同时分析多个样品的方法及其装置制造方法及图纸

同时对多个样品进行处理的分析装置和方法，将包含多个所需波长的辐射，如激光束（１２，１４）同时射入通过多个样品（３２ａ－ｄ），如沿一条光路射入通过所有的样品。通过监测诱发效应而不是应用辐射本身（４２）的强度监测对于每个波长的响应。以每个样品的低吸收可获得有用的信噪比。要求一个样品的组分是已知的，把它作为内部校准标准。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通过暴露于激光一类辐射对多个样品，诸如气体样品进行分析的方法和装置。分析测试方法涉及使辐射透过被测试材料(通常称为“被分析物”)样品。例如，有些光度测试方法是在与特定物质有关的特定波长上测量样品吸收的光量。如果某种特定化学物质强烈吸收红光，那么，通过将一束红光射入样品可确定样品中该物质的含量。用光电检测器可测量穿过样品后仍存留于光束中的红光量。照射量越大，保留在光束中的红光越少。利用不同的辐射波长，有多种不同基本方案。由于到达光电池的光量依赖于光源的性能，如灯提供的照射量，因此，当移开样品时可以沿原路径射入灯的参考光束，提供参考或校准读数，或者沿单独的路径到达独立的光电检测器，提供连续的校准读数。此外，被分析物可能含有几种不同的物质，每种物质吸收不同波长的光，可以在每一种不同波长上对样品进行测试，确定每种物质的含量。通常，采用这种类型的光度测量方法可监测不同化学物质，即样品中不同元素或化合物的含量。正如Daniel E.Murnick的美国专利5,394,236所述，可以采用另一种测量技术来确定样品中存在的特定原子同位素的含量。同位素为同一化学元素的不同形式，具有不同质量的原子核。例如，自然界中存在的碳主要是由12C构成的，即碳的原子质量为12个原子质量单位(“amu”)，碳的另一些同位素为13C和14C，其质量分别为13或14个a.m.u.。14C是放射性的，而13C和12C是稳定、非放射性的材料。Murnick的美国专利’236中所述的一些较佳方法涉及将一束或多束光射入包含多个原子部分的样品，如含有不同同位素的二氧化碳分子或离子。较佳的方法包括在被分析物中一些同位素物质处于受激状态的条件下提供被分析物的步骤。通常，通过将被分析物维持在电离气体或“等离子体”中而使被分析物维持在这种受激状态。分子或离子中至少有一些电子的能级高于同位素物质在基态或正常态所占据的能级。这种受激状态与“跃迁能量”有关，它对应于从受激状态跃迁到较低状态所释放的能量，或者从受激状态反向跃迁到另一个更高能量状态所吸收的能量。同位素物质最好是诸如多原子离子或分子的多原子部分或分子。对于加入不同同位素，如13CO2和12CO2的同位素物质，跃迁能量是不同的。在Murnick的美国专利’236的较佳方法中，诸如光束的辐射中加入了对应于受激同位素物质的跃迁能量的多个波长。将各种同位素加在样品中。每个波长的光与含有一种同位素的物质相互作用，而与含有其它同位素的物质基本上不相互作用。通过测量被分析物对于施加的不同波长的辐射的响应，能够确定样品中存在的不同同位素的含量。在根据Mumick的美国专利’236的特定较佳方法中，通过监测不同波长的光引起的等离子体的电阻抗变化，通常称为“光伽伐尼效应”，测量样品的响应。正如Mumick的美国专利’236中公开的，可以用一个或多个激光器在单个光束中提供多个波长的光，不同的波长在不同的频率下变化。例如，可以在第一调制频率下打开和关闭与13CO2有关的波长的光，而在第二调制频率下打开和关闭对应于13CO2波长的光。对应于光伽伐尼效应的电信号包括两个独立成分，一个在第一调制频率下，代表12CO2的含量，而另一个在第二调制频率下，代表13CO2的含量。能够使这些电信号用电子技术相互分开并进行测量，从而提供代表两种同位素相对含量的一对信号。根据Mumick的美国专利’236的较佳方法比用于确定物质中不同同位素含量的其它方法具有更大的优点。根据Murnick的美国专利’236的方法和装置能够为许多不同目的重复应用于许多不同被分析物上。然而，这些方法的一种尤为有用的应用是在医学测试方面。各种医学和科学过程需要确定不同同位素的相对含量。在一些医学测试中，测试化合物含有诸如13C的稀少同位素。测试化合物对实验对象起支配作用。出现在实验对象体液和呼吸系统中的稀少同位素的含量与实验对象对测该试化合物新陈代谢或处理的能力有关。因此，稀少同位素的含量或者诸如13C的较多同位素与诸如12C的更常见同位素之比表示实验对象对测试化合物新陈代谢的能力。一种这样的测试涉及13C同位素标记的尿素对于实验对象的支配作用。如果实验对象在胃肠系统中存在heliobacter pylori细菌，那么，13C将加入到病人产生的二氧化碳中并随病人呼吸呼出。于是，病人呼吸中的13C与12C之比表示是否存在heliobaeter pylori细菌。其它的呼吸测试涉及用碳的同位素或其它元素的同位素标记的其它化合物的支配作用。对物质进行同位素分析的装置和方法面对几个有矛盾的要求。分析装置应当能够在单位时间内对尽可能多的样品进行分析。通常，在分析期间维持样品的样品室是仪器的一个常设部件。因此，在一系列测试中，每一次测试之间必须清洗样品室并装入新的样品，这个过程很费时间。即使实际测试能够快速地进行，整个输出量或者仪器的样品处理率也受到这种过程的限制。尽管通过成对配备测试仪器能够提高测试速率，但是，这种解决办法成本高。此外，会引入附加的偏差源，因为测试读数需要进行交叉校准，使不同仪器的特性相互匹配，从而能够将一个仪器获得的读数与另一个仪器获得的数据直接进行比较。即使仅采用一台仪器，其校准也会随时间而漂移或变化。为了提供样品之间的有效对比，仪器必须通过测试已知样品重复校准。这又进一步缩短了对真正样品进行测试的时间。在需要对不同样品的分析结果进行相互比较的情况中，这些问题尤为重要。在一些医学测试中，需要在不同的时间从实验对象身上取得多个体液样品。例如，在以上讨论的尿素痕迹测试中，可以在同位素标记尿素起支配作用前或起支配作用后一次或多次收集痕迹样品。测试结果的评价可能涉及到“前”与“后”样品之间的比较。仪器之间偏差或者一台仪器随时间发生的偏差的任何效应既不会扩大也不会减小多个样品之间的差值，这是很重要的。于是，通过暴露于辐射对被分析物进行测试的方法和装置，一直需要作实质性的改进。专利技术概要本专利技术满足了这些需求。本专利技术的一个方面提供一种对被分析物进行分析的方法，包括维持被分析物的多个单独样品的步骤。根据本专利技术这个方面的方法进一步包括引导辐射的步骤，其中包括通过按照从上游到下游的顺序将一束或多束辐光束射入所有的样品上，把包含对应于每种物质跃迁能量的波长的辐射射入多个样品。通常，把样品维持在沿光路排列的各个样品室中，光束沿光路射入并依次通过所有的样品室，从而让所有的样品基本上同时暴露于辐射中。根据本专利技术这个方面的方法进一步包括通过监测应用的辐射在样品中引起的诱发效应而监测应用的辐射与样品之间的相互作用的步骤。正如在本公开内容中采用的，术语“诱发效应”是指一种现象，而不是在应用波长上的辐射强度的变化。诱发效应包括光声效应、受激荧光和光伽伐尼效应。即使每个样品仅吸收很少一部分应用的辐射，诱发效应的监测也能够提供有效的信噪比。所应用的辐射在通过每个样品室时，其强度最好没有或很少有净变化。光路上游一端的样品与下游一端的样品基本接收相同的辐射强度。此外，光路径上游一端的样品的吸收变化对于施加到下游一端样品上的强度仅产生很小的变化。对于所有现实用途，可以认为施加到下游一端样品上的辐射强度与上游一端样品的吸收率无关。射入光束的步骤可以进一步包括通过样品室反射光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对被分析物进行分析的方法，其特征在于包括下列步骤：（ａ）维持所述被分析物的多个单独样品；（ｂ）将含有多个波长的辐射取入通过所述多个样品，多个波长与可能存在于所述被分析物中的多个物质的跃迁能量相对应，使所述辐射从一个公共辐射源同时 通过所有样品，由此所有的所述样品将曝露了光谱成分基本相同的辐射中；（ｃ）监测所述样品对所述辐射的响应，确定每个所述波长的响应；（ｄ）对于所述波长，将每个所述样品的响应进行相互比较，产生每个所述样品中所述物质相对丰度的测量结果。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DE默尼克，
申请(专利权)人：拉脱格斯州立大学，
类型：发明
国别省市：US[美国]