一种应用于光谱学的比色皿制造技术

一种用于光谱学的比色皿，包括：基底和在基底光谱区域的毛细结构，所述毛细结构包括从基底的平表面延伸出的支柱阵列；在光谱区域上，阵列的每个支柱的高度大体上相等。配置的所述毛细结构使相邻支柱间隙的间距填充了分析物溶液，当所述分析物溶液放置在与部分所述毛细结构相接处的地方时，在支柱间距间，形成了所述分析物溶液的光谱样本，可适用于光谱学。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种应用于光谱学的比色皿优先权文件本申请要求于2014年12月10日提交的，名称为：“一种应用于光谱学的比色皿”、申请号为AU2014905004的澳大利亚临时专利申请的优先权，在此通过引用包括它的全部内容。
本专利技术涉及应用在光谱学中的比色皿，例如，紫外光谱或可见光光谱。
技术介绍
在各种研究和分析领域，光谱学用于测量液体样本的吸收光谱，荧光，磷光，散射光，放射或化学荧光。例如，在吸收光谱学，可以测量液体物质和混合物的光学吸收光谱。在远程地区，光谱学提供了一个快速和可靠的分析技术，并通过简洁和相对来说廉价的仪器实现。在一个简单的光谱仪中，所研究的样品物质，通常是液体，放置在透明的容器内，通常是比色皿或样品管。一个已知波长(例如紫外线，红外线，可见光等)和强度I0的平行光入射到比色皿的一侧，一个测量出射光的强度的探测器，放置在比色皿的相对的一侧(在透射光谱的情况下)或同一侧(在反射光谱的情况下)，独立于比色皿的设计，被测吸光度A，与分析物浓度[X]呈线性增加，在特定的浓度范围内，根据比尔-朗伯关系：其中，I0和I是入射光和透射光的强度(是透光率T))，ε是摩尔吸收率；h是样本路径长度。比色皿的路径长度(h)一般介于1mm和100mm之间，通常为10mm或2mm。在高浓度条件下，A∝[X]偏离线性关系，直到吸光度达到稳定，这种限制受ε的大小的影响；对于不同的分析物变化很大，在一些ε很大的场合，例如血液[1]，叶绿素[2,3]，墨水[4]和感光剂[5]，在ε的值和/或[X比较大时，在测量前有必要减少h和/或稀释样本。后者并不令人满意，因为它是费力的，耗时的，而且是个可能的失误源头，尤其是非技术人员远程实施的样品加工。而且，这些光谱技术对于有价值的样品(例如，生物样品)的应用受到限制，因为通常使用的比色皿需要至少1ml的样品量，通常在测量完后丢弃。对于有价值的生物样品，可能会以有限的数量存在，样本量大和损耗是个问题。对于有限体积的液体(例如，小于10μL)或者高价值液体(例如，生物样品可能会以有限的数量存在)的分析，可取的做法是保持用于光谱分析所需样品量低。当样品容量减少，把样品置于比色皿的测量区域，不产生气泡，或者切片液点，产生错误，这会变得更加困难。微量比色皿用于微容量的样品，由于很难填充和冲洗，因此不容易使用。已知的比色皿使用毛细管填充，也存在清洗的困难。其他的比色皿使用注射液体，可以清洗，但需要用注射器和一个带有死体积的连接管替代物进行填充。所谓的“无比色皿采样”是一个已经使用非常小的样本量的可替代技术。在无比色皿采样中，一个窄光束指向一个样品台，包含一个1到2μL液滴悬浮在两多模光纤之间，一个提供从光源到液滴的光源端纤维，一个引导光从液滴到适当的检测光学的检测端纤维。源端和检测端纤维的紧密接近可以使从源端纤维发出的锥形光在通过液体后，大部分都能在检测端纤维被收集。这些无比色皿仪器通常需要夹紧面以避免空气-气泡界面，这些夹紧面会被样品浸湿。但是，增加小的样品量(一般为5μL)到夹紧面的中心，这是一个复杂的实验室技术，由于不能完全清理以前的样品而造成遗留的污染是一个常见的失误的源头。有必要研发可靠的技术，用于使用多种光谱学方法分析非常小容量样品，尤其是在生物化学分析，药物筛选，取证和医疗诊断。而且，对于那些非专业用户，快速，直接和廉价的分析方法的需求快速增长，在便携式电子设备、数据分析和微流体/芯片实验室的创新融合驱动下，用一个紧凑且廉价的设备实现实验室的样品分析具有显著的优势，包括分析到行动的周转时间短。在安全[6]，健康监测[7]，环境监测[8]和工业的处理控制[9]的应用的一些实例表明快速现场分析很令人满意。在这些实例中，样品制备无需是费力或耗时的，或是传统的实验室任务，例如稀释，而这些实验室任务往往是一个失误的源头，是不切实际的。有必要研发一种适用于小容量样品的免稀释光谱分析的比色皿，例如，ε或[X]很大的样品或有价值的样品。
技术实现思路
我们已经开发出一种比色皿，允许高的摩尔吸光系数的样品的免稀释光谱分析，如色素和高浓度的金属溶液，如六氯铂酸盐(PtCl62-)、高锰酸钾、甲基橙和食品染料。根据第一方面，本专利技术提供了一种用于光谱学的比色皿，包括：基底和在基底光谱区域的毛细结构，所述毛细结构包括从基底的平表面延伸出的支柱阵列；在光谱区域上，阵列的每个支柱的高度大体上相等。配置的所述毛细结构使相邻支柱间隙的间距填充了分析物溶液，当所述分析物溶液放置在与部分所述毛细结构相接处的地方时，在支柱间距间，形成了所述分析物溶液的光谱样本，可适用于光谱学。具体而言，我们已经研发了一个基于比色皿的支柱，通过毛细管作用自发地而且精确地被充满，从而产生一个可重复的几十微米的光学路径长度。只需要一个分析物溶液液滴(～2μL)。所述比色皿是开口的，这允许在样品间快速和容易清洗。优选的，所述支柱阵列还是一个过滤器，当所述分析物溶液充满所述支柱间的间距时，能够把微粒从所述分析物溶液中移走。在第一方面的某些实施例中，所述支柱和/或所述基底在光谱区域中是光学透明的。在这些实施例中，所述比色皿特别适用于透射光谱。根据第二方面，提供了一种用在光谱仪的比色皿，所述比色皿包括基底和在基底光谱区域的毛细结构，所述毛细结构包括从基底的平表面延伸出的支柱阵列；在光谱区域上，阵列的每个支柱的高度大体上相等。配置的毛细结构使相邻支柱的间距充满了分析物溶液，当所述分析物溶液放置在与部分所述毛细结构相接处的地方时，在支柱间隙的间距，形成了所述分析物溶液的光谱样本，可适用于光谱学。在第一方面和第二方面的某些实施例中，所述基底包括基底上的分析物溶液装载区域，其用于接收所述分析物溶液的液滴，以使所述液滴与所述毛细结构液体接触，使所述分析物溶液在所述毛细结构间分散。在第一方面和第二方面的某些实施例中，在所述基底的光谱区域，所述支柱阵列的支柱从基底的表面大体上垂直延伸。所述支柱可以是任何形状的横截面，例如方形，圆形，椭圆，六角形，等等。在某些实施例中，所述支柱是圆形横截面，在另外一些实施例中，所述支柱是方形横截面。所述支柱阵列可以是有序的阵列，所述支柱的尺寸和支柱的间距因此在所述支柱阵列中基本是一致的，或者可选的，所述支柱阵列可以是无序的阵列，其中，除了支柱的高度之外，所述支柱的尺寸和支柱的间距在支柱阵列中基本是不一致的。在第一和第二方面的某些实施例中，每个所述支柱的高度为从约0.1微米到500微米，如从0.1微米到100微米左右。在具体的实施例中，每个所述支柱的高度大约是10微米。在其它具体的实施例中，每个所述支柱的高度大约是20微米。在第一和第二方面的某些实施例中，所述支柱的横截面是圆形的，每个所述支柱的直径为从约0.1微米到500微米。在具体的实施例中，每个所述支柱的直径大约是10微米。在第一和第二方面的某些实施例中，相邻支柱之间的距离是从约0.1微米到约250微米。在第一和第二方面的某些实施例中，所述支柱的表面积分数是从约0.01到约0.90，如约0.05，约0.10，约0.20或约0.30。优选的，所述基底和/或与所述分析物溶液接触的支柱的表面还包括功能性涂层，能够做出反应，或与分析物绑定，或释放一种物质用于产生或增强光信号。优选的，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于光谱学的比色皿，包括：基底和在基底光谱区域的毛细结构，所述毛细结构包括从基底的平表面延伸出的支柱阵列；在光谱区域上，阵列的每个支柱的高度大体上相等。配置的所述毛细结构使相邻支柱间隙的间距填充了分析物溶液，当所述分析物溶液放置在与部分所述毛细结构相接处的地方时，在支柱间距间，形成了所述分析物溶液的光谱样本，可适用于光谱学。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.10 AU 20149050041.一种用于光谱学的比色皿，包括：基底和在基底光谱区域的毛细结构，所述毛细结构包括从基底的平表面延伸出的支柱阵列；在光谱区域上，阵列的每个支柱的高度大体上相等。配置的所述毛细结构使相邻支柱间隙的间距填充了分析物溶液，当所述分析物溶液放置在与部分所述毛细结构相接处的地方时，在支柱间距间，形成了所述分析物溶液的光谱样本，可适用于光谱学。2.一种用子光谱仪的的比色皿，包括：基底和在基底光谱区域的毛细结构，所述毛细结构包括从基底的平表面延伸出的支柱阵列；在光谱区域上，阵列的每个支柱的高度大体上相等。配置的所述毛细结构使相邻支柱间隙的间距填充了分析物溶液，当所述分析物溶液放置在与部分所述毛细结构相接处的地方时，在支柱间距间，形成了所述分析物溶液的光谱样本，可适用于光谱学。3.根据权利要求1或2所述的比色皿，其特征在于，所述基底进一步包括基底上的分析物溶液装载区域，其用于接收所述分析物溶液的液滴，以使所述液滴与所述毛细结构液体接触，使所述分析物溶液在所述毛细结构间分散。4.根据权利要求1-3之一所述的比色皿，其特征在于，所述支柱是透明的。5.根据权利要求1-3之一所述的比色皿，其特征在于，所述支柱是半透明的。6.根据权利要求1-3之一所述的比色皿，其特征在于，所述支柱是不透明的。7.根据权利要求1-6之一所述的比色皿，其特征在于，所述阵列是有序的阵列。8.根据权利要求1-7之一所述的比色皿，其特征在于，所述支柱是圆形横截面。9.根据权利要求1-7之一所述的比色皿，其特征在于，所述支柱是方形横截面。10.根据权利要求1-9之一所述的比色皿，其特征在于，所述每个支柱的高度为从大约0.1微米到大约500微米。11.根据权利要求10所述的比色皿，其特征在于，所述每个支柱的高度为大约10微米。12.根据权利要求10所述的比色皿，其特征在于，所述每个支柱的高度为大约20微米。13.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：克雷格·伊恩·普里斯特，弗雷德里克·赫尔曼纳斯·克里埃尔，格雷戈尔·霍尔哲勒，
申请(专利权)人：南澳大学，
类型：发明
国别省市：澳大利亚,AU