CN1781027A - 改进的微波光谱仪 - Google Patents

Abstract

改进的微波光谱仪用于测量从环氧乙烷灭菌室取得的一个或多个气体试样中环氧乙烷气体的浓度和水蒸汽的浓度。

Description

改进的微波光谱仪

技术领域

本发明涉及改进的微波光谱仪，特别是涉及这样一种改进的微波光谱仪，其测量一个或多个气体试样或试样气氛中指定气体的浓度。

背景技术

微波光谱仪已用于测量气体试样或试样气氛中指定气体的浓度。例如，微波光谱仪已被使用在环氧乙烷灭菌系统中以测量从环氧乙烷灭菌室获得的气体试样中环氧乙烷气体的浓度。一种这样的微波光谱仪在1997年7月出版的Rev.Sci.Instrum.(68)7中公开，其题为“在灭菌期间使用微波光谱仪测量环氧乙烷气体浓度的特殊性、准确性及数据整理分析”，其通过引用组合于此。从微波光谱仪获得的测量可用于确定是否有足够数量或浓度的环氧乙烷气体出现在灭菌室中，其是对灭菌室中的物品进行灭菌所必须的数量或浓度。如果在预定的最短时间段内有足够浓度的环氧乙烷气体出现在灭菌室中且某些其它条件均被满足，则被灭菌的物品可作为已完全灭菌的物品投放到市场。这种基于灭菌室中环氧乙烷的级别及其它不依赖于生物指示剂的条件的投放通常被称为参数投放。

在灭菌过程期间灭菌室中气体的相对湿度是可影响环氧乙烷灭菌过程的有效性的条件之一。例如，在某一环氧乙烷灭菌室中，如果灭菌室中的相对湿度在某一百分比之上(即大约33％)或在某一百分比之下(即大约90％)，灭菌室中环氧乙烷气体和被灭菌的物品之间的相互作用可改变并可影响灭菌过程。因而，为实现环氧乙烷灭菌过程的参数投放，则必须知道在灭菌过程期间灭菌室内的气体的相对湿度。

已知有多种装置可测量气体试样或试样气氛中的相对湿度。此外，微波光谱仪已被测试用于测量环氧乙烷和水蒸汽的浓度。一种这样的微波光谱仪在1995年10月出版的Rev.Sci.Instrum.66(10)中公开，其题为“具有采用频率“扫描窗口”(锁定到旋转吸收峰值)的频率控制系统的微波光谱仪”，其通过引用组合于此。该系统采用了单个微波检测器并使用露点发生器来用于测量水蒸汽的装置的校准。然而，露点发生器没有充分发生作用。因此，尚须一种精确校准的微波光谱仪，其可准确且可靠地测量从环氧乙烷灭菌室获得的一个或多个气体试样中环氧乙烷的浓度和水蒸汽的浓度，并确定气体试样中的相对湿度。

发明内容

本发明通过提供一种改进的微波光谱仪解决了上述问题，其可以交替测量一个或多个气体试样中指定气体的浓度及水蒸汽的浓度，具体地，其可测量从环氧乙烷灭菌室获得的一个或多个气体试样中环氧乙烷气体的浓度及水蒸汽的浓度。改进的微波光谱仪测量水蒸汽的体积百分比并基于热力学数据计算相对湿度。从而，改进的微波光谱仪有利于经受环氧乙烷灭菌设施中的灭菌处理的物品的参数投放，其通过测量水蒸汽的浓度并确定灭菌室内的相对湿度进行，相对湿度影响环氧乙烷灭菌过程的整体效力。

本发明的微波光谱仪由印刷电路板和计算机控制系统(统称为控制系统)控制，其包括两个微波发生器，分别产生约在环氧乙烷气体和水蒸汽分子的吸收频率的微波。根据微波光谱仪是测量从灭菌室获得的气体试样中的环氧乙烷气体还是水蒸汽，计算机控制系统使适当的微波发生器产生微波。微波被导引到调谐谐振腔，其将微波的频率恰当地精制到环氧乙烷分子或水蒸汽分子的吸收频率。在微波由调谐谐振腔精确调谐之后，它们被导引到衰减器，其调节微波的振幅或功率。衰减器将微波导引到气体测量室，当微波行进通过气体测量室时，微波与气体测量室中吸收频率等于微波的吸收频率的任意气体分子相互作用。微波被导引到两个微波检测器之一，其检测频率等于环氧乙烷吸收频率或水蒸汽吸收频率的微波的振幅。检测器将其所得的测量值发送给控制系统，控制系统基于由气体测量室中的分子吸收的功率值确定气体试样中环氧乙烷气体的浓度或水蒸汽分子的浓度，所述功率值是由衰减器调节的微波的功率和检测器确定的微波的功率之间的差。控制系统使用这些测量值确定灭菌室内的相对湿度。

微波光谱仪包括联合校准/取样及稀释气体系统，其具有气体管线，气体管线在气体试样被传达或发送给气体测量室之前收集气体试样。联合校准/取样及稀释气体系统获得三种类型的气体试样。第一种气体试样从环氧乙烷细压缩气瓶(lecture bottle)或气体适当的源获得并具有已知浓度的环氧乙烷气体。微波光谱仪使用该气体试样校准其自身，其通过测量该气体试样中环氧乙烷气体的浓度并将测量值与实际已知的浓度进行比较而进行校准。第二种气体试样从包含已知浓度的水蒸汽的烧杯获得。微波光谱仪使用该试样气氛校准其自身，其通过测量该试样中的水蒸汽的浓度并将测量值与实际已知的浓度进行比较而实现校准。第三种气体试样从灭菌室获得并具有未知的环氧乙烷气体浓度和未知的水蒸汽浓度。在校准过程之后，其产生校准曲线，微波光谱仪测量该气体试样或从灭菌室获得的几个这样的气体试样中环氧乙烷气体分子的浓度和水蒸汽分子的浓度。使用校准曲线，微波光谱仪从而可测量气体试样中环氧乙烷和水蒸汽的浓度。水蒸汽的浓度是灭菌室内的绝对湿度。控制系统接着基于绝对湿度确定气体试样因而灭菌室中的相对湿度。

因此，本发明的一个目标是提供一种改进的微波光谱仪，其交替测量一个或多个气体试样或试样气氛中指定气体的浓度和水蒸汽的浓度。

本发明的另一目标是提供一种改进的微波光谱仪，其交替测量从环氧乙烷灭菌室获得的一个或多个气体试样中环氧乙烷气体的浓度和水蒸汽的浓度并确定该气体试样中的相对湿度。

本发明的另一目标是提供改进的微波光谱仪，其通过测量一个或多个气体试样中环氧乙烷气体的浓度校准自己，及通过测量一个或多个气体试样中水蒸汽的浓度校准自己，并测量一个或多个气体试样中环氧乙烷气体和水蒸汽的浓度。

从下面结合附图的详细描述，本发明的其它目标、特征和优点对本领域的一般技术人员而言将是显而易见的，附图中相同的附图标记指相同的组成部分。

附图说明

图1是根据本发明制备的微波光谱仪的示意图。

图2为图1的微波光谱仪的相对湿度阀门和相对湿度刻度烧杯的放大示意图。

图3为图1中的其它测量室(即Stark气室)及其中的Stark调制器的放大示意截面图。

具体实施方式

图1示意性地示出了本发明的改进的微波光谱仪，其由数字10指示。本发明的改进的微波光谱仪在此参考微波光谱仪用于交替测量从环氧乙烷灭菌室获得的一个或多个气体试样或试样气氛中环氧乙烷气体的浓度和水蒸汽的浓度而进行描述。然而，应该意识到的是，本发明的改进的微波光谱仪可用于测量从另一来源取得的一个或多个气体试样或试样气氛中一种或多种指定气体的浓度。

根据量子物理学原理，气体分子将吸收具有特殊频率的微波的能量或功率。不同的气体分子将吸收不同的特定频率的微波的能量或功率，气体分子将在其吸收微波辐射的频率称为“吸收频率”。大量气体分子的准确吸收频率已被确定并由美国标准局于1968年公布。在环氧乙烷灭菌过程中采用的环氧乙烷气体分子的吸收频率为23.134千兆赫。水蒸汽分子的吸收频率为22.235千兆赫。为测量从环氧乙烷灭菌室取得的气体试样或试样气氛中环氧乙烷分子和水蒸汽分子的浓度，本发明的改进的微波光谱仪交替产生在两种分子的吸收频率的微波，如下所述。

微波光谱仪10通常由商业上可用的元件构造或组装。微波光谱仪由常规的计算机和印刷电路板控制系统12进行控制，这二者在此被统称为控制系统12。控制系统12包括多个印刷电路板和计算机处理机，计算机处理机执行下面描述的多个功能。微波光谱仪10包括两个微波发生器或电子枪二极管振荡器14和16，其分别产生在环氧乙烷气体和水蒸汽分子的吸收频率的微波。具体地，电子枪二极管(gun diode)产生具有关于环氧乙烷分子的吸收频率的小频率分布的微波，电子枪二极管16产生具有关于水蒸汽分子的吸收频率的小频率分布的微波。没有电子枪二极管可包括内置变容二极管，其电子地调谐微波光谱仪的频率。

根据微波光谱仪10是测量气体试样中的环氧乙烷气体还是水蒸汽，控制系统12指示适当的电子枪二极管产生微波。两个电子枪二极管14和16均被连接到第一循环器18。循环器18阻止自电子枪二极管14和16产生的微波重新进入电子枪二极管并确保微波以适当的方向从电子枪二极管14和16引导到第二循环器20。循环器20将微波导引到调谐谐振腔22中并导出调谐谐振腔22，具体地，导入和导出端口1、端口2和端口3。从而，循环器18和20共同作用以适当地收集由电子枪二极管14和16产生的微波并导引到调谐谐振腔22。

调谐谐振腔22将电子枪二极管14和16产生的微波频率精制或调制到精确的环氧乙烷分子或水蒸汽分子的吸收频率。调谐谐振腔22，最好由空的金属(最好为黄铜)矩形截面管组成，尽管其可由其它适当的材料、形状和大小制成。通过改变管的长度，微波通过在管中行进可被准确地调谐到特定的环氧乙烷分子或水蒸汽分子的吸收频率。具体地，微波的频率由微波在管中行进的距离及被反射离开管的远端壁的微波在管中行进回到循环器20的距离进行准确地调谐。调谐谐振腔22的长度被改变为产生适当的谐振频率所需要的精确长度，其通过改变在循环器20的相对侧的管的远端壁的位置进行(毫米的分数)。远端壁的位置由连接到管的步进控制器24改变，步进控制器由电动步进电机26驱动。基于来自计算机控制系统12的指令，步进电机26驱动步进控制器24以调整远端壁的位置从而调整管的长度。因而，调谐谐振腔必须具有非常精密的公差且必须严格与所想要的制造规格相符。

在微波被调谐谐振腔22准确地调谐之后，它们通过第二循环器20引导回到隔离器28。第二循环器20引导准确调谐的微波，使得它们不再进入调谐谐振腔22。隔离器28阻止微波被反射回到循环器20或调谐谐振腔22。隔离器28还将微波引导到衰减器30。基于来自控制系统12的指令，衰减器30按需调节(即减少)微波的振幅以获得所需能量或功率级别的微波(即使得微波信号为恒量)。衰减器30由第二步进电机32控制，其调节功率级别。步进电机32由控制系统12控制。衰减器将微波导引到气体测量室34，具体地，通过气体测量室34的一端中的微波输入端口导引到气体测量室。从而，在微波进入气体测量室34之前，控制系统12确定、调节并知道微波的振幅、功率或能量级别。

气体测量室34还被称为Stark气室，因为其包括本领域公知种类的Stark调制器36。Stark调制器36，其结构如图3中所示，包括安装在聚四氟乙烯绝缘体39a和39b上的标准钢电极37。Stark调制器36调制的微波行进通过气体测量室34并通过在气体测量室34的相对端的微波输出端口离开气体测量室34。气体测量室34最好是50厘米矩形黄铜管，尽管其可由其它适当的材料、形状和大小制成。调制后的具有特定频率的微波在行进通过气体测量室34时将与气体测量室34中吸收频率等于微波的特定频率的任意气体分子相互作用，如下所述。

第三循环器38被连接到气体测量室34的微波输出端口。两个固态可调谐微波检测器40和42被连接到循环器38。环氧乙烷(E.O.)检测器40在微波已行进通过气体测量室34之后检测其频率大约等于环氧乙烷吸收频率的微波的振幅、功率或能量。水蒸汽(H₂O)检测器42在微波已行进通过气体测量室34之后检测其频率大约等于水蒸汽吸收频率的微波的振幅、功率或能量。在接收到来自控制系统12的指令的基础上，循环器38根据微波光谱仪10是测量气体试样中的环氧乙烷浓度还是测量气体试样中的水蒸汽浓度而将微波导引到适当的检测器。检测器40和42将其测量值发送给控制系统12。控制系统12确定环氧乙烷或水蒸汽分子的浓度，其通过确定由气体测量室34中的分子吸收的功率值进行，所述功率值基于衰减器调节的微波的功率或能量和检测器40及42测量的微波的功率或能量之间的差。

Pirani压力计或变换器44测量气体测量室34中的压力。气室34中的压力最好保持在相对低的压力，具体地，保持在约1/10毫巴以防止环氧乙烷分子或水蒸汽分子基于旋转能级而频繁相互撞击，这可破坏微波吸收过程。Pirani压力计44发送信号给控制系统12，其指明气体测量室34中的压力。控制系统12将通过发送信号给真空泵46而改变气体测量室34中的压力，真空泵46连接到气体测量室34的气体输出端口48。基于从控制系统12接收到的指令，真空泵46增大或降低气体测量室34中的压力并适于将气体试样通过气体输入端口50吸入气体测量室34。气体测量室34中的气体输入端口50连接到联合校准/取样及稀释气体系统52。真空泵46可连续或在想要的间隔将气体试样吸入气体测量室34中。在气体测量室34中进行单次或多次测量。真空泵接着将气体试样从气体测量室34排出。

有三种类型的气体试样在气体测量室34中进行测量。第一种气体试样取自环氧乙烷灭菌室，其可包括环氧乙烷气体和水蒸汽。第二种是具有已知浓度的环氧乙烷气体的气体试样并被用于校准微波光谱仪以能正确地测量环氧乙烷气体的浓度。第三种是具有已知浓度的水蒸汽的气体试样，其用于校准微波光谱仪以能正确地测量水蒸汽的浓度。

联合校准/取样及稀释气体系统52，其在此也被称为气体取样系统52，包括气体管线54，其在气体试样被传送给气体测量室34之前收集气体试样。循环泵56和再循环回路58被适当地连接到气体管线54以将气体试样吸入气体管线54中并在气体管线54中混合气体试样。Druck压力计60也被连接到气体管线54以测量气体管线54中的压力。为获得第一类型的气体试样，气体取样系统52包括灭菌室阀门62，其由控制系统12控制。灭菌室阀门62打开以允许从环氧乙烷灭菌室获得的气体试样进入气体管线54。当从灭菌室获取气体试样且灭菌室阀门62打开时，气体试样被循环泵56吸入气体管线。气体取样系统52包括连接到气体管线54和气体测量室34的气体输入端口50的进样阀64。控制系统12向进样阀64发信号以打开从而允许在气体管线54中收集的气体试样可被吸入气体测量室34以帮助气体试样的微波光谱仪测量。从而，气体取样系统52被适当地连接到环氧乙烷灭菌室并帮助从灭菌室获得一个或多个气体试样以用于微波光谱仪12进行测量。

气体取样系统52获得上述的第二种气体试样以校准微波光谱仪，从而用于测量环氧乙烷气体的浓度。气体取样系统52包括环氧乙烷细压缩气瓶66，其包含纯的环氧乙烷。细压缩气瓶66通过环氧乙烷泄压阀68和环氧乙烷喷射阀70连接到气体管线54。当计算机控制系统12校准微波光谱仪以测量环氧乙烷气体时，计算机控制系统12发送信号给环氧乙烷泄压阀68、环氧乙烷喷射阀70和氮阀门86(下述)，它们共同作用以将环氧乙烷蒸汽和氮喷射到气体管线54中。因而，实际已知浓度的环氧乙烷气体被准备并输入气体测量室34以校准微波光谱仪，从而用于测量环氧乙烷气体的浓度。

气体取样系统52获得上述的第三种气体试样以校准微波光谱仪10，从而用于测量水蒸汽的浓度。如图1和图2所示，气体取样系统52包括刻度烧杯72，其包含水和氯化钠的混合物或溶液74，所述溶液产生具有某一所需百分比相对湿度的水蒸汽。其中具有两个出入口的常规塞子76被安装在烧杯72的顶部。两根管78和80延伸通过塞子76中的出入口并进入烧杯72。第一管78延伸至烧杯72中并进入溶液74，并延伸到烧杯的外面。空气通过管78吸入到烧杯72中，具体地，吸入到溶液74中。第一管78可包括适当的过滤器或可连接到特定的气源。第二管80延伸到烧杯中但在溶液74上方的空气中，且其在烧杯72外面的部分被连接到相对湿度阀门82。相对湿度阀门82连接到气体管线54。常规的传感器可被布置在烧杯72中以测量烧杯中蒸汽的标准浓度。

当计算机控制系统12校准微波光谱仪以测量水蒸汽时，计算机控制系统12发送信号给相对湿度阀门82及氮阀门86以打开它们，从而将来自烧杯72的气体和氮气吸入气体管线54。更具体地，包含烧杯72中溶液74上方的水蒸汽的气体试样通过管80被吸入气体管线54及空气或指定气体通过管78被吸入烧杯72和溶液74中。因而，实际已知浓度的水蒸汽被获得并输入气体测量室34以校准微波光谱仪10，从而用于测量水蒸汽的浓度。

从灭菌室、细压缩气瓶66和烧杯72获得的气体试样最好在吸入到气体测量室34之前在气体管线54中进行稀释。为此，适当的氮、干燥空气或其它适当的气体源通过氮阀门86被连接到气体管线54。在打开进样阀64并允许气体试样进入气体测量室34之前，控制系统12发送信号给氮阀门86，其打开以允许氮气(或另一适当的气体)进入气体管线54。

校准的原理部分基于理想气体规律，其在气体混合物中提供该规律，气体混合物的构成的分压力的和等于系统的总压力。混合物的任何单一构成的浓度可被表示为分压力除以总压力。由于一定量的水蒸汽出现在从环氧乙烷灭菌室取得的气体试样中，灭菌室在大约40到50摄氏度运行。气体试样最好用氮气或另一适当的气体稀释5倍，其减少试样气氛中分子的数量以获得较好的测量。稀释提供辅助的好处，根据校准，当要被测量的分子越少时，微波吸收峰值的宽度越窄。关于试样气氛的气体稀释的更详细的信息是公知的并在1996年7月出版在Rev.Sci.Instrum.，Vol.67，No.7的文章中描述，其题为“使用动态取样方法对微波光谱仪中的被分析气体进行定量测量”，其通过引用组合于此。

微波光谱仪10的控制系统12连接到电子枪二极管14和16、循环器18和20、步进电机26和32、循环器38、检测器40和42、压力计44和60、泵46和56、及阀门62、64、68、70、82和86以控制、调节和获得操作微波光谱仪10所必须的信息。控制系统12包括常规的计算机处理机、用于滤波从检测器40和42获得的信号的前置放大器滤波器104、一个或多个用于解调由Stark调制器36调制的信号的Stark解调器106、积分器108、及用于发送信号给电子枪二极管14和16的双反馈回路控制110。

在测量气体试样时大致涉及5个步骤。首先，清洁气体管线54以消除来自先前测量的、已经在气体管线54、循环泵56和再循环回路58中的所有气体。为清洁气体管线54，循环泵56被计算机控制系统12打开且气体管线54被用适当的气体进行冲洗。其次，气体试样从灭菌室获取在气体管线54中，或对于校准目的，从E.O.细压缩气瓶66或刻度烧杯72获得。第三，无论是为了校准目的还是为了实际的测量，气体试样均用氮气或另一适当的气体稀释适当的倍数(最好5倍)并由循环泵56混合。第四，气体试样从气体管线54引导到气体测量室34，微波与气体试样相互作用继而排出。

更具体地，微波光谱仪最好将首先校准其自身以用于测量环氧乙烷气体和水蒸汽。为了校准其自身以用于环氧乙烷气体测量，气体管线54被清洁，且具有已知浓度的环氧乙烷气体分子的稀释气体试样在气体管线54中获得。E.O.电子枪二极管14产生微波，其通过循环器18和20导引到调谐谐振腔22。微波在调谐谐振腔22中被调谐并通过循环器20重新导引到隔离器28中，继而导引到衰减器30，衰减器30调节微波的振幅。微波被导引入气体测量室34，在其中微波经受Stark调制。

气体管线54中具有已知浓度环氧乙烷气体的气体试样从气体管线54引导到气体测量室34，在其中微波与气体试样相互作用。环氧乙烷分子吸收其频率等于环氧乙烷分子的吸收频率的微波的能量。循环器38将微波导引到E.O.检测器40，其测量微波的振幅。检测器40将该测量值发送给控制系统，其确定当微波行进通过气体测量室34时有多少功率被气体试样中的环氧乙烷气体吸收。在进行测量之后，气体试样从气体测量室34排出。

如果检测的功率值小于进入气体测量室34的功率值，控制系统12确定被吸收的功率及气体测量室34中气体试样中的环氧乙烷气体的浓度。在校准调整过程期间，由于环氧乙烷气体的浓度是已知的，控制系统确定其确定的环氧乙烷浓度是否准确。如果测量值准确，则控制系统知道其可准确测量气体试样中的环氧乙烷浓度，从而不进行任何调整。如果测量值不准确，则控制系统进行偏移量调整以匹配校准曲线。

在用于测量环氧乙烷气体分子的校准之后，微波光谱仪最好接着校准其自身以用于测量水蒸汽。为校准其自身以用于水蒸汽测量，气体管线54被清洁，且具有已知浓度的水蒸汽的稀释气体试样在气体管线54中获得。H₂O电子枪二极管16产生微波，其通过循环器18和20导引到调谐谐振腔22。微波在调谐谐振腔22中被调谐并通过循环器20重新导引到隔离器28中，继而导引到衰减器30，衰减器30调节微波的振幅。微波被导引入气体测量室34，在其中微波经受Stark调制。

气体管线54中具有已知浓度水蒸汽的气体试样从气体管线54引导到气体测量室34，在其中微波与气体试样相互作用。水蒸汽分子吸收其频率等于水蒸汽分子的吸收频率的微波的能量。循环器38将微波导引到H2O检测器42，其测量微波的振幅。检测器42将该测量值发送给控制系统，其确定当微波行进通过气体测量室34时有多少功率被气体试样中的水蒸汽吸收。在进行测量之后，气体试样从气体测量室34排出。

如果检测的功率值小于进入气体测量室34的功率值，控制系统12确定被吸收的功率及气体测量室34中气体试样中的水蒸汽的浓度。在校准调整过程期间，由于水蒸汽的浓度是已知的，控制系统确定其确定的水蒸汽浓度是否准确。如果测量值准确，则控制系统知道其可准确测量气体试样中的水蒸汽浓度，从而不进行任何调整。如果测量值不准确，则控制系统进行偏移量调整以匹配校准曲线。

在适当的校准过程之后，微波光谱仪已准备好测量从灭菌室获得的气体试样。气体管线54被清洁，且从灭菌室获得稀释的气体试样。微波光谱仪可首先测量气体试样中环氧乙烷气体的浓度。类似于环氧乙烷校准过程，E.O.电子枪二极管14产生微波，其通过循环器18和20导引到调谐谐振腔22。微波在调谐谐振腔22中被调谐并通过循环器20重新导引到隔离器28中，继而导引到衰减器30，衰减器30调节微波的振幅。微波被导引入气体测量室34，在其中微波经受Stark调制。气体管线54中具有未知浓度环氧乙烷气体的气体试样从气体管线54引导到气体测量室34，在其中微波与气体试样相互作用。气体试样中的环氧乙烷气体吸收其频率等于环氧乙烷分子的吸收频率的微波的能量。循环器38将微波导引到E.O.检测器40，其测量微波的振幅。检测器40将该测量值发送给控制系统，其确定当微波行进通过气体测量室34时有多少功率被气体试样中的环氧乙烷气体吸收。从而，微波光谱仪确定从灭菌室取得的气体试样中环氧乙烷气体的浓度。对气体试样中环氧乙烷气体的浓度可进行多次测量，且可测量几个气体试样。

在进行测量之后，气体试样可从气体管线54排出，且新的气体试样可从灭菌室获得以测量灭菌室中的相对湿度。或者，用于测量环氧乙烷气体浓度的同一气体试样可被保留在气体测量室中且微波光谱仪可对同一气体试样中的水蒸汽浓度进行测量。

为测量气体试样中水蒸汽分子的浓度，类似于水蒸汽校准过程，H₂O电子枪二极管16产生微波，其通过循环器18和20导引到调谐谐振腔22。微波在调谐谐振腔22中被调谐并通过循环器20重新导引到隔离器28中，继而导引到衰减器30，衰减器30调节微波的振幅。微波被导引入气体测量室34，在其中微波经受Stark调制。微波与气体管线54中具有未知浓度的水蒸汽的气体试样相互作用。气体试样中的水蒸汽分子吸收其频率等于水蒸汽分子的吸收频率的微波的能量。循环器38将微波导引到H₂O检测器42，其测量微波的振幅。检测器42将该测量值发送给控制系统，其确定当微波行进通过气体测量室34时有多少功率被气体试样中的水蒸汽吸收。在进行测量之后，气体试样从气体测量室34排出。从而，微波光谱仪确定从灭菌室取得的气体试样中水蒸汽的浓度。对气体试样中水蒸汽的浓度可进行多次测量，且可测量几个气体试样。

应该意识到的是，微波光谱仪可首先校准其自身以用于测量水蒸汽，并接着校准其自身以用于测量环氧乙烷气体。还应该意识到的是，微波光谱仪可在测量环氧乙烷气体之前校准其自身以用于直接测量环氧乙烷气体，其也可在测量水蒸汽之前校准其自身以用于直接测量水蒸汽。

改进的微波光谱仪使用一个或多个常规的不可中断的电源，其向计算机控制系统和整个微波光谱仪提供不中断的功率。

在本说明书中提及的所有出版物、专利及专利申请均通过引用组合于此，其程度与每一单个出版物、专利或专利申请被明确地和个别地指明通过引用而组合于此是一样的。但没有任何关于在本说明书中引用的任何参考文献是现有技术的陈述。

应该理解的是，在不脱离本发明的实质的情况下可进行许多修改和变化。因此，本申请仅由所附权利要求的范围限定。

Claims (20)

1、微波光谱仪，其测量从灭菌室取得的一个或多个气体试样中指定气体的浓度及水蒸汽的浓度，所述微波光谱仪包括：

第一微波发生器，其产生在指定气体的吸收频率的微波；

第二微波发生器，其产生在水蒸汽的吸收频率的微波；

第一检测器，其测量在指定气体的吸收频率的微波；

第二检测器，其测量在水蒸汽的吸收频率的微波；及

其中微波光谱仪通过交替产生和检测具有指定气体和水蒸汽的吸收频率的微波而测量一个或多个气体试样中指定气体的浓度和水蒸汽的浓度。

2、根据权利要求1所述的微波光谱仪，还包括连接到第一微波发生器、第二微波发生器、第一检测器和第二检测器的控制系统。

3、根据权利要求1所述的微波光谱仪，其中第二微波发生器产生约22.235千兆赫的微波。

4、根据权利要求1所述的微波光谱仪，其中指定气体为环氧乙烷气体。

5、根据权利要求4所述的微波光谱仪，其中第一微波发生器产生约23.134千兆赫的微波。

6、微波光谱仪，其测量从灭菌室取得的一个或多个气体试样中指定气体的浓度及水蒸汽的浓度，所述微波光谱仪包括：

第一微波发生器，其产生在指定气体的吸收频率的微波；

第二微波发生器，其产生在水蒸汽的吸收频率的微波；

连接到第一、第二微波发生器的第一循环器；

连接到第一循环器的调谐谐振腔；

连接第一循环器的气体测量室；

连接到气体测量室的第二循环器；

连接到第二循环器的第一检测器，其测量在指定气体的吸收频率的微波；

连接到第二循环器的第二检测器，其测量在水蒸汽的吸收频率的微波；及

连接到第一微波发生器、第二微波发生器、调谐谐振腔、第二循环器、第一检测器和第二检测器的控制系统，

其中微波光谱仪通过交替产生、调谐和检测具有指定气体和水蒸汽的吸收频率的微波而测量一个或多个气体试样中指定气体的浓度和水蒸汽的浓度。

7、根据权利要求6所述的微波光谱仪，其还包括连接到第一循环器和气体测量室的第三循环器。

8、根据权利要求6所述的微波光谱仪，其还包括连接到第三循环器和气体测量室的隔离器。

9、根据权利要求8所述的微波光谱仪，其还包括连接到隔离器和气体测量室的衰减器。

10、根据权利要求6所述的微波光谱仪，其还包括从灭菌室提供指定气体的气体试样给气体测量室的气体取样装置。

11、根据权利要求6所述的微波光谱仪，其还包括提供具有已知浓度的指定气体的试样气氛的气体取样装置。

12、根据权利要求6所述的微波光谱仪，其还包括提供具有已知浓度的水蒸汽的试样气氛的气体取样装置。

13、根据权利要求12所述的微波光谱仪，其中气体取样装置包括水蒸汽刻度烧杯和相对湿度阀门。

14、根据权利要求13所述的微波光谱仪，其中刻度烧杯包括用于产生具有已知浓度的水蒸汽的水溶液。

15、根据权利要求14所述的微波光谱仪，其中溶液包括水和氯化钠。

16、根据权利要求6所述的微波光谱仪，其中指定气体为环氧乙烷气体。

17、用于在微波光谱仪中测量从灭菌室取得的一个或多个气体试样中指定气体的浓度和水蒸汽的浓度的方法，包括下述步骤：

使气体试样遭受在指定气体的吸收频率产生的第一组微波；

使气体试样遭受在水蒸汽的吸收频率产生的第二组微波；

检测通过气体试样的、在指定气体的吸收频率的微波；及

检测通过气体试样的、在水蒸汽的吸收频率的微波；及

从所产生和检测的微波之间的差计算指定气体的浓度和水蒸汽的浓度。

18、根据权利要求17所述的方法，其中所产生的第一组微波为约22.235千兆赫的微波。

19、根据权利要求17所述的方法，其中指定气体为环氧乙烷气体。

20、根据权利要求19所述的方法，其中所产生的第二组微波为约23.134千兆赫的微波。

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