專利名稱：：多氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明一般涉及吸收光譜儀，尤其涉及檢測(cè)痕量的化學(xué)戰(zhàn)制劑、毒性工業(yè)化學(xué)品和其它能在環(huán)境空氣中發(fā)現(xiàn)的痕量化合物。
背景技術(shù)：
：光譜學(xué)研究電磁輻射與樣品(例如含氣體、固體和液體中的一種或多種)之間的互作用。輻射與特定樣品的互作用方式取決于樣品的特性(例如分子組成)。通常，輻射通過(guò)樣品時(shí)，輻射的特定波長(zhǎng)被樣品內(nèi)的分子吸收。被吸收的特定輻射波長(zhǎng)對(duì)特定樣品內(nèi)的分子吸收。被吸收的特定輻射波長(zhǎng)對(duì)特定樣品內(nèi)的每種分子是獨(dú)特的。因此，識(shí)別哪些輻射波長(zhǎng)被吸收，就能識(shí)別出現(xiàn)在樣品中的特定分子。紅外光譜學(xué)是特定的光譜學(xué)領(lǐng)域，例如在該領(lǐng)域中，通過(guò)使樣品(如氣體、固體、液體或它們的組合)經(jīng)受紅外電磁能來(lái)測(cè)定樣品內(nèi)的分子種類和各別分子濃度。通常，紅外能被表征為能量波長(zhǎng)為約0.7um(頻率為14000cm—1)約1000um(頻率為10cm—1)的電磁能。紅外能被引導(dǎo)通過(guò)樣品，能量與樣品內(nèi)的分子互作用。通過(guò)樣品的能量被檢測(cè)器(如電磁檢測(cè)器)檢測(cè)，然后被栓信號(hào)用來(lái)例如測(cè)定樣品的分子組成和樣品內(nèi)特定分子濃度。一種特定的紅錢光譜儀是傅里葉變換紅外(FT舊)光譜儀，它們被應(yīng)用于許多行業(yè)，例如空氣質(zhì)量監(jiān)視、爆炸與生物制劑檢測(cè)、半導(dǎo)體處理和化學(xué)生產(chǎn)。FTIR光譜儀的不同應(yīng)用要求不同的檢測(cè)靈敏度，使得用戶能區(qū)分樣品中出現(xiàn)哪些分子，且能測(cè)定不同分子的濃度。在一些應(yīng)用中，必須把樣品內(nèi)各別分子濃度標(biāo)識(shí)到十億分之一(PPb)以內(nèi)。隨著工業(yè)應(yīng)用要求越來(lái)越高的靈敏度，優(yōu)化現(xiàn)有光譜學(xué)系統(tǒng)和應(yīng)用新的光譜學(xué)元件，能使系統(tǒng)反復(fù)可靠地分辨樣品中越來(lái)越小的分子濃度。
發(fā)明內(nèi)容在各種實(shí)施例中，本發(fā)明的特征是一種分光檢測(cè)系統(tǒng)，用于監(jiān)視和/或檢測(cè)諸如環(huán)境空氣的氣體樣品中的有毒化學(xué)物質(zhì)。該系統(tǒng)可以是一臺(tái)小巧的便攜多氣體分析儀，能以十億分之幾(PPb)的級(jí)別檢測(cè)與鑒別范圍廣泛的化學(xué)成分，包括各種化學(xué)戰(zhàn)制劑(CWA)、毒性有機(jī)化合物(TOC)和毒性工業(yè)化學(xué)品(TIC)。該系統(tǒng)使誤報(bào)警(如錯(cuò)誤肯定或錯(cuò)誤否定)減至最少，具有高度專一性特點(diǎn)，且能根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合以幾秒或幾分鐘量級(jí)的響應(yīng)時(shí)間工作。在一實(shí)施例中，系統(tǒng)封裝成不引人注目的自動(dòng)操作單元，能部署在建筑物的空氣處理系統(tǒng)內(nèi)，提供足以保護(hù)樓內(nèi)人員的迅速靈敏的危險(xiǎn)報(bào)警，還使自適應(yīng)基礎(chǔ)系統(tǒng)對(duì)出現(xiàn)的污染作出反應(yīng)。在一實(shí)施例中，該單元是一臺(tái)全配套的分析儀，具有FTIR光譜儀、氣體樣品池、檢測(cè)器、埋置式處理器、顯示器、氣泵、電源、加熱元件和其它裝在該單元上的元件，配有收集樣品的進(jìn)氣管和與其它設(shè)備接口的電子通信端口。在一個(gè)方面，本發(fā)明以能夠測(cè)量痕量氣體的裝置為特征。該裝置包括第一輻射束源和干涉計(jì)，后者接收來(lái)自前方的第一輻射束并形成含干涉信號(hào)的第二輻射束。樣品池與干涉計(jì)作光通信，而且該樣品池包括樣品池第一端處的凹反射場(chǎng)表面和樣品池第二端處基本上為球形的凹反射目標(biāo)表面。目標(biāo)表面與場(chǎng)表面成相對(duì)關(guān)系，目標(biāo)表面包括一個(gè)至少在一個(gè)平面內(nèi)提高焦點(diǎn)至合度的圓柱形元件，使第二輻射束經(jīng)在每個(gè)場(chǎng)表面與目標(biāo)表面上多次反射而通過(guò)樣品池傳播的總量最大。該裝置還包括使氣體樣品通過(guò)樣品池流動(dòng)的流動(dòng)機(jī)構(gòu)、與樣品池通信的冷卻型檢測(cè)器及與冷卻型檢測(cè)器電通信的處理器。冷卻型檢測(cè)器接收通過(guò)樣品池內(nèi)樣品傳播的干涉信號(hào)，處理器根據(jù)干涉信號(hào)確定樣品內(nèi)痕量氣體的吸收分布。源、干涉計(jì)、樣品池、冷卻型檢測(cè)器與處理器可置于一個(gè)機(jī)殼內(nèi)。在另一個(gè)方面，本發(fā)明以光學(xué)測(cè)量痕量氣體的方法為特征。該方法包括提供一臺(tái)便攜型吸收光譜儀并使環(huán)境空氣樣品通過(guò)樣品池流動(dòng)。吸收光譜儀包括一個(gè)樣品池，樣品池第一端的環(huán)表面與第二端的目標(biāo)表面成相對(duì)關(guān)系，形成一條折疊的路徑?？梢詢?yōu)化樣品池的容量和輻射束在折疊路徑中的通過(guò)次數(shù)，使在樣品池中傳播的輻射束通過(guò)量最大，以檢測(cè)環(huán)境空氣樣品中濃度小于約500ppb的痕量氣體。在又一個(gè)方面，本發(fā)明以光學(xué)測(cè)量痕量氣體的方法為特征。該方法包括提供一臺(tái)包含基本上密封的樣品池的吸收光譜儀。樣品池包括位于其第一端的場(chǎng)表面與位于其第二端的目標(biāo)表面，二者成相對(duì)關(guān)系，引導(dǎo)輻射束通過(guò)樣品池。輻射束中通過(guò)環(huán)境空氣樣品傳播的第一信號(hào)在樣品池中以第一壓力被測(cè)量。樣品池被環(huán)境空氣增壓至第二壓力，以第二壓力測(cè)量輻射中通過(guò)環(huán)境空氣樣品傳播的第二信號(hào)。第一與第二信號(hào)經(jīng)組合、測(cè)定指示存在痕量氣體的信號(hào)。在各種實(shí)施例中，可將第一與第二信號(hào)組合起來(lái)測(cè)定痕量氣體的吸收分布。在一些實(shí)施例中，輻射束可包括干涉信號(hào)。在一實(shí)施例中，可根據(jù)通過(guò)樣品池中樣品傳播的干涉信號(hào)測(cè)定痕量氣體的吸收分布。在一實(shí)施例中，通過(guò)對(duì)樣品池增壓，可相對(duì)于基線信號(hào)增大痕量氣體的吸收分布的幅值。在再一個(gè)方面，本發(fā)明以從光學(xué)系統(tǒng)除污染物的方法為特征。該方法包括-測(cè)定吸收光譜儀中至少一個(gè)樣品區(qū)內(nèi)的污染物濃度，而且如果污染物濃度超過(guò)某一污染值，就把該樣品區(qū)加熱到除去污染物的凈化溫度。一面監(jiān)視污染物濃度，一面加熱樣品區(qū)，在污染物濃度達(dá)到凈化值時(shí)，可以減少或停止樣品區(qū)的加熱。在又一方面，本發(fā)明以能測(cè)量痕量氣體的裝置為特征。該裝置包括從源接收第一輻射束并形成含干涉信號(hào)的第二輻射束的干涉計(jì)、與干涉計(jì)光通信的樣品池、使氣體樣品流過(guò)樣品池的流動(dòng)機(jī)構(gòu)、至少加熱樣品池的模塊、與樣品池光通信的檢測(cè)器，及與檢測(cè)器和模塊電通信的處理器。檢測(cè)器接收通過(guò)樣品池內(nèi)樣品傳播的干涉信號(hào)。處理器接收通過(guò)樣品池內(nèi)樣品傳播的干涉信號(hào)。處理器根據(jù)干涉信號(hào)測(cè)定樣品中的污染物濃度，若樣品池中污染物濃度超過(guò)污染值，就發(fā)信號(hào)通知模塊把樣品池加熱到去除污染物的凈化溫度，監(jiān)視污染物濃度，同時(shí)模塊加熱樣品池，若污染物濃度達(dá)到凈化值，就發(fā)信號(hào)通知模塊減少或停止加熱樣品池。在另一些示例中，以上的任一方面或成本文所述的任何裝置或方法，都可包括以下特征中的一個(gè)或多個(gè)。在各種實(shí)施例中，痕量氣體的濃度小于約500ppb。在一實(shí)施例中，痕量氣體的濃度約為1050ppb。在一實(shí)施例中，機(jī)殼可攜帶，而且限定了吸入包含氣體樣品的環(huán)境空氣的孔，該孔與樣品池保持流體連通。在一實(shí)施例中，樣品池容量可小于約0.8升。在一些實(shí)施例中，樣品池的路徑長(zhǎng)度約為512米。在一實(shí)施例中，裝置還包括置于便攜機(jī)殼內(nèi)的加熱元件，至少把樣品池加熱到約4018(TC的溫度。在一些實(shí)施例中，機(jī)殼可裝入大樓的空氣處理系統(tǒng)，報(bào)警器發(fā)出聲響提醒空氣處理系統(tǒng)內(nèi)有污染物。在一實(shí)施例中，氣體樣品以大于每分鐘3升的速率流過(guò)樣品池，樣品池在約10秒鐘的時(shí)間間隔內(nèi)的氣體交換率約為80%95%。在一實(shí)施例中，氣體樣品包括化學(xué)制劑、毒性無(wú)機(jī)化合物或毒性有機(jī)化合物。對(duì)約50ppb的諸如沙林、塔崩、索曼、硫芥子氣或VX等氣體，裝置的響應(yīng)時(shí)間小于約20秒。在各種實(shí)施例中，能以檢測(cè)痕量氣體的第一分辨率測(cè)量第一吸收譜，并以更高的分辨率測(cè)量第二吸收譜。在一些實(shí)施例中，能以檢測(cè)痕量氣體的第一靈敏度測(cè)量第一吸收譜，而以更高的靈敏度測(cè)量第二吸收譜。在各種實(shí)施例中，場(chǎng)表面可包括凹反射表面，目標(biāo)表面包括基本上球形的凹反射表面。目標(biāo)表面可包括至少在一個(gè)平面提高焦點(diǎn)至合度的圓柱元件，使通過(guò)樣品池折疊路徑傳播的輻射束的通過(guò)量最大。在一實(shí)施例中，可根據(jù)通過(guò)樣品區(qū)內(nèi)樣品傳播的干涉信號(hào)測(cè)量痕量氣體的吸收分布。從以下只用于示例性說(shuō)明本發(fā)明原理的附圖、詳細(xì)說(shuō)明和權(quán)利要求，將清楚地了解本發(fā)明的其它方面與優(yōu)點(diǎn)。參照以下結(jié)合附圖所作的說(shuō)明，可更好地理解上述的本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)和其它優(yōu)點(diǎn)。圖中，相同的標(biāo)號(hào)通常指不同視圖里的同樣部分。附圖不必按比例，一般著重示明本發(fā)明的原理。圖1示出根據(jù)本發(fā)明用于監(jiān)視和/或檢測(cè)氣體樣品中痕量氣體的示例性檢測(cè)系統(tǒng)的框圖。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的示例光學(xué)配置的示意圖。圖3示出根據(jù)本發(fā)明用于將樣品引入樣品池的示例流量系統(tǒng)的框圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的路徑長(zhǎng)度/NEA與樣品池光學(xué)表面之間通過(guò)次數(shù)的關(guān)系曲線圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明在痕量氣體輸入示例檢測(cè)系統(tǒng)期間痕量氣濃度與時(shí)間的關(guān)系曲線圖。圖6示出根據(jù)本發(fā)明的一系列測(cè)量的等時(shí)線。圖7示出根據(jù)本發(fā)明用于監(jiān)視和/或檢測(cè)氣體樣品中痕量氣體的示例性檢測(cè)的平面圖。圖8示出根據(jù)本發(fā)明用于監(jiān)視和/或檢測(cè)氣體樣品中痕量氣體的示例性檢測(cè)的某些元件的平面圖。具體實(shí)施例方式圖1示出用于監(jiān)視和/或檢測(cè)氣體樣品中痕量氣體的示例性裝置10的框圖。裝置10可用于檢測(cè)痕量物質(zhì)，諸如沙林、塔崩、索曼、硫芥子氣與VX神經(jīng)毒氣。在一些實(shí)施例中，可檢測(cè)固體或液體物質(zhì)的蒸氣。裝置10可以是吸收光譜儀和/或傅里葉變換紅外(FITR)光譜儀。在圖示實(shí)施例中，裝置10包括源14、干涉計(jì)18、樣品池22、氣體樣品源26、檢測(cè)器30、處理器34、顯示器38和機(jī)殼42。在各種實(shí)施例中，裝置10可用于在很短的時(shí)間周期內(nèi)檢測(cè)痕量氣體，很少有(若有的話)誤肯定或誤否定。在各種實(shí)施例中，源14能提供輻射束(如紅外輻射束)。源14可以是激光器或非相干源。在一實(shí)施例中，源是發(fā)光條，即加熱到約100(TC產(chǎn)生黑體輻射的惰性固體。發(fā)光條可用碳化硅構(gòu)成并可通電。系統(tǒng)的光譜范圍約為600crrT15000crrT1，其分辨率約為24cm—1。在一實(shí)施例中，檢測(cè)系統(tǒng)在檢測(cè)痕量氣體時(shí)，可記錄痕量氣體較高分辨率的光譜，該較高分辨率的光譜有助于識(shí)別該痕量氣體。在各種實(shí)施例中，輻射源14和干涉計(jì)18包括單臺(tái)儀器。在一些實(shí)施例中，干涉計(jì)18是本領(lǐng)域公知的Michelson干涉計(jì)。在一實(shí)施例中，干涉計(jì)18足夠自MKS儀表公司(Wilmington,MA)的BRIK干涉計(jì)，它包括分裂與組合射入的組合器、調(diào)制輻射的活動(dòng)直角棱鏡(comercnbe)、用于識(shí)別中心脈沖吊的白光源以及監(jiān)視直角棱鏡速度的垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)。BRIK干涉計(jì)可以不受傾斜與橫移誤差及熱學(xué)變化的影響，這增強(qiáng)了干涉計(jì)的堅(jiān)固性。在一實(shí)施例中，干涉計(jì)18是個(gè)模塊，包括輻射源、固定小鏡、可動(dòng)小鏡、光學(xué)模塊和檢測(cè)器模塊(如檢測(cè)器30)。該干涉計(jì)模塊可測(cè)量由其源產(chǎn)生并發(fā)射通過(guò)樣品(如樣品池22所含的樣品26)的所有光學(xué)頻率。將輻射導(dǎo)向光學(xué)模塊(如分束器)，后者把輻射分成兩束，即第一與第二信號(hào)?？蓜?dòng)小鏡在這兩個(gè)原來(lái)基本上相同的電磁能束之間形成可變的路徑長(zhǎng)度?？蓜?dòng)小鏡一般以恒速移動(dòng)或掃描。第一信號(hào)運(yùn)行了與第二信號(hào)不同的距離后(本例中因可動(dòng)小鏡運(yùn)動(dòng)所致)，第一與第二信號(hào)可被光學(xué)模塊復(fù)合，產(chǎn)生強(qiáng)度被兩束的干涉所調(diào)制的輻射度信號(hào)。該干涉信號(hào)通過(guò)樣品被檢測(cè)器測(cè)量。不同樣品(如固體、液體或氣體)的存在可調(diào)制被檢測(cè)器檢測(cè)的輻射的強(qiáng)度。因此，根據(jù)固定小鏡與可動(dòng)小鏡的相對(duì)位置建立的光程差和樣品產(chǎn)生的電磁信號(hào)的調(diào)制，檢測(cè)器的輸出是可變的、依賴于時(shí)間的信號(hào)。該輸出信號(hào)可被描述為一種干涉圖。該干涉圖可表示為接收能量強(qiáng)度與可動(dòng)小鏡位置的關(guān)系圖，本領(lǐng)域的技術(shù)人員把該干涉圖當(dāng)作與時(shí)間相關(guān)的信號(hào)。該干涉圖與可動(dòng)小鏡的位移產(chǎn)生的可變光程差相關(guān)。由于可動(dòng)小鏡的位置一般希望以恒速掃描，所以技術(shù)人員把該干涉科稱為"時(shí)域"信號(hào)。該干涉圖可被理解為由源發(fā)射并通過(guò)樣品的所有能量波長(zhǎng)的總和。應(yīng)用傅里葉變換(FT)的數(shù)學(xué)處理，計(jì)算機(jī)或處理器就能把干涉圖轉(zhuǎn)換成一種表征光通過(guò)樣品被發(fā)射或吸收的光譜。因各類分子吸收特定的能量波長(zhǎng)，故能基于干涉圖與相應(yīng)的光譜測(cè)定存在于樣品中的分子。同樣地，被吸收或發(fā)射通過(guò)樣品的能量的大小可用來(lái)測(cè)定樣品中分子的濃度。在各種實(shí)施例中，不用干涉計(jì)形成干涉信號(hào)。吸收光譜儀用于記錄光信號(hào)，并由發(fā)射通過(guò)采樣區(qū)的信號(hào)導(dǎo)出有關(guān)痕量物質(zhì)的信息。例如，可以使用吸收譜或微分譜。在各種實(shí)施例中，樣品池22可以是折疊路徑和/或多次通過(guò)吸收池。樣品池22可以包括一個(gè)鋁質(zhì)外殼，里面包含一個(gè)光學(xué)元件系統(tǒng)。在一些實(shí)施例中，樣品池22是折疊路徑光學(xué)分析氣體池，如美國(guó)專利5,440,143所述，其內(nèi)容引用在此作為參考。在各種實(shí)施例中，氣體樣品26的源可以是環(huán)境空氣。樣品池22或氣體釆樣系統(tǒng)可以收集周圍的空氣并將它引入到樣品池22的采樣區(qū)域。通過(guò)使用包括樣品池22的進(jìn)口46和出口50的流動(dòng)系統(tǒng)，可將氣體樣品按規(guī)定的流速引入樣品池22。在各種實(shí)施例中，檢測(cè)器30可以是紅外檢測(cè)器。在一些實(shí)施例中，檢測(cè)器30是冷卻型檢測(cè)器。例如，檢測(cè)器30可以是冷凍劑冷卻型檢測(cè)器(比如，汞鎘碲化物(MCT)檢測(cè)器)、Sti「ling冷卻型檢測(cè)器、或Peltie「冷卻型檢測(cè)器。在一實(shí)施例中，檢測(cè)器是氘化三甘肽硫酸鹽(DTGS)檢測(cè)器。在一實(shí)施例中，檢測(cè)器是0.5mmSti「ling冷卻型MCT檢測(cè)器，具有提供檢測(cè)痕量氣體所需的靈敏度的16ym截止區(qū)。Sti「ling冷卻型MCT檢測(cè)器的相對(duì)響應(yīng)性(responsitivity)(即響應(yīng)性比率與波長(zhǎng)相關(guān))，在整個(gè)感興趣的主波長(zhǎng)區(qū)(如8.312.5um)內(nèi)至少為80%。此外，Stivling冷卻型MCT檢測(cè)器的0*值至少是3xi01QcmHZ1/2V\T1。^定義為檢測(cè)器噪聲等效功率乘以有效單元面積方根的倒數(shù)。處理器34接收來(lái)自檢測(cè)器30的信號(hào)，利用其光譜指紋識(shí)別痕量氣體或?qū)悠穬?nèi)的特定材料提供相對(duì)或絕對(duì)濃度。處理器34可以是例如信號(hào)處理硬年和在個(gè)人計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的定量分析軟件。處理器34包括處理單元和/或存儲(chǔ)器。處理器34可連續(xù)獲取并處理光譜，同時(shí)計(jì)算樣品內(nèi)多種氣體濃度。處理器34能向顯示器38發(fā)送信息，諸如痕量氣體的身份、痕量氣體的光譜和/痕量氣體的濃度。處理器34能以圖表格或保存譜濃度時(shí)間歷史，且也能予以顯示。處理器34能收集和保存各種其它數(shù)據(jù)供以后重新處理或?qū)徱?。顯示器38可以是陽(yáng)極射線管顯示器、發(fā)光二極管(LED)顯示器、扁平屏顯示器或其它本領(lǐng)域已知的合適顯示器。在各種實(shí)施例中，機(jī)殼42適合設(shè)置便攜型、耐用型與輕量型檢測(cè)系統(tǒng)中的一種或多種。機(jī)殼42可包括手柄和/或便于固定于運(yùn)輸機(jī)構(gòu)，諸如拖平或手推平。機(jī)殼42很堅(jiān)固，在運(yùn)輸或跌落時(shí)足以防止光學(xué)元件失準(zhǔn)或損壞。在各種實(shí)施例中，設(shè)置10重量只有40磅。在一實(shí)施例中，裝置10全配套(比如在機(jī)殼42內(nèi)包括以集樣品、記錄光譜、處理光譜和顯示有關(guān)樣品信息所需的所有元件)。圖2示出裝置10可使用的一種光學(xué)配置的示例性實(shí)施例。來(lái)自源14(如發(fā)光系)的輻射被第一小鏡52導(dǎo)向干涉計(jì)18(如包括溴化鉀分束器)。該輻射束被拋物鏡54(PM)導(dǎo)向第一折疊鏡58進(jìn)入樣品池22。輻射束從樣品池出射并被第二折疊鏡62導(dǎo)向橢圓鏡66(EM)，后者把輻射束導(dǎo)向檢測(cè)器30。在一代表性實(shí)施例中，拋物鏡54的有效焦距約105.0mm，原始焦距約89.62mm，偏心值約74.2mm。拋物鏡54的直徑約30.0mm，反射角約45。。在一實(shí)施例中，橢圓鏡66的長(zhǎng)半軸約112.5，短半軸約56.09，橢圓傾角約7.ir。橢圓鏡66的直徑約30.0mm，反射(注射線)角約75°。在各種實(shí)施例中，第一折疊鏡58的直徑約25mm，第二折疊鏡62的直徑約30mm。小鏡與光學(xué)元件包括金、銀或鋁涂膜。在一實(shí)施例中，橢圓與拋物鏡涂金，扁平折疊鏡涂銀。在各種實(shí)施例中，樣品池包括目標(biāo)表面74和場(chǎng)表面78，前者基本上為球形凹面，后者為凹面并與目標(biāo)表面74以相對(duì)關(guān)系定位。目標(biāo)表面74包括在至少一個(gè)平面增強(qiáng)焦點(diǎn)重合度的至少一個(gè)圓柱元件，使在表面74與78之間傳播的輻射束通過(guò)量最大。在一實(shí)施例中，目標(biāo)表面74包括多個(gè)基本上球形的凹反射目標(biāo)表面，每個(gè)表面包括至少在一個(gè)平面增大焦點(diǎn)重合度的圓柱元件，使輻射束通過(guò)量最大。目標(biāo)表面的彎曲中心位于場(chǎng)表面78后面。增大至少一個(gè)平面內(nèi)的焦點(diǎn)重合度，能更好地控制畸變、像散、球面像差與彗差，實(shí)現(xiàn)更高的通過(guò)量。添加該圓柱元件可減小一個(gè)平面內(nèi)的有效曲率半徑，使入射在反射表面上的光在正交平面內(nèi)更好地接近焦點(diǎn)。在一實(shí)施例中，目標(biāo)表面為74在其上疊加一個(gè)圓柱元件，在兩個(gè)正交的平面內(nèi)提供不同的曲率半徑。目標(biāo)表面74可具有接近環(huán)形的輪廓。樣品池22的總路徑長(zhǎng)度約515m，雖然根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合可使用更長(zhǎng)或更短的路徑長(zhǎng)度。在一詳細(xì)實(shí)施例中，樣品池22的總路徑長(zhǎng)度約10.18m，這由目標(biāo)表面74與場(chǎng)表面78之間總通過(guò)次數(shù)約48次決定。樣品池22的光學(xué)元件對(duì)0.5mm檢測(cè)器與1球面度收集角而優(yōu)化。檢測(cè)器光學(xué)放大比約8:1。目標(biāo)表面74和場(chǎng)表面78有全涂模，在8001200cm—1內(nèi)的標(biāo)稱反射率約98.5%。樣品池內(nèi)部容積約為0.20.8L，但可根據(jù)應(yīng)用使用更大或更小的容量。在一詳細(xì)實(shí)施例中，容量約0.45L。在一實(shí)施例中，用于把輻射束導(dǎo)入并通過(guò)樣品池22、使輻射束聚焦于樣品池22的入射縫和/或輻射束導(dǎo)向檢測(cè)器的小鏡和光學(xué)元件，可被優(yōu)化成匹配樣品池的光學(xué)特性，這樣能使輻射通過(guò)量最大，提高檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度。如在一實(shí)施例中，正確對(duì)準(zhǔn)的光學(xué)配置的效率約為88.8%。本文所使用的效率是指撞擊像塊的射線量與在發(fā)射角度范圍內(nèi)發(fā)射的射線總量之比。在一實(shí)施例中，折疊鏡58與62和檢測(cè)器30的位置都可調(diào)節(jié)，以便襝補(bǔ)償干涉計(jì)18、拋物鏡54、樣品池22與檢測(cè)器30之間的各種機(jī)械容差的誤差。在一實(shí)施例中，下列標(biāo)稱(設(shè)計(jì)的)光學(xué)距離可用于優(yōu)化通過(guò)量。*檢測(cè)器到橢圓鏡(XI)約21.39mm。*橢圓鏡到折疊鏡(X2)約132.86mm。'折疊鏡到樣品池(場(chǎng)鏡表面)(X3)約70.00mm。樣品池路徑長(zhǎng)度約10181.93mm。*樣品池到折疊鏡(X4)約70mm。*折疊鏡到拋物鏡(X5)約35mm。圖3示出把樣品引入樣品池22的示例流動(dòng)系統(tǒng)82的示例性實(shí)施例。流動(dòng)系統(tǒng)82包括過(guò)濾器86、流量傳感器90、選用的加熱單元94、氣體池22、壓力傳感器98、閥102和氣體管線110連接的泵106。箭頭表示流向。流動(dòng)系統(tǒng)82的一個(gè)或多個(gè)元件包括例如濕式部件，諸如聚四氟乙烯、不銹鋼和Kalrez，可承受凈化溫度并耐受CWA與TIC的腐蝕性。過(guò)濾器86可以是購(gòu)自Mott公司(Farmington，CT)的一列式2um不銹鋼過(guò)濾器。流量傳感器90可以是包含不銹鋼濕式部件的質(zhì)量流量傳感器，例如購(gòu)自McM川an公司(Georgetown,TX)的流量傳感器。加熱單元94可以是購(gòu)自Watlow電氣制造公司(St，Loais,MO)的管道加熱器(Lineheater)。壓力傳感器98可以是購(gòu)自MKS儀表公司(Wilmington,MA)的Baratron壓力傳感器。閥102可以是不銹鋼質(zhì)，包括聚四氟乙烯圓環(huán)，例如購(gòu)自Wsagelok公司(Solon,OH)的閥。氣體管路110可以是購(gòu)自Swagelok的3/8英寸直徑的管線。泵106可以是帶加熱頭的"微量"隔膜式泵，可以使用AirDimensions公司(DeerfieldBeach,FL)出售的Dia—VacB161泵。在一實(shí)施例中，可使用的購(gòu)自Hargvaves技術(shù)公司(Mooresv川e,NC)的小型隔膜式泵。該例中，泵106位于樣品池22下游讓空氣通過(guò)，因此系統(tǒng)內(nèi)的任何泄漏可被脫離分析儀而不是推入分析儀，把分析儀內(nèi)部元件受污染的風(fēng)險(xiǎn)減至最小。此外，還可防止涉及泵彈性體的無(wú)意識(shí)化學(xué)反應(yīng)的不希望的產(chǎn)物進(jìn)入樣品池22。在各種實(shí)施例中，通過(guò)流動(dòng)系統(tǒng)82的流速為210L/min，但可根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合使用更大或更小的流速。在一實(shí)施例中，流速為36L/min。樣品的應(yīng)力約1個(gè)大氣壓，但可根據(jù)應(yīng)用將壓力保持得更大或更小。在一些實(shí)施例中，樣品池可在高壓下諸如高達(dá)4個(gè)大氣壓工作。樣品池的工作溫度約為1040°C，但可根據(jù)應(yīng)用保持更高或更低的溫度。在一實(shí)施例中，檢測(cè)系統(tǒng)包括一個(gè)把樣品加熱至約4018(TC的加熱單元。在一實(shí)施例中，溫度可升到凈化該裝置的150。C。在各種實(shí)施例中，樣品池路徑長(zhǎng)度約為512m。場(chǎng)表面與目標(biāo)表面的間距受氣體采樣流速的約束。在一實(shí)施例中，16cm間距與32次通過(guò)的5.11米樣品池，內(nèi)容量約0.2L。在另一實(shí)施例中，對(duì)于同樣的通過(guò)次數(shù)，20.3cm間距與32次通過(guò)的容量約0.4L。在又一實(shí)施例中，25.4cm間距的容量約0.6L。確定的流速能至少以每10秒鐘合適地提供"新鮮的"環(huán)境氣體，盡管可得到更小的采樣速率。在各種實(shí)施例中，流速(如210L/min)可優(yōu)化成提供優(yōu)化的氣體交換率，如在一個(gè)實(shí)施例中，在20秒的檢測(cè)時(shí)間間隔內(nèi)，氣體交換率至少是80%。在一實(shí)施例中，在10秒的檢測(cè)時(shí)間間隔內(nèi)，氣體交換率為約8095%。路徑長(zhǎng)度/NEA比可用作量化檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度的量度，其中路徑長(zhǎng)度是以米計(jì)的樣品池的總束路徑長(zhǎng)度，NEA是以吸光度單位(AU)計(jì)的噪聲等效吸光度。如果靈敏度受檢測(cè)系統(tǒng)的非系統(tǒng)性誤差(也稱為隨機(jī)噪聲，諸如檢測(cè)器與電子噪聲)的限制，則檢測(cè)極限反比例于路徑長(zhǎng)度/NEA比。例如，如果該比值加倍，則特定樣品的檢測(cè)極限(ppb或mg/m3)就減半。因此，這對(duì)靈敏度性能是個(gè)合適的量化量度。例如，該量度不考慮先進(jìn)的采樣技術(shù)諸如氣體增壓與冷捕獲導(dǎo)致的靈敏度增強(qiáng)?？紤]到限制系統(tǒng)噪聲，諸如檢測(cè)器與數(shù)字化噪聲，可對(duì)各種系統(tǒng)配置優(yōu)化路徑長(zhǎng)度/NEA比。能優(yōu)化的參數(shù)包括流速、樣品池容量、光程長(zhǎng)度、通過(guò)樣品池次數(shù)、光學(xué)配置、鏡反射率、鏡反射材料和使用的檢測(cè)器。例如，在尺寸、成本與使用壽命的約束范圍內(nèi)，最佳檢測(cè)器就是D1直與速度最高(響應(yīng)時(shí)間較短)的檢測(cè)器。對(duì)于檢測(cè)器噪聲受限制的光譜儀。靈敏度或路徑長(zhǎng)度/NEA比正比于D'值。檢測(cè)器帶寬決定著最大掃描速度，后者又決定了能在允許的測(cè)量周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)的最大數(shù)據(jù)求均量。對(duì)于檢測(cè)器或電子噪聲受限制的系統(tǒng)而言，例如靈敏度通常隨平均掃描次數(shù)的平方根或執(zhí)行這些掃描的時(shí)間而增高。在一實(shí)施例中，Storling冷卻型檢測(cè)器能提供至少為1.5X105m/AU的路徑長(zhǎng)度/NEA靈敏度比。0丁63檢測(cè)器尺寸基0*值較低且速度較慢，但因其成本低、不需維護(hù)，是一種廉價(jià)的替代品。通過(guò)優(yōu)化場(chǎng)表面與目標(biāo)表面之間的距離和這些表面間的通過(guò)次數(shù)，確定路徑長(zhǎng)度/NEA值。圖4對(duì)各種表面間距，例如6.3英寸(16.0cm)、8英寸(20.3cm)與10英寸(25.4cm)，示出了路徑長(zhǎng)度/NEA與小鏡反射的關(guān)系曲線。如圖4所示，最大路徑長(zhǎng)度/NEA值出現(xiàn)在92次通過(guò)處。但在92次通過(guò)處，由于小鏡表面的反射損失，只發(fā)射了25%的光。在一詳細(xì)實(shí)施例中，樣品池的透射率約5060%。因小鏡反射率為98.5%,故60%的透射率相當(dāng)于約32次通過(guò)，圖4中用垂線表示。50%的透射率相當(dāng)于約48次通過(guò)。表1列出了為提供用于檢測(cè)樣品中痕量氣體的采樣系統(tǒng)而組合的示例性參數(shù)。表1.為提供用于檢測(cè)樣品中痕量氣體的采樣系統(tǒng)的示例性參數(shù)組合<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>注1:間隔為10秒時(shí)氣體交換率為80%的流速注2:間隔為10秒時(shí)氣體交換率為90%的流速路徑長(zhǎng)度/NEA比可轉(zhuǎn)換成濃度檢測(cè)限定，單位為mg/ms或十億分之幾(ppb)。轉(zhuǎn)換方法是對(duì)預(yù)期峰吸光度幅值與預(yù)期NEA值作一比較。裝置10可用于檢測(cè)濃度低于約500ppb的痕量物質(zhì)，諸如沙林、塔崩、索曼、硫芥子氣與VX神經(jīng)毒氣等。在各種實(shí)施例中，濃度約為10500ppb，但根據(jù)系統(tǒng)與應(yīng)用情況，能檢測(cè)更高和更低的濃度。在一些實(shí)施例中，濃度可為550ppb，取決于物質(zhì)。例如，裝置10能檢測(cè)濃度約8.630ppb的痕量沙林、濃度約12.939ppb的痕量塔崩、濃度約7.322.8ppb的痕量塔崩、濃度約36.743.9ppb的痕量VX神經(jīng)毒氣。氣體更新率可與路徑長(zhǎng)度/NEA比相結(jié)合，導(dǎo)致表示為"以Z秒鐘檢測(cè)約Xmg/m3(或ppb)的氣體丫"的檢測(cè)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，氣體更新率則是在樣品池內(nèi)建立新鮮氣體供應(yīng)的量度。檢測(cè)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間包括測(cè)量時(shí)間和計(jì)算時(shí)間(例如約5秒)。表2對(duì)諸如沙林、塔崩、索曼、硫芥子氣與VX神經(jīng)毒氣等各種制劑示出了示例性檢測(cè)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間。表2對(duì)應(yīng)用本發(fā)明的檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)量的痕量氣體的示例性檢測(cè)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間(秒)<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>圖5是應(yīng)用步進(jìn)分布輸入法(例如痕量氣體在測(cè)量循環(huán)開始時(shí)送入樣品池)的痕量氣體濃度與時(shí)間的關(guān)系曲線圖。測(cè)量周期A是收集數(shù)據(jù)和/或記錄干涉圖的時(shí)間。計(jì)算周期B是把干涉圖轉(zhuǎn)換到光譜并且進(jìn)行光譜分析以產(chǎn)生能確定報(bào)警級(jí)和/或濃度值的數(shù)據(jù)的時(shí)間。圖6示出一系列測(cè)量的等時(shí)線。試劑1在測(cè)量周期1內(nèi)進(jìn)入樣品池被檢測(cè)，在計(jì)算周期1分析干涉圖。試劑2在測(cè)量周期1進(jìn)入樣品池，若試劑2足夠強(qiáng)，它能在測(cè)量周期1的剩余部分被檢測(cè)；若試劑2不可檢，則它在后一測(cè)量周期如測(cè)量周期2被檢測(cè)，并在隨后的計(jì)算周期如計(jì)算周期2分析干涉圖。在一實(shí)施例中，多次讀取可在時(shí)間上分開，并有固定的預(yù)定間隔。在各種實(shí)施例中，該間隔約為1秒1分鐘，但可根據(jù)具體應(yīng)用使用更小或更大的間隔。在一些實(shí)施例中，間隔約為5秒、10秒或20秒。因此，響應(yīng)時(shí)間取決于該間隔以及檢測(cè)系統(tǒng)可檢測(cè)試劑的時(shí)間。在各種實(shí)施例中，基于某種外部因素，諸如檢測(cè)的痕量氣體、威協(xié)等級(jí)、時(shí)刻、室內(nèi)或樓內(nèi)可能受試劑影響的人數(shù)、具體測(cè)量環(huán)境或上述因素的組合，檢測(cè)系統(tǒng)可采納一個(gè)或多個(gè)參數(shù)。例如在高危條件下，可用較小的間隔使檢測(cè)時(shí)間縮至最短并使痕量試劑的可檢性最大。在低然情況下，可使用較大的間隔，從而維持檢測(cè)系統(tǒng)的使用壽命，減少誤報(bào)警的可能性(誤肯定或誤否定)。此外，超過(guò)特定試劑閾值等級(jí)的各別測(cè)量能觸發(fā)檢測(cè)系統(tǒng)減小該間隔，使另外的測(cè)量以更短的時(shí)間量進(jìn)行。在各種實(shí)施例中，第一光譜以第一分辨率或靈敏度記錄。若檢出污染，第二光譜就分別以更高的分辨率或靈敏度記錄。另外，檢測(cè)器有一工作于較高溫度的備用模式，由此降低其靈敏度。當(dāng)受外部因素觸發(fā)時(shí)，可降低檢測(cè)器溫度來(lái)提高其靈敏度。在各種實(shí)施例中，檢測(cè)系統(tǒng)可基于外部因素或感受到的威協(xié)改變掃描次數(shù)，例如為提高檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度，可增加掃描次數(shù)。在一實(shí)施例中，檢測(cè)系統(tǒng)能以更高的分辨率工作，同時(shí)記錄這些附加的掃描。在一實(shí)施例中，每次掃描包括數(shù)量增加的平均掃描或各別掃描。在各種實(shí)施例中，檢測(cè)系統(tǒng)只對(duì)譜的低頻區(qū)(如低于1300cm—1)作數(shù)字化，使它能以更快的速率掃描?？捎秒娮訛V波器或檢測(cè)器響應(yīng)功能消除較高的頻率區(qū)(如大于1300crrT1)，從而防止或盡量減少假頻。在一些實(shí)施例中，檢測(cè)系統(tǒng)可在一部分譜中檢測(cè)出存在痕量氣體。為確認(rèn)該痕量氣體的存在和/或測(cè)定該痕量氣體的濃度等級(jí)，可分析譜的第二部分。在一實(shí)施例中，可把檢測(cè)系統(tǒng)封裝成密集而配套的多氣體分析儀，例如檢測(cè)系統(tǒng)可以是一種記錄、圖示、分析與報(bào)道空氣質(zhì)量的診斷工具。圖7和8示出用于監(jiān)視空氣質(zhì)量例如環(huán)境空氣中痕量氣體的示例性檢測(cè)系統(tǒng)。參照?qǐng)D7，檢測(cè)系統(tǒng)包括機(jī)殼42'、第一顯示器38'、第二顯示器38"、氣體入口46'、氣體出口50'和連接外部設(shè)備的端口118。機(jī)殼42'是個(gè)三維矩形箱，包括頂板122、側(cè)板126與底板130(示于圖8)。頂板122的鉸鏈與側(cè)板126隔開，因而可打開機(jī)殼42'作維修。頂板122的外表面包括第一顯示器38"和與之連接或埋入其內(nèi)的第二顯示器38"。第一顯示器38'可以是液晶顯示器(LCD)，例如觸摸屏顯示器，它可以接收操作檢測(cè)系統(tǒng)的命令，并能顯示出圖示用戶界面(GUI)。第二顯示器38"可以是發(fā)光二極管(LED)顯示器，例如用一系列發(fā)光的LED指示危險(xiǎn)等級(jí)、報(bào)警狀態(tài)和/或檢測(cè)系統(tǒng)健全狀態(tài)。例如，第二顯示器38可包括指示報(bào)警狀態(tài)的第一組綠黃紅LED和分開指示傳感器健全狀態(tài)的第二組綠黃紅LED。在各種實(shí)施例中，機(jī)殼42限定吸入環(huán)境空氣的孔，該孔用于把氣體樣品引入流動(dòng)系統(tǒng)樣品池中檢測(cè)。圖8示出在頂板122鉸接打開后的頂板122與底板130的內(nèi)視圖。底板包括內(nèi)底盤，包含安裝光學(xué)元件的光學(xué)箱134，該光學(xué)箱134可用鋁殼(如6061—T6)構(gòu)成。在一實(shí)施例中，光學(xué)箱134是個(gè)氣密箱。如圖8所示，光學(xué)箱134包括源14'、干涉計(jì)18'、樣品池22'、檢測(cè)器30'、拋物鏡54'、第一折疊鏡58'、第二折疊鏡62'、橢圓鏡66'、目標(biāo)表面74'和場(chǎng)表面78'。光學(xué)箱134還包括流動(dòng)系統(tǒng)，含有氣流調(diào)節(jié)閥138、壓力傳感器98'、泵106'、氣體管線110和連接配件142供各種元件與風(fēng)扇150使用的電源146也附接于底板130。檢測(cè)系統(tǒng)可在不流動(dòng)空氣中工作，風(fēng)扇150可保持系統(tǒng)內(nèi)部溫度。底板130還包括與頂板122連接的連接器154。如圖8所示，頂板122可包括與之連接的電子元件。例如，頂板122可包括數(shù)據(jù)采集模塊158、鏡移動(dòng)控制模塊162、單板計(jì)算機(jī)166、配電模塊170和硬驅(qū)動(dòng)器172。數(shù)據(jù)采集模塊158包括前置放大器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器與數(shù)據(jù)采集板。前置放大器放大接收自檢測(cè)器30'的模擬信號(hào)，該模擬信號(hào)可用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。數(shù)據(jù)采集板可以是購(gòu)自Netburher(SanDiego,CA)的Netburne「處理板。單板計(jì)算機(jī)166可以是運(yùn)行Windows并向用戶提供GUI的流行PC母板。配電模塊170可對(duì)系統(tǒng)內(nèi)其它模塊進(jìn)行配電，可提供監(jiān)視檢測(cè)系統(tǒng)功能性的健全與狀態(tài)傳感器。例如，配電模塊170可對(duì)系統(tǒng)電源146和風(fēng)扇150配送交流電，能控制溫控器174，比如購(gòu)自Dwyer儀表公司(MichiganCity,IN)的Love控制器。配電模塊170還監(jiān)視樣品池壓力，穿過(guò)空氣過(guò)濾器的差壓、樣品池溫度和檢測(cè)器溫度，A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換輸出并將結(jié)果傳回單板計(jì)算機(jī)166。配電模塊170還能根據(jù)單板計(jì)算機(jī)166的命令控制Sti「ling冷卻型檢測(cè)器的致冷器電機(jī)。頂板122還可包括樣品池溫度發(fā)送器?？捎酶浇佑陧敯?22的模塊作數(shù)據(jù)處理，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析。譜庫(kù)包括約300400種氣體的譜印，只要靈下光譜，還可添加更多種氣體。數(shù)據(jù)處理可用諸如MATLAB或C+1等標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言執(zhí)行。記錄的光譜可轉(zhuǎn)移到MATLAB作譜后處理，以便計(jì)算氣體濃度、譜殘留和/或誤警率。在各種實(shí)施例中，檢測(cè)系統(tǒng)能以每年少于約6次誤警地工作。誤警出自于噪聲、異常譜效應(yīng)、分析代碼、模型誤差、譜庫(kù)出錯(cuò)或未知干擾。計(jì)算機(jī)軟件能工作于帶圖示遙控功能的Java基平臺(tái)。可對(duì)遠(yuǎn)離檢測(cè)系統(tǒng)的客戶計(jì)算機(jī)引入標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)，包括用戶注冊(cè)、Web基GUL、報(bào)警觸發(fā)和/或Ethevnet接口。計(jì)算機(jī)軟件能執(zhí)行遠(yuǎn)程安全與控制診斷。此外，端口118可用于把系統(tǒng)接至獨(dú)立的計(jì)算機(jī)，后者可執(zhí)行數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)分析。機(jī)殼42'設(shè)計(jì)成可承受50G沖擊。在一實(shí)施例中，機(jī)殼42'長(zhǎng)約406mm，寬約559mm。檢測(cè)系統(tǒng)的質(zhì)量約20Kg。機(jī)殼42'可裝在墻上、可動(dòng)平上或手推平上，包括人工或使用機(jī)械提升裝置的攜帶手柄(未示出)。在一實(shí)施例中，可把機(jī)殼安裝成大樓空氣處理系統(tǒng)的一部分。檢測(cè)器感測(cè)出有污染時(shí)，可采取糾正措施解決污染。例如報(bào)警器通知對(duì)大樓排氣，或增加流入空氣處理系統(tǒng)的空氣以將法治掃出公用區(qū)，或?qū)⒑哿繗怏w稀釋到可接受程度。在各種實(shí)施例中，出現(xiàn)污染時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)可工作于凈化系統(tǒng)的高溫。系統(tǒng)經(jīng)配置，可將樣品池和流動(dòng)系統(tǒng)加熱到約15020CTC溫度，而包括電子與光學(xué)元件的其余元件則保持在低于約7CTC的溫度。例如，可將加熱到約15(TC的元件與周圍元件隔開，防止損壞電路和光學(xué)元件的重新對(duì)準(zhǔn)或受損。樣品池與流動(dòng)系統(tǒng)在高溫下工作可加快對(duì)污染的解吸附作用。在一實(shí)施例中，檢測(cè)系統(tǒng)一面工作，一面被凈化，故能監(jiān)視凈化進(jìn)程。在一實(shí)施例中，檢測(cè)系統(tǒng)在凈化期間用氮?dú)饣颦h(huán)境空氣吹洗。氣體含濕氣(例如相對(duì)溫度大于或等于約30%)。在各種實(shí)施例中，系統(tǒng)凈化不到2小時(shí)又可工作。在一實(shí)施例中，可以測(cè)定檢測(cè)系統(tǒng)中的污染物濃度，若污染物濃度超過(guò)某一污染值，至少可將樣品區(qū)加熱到除去該污染物的凈化溫度。可以一面監(jiān)視污染物濃度，一面加熱樣品區(qū)，在污染物濃度達(dá)到凈化值時(shí)，可減緩或中止加熱。污染值可以是抑制檢測(cè)系統(tǒng)性能的物質(zhì)濃度，凈化值可以是檢測(cè)系統(tǒng)不受污染物影響而工作的物質(zhì)濃度。在各種實(shí)施例中，檢測(cè)系統(tǒng)的樣品池可在高壓下工作。雖然路經(jīng)長(zhǎng)度/NEA比不變，但是檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度因大量痕量氣體樣品出現(xiàn)在同一路徑長(zhǎng)度的樣品池內(nèi)而得以增強(qiáng)，反過(guò)來(lái)可相對(duì)于基線生成更大的吸收信號(hào)。增大流速，同時(shí)保持樣品池容量不變，可提高壓力。場(chǎng)表面與目標(biāo)表面可固定安裝，這樣在提高壓力時(shí)，其位置基本上保持不變。例如，可將場(chǎng)表面與目標(biāo)在棒上固定這些表面。此外，樣品池基本上為氣密。樣品池里的目標(biāo)表面與場(chǎng)表面可浸在樣品氣體中，因而可對(duì)場(chǎng)表面與目標(biāo)表面的背面都施加正壓力，防止在高壓下變形。在各種實(shí)施例中，壓力為110個(gè)大氣壓。在一實(shí)施例中，壓力為4個(gè)大氣壓。在一些實(shí)施例中，可測(cè)量在兩個(gè)不同壓力下的信號(hào)并得出這些信號(hào)的比值。信號(hào)比可消除基線噪聲，增強(qiáng)靈敏度，并且/或者增大痕量氣體的吸收分布相對(duì)于基線信號(hào)的幅值。測(cè)量輻束在樣品池內(nèi)以第一壓力傳播通過(guò)環(huán)境空氣樣品的第一信號(hào)。用環(huán)境空氣將樣品池增壓至第二壓力，在樣品池內(nèi)第二壓力下測(cè)量輻射束傳播通過(guò)環(huán)境空氣樣品的第二信號(hào)。把第一與第二信號(hào)組合起來(lái)，可測(cè)定指示有痕量氣體的信號(hào)，例如可將這些信號(hào)組合起來(lái)得出該痕量氣體的吸收分布。在一實(shí)施例中，輻射束包括一個(gè)干涉信號(hào)，可根據(jù)該干涉信號(hào)測(cè)定痕量氣體的吸收分布。在一實(shí)施例中，第一壓力約1個(gè)大氣壓，第二壓力約110個(gè)大氣壓。在一詳細(xì)實(shí)施例中，第一壓力約1個(gè)大氣壓，第二壓力約4個(gè)大氣壓。在各種實(shí)施例中，第一信號(hào)用作第二信號(hào)的基線信號(hào)，因?yàn)樵谠龃髩毫r(shí)，樣品池的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)保持基本不變。在一些實(shí)施例中，測(cè)得的基線信號(hào)用作第一與第二信號(hào)二者的基線信號(hào)。在各種實(shí)施例中，流動(dòng)系統(tǒng)包括一根冷凝管，通過(guò)將它冷卻到其飽和溫度以下來(lái)捕獲有關(guān)氣態(tài)樣品。許多揮發(fā)性材料在一75。C或更低的溫度下凝結(jié)。在一實(shí)施例中，從樣品池出氣口建立一個(gè)冷凍的冷卻捕獲器。在一段規(guī)定的時(shí)間或收集周期之后，捕獲的一種或多種氣體經(jīng)加熱，會(huì)迅速地蒸發(fā)或"閃蒸"回樣品池，可作光譜測(cè)量。該技術(shù)能在樣品池保持大氣壓情況下，把目標(biāo)氣體量增大約一二個(gè)數(shù)量級(jí)。在一實(shí)施例中，在一段時(shí)間間隔(如每隔約10秒鐘)之后，進(jìn)行連續(xù)流量測(cè)量，而閃蒸出現(xiàn)的時(shí)間間隔更長(zhǎng)。在各種實(shí)施例中，檢測(cè)系統(tǒng)包括長(zhǎng)波通濾波器。A/D轉(zhuǎn)換器引起的噪聲與檢測(cè)器引起的噪聲為同一量級(jí)。配用長(zhǎng)波通濾波器能阻塞較高波數(shù)區(qū)，并可通過(guò)減小干涉圖中心猝發(fā)幅值而降低數(shù)字轉(zhuǎn)換器動(dòng)態(tài)范圍要求來(lái)提高靈敏度。檢測(cè)器不帶光學(xué)濾波器時(shí)的動(dòng)態(tài)范圍約為6005000cm—1。由于多數(shù)作為目標(biāo)的毒性物質(zhì)在1500cm—1以下是可檢測(cè)的，所以可運(yùn)用增高靈敏度的長(zhǎng)波通濾波器來(lái)消除高于5000cm—'的光譜。例如，運(yùn)用在約1667cm—1截止的普通流行的長(zhǎng)波通濾波器，路徑長(zhǎng)度/NEA比的增益可達(dá)約2030X。另外，通過(guò)讓檢測(cè)器工作于較高增益，例如特定檢測(cè)器可達(dá)到的最高增益，應(yīng)用長(zhǎng)波通濾波器可改善檢測(cè)系統(tǒng)的信噪比。在各種實(shí)施例中，低靈敏度檢測(cè)器諸如MCT檢測(cè)器或DTGS檢測(cè)器，可用于在較高頻率區(qū)記錄光譜。雖然已參照特定的示例實(shí)施例具體示明和描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解，在不違背所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可在形式和細(xì)節(jié)上作出各種變化。權(quán)利要求1.一種能測(cè)量痕量氣體的裝置，包括第一輻射束源；干涉計(jì)，用于接收來(lái)自所述源的第一輻射束并形成包含干涉信號(hào)的第二輻射束；與干涉計(jì)進(jìn)行光通信的樣品池，所述樣品池包括位于樣品池第一端的凹反射型場(chǎng)表面；和位于樣品池第二端、與場(chǎng)表面成相對(duì)關(guān)系的基本上球形的凹反射型目標(biāo)表面，所述目標(biāo)表面具有在至少一個(gè)平面內(nèi)提高焦點(diǎn)重合度的圓柱元件，從而使在每個(gè)場(chǎng)表面與目標(biāo)表面上經(jīng)過(guò)多次反射而傳播通過(guò)樣品池的第二輻射束的通過(guò)量達(dá)到最大；流動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于使氣體樣品流過(guò)樣品池；與樣品池進(jìn)行光通信的冷卻型檢測(cè)器，所述冷卻型檢測(cè)器接收傳播通過(guò)樣品池中的樣品的干涉信號(hào)；與冷卻型檢測(cè)器進(jìn)行電通信的處理器，所述處理器根據(jù)干涉信號(hào)來(lái)確定樣品中痕量氣體的吸收分布；以及機(jī)殼，其中設(shè)置了所述源、干涉計(jì)、樣品池、冷卻型檢測(cè)器和處理器的。2.如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，所述痕量氣體的濃度小于約500ppb。3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述痕量氣體的濃度約為1050ppb。4.如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，所述機(jī)殼是可攜帶的且限定一個(gè)吸入含氣體樣品的環(huán)境空氣的孔，所述孔與樣品池保持流體流通。5.如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，所述機(jī)殼可裝在建筑物的空氣處理系統(tǒng)內(nèi)。6.如權(quán)利要求5所述的裝置，還包括一個(gè)通知空氣處理系統(tǒng)中存在污染物的報(bào)警器。7.如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，所述樣品池的容量小于約0.8升。8.如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，氣體樣品以大于約3升/分鐘的速率流過(guò)樣品池。9.如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，樣品池的路徑長(zhǎng)度約為512米。10.如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，樣品池在約10秒鐘的時(shí)間間隔內(nèi)具有約8095%的氣體交換率。11.如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，氣體樣品包括化學(xué)戰(zhàn)試劑、毒性無(wú)機(jī)化合物或毒性有機(jī)化合物。12.如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，對(duì)于約50ppb的沙林、塔崩、索曼、硫芥子氣和VX中的至少一種，所述裝置的響應(yīng)時(shí)間小于約20秒。13.如權(quán)利要求l所述的裝置，還包括設(shè)置在機(jī)殼內(nèi)的加熱單元，用于至少把樣品池加熱到約40180'C的溫度。14.一種以光學(xué)方式測(cè)量痕量氣體的方法，包括提供一臺(tái)包括樣品池的便攜式吸收光譜儀，所述樣品池包含位于第一端的場(chǎng)表面和位于第二端的目標(biāo)表面，這兩個(gè)表面以相對(duì)的關(guān)系構(gòu)成一條折疊的路徑；使環(huán)境空氣樣品流過(guò)樣品池；以及優(yōu)化樣品池的容量和輻射束在折疊路徑中的通過(guò)次數(shù)，從而使在樣品池中傳播的輻射束的通過(guò)量達(dá)到最大，以便檢測(cè)在環(huán)境空氣樣品中濃度小于約500ppb的痕量氣體。15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，場(chǎng)表面包括凹反射表面，目標(biāo)表面包括基本上為圓球形的凹反射表面，所述目標(biāo)表面有一個(gè)在至少一個(gè)平面內(nèi)提高焦點(diǎn)重合度的圓柱元件，從而使傳播通過(guò)樣品池的折疊路徑的輻射束的通過(guò)量達(dá)到最大。16.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括根據(jù)傳播通過(guò)樣品區(qū)內(nèi)的樣品的干涉信號(hào)，確定所述痕量氣體的吸收分布。17.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括按第一分辨率測(cè)量第一吸收譜以檢測(cè)痕量氣體；和按更高的分辨率測(cè)量第二吸收譜。18.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括按第一靈敏度測(cè)量第一吸收譜以檢測(cè)痕量氣體；和按更高的靈敏度測(cè)量第二吸收譜。19.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括使樣品流動(dòng)，因而樣品區(qū)在約IO秒鐘的時(shí)間間隔內(nèi)具有約8095%的氣體交換率。20.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括把樣品區(qū)加熱到約40180'C的溫度。21.—種以光學(xué)方式測(cè)量痕量氣體的方法，包括提供一臺(tái)包含大體上氣密的樣品池的吸收光譜儀，所述樣品池包含位于第一端的場(chǎng)表面和位于第二端的目標(biāo)表面，這兩個(gè)表面以相對(duì)的關(guān)系引導(dǎo)輻射束通過(guò)樣品池；測(cè)量傳播通過(guò)樣品池內(nèi)第一壓力下的環(huán)境空氣樣品的輻射束的第一信號(hào)；使帶有環(huán)境空氣的樣品池增壓到第二壓力；測(cè)量傳播通過(guò)樣品池內(nèi)第二壓力下的環(huán)境空氣樣品的輻射束的第二信號(hào)；以及組合第一與第二信號(hào)，以確定用于指示存在痕量氣體的信號(hào)。22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，場(chǎng)表面包括凹反射表面，目標(biāo)表面包括基本上為圓球形的凹反射表面，所述目標(biāo)表面有一個(gè)在至少一個(gè)平面內(nèi)提高焦點(diǎn)重合度的圓柱元件，從而使傳播通過(guò)樣品池的折疊路徑的輻射束的通過(guò)量達(dá)到最大。23.如權(quán)利要求21所述的方法，還包括組合第一信號(hào)與第二信號(hào)以確定所述痕量氣體的吸收分布。24.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述輻射束含一干涉信號(hào)。25.如權(quán)利要求24所述的方法，還包括根據(jù)傳播通過(guò)樣品池內(nèi)的樣品的干涉信號(hào)，確定痕量氣體的吸收分布。26.如權(quán)利要求23所述的方法，還包括通過(guò)對(duì)樣品池增壓，增大痕量氣體吸收分布相對(duì)于基線信號(hào)的幅值。27.—種從光學(xué)系統(tǒng)消除污染物的方法，包括確定在吸收光譜儀中至少一個(gè)樣品區(qū)內(nèi)的污染物的濃度；如果所述污染物的濃度超過(guò)某一污染值，就把樣品區(qū)加熱到消除所述污染物的凈化溫度；在加熱樣品區(qū)的同時(shí)，監(jiān)視污染物的濃度；以及在所述污染物的濃度達(dá)到凈化值時(shí)，減緩或停止對(duì)樣品區(qū)加熱。28.—種能測(cè)量痕量氣體的裝置，包括干涉計(jì)，用于接收來(lái)自源的第一輻射束并形成含干涉信號(hào)的第二輻射束；與干涉計(jì)進(jìn)行光通信的樣品池；使氣體樣品流過(guò)樣品池的流動(dòng)機(jī)構(gòu)；至少加熱樣品池的模塊；與樣品池進(jìn)行光通信的檢測(cè)器，所述檢測(cè)器接收傳播通過(guò)樣品池內(nèi)的樣品的干涉信號(hào)；與檢測(cè)器和模塊進(jìn)行電通信的處理器，所述處理器根據(jù)干涉信號(hào)確定樣品中污染物的濃度，若樣品池內(nèi)污染物的濃度超過(guò)某一污染值，就通知所述模塊把樣品池加熱到消除所述污染物的凈化溫度，在所述模塊加熱樣品池的同時(shí)，監(jiān)視污染物的濃度，若污染物的濃度達(dá)到凈化值，則通知所述模塊減緩或停止加熱樣品池。全文摘要描述了一種監(jiān)視環(huán)境空氣中毒性化學(xué)物質(zhì)的分光檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一臺(tái)密致的便攜式多氣體分析儀，能以十億分之幾(ppb)的級(jí)別檢測(cè)與鑒別范圍廣泛的化學(xué)成分，包括各種神經(jīng)與起皰試劑及毒性工業(yè)化學(xué)品。系統(tǒng)使誤警(如誤肯定或誤否定)減至最少，具有高度專一性，而且根據(jù)應(yīng)用情況，能以幾秒鐘到幾分鐘的響應(yīng)時(shí)間工作。該系統(tǒng)是臺(tái)全配套的分析儀，備有傅里葉變換紅外(FTIR)光譜儀、氣體樣品池、檢測(cè)器、埋置式處理器、顯示器、電源、氣泵、加熱單元和裝在單元上的其它元件，單元有一個(gè)收集樣品的吸氣口和一個(gè)與外部設(shè)備接口的電子通信端口。文檔編號(hào)G01N21/35GK101389948SQ200680041146公開日2009年3月18日申請(qǐng)日期2006年9月29日優(yōu)先權(quán)日2005年9月30日發(fā)明者M(jìn)·L·斯帕茨,V·薩帕塔里申請(qǐng)人:Mks儀器股份有限公司