结合有光检测器阵列的灵敏度增强的差示折射计制造技术

本发明专利技术提供了一种结合有光检测器阵列的改进型差示折射计。使用多元件型光阵列为差示折射率值测量兼具测量灵敏度以及并存的测量范围提供了基础，这是迄今为止还未实现过的。在可获得的、大的动态范围内，无论在该范围内的偏转如何，该检测器结构均提供了相同的灵敏度。透射光束被修整，以在所述阵列上提供光强度的空间变化，从而提高其位移测量的精确度。这进而又会提高差示折射率以及差示折射率增量ｄｎ／ｄｃ计算的精确度。对于样品量远小于传统差示折射计所需样品量的情况而言，将所述检测器阵列并入到母案的流动单元结构中将会获得一个具有极佳灵敏度和范围的检测器。

【技术实现步骤摘要】
部分继续申请本申请是由M.Larkin于2004年1月29日提交的、名称为“Enhanced Sensitivity Differential Refractometer Measurement Cell”的、美国专利申请序列号为10/768,600的部分继续申请。相关的其他共同待决申请在此特意引入下列相关专利以及共同在审的申请。这些都是重要的，因为本专利技术能确保它们可以更有效地使用和实施由M.Larkin于2003年11月25日提交的、名称为“RefractometerCell for both Absolute and Differential Refractive Index Measurement ofFluids”的美国专利申请序列号10/723,548。美国专利号4,616,927——名称为“Sample Cell for LightScattering Measurements”(1986年10月14日)美国专利号5,530,540——名称为“Light scattering measurementcell for very small volumes”(1996年6月25日)美国专利号6,411,383——名称为“Method for measuring the 2ndvirial coefficient”(2002年6月25日)美国专利号6,651,009——名称为“Method for determiningaverage solution properties of macromolecules by the injection method”(2003年11月18日)由S.Trainoff于2003年10月18日提交的、名称为“Method forCorrecting the Effects of Interdetector Band Broadening”的美国专利申请序列号10/665,903。由M.Larkin于2003年11月25日提交的、名称为“RefractometerCell for both Absolute and Differential Refracrive Index Measurement ofFluids”的美国专利申请序列号10/723,548。
技术介绍
样品与参考材料折射率的差异被称作差示折射率(differentialrefractive index)，dRI，它是一个相当重要的物理参数。由溶剂和溶质组成的样品溶液和含有纯溶剂的参考溶液之间的dRI可以被用于确定溶质的浓度，其中可用到关系式Δc≈Δn/(dndc),]]>Δc是浓度的变化，它与溶液折射率测量值的变化Δn成比例。比例常数是差示折射率增量 的倒数。用于测量dRI的典型仪器是“离散(walk-off)”型差示折射计。该仪器包括一个由透明材料制成的单元，该单元有两个流体室，能容纳液体或气体，并且具有一个隔开这两个室的倾斜的透明界面。如图1所示，光束1进入该单元，穿过样品室2，穿过隔开这两个室的界面3，穿过参考室4，最后离开该单元。对于所示单元，如果这两个室中的流体具有相同的折射率，那么在离开该单元后，透射光束5将沿平行于入射光束1的路径传播。如果这两流体具有不同的折射率，那么透射光束6沿与入射光束成一定夹角θ的路径传播。入射光束和透射光束间的夹角θ与两种液体间折射率差异的一次方成比例。光束的角偏转可以用各种已知技术来测量，因此可以测量并报告出该dRI。测量得到的差示折射率增量 一般是照射光束波长的函数。在用于测定样品摩尔质量和尺寸的光散射测量中，该值在计算样品浓度方面具有重要的作用。对于这种光散射测量的用途，折射计光束的波长被选择成与光散射光度计中所用波长相同的波长。对于单色光束，差示折射计光源可以选择发光二极管、激光、或者甚至是结合有窄带过滤器的白光源。一些差示折射计使用白光源，从而对一定范围内的 值进行平均。虽然在图1中入射光束垂直于入口表面照射到样品室界面，但是通常入射光束的方向可以与其成一定角度。这样便可以使，例如，最后透射过的光束被一反射镜反射回流动单元室并从相同的表面穿出成为可能。通过利用这样的反射镜，可以使该单元的灵敏度加倍。出射光束将不平行于入射光束，也不与该入射光束共线，这样可以更容易地被检测到。尽管样品室和参考室之间的透明界面的角度越大，由样品流体和参考流体折射率差异造成的透射光束的角偏转就越大，但通常该角度相对于入射光束方向大约为45°。从所示的几何关系中可以看出，增大这个角度会导致需要更大体积的样品流体室，而减小它则会减小由样品和参考流体折射率差异造成的角偏转。对于许多应用，样品制备需要花费大量的时间和资源，因此减小测量所需的样品量具有直接的利益。如果减少了测量所需的样品量，除了减少与样品制备相关的精力外，还会提高测量的质量。液相色谱系统就是一个例子，其中如果减小测量所需的样品量，那么就可提高测量质量。在液相色谱系统中，是将可能包含多种物质的某种材料溶解到溶剂中，然后注入到液体流中。使该液体流穿过一些介质或器件，该介质或器件优选地根据某种物理参数(如尺寸、化学亲和性、热性质、电性质等)将某些物质滞留在介质或器件中，从而将这些物质与其它物质分离。因此不同的物质在不同的时间流出介质或器件。为了和传统术语一致，本文将这种介质或器件称为柱，尽管该器件的物理形状和功能可能与柱有很大的不同。穿过该柱的流体通常流出到一个小直径的管中，这样在任一时刻不同的物质驻留在沿该管长度的不同位置处。如果安置一个测量设备，诸如差示折射计，使从该管子流出的液体流经该测量器件，那么构成该材料的物质就可以各个地被测量。测量材料的组成物质是色谱系统的基本用途。由于测量总是需要一定量的液体，因此在任何时刻该管某个体积内的物质必然会对信号产生影响。因此测量器件总是测量到沿该管长度驻留的、对应测量体积内的物质的平均值。这种在物质上的平均部分地破坏了由柱完成的分离，导致数据质量降低。减小测量所需的样品量能使对物质的平均最小化，产生较高质量的数据。除了测量在一定体积样品上的平均会对数据质量造成负面影响之外，一定体积的样品在其穿过测量系统时还会混合在一起。许多色谱系统是由沿着液体流动方向顺次放置的数个测量设备组成，每一个测量涉及该样品的不同物理参数。如果某一测量设备将一定体积的流体混合在一起，那么由此导致的测量体积内多种物质的平均会对所有后续的流体测量产生负面影响。通常，测量需要的体积越大，混合在一起的样品的体积也越大，对处于液体流靠后位置的仪器来说，其数据质量受到负面影响也越大。除了应用于液相色谱法领域外，各种类型的差示折射计还可被用于多个不同的领域。通过精确地确定参考标准和样品之间的折射率差异，这样的测定可被用于确定蔗糖浓度，流体密度以及各种工业流体(诸如硫磺酸，氯化钠，酒精等)的浓度。围绕测量及使用这些折射率差异作为手段去测量各种各样的衍生量的思想，各种各样的仪器已被设计出来。对于dRI测量，减少所需的样品体积显然具有好处。然而，对于离散型差示折射计，在样品体积减小和dRI测量灵敏度之间存在着折衷。dRI的灵敏度会随着样品体积的减本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改进型差示折射计，其用于测量样品和参考流体间的折射率差异，所述改进型差示折射计包括：　　　　ａ．一个掩模（１８），其对光源（１７）所产生的入射光束（１）进行限制使之落在准直透镜（１９）上，所述准直透镜（１９）产生落在孔（７）上的平行光束，所述孔（７）在所述平行光束入射到入口表面（８）之前限制所述出射光束的横截面，其中所述入口表面（８）属于　　　　ｂ．一个测量单元，所述限制孔对所述出射平行光束进行限制，使之照射所述流动单元的所述样品室（２）中含有的样品溶液；　　　　ｃ．一个透明分隔物（３），所述平行光束穿过所述样品室（２）后，穿过所述透明分隔物（３），进入　　　　ｄ．一个参考室（４），其含有参考流体，并被所述透明分隔物（３）界定以将所述样品室（２）和所述参考室（４）分开；　　　　ｅ．一个透镜元件（２０），其形成所述光束限制掩模（１８）的图像，该图像形成在；　　　　ｆ．多个光检测器元件（２３）上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MI拉金，SP琴诺夫，
申请(专利权)人：怀亚特技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]