用于分析流体的流通池以及光学系统技术方案

本发明专利技术公开一种流通池用以分析一流体样品。一流通池体容纳一参考材料，以及包含至少一个中空室以容纳所述流体样品。所述流通池体的多个相对的表面各具有至少一个透明部分。供光线穿过所述流通池体的一光学路径是部分地由所述多个透明部分定义而成。一切换机构调节在所述光学路径中的所述参考材料的量，以实现所述流通池在一参考测量状态与一流体样品测量状态之间的切换。所述参考测量状态对应于一第一光强度测量，以及所述流体样品测量状态对应于一第二光强度测量。

Flow cell and optical system for fluid analysis

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于分析流体的流通池以及光学系统相关申请的交叉引用本申请主张于2017年6月20日提交的第62/522,124号美国临时专利申请的优先权，其公开内容通过引用并入本文中。
本专利技术是关于一种用于分析流体的流通池以及相关系统。
技术介绍
溶质浓度测量通常使用众所周知的比尔-兰伯特定律(Beer-Lambertlaw)，其将溶质分子密度以及分子吸收横截面系数与穿过一定路径长度的溶液传输的光强度连系起来。在均匀溶质密度的情况下，关系式可以表示为：I1＝I0e-αcl(1)其中I0是进入所采样的溶液的光强度，I1是离开所采样的溶液的光强度，α是分子吸收截面系数，c是在所测量的样品中的多个溶质分子的分子密度(也称为“数密度”或“浓度”)，以及l是在所测量的样品中光束穿过的光路径的长度。如果测量了I1，且I0、α以及l为已知，则可以使用方程式(1)计算浓度c。为简单起见，假定溶剂是透明的，且假定通过所述溶剂及/或多个溶质分子引起的光线的任何散射效应是不存在或可忽略的。在实验室仪器中，用于测量一流体中一已知溶质的一未知浓度的常见方法是，首先使用一光检测器穿过两个测量状态来测量透光率(lighttransmittance)，所述透光率是定义为方程式(1)中的比值I1/I0：一第一测量状态(称为状态A)，在所述状态A中，光线是在光路径中没有样品的情况下测量，且所述光检测器的信号输出(称为“参考测量信号”)与I0成比例；以及一第二测量状态(称为状态B)，在所述状态B中，光线是在光路径中有样品的情况下测量，且所述光检测器的信号输出(称为“样品测量信号”)与I1成比例。当使用这种方法测量浓度时，无需精确地知道入射光强度I0，因为入射光强度会在透光率比值(I1/I0)中抵消。当在线测量流动的液体样品时，如在上述状态B以及状态A中，从所述光路径引入以及移除所述流体样品通常是繁琐且不切实际的。一种更广泛使用的替代方法依赖一光学切换方法，其使所述光束首先行进穿过所述流体样品，然后再穿过不包含所述流体样品的一第二光路径。由于通过控制液体流外部的多个光学元件，以光学方式完成样品测量与无样品测量之间的切换，因此这种光学切换方法更容易实施。上述状态A的路径可以是穿过空气或真空的一路径、穿过没有溶质的相同溶剂的一路径、或由相同溶剂以及一精确已知浓度的相同溶质材料或任何其他透射率已知的材料所制成的一溶液。在这种方式中，得到在状态A以及状态B中所述光检测器的信号输出，且它们的比值(等于I1/I0)(校正为所述参考样品的已知透射率)可以通过使用α以及路径长度l的知识，用于上述方程式(1)或使用一相似的方程式来得到浓度c。图1A以及1B示出了用于实施这一种光学切换方法的一典型方案的示意图。一光源12产生一束光线，其通过一第一透镜24a定向并穿过一参考流体(图1A-状态A)或所述流体样品(图1B-状态B)。离开所述参考样品或所述流体样品的光束在照射至一光检测器14上之前穿过一第二透镜24b。在状态A(图1A)中，移动一对切换镜90a以及90b，使得来自所述光源12的所述光束，通过所述第一透镜24a定向，从所述第一切换镜90a反射，离开一第一固定镜92a，以穿过所述参考流体，然后所述光束从一第二固定镜92b反射，并离开所述第二切换镜90b，穿过所述第二透镜24b以到达所述光检测器14。在状态B(图1B)中，移动所述对的切换镜90a以及90b，使得来自所述光源12的所述光束，通过所述第一透镜24a定向，穿过流体样品，然后所述光束穿过所述第二透镜24b到达所述光检测器14上。虚线94表示在状态A以及状态B中所述光束穿过的所述光路径。值得注意的是，在图1A以及1B所示的实施中，如果所述光源12产生一束定向的光线，则可以省略所述第一透镜24a。这一种光学切换方法以及其他概念上相似的方法的一个缺点是，所述切换机构在两个不同的光学路径中使用不同的外部光学组件。在图1A以及1B的方案中，当测量所述参考信号(图1A)时，使用所述多个镜90a、90b、92a以及92b使来自所述样品的所述光路径转向。结果，离开所述两个路径的所述光线通常不仅会受到所述样品的存在或不存在影响，还会受到在光学系统中使用的光学元件的反射率及/或透射率影响。结果，所述参考测量信号以及样品测量信号的比值不仅仅等于所期望的样品透射率：实际上，所述比值还可能包含其他因素，例如，(i)在状态A以及状态B中使用的所述多个镜的反射率比值，以及(ii)在状态A以及状态B中对所述信号输出的几何光学效应，由于所述两个光束的形状不同，或所述多个光束在状态A以及状态B中行进的距离不同。通过所述光检测器14产生的所述样品测量信号可以表示如下：S1＝ILSRτ1τS(2)以及通过所述光检测器14产生的所述参考测量信号可以表示如下：S0＝ILSRτ0τR(3)其中ILS是所述光源12的光强度输出，τ1是在所述样品测量状态(即状态A)中使用的所述光学元件的光通量，τ0是在所述参考测量状态(即状态B)中使用的所述光学元件的光通量，τS是所述流体样品的光通量，τR是所述参考材料的光通量，以及R是所述光检测器14的反应。将数量ρm定义为上述方程式(2)以及方程式(3)中所述多个信号的比值，即S1/S0，所述比值ρm可以表示如下：如果所述比值τ1/τ0是已知的，且如果所述参考材料的透射率τR是已知的，则可以通过反转方程式(4)来得到所期望的未知数量τS(其包含所述浓度c信息)。原则上，可以测量数量τ1以及τ0以达到此目的。然而，除了这样的测量是繁琐且不切实际的，且由于需要额外的光学切换组件而使这样的测量昂贵之外，在一个光学路径中使用但没有在另一个光学路径中使用的所述光学元件(例如，在状态A中使用但不在状态B中使用的所述多个切换镜)随着时间的推移而发生的任何变化将会导致浓度测量的误差。这一种变化的一实例可以是由于灰尘或其他颗粒在多个反射镜表面上的老化或积累而导致一个或多个所述镜90a、90b、92a以及92b的所述反射率的变化。当实施这样的光学切换机构时，目前的做法不能轻易地补偿所述光学组件的这种时间变化。用于测量系统变化的补偿只能使用专门的单独校准程序来完成以表征其测量系统本身。这种校准程序通常需要关闭或从生产线上临时移除测量系统以执行校准，其会降低所述浓度测量的效率。为简单起见，上述处理未考虑可能也会出现的f数(f-number)变异或行进距离差异，因此也可能对最终结果产生负面影响。
技术实现思路
本专利技术涉及多个流通池以及多个光学分析系统(其包含一流通池)，用于分析在所述流通池的一腔室中的一流体样品(例如，一溶剂以及溶质的一化学溶液)，以确定所述溶质的浓度。通过在两个测量状态中测量穿过所述流通池且因此穿过所述流体样品的光线的强度来执行分析。所述流通池及/或光学分析系统包含一切换机构，其在所述两个测量状态之间切换所述流通池，而无需将所述光学分析系统的任何光学组件移动至所述流通池的所述腔室的外部，从而减少测量的误差。在所述两个测量状态之间的所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于分析一流体样品的流通池，其特征在于：所述流通池包括：/n一流通池体，容纳一参考材料，以及包含至少一个用于容纳所述流体样品的中空室，所述流通池体包含多个相对的表面，且每个表面具有至少一个透明部分，其中供光线穿过所述流通池体的一光学路径是部分地由所述多个透明部分定义而成；以及/n一切换机构，运作用于调节配置在所述光学路径中的所述参考材料的量，以实现所述流通池在对应于一第一光强度测量的一参考测量状态与对应于一第二光强度测量的一流体样品测量状态之间的切换。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170620 US 62/522,1241.一种用于分析一流体样品的流通池，其特征在于：所述流通池包括：
一流通池体，容纳一参考材料，以及包含至少一个用于容纳所述流体样品的中空室，所述流通池体包含多个相对的表面，且每个表面具有至少一个透明部分，其中供光线穿过所述流通池体的一光学路径是部分地由所述多个透明部分定义而成；以及
一切换机构，运作用于调节配置在所述光学路径中的所述参考材料的量，以实现所述流通池在对应于一第一光强度测量的一参考测量状态与对应于一第二光强度测量的一流体样品测量状态之间的切换。


2.如权利要求1所述的流通池，其特征在于：所述参考材料包含至少一个可移动元件，所述可移动元件的至少一个部分与所述流体样品接触。


3.如权利要求1所述的流通池，其特征在于：所述切换机构包含一旋转机构，所述旋转机构具有至少一个旋转臂。


4.如权利要求3所述的流通池，其特征在于：所述切换机构是运作用于旋转所述旋转机构，以交替地定位一透明杆在所述光学路径内与在所述光学路径外，以实现在两个所述状态之间的切换。


5.如权利要求3所述的流通池，其特征在于：所述旋转机构包含多个臂，且每个臂具有与其耦合的一透明杆。


6.如权利要求5所述的流通池，其特征在于：相邻的多个臂的所述多个透明杆具有不同的长度。


7.如权利要求1所述的流通池，其特征在于：所述参考材料包含一透明杆。


8.如权利要求7所述的流通池，其特征在于：所述透明杆可绕所述流通池体的一中心轴旋转。


9.如权利要求7所述的流通池，其特征在于：所述参考材料更包含一第二透明杆，且所述两个透明杆具有不同的长度。


10.如权利要求9所述的流通池，其特征在于：所述两个透明杆是可共同移动的。


11.如权利要求7所述的流通池，其特征在于：所述切换机构是运作用于将所述透明杆平移地移入或移出所述光学路径。


12.如权利要求7所述的流通池，其特征在于：所述切换机构是运作用于使所述透明杆绕基本上垂直于所述光学路径的一旋转轴旋转。


13.如权利要求1所述的流通池，其特征在于：所述参考材料是可移动的，以在所述光学路径中使一定量的所述流体样品移位。


14.如权利要求1所述的流通池，其特征在于：所述切换机构包含一活塞装置。


15.如权利要求1所述的流通池，其特征在于：所述中空室包含一入口以及一出口，所述入口以及所述出口提供所述流体流过所述中空室的一流动路径。


16.如权利要求15所述的流通池，其特征在于：所述切换机构是通过穿过所述中空室的所述流体的所述流动致动。


17.如权利要求1所述的流通池，其特征在于：所述切换机构是通过一马达致动，所述马达与一光检测器同步运作。


18.如权利要求1所述的流通池，其特征在于：所述参考测量状态对应于一第一光学路径长度，且所述流体样品测量状态对应于一第二光学路径长度。


19.如权利要求18所述的流通池，其特征在于：所述第一光学路径长度对应于在所述光学路径中的所述流体样品的一第一定量，且所述第二光学路径长度对应于在所述光学路径中的所述流体样品的一第二定量。


20.如权利要求1所述的流通池，其特征在于：所述中空室固定地定位于所述光学路径中。


21.如权利要求1所述的流通池，其特征在于：所述多个透明部分实施作为配置在所述中空室的多个相对的表面上的一对透明窗口。


22.如权利要求1所述的流通池，其特征在于：所述参考材料与所述流体样品一起配置在所述中空室中。

【专利技术属性】
技术研发人员：约兰·纳尔，
申请(专利权)人：CI系统以色列股份有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL