intensität des Probenspektrums (20) und der Intensität des Referenzspektrums (21) minimiert wird; und wobei in Schritt e) der Korrekturfaktor herangezogen wird.Procedure according to Claim 10 or 11 , with the steps: f) performing steps b) to d) without the sample (7) being arranged in the sample path (14); g) calculating at least one correction factor in order to scale the sample spectrum (24) determined in step f) and the reference spectrum (25) determined in step f) such that there is a difference between the intensity of the sample spectrum (20) and the intensity of the reference spectrum (21) is minimized; and wherein in step e) the correction factor is used. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, mit den Schritten: a1) Anordnen eines ATR-Kristalls (19) in dem Probenpfad (14) und Durchführen der Schritte b) bis e) ohne dass die Probe (7) die Oberfläche des ATR-Kristalls (19) kontaktiert; h) Wiederholen des Schritts a1) und Vergleichen der in den Schritten a1) und h) korrigierten Probenspektren (22).Method according to one of the Claims 10 to 12 , with the steps: a1) arranging an ATR crystal (19) in the sample path (14) and performing steps b) to e) without the sample (7) contacting the surface of the ATR crystal (19); h) repeating step a1) and comparing the sample spectra (22) corrected in steps a1) and h). Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, mit dem Schritt: a0) Anordnen einer Referenzprobe in dem Referenzpfad.Method according to one of the Claims 10 to 13 , with the step: a0) arranging a reference sample in the reference path. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei in Schritt b) die Infrarotstrahlung in einem Dauerstrichbetrieb ausgebreitet wird.Method according to one of the Claims 10 to 14 , wherein in step b) the infrared radiation is spread in a continuous wave mode.
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