用于毛细管液体层析法的具有低检测极限的基于低功率微型LED的UV吸收检测器制造技术

一种用于执行用于毛细管液体层析法的基于UV LED的吸收检测以便检测和量化液体中的复合物的系统和方法，其中简化的系统通过使用稳定的UV源消除了对射束分裂器和参比室的需要，并且功率需求被降低，产生具有相对低的检测极限的便携且基本较小的系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
相关技术的描述：液体层析法(LC)被执行以便分析液体溶液中的化学内容物。图1示出来自光源的紫外(UV)光10可以被传输通过设置在毛细管柱14内的液体12到UV检测器16。UV光可以被液体12中的复合物吸收，在检测器16上留下的光的强度可以被解释为检测并量化复合物。用于液体层析法(LC)的现有技术系统的示例被示出在图2中。标准的UV光源(例如汞(Hg)灯20)具有短使用寿命、长加热时间以及不稳定的光输出。图2示出光源可以通过使用透镜22被分离，引起减少的源20的光输出。光源20可以被分离以便经过样品材料24和参考材料26并且然后剩余的光分别被样品光电池27和参考光电池28检测到。新光源可以被提议，该新光源与标准UV光源相比更稳定并且产生较少噪声。在这些之中，发光二极管(LED)已获得青睐，这是由于其长寿命、高稳定性、明亮输出以及低功率需求。此外，新光源与标准光源相比，其尺寸小且更紧凑。考虑到LED的接近单色的行为，不需要单色仪。基于LED的检测器可以被制造，而不使用昂贵的光学透镜。图3是使用LED30作为光源的LC检测系统的框图。对于LC而言，UV范围是可期望的，这是因为在那个范围中的许多复合物可以通过LC显示吸收(exhibitabsorption)而被分析。现有技术示出了来自平坦窗口LED30的光可以被直接聚焦到贯通池(flow-throughcell)并且通过使用信号光电二极管32实现检测。然而，检测器32遭受高噪声、高检测极限以及有限线性度。系统也可以遭受高杂散光水平。LC检测系统的一个问题可以是：硅光电二极管32与UV相比，在较高的波长处更灵敏，其可以从光电二极管灵敏度图中明显看出。因此，在高于UV的波长处来自LED30的任何光发射可以导致系统中的显著的杂散光。图3中所示的系统仍然需要射束分裂器33，该射束分裂器33将来自LED30的一部分光发送到参考二极管36。光的其他部分被发送通过狭缝34并且通过熔融石英管35。检测器32和参考二极管36被耦合作为到放大器37的输入。另一现有技术的系统使用半球形透镜LED作为具有光电倍增管的光源以用于毛细管上的检测。该系统可以遭受高水平的杂散光，其牺牲了系统的线性范围和检测极限。毛细管柱已经获得LC工作中的普及，但是需要检测器，该检测器可以履行对这类柱的检测需求。使用基于Hg笔射线灯的检测器以用于毛细管上的检测的现有技术的LC检测系统实现了良好的性能。然而，商用的基于流动池(flow-cell)的检测器可引入毛细管柱的相当大的死区体积。此外，低体积的流动池(很少的nL)可以是昂贵的并且由于盐沉积而遭受堵塞问题。需要一种可以提供向下到毛细管柱的内直径的光束的狭窄聚焦的系统。为了消除杂散光，一种光的狭窄聚焦的方法可以是使用等于或小于毛细管柱内直径的狭缝。然而，狭缝在毛细管柱的前面的使用也减少了如图3中所示的光通量。来自光源的光强度的减少可以减少检测器的S/N比(信噪比)。
技术实现思路
本专利技术是一种用于执行毛细管液体层析法的基于UVLED的吸收检测以用于检测和量化液体中的复合物的系统和方法，其中简化的系统通过使用稳定的UV源消除了对射束分裂器和参比室(referencecell)的需要，并且功率需求被降低，从而产生具有相对低的检测极限的便携的且基本较小的系统。鉴于下面的结合附图的具体实施方式，本专利技术的这些和其他实施例对本领域技术人员来说将变得显而易见。附图说明图1是示出UV检测系统的操作的图示，其中UV光被传递通过毛细管柱。图2是用于通过使用射束分裂器和Hg光源生成样品光源和参考光源的现有技术的检测系统的图示。图3是示出替代的现有技术的检测系统的图示，该替代的现有技术的检测系统使用UVLED作为光源，但是其仍然使用射束分裂器来产生参考源，但是其遭受减少的UV光强度。图4是示出毛细管LC系统的主要硬件元件的本专利技术的第一实施例的第一示意图。图5是示出毛细管LC系统的更多构造细节的本专利技术的第一实施例的第二示意图。图6是具有(橙色)且不具有(蓝色)滤波器的光输出的覆盖光谱的图表。图7是在没有滤波器的数字化和暗RMS噪声上和在具有0.5秒滤波器的总RMS噪声上的软件平滑的作用的图表。图8示出说明第一实施例的S/N比增强的两个图表，其中(A)在没有平滑和(B)在每0.1秒平滑具有4200个数据点的情况下获得信号。图9是通过使用集成的纳米流的泵送系统和LED检测器来示出离析物的图表。图10是本专利技术的第二实施例中的部件的框图。图11是本专利技术的第三实施例中的部件的框图。具体实施方式现在将参考附图，在附图中本专利技术的各种实施例将被给出数字标记，并且在附图中实施例将被讨论以便于能够使本领域技术人员制造且使用本专利技术。应理解的是，下列描述示出本专利技术的实施例，并且不应被视为使随附的权利要求变窄。在开始之前，应理解的是，在柱上的检测可以指的是当填充床材料(packedbedmaterial)在柱的端部之前终止时使得柱的最后一部分实际上是空的。但是也可以具有下列情况，其中柱始终具有填充层材料直到柱的端部并且毛细管必须被添加以便执行毛细管部分中的检测。因此，本专利技术的实施例应全部被视为包括在所有实施例的范围内的两种配置，其中检测发生在柱上的所述柱的不包括填充床材料的区域中，或者在已经被添加到填充床材料结束的柱的极末端的毛细管内。第一实施例是与毛细管液体层析法一起使用的具有低检测极限的基于LED的UV吸收检测器。在第一实施例的第一方面中，LED光源可以被选择。LED输出波长可以随着驱动电流和结点温度的改变而改变。因此，LED应由恒定电流供应来驱动，并且系统的加热应被避免。LED源的准单色性有助于系统中的杂散光，引起检测器非线性。通过利用系统中的滤波器来保护检测系统免受期望的吸收带之外的任何LED光。柱上的毛细管检测可以被优选用于毛细管柱，这是因为狭窄的峰宽通过消除额外柱的带分散来获得，并且峰分辨率被保持。检测器中的短期噪声可以确定检测极限并且通常可以通过执行集成、平滑和/或使用低通的RC滤波器来减少。第一实施例示出基于UVLED的吸收检测器具有用于微型化场分析的极大潜能。进一步优化检测器设计和减少噪声水平可以引起用于小直径毛细管柱的较好的检测极限。第一实施例导致具体用于毛细管LC柱上检测的基于便携式260纳米LED的UV吸收检测器。与现有技术相比，系统是相对小、重量轻且具有很低功率消耗。图4是用于介绍本专利技术的第一实施例的元件的第一示意图。元件包括基于UV的LED40、第一球透镜42、调谐到LED40光源的带通滤波器46、第二球透镜48、包括剃刀刀片的狭缝50、毛细管柱52以及硅光电二极管检测器54，该毛细管柱52可以具有大约150μm的内直径(ID)和大约365μm的外直径。本专利技术的元件的比例没有被示出在图4中。来自第二球透镜48的UV光可以比所示更急剧地聚合。此外，第二球透镜48的直径可以为毛细管柱52的内直径的10倍。因此，应理解的是，提供图3和图4以示出本专利技术的部件的物理次序，而没有示出实际尺寸。此外，应理解的是，由第一球透镜42和第二球透镜48引起的UV光的聚合的任何附图没有被按比例示出并且仅用于说明的目的。可以通过替换提供相同功能的其他部件作为上述检测系统的部件而提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于毛细管液体层析法的基于紫外线发光二极管即UV LED的吸收检测系统，所述系统包括：LED，其用于产生UV光；第一透镜，其用于接收和聚焦来自所述LED的所述UV光；带通滤波器，其用于滤波来自所述第一透镜的所述UV光；第二透镜，其用于接收和聚焦来自所述带通滤波器的所述UV光；至少一个狭缝，其用于传递自所述第二透镜接收的所述UV光；毛细管柱，其用于接收被传递通过所述至少一个狭缝的所述UV光；以及检测器，其用于接收已经传递通过所述毛细管柱的所述UV光。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.15 US 61/996,8031.一种用于毛细管液体层析法的基于紫外线发光二极管即UVLED的吸收检测系统，所述系统包括：LED，其用于产生UV光；第一透镜，其用于接收和聚焦来自所述LED的所述UV光；带通滤波器，其用于滤波来自所述第一透镜的所述UV光；第二透镜，其用于接收和聚焦来自所述带通滤波器的所述UV光；至少一个狭缝，其用于传递自所述第二透镜接收的所述UV光；毛细管柱，其用于接收被传递通过所述至少一个狭缝的所述UV光；以及检测器，其用于接收已经传递通过所述毛细管柱的所述UV光。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述检测系统进一步包括用于通过分析由所述检测器接收的所述UV光而由至少一个复合物来分析所述UV光的吸收的系统，所述至少一个复合物设置在所述毛细管柱内的液体中。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述检测器进一步包括平滑系统，所述平滑系统用于处理由所述检测器接收的数据以便减小来自所述检测系统的噪声。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述平滑系统选自包括以下各项的平滑系统的组：通过基于固定窗求平均而平滑、通过基于固定宽度的滑动窗求平均而平滑、使用指数加权的移动平均而平滑、以及使用被构造为白化基线噪声过程的因果滤波器或非因果滤波器而平滑。5.根据权利要求3所述的系统，其中所述检测器进一步包括：光电二极管，其用于接收来自所述毛细管柱的所述UV光；运算放大器，其用于接收来自所述光电二极管的电流并且将该电流转换成电压值；以及模数转换器，其用于接收来自所述运算放大器的所述电压值并且将该电压值转换成数字值。6.根据权利要求5所述的系统，其中所述检测器进一步包括RC滤波器，所述RC滤波器被设置在所述运算放大器与所述模数转换器之间以减小所述检测系统中的噪声。7.根据权利要求3所述的系统，其中所述平滑系统进一步包括在硬件中实施的平滑系统。8.根据权利要求3所述的系统，其中所述平滑系统进一步包括在软件中实施的平滑系统。9.根据权利要求1所述的系统，其中所述检测系统进一步包括用于向所述LED和所述检测器提供电力的DC电源。10.一种使用基于紫外线发光二极管的UV吸收检测系统来执行毛细管液体层析法的方法，所述方法包括以下步骤：提供作为UV光源的发光二极管即LED，用于接收和聚焦来自所述LED的所述UV光的第一透镜，用于滤波来自所述第一透镜的所述UV光的带通滤波器，用于接收和聚焦来自所述带通滤波器的所述UV光的第二透镜，用于传递自所述第二透镜接收的所述UV光的至少一个狭缝，用于接收被传递通过所述至少一个狭缝的所述UV光的毛细管柱，以及用于接收已经传递通过所述毛细管柱的所述UV光的检测器；产生来自所述LED的所述UV光；通过使用所述检测器来测量传递通过所述毛细管柱的所述UV光；以及通过分析由所述检测器接收的所述UV光由至少一个复合物来分析所述UV光的吸收，所述至少一个复合物设置在所述毛细管柱内的液体中。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述方法进一步包括以下步骤：通过使用稳定的UV光源以及消除对参考信号的需要来最大化传递通过所述毛细管柱的所述UV光的量，所述参考信号能够由分裂来自所述LED的所述UV光的射束分裂器生成。12.根据权利要求11所述的方法，其中所述方法进一步包括将由所述检测器接收的所述UV光的量增加至少两个数量级的步骤。13.根据权利要求10所述的方法，其中所述方法进一步包括以下步骤：选择由所述LED产生的所述UV光的波长；以及选择所述带通滤波器以匹配由所述LED产生的所述UV光的所述波长，从而减少达到所述毛细管柱的杂散光。14.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·B·法恩斯沃思，S·夏尔马，H·D·托利，M·L·李，
申请(专利权)人：布莱阿姆青年大学，
类型：发明
国别省市：美国;US