專利名稱：雙采樣模式的分光光度計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的領(lǐng)域?yàn)榉止夤舛扔?jì)、及其在光學(xué)測量和/或液體和溶液表征中的應(yīng)用。更具體地，本發(fā)明涉及表征具有約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(xué)傳輸和吸光度的分光光度計(jì)和相關(guān)儀器。
背景技術(shù)：
常常使用光學(xué)技術(shù)(諸如光度測定、分光光度測定、熒光測定、或分光熒光測定) 來表征液體、混合物、溶液和反應(yīng)混合物。特別地，用在紫外光一可見光分光光度測定中的采樣技術(shù)可包括使用配置有一個(gè)或多個(gè)光學(xué)窗口及固定光徑長度的容器，以半閉合方式保持樣品。通常，上述基于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(shí)現(xiàn)。因?yàn)槿萜鞒Ｐ枰猰L的樣品，而該mL的樣品測量后通常會(huì)被丟棄，因此該方法本身對(duì)于大多數(shù)生物樣品來說是受限的。因此，對(duì)于常常為有限數(shù)量的珍貴的生物樣品來說，會(huì)造成樣品容量較大并造成樣品損失的問題。此外，導(dǎo)入上述容器的樣品可在光測量路徑中產(chǎn)生空中接口氣泡界面， 這會(huì)導(dǎo)致測量錯(cuò)誤。此外，2mm或IOmm的光徑長度限制了樣品濃度，對(duì)于DNA/RNA樣品來說，由于大多數(shù)分光光度計(jì)的受限的吸光度動(dòng)態(tài)范圍，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/或具有污染問題的困難，例如在第6，809，826號(hào)和第6，628，382號(hào)美國專利中類似地公開的其它技術(shù)使用戶能夠研究從約0. 2mm至2mm范圍的光徑長度、并生成可輕易地修改到使用基于容器的技術(shù)的吸光度值。這兩篇專利通過引用并入本文。根據(jù)上述專利的教導(dǎo)，無法在基于容器的設(shè)備中進(jìn)行研究的較小容量的樣品通過界面張力被保持在兩個(gè)相對(duì)的基本平行的表面之間，其中，一個(gè)面朝向和/或遠(yuǎn)離另一個(gè)面可控地移動(dòng)。為了提供并使光透過液滴以供測量并且為了收集測量用的光，該表面中的至少一個(gè)面可具有一部分光學(xué)測量性質(zhì)。這可通過將該表面中的至少一個(gè)面的至少一部分設(shè)置為光纖的拋光端部來實(shí)現(xiàn)，優(yōu)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(biāo)準(zhǔn)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(shù)具有克服基于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(jì)設(shè)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(dá)25mm(通常約達(dá)10mm)的較大樣品容量。得出這一結(jié)論的理由是，除與當(dāng)前工業(yè)中存在的其它傳統(tǒng)儀器和方法的交叉定標(biāo) (cross-calibrating)和交互之外，這種集成的設(shè)備和其對(duì)應(yīng)的方法使用戶能夠在儀器自身內(nèi)進(jìn)行交叉定標(biāo)測量。因此，針對(duì)該需要提出了本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)可有選擇地測量在器皿(例如一種容器)中和/或保持于表面張力模式下的樣品(例如通過兩個(gè)相對(duì)的基座之間的表面張力限制的樣品)的光學(xué)設(shè)備，其中，對(duì)于任意給定的光徑長度，每種模式均包括來自源系統(tǒng)、通過樣品并最終到達(dá)基于分光計(jì)的系統(tǒng)的光學(xué)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(fā)明的一方面針對(duì)雙模式分光光度計(jì)，其包括第一基座表面，其聯(lián)接至具有發(fā)射端的第一光學(xué)導(dǎo)管；底座；第二基座表面，其機(jī)械地聯(lián)接至所述底座并被配置為接收第一液體樣品，第二基座表面聯(lián)接至具有接收端的第二光學(xué)導(dǎo)管，其中第二基座表面進(jìn)一步可操作以在可變距離(P)下調(diào)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(xué)導(dǎo)管的發(fā)射端和第二光學(xué)導(dǎo)管的接收端為光度測定或光譜測定的測量提供光學(xué)路徑；器皿保持器，其配置有凹形的導(dǎo)向裝置，器皿保持器被配置為可移動(dòng)地聯(lián)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(dǎo)向裝置內(nèi)，樣品器皿中具有第二液體樣品并且配置有至少兩個(gè)窗口裝置，由此也為光度測定或光譜測定的測量提供光學(xué)路徑。本發(fā)明的另一方面針對(duì)一種用于測量由表面張力模式或容器限制的樣品的光學(xué)性質(zhì)的雙模式分光光度計(jì)方法，包括提供聯(lián)接至具有發(fā)射端的第一光學(xué)導(dǎo)管的第一基座表面；將第一樣品放置在機(jī)械聯(lián)接至底座的第二基座表面上，第二基座表面聯(lián)接至具有接收端的光學(xué)導(dǎo)管，其中，第二基座表面進(jìn)一步可操作以在可變距離(P)下調(diào)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(xué)導(dǎo)管的發(fā)射端和第二光學(xué)導(dǎo)管的接收端為光度測定或光譜測定的測量提供光學(xué)路徑；提供配置有凹形的導(dǎo)向裝置的器皿保持器，器皿保持器被配置為可移動(dòng)地聯(lián)接至底座；以及提供被配置為有彈性地固定在凹形的導(dǎo)向裝置內(nèi)的樣品器皿，樣品器皿中具有第二液體樣品并且配置有至少兩個(gè)窗口裝置，由此也為光度測定或光譜測定的測量提供光學(xué)路徑，其中，期望的光度測定或光譜測定的測量可在保持于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(jìn)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(fā)明的區(qū)分吸光度光徑長度的能力；圖2為處于“打開位置”的雙模式分光計(jì)設(shè)備的一般視圖；圖3為處于“關(guān)閉位置”的雙模式分光計(jì)設(shè)備的一般視圖；以及圖4示出能配置有本發(fā)明的雙模式分光計(jì)的示例容器保持器。
具體實(shí)施例方式在本文對(duì)本發(fā)明的說明中，可以理解，以單數(shù)形式出現(xiàn)的詞語包括其復(fù)數(shù)的對(duì)應(yīng)含義，以復(fù)數(shù)形式出現(xiàn)的詞語包括其單數(shù)的對(duì)應(yīng)含義，除非有隱含或明確的其它理解或另有規(guī)定。此外，可以理解，對(duì)于本文中描述的任意給出的成分或?qū)嵤┓绞?，為成分列出的任意可能的候選者或替代物一般可獨(dú)立使用或彼此結(jié)合使用，除非有隱含或明確的其它理解或另有規(guī)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(guī)定。此外，除非另有指示，用在說明書和權(quán)利要求書中的表示配料、組分、反應(yīng)條件等的量的數(shù)字被理解為通過術(shù)語“大約”來進(jìn)行修改。因此，除非有相反的指示，在說明書和所附的權(quán)利要求書中列出的數(shù)字參數(shù)為近似值，并且可根據(jù)由本文存在的標(biāo)的物獲取的理想性質(zhì)來變化。在最低限度但并不是企圖限制申請的權(quán)利要求的范圍的等同原則下，每個(gè)數(shù)值參數(shù)應(yīng)至少根據(jù)報(bào)告的有效數(shù)字的數(shù)量并運(yùn)用普通的四舍五入技術(shù)來解釋。盡管如此， 本文中標(biāo)的物的廣泛的數(shù)值范圍和參數(shù)設(shè)置為近似值，設(shè)置在特定示例中的數(shù)值盡可能準(zhǔn)確地報(bào)告。然而，任何數(shù)值從本質(zhì)上包含一定的偏差，導(dǎo)致在其各自的測試測量結(jié)果中發(fā)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)偏差。一般說明本發(fā)明涉及用于測量樣品中的分析物的光學(xué)儀器和方法，其包括對(duì)器皿(例如， 容器)或者自由空間環(huán)境(例如，表面張力保持環(huán)境)中所包含的期望液體進(jìn)行熒光測定、 光度測定、分光光度測定和/或分光熒光測定分析。更具體地，本發(fā)明涉及雙模式的光學(xué)分析系統(tǒng)，其可運(yùn)行在少于約10μ 1的小容量的光譜分析的表面張力模式下，同時(shí)通過能夠包括容器、化學(xué)需氧量(COD)容器、試管、 定制器皿等的配置單元(cell)同樣能夠分析大容量樣品。在傳統(tǒng)的運(yùn)行中，直接的光輻射透射過本發(fā)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(fā)明有許多用途， 它可以用來研究色素分子，以監(jiān)測在培養(yǎng)中的細(xì)菌密度以及跟蹤酶促反應(yīng)的進(jìn)展。作為另一有利的實(shí)例，這樣的發(fā)明可用于研究工業(yè)環(huán)境中的有機(jī)或無機(jī)介質(zhì)中的化學(xué)分析物，例如用于環(huán)境分析，如使用COD容器能夠通過利用本發(fā)明的技術(shù)和設(shè)備來測量廢水中的有機(jī)污染物。主要要求是光在研究中被一些樣品中的某些物質(zhì)吸收或散射?，F(xiàn)有技術(shù)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(duì)于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(qiáng)度(例如能量)，Itl為透射過空白處或參考樣品的光強(qiáng)度，這允許本發(fā)明的基于容器的配置以及表面張力方法為等同有利的。在表面張力或基于容器模式的運(yùn)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(chǔ)，吸光度值A(chǔ)可與通過比爾定律分析的成分濃度相關(guān)，對(duì)于溶液1和溶液2來說規(guī)定如下
A1 =濃度t 濃度2因此，當(dāng)與空白樣品比較時(shí)，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(duì)于本發(fā)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(jìn)行測量，如通過引用并入本文的第6，628，382號(hào)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(gè)或多個(gè)光徑長度中的每一個(gè)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(fā)射強(qiáng)度的差值的結(jié)合可用于計(jì)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(duì)于小光徑差值來說，光徑差值的準(zhǔn)確性可比絕對(duì)的全光徑更好確定。采取了差模方式的測量，如圖IA所示，其中示出具有相對(duì)較長的光SP1的樣品2， 在圖IB中樣品2具有在可移動(dòng)的基座或砧狀表面之間相對(duì)較短的光徑長度P2，基座或砧狀表面載有面對(duì)的表面7、9。因此，憑借一個(gè)或多個(gè)光徑差△ P，可將較短的光徑I32處的吸光度從一個(gè)或多個(gè)較長的光徑的吸光度中減去，以達(dá)到樣品的吸光度。這些光徑長度在彼此面對(duì)的兩個(gè)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(jìn)行測量。在測量過程中，光通過兩個(gè)表面中的一個(gè)發(fā)射至樣品，并且從樣品的另一個(gè)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(tái)幾何形狀而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，光徑長度的差值ΔΡ(= IP2-P1D可用于計(jì)算圖IA至圖IB中所示的樣品2的光學(xué)吸光度，因?yàn)橥ǔＲ阎う北萈1或P2具有更高的精確度和準(zhǔn)確度。具體地，關(guān)于容器模式的運(yùn)行，向基于基座的系統(tǒng)添加容器為用戶提供了更多用途。有時(shí)，研究者會(huì)需要在感興趣的樣品上研究某些樣品類型或執(zhí)行某些輔助技術(shù)，這些都不適合無容器技術(shù)。實(shí)施例包括但不限于希望提供對(duì)由于較長的光徑長度而具有擴(kuò)展(低濃度)范圍的樣品的測量，這種樣品具有需要特定溫度或攪動(dòng)的非均勻混合物、和/或具有揮發(fā)性的且容易快速蒸發(fā)的稀釋樣品。因此，本發(fā)明的新的集成設(shè)備提供一種儀器，對(duì)于任意給定的光徑長度，對(duì)于容量少于約2微升(即具有降至約10微米的光徑長度)的樣品通過經(jīng)由穿過表面張力約束環(huán)境中樣品的光量、或?qū)τ诩s達(dá)50毫升的較大樣品容量(例如稀釋的樣品)通過經(jīng)由例如試管、容器、COD容器、定制器皿等的光量，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(dǎo)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(fā)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(jìn)行直接比較的能力。特別地，本發(fā)明能夠通過調(diào)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，從而等同于器皿配置下的約達(dá)1厘米或更長的光徑長度。此外，本發(fā)明的另一有利方面包括提供與本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的其它商用吸光度分光光度計(jì)的數(shù)據(jù)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(shè)備的側(cè)視圖，根據(jù)本發(fā)明公開的方面，該設(shè)備包括與器皿(例如容器)布置集成的基于無容器的自由空間(表面張力方法)配置。表面張力模式特別地，對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的方面的基于“無容器”的表面張力模式，如圖2所示的且一般由參考數(shù)字50表示的設(shè)備被示出為處于“打開”位置，其中，由字母S表示的液滴分析物或參考樣品(少于約 ομ 1，通常少于約2μ 1)被分配或抽吸到低臺(tái)表面Α”上。如在下文中進(jìn)行的更詳細(xì)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，并且使用戶能容易地清洗上述表面以及在需要時(shí)將新的樣品設(shè)置在設(shè)備內(nèi)。
因此，在圖2的“打開位置”，少于約10μ 1、通常少于約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于來自Massachusetts (馬薩諸塞州)的 ThermoFisher Scientific of Waltham的Finnpipette 。吸取的液體被輸送至低臺(tái)面A，，， 低臺(tái)面Α”常被配置為可包括定制的或商業(yè)的SMA光纖連接器16s的端部的基座或砧狀表面，并且其中，也可能在某些應(yīng)用中，低臺(tái)面A”由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的材料加工，以防止應(yīng)用的液滴分析物或參考樣品S擴(kuò)散。此后，施用液滴S時(shí)，如現(xiàn)在圖3中更詳細(xì)地示出的設(shè)備50由用戶成角度地移動(dòng)以處于“關(guān)閉，，位置，從而導(dǎo)致上基座或砧狀表面A’、通常也是定制的或商業(yè)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(tái)面A”在基座A’和低臺(tái)面A”之間捕獲并容納液滴樣品S。如圖所示，圖2的打開位置導(dǎo)致圖3的關(guān)閉位置，通過鉸鏈桿56機(jī)械軸接使搖動(dòng)臂M能進(jìn)行這樣的角運(yùn)動(dòng)，鉸鏈桿56配置有穿過搖動(dòng)臂M和鉸鏈墊片57中的孔，而鉸鏈墊片57相對(duì)于底座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(dòng)臂M 中的孔內(nèi)且經(jīng)過該孔，還相對(duì)于底座52圍繞鉸鏈桿56成角度地轉(zhuǎn)動(dòng)，以與液滴樣品S接觸。與底座52聯(lián)接的止動(dòng)器53可為銷的形式并且提供了在臂M轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)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(duì)光學(xué)導(dǎo)管(諸如，例如上部光纖18a和下部光纖18b) 設(shè)置在相應(yīng)的連接器如連接器1 和16s內(nèi)，使得在其操作位置能進(jìn)行彼此完全相反的光學(xué)通信，操作位置即圖3所示的“關(guān)閉位置”。應(yīng)注意的是，這樣的光學(xué)導(dǎo)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(yōu)選地可為多模光纖，從而不將本發(fā)明限定于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，并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(shè)置在上述光纖連接器1 和16s內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)光折射面(例如透鏡(未示出))聯(lián)接，以提供定向(例如瞄準(zhǔn))的且接收的光的光學(xué)校正(例如采集光纖的數(shù)值孔徑的校正)，從而盡量減少相應(yīng)的光學(xué)導(dǎo)管18a和18b之間的有害光學(xué)損失?，F(xiàn)在僅參照圖3來描述用于測量樣品S的表面A’和表面A”的精確定位，應(yīng)注意的是，用于下部光纖18b的下部光纖保持器16s還充當(dāng)用于線性致動(dòng)器的軸，如下文將更詳細(xì)描述的那樣。盡管上部光纖連接器12s (以及由此所聯(lián)接的光學(xué)導(dǎo)管18a)相對(duì)于搖動(dòng)臂 54是固定的，但下部光纖連接器16s(以及由此的下部光學(xué)導(dǎo)管如光纖18b)可平行于其軸線平移(例如沿豎直方向)，以使兩個(gè)光纖之間的間距能夠改變。底座52設(shè)有安裝至它的線性致動(dòng)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(dòng)器可包括發(fā)動(dòng)機(jī)62，其通過固定件65 (諸如，例如帶有或不帶有相關(guān)套筒的螺絲、樁、銷、鉚釘?shù)?固定至底座52。固定件還可包括延伸的發(fā)動(dòng)機(jī)安裝螺絲并且可經(jīng)過套筒68，套筒68與座或板64 滑動(dòng)地機(jī)械接合，如將在下文中進(jìn)一步描述的那樣。如圖3中一般地示出，將發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)為產(chǎn)生帶螺紋螺母(未示出)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，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(dāng)線性致動(dòng)器的致動(dòng)器軸。由發(fā)動(dòng)機(jī)62在任意方向上驅(qū)動(dòng)的內(nèi)旋螺絲靠著外螺紋軸部分的轉(zhuǎn)動(dòng)引起下部光纖連接器16s和設(shè)置容納于其中的光學(xué)導(dǎo)管如18b的受控的轉(zhuǎn)
9移。下部光纖連接器16s的位置可由座或板64穩(wěn)固，座或板64通過插入環(huán)66機(jī)械地聯(lián)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(jīng)過該孔或槽。固定件65可包括延伸的發(fā)動(dòng)機(jī)安裝螺絲。發(fā)動(dòng)機(jī)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(fā)動(dòng)機(jī)62可為商用發(fā)動(dòng)機(jī)或線性致動(dòng)器或線性平移發(fā)動(dòng)機(jī)。而作為一個(gè)示例，線性致動(dòng)器發(fā)動(dòng)機(jī)組件可從Waterbury Connecticut USA (美國康涅狄格州的沃特伯里)的Haydon Switch hstruments作為第^Η43_05_036號(hào)零件得到。標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)成的線性致動(dòng)器或線性平移設(shè)備的致動(dòng)軸可需要被下部光纖保持器16s取代，如本申請中所述。優(yōu)選地，如圖3所示，在設(shè)備50的運(yùn)行過程中，下部光纖保持器16s的移動(dòng)距離和 /或位置被監(jiān)測。作為有利的布置，座或板64可在運(yùn)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(dòng)。座或板64可包括印制電路板(PCB)，其攜帶執(zhí)行感測座或板64的運(yùn)動(dòng)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(fā)動(dòng)機(jī)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(gè)不同的制造商商購。板64還可包括參考位置傳感器82，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)在啟動(dòng)中初始化或由光遮斷器裝置79遮斷時(shí)，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(dòng)器來阻止下部光纖保持器16s超出其預(yù)定的機(jī)械極限的超程。當(dāng)座或板64用作位置傳感器時(shí)，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(dòng)機(jī)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(jìn)行平行于下部光纖保持器16s的軸線的平移運(yùn)動(dòng)，但阻止板和下部光纖保持器作為整體相對(duì)于設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣的轉(zhuǎn)動(dòng)是不期望的，因?yàn)檫@可引起包含在下部光纖保持器16s中的光纖的錯(cuò)位、扭曲、光損失乃至破損。插入環(huán)66可永久或暫時(shí)地固定至座或板64。例如，插入環(huán)可以焊接的方式永久地固定至座或板。同樣地，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，插入環(huán)66可通過已知的技術(shù)永久或暫時(shí)地固定至下部光纖保持器16s。如果，在運(yùn)行中下部光纖保持器16s和座或板64 — 致地行進(jìn)，則至少在這樣的運(yùn)行過程中插入環(huán)66固定至下部光纖保持器16s及座或板64。 為了便于零件的組裝或替換，會(huì)希望在下部光纖保持器16s和插入環(huán)66之間使用非永久性固定，使得下部光纖保持器有時(shí)可從設(shè)備的其余部分移除。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(huán)66的內(nèi)部中空部分的內(nèi)螺紋之間的牢固鎖定的機(jī)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(huán)中，使得在發(fā)動(dòng)機(jī)62的運(yùn)行過程中下部光纖保持器不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，還可在拆卸過程中容易地從插入環(huán)脫離。當(dāng)通過上述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制機(jī)構(gòu)和傳感器適當(dāng)定位表面A’和表面A”時(shí)，，樣品柱被拉為表面張力模式，其中，光被引導(dǎo)通過例如光纖18a或其它傳統(tǒng)的光學(xué)裝置，然后進(jìn)一步引導(dǎo)通過連接器12s、通過樣品S，此后由光纖18b接收。然后，為了分析而通過商用或定制的光學(xué)開關(guān)94選擇光學(xué)光，從而在之后通過期望的光學(xué)導(dǎo)管例如光纖18d聯(lián)接至探測主商用或定制分光儀96。用于詢問的光源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(lián)合氘弧和石英鹵素白熾燈。雖然這樣的商用光源是有利的，可以理解，在符合本發(fā)明的設(shè)計(jì)參數(shù)的情況下，也可在本發(fā)明中使用能夠發(fā)出至少約200nm照明波長的任意光源，通常使用能夠發(fā)出約190nm直至約840nm之間的照明波長的任意光源。此外，根據(jù)使用的光源和待進(jìn)行的測量，可應(yīng)用一個(gè)或多個(gè)濾波器例如干擾濾波器以允許約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(yù)設(shè)區(qū)域容易插入或收回。此外，分光計(jì)96、光源92、發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等聯(lián)接至計(jì)算機(jī)(PC)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(未示出)，計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有用于選擇期望的光徑長度及用于在基座配置或器皿配置之間進(jìn)行選擇的精密的定制或商用軟件，在某些情況下計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有用于常用功能(如 DNA、RNA及蛋白質(zhì)量化)的預(yù)編程模塊。包括從參考(或“空白”)樣品獲取的數(shù)據(jù)可通過已知方法來顯示且存儲(chǔ)用作未來的參考，并且進(jìn)行統(tǒng)計(jì)測量以使用戶能夠進(jìn)行友好操作。 作為另一布置，相對(duì)于PC可將軟件內(nèi)置于分光計(jì)92中。作為另一有利的布置，數(shù)據(jù)可輸出至便攜式存儲(chǔ)裝置如閃存驅(qū)動(dòng)器，或甚至通過USB或無線(藍(lán)牙)、IEEE，超寬帶(UWB)連接直接輸出至PC。因此，圖2和圖3的設(shè)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(xué)部件)和下部光纖(或其它光學(xué)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(shí)可能需要稀釋和容器的大樣品容量的情況下，對(duì)微量的液滴分析樣品進(jìn)行受控的光吸收測定，其中液滴分析樣品少于約10μ 1、通常少于約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(xiàn)在討論本發(fā)明的基于器皿(例如容器)的布置。應(yīng)理解，當(dāng)需要時(shí)，即，當(dāng)測量大容量樣品時(shí)，約達(dá)50ml的溶液的分析物S’或參考液體的樣品可設(shè)置在器皿72內(nèi)以提供約達(dá)IOmm的光徑長度的總測量。通過當(dāng)前配置為提供較大容量物質(zhì)(通常器皿72加載在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)臺(tái)上(可能但不是必須通過吸液管)，然后插入儀器)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(dòng)地安裝在保持器400(以輪廓示出)的預(yù)設(shè)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(dòng)地附接至底座52的下側(cè)。如圖2和圖3所示，器皿72(示出為虛線部分)的預(yù)定長度配置為貫穿通過底座52中的設(shè)計(jì)孔，其中，當(dāng)搖動(dòng)臂M成角度地轉(zhuǎn)動(dòng)至“關(guān)閉位置”時(shí)器皿72隨之被固定，如圖3所示。特別地，經(jīng)過大容量的液體分析物S’的輸送并且在使用適合的裝置(未示出)將器皿封蓋以確保無污染后， 設(shè)備50的搖動(dòng)臂54(如圖3中更詳細(xì)地示出)再次由用戶成角度地移動(dòng)至“關(guān)閉位置”，從而通過本文中公開的系統(tǒng)提供液體懸浮液/分析物S’的光學(xué)詢問。圖4示出本發(fā)明的一般由參考數(shù)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制成。例如，其可由金屬進(jìn)行機(jī)器加工而成或可由塑料(例如高強(qiáng)度塑料)模塑而成。在圖4中如此描述的保持器配置有聯(lián)接布置例如通孔 402，從而可移動(dòng)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(jìn)行清洗而被移除時(shí)或當(dāng)使用替換的支架以進(jìn)行重聯(lián)接時(shí)確保適當(dāng)?shù)匕惭b。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(dǎo)通過包含感興趣的樣品的傳導(dǎo)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(lián)合，使一對(duì)光學(xué)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(yù)定的發(fā)射和接收光學(xué)器件(如圖3所示的73’ 和73”)，例如折射光學(xué)器件，如球透鏡、非球面等。此外，器皿保持器400具有凹形的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)416，其尺寸適于可移動(dòng)地容納預(yù)定的器皿(未示出)，例如試管或不規(guī)則形狀的器皿，但常常為已知的工業(yè)中應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)容器。 應(yīng)注意的是，通常，凹形的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)416也容納彈簧裝置74 (如圖3所示)，以使能夠滑動(dòng)摩擦安裝在預(yù)定的器皿和凹形的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)416之間，由此，器皿緊貼地安裝在這樣的開口內(nèi)。 優(yōu)選地，彈簧裝置74將期望的器皿偏置為與凹形的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)416適當(dāng)對(duì)準(zhǔn)以能夠進(jìn)行精確測量。最后，孔408常設(shè)置用于使熱控傳感器(未示出)能夠插入，從而在需要時(shí)對(duì)液體樣品進(jìn)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(cè)以聯(lián)接至引入的相關(guān)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制的器皿，但常常是如圖3所示的實(shí)例的標(biāo)準(zhǔn)容器，用于包含樣品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’，并且該容器配置有處于基本預(yù)定的平行關(guān)系的多個(gè)側(cè)面，其中至少兩個(gè)相對(duì)側(cè)面具有能發(fā)出至少約200nm波長強(qiáng)度的光學(xué)性能，通常能從期望的光照明光源92發(fā)出約190nm至約840nm之間的波長強(qiáng)度，如圖3所示。應(yīng)注意的是，雖然標(biāo)準(zhǔn)容器(如上所述)為優(yōu)選的配置，然而應(yīng)注意，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，任意商用或定制的矩形容器(例如COD容器)以及其它非矩形器皿(例如試管) 和定制器皿等也可連接至本發(fā)明。特別地，化學(xué)需氧量(COD)為有機(jī)物分解和無機(jī)化學(xué)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(yè)廢料污染的天然水)中有機(jī)物的一種快速、經(jīng)濟(jì)的方法。從本質(zhì)上來講，COD測試通過測量與樣品反應(yīng)的氧的量來確定碳基材料的量。因此，本發(fā)明可通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的COD方式準(zhǔn)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(jī)物的水平。因此，作為運(yùn)行該方法的一部分，水樣可引入準(zhǔn)備好的容器中，并且用化學(xué)氧化劑在特定的溫度條件下培養(yǎng)特定的時(shí)間周期。此后，包含樣品的容器被引入本發(fā)明的雙模式設(shè)備(如本文中所述的)以提供由系統(tǒng)激活的色度測量，從而確定提供的樣品中家用或工業(yè)廢料的水平。無論選擇何種器皿或測量何種樣品，在裝載樣品之后(處于如圖2所示的“打開位置”)準(zhǔn)備進(jìn)行詢問(處于如圖3所示的“關(guān)閉位置”)，如上文簡要的描述，用戶使用本發(fā)明的聯(lián)接的控制器(即控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng))來進(jìn)行測量。因此，如圖3中詳細(xì)示出的，光被再次引導(dǎo)通過光學(xué)導(dǎo)管(例如光纖18a’ )或其它傳統(tǒng)的光學(xué)折射、衍射、或反射光學(xué)裝置，從而由光學(xué)元件73’(例如折射元件，如球透鏡)進(jìn)一步引導(dǎo)和制約。然后，光(現(xiàn)在通常為基本平行的光)基本垂直于器皿72的壁引導(dǎo)、透射過器皿72中包含的液體樣品、引導(dǎo)出器皿 72相對(duì)的預(yù)定壁、由收集光學(xué)部件73” (例如預(yù)設(shè)為折射或反射光學(xué)部件，常常為球透鏡) 接收，從而使數(shù)值孔徑安裝有光學(xué)導(dǎo)管(例如光纖18c)。為了分析，通過商用或定制的光學(xué)開關(guān)94再次選擇可見光。因此，此后如先前的表面張力模式下，通過理想的光學(xué)導(dǎo)管(例如，光纖18d)，待分析的期望的光聯(lián)接至商用或定制的探測主分光計(jì)96。當(dāng)處于表面張力模式下時(shí)，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(lián)合氘弧和石英鹵素白熾燈，或在符合本發(fā)明的設(shè)計(jì)參數(shù)的
12情況下，在本發(fā)明中也可使用能夠發(fā)出至少約200nm照明波長的任意光源，通常使用能夠發(fā)出約190nm直至約840nm之間的照明波長的任意光源。此外，根據(jù)使用的光源和待進(jìn)行的測量，可使用濾波器(例如干擾濾波器)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(yù)設(shè)區(qū)域撤回。如上所述，計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有精密的定制或商用軟件，在某些情況下計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有用于常用功能(如DNA、RNA及蛋白質(zhì)量化)的預(yù)編程模塊。包括從參考(或 “空白”)樣品獲取的數(shù)據(jù)可通過已知方法來顯示且存儲(chǔ)用作未來的參考，并且進(jìn)行統(tǒng)計(jì)測量以使用戶能夠進(jìn)行友好操作。如上所述，軟件可內(nèi)置于PC或分光儀92中，并且數(shù)據(jù)可輸出至便攜式存儲(chǔ)裝置如閃存驅(qū)動(dòng)器，或甚至通過USB或無線(藍(lán)牙)、IEEE，超寬帶(UWB)連接直接輸出至PC。因此，圖2和圖3的設(shè)備還使用戶能夠在器皿采樣模式下利用優(yōu)選的約IOmm的樣品光徑對(duì)約達(dá)50ml的大容量樣品進(jìn)行受控光學(xué)吸收測量，用于與其它商用儀器或相同設(shè)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(nèi)容旨在充當(dāng)基本說明。盡管根據(jù)所示和所描述的多個(gè)實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可容易想到在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可對(duì)該實(shí)施方式進(jìn)行變化。讀者應(yīng)意識(shí)到，具體的說明可能沒有作出對(duì)所有實(shí)施方式的明確描述；還隱含許多替換的實(shí)施方式。這樣修改及其類似被認(rèn)為是在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下在本領(lǐng)域技術(shù)人員的能力范圍內(nèi)可進(jìn)行的簡單修改。因此，在不背離本發(fā)明的精神、范圍和本質(zhì)的情況下本領(lǐng)域技術(shù)人員可進(jìn)行許多這樣的修改。說明書、附圖或術(shù)語都不應(yīng)作為對(duì)本發(fā)明的范圍的限制，本發(fā)明由權(quán)利要求書進(jìn)行限制。
權(quán)利要求
1.一種用于測量樣品的光學(xué)性質(zhì)的雙模式分光光度計(jì)，包括第一基座表面，其聯(lián)接至具有發(fā)射端的第一光學(xué)導(dǎo)管；底座；第二基座表面，其機(jī)械地聯(lián)接至所述底座并被配置為接收第一液體樣品，所述第二基座表面聯(lián)接至具有接收端的第二光學(xué)導(dǎo)管，其中所述第二基座表面進(jìn)一步可操作以在可變距離(P)下調(diào)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(xué)導(dǎo)管的所述發(fā)射端和所述第二光學(xué)導(dǎo)管的所述接收端為光度測定或光譜測定的測量提供光學(xué)路徑；器皿保持器，其配置有凹形的導(dǎo)向裝置，所述器皿保持器被配置為可移動(dòng)地聯(lián)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(dǎo)向裝置內(nèi)，所述樣品器皿在其中具有第二液體樣品并且在其中配置有至少兩個(gè)窗口裝置，由此也為光度測定或光譜測定的測量提供光學(xué)路徑。
2.如權(quán)利要求1所述的雙模式分光光度計(jì)，其中，為引入的少于約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(quán)利要求1所述的雙模式分光光度計(jì)，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(xué)路徑的樣品容量提供吸收測量。
4.如權(quán)利要求3所述的雙模式分光光度計(jì)，其中，對(duì)路徑長度的差值的校正等同于提供測量的交叉定標(biāo)。
5.如權(quán)利要求1所述的雙模式分光光度計(jì)，其中，對(duì)于任意給定光徑長度，所述雙模式分光光度計(jì)適用于測量從約0. 005至約2. 0吸光度單位的吸光度。
6.如權(quán)利要求1所述的雙模式分光光度計(jì)，其中，所述器皿包括選自矩形容器、試管、 定制器皿中的至少一種器皿。
7.如權(quán)利要求6所述的雙模式分光光度計(jì)，其中，所述矩形容器包括化學(xué)需氧量(COD) 傳感器。
8.如權(quán)利要求1所述的雙模式分光光度計(jì)，其中，所述器皿保持器包括定位銷以確保在移除后重聯(lián)接時(shí)的適當(dāng)安裝。
9.如權(quán)利要求1所述的雙模式分光光度計(jì)，其中，所述器皿保持器包括橫向孔以使光徑能夠被引導(dǎo)通過所述器皿。
10.如權(quán)利要求1所述的雙模式分光光度計(jì)，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(lián)合，使一對(duì)光學(xué)支架能夠安裝在埋頭的開口中，從而固定預(yù)定的發(fā)射和接收光學(xué)器件。
11.如權(quán)利要求1所述的雙模式分光光度計(jì)，其中，由所述雙模式分光光度計(jì)提供的搖動(dòng)臂成角度地固定所述器皿。
12.如權(quán)利要求1所述的雙模式分光光度計(jì)，其中，所述第二基座還聯(lián)接至線性致動(dòng)器的軸以能夠平移所述第二基座，并且提供與所述第一基座相關(guān)的所述可變距離(P)以能夠區(qū)分吸光度路徑長度。
13.如權(quán)利要求12所述的雙模式分光光度計(jì)，其中，通過渦流傳感器監(jiān)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(jì)算由此產(chǎn)生的平移。
14.如權(quán)利要求12所述的雙模式分光光度計(jì)，其中，通過電容傳感器監(jiān)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(jì)算由此產(chǎn)生的平移。
15.如權(quán)利要求13所述的雙模式分光光度計(jì)，其中，所述渦流傳感器設(shè)置在印制電路板(PCS)上。
16.如權(quán)利要求15所述的雙模式分光光度計(jì)，其中，所述印制電路板(PCB)包括位置傳感器，當(dāng)平移控制系統(tǒng)在啟動(dòng)或被光遮斷器裝置遮斷而初始化時(shí)，所述位置傳感器建立參照位置。
17.如權(quán)利要求1所述的雙模式分光光度計(jì)，其中，所述雙模式分光光度計(jì)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(quán)利要求1所述的雙模式分光光度計(jì)，其中，所述雙模式分光光度計(jì)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(quán)利要求1所述的雙模式分光光度計(jì)，其中，所述光度測定或光譜測定的測量獲取的數(shù)據(jù)能通過選自藍(lán)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于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)。
20.如權(quán)利要求1所述的雙模式分光光度計(jì)，其中，所述雙模式分光光度計(jì)包括軟件， 所述軟件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(gè)或多個(gè)期望的光學(xué)路徑。
21.一種用于測量由表面張力模式或容器限制的樣品的光學(xué)性質(zhì)的雙模式分光光度計(jì)方法，包括提供聯(lián)接至具有發(fā)射端的第一光學(xué)導(dǎo)管的第一基座表面；將第一樣品放置在機(jī)械地聯(lián)接至底座的第二基座表面上，所述第二基座表面聯(lián)接至具有接收端的光學(xué)導(dǎo)管，其中，所述第二基座表面進(jìn)一步可操作以在可變距離(P)下調(diào)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(xué)導(dǎo)管的所述發(fā)射端和所述第二光學(xué)導(dǎo)管的所述接收端為光度測定或光譜測定的測量提供光學(xué)路徑；提供配置有凹形的導(dǎo)向裝置的器皿保持器，所述器皿保持器被配置為可移動(dòng)地聯(lián)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(dǎo)向裝置內(nèi)的樣品器皿，所述樣品器皿在其中具有第二液體樣品并且在其中配置有至少兩個(gè)窗口裝置，由此也為光度測定或光譜測定的測量提供光學(xué)路徑，其中，期望的光度測定或光譜測定的測量能在保持于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(jìn)行。
22.如權(quán)利要求21所述的雙模式分光光度計(jì)方法，其中，為引入的少于約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(quán)利要求21所述的雙模式分光光度計(jì)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(xué)路徑的樣品容量提供吸收測量。
24.如權(quán)利要求21所述的雙模式分光光度計(jì)方法，其中，對(duì)保持于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于提供測量的交叉定標(biāo)。
25.如權(quán)利要求21所述的雙模式分光光度計(jì)方法，其中，對(duì)于任意給定光徑長度，所述雙模式分光光度計(jì)方法適用于測量從約0. 005至約2. 0吸光度單位的吸光度。
26.如權(quán)利要求21所述的雙模式分光光度計(jì)方法，其中，所述器皿包括選自矩形容器、 試管、定制器皿中的至少一種器皿。
27.如權(quán)利要求21所述的雙模式分光光度計(jì)方法，其中，所述矩形容器包括化學(xué)需氧量(COD)傳感器。
28.如權(quán)利要求21所述的雙模式分光光度計(jì)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(gè)或多個(gè)期望的光學(xué)路徑。
全文摘要
介紹了有選擇地測量在器皿(72)中的樣品或保持于兩個(gè)相對(duì)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(shè)備。在任一種配置下，上述模式還包括來自源系統(tǒng)、通過小容量或大容量樣品、到達(dá)基于分光計(jì)的系統(tǒng)的光學(xué)路徑。對(duì)于任意給定的波長，上述系統(tǒng)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范圍的樣品。
文檔編號(hào)G01N21/01GK102232181SQ200980147668
公開日2011年11月2日 申請日期2009年10月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月3日
發(fā)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(zé)任公司