用于获得流体介质的测量信号的光学测量单元和光学测量方法技术

本发明专利技术涉及一种用于获得流体介质的测量信号的光学测量单元(500)，该流体介质被接纳于在一行中彼此贴靠的比色皿(201)中，该光学测量单元(500)包括用于将入口辐射分配到比色皿(201)中的光供应单元(540)，并包括用于检测从比色皿(201)出射的测量辐射并将该测量辐射转换成电测量信号的检测单元(550)。根据本发明专利技术，光供应单元(540)具有多个LED光源(541)，这些LED光源(541)具有在UV/VIS/NIR波长范围中在光谱上变化的发射，其中在一行中彼此贴靠的比色皿(201)形成驻定比色皿阵列(200)，并且光学测量单元(500)的检测单元(550)被设计成使得比色皿阵列(200)的每个比色皿(201)以固定的方式与至少一个光电二极管(551)配对。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于获得流体介质的测量信号的光学测量单元和光学测量方法本专利技术涉及一种用于从液体介质获得测量信号的光学测量单元，该液体介质存在于彼此相邻排列的比色皿中，该光学测量单元包括用于将入口辐射发射到比色皿中的光供应单元，并包括用于检测从比色皿出射的测量辐射并用于将该测量辐射转换成电测量信号的检测单元。本专利技术还涉及一种用于从液体介质获得测量信号的光学测量方法。在用于从液体介质获得测量信号的光学测量单元中，使用不同类型的测量：光度法光度测量所基于的物理效应是液体中存在的特定物质对特定波长的光的吸收。结果产生的经过比色皿的光强度降低使用测量技术来检测，并允许通过考虑以下等式来定量确定物质浓度：T＝I/I0(式1)E＝–logT＝log(I0/I)(式2)E＝ε.c.d(式3)朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律其中T…透射率E…消光率I0…在不存在吸光物质情况下的强度I…在存在吸光物质情况下的强度c[mol/l]…摩尔浓度d[cm]…吸收液体层的厚度ε[lmol-1cm-1]…摩尔消光系数(物质相关变量)由此可以从消光或透射测量的结果直接计算摩尔浓度c。这种类型的测量被用于化学和酶促反应，以确定样品中存在的特定分析物(血浆、尿液等)的摩尔浓度。在该情形中，吸光物质(染料)出现或消失，并且待确定的分析物的摩尔浓度随后从其消光或消光变化中推导出。在临床化学分析领域中，使用光度法确定众多参数，例如确定酶(AP、GOT、GPT、γ-GT、淀粉酶、CK)，电解质(Na+、K+、Ca2+、Cl-、Mg2+)，因器官而异的物质(心脏、肝脏、肾脏)以及众多代谢变量(胆红素、总胆固醇、HDL和LDL胆固醇、甘油三酯、葡萄糖、尿酸、肌酐、尿素和乳酸)。浊度法和比浊法这种类型的测量被用于均质免疫测定中，其中特定的分析物(诸如举例而言代谢物、酶、肽或蛋白质)与抗体反应。这导致较大的结构，其造成反应混合物的光散射或浊度增加。虽然在透射测量的情形中，由于浊度的增加，穿过的光束强度随着分析物浓度的增加而减小，但是在例如90°的检测角度下，散射光束的强度随着浊度的增加而增加。具有透射测量形式的浊度测量被称为浊度法。相关联的测量设备被称为浊度计。以与通过的光束成例如90°的角度进行的散射光测量被称为比浊法，并且相关联的测量设备被称为比浊计。为了更好地理解本专利技术，将更详细地定义本申请中所使用的一些必要技术术语：液体介质：该术语是指液体样品、液体试剂、或其混合物和/或反应混合物。样品：分析样品(通常简称为样品或物质样品)是指待分析的全部材料。分析物：分析物是被包含在样品中的那些物质，并且要在化学分析期间获得关于这些物质的信息(例如关于其摩尔浓度的信息)，也就是说，待分析的物质。试剂：术语试剂标示在与样品中存在的某些其他物质接触之际呈现出特定反应的物质。将试剂添加到样品引起化学反应，从而带来特征颜色变化，这使得能够得出关于样品中是否存在特定分析物及其摩尔浓度的结论。比色皿：在本专利技术的意义上，比色皿是指温度可控的器皿，该器皿在所有侧面是封闭的并且在顶部是打开的，以用于保持样品液体和试剂液体以及所得到的反应混合物，并用于藉由光度法和/或发光光学法来测量反应混合物。在本专利技术的意义上，比色皿具有至少一个窗口，该至少一个窗口被布置在该比色皿的侧壁中，并且对于所使用的光学测量方法而言是透明的，或者整体上是光学透明的。驻定比色皿阵列：这是指彼此相邻排列的多个比色皿，这些比色皿以驻定方式布置并且在正常测量操作期间不会移动。用于准直的光学元件：这些是用于产生尽可能平行的光束的光学元件。原则上，来自或多或少点状光源的光被变换成平行射线束。以基本上平行方式对准来自LED的光的光学元件是例如会聚透镜、TIR透镜、抛物面镜和光阑装置。用于滤光的光学元件：这些是用于以波长相关和/或频率相关方式(即对于可见光以颜色相关的方式)来过滤透射光的光学组件，特别是干涉滤光器。这些组件通常被建立为薄载体上的介电层。由于波长相关透射率取决于光的入射角，因此如果照射在滤光器元件上的光束尽可能平行地行进并且平行于光轴取向，则是有利的。利用陷波滤光器、长通滤光器、短通滤光器、带通滤光器和二向色干涉滤光器。特别优选带通滤光器，因为它们对于特定的波长带具有高透射率，同时吸收较短或较长的波长。聚光器或聚光透镜：这是一到两个透镜的装置，其将来自LED的光的最大可能部分引入比色皿中，或者是将来自比色皿的光的最大可能部分指引到光电二极管上的装置。现有技术：US8,675,187B2(Hitachi)描述了一种用于从液体介质获得测量信号的光学测量单元，以及装备有该光学测量单元的分析系统。如本申请的图1a中所示，以圆形方式被布置在转台23上的多个反应器皿24之一被浸入温度浴25中，该温度浴25填充有恒定温度的水26。被固定地布置在温度浴25中的光度计27具有LED光源28，来自该光源的光藉由聚光透镜29和偏转镜30被照射到存在于反应器皿24中的样品31中。半导体激光器也可以用作光源。光度计27的光电检测器32被布置在反应器皿24的相对侧上。在光度计27的测量位置33处在反应器皿24的入口侧和出口侧设置有用于入口辐射和出口辐射的光阑34。一个缺点是与以圆形方式被布置在转台上的反应器皿相关联的机械和计量学复杂性，这是由于为了测量样品必须将各个反应器皿24移动到光度计27的测量位置中。US2013/0301051A1(Pogosyan)描述了一种成本有效的便携式光度计，如本申请的图1b中所示，该光度计具有不同波长的多个LED作为光源35，并具有光电二极管或光电倍增器作为检测器36。光度计可以被用于分析位于光源35与检测器36之间的样品保持器37中的化学、生物或药物样品。来自光源35的光被指引到光散射表面39上(可任选地在穿过干涉滤光器38之后)，并穿过准直透镜40和狭缝光阑41，以到达存在于样品保持器37中的样品。如图所示，检测器36可以从第一位置枢转到第二位置。在所解说的几何形状中，如果散射表面被选择为非常小、几乎呈点状，则准直透镜将发挥最佳作用，但这会降低光输出。US8,064,062B2(Beckmann)公开了(如本申请的图1c中所示)一种光度计，该光度计具有包括光源L1至L5的驻定LED阵列以及包括光电二极管R1至R5的驻定检测器阵列，其中为每个光源指派一个光电二极管。位于转台上的比色皿C被布置在LED阵列与检测器阵列之间。在比色皿C在箭头方向上进行旋转移动期间，光束路径相交，并且不同波长λ1至λ5的光可以被相继施加到比色皿C中的样品。AT510631B1(SCANMesstechnik)要求保护一种具有多个LED作为光源44的光谱仪，如本申请的图1d中所示。该光谱仪被用于藉由光源44和检测器45来分析流体42的内容物，其中来自光源44的具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于从液体介质获得测量信号的光学测量单元(500)，所述液体介质存在于彼此相邻排列的比色皿(201)中，每个比色皿(201)具有侧向入口窗口(202)和至少一个侧向出口窗口(203)，所述光学测量单元(500)包括：/n适合于将光谱上不同的入口辐射在时间上相继地发射到每个比色皿(201)的所述入口窗口(202)中的光供应单元(540)，所述光供应单元(540)具有多个LED光源(541)，所述多个LED光源(541)在UV/VIS/NIR波长范围中以光谱上不同的方式进行发射，并且所述光学测量单元(500)包括：/n适合于检测从每个比色皿(201)的所述至少一个出口窗口(203)出射的测量辐射并将所述测量辐射转换成电测量信号的检测单元(550)，/n其中，彼此相邻排列的所述比色皿(201)形成驻定比色皿阵列(200)，并且所述光学测量单元(500)的所述检测单元(550)具有多个光电二极管(551)，至少一个光电二极管(551)被固定地指派给所述比色皿阵列(200)的每个比色皿(201)的每个出口窗口(203)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180423 AT A50340/20181.一种用于从液体介质获得测量信号的光学测量单元(500)，所述液体介质存在于彼此相邻排列的比色皿(201)中，每个比色皿(201)具有侧向入口窗口(202)和至少一个侧向出口窗口(203)，所述光学测量单元(500)包括：
适合于将光谱上不同的入口辐射在时间上相继地发射到每个比色皿(201)的所述入口窗口(202)中的光供应单元(540)，所述光供应单元(540)具有多个LED光源(541)，所述多个LED光源(541)在UV/VIS/NIR波长范围中以光谱上不同的方式进行发射，并且所述光学测量单元(500)包括：
适合于检测从每个比色皿(201)的所述至少一个出口窗口(203)出射的测量辐射并将所述测量辐射转换成电测量信号的检测单元(550)，
其中，彼此相邻排列的所述比色皿(201)形成驻定比色皿阵列(200)，并且所述光学测量单元(500)的所述检测单元(550)具有多个光电二极管(551)，至少一个光电二极管(551)被固定地指派给所述比色皿阵列(200)的每个比色皿(201)的每个出口窗口(203)。


2.如权利要求1所述的光学测量单元(500)，其特征在于，所述检测单元(550)的各个光电二极管(551)被布置在离所述比色皿阵列(200)的所述比色皿(201)一距离处的共用电路板(586)上，其中前置放大器(589)被布置在每个光电二极管(551)的壳体中或被直接布置在每个光电二极管(551)的信号输出处，所述前置放大器(589)例如为跨阻放大器。


3.如权利要求1或2所述的光学测量单元(500)，其特征在于，所述光供应单元(540)具有至少一个驻定光分布器设备(542)，所述驻定光分布器设备将来自各个LED光源(541)的光分布在所述比色皿阵列(200)的各个比色皿(201)之中，其中所述光分布器设备(542)具有腔，所述腔的内表面(543，544，545)被设计成是至少部分地镜面反射的和/或漫反射的，并且其中所述光分布器设备(542)针对每个LED光源(541)具有用于将光馈送到所述腔中的入口开口(546)，并且其中所述光分布器设备(542)针对所述比色皿阵列(200)的每个比色皿(201)具有用于将光馈送到所述比色皿(201)中的出口开口(547)。


4.如权利要求3所述的光学测量单元(500)，其特征在于，所述光分布器设备(542)的与所述比色皿(201)的所述出口开口(547)相对定位的内表面(543)被设计成是漫反射的。


5.如权利要求3或4所述的光学测量单元(500)，其特征在于，所述光分布器设备(542)的与所述LED光源(541)的所述入口开口(546)相对定位的内表面(544)被设计成是波纹状的且反射性的。


6.如权利要求3至5中任一项所述的光学测量单元(500)，其特征在于，为了改善光谱特性，所述光供应单元(540)的至少一些LED光源(541)具有光学滤光器，所述光学滤光器例如为彩色滤光器或干涉滤光器。


7.如权利要求6所述的光学测量单元(500)，其特征在于，所述光学滤光器被设计为至少一个窄带干涉滤光器(553)，并且用于将光准直的至少一个光学元件被布置于在所述干涉滤光器(553)的输入侧的光路中。


8.如权利要求6或7所述的光学测量单元(500)，其特征在于，为了将所发射的光准直，所述LED光源(541)具有被布置在TIR透镜(549)中的LED(548)。


9.如权利要求6至8中任一项所述的光学测量单元(500)，其特征在于，用于消除非平行光束分量的管状主体(552)被布置在所述光学滤光器的输入侧的光路中，所述光学滤光器具体而言为所述干涉滤光器(553)，其中所述管状主体(552)具有与其纵轴平行的贯通开口(570)，所述贯通开口的壁(571)由吸光材料制成或涂覆有所述吸光材料。


10.如权利要求7所述的光学测量单元(500)，其特征在于，会聚透镜(590)被布置在所述干涉滤光器(553)的输入侧，所述会聚透镜将由LED(548)发射的光平行地对准。


11.如权利要求9或10所述的光学测量单元(500)，其特征在于，优选地非球面发散透镜(591)被布置在所述干涉滤光器(553)的输出侧，以扇出进入所述光分布器设备(542)的辐射。


12.如权利要求3至11中任一项所述的光学测量单元(500)，其特征在于，所述通道状馈通件(578)被布置在所述入口窗口(202)的进口侧和所述出口窗口(203)的出口侧的比色皿接纳部(579)的壁中，所述馈通件具有用以消除从所述光分布器设备(542)出射的所述入口辐射和从所述比色皿(201)出射的所述测量辐射的非期望辐射分量(U1，U2)的配件或变型。


13.如权利要求12所述的光学测量单元(500)，其特征在于，每个比色皿(201)的所述比色皿接纳部(579)中的所述通道状馈通件(578)的所述配件或变型被彼此独立地设计为具有直径小于长度的平滑表面的通道(594)，被设计为具有腔或间隙(593)的馈通件(578)，或被设计为具有凹槽或锯齿结构(592)的馈通件(578)。


14.如权利要求12或13所述的光学测量单元(500)，其特征在于，所述比色皿接纳部(579)中的所述通道状馈通件(578)的所述壁由吸光材料制成或涂覆有所述吸光材料。


15.如权利要求3至14中任一项所述的光学测量单元(500)，其特征在于，参考检测器(575)被布置在所述光分布器设备(542)上、被布置在贯通开口或针孔光阑(576)的出口侧，所述贯通开口或针孔光阑(576)被布置...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·哈默，A·巴特尔，S·古罗，P·克劳斯弗雷德，R·肖尔茨马雷奇，W·斯普林格斯，
申请(专利权)人：迈恩医疗解决方案有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT