雙採樣模式的分光光度計的製作方法

2023-05-23 23:50:36 2

專利名稱：雙採樣模式的分光光度計的製作方法
技術領域：
本發明涉及的領域為分光光度計、及其在光學測量和/或液體和溶液表徵中的應用。更具體地，本發明涉及表徵具有約10微米至約25毫米的光徑長度的大容量樣品及小容量樣品的光學傳輸和吸光度的分光光度計和相關儀器。
背景技術：
常常使用光學技術(諸如光度測定、分光光度測定、螢光測定、或分光螢光測定) 來表徵液體、混合物、溶液和反應混合物。特別地，用在紫外光一可見光分光光度測定中的採樣技術可包括使用配置有一個或多個光學窗口及固定光徑長度的容器，以半閉合方式保持樣品。通常，上述基於容器的器皿方法通過將樣品吸取至上述具有IOmm或2mm的光徑長度的器皿而實現。因為容器常需要mL的樣品，而該mL的樣品測量後通常會被丟棄，因此該方法本身對於大多數生物樣品來說是受限的。因此，對於常常為有限數量的珍貴的生物樣品來說，會造成樣品容量較大並造成樣品損失的問題。此外，導入上述容器的樣品可在光測量路徑中產生空中接口氣泡界面， 這會導致測量錯誤。此外，2mm或IOmm的光徑長度限制了樣品濃度，對於DNA/RNA樣品來說，由於大多數分光光度計的受限的吸光度動態範圍，樣品濃度可能測量至lOOOng/ml。為了克服上述處理有限量的生物樣品的困難、和/或需要稀釋和/或具有汙染問題的困難，例如在第6，809，826號和第6，628，382號美國專利中類似地公開的其它技術使用戶能夠研究從約0. 2mm至2mm範圍的光徑長度、並生成可輕易地修改到使用基於容器的技術的吸光度值。這兩篇專利通過引用併入本文。根據上述專利的教導，無法在基於容器的設備中進行研究的較小容量的樣品通過界面張力被保持在兩個相對的基本平行的表面之間，其中，一個面朝向和/或遠離另一個面可控地移動。為了提供並使光透過液滴以供測量並且為了收集測量用的光，該表面中的至少一個面可具有一部分光學測量性質。這可通過將該表面中的至少一個面的至少一部分設置為光纖的拋光端部來實現，優選地，這種光纖均可以與周圍的表面部分齊平。通常，上述周圍的表面部分可包括標準光纖連接器或其它光纖保持器的端部表面。然而，雖然上述的界面張力技術具有克服基於容器的方法的有利方面，但迫切需要這樣一種集成的分光計設備，即，其被配置為不僅能夠詢問(interrogate)小樣品容量， 而且還能夠處理配置在器皿中的具有測量長度約達25mm(通常約達10mm)的較大樣品容量。得出這一結論的理由是，除與當前工業中存在的其它傳統儀器和方法的交叉定標 (cross-calibrating)和交互之外，這種集成的設備和其對應的方法使用戶能夠在儀器自身內進行交叉定標測量。因此，針對該需要提出了本發明。

發明內容
本發明針對可有選擇地測量在器皿(例如一種容器)中和/或保持於表面張力模式下的樣品(例如通過兩個相對的基座之間的表面張力限制的樣品)的光學設備，其中，對於任意給定的光徑長度，每種模式均包括來自源系統、通過樣品並最終到達基於分光計的系統的光學路徑，以能夠測量從約0. 005至約2. 0吸光度單位的吸光度。因此，本發明的一方面針對雙模式分光光度計，其包括第一基座表面，其聯接至具有發射端的第一光學導管；底座；第二基座表面，其機械地聯接至所述底座並被配置為接收第一液體樣品，第二基座表面聯接至具有接收端的第二光學導管，其中第二基座表面進一步可操作以在可變距離(P)下調整第一基座表面和第二基座表面之間的間隔，以便將第一液體樣品拉成柱從而由表面張力限制，由此通過第一光學導管的發射端和第二光學導管的接收端為光度測定或光譜測定的測量提供光學路徑；器皿保持器，其配置有凹形的導向裝置，器皿保持器被配置為可移動地聯接至底座；以及樣品器皿，其被配置為有彈性地固定在凹形的導向裝置內，樣品器皿中具有第二液體樣品並且配置有至少兩個窗口裝置，由此也為光度測定或光譜測定的測量提供光學路徑。本發明的另一方面針對一種用於測量由表面張力模式或容器限制的樣品的光學性質的雙模式分光光度計方法，包括提供聯接至具有發射端的第一光學導管的第一基座表面；將第一樣品放置在機械聯接至底座的第二基座表面上，第二基座表面聯接至具有接收端的光學導管，其中，第二基座表面進一步可操作以在可變距離(P)下調整第一基座表面和第二基座表面之間的間隔，以便將第一液體樣品拉成柱從而由表面張力限制，由此通過第一光學導管的發射端和第二光學導管的接收端為光度測定或光譜測定的測量提供光學路徑；提供配置有凹形的導向裝置的器皿保持器，器皿保持器被配置為可移動地聯接至底座；以及提供被配置為有彈性地固定在凹形的導向裝置內的樣品器皿，樣品器皿中具有第二液體樣品並且配置有至少兩個窗口裝置，由此也為光度測定或光譜測定的測量提供光學路徑，其中，期望的光度測定或光譜測定的測量可在保持於表面張力下的樣品和/或放置在器皿中的第二液體樣品上進行。


圖IA和圖IB示出了兩種光徑長度的立體圖，從而示出本發明的區分吸光度光徑長度的能力；圖2為處於「打開位置」的雙模式分光計設備的一般視圖；圖3為處於「關閉位置」的雙模式分光計設備的一般視圖；以及圖4示出能配置有本發明的雙模式分光計的示例容器保持器。
具體實施例方式在本文對本發明的說明中，可以理解，以單數形式出現的詞語包括其複數的對應含義，以複數形式出現的詞語包括其單數的對應含義，除非有隱含或明確的其它理解或另有規定。此外，可以理解，對於本文中描述的任意給出的成分或實施方式，為成分列出的任意可能的候選者或替代物一般可獨立使用或彼此結合使用，除非有隱含或明確的其它理解或另有規定。此外，可以理解，列舉這樣的候選者或替代物僅用作說明而不是限制，除非有隱含或明確的其它理解或另有規定。此外，除非另有指示，用在說明書和權利要求書中的表示配料、組分、反應條件等的量的數字被理解為通過術語「大約」來進行修改。因此，除非有相反的指示，在說明書和所附的權利要求書中列出的數字參數為近似值，並且可根據由本文存在的標的物獲取的理想性質來變化。在最低限度但並不是企圖限制申請的權利要求的範圍的等同原則下，每個數值參數應至少根據報告的有效數字的數量並運用普通的四捨五入技術來解釋。儘管如此， 本文中標的物的廣泛的數值範圍和參數設置為近似值，設置在特定示例中的數值儘可能準確地報告。然而，任何數值從本質上包含一定的偏差，導致在其各自的測試測量結果中發現了標準偏差。一般說明本發明涉及用於測量樣品中的分析物的光學儀器和方法，其包括對器皿(例如， 容器)或者自由空間環境(例如，表面張力保持環境)中所包含的期望液體進行螢光測定、 光度測定、分光光度測定和/或分光螢光測定分析。更具體地，本發明涉及雙模式的光學分析系統，其可運行在少於約10μ 1的小容量的光譜分析的表面張力模式下，同時通過能夠包括容器、化學需氧量(COD)容器、試管、 定製器皿等的配置單元(cell)同樣能夠分析大容量樣品。在傳統的運行中，直接的光輻射透射過本發明的任一模式下的溶液或懸浮液，入射光通過有色化合物的光吸收和/或通過顆粒物的光散射減少。這樣的發明有許多用途， 它可以用來研究色素分子，以監測在培養中的細菌密度以及跟蹤酶促反應的進展。作為另一有利的實例，這樣的發明可用於研究工業環境中的有機或無機介質中的化學分析物，例如用於環境分析，如使用COD容器能夠通過利用本發明的技術和設備來測量廢水中的有機汙染物。主要要求是光在研究中被一些樣品中的某些物質吸收或散射。現有技術中已知的是，在光度測定或分光光度測定的情況下，通常感興趣的量為吸光度A，對於液體樣品來說吸光度A通常定義為A = -Iog10(T) = -Iog10 (IE/I0)其中T為透射比，Ie為所測量的透射過樣品的光強度(例如能量)，Itl為透射過空白處或參考樣品的光強度，這允許本發明的基於容器的配置以及表面張力方法為等同有利的。在表面張力或基於容器模式的運行中，用戶可利用缺乏被分析成分的空白樣品和存在被分析成分的樣品提供吸光度值A，吸光度值A可與通過比爾定律分析的成分濃度相關，對於溶液1和溶液2來說規定如下
A1 =濃度t 濃度2因此，當與空白樣品比較時，被分析的感興趣成分的濃度可直接由吸光度A來確定。具體地，對於本發明的表面張力模式方面，樣品還可用如圖IA和圖IB所示的不同吸光光徑進行測量，如通過引用併入本文的第6，628，382號美國專利所描述的那樣。本文中樣品吸光度可通過改變光徑來測量，在這些光徑上通過測量一個或多個光徑長度中的每一個光徑長度處的樣品來測量吸光度，其中，光徑長度的差值與發射強度的差值的結合可用於計算樣品吸光度。如果樣品為高度吸收則可具有重要意義，而對於小光徑差值來說，光徑差值的準確性可比絕對的全光徑更好確定。採取了差模方式的測量，如圖IA所示，其中示出具有相對較長的光SP1的樣品2， 在圖IB中樣品2具有在可移動的基座或砧狀表面之間相對較短的光徑長度P2，基座或砧狀表面載有面對的表面7、9。因此，憑藉一個或多個光徑差△ P，可將較短的光徑I32處的吸光度從一個或多個較長的光徑的吸光度中減去，以達到樣品的吸光度。這些光徑長度在彼此面對的兩個表面(即上部部件1的表面7和下部部件3的表面9)之間進行測量。在測量過程中，光通過兩個表面中的一個發射至樣品，並且從樣品的另一個表面收集透射過樣品的部分光。上部部件和下部部件可分別被稱為上部砧座或基座和下部砧座或基座，而且可包括在其之間包含液體樣品的其它平臺幾何形狀而不背離本發明的精神和範圍。因此，光徑長度的差值ΔΡ(= IP2-P1D可用於計算圖IA至圖IB中所示的樣品2的光學吸光度，因為通常已知ΔΡ比P1或P2具有更高的精確度和準確度。具體地，關於容器模式的運行，向基於基座的系統添加容器為用戶提供了更多用途。有時，研究者會需要在感興趣的樣品上研究某些樣品類型或執行某些輔助技術，這些都不適合無容器技術。實施例包括但不限於希望提供對由於較長的光徑長度而具有擴展(低濃度)範圍的樣品的測量，這種樣品具有需要特定溫度或攪動的非均勻混合物、和/或具有揮發性的且容易快速蒸發的稀釋樣品。因此，本發明的新的集成設備提供一種儀器，對於任意給定的光徑長度，對於容量少於約2微升(即具有降至約10微米的光徑長度)的樣品通過經由穿過表面張力約束環境中樣品的光量、或對於約達50毫升的較大樣品容量(例如稀釋的樣品)通過經由例如試管、容器、COD容器、定製器皿等的光量，該儀器能夠測量從約0. 005至約2. 0吸光度單位的吸光度，從而導致可得到從約2mm直至約100mm、通常直至約IOmm的光徑長度。有利的方面包括本發明的表面張力約束配置與由集成容器配置提供的測量值進行直接比較的能力。特別地，本發明能夠通過調整表面張力模式下的光徑長度(例如降至約10微米的光徑長度)來修正表面張力模式和器皿配置之間的光徑長度差，從而等同於器皿配置下的約達1釐米或更長的光徑長度。此外，本發明的另一有利方面包括提供與本領域普通技術人員公知的其它商用吸光度分光光度計的數據的更方便的比較。具體說明返回參照附圖，圖2大體上示出示例設備的側視圖，根據本發明公開的方面，該設備包括與器皿(例如容器)布置集成的基於無容器的自由空間(表面張力方法)配置。表面張力模式特別地，對於根據本發明的方面的基於「無容器」的表面張力模式，如圖2所示的且一般由參考數字50表示的設備被示出為處於「打開」位置，其中，由字母S表示的液滴分析物或參考樣品(少於約 ομ 1，通常少於約2μ 1)被分配或抽吸到低臺表面Α」上。如在下文中進行的更詳細討論，這樣的「打開」位置能容易使用包括液體樣品的表面(如表面 A」)端部，並且使用戶能容易地清洗上述表面以及在需要時將新的樣品設置在設備內。
因此，在圖2的「打開位置」，少於約10μ 1、通常少於約2μ 1的液體樣品S的分配可通過吸液管裝置6輸送，吸液管裝置例如但不限於來自Massachusetts (麻薩諸塞州)的 ThermoFisher Scientific of Waltham的Finnpipette 。吸取的液體被輸送至低臺面A，，， 低臺面Α」常被配置為可包括定製的或商業的SMA光纖連接器16s的端部的基座或砧狀表面，並且其中，也可能在某些應用中，低臺面A」由本領域普通技術人員已知的材料加工，以防止應用的液滴分析物或參考樣品S擴散。此後，施用液滴S時，如現在圖3中更詳細地示出的設備50由用戶成角度地移動以處於「關閉，，位置，從而導致上基座或砧狀表面A』、通常也是定製的或商業的SMA光纖連接器12s的端部與液滴樣品S接觸，以在表面張力模式下利用低臺面A」在基座A』和低臺面A」之間捕獲並容納液滴樣品S。如圖所示，圖2的打開位置導致圖3的關閉位置，通過鉸鏈杆56機械軸接使搖動臂M能進行這樣的角運動，鉸鏈杆56配置有穿過搖動臂M和鉸鏈墊片57中的孔，而鉸鏈墊片57相對於底座52牢固地固定。因此，包括表面A』的光纖連接器1 安裝在搖動臂M 中的孔內且經過該孔，還相對於底座52圍繞鉸鏈杆56成角度地轉動，以與液滴樣品S接觸。與底座52聯接的止動器53可為銷的形式並且提供了在臂M轉動時臂的下表面抵靠的期望位置，從而提供液滴樣品S的接觸和測量，如上所述。如圖2和圖3中所示，一對光學導管(諸如，例如上部光纖18a和下部光纖18b) 設置在相應的連接器如連接器1 和16s內，使得在其操作位置能進行彼此完全相反的光學通信，操作位置即圖3所示的「關閉位置」。應注意的是，這樣的光學導管例如光纖18a和18b可為任意類型，例如單模光纖、 保偏光纖，但優選地可為多模光纖，從而不將本發明限定於任意特定的光纖測量方式或限制。作為另一示例布置，光纖兩端被劈開或磨光，並且常常但不是必需地與光纖連接器1 和16s的一端齊平。作為另一有利的布置，這樣的光纖18a和18b與額外地設置在上述光纖連接器1 和16s內的一個或多個光折射面(例如透鏡(未示出))聯接，以提供定向(例如瞄準)的且接收的光的光學校正(例如採集光纖的數值孔徑的校正)，從而儘量減少相應的光學導管18a和18b之間的有害光學損失。現在僅參照圖3來描述用於測量樣品S的表面A』和表面A」的精確定位，應注意的是，用於下部光纖18b的下部光纖保持器16s還充當用於線性致動器的軸，如下文將更詳細描述的那樣。儘管上部光纖連接器12s (以及由此所聯接的光學導管18a)相對於搖動臂 54是固定的，但下部光纖連接器16s(以及由此的下部光學導管如光纖18b)可平行於其軸線平移(例如沿豎直方向)，以使兩個光纖之間的間距能夠改變。底座52設有安裝至它的線性致動器，以提供下部光纖連接器16s的精確平移。如圖3所示，線性致動器可包括發動機62，其通過固定件65 (諸如，例如帶有或不帶有相關套筒的螺絲、樁、銷、鉚釘等)固定至底座52。固定件還可包括延伸的發動機安裝螺絲並且可經過套筒68，套筒68與座或板64 滑動地機械接合，如將在下文中進一步描述的那樣。如圖3中一般地示出，將發動機設計為產生帶螺紋螺母(未示出)的旋轉運動，螺母壓在下部光纖保持器16s的匹配的螺紋軸部分(未示出)上。下部光纖連接器16s取代和/或充當線性致動器的致動器軸。由發動機62在任意方向上驅動的內旋螺絲靠著外螺紋軸部分的轉動引起下部光纖連接器16s和設置容納於其中的光學導管如18b的受控的轉
9移。下部光纖連接器16s的位置可由座或板64穩固，座或板64通過插入環66機械地聯接至下部光纖保持器16s。座或板64可具有孔或槽(未示出)，套筒68和固定件如螺絲65 經過該孔或槽。固定件65可包括延伸的發動機安裝螺絲。發動機62還可通過額外的固定件(未示出)固定至底座52。作為有利的布置，發動機62可為商用發動機或線性致動器或線性平移發動機。而作為一個示例，線性致動器發動機組件可從Waterbury Connecticut USA (美國康乃狄克州的沃特伯裡)的Haydon Switch hstruments作為第^Η43_05_036號零件得到。標準現成的線性致動器或線性平移設備的致動軸可需要被下部光纖保持器16s取代，如本申請中所述。優選地，如圖3所示，在設備50的運行過程中，下部光纖保持器16s的移動距離和 /或位置被監測。作為有利的布置，座或板64可在運行中固定至下部光纖連接器16s，使得座或板與下部光纖保持器一起移動。座或板64可包括印製電路板(PCB)，其攜帶執行感測座或板64的運動或位置的功能的電子器件。例如，板64可攜帶可感測板64與發動機62 的背板之間的距離的渦電流或電容傳感器。這樣的渦電流傳感器PCB板可從多個不同的製造商商購。板64還可包括參考位置傳感器82，當發動機控制系統在啟動中初始化或由光遮斷器裝置79遮斷時，傳感器82建立「原」或參考位置。此外，壓合至在座或板64下延伸的下部光纖接收器16s的最低無螺紋部分的套管或套筒67，可被添加以作為止動器來阻止下部光纖保持器16s超出其預定的機械極限的超程。當座或板64用作位置傳感器時，如上所述，套筒68提供了板64的孔或槽(未示出)與固定件65之間的滑動機械接合。因此，上述槽(未示出)和固定件65允許板64(與下部光纖保持器16s —起)進行平行於下部光纖保持器16s的軸線的平移運動，但阻止板和下部光纖保持器作為整體相對於設備的轉動。這樣的轉動是不期望的，因為這可引起包含在下部光纖保持器16s中的光纖的錯位、扭曲、光損失乃至破損。插入環66可永久或暫時地固定至座或板64。例如，插入環可以焊接的方式永久地固定至座或板。同樣地，本領域普通技術人員可以理解，插入環66可通過已知的技術永久或暫時地固定至下部光纖保持器16s。如果，在運行中下部光纖保持器16s和座或板64 — 致地行進，則至少在這樣的運行過程中插入環66固定至下部光纖保持器16s及座或板64。 為了便於零件的組裝或替換，會希望在下部光纖保持器16s和插入環66之間使用非永久性固定，使得下部光纖保持器有時可從設備的其餘部分移除。非永久性的固定可包括在下部光纖保持器16s的螺紋部分(未示出)的外螺紋與插入環66的內部中空部分的內螺紋之間的牢固鎖定的機械接合。以這樣的方式，下部光纖保持器16s可足夠緊地保持在插入環中，使得在發動機62的運行過程中下部光纖保持器不會轉動，還可在拆卸過程中容易地從插入環脫離。當通過上述的發動機控制機構和傳感器適當定位表面A』和表面A」時，，樣品柱被拉為表面張力模式，其中，光被引導通過例如光纖18a或其它傳統的光學裝置，然後進一步引導通過連接器12s、通過樣品S，此後由光纖18b接收。然後，為了分析而通過商用或定製的光學開關94選擇光學光，從而在之後通過期望的光學導管例如光纖18d聯接至探測主商用或定製分光儀96。用於詢問的光源92包括輻射光源，如可從Ocean Optics公司購買的p/n DT-1000的氙氣閃光燈或聯合氘弧和石英滷素白熾燈。雖然這樣的商用光源是有利的，可以理解，在符合本發明的設計參數的情況下，也可在本發明中使用能夠發出至少約200nm照明波長的任意光源，通常使用能夠發出約190nm直至約840nm之間的照明波長的任意光源。此外，根據使用的光源和待進行的測量，可應用一個或多個濾波器例如幹擾濾波器以允許約190nm 直至約840nm之間的期望波長。如果需要，濾波器可形成為套殼或車輪形式(未示出)以允許該濾波器從光徑的預設區域容易插入或收回。此外，分光計96、光源92、發動機驅動機構等聯接至計算機(PC)驅動系統(未示出)，計算機驅動系統具有用於選擇期望的光徑長度及用於在基座配置或器皿配置之間進行選擇的精密的定製或商用軟體，在某些情況下計算機驅動系統具有用於常用功能(如 DNA、RNA及蛋白質量化)的預編程模塊。包括從參考(或「空白」)樣品獲取的數據可通過已知方法來顯示且存儲用作未來的參考，並且進行統計測量以使用戶能夠進行友好操作。 作為另一布置，相對於PC可將軟體內置於分光計92中。作為另一有利的布置，數據可輸出至可攜式存儲裝置如快閃記憶體驅動器，或甚至通過USB或無線(藍牙)、IEEE，超寬帶(UWB)連接直接輸出至PC。因此，圖2和圖3的設備使用戶能夠在表面張力模式下精確控制上部光纖(或其它光學部件)和下部光纖(或其它光學部件)之間的距離，從而在不需要笨重的配套零件或不需要適用時可能需要稀釋和容器的大樣品容量的情況下，對微量的液滴分析樣品進行受控的光吸收測定，其中液滴分析樣品少於約10μ 1、通常少於約2μ 1且具有下至約10 μ 的光徑長度。器皿模式返回參照圖2中示出的「打開位置」，現在討論本發明的基於器皿(例如容器)的布置。應理解，當需要時，即，當測量大容量樣品時，約達50ml的溶液的分析物S』或參考液體的樣品可設置在器皿72內以提供約達IOmm的光徑長度的總測量。通過當前配置為提供較大容量物質(通常器皿72加載在實驗室試驗臺上(可能但不是必須通過吸液管)，然後插入儀器)的商用吸液管裝置6，可以再次使用上述分析物S』或參考液體。這種器皿72通過滑動地安裝在保持器400(以輪廓示出)的預設凹部中的彈簧裝置74而有彈性地保持就位，保持器400可移動地附接至底座52的下側。如圖2和圖3所示，器皿72(示出為虛線部分)的預定長度配置為貫穿通過底座52中的設計孔，其中，當搖動臂M成角度地轉動至「關閉位置」時器皿72隨之被固定，如圖3所示。特別地，經過大容量的液體分析物S』的輸送並且在使用適合的裝置(未示出)將器皿封蓋以確保無汙染後， 設備50的搖動臂54(如圖3中更詳細地示出)再次由用戶成角度地移動至「關閉位置」，從而通過本文中公開的系統提供液體懸浮液/分析物S』的光學詢問。圖4示出本發明的一般由參考數字400代表的器皿保持器的有利示例配置。這樣的器皿保持器400可由任意適合的材料製成。例如，其可由金屬進行機器加工而成或可由塑料(例如高強度塑料)模塑而成。在圖4中如此描述的保持器配置有聯接布置例如通孔 402，從而可移動地附接至圖2或圖3中示出的底座52的底部。這樣的保持器還包括定位銷406，從而在進行清洗而被移除時或當使用替換的支架以進行重聯接時確保適當地安裝。器皿保持器400還具有橫向孔412(以輪廓示出)，以使光徑能夠被引導通過包含感興趣的樣品的傳導器皿(未示出)。器皿保持器400中的橫向孔412與有槽溝的夾緊裝置420聯合，使一對光學支架(未示出)安裝在埋頭的開口 412』和412」 (以輪廓示出)中，從而固定預定的發射和接收光學器件(如圖3所示的73』 和73」)，例如折射光學器件，如球透鏡、非球面等。此外，器皿保持器400具有凹形的導向結構416，其尺寸適於可移動地容納預定的器皿(未示出)，例如試管或不規則形狀的器皿，但常常為已知的工業中應用的標準容器。 應注意的是，通常，凹形的導向結構416也容納彈簧裝置74 (如圖3所示)，以使能夠滑動摩擦安裝在預定的器皿和凹形的導向結構416之間，由此，器皿緊貼地安裝在這樣的開口內。 優選地，彈簧裝置74將期望的器皿偏置為與凹形的導向結構416適當對準以能夠進行精確測量。最後，孔408常設置用於使熱控傳感器(未示出)能夠插入，從而在需要時對液體樣品進行溫度控制。此外，磁攪拌器(未示出)可附接至器皿保持器400的下側以聯接至引入的相關磁膠囊(未示出)，例如包含液體樣品的容器(未示出)。還可以理解的是，器皿(例如圖3中以輪廓示出的器皿72)可包括任意商用或定製的器皿，但常常是如圖3所示的實例的標準容器，用於包含樣品S』。這種容器頂部是打開的以在圖2的打開位置接收液體樣品S』，並且該容器配置有處於基本預定的平行關係的多個側面，其中至少兩個相對側面具有能發出至少約200nm波長強度的光學性能，通常能從期望的光照明光源92發出約190nm至約840nm之間的波長強度，如圖3所示。應注意的是，雖然標準容器(如上所述)為優選的配置，然而應注意，在不背離本發明的精神和範圍的情況下，任意商用或定製的矩形容器(例如COD容器)以及其它非矩形器皿(例如試管) 和定製器皿等也可連接至本發明。特別地，化學需氧量(COD)為有機物分解和無機化學材料(如氨和亞硝酸鹽)氧化的過程中水耗氧能力的測量。這是確定水(例如廢水或受家用或工業廢料汙染的天然水)中有機物的一種快速、經濟的方法。從本質上來講，COD測試通過測量與樣品反應的氧的量來確定碳基材料的量。因此，本發明可通過本領域技術人員已知的COD方式準備的「靈敏的」容器以光度測定(色度測定)的方式測試水中有機物的水平。因此，作為運行該方法的一部分，水樣可引入準備好的容器中，並且用化學氧化劑在特定的溫度條件下培養特定的時間周期。此後，包含樣品的容器被引入本發明的雙模式設備(如本文中所述的)以提供由系統激活的色度測量，從而確定提供的樣品中家用或工業廢料的水平。無論選擇何種器皿或測量何種樣品，在裝載樣品之後(處於如圖2所示的「打開位置」)準備進行詢問(處於如圖3所示的「關閉位置」)，如上文簡要的描述，用戶使用本發明的聯接的控制器(即控制計算機系統)來進行測量。因此，如圖3中詳細示出的，光被再次引導通過光學導管(例如光纖18a』 )或其它傳統的光學折射、衍射、或反射光學裝置，從而由光學元件73』(例如折射元件，如球透鏡)進一步引導和制約。然後，光(現在通常為基本平行的光)基本垂直於器皿72的壁引導、透射過器皿72中包含的液體樣品、引導出器皿 72相對的預定壁、由收集光學部件73」 (例如預設為折射或反射光學部件，常常為球透鏡) 接收，從而使數值孔徑安裝有光學導管(例如光纖18c)。為了分析，通過商用或定製的光學開關94再次選擇可見光。因此，此後如先前的表面張力模式下，通過理想的光學導管(例如，光纖18d)，待分析的期望的光聯接至商用或定製的探測主分光計96。當處於表面張力模式下時，光本身包括源92，例如可從OceanOptics公司購買的 p/n DT-1000的氙氣閃光燈或聯合氘弧和石英滷素白熾燈，或在符合本發明的設計參數的
12情況下，在本發明中也可使用能夠發出至少約200nm照明波長的任意光源，通常使用能夠發出約190nm直至約840nm之間的照明波長的任意光源。此外，根據使用的光源和待進行的測量，可使用濾波器(例如幹擾濾波器)以得到約190nm至約840nm之間的期望波長。如果需要，濾波器可形成為套殼形式(未示出)以允許該濾波器容易地插入或從光徑的預設區域撤回。如上所述，計算機驅動系統具有精密的定製或商用軟體，在某些情況下計算機驅動系統具有用於常用功能(如DNA、RNA及蛋白質量化)的預編程模塊。包括從參考(或 「空白」)樣品獲取的數據可通過已知方法來顯示且存儲用作未來的參考，並且進行統計測量以使用戶能夠進行友好操作。如上所述，軟體可內置於PC或分光儀92中，並且數據可輸出至可攜式存儲裝置如快閃記憶體驅動器，或甚至通過USB或無線(藍牙)、IEEE，超寬帶(UWB)連接直接輸出至PC。因此，圖2和圖3的設備還使用戶能夠在器皿採樣模式下利用優選的約IOmm的樣品光徑對約達50ml的大容量樣品進行受控光學吸收測量，用於與其它商用儀器或相同設備中能夠使用的表面張力模式測量直接比較。本申請中包括的討論內容旨在充當基本說明。儘管根據所示和所描述的多個實施方式對本發明進行了描述，但本領域普通技術人員可容易想到在不背離本發明的精神和範圍的情況下可對該實施方式進行變化。讀者應意識到，具體的說明可能沒有作出對所有實施方式的明確描述；還隱含許多替換的實施方式。這樣修改及其類似被認為是在不背離本發明的精神和範圍的情況下在本領域技術人員的能力範圍內可進行的簡單修改。因此，在不背離本發明的精神、範圍和本質的情況下本領域技術人員可進行許多這樣的修改。說明書、附圖或術語都不應作為對本發明的範圍的限制，本發明由權利要求書進行限制。
權利要求
1.一種用於測量樣品的光學性質的雙模式分光光度計，包括第一基座表面，其聯接至具有發射端的第一光學導管；底座；第二基座表面，其機械地聯接至所述底座並被配置為接收第一液體樣品，所述第二基座表面聯接至具有接收端的第二光學導管，其中所述第二基座表面進一步可操作以在可變距離(P)下調整所述第一基座表面和所述第二基座表面之間的間隔，以便將所述第一液體樣品拉成柱從而由表面張力限制，由此通過所述第一光學導管的所述發射端和所述第二光學導管的所述接收端為光度測定或光譜測定的測量提供光學路徑；器皿保持器，其配置有凹形的導向裝置，所述器皿保持器被配置為可移動地聯接至所述底座；以及樣品器皿，其被配置為彈性地固定在所述凹形的導向裝置內，所述樣品器皿在其中具有第二液體樣品並且在其中配置有至少兩個窗口裝置，由此也為光度測定或光譜測定的測量提供光學路徑。
2.如權利要求1所述的雙模式分光光度計，其中，為引入的少於約2微升的樣品容量至約50毫升的樣品容量提供吸收測量。
3.如權利要求1所述的雙模式分光光度計，其中，為引入的具有從約10微米至約100 毫米長度的所述光學路徑的樣品容量提供吸收測量。
4.如權利要求3所述的雙模式分光光度計，其中，對路徑長度的差值的校正等同於提供測量的交叉定標。
5.如權利要求1所述的雙模式分光光度計，其中，對於任意給定光徑長度，所述雙模式分光光度計適用於測量從約0. 005至約2. 0吸光度單位的吸光度。
6.如權利要求1所述的雙模式分光光度計，其中，所述器皿包括選自矩形容器、試管、 定製器皿中的至少一種器皿。
7.如權利要求6所述的雙模式分光光度計，其中，所述矩形容器包括化學需氧量(COD) 傳感器。
8.如權利要求1所述的雙模式分光光度計，其中，所述器皿保持器包括定位銷以確保在移除後重聯接時的適當安裝。
9.如權利要求1所述的雙模式分光光度計，其中，所述器皿保持器包括橫向孔以使光徑能夠被引導通過所述器皿。
10.如權利要求1所述的雙模式分光光度計，其中，在所述器皿保持器中所述橫向孔與有槽溝的夾緊裝置聯合，使一對光學支架能夠安裝在埋頭的開口中，從而固定預定的發射和接收光學器件。
11.如權利要求1所述的雙模式分光光度計，其中，由所述雙模式分光光度計提供的搖動臂成角度地固定所述器皿。
12.如權利要求1所述的雙模式分光光度計，其中，所述第二基座還聯接至線性致動器的軸以能夠平移所述第二基座，並且提供與所述第一基座相關的所述可變距離(P)以能夠區分吸光度路徑長度。
13.如權利要求12所述的雙模式分光光度計，其中，通過渦流傳感器監測所述可變距離，所述渦流傳感器能感測至配置板的距離從而能夠計算由此產生的平移。
14.如權利要求12所述的雙模式分光光度計，其中，通過電容傳感器監測所述可變距離，所述電容傳感器能感測至配置板的距離從而能夠計算由此產生的平移。
15.如權利要求13所述的雙模式分光光度計，其中，所述渦流傳感器設置在印製電路板(PCS)上。
16.如權利要求15所述的雙模式分光光度計，其中，所述印製電路板(PCB)包括位置傳感器，當平移控制系統在啟動或被光遮斷器裝置遮斷而初始化時，所述位置傳感器建立參照位置。
17.如權利要求1所述的雙模式分光光度計，其中，所述雙模式分光光度計包括照射源，所述照射源被配置為提供至少200nm的波長。
18.如權利要求1所述的雙模式分光光度計，其中，所述雙模式分光光度計包括照射源，所述照射源被配置為提供從約190nm至約840nm的波長。
19.如權利要求1所述的雙模式分光光度計，其中，所述光度測定或光譜測定的測量獲取的數據能通過選自藍牙連接、IEEE連接、超寬帶(UWB)連接中的至少一種無線連接裝置輸出至基於計算機的系統。
20.如權利要求1所述的雙模式分光光度計，其中，所述雙模式分光光度計包括軟體， 所述軟體為測量而選擇通過所述第一基座和所述第二基座或通過所述樣品器皿的一個或多個期望的光學路徑。
21.一種用於測量由表面張力模式或容器限制的樣品的光學性質的雙模式分光光度計方法，包括提供聯接至具有發射端的第一光學導管的第一基座表面；將第一樣品放置在機械地聯接至底座的第二基座表面上，所述第二基座表面聯接至具有接收端的光學導管，其中，所述第二基座表面進一步可操作以在可變距離(P)下調整所述第一基座表面和所述第二基座表面之間的間隔，以便將所述第一液體樣品拉成柱從而由表面張力限制，由此通過所述第一光學導管的所述發射端和所述第二光學導管的所述接收端為光度測定或光譜測定的測量提供光學路徑；提供配置有凹形的導向裝置的器皿保持器，所述器皿保持器被配置為可移動地聯接至所述底座；以及提供被配置為彈性地固定在所述凹形的導向裝置內的樣品器皿，所述樣品器皿在其中具有第二液體樣品並且在其中配置有至少兩個窗口裝置，由此也為光度測定或光譜測定的測量提供光學路徑，其中，期望的光度測定或光譜測定的測量能在保持於表面張力下的所述樣品和/或放置在所述器皿中的所述第二液體樣品上進行。
22.如權利要求21所述的雙模式分光光度計方法，其中，為引入的少於約2微升的樣品容量至約50毫升的樣品容量提供吸收測量。
23.如權利要求21所述的雙模式分光光度計方法，其中，為引入的具有從約10微米至約100毫米長度的所述光學路徑的樣品容量提供吸收測量。
24.如權利要求21所述的雙模式分光光度計方法，其中，對保持於表面張力下的所述第一樣品和放置在所述器皿中的所述第二樣品之間的路徑長度的差值的校正等同於提供測量的交叉定標。
25.如權利要求21所述的雙模式分光光度計方法，其中，對於任意給定光徑長度，所述雙模式分光光度計方法適用於測量從約0. 005至約2. 0吸光度單位的吸光度。
26.如權利要求21所述的雙模式分光光度計方法，其中，所述器皿包括選自矩形容器、 試管、定製器皿中的至少一種器皿。
27.如權利要求21所述的雙模式分光光度計方法，其中，所述矩形容器包括化學需氧量(COD)傳感器。
28.如權利要求21所述的雙模式分光光度計方法，還包括為測量而選擇通過所述第一基座和所述第二基座或通過所述樣品器皿的一個或多個期望的光學路徑。
全文摘要
介紹了有選擇地測量在器皿(72)中的樣品或保持於兩個相對的基座(A』、A」)之間的表面張力模式下的樣品(5、5』)的雙模式方法和設備。在任一種配置下，上述模式還包括來自源系統、通過小容量或大容量樣品、到達基於分光計的系統的光學路徑。對於任意給定的波長，上述系統使用戶能夠測量具有從約0.005至約2.0吸光度單位的吸光度範圍的樣品。
文檔編號G01N21/01GK102232181SQ200980147668
公開日2011年11月2日 申請日期2009年10月1日 優先權日2008年10月3日
發明者卡特琳·T·威廉森, 查爾斯·W·羅伯遜 申請人:納諾多普科技有限責任公司