KR20160099620A - Atr 적외 분광기 - Google Patents

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KR20160099620A
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KR1020167018791A
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카르스텐 기벨러
벤자민 라인하르트 비에센트
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파이레오스 엘티디.
스펙트로리틱 게엠베하
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Abstract

본 발명은 샘플의 화학 조성을 분석하기 위한 ATR 적외 분광기(1)에 관한 것으로, 이 ATR 적외 분광기(1)는, 세장형 ATR 결정(2) 및 ATR 결정(2)의 하나의 세로 단부에 배열된 ATR 결정(2)의 진입면(4) 상에 배열되는 적외선 방출기 라인(8) 및 상기 ATR 결정(2)의 다른 세로 단부에 배열되는 적외선 검출기 라인(10)을 갖는다. 적외선 방출기 라인(8)에 의해 방출된 적외선은 진입면(4)을 통해 ATR 결정(2) 내로 바로 진입하고, 전반사 하에서 그리고 ATR 결정(2)에 인접한 적외선 검출기 라인(10)과 적외선 방출기 라인(8) 간에 배열되는 샘플과 상호작용을 겪으면서, ATR 결정(2)에서 적외선 검출기 라인(10)으로 안내된다. ATR 결정의 세로 축(21)에 수직인 방향에 관하여 적외선 검출기 라인(10)의 모든 적외선-검출 영역들(18)의 전체 확장(13)은 최대로, ATR 결정(2)의 폭(14)에 대응하고, 적외선 방출기 라인(8)의 모든 적외선-방출 영역들(17)의 전체 확장(12)보다 더 크다.

Description

ATR 적외 분광기{ATR infrared spectrometer}
본 발명은 ATR 적외 분광기에 관한 것이다.
ATR 적외 분광기는 샘플의 화학 조성을 분석하기 위해 알려져 있다. ATR(ATR: attenuated total reflection) 적외 분광기는, 대략 10번의 다중 반사가 발생하는 전반사 하에서 적외선이 안내되는 광학 도파관으로서 세장형(elongate) ATR 결정을 갖는다. 계면 부근에, 예를 들어, 샘플 스테이지 상에 배열되는 샘플과 상호작용하는 에바네센트(evanescent) 파들은 전반사의 지점들에서 ATR 결정의 반사 계면 뒤에 형성된다. 예로서, ATR 결정의 물질은 예를 들어, 아연 황화물 또는 아연 셀렌화물이다.
ATR 결정의 하나의 세로 단부에는 적외선 소스가 배열되며, 그에 의해 적외선은 ATR 결정에 커플링 가능하다. 하나의 세로 단부로부터 떨어져 배열되는 다른 세로 단부에는, 선형 가변 파장 필터를 갖는 적외선 센서가 배열되며, 그에 의해 ATR 결정로부터 디커플링되는 적외선의 스펙트럼이 검출 가능하다. ATR 결정에 대한 아연 황화물 또는 아연 셀렌화물은 5.5㎛ 내지 11.0㎛의 적외선의 파장들에 대해 이용되며, 여기서 선형 가변 파장 필터는 적외선 센서를 이용하여 대응하는 스펙트럼 분해능을 제공하기 위해 이 파장 범위에 대해 튜닝된다. 예로서, 적외선 센서는 복수의 초전기 적외선(pyroelectric infrared light) 픽셀들로 이루어진 선형 어레이이다. ATR 결정의 양호한 조명을 획득하기 위해, 적외선 소스는 적어도 선형 적외선 센서 어레이의 세로 범위 만큼 큰 세로 범위를 갖는 것으로 알려져 있다. 대안적으로, 선형 적외선 센서 어레이가 잘 조명되도록 입사 적외선을 포커싱하기 위해 적외선 소스와 ATR 결정 간의 시준 렌즈의 이용이 알려져 있다. 이는 ATR 적외 분광기의 높은 스펙트럼 분해능을 달성하지만, 신호 대 잡음비는 불리하게는, 5.5㎛ 내지 11.0㎛의 적절한 파장 범위에 걸쳐 크게 변동된다.
도 4는 적외선 센서 어레이를 따라 ATR 적외 분광기의 신호 대 잡음비의 곡선을 도시하는 도면을 도시한다. 참조 부호 16에 의해 표시되는 y축은, 적외선 센서 어레이의 개별 적외선 픽셀들의 포지션이 열거되는 방식으로 도시되는 x축(15)에 대해 플로팅되는 신호 대 잡음비를 특정한다. 5.5㎛의 파장을 갖는 적외선은 포지션 번호(1)를 갖는 적외선 픽셀 상에 입사되고, 11.0㎛의 파장을 갖는 적외선은 포지션 번호(130)를 갖는 적외선 픽셀 상에 입사된다. 1과 130 간의 포지션 번호들을 이용한 적외선 픽셀들의 입사는 5.5㎛ 내지 11.0㎛의 파장을 갖는 적외선이며, 파장은 포지션 번호 1을 갖는 적외선 픽셀로부터 포지션 번호 130을 갖는 적외선 픽셀까지 선형으로 증가한다. 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 처음 20개의 픽셀들의 신호 대 잡음 비는 바람직하게 높다. 신호 대 잡음비는 마찬가지로, 100과 120 간의 포지션 번호들을 갖는 적외선 픽셀들에 대해 여전히 비교적 높다. 신호 대 잡음비는 특히, 25와 60 간의 포지션 번호들을 갖는 적외선 픽셀들에 대해 특히 낮다. 적외선 픽셀들에 걸친 그리고 그에 따라 ATR 적외 분광기에 의해 측정된 파장 범위에 걸친 신호 대 잡음비의 이러한 균일하지 않은 분포는, 특히 전체 파장 측정 범위에 걸쳐 가능한 한 변하지 않는 신호 대 잡음비가 샘플의 화학 조성의 분석의 높은 정확도를 위해 요구되는 경우, 매우 불리하다.
본 발명의 목적은, 전체 파장 측정 범위에 걸쳐 높은 측정 정확도가 달성 가능한 ATR 적외 분광기를 개발하는 것이다.
이 목적은 특허 청구항 1의 특징들에 의해 달성된다. 그의 바람직한 개선들은 추가 특허 청구항들에서 특정된다.
본 발명에 따라, 샘플의 화학 조성을 분석하기 위한 ATR 적외 분광기는 세장형 ATR 결정 및 ATR 결정의 하나의 세로 단부에 배열된 ATR 결정의 진입면에 바로 인접하게 배열되는 적외선 방출기 라인, 및 ATR 결정의 다른 세로 단부에 배열되는 적외선 검출기 라인을 갖고, 적외선 방출기 라인 의해 방출된 적외선은 진입면을 통해 ATR 결정 내로 바로 진입하고, 적외선은 전반사 하에서 그리고 적외선 방출기 라인과 적외선 검출기 라인 간의 ATR 결정에 인접하게 배열되는 샘플과의 상호작용으로 ATR 결정에서 적외선 검출기 라인으로 안내되고, 적외선 검출기 라인의 모든 적외선-검출(infrared-light-detecting) 영역들의 전체 범위는 많아야, ATR 결정의 세로축에 대해 수직인 방향에 관하여 ATR 결정의 폭에 대응하고, 전체 범위는 적외선 방출기 라인의 모든 적외선-방출 영역들의 전체 범위보다 더 크다.
적외선 방출기 라인 및 적외선 검출기 라인의 세로축들이 각각 ATR 결정의 세로축에 대해 수직이 되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, ATR 결정의 세로축에 대해 수직인 방향에 관하여, 모든 적외선 방출 영역의 전체 범위를 갖는 적외선 방출기 라인은 적외선 검출기 라인의 모든 적외선-검출 영역들의 전체 범위 내에 배열되고, 적외선 검출기 라인의 모든 적외선-검출 영역들의 전체 범위는, ATR 결정의 세로축에 대해 수직인 방향에 관하여, ATR 결정의 폭의 범위 내에 배열된다. 또한, ATR 결정의 세로축에 대해 수직인 방향에 관하여, 적외선 방출기 라인의 모든 적외선-방출 영역들의 전체 범위는, 바람직하게는, 적외선 검출기 라인의 모든 적외선-검출 영역들의 전체 범위의 15% 내지 95%에 대응한다.
바람직하게는, 적외선 방출기 라인은 적외선 방출기 라인의 세로축을 따라 연이어 배열되는 적외선 픽셀들을 갖는다. 적외선 픽셀들은 바람직하게는, ATR 결정의 세로축에 대해 수직인 방향으로 서로 바로 인접한 적외선-방출 영역들 중 하나를 각각 갖는다. 대안적으로, 적외선 픽셀들은 적외선-방출 영역들 중 하나를 각각 갖는 것이 바람직하며, 적외선 픽셀들의 수 및 그들의 적외선-방출 영역들의 전체 범위는, 적외선 픽셀들의 적외선-방출 영역들의 커버리지가 적외선 방출기 라인의 모든 적외선-방출 영역들의 전체 범위의 적어도 25%에 대응하도록 하는 방식으로, ATR 결정의 세로축에 대해 수직인 방향으로 서로 매칭된다.
적외선 픽셀들의 적외선-방출 영역들은 각각의 경우에 직사각형인 것이 바람직하다. 적외선 픽셀들의 적외선 방출 영역들의 대각선들 중 하나는 바람직하게는, ATR 결정의 세로축에 대해 수직이다. 대안적으로, 적외선 픽셀들의 적외선 방출 영역들의 측 에지들(side edges) 중 하나는 ATR 결정의 세로축에 대해 수직인 것이 바람직하다.
적외선 검출기 라인은 바람직하게는, 선형 가변 파장 필터(linearly variable wavelength filter)를 갖고, ATR 결정의 세로축에 수직하는 선형 가변 파장 필터의 광 투과성은 변동된다. ATR 결정은 아연 황화물 또는 아연 셀렌화물을 갖고, 파장 필터의 스펙트럼 범위는 5.5㎛ 내지 11.0㎛가 되는 것이 바람직하다. ATR 적외 분광기는 ATR 결정이 투명한 모든 파장들의 적외선과 동작 가능하다. 파장 필터의 스펙트럼 범위는 ATR 결정이 투명한 파장 범위 또는 그의 섹션들을 포함한다.
또한, 적외선 검출기 라인은 바람직하게는, 복수의 초전기 적외선 센서 픽셀들(pyroelectric infrared light sensor pixels)을 갖는다. 초전기 적외선 센서 픽셀들은 적외선 검출을 위해 납 지르콘산염 티탄산염의 박막을 갖는 것이 바람직하다, 바람직하게는, 박막은 검출될 적외선의 파장보다 더 얇다.
본 발명에 따라, 적외선 검출기 라인의 모든 적외선-검출 영역들의 전체 범위가 많아야, ATR 결정의 세로축에 대해 수직인 방향에 관하여 ATR 결정의 폭에 대응하는 결과로서 그리고 이 전체 범위가 적외선 방출기 라인의 모든 적외선-방출 영역들의 전체 범위보다 더 큰 결과로서, 본 발명에 따른 ATR 적외 분광기의 신호 대 잡음비는 적외선 검출기 라인에 의해 검출 가능한 스펙트럼의 파장들의 전체 범위에 걸쳐 균일하게 높다. 예로서, 본 발명에 따라, 종래 기술로부터 알려진 바와 같은, ATR 적외 분광기의 신호 대 잡음비의 강하들은 발생하지 않는다. 본 발명에 따른 ATR 적외 분광기의 신호 대 잡음비는 그의 전체 파장 범위에 걸쳐서 균일하게 높고, 그에 따라 높은 측정 정확도가 획득된다.
모든 적외선-방출 및 적외선-검출 영역들의 전체 범위들의, 본 발명에 따른 치수조절(dimensioning)의 결과로서, 진입면을 통해 ATR 결정 내로 진입하는 적외선의 광 원뿔(light cone)은, ATR 적외 분광기의 신호 대 잡음비의 균등화가 높은 레벨로 획득되게 한다. 모든 적외선-방출 영역들의 전체 범위는 250㎛와 1000㎛ 사이에 놓일 수 있으며, 여기서, 예를 들어, 적외선 픽셀들 중 10개는 적외선 방출기 라인을 위해 제공된다. 또한, 모든 적외선-방출 영역들의 전체 범위는 예를 들어, 1000㎛ 내지 3000㎛에 놓일 수 있으며, 여기서 적외선 방출기는 2개의 적외선 픽셀들을 갖는다.
본 발명은, 검출될 적외선이 적외선 검출기 라인 상에 약간 기울어진 방식으로 입사될 때 부가적인 간섭 효과들이 박층에서 발생한다는 관찰에 기초한다. 이 간섭 효과들은 본 발명에 따라 획득되는 신호 대 잡음비의 균등화를 야기한다는 것이 경험적으로 확립되었다. 본 발명에 따라, 이 간섭 효과들은, 적외선 검출기 라인의 모든 적외선-검출 영역들의 전체 범위는 많아야 ATR 결정의 폭에 대응하고 적외선 방출기 라인의 모든 적외선-방출 영역들의 전체 범위보다 크게 됨으로써, 달성될 수 있다. 박층의 간섭 효과들은 적외선-방출 및 적외선-검출 영역들의 본 발명에 따른 치수조절이 제공되지 않는 ATR 적외 분광기에서는 발생하지 않고, 이에 따라, 이러한 ATR 적외 분광기는 파장에 걸친 신호 대 잡음비의 강한 비-균일 분포를 갖는다.
이하, 본 발명에 따른 ATR 적외 분광기의 바람직한 실시예들은 첨부된 개략도를 토대로 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 제 1 실시예의 평면도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 제 2 실시예의 평면도를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따라 ATR 적외 분광기의 파장 스펙트럼의 신호 대 잡음비의 곡선에 관한 도해를 도시한다.
도 4는 종래의 ATR 적외 분광기의 신호 대 잡음비의 곡선에 관한 도래를 도시한다.
도 1 및 도 2로부터 식별이 가능한 바와 같이, 본 발명에 따른 ATR 적외 분광기(1)는 세로 축(21)을 따르는 세장형 ATR 결정(2)을 갖는다. 평면도에서, ATR 결정(2)은 직사각형 토대를 가지며, 여기서 2개의 직사각형 표면들 중 하나, 구체적으로, 상위 표면은 샘플 스테이지(3)이다. 그의 화학 조성이 ATR 적외 분광기(1)에 의해 분석될 수 있는 샘플이 샘플 스테이지(3) 상에 배열되어야 한다. ATR 결정(2)의 제 1 진입면(4)은 ATR 결정의 단부측들 중 하나에 제공되며, ATR 결정(2)의 출사면(5)은 한 단부측으로부터 거리를 두고 배열되는 다른 단부 측에 제공되며, 여기서 적외선은 진입면(4)을 통해 ATR 결정(2)로 진입하고 출사면(5)으로부터 ATR 결정(2)에서 나온다. 제 1 반사면(6)은 진입면(4)에 인접하게 ATR 결정(2)에 제공되고, 제 2 반사면(7)은 출사면(5)에 제공되며, 여기서 반사면들(6, 7)은, 진입면(4)을 통해 ATR 결정(2)에 진입하는 적외선이 ATR 결정(2)에서 여러 전반사를 겪고 그 후 출사면(5)을 통해 ATR 결정(2)로부터 나오게 하는 방식으로, 배열된다. 진입면(4) 및 출사면(5)은 샘플 스테이지(3)에 병렬로 배열되는 반면에, 반사면들(6, 7)은 샘플 스테이지(3)에 관하여 비스듬히 배열된다.
적외선 픽셀(9)에 의해 형성되는 적외선 방출기 라인(8)은 진입면(4)에 바로 인접하게 배열된다. 도 1에서 도시된 실시예는 2개의 적외선 픽셀들(9)을 가지며, 도 2에서 도시된 실시예는 3개의 적외선 픽셀들(9)을 갖는다. 적외선 픽셀들은 그 파장 범위가 5.5㎛ 내지 11.0㎛의 범위를 포함하는 적외선을 방출하도록 구성된다. ATR 결정(2)은 아연 황화물 또는 아연 셀렌화물로 이루어진다. 적외선 픽셀(9)에 의해 방출된 적외선은 진입면(5)을 통해 ATR 결정(2)에 커플링되고, 그것은 제 1 반사면(6)에서 전반사를 겪고, 그것은 그 후 샘플 스테이지(3)에서 그리고 샘플 스테이지(3)로부터 거리를 두고 배열된 ATR 결정(2)의 표면에서의 다수의 전반사들에 의해 ATR 결정(2) 내에서 제 2 반사면(7)으로 안내되고, 이 제 2 반사면(7)에서 적외선은 출사면(5) 쪽으로 반사되고, 거기서, 적외선은 ATR 결정(2)으로부터 디커플링된다. 적외선 픽셀들(9)에 의해 방출된 적외선은, 예를 들어, 오목 거울이나 시준기 렌즈 어느 것도 적외선을 포커싱하기 위해 적외선 픽셀(9)에 제공되지 않아서, 진입면(4) 상에 바로 입사된다. 적외선 방출기 라인(8)은 ATR 결정(2)의 세로축(21)에 대해 수직으로 연장하는 세로축(22)을 갖는다.
적외선 검출기 라인(10)은 적외선 방출기 라인(8)으로부터 거리를 두고 ATR 결정(2)에 제공되며 출사면(5)에 직접 배열된다. 적외선 검출기 라인(10)은 적외선 방출기 라인(8)의 세로축(22)에 대해 평행하고 ATR 결정(2)의 세로축(21)에 대해 수직인 세로축(23)을 갖는다. 적외선 검출기 라인(10)은, 각각이 납 지르콘산염 티탄산염으로 이루어진 박층을 갖는 복수의 초전기 적외선 센서 픽셀들에 의해 형성된다. 적외선 검출기 라인(10)과 출사면(5) 사이에는, 그의 스펙트럼 범위가 5.5㎛ 내지 11.0㎛인 선형 가변 파장 필터가 배열된다. 그러므로 그의 광 통로가 5.5㎛에 놓이는 선형 가변 파장 필터의 한 단부에 바로 인접하게 배열되는 하나의 적외선 센서 픽셀은 정확히 이러한 파장을 갖는 적외선에 의해서만 영향을 받는다. 유사하게, 11.0㎛의 파장을 갖는 적외선만이 그로부터 거리를 두고 배열되는 적외선 센서 픽셀에 영향을 준다. 5.5㎛ 내지 11,0㎛의 파장을 갖는 적외선은 이들 2개의 외부 적외선 센서 픽셀들 사이에서 작용하며, 파장 필터의 스펙트럼 곡선은 선형이다. 적외선 검출기 라인(10)은 130개의 적외선 센서 픽셀들을 가지며, 여기서 포지션 번호 1을 갖는 하나의 외부 적외선 픽셀은 5.5㎛를 갖는 적외선이 통과되는 파장 필터의 그 단부에 놓이고, 번호 130을 갖는 다른 외부 적외 센서 픽셀은 11.0㎛의 파장을 갖는 적외선이 통과되는 파장 필터의 다른 단부에 놓이다.
적외선 검출기 라인(10)에는 ATR 적외 분광기(2)의 평가 플랫폼(11)이 제공되며, 그에 의해 샘플 스테이지(3) 상에 배열되는 샘플이 스펙트럼 분석을 위해 적절한 전자기기에 의해 평가 가능하다.
납 지르콘산염 티탄산염으로 이루어진 적외 센서 픽셀들의 박층들은 그 박층들에 입사되는 적외선의 파장보다 더 얇은데, 즉, 적외선은 선형 가변 파장 필터를 경유하여 그 박층들을 통과한다. 도시된 실시예들에서, 납 지르콘산염 티탄산염으로 이루어진 박층들의 두께는, 파장 필터를 통과하는 적외선의 최소 파장보다 더 작게 되도록 선택된다. 다시 말해, 적외선 센서 픽셀들의 박층들은 도시된 실시예들에서 5.5㎛보다 더 얇게 되도록 실현된다.
도 1 및 도 2에서 도시된 실시예들에 따라, 적외선 픽셀들(9)은 직사각형 방출면(17)을 각각 가지며, 적외선 픽셀들(9)의 방출면들(17)은 실시예들에서 동일한 치수를 갖는다. 적외선 픽셀들(9)은 적외선 방출기 라인(8)의 세로축(22)을 따라 배열되며, 직사각형 방출면들의 중앙 지점들은 적외선 방출기 라인(8)의 세로축(22) 상에 놓인다.
도 1에서 도시된 실시예는 2개의 적외선 픽셀들(9)을 가지며, 여기서 적외선 픽셀들(9)의 방출면들(17)의 하나의 대각선은 각각의 경우에 적외선 방출기 라인(8)의 세로축(22) 상에 놓인다. 그 결과, 방출면(17)으로부터 적외선 방출의 폭(19)은 각각의 적외선 픽셀(9)의 대각선의 길이에 의해 정의된다. 도 2에서 도시된 실시예에서, 3개의 적외선 픽셀들(9)의 방출면들(17)의 대각선들은 45도의 각도로 적외선 방출기 라인(8)의 세로축(22)을 교차하고, 이에 따라, 방출면들(17)의 적외선 방출의 폭들(19)은 각각의 경우에 방출면들(17)의 측(side) 길이에 의해 정의된다. 도 1의 실시예 및 도 2의 실시예에서, 각각 적외선 픽셀들(9) 사이에 간격(20)이 제공된다. 적외선 방출기 라인(8)의 적외선 픽셀들(9)의 방출면들(17)의 적외선 방출의 전체 길이(12)는 적외선 방출기 라인(8)의 적외선 픽셀들(9)의 2개의 최대 범위들에 의해 정의되며, 여기서 도 1에 따른 적외선 픽셀들(9)의 간격(20) 및 도 2에 따른 적외선 픽셀들(9)의 간격(20)은 적외선 방출의 전체 길이(12) 내에 배열된다.
적외선 검출기 라인(10)은, 적외선 검출기 라인(10)의 세로축(23)을 따라 연장하는 검출면(18)을 갖고, 그 검출면(18)을 따라 적외선을 검출하기 위한 적외 센서 픽셀들이 배열된다. 적외선 검출 라인(10)의 세로축(23)을 따른 방출면(17)의 범위는 적외선 검출의 전체 길이(13)를 제공하며, 여기서 적외선 방출(12)의 전체 길이는 적외선 검출의 전체 길이(13) 미만이다. 또한, 폭(14)을 갖는 ATR 결정(2)은 적외선 검출의 전체 길이(13) 및 이에 따라 적외선 방출의 전체 길이(12)를 커버한다. 방출면들(17)의 행 및 검출면들(18)의 행은 각각의 경우에, ATR 결정(2)의 세로축(21)에 관하여 대칭적으로 배열된다.
도 1 및 도 2의 실시예들에 따른 방출면들(17)의 측 길이들은 2mm이며, 여기서 적외선 픽셀들(9) 간의 간격(20)은 도 1에 따른 실시예에서, 11.03mm이고, 간격(20)은 도 2에 따른 실시예에서, 12.30mm이다.
도 3 및 도 4는 적외선 검출기 라인(10)을 따른 신호 대 잡음비(16)를 도시하는 도면들을 각각 도시하며, 여기서 가로축(15)은 1로부터 130까지 포지션 번호들을 갖는, 적외선 검출기 라인(10)의 적외선 센서 픽셀들의 포지션들을 특정한다. 5.5㎛의 파장을 갖는 적외선은 번호 1을 갖는 적외선 센서 픽셀 상에 입사되고, 11.0㎛의 파장을 갖는 적외선은 포지션 번호 130을 갖는 적외선 픽셀 상에 입사된다. 그 파장이 5.5㎛ 내지 11.0㎛에 있는 적외선은 포지션 번호(1)를 갖는 적외선 센서 픽셀과 포지션 번호(127)를 갖는 적외선 센서 픽셀 간에 놓이는 적외선 센서 픽셀들 상에 입사되며, 여기서 파장은 포지션 번호 1을 갖는 적외선 센서 픽셀로부터 포지션 번호(127)를 갖는 적외선 센서 픽셀로 선형으로 증가한다.
도 3에 따른 도해는 도 1 및 도 2에 따른 실시예들의 신호 대 잡음비(16)의 곡선을 플로팅한다. 신호 대 잡음비는 최저 포지션 번호들을 갖는 그러한 적외선 센서 픽셀들에 대해 가장 높고 신호 대 잡음비는 최고 포지션 번호들을 갖는 그러한 적외선 센서 픽셀에 대해 가장 낮다는 것을 식별하는 것이 가능하다. 이 감소는 단조적(monotonic)이고 비교적 균일하다.
도 4에서 도시된 도해는 ATR 적외 분광기의 적외선 검출기 라인을 따른 신호 대 잡음비(16)의 곡선을 도시하며, 여기서 적외선 방출기 라인은, 그 전체 길이가 적외선 검출기 라인의 적외 검출 영역의 전체 길이보다 더 큰 적외선 방출 영역을 갖는다. 신호 대 잡음비(16)의 곡선은 양자의 에지 영역들에서 도 3에서 도시된 도해와 비견 가능하다는 것을 식별하는 것이 가능하지만, 20과 60 간의 포지션 번호들을 갖는 적외선 센서 픽셀의 경우에 신호 대 잡음비의 상당한 강하를 식별하는 것도 가능하다. 이 영역에서, 신호 대 잡음비는 최고 포지션 번호들을 갖는 그러한 적외선 센서 픽셀들에 대해서 보다 훨씬 더 낮다. 신호 대 잡음비(16)의 이러한 비-단조적 곡선 및 중간 포지션 번호를 갖는 적외선 픽셀들의 신호 대 잡음비에서 상당한 강하는 이러한 알려진 ATR 적외 분광기의 상당한 측정 부정확도로 이어진다. 대조적으로, 도 3에서 도시된 바와 같이, 적외선 검출 라인(10)을 따른 신호 대 잡음비(16)의 곡선은 단조적이고 균일하며, 그 결과 본 발명에 따른 ATR 적외 분광기(1)는 높은 측정 정확도를 갖는다.
1 ATR 적외 분광기
2 ATR 결정
3 샘플 스테이지
4 진입면
5 출사면
6 제 1 반사면
7 제 2 반사면
8 적외선 방출기 라인
9 적외선 픽셀
10 적외선 검출기 라인
11 평가 플랫폼
12 적외선 방출의 전체 길이
13 적외선 검출의 전체 길이
14 ATR 결정의 폭
15 가로축 : 적외선 검출기 라인의 적외선 센서 픽셀들의 포지션 번호들
16 세로축: 신호 대 잡음비
17 방출면
18 검출면
19 방출면의 적외선 방출의 폭
20 적외선 픽셀의 간격
21 ATR 결정의 세로축
22 적외선 방출기 라인의 세로축
23 적외선 검출기 라인의 세로축

Claims (15)

  1. 샘플의 화학 조성을 분석하기 위한 ATR 적외 분광기(1)로서,
    세장형 ATR 결정(2) 및 상기 ATR 결정(2)의 하나의 세로 단부에 배열된 ATR 결정(2)의 진입면(4)에 바로 인접하게 배열되는 적외선 방출기 라인(8), 및 상기 ATR 결정(2)의 다른 세로 단부에 배열되는 적외선 검출기 라인(10)을 포함하고, 상기 적외선 방출기 라인(8)에 의해 방출된 적외선은 상기 진입면(4)을 통해 상기 ATR 결정(2) 내로 바로 진입하고, 상기 적외선은 전반사 하에서 그리고 상기 적외선 방출기 라인(8)과 적외선 검출기 라인(10) 간의 ATR 결정(2)에 인접하게 배열되는 샘플과의 상호작용으로 상기 ATR 결정(2)에서 적외선 검출기 라인(10)으로 안내되고, 상기 적외선 검출기 라인(10)의 모든 적외선-검출(infrared-light-detecting) 영역들(18)의 전체 범위(13)는 많아야, 상기 ATR 결정(2)의 세로축(21)에 대해 수직인 방향에 관하여 상기 ATR 결정(2)의 폭(14)에 대응하고, 상기 전체 범위(13)는 상기 적외선 방출기 라인(8)의 모든 적외선-방출 영역들(17)의 전체 범위(12)보다 더 큰,
    샘플의 화학 조성을 분석하기 위한 ATR 적외 분광기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적외선 방출기 라인(8) 및 상기 적외선 검출기 라인(10)의 세로축들(22, 23)은 각각 상기 ATR 결정(2)의 세로축(21)에 대해 수직인,
    샘플의 화학 조성을 분석하기 위한 ATR 적외 분광기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 ATR 결정(2)의 세로축(21)에 대해 수직인 방향에 관하여, 모든 적외선 방출 영역(17)의 전체 범위(12)를 갖는 적외선 방출기 라인(8)은 상기 적외선 검출기 라인(10)의 모든 적외선-검출 영역들(18)의 전체 범위(13) 내에 배열되고, 상기 적외선 검출기 라인의 모든 적외선-검출 영역들(18)의 전체 범위(13)는, 상기 ATR 결정(2)의 세로축(21)에 대해 수직인 방향에 관하여, 상기 ATR 결정(2)의 폭(14)의 범위 내에 배열되는,
    샘플의 화학 조성을 분석하기 위한 ATR 적외 분광기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 ATR 결정(2)의 세로축(21)에 대해 수직인 방향에 관하여, 상기 적외선 방출기 라인(8)의 모든 적외선-방출 영역들(17)의 전체 범위(12)는, 상기 적외선 검출기 라인(10)의 모든 적외선-검출 영역들(18)의 전체 범위(13)의 15% 내지 95%에 대응하는,
    샘플의 화학 조성을 분석하기 위한 ATR 적외 분광기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적외선 방출기 라인(8)은 상기 적외선 방출기 라인(8)의 세로축(22)을 따라 연이어 배열되는 적외선 픽셀들(9)을 갖는,
    샘플의 화학 조성을 분석하기 위한 ATR 적외 분광기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 적외선 픽셀들(9)은 상기 ATR 결정(2)의 세로축(21)에 대해 수직인 방향으로 서로 바로 인접한 적외선-방출 영역들(17) 중 하나를 각각 갖는,
    샘플의 화학 조성을 분석하기 위한 ATR 적외 분광기.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 적외선 픽셀들(9)은 상기 적외선-방출 영역들(17) 중 하나를 각각 가지며, 상기 적외선 픽셀들(9)의 수 및 상기 적외선 픽셀들(9)의 적외선-방출 영역들(17)의 전체 범위(12)는, 상기 적외선 픽셀들(9)의 적외선-방출 영역들(17)의 커버리지가 상기 적외선 방출기 라인(8)의 모든 적외선-방출 영역들(17)의 전체 범위(12)의 적어도 25%에 대응하도록 하는 방식으로, 상기 ATR 결정(2)의 세로축(21)에 대해 수직인 방향으로 서로 매칭되는,
    샘플의 화학 조성을 분석하기 위한 ATR 적외 분광기.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적외선 픽셀들(9)의 적외선-방출 영역들(17)은 각각의 경우에 직사각형인,
    샘플의 화학 조성을 분석하기 위한 ATR 적외 분광기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 적외선 픽셀들(9)의 적외선 방출 영역들(17)의 대각선들 중 하나는 상기 ATR 결정(2)의 세로축(21)에 대해 수직인,
    샘플의 화학 조성을 분석하기 위한 ATR 적외 분광기.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 적외선 픽셀들(9)의 적외선 방출 영역들(17)의 측 에지들(side edges) 중 하나는 상기 ATR 결정(2)의 세로축(21)에 대해 수직인,
    샘플의 화학 조성을 분석하기 위한 ATR 적외 분광기.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적외선 검출기 라인(10)은 선형 가변 파장 필터(linearly variable wavelength filter)를 갖고, 상기 ATR 결정(2)의 세로축에 수직하는 상기 선형 가변 파장 필터의 광 투과성은 변동되는,
    샘플의 화학 조성을 분석하기 위한 ATR 적외 분광기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 ATR 결정(2)은 아연 황화물 또는 아연 셀렌화물을 갖고, 파장 필터의 스펙트럼 범위는 5.5㎛ 내지 11.0㎛인,
    샘플의 화학 조성을 분석하기 위한 ATR 적외 분광기.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적외선 검출기 라인(10)은 복수의 초전기 적외선 센서 픽셀들(pyroelectric infrared light sensor pixels)을 갖는,
    샘플의 화학 조성을 분석하기 위한 ATR 적외 분광기.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 초전기 적외선 센서 픽셀들은 적외선 검출을 위해 납 지르콘산염 티탄산염의 박막을 갖는,
    샘플의 화학 조성을 분석하기 위한 ATR 적외 분광기.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 박막은 검출될 적외선의 파장보다 더 얇은,
    샘플의 화학 조성을 분석하기 위한 ATR 적외 분광기.
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