具有可变光学路径长度池的分光光度计制造技术

利用吸收和荧光观察的混合分光光度计仪器要求不同池参数用于最优性能。使具有单个光学表面集合和一个检测器的仪器（具有可变光学路径长度）减少系统变化的能力是唯一的。描述了具有附加硬件和软件的支持可变路径长度仪器的零角度光子分光计。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请涉及2013年12月5日提交的美国临时专利申请号61/912,153并且要求该申请的优先权。
技术介绍
多年来已经用分光光度法监测水。然而，一般一次测量仅一个化学或物理参数，并且测量结果一般使用单个光学技术（诸如，用于浊度的光散射或者用于叶绿素-a的荧光）做出。典型地，水监测通过非经常的现场采样而偶发地出现，该现场采样被带到实验室以用于分析。已经在流过管道的水上使用一些专门的传感器，其提供水的一个组分的实时测量。一般地，期望将实验室仪器移动到现场以执行连续在线水监测，但是这样的监测已经用于非常有限数目的水组分。典型地，使用多于一个光学技术对多个组分的测量已经要求多个传感器。该方案要求能够执行多个校准和维护规程的熟练的操作员。多个传感器还从每一个设备传播误差，这限制监测系统使用读数的组合准确地检测异常或事件的能力。已经在本领域中建立若干关系。比尔-朗伯定律涉及吸收率读数。这在大多数情况下通常以定量方式使用以确定溶液中的吸收物种的浓度：其中A是所测量的吸收率，是在给定波长下的入射光强度，I是所透射的光强度，l是通过样本的路径长度，并且c是吸收物种的浓度。对于每一个物种和波长，是被称为摩尔吸收系数或消光系数的常量。该常量是在特定温度和压力下的给定溶剂中的基本分子性质并且具有1/M*cm或者通常为AU/M*cm的单位。比尔-朗伯定律预测吸收与浓度之间的线性关系并且对于表征许多化合物是有用的，但是不作为通用关系而成立。在相对高的浓度下，对于非常大、复杂的分子或者较简单的化合物而言，有时候遇到吸收与浓度之间的二阶多项式关系。比尔-朗伯定律具有必须凭经验满足以使其适用的隐含假设。例如，样本的化学组成和物理环境可以更改其消光系数。测试样本的化学和物理条件因此必须匹配参考测量以用于使结论有效。比尔-朗伯定律还仅适用于纯溶液和不受妨碍的吸收率。在真实世界中，来自颗粒的散射和非特定吸收贡献于所测量的值。在多个光学路径长度处测量样本的能力允许针对在所使用的波长处评估的样本直接计算分子吸收系数。用于测量流体纯度的一种装置从Haught等人的美国专利号8,102,518的公开内容已知。一般地用于测量流体纯度，以及特定地用于标识和量化杂质量的设备，通常使用光作为探测机构。这样的设备一般被称为光度计。特定类型的光度计是分光光度计，其准许调节光频率（即波长）以用于在多个频率处做出测量。光学样本池包含在任何给定时刻处分析的流体的部分。用于辐照水流的电磁能量可以被水流中的材料抑制，透射通过水流及其材料负载，或者被水流材料所吸收。在其中电磁能量被水流材料所吸收的实例中，水流材料还可以发荧光。在用于测量纯度的设备中，一般采用从电磁能量与水流的这些潜在相互作用产生的三个基本测量方法之一。这些方法测量光学样本池中的水流的参数吸收、反射率和荧光。在实现各种方法中，已经关于电磁能量传送器设置电磁能量检测器，使得检测器最佳地定位成对相关联的参数做出响应。附图说明图1A是可以提供指定距离内的连续可变路径长度的装置的一个示例的横截面视图。图1B是在图1A中示出的装置的横截面侧视图。图2是示出了针对若干波长的透射光与光学路径长度之间的相关性的图。图3是具有可变光学路径长度的混合分光光度计仪器的一个示例的框图。图4A是示出了以厘米计的光学路径长度与以光子计数计的紫外电磁信号的计数的关系的图。图4B是示出了使用来自图4A的值作为输入值而使用比尔-朗伯方程所计算的吸收率的图。图5A是示出了与图4A不同的波长处的紫外电磁信号的计数的关系的图。图5B是示出了使用来自图5A的值作为输入值而使用比尔-朗伯方程所计算的吸收率的图。图6A是示出了以厘米计的光学路径长度与以光子计数计的可见电磁信号的计数的关系的图。图6B是示出了使用来自图6A的值作为输入值而使用比尔-朗伯方程所计算的吸收率的图。图7是示出了当流体中没有半胱氨酸材料时的半胱氨酸荧光信号的图。具体实施方式出于促进对所要求保护的技术的原理的理解以及呈现其当前所理解的最佳操作模式的目的，现在将参照在附图中图示的实施例并且将使用特定语言描述该实施例。然而，将理解到，此处不意图限制所要求保护的技术的范围，其中所图示的设备中的这样的更改和另外的修改以及如本文中所说明的所要求保护的技术的原理的这样的另外应用如将通常被所要求保护的技术涉及的
中的技术人员想到的那样被预期。图1符号表101光纤束-公共端102样本出口-流通池103清洁喷口104流通池105反射目标106目标支撑部107样本入口-流通池108流体密封109流通池电机适配器110电机111位置换能器图3符号表201流通池203样本入口，流通池205样本出口，流通池208隔离阀209电子器件外壳211光纤束，公共端215所光照的流体217电源和宽频谱光源219光照计算机控制的光滤波器轮221光纤束，光照分支225反射目标，月光（moonbeam）透镜227光纤束，检测器分支229检测器计算机控制的光滤波器轮231检测器233数字计算机控制的计数器235嵌入式计算机237本地存储装置（可选）239本地显示器（可选）241计算机控制的步进电机243针对光源的触发控制245针对光学检测器的窗口/启用控制248LAN，无线通信设备，调制解调器，或者其它通信构件（可选）。本专利技术是诸如在Haught等人的美国专利8,102,518中描述的系统的用于监测流体系统中的改变的集成分光光度计系统的增强。要理解到，所公开的技术也可以适配成对分光光度计系统的其它示例起作用。例如，所公开的系统也可以适配成供在美国专利5,304,492；7,411,668B2；8,102,518B2；以及美国专利申请2012/0205547中描述的零角度光子分光计使用。还可以以其它适合的分光光度计系统适配并且使用所公开的技术。在一个示例中，所公开的技术可以用作用于在连续或者断续的基础上监测流体系统中的各种化学参数（诸如，用于通过包含所公开的技术的监测站监测水流动）的联机、在线仪器。这样的系统可以用于监测来自工业或市政设施的自然、饮用、净化或废水以用于日常筛选并且作为水的改变的指示器。在一个示例中，仪器具有通过所编程的序列运行的板载计算机235，其：循环通过光滤波器对的集合并且记录值，使用那些值执行计算以生成那些读数的统计信息，使用所计算的结果以生成客户端结果，通过使用局域网、4-20rnA电流信号或者到用户可以访问的远程安全服务器的蜂窝调制解调器而将该数据全部或者子集发送给客户端。可选地，所有原始计数、所计算的结果和统计信息可以被保存在本地硬盘驱动器或者其它存储设备上以便被随后收集。在该特定示例中，固定光学路径长度底座、反射镜支撑部和反射镜已经从新的流通池被移除并且被替换为光学反射目标105、反射目标支撑部106、流体密封108、流通池/电机适配器109、线性伺服电机110和线性位置换能器111，作为如何实现可变路径长度混合分光光度计仪器的一个示例。伺服电机由嵌入式计算机235控制并且位置换能器由计算机235监测。在一个实施例中，存在针对透镜组装件的最小和最大距离处的硬停。仪器通过维持电机已经从原位置进行的步数的记录来追踪透镜组装件的位置并且利用线性位置换能器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定流过传感器的流体的多个光学参数的光学传感器，包括：流通池，具有流体入口、流体出口和经过流通池中的流体的部分的光路径；发光系统，包括能够从发光系统顺序地选择多个特定波长的光的波长选择系统；光纤束，能够将光从发光系统传送到光路径并且从流过流通池的流体接收光；光学反射目标，能够将经过流体池中的流体的光反射回到光纤束；以及光学检测器，能够检测来自发光系统的多个特定波长的光中的每一个；其中所述光路径的长度由所述光纤束和所述光学反射目标之间的距离限定；其中所述光路径的长度可调节。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.05 US 61/9121531.一种用于确定流过传感器的流体的多个光学参数的光学传感器，包括：流通池，具有流体入口、流体出口和经过流通池中的流体的部分的光路径；发光系统，包括能够从发光系统顺序地选择多个特定波长的光的波长选择系统；光纤束，能够将光从发光系统传送到光路径并且从流过流通池的流体接收光；光学反射目标，能够将经过流体池中的流体的光反射回到光纤束；以及光学检测器，能够检测来自发光系统的多个特定波长的光中的每一个；其中所述光路径的长度由所述光纤束和所述光学反射目标之间的距离限定；其中所述光路径的长度可调节。2.权利要求1所述的光学传感器，还包括能够顺序地选择从流通池返回的多个特定波长的光的第二波长选择系统。3.权利要求1所述的光学传感器，其中所述光路径的长度通过增大或减小所述光纤束与所述光学反射目标之间的距离而可调节。4.权利要求1所述的光学传感器，其中所述光路径的长度通过使用由计算机控制的一个或多个伺服电机改变所述光纤束与所述光学反射目标之间的距离而可调节。5.权利要求1所述的光学传感器，其中所述光路径的长度通过相对于所述光纤束移动所述光学反射目标而可调节。6.权利要求1所述的光学传感器，其中所述光路径的长度通过相对于所述光学反射目标移动所述光纤束而可调节。7.权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·P·克林克翰莫，C·J·罗素，D·L·杰克森，
申请(专利权)人：G·P·克林克翰莫，C·J·罗素，D·L·杰克森，
类型：发明
国别省市：美国;US