光學(xué)吸收監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及光學(xué)吸收監(jiān)測系統(tǒng)并且特別涉及流動池吸收監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]許多物質(zhì)由于它們的化學(xué)組成而吸收紫外光或可見光。多年來物質(zhì)對光的吸收用作用于檢測這樣的物質(zhì)的存在和用于測量這樣的物質(zhì)的濃度的基礎(chǔ)。物質(zhì)的濃度可通過使用比爾-朗伯定律確定:
A=Ebc
其中A是吸光度，
E是摩爾吸光系數(shù)，以L mol-1 cm-1為單位， b是樣品的路徑長度，以cm限定；以及 c是溶液中復(fù)合物的濃度，用mol L-1表達(dá)。
[0003]Emax代表物質(zhì)在指定波長的最大吸收。
[0004]吸收監(jiān)測系統(tǒng)典型地包括:光源，用于向流體樣品提供具有一個或多個波長的光；和光學(xué)檢測系統(tǒng)，用于檢測光與樣品之間的任何相互作用。流體樣品可以是在提供有窗口以用于吸光度測量的合適容器中的靜態(tài)樣品或流體樣品作為流動池中的流體流提供，如將在下文更詳細(xì)公開的。再進一步地，監(jiān)測系統(tǒng)可以是浸入式的，其中系統(tǒng)的光學(xué)部件浸入流體樣品并且設(shè)置成限定其之間的光學(xué)檢測路徑。
[0005]吸收監(jiān)測系統(tǒng)的一個示例是流動池UV吸收監(jiān)測系統(tǒng)，其用于在被分離分子從柱洗脫時測量色譜系統(tǒng)中各種波長的光的不同吸光度。然而，流動池UV吸收監(jiān)測系統(tǒng)可用于在除色譜系統(tǒng)(例如生產(chǎn)流體過程系統(tǒng)、實驗室系統(tǒng)、分析系統(tǒng)等)以外的大范圍應(yīng)用中選擇性地檢測樣品。該類型的監(jiān)測系統(tǒng)通常包括光源、流動池和光檢測器。理想地，選擇監(jiān)測系統(tǒng)的部件并且將其設(shè)計成確保具有最小漂移和折射率靈敏度的信噪比。光源典型地由汞燈、氘燈或氙閃光燈組成。然而，近年來開發(fā)使用UV_LED(能夠在UV范圍內(nèi)發(fā)射光的發(fā)光二極管)作為光源的監(jiān)測系統(tǒng)。在US8068227中公開基于UV-LED的監(jiān)測系統(tǒng)的一個示例。
[0006]為了實現(xiàn)根據(jù)上文的具有最小漂移和折射率靈敏度的信噪比，該類型的監(jiān)測系統(tǒng)通常提供有參考光檢測器，用于記錄來自光源的光強度輸出中的波動和/或漂移。來自參考光檢測器的輸出用于通過來自檢測器系統(tǒng)的輸出的歸一化或類似物來減少這樣的波動的影響等。
[0007]如在US8068227中公開的，基于UV-LED的監(jiān)測系統(tǒng)與基于其他光源的監(jiān)測系統(tǒng)相比可更加緊湊且復(fù)雜程度更低。因此，基于UV-LED的監(jiān)測系統(tǒng)制造起來一般不太昂貴。然而，仍需要有不太復(fù)雜且不太昂貴的監(jiān)測系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目標(biāo)是提供新的吸收監(jiān)測系統(tǒng)，其克服現(xiàn)有技術(shù)的一個或多個缺陷。這通過如在獨立權(quán)利要求中定義的吸收監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)。
[0009]本吸收監(jiān)測系統(tǒng)的一個優(yōu)勢是它提供具有最小漂移和折射率靈敏度的信噪比同時與當(dāng)前系統(tǒng)相比復(fù)雜程度更低并且因此不太昂貴。
[0010]另一個優(yōu)勢是本吸收監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)置成在UV-LED的整個生命周期中允許使處于最佳點的UV-LED偏置，這將增加LED的壽命。因為UV-LED代表監(jiān)測系統(tǒng)的總成本的相當(dāng)大部分，延長它的壽命大大影響監(jiān)測系統(tǒng)的總壽命成本?？刂破饕矊⒏兄命c并且因此將能夠預(yù)測光電檢測器處的正確電壓范圍，這將有助于消除由于在流動池中材料的存在引起的吸光度所導(dǎo)致的參考誤差。
[0011]在一個方面中，提供有吸收監(jiān)測系統(tǒng)，其包括:被設(shè)置以便限定其之間的吸收檢測光路的光源和光檢測器;和控制器，其設(shè)置成控制光源的操作，其中該光源包括能夠在UV范圍內(nèi)發(fā)射光的發(fā)光二極管(UV-LED)并且其中吸收監(jiān)測系統(tǒng)不包括參考光檢測器并且控制器設(shè)置成補償來自UV-LED的光輸出強度中的波動。
[0012]在一個方面中，吸收監(jiān)測系統(tǒng)包括溫度傳感器，用于記錄UV-LED的溫度，并且其中控制器設(shè)置成響應(yīng)于記錄的溫度來控制來自UV-LED的光輸出強度以補償由于溫度改變引起的來自UV-LED的光輸出強度中的波動。
[0013]在吸收監(jiān)測系統(tǒng)的一個方面中，控制器設(shè)置成記錄UV-LED在運作時的總時間(UV年齡)并且響應(yīng)于記錄的UV年齡來控制來自UV-LED的光輸出強度以補償由于年齡引起的來自UV-LED的光輸出強度中的波動。
[0014]在吸收監(jiān)測系統(tǒng)的一個方面中，控制器設(shè)置成記錄并且存儲對于具有已知吸收的樣品的參考吸收信號并且使用參考吸收信號對光電檢測器記錄的吸收信號應(yīng)用參考校正。
[0015]在吸收監(jiān)測系統(tǒng)的一個方面中，控制器設(shè)置成在參考吸收信號超出預(yù)定義閾值時提供警告信號。
[0016]在一個方面中，吸收監(jiān)測系統(tǒng)包括流動池，其具有流體流動通道和在其之間提供吸收檢測光路的兩個相對窗口，一個窗口設(shè)置成從UV-LED接收光并且另一窗口設(shè)置成將來自測量光路的所得光輸出到光檢測器。
[0017]本發(fā)明的更完整理解以及其另外的特征和優(yōu)勢將通過參考下列詳細(xì)說明和圖獲得。然而，應(yīng)理解詳細(xì)說明和特定示例在指示本發(fā)明的優(yōu)選實施例時僅通過說明的方式給出。在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種改變和修改將從下文的詳細(xì)說明對本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員變得明顯。
【附圖說明】
[0018]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的吸收監(jiān)測系統(tǒng)的示意框圖。
[0019]圖2是根據(jù)本發(fā)明的吸收監(jiān)測系統(tǒng)的示意框圖。
[0020]圖3示出對于常規(guī)UV-LED在一定溫度范圍內(nèi)的光功率的示例。
[0021]圖4示出使用未經(jīng)補償?shù)臒o參考監(jiān)測系統(tǒng)記錄并且其中UV-LED的溫度隨時間逐步改變的實驗數(shù)據(jù)。
[0022 ]圖5示出對于代表性UV-LED的減小的輸出功率的示例。
[0023]圖6示意示出對于相同樣品序列但在UV-LED的不同溫度使用本發(fā)明的監(jiān)測系統(tǒng)記錄的四個覆蓋式UV吸收曲線。
[0024]圖7是根據(jù)本發(fā)明包括吸收監(jiān)測系統(tǒng)的液相色譜系統(tǒng)的示意框圖。
【具體實施方式】
[0025]如上文提到的，本發(fā)明的吸收監(jiān)測系統(tǒng)將圖示為流動池吸收監(jiān)測系統(tǒng)，但應(yīng)指出系統(tǒng)可以是靜態(tài)式、浸入式或類似物。關(guān)鍵特征是對于檢測光存在通過要分析的代表性體積的樣品的光路。
[0026]圖1是采用基于UV-LED的流動池吸收監(jiān)測系統(tǒng)10形式的現(xiàn)有技術(shù)的吸收監(jiān)測系統(tǒng)的示意表示。監(jiān)測系統(tǒng)10—般包括采用UV-LED 20形式的光源、流動池30、吸收光檢測器40、參考光檢測器42和控制器50WV-LED 20基本上可以是能夠在期望UV光譜中發(fā)射光的任何類型的UV-LED。在公開的實施例中，在UV-LED 20與流動池30中的入射窗36之間提供帶通干涉濾波器22。該帶通濾波器22是濾光片，其允許預(yù)定義的狹窄波長范圍的光通過同時防止其他波長的光通過。根據(jù)一個實施例，濾波器的帶寬優(yōu)選地小于1nm或更低，以給予良好的線性和大的動態(tài)范圍。根據(jù)備選實施例，通過選擇在期望波長具有足夠窄的發(fā)射光譜的UV-LED 20而可省略帶通濾波器22。仍然備選地，光源20可由兩個或以上UV-LED組成，每個提供具有不同波長的光，由此可實現(xiàn)多波長監(jiān)測系統(tǒng)10。
[0027]被采用來照射樣品的UV光的波長可以通過使用在UV光的特定波長發(fā)射的適當(dāng)LED(例如，UVTOP ? 260nm或280nm LED)或憑借在深UV具有更寬發(fā)射光譜的發(fā)光二極管來選擇。UVTOP? LED從USA, SC的Sensor Electronic Technology Inc.可獲得(例如，‘T0-39’封裝件包含許多UV發(fā)光二極管，其在250-365nm的范圍內(nèi)發(fā)射)。
[0028]光然后通過分束器24，其將光中的一些轉(zhuǎn)到參考光電檢測器42上而余下部分被引導(dǎo)通過窗口 36到流動池10內(nèi)的溶液內(nèi)。分束器24和參考光電檢測器42用于遵循發(fā)光二極管20中的任何強度改變并且從而在輸出數(shù)據(jù)中提供穩(wěn)定基線。具有入口 32和出口 34的流動池30具有窗口 36和38，其由例如藍(lán)寶石、石英或合成熔融石英等UV透明材料制成并且具有已知路徑長度，它們可以是UV敏感光電倍增器或UV敏感光電二極管。
[0029]包含樣品(例如，蛋白質(zhì)或核酸)流體流的溶液經(jīng)由入口32和出口 34通過流動池30，如由單箭頭指示的。群發(fā)光二極管20用于照射流動池30中的溶液，光通過UV透明窗口 36進入流動池30，如由框式箭頭指示的。通過溶液(由框式箭頭指示的)和窗口38的光然后被光電檢測40檢測到。
[0030]如期望的話，溶液中物質(zhì)的濃度然后可以通過使用比爾朗伯定律確定，其中已經(jīng)知道物質(zhì)的摩爾吸光系數(shù)(E)。備選地，物質(zhì)的濃度可以通過使用之前已經(jīng)對處于指定波長(例如，280nm)的感興趣物質(zhì)產(chǎn)生的劑量-響應(yīng)曲線來確定。
[0031]控制器50設(shè)置成通過設(shè)置期望偏置電流來控制來自UV-LED 20的UV光輸出。在圖1中，控制器通過通信線52連接到UV-LED，該通信線52可以是直流饋送電路，但備選地可存在獨立UV-LED驅(qū)動器(未示出)(其進而被控制器50控制)或類似物，如本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將意識到的。相似地，光電檢測器40和參考檢測器42分別通過通信線56和54連接到控制器50，并且通信線可采用實現(xiàn)記錄的光強度從相應(yīng)單元傳輸?shù)娜魏芜m合的方式實現(xiàn)?？刂破?0設(shè)置成提供參考補償輸出，其反映流動池中樣品流體的吸光度并且對UV-LED 20中的光輸出中的波動來補償該輸出。在一個實施例中，控制器50包括數(shù)字微控制器電路70，其包括設(shè)置成控制UV-LED 20的操作的至少一個數(shù)模輸出和至少兩個模數(shù)輸入，每個分別連接到相應(yīng)的光電檢測器40和42?？刂破?0進一步提供有通信接口(未示出)，用于與流體系統(tǒng)的主控制器接口，其中監(jiān)測系統(tǒng)10在監(jiān)測系統(tǒng)10作為獨立單元操作的情況下與用戶界面合并或直接具有用戶界面。
[0032]在許多應(yīng)用中，使該類型的監(jiān)測系統(tǒng)10的總成本降低，這是高度可取的，并且實現(xiàn)成本降低的一個方式是移除高成本部件。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的基于UV-LED的流動池吸收監(jiān)測系統(tǒng)10的示意表示。在圖2中，與圖1中相同的標(biāo)號用于指示對應(yīng)特征。在圖2的實施例中，移除參考檢測器42和關(guān)聯(lián)的分束器24以便降低監(jiān)測系統(tǒng)10的成本和復(fù)雜性。
[0033]然而，通過移除參考檢測器42，對于來自UV-LED20的光輸出中的波動可不再主動補償來自監(jiān)測系統(tǒng)10的輸出。為了使這樣的無參考監(jiān)測系統(tǒng)10切實可行，本發(fā)明提供用于建立來自UV-LED 20的穩(wěn)定輸出的手段。
[0034]UV-LED的一個通常已知特性是關(guān)于輸出光強度的明顯溫度依賴性。圖3示出對于常規(guī)UV-LED在一定溫度范圍內(nèi)的光功率的示例。如可以在圖3中看到的，輸出功率基本上反向線性依賴于溫度，即輸出功率隨著溫度上升而線性減小。圖4示出使用未經(jīng)補償?shù)臒o參考監(jiān)測系統(tǒng)10記錄并且其中UV-LED的溫度隨時間逐步改變的實驗數(shù)據(jù)，并且需要減輕溫度依賴性