專利名稱：用于最佳吸光度測(cè)量的光程長(zhǎng)度傳感器和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的領(lǐng)域?yàn)橛糜谑剐∪萘繕悠返姆止夤舛扔?jì)及相關(guān)儀器。更具體地，本發(fā)明涉及光纖光傳輸與收集系統(tǒng)以及用于使這些儀器內(nèi)的測(cè)量最優(yōu)化的裝置。
背景技術(shù)：
常常使用光學(xué)技術(shù)(諸如光度測(cè)定、分光光度測(cè)定、熒光測(cè)定、或分光熒光測(cè)定) 來表征液體、混合物、溶液、反應(yīng)混合物。為了表征這些液體的樣品，傳統(tǒng)方法和設(shè)備通常采用樣品保持容器或室(比如，皿)，樣品保存容器或室的兩個(gè)或更多個(gè)側(cè)面具有光學(xué)性質(zhì)以允許需要對(duì)容納在其中的液體表征的那些波長(zhǎng)通過。不幸地，生物采樣技術(shù)常常生成很小量的材聞?dòng)糜诜治?。因此，通過消耗最小的樣品材者來測(cè)量吸光度和熒光性已經(jīng)變得極為重要。當(dāng)處理極小樣品容量(比如1至2微升)時(shí)，創(chuàng)造足夠小的待填充的室或皿并允許使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Icm的光程是困難的。清潔這些室或皿以供其它樣品使用是困難和/或耗時(shí)的。因此，當(dāng)處理小樣品容量(諸如由激光捕獲顯微解剖所產(chǎn)生的生物樣品)時(shí)，無法使用光度測(cè)定、分光光度測(cè)定、熒光測(cè)定、熒光光度測(cè)定等傳統(tǒng)方法。在光度測(cè)定或分光光度測(cè)定的情況下，通常感興趣的量是吸光度A，對(duì)于液體樣品，A最常被定義為A = -Iogltl ⑴=-Iog10 (IE/I0)等式 1 ；其中T是透射率，Ik是透過被測(cè)量樣品的光強(qiáng)度(例如，功率)，Itl是透過空白或參比樣品的光強(qiáng)度。最通常地，吸光度值在具有Icm光程長(zhǎng)度的室或皿中測(cè)量。然而，朗伯定律(Lambert' s Law)規(guī)定，對(duì)于通過相同濃度的均勻溶液的平行(全部射線近似平行) 光束，吸光度A與通過該溶液的光程長(zhǎng)度成比例。對(duì)于兩個(gè)光程長(zhǎng)度P1和P2,A1/A2=P1/P2等式 2;其中A1和A2分別是在光程長(zhǎng)度P1和P2處確定的吸光度值。此外，吸光度是吸光率ε、光程長(zhǎng)度P、和分析物濃度c的函數(shù)，它們之間的關(guān)系如下A = ε CP等式 3。
因此，常常可能使用除Icm之外的光程長(zhǎng)度來測(cè)量吸光度并使用該結(jié)果來計(jì)算濃度或吸收率或，如果需要，使吸光度修改為Icm光程的等價(jià)值以便更容易與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)相比。美國(guó)專利第6，809，826號(hào)和第6，628，382號(hào)教導(dǎo)了在極小液體樣品上進(jìn)行分光光度測(cè)定等的方法和設(shè)備，這兩篇專利的全部?jī)?nèi)容通過引用并入本文。上述專利教導(dǎo)的0.2 至2mm范圍的樣品光程長(zhǎng)度能夠被用來產(chǎn)生能夠輕易地修改到Icm光程等價(jià)的吸光度值。根據(jù)上述被引用專利的教導(dǎo)，通過界面張力將樣品液滴保持在兩個(gè)相對(duì)的基本平行的表面之間，并且可控地使一個(gè)表面朝著和遠(yuǎn)離另一個(gè)運(yùn)動(dòng)。為了提供并使光透過液滴以供測(cè)量，并為了收集光以供測(cè)量，這些表面中的至少一個(gè)可以具有一部分光學(xué)測(cè)量性質(zhì)。 這可以通過提供這些表面中的至少一個(gè)的至少一部分作為光纖的拋光末端來實(shí)現(xiàn)，其中各個(gè)這種光纖都可以與周圍的表面部齊平地完成。通常，這些周圍表面部常包括標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器或其它光纖保持器的末端表面。如上述專利中所公開，為了對(duì)少于約2微升的樣品進(jìn)行測(cè)量，直接將該數(shù)量樣品吸移至這些表面中的一個(gè)上，比如圖IA和2A所示的下表面15。上表面(表面13)隨后向下運(yùn)動(dòng)以接合樣品并隨后向上運(yùn)動(dòng)并遠(yuǎn)離下表面，因此使用界面張力粘附至下表面15和上表面13，其中表面張力形成具有機(jī)械地控制的光程長(zhǎng)度的液柱14(見圖IA至IB和圖2A 至2B)。上表面和下表面(即，表面13和表面15)的形狀和性質(zhì)適于使樣品保持在預(yù)定的光程內(nèi)。這些表面中的一個(gè)(例如，表面13)能夠轉(zhuǎn)離另一個(gè)以便不同樣品的測(cè)量之間的清潔。此外，如圖IA和IB以及圖2A至2B所示，可以采用不同吸光度光程。通過測(cè)量在一個(gè)或多個(gè)光程長(zhǎng)度中的每一個(gè)處的透射的光強(qiáng)度I，被透射強(qiáng)度的差能夠被用于結(jié)合已知光程長(zhǎng)度差來計(jì)算樣品的吸光度。如圖IA所示，進(jìn)行了測(cè)量，其中所示樣品14具有通過樣品的相對(duì)長(zhǎng)的光程長(zhǎng)度P1，并且如圖IB所示，其中所示樣品14具有通過樣品的相對(duì)短的光程長(zhǎng)度P2。這些光程長(zhǎng)度在兩個(gè)彼此面對(duì)的表面之間測(cè)量，如上所述，例如在上部部件12 的表面13和下部部件16的表面15之間。在測(cè)量期間，光通過兩個(gè)表面中的一個(gè)傳輸至樣品，并且通過另一個(gè)表面從樣品收集透過樣品的該部分光。上部和下部部件可以分別被稱為上部和下部砧座或基座。然而，雖然砧座或基座是有利的配置，但應(yīng)注意，該術(shù)語不表示或意味上部和下部部件的任何特定的幾何形式。因?yàn)橐阎?P常?？梢跃哂懈哂赑1和P2兩者之一的準(zhǔn)確度和精確度，所以光程長(zhǎng)度的差ΔΡ( = Ρ2-Ρ1|)可以被用來計(jì)算圖IA至IB和圖2Α至2Β所示的樣品14的吸光度。光程長(zhǎng)度本身可以通過運(yùn)動(dòng)裝置控制，諸如，例如，通過安裝在設(shè)備下方的螺線管，其中螺線管的塞能夠支承在保持上部部件的鉸接搖臂的銷上。塞的上和/或下運(yùn)動(dòng)使得擺臂繞其鉸鏈稍微旋轉(zhuǎn)，因此使得上部部件與銷分離以向上和/向下運(yùn)動(dòng)，從而改變通過樣品的光程長(zhǎng)度。圖2Α和2Β特別示出前述設(shè)備的附加設(shè)置，其中上部和下部部件包括光纖連接器或保持器，并且其中第一光纖18a穿過第一部件，并且第二光纖18b穿過第二部件。光從兩個(gè)光纖中的一個(gè)傳輸至樣品并且透過樣品的那部分光由光纖中的另一個(gè)從樣品收集。因此，上面所描述的圖中所示的配置使得透射的強(qiáng)度差能夠被用于結(jié)合已知的通過期望樣品的光程長(zhǎng)度的差，從而計(jì)算樣品在一個(gè)或多個(gè)感興趣的波長(zhǎng)下的吸光度。當(dāng)樣品吸收度A高時(shí)，通過樣品的透射低，反之亦然。人們常期望具有足夠集中的樣品或足夠長(zhǎng)的光程長(zhǎng)度以提供足夠量的可測(cè)量吸光度。如果吸光度太低，則來自相對(duì)高水平的透射光的被稱為“散?！痹肼暱赡芨蓴_測(cè)量。一方面，提供具有太大吸光度的樣品可能導(dǎo)致測(cè)量到的透射光的水平太低，從而電子或其它系統(tǒng)背景噪聲可能妨礙和模糊吸光度值的精確確定。這種相互矛盾的效果表明，存在最佳的吸光度水平，在該水平處，吸光度的信噪比能夠最大化。因此，需要提供能夠通過改變光程長(zhǎng)度來快速改變樣品吸光度的儀器，以保證吸光度測(cè)量具有最佳信噪比特性。此外，還為了保證最佳信噪比特性，還需要精確地控制各光學(xué)元件(諸如，例如，一對(duì)光纖)的位置，從而不但使從儀器產(chǎn)生的循環(huán)誤差最小化，而且對(duì)于樣品，當(dāng)保持在被限制表面張力模式位置時(shí)，用于精確測(cè)量所獲得的可變光程長(zhǎng)度(例如，P1和P2)，從而精確地計(jì)算Δ P，并因此精確地提供所獲得的吸光度和其它相關(guān)儀器測(cè)量結(jié)果。本發(fā)明針對(duì)這種需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)一種用于測(cè)量由表面張力限制的樣品的光學(xué)性質(zhì)的設(shè)備，包括第一基座表面，所述第一基座表面聯(lián)接至具有發(fā)送端的第一光學(xué)導(dǎo)管；底座；第二基座表面，所述第二基座表面機(jī)械地聯(lián)接至所述底座并被配置為接收第一液體樣品，所述第二基座表面聯(lián)接至具有接收端的第二光學(xué)導(dǎo)管，其中所述第二基座還是可操作以在可變距離(P)下調(diào)整所述第一基座和所述第二基座之間的間隔，以便將所述第一液體樣品拉成柱從而由表面張力限制，從而通過所述第一光學(xué)導(dǎo)管的所述發(fā)送端和所述第二光學(xué)導(dǎo)管的所述接收端為光度測(cè)定或光譜測(cè)定的測(cè)量提供光學(xué)路徑；以及板，所述板配置有傳感器以提供反饋，以便能夠進(jìn)行所述第一基座表面和所述第二基座表面之間的精確位移，從而能夠進(jìn)行所述可變距離(P)，所述板還被配置為使得能夠?qū)⒕€性致動(dòng)器發(fā)電機(jī)主體相對(duì)于所述設(shè)備保持，并因此a)允許所述電路板與所述第二光學(xué)導(dǎo)管平行于第二光學(xué)導(dǎo)管軸線的平移運(yùn)動(dòng)，以及b)防止所述電路板和所述第二光學(xué)導(dǎo)管作為整體相對(duì)于所述設(shè)備的旋轉(zhuǎn)；從而使第二光學(xué)導(dǎo)管的線性行進(jìn)具有最小旋轉(zhuǎn)效果并使第二光學(xué)導(dǎo)管相對(duì)于所述第一光學(xué)導(dǎo)管的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)的具有最小改變。實(shí)施方式還可以包括具有圓柱形外螺紋部的光纖保持器；具有與光纖保持器的外螺紋部嚙合的內(nèi)螺紋部的螺母；以及電機(jī)機(jī)械地聯(lián)接至螺母并且是可操作以旋轉(zhuǎn)螺母以誘導(dǎo)保持器移動(dòng)以調(diào)整距離P，其中線性致動(dòng)器包括電機(jī)、螺母和光纖保持器。某些實(shí)施方式還可以包括安裝板、以及通過可滑動(dòng)聯(lián)接器機(jī)械地聯(lián)接至安裝板并粘接至光纖保持器的適配套管，其中適配套管防止光纖保持器在螺母的旋轉(zhuǎn)過程中旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明的另一個(gè)方面包括一種測(cè)量由表面張力限制的材足的化學(xué)濃度的方法，包括確定目標(biāo)的吸光度值從而為吸光率測(cè)量提供最佳信噪比；實(shí)驗(yàn)地確定通過與所述目標(biāo)吸光度值相應(yīng)的材料的最佳光程長(zhǎng)度；將通過所述材料的光程長(zhǎng)度設(shè)定為基本等于所述實(shí)驗(yàn)地確定的最佳光程長(zhǎng)度；測(cè)量通過所述材料的所述設(shè)定的光程長(zhǎng)度的吸光率；以及從所述材料的已知吸收率、設(shè)定的光程長(zhǎng)度、和測(cè)量到的所述材料的通過所述設(shè)定的光程長(zhǎng)度的吸光率計(jì)算所述材料的化學(xué)濃度。


通過僅作為示例給出的下列描述并參照沒有按比例繪制的附圖，本發(fā)明的上面所提到的以及多個(gè)其他方面將變得顯而易見，其中圖IA和IB是示出用于測(cè)量通過由界面張力保持在兩個(gè)表面之間的液體樣品的吸光度的設(shè)備的兩個(gè)視圖。圖2A和2B是示出用于測(cè)量通過由界面張力保持在兩個(gè)表面之間的液體樣品的吸光度的第二設(shè)備的兩個(gè)視圖；其中各表面部分地包括各自光纖的末端。圖3A示出本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的側(cè)視圖，其有利地示出為處于關(guān)閉位置。圖;3B示出本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的側(cè)視圖，其有利地示出為處于打開位置。圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的光纖保持器的立體圖，其中光纖保持器包括具有螺紋的空心螺釘，以及相關(guān)聯(lián)的座或板。圖5A示出圖4的光纖保持器和座或板的視圖，其中光纖保持器和座或板設(shè)置在下部范圍位置。圖5B從下方觀察示出聯(lián)接至光學(xué)遮斷器和光學(xué)傳感器的光纖保持器和座或板。圖5C示出圖4的光纖保持器和座或板的視圖，其中光纖保持器和座或板設(shè)置在上部范圍位置。圖6A和6B是根據(jù)本發(fā)明的用于測(cè)量通過由界面張力保持在兩個(gè)表面之間的液體樣品的吸光度的設(shè)備可選實(shí)施方式的兩個(gè)視圖。圖7示出根據(jù)本發(fā)明的可選的有利配置的設(shè)備的側(cè)視圖。圖8示出根據(jù)本發(fā)明的另一有利配置的設(shè)備側(cè)視圖。圖9示出根據(jù)本發(fā)明的又一可選的有利配置的設(shè)備側(cè)視圖。圖IOA和IOB示出透射百分比和計(jì)算出的參考強(qiáng)度Itl和系統(tǒng)噪聲方差k的值的不同組合的信噪比的曲線圖。圖IOC示出曲線圖水平軸線上為透射信號(hào)強(qiáng)度，縱軸線上為吸光度和百分誤差， 對(duì)于1000的示例信號(hào)，沒有樣品存在。圖11是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的第一種示例性方法的流程圖。圖12是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的第二種示例性方法的流程圖。圖13是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的第三種示例性方法的流程圖。圖14是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于自動(dòng)吸光度測(cè)量的系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式在此處對(duì)本發(fā)明的說明中，可以理解，以單數(shù)形式出現(xiàn)的詞語包括其復(fù)數(shù)的對(duì)應(yīng)含義，以復(fù)數(shù)形式出現(xiàn)的詞語包括其單數(shù)的對(duì)應(yīng)含義，除非隱含或明確地理解或另有規(guī)定。 此外，可以理解，對(duì)于此處描述的任意給出的成分或?qū)嵤┓绞?，為成分列出的任意可能的候選者或替代物一般可獨(dú)立使用或彼此結(jié)合使用，除非隱含或明確地理解或另有規(guī)定。此外， 可以理解，這樣的候選者或替代物的列表僅用作說明而不是限制，除非隱含或明確地理解或另有規(guī)定。此外，除非另有指示，用在說明書和權(quán)利要求書中的表示配料、組分、反應(yīng)條件等
7的量的數(shù)字被理解為通過術(shù)語“大約”來進(jìn)行修改。因此，除非有相反的指示，在說明書和所附的權(quán)利要求書中列出的數(shù)字參數(shù)為近似值，并且可根據(jù)請(qǐng)求通過此處存在的主題而獲取的期望特性來變化。在最低限度而不是企圖限制申請(qǐng)的權(quán)利要求的范圍的等同原則下， 每個(gè)數(shù)值參數(shù)應(yīng)至少解釋為根據(jù)報(bào)告的有效數(shù)字，并運(yùn)用普通的四舍五入技術(shù)。盡管如此， 此處主題的廣泛的數(shù)值范圍和參數(shù)設(shè)置為近似值，設(shè)置在具體示例中的數(shù)值盡可能準(zhǔn)確地報(bào)告。然而，任何數(shù)值從本質(zhì)上包含一定的偏差，導(dǎo)致在其各自的測(cè)試測(cè)量結(jié)果中發(fā)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)偏差。一般說明本發(fā)明涉及用于測(cè)量樣品中的分析物的光學(xué)儀器和優(yōu)化的方法，其包括熒光、光度、分光和/或熒光法對(duì)在自由空間環(huán)境(例如，表面張力保持環(huán)境)中的期望液體進(jìn)行分析。在傳統(tǒng)的操作中，直接的光輻射透射過由表面張力保持的溶液或懸浮液柱，入射光通過有色化合物的光吸收和/或顆粒物的光散射減少。這樣的發(fā)明有許多用途，它可以用來研究色素分子，以監(jiān)測(cè)在培養(yǎng)中的細(xì)菌密度以及跟蹤酶促反應(yīng)的進(jìn)展。本發(fā)明在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建可變的光程長(zhǎng)度和消除設(shè)備擺動(dòng)臂的圓誤差，如此處所述，至少一個(gè)光導(dǎo)管(例如光纖)可軸向地安裝在換能器(例如線性換能器) 中。從可變的光程長(zhǎng)度產(chǎn)生的光程長(zhǎng)度可結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和傳感器的輸出來確定，通常渦電流傳感器可聯(lián)接至發(fā)動(dòng)機(jī)螺絲的端部。作為示例的實(shí)施方式，具有上述渦電流傳感器的電路板不能僅充當(dāng)用于測(cè)量光程長(zhǎng)度的傳感器，還要充當(dāng)攜帶下部光導(dǎo)管(例如接收光纖)的驅(qū)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)停止器(即，螺絲)。此外，本發(fā)明的電路板聯(lián)接至下部光導(dǎo)管且具有騎靠在特殊緊固件上的槽，緊固件將線性致動(dòng)器發(fā)動(dòng)機(jī)主體保持到設(shè)備從而提供阻止這樣的緊固件轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置。電路板還攜帶線圈，其使用致動(dòng)器發(fā)動(dòng)機(jī)的背板作為在其中生成渦電流的對(duì)象，從而形成渦電流傳感器的驅(qū)動(dòng)件。由電路板感應(yīng)器相對(duì)于致動(dòng)器發(fā)動(dòng)機(jī)的背板的間距導(dǎo)致的電路阻抗的改變使電路的諧振頻率改變，數(shù)字電路對(duì)一個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)以確定電路板到發(fā)動(dòng)機(jī)的間距，并從而確定精確的期望的光程長(zhǎng)度。通過使用上文簡(jiǎn)單描述和本申請(qǐng)中詳細(xì)描述的新的配置，本發(fā)明的操作方法進(jìn)一步確保具有最優(yōu)信噪特征的吸光度測(cè)量。因此，本發(fā)明的新的集成設(shè)備提供一種儀器，其通過經(jīng)過表面張力約束的樣品的光量對(duì)于任意給定的光程長(zhǎng)度，能夠?qū)募s0. 005至約2. 0吸光度單位的吸光度進(jìn)行測(cè)量， 其中，樣品配置為少于約2微升(即具有降至約10微米、通常降至約50微米的光程長(zhǎng)度) 的樣品量。具體說明現(xiàn)在來參照附圖，圖3A至圖:3B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的示例設(shè)備的側(cè)視圖。具體地，如圖:3B所示且一般由參考數(shù)字50指定的設(shè)備被示出處于“打開”位置，其中，液滴分析物或參考樣品(少于約10μ 1，往往少于約2μ 1)被分配或抽吸到低臺(tái)表面15上。如在下文中進(jìn)行的更詳細(xì)討論，這樣的“打開”位置使得能容易使用包括液體樣品的表面(如表面15)的端部，并且使用戶能容易清洗上述表面，以及在需要時(shí)將新的樣品設(shè)置在設(shè)備內(nèi)。因此，在圖IBB的“打開位置”，少于約10μ 1、常常少于約2μ 1的液體樣品的分
8配可常通過吸液管裝置(未示出)輸送，吸液管裝置例如但不限于來自馬薩諸塞州的 ThermoFisher Scientific of Waltham 的 Finnpipette 。吸取的液體因此被輸送至低臺(tái)面15，低臺(tái)面15常被配置為可包括定制的或商業(yè)的SMA光纖連接器16s的基座或砧狀表面，并且其中，也可能在某些應(yīng)用中，低臺(tái)面15由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的材料處理，以防止應(yīng)用的液滴分析物或參比樣品(未示出)擴(kuò)散。此后，施用液滴時(shí)，如現(xiàn)在圖3A中示出的設(shè)備50由用戶成角度地移動(dòng)以處于“關(guān)閉”位置，從而導(dǎo)致上基座或砧狀表面13(具體參考圖:3B)、通常也是定制的或商業(yè)的SMA 光纖連接器12s的端部與所分配的液滴樣品(未示出)接觸，以強(qiáng)制上基座13和低臺(tái)面 15(具體也參考圖3B)之間的期望液滴樣品處于表面張力模式。如圖所示，圖;3B的打開位置導(dǎo)致圖3A的關(guān)閉位置，通過鉸鏈桿56機(jī)械軸接使搖動(dòng)臂M能進(jìn)行這樣的角運(yùn)動(dòng)，鉸鏈桿56配置有穿過搖動(dòng)臂M和鉸鏈墊片57中的孔，而鉸鏈墊片57相對(duì)于底座52牢固地固定。因此，包括表面13的光纖連接器1 安裝在搖動(dòng)臂 54中的孔內(nèi)且經(jīng)過該孔，還相對(duì)于底座52圍繞鉸鏈桿56成角度地轉(zhuǎn)動(dòng)，以與分配在表面 15上的液滴樣品接觸。與底座52聯(lián)接的止動(dòng)器53可為銷的形式并且提供了在臂M轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)臂的下表面抵靠的期望的位置，從而提供液滴樣品的接觸和測(cè)量。如圖3A和圖;3B中所示，一對(duì)光學(xué)導(dǎo)管(諸如，例如上部光纖18a和下部光纖18b) 設(shè)置在相應(yīng)的連接器如連接器1 和16s內(nèi)，使得在其操作位置能進(jìn)行彼此完全相反的光學(xué)通信，操作位置即圖3A所示的“關(guān)閉位置”。應(yīng)注意的是，這樣的光學(xué)導(dǎo)管例如光纖18a和18b可為任意類型，例如單模光纖、 保偏光纖，但優(yōu)選地可為多模光纖，從而不將本發(fā)明限定于任意特定的光纖測(cè)量方式或限制。作為另一示例布置，光纖兩端被劈開或磨光，并且常常但不是必需地與光纖連接器1 和16s的一端齊平。作為另一有利的布置，這樣的光纖18a和18b與額外地設(shè)置在上述光纖連接器1 和16s內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)光折射面(例如透鏡(未示出))聯(lián)接，以提供定向(例如瞄準(zhǔn))的且接收(例如采集光纖的數(shù)值孔徑的校正)的光的光學(xué)校正，從而盡量減少各光學(xué)導(dǎo)管18a和18b之間的有害光學(xué)損失?，F(xiàn)在僅參照?qǐng)D3A來描述用于測(cè)量期望樣品的表面15和表面13的精確定位，應(yīng)注意的是，用于下部光纖18b的下部光纖保持器16s還充當(dāng)用于線性致動(dòng)器的軸，如下文將更詳細(xì)描述的那樣。盡管上部光纖連接器12s(以及由此，所聯(lián)接的光學(xué)導(dǎo)管18a)相對(duì)于搖動(dòng)臂M是固定的，但下部光纖連接器16s (以及由此，下部光學(xué)導(dǎo)管如光纖18b)可平行于其軸線平移(例如沿豎直方向)，以使兩個(gè)光纖之間的間距能夠改變。底座52設(shè)有安裝至它的線性致動(dòng)器，以提供下部光纖連接器16s的精確平移。如圖3A所示，線性致動(dòng)器可包括發(fā)動(dòng)機(jī)62，其通過緊固件65 (諸如，例如帶有或不帶有相關(guān)套筒的螺絲、樁、銷、鉚釘?shù)? 緊固至底座52。緊固件還可包括延伸的發(fā)動(dòng)機(jī)安裝螺絲并且可經(jīng)過套筒68，套筒68與座或板64滑動(dòng)地機(jī)械接合，如將在下文中進(jìn)一步描述的那樣。如圖3A中一般地示出，將發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)為產(chǎn)生帶螺紋(未示出)螺母的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)， 螺母壓在下部光纖保持器16s的匹配的螺紋軸部分(未示出)上。下部光纖連接器16s取代和/或充當(dāng)線性致動(dòng)器的致動(dòng)器軸。由發(fā)動(dòng)機(jī)62在任意方向上驅(qū)動(dòng)的內(nèi)旋螺絲靠著外螺紋軸部分的轉(zhuǎn)動(dòng)引起下部光纖連接器16s和設(shè)置容納于其中的光學(xué)導(dǎo)管如18b的受控的轉(zhuǎn)移。下部光纖連接器16s的位置可由座或板64 (例如CPU板)穩(wěn)固，座或板64通過插入環(huán)66機(jī)械地聯(lián)接至下部光纖保持器16s。座或板64可具有孔或槽(未示出)，套筒68和緊固件如螺絲65經(jīng)過該孔或槽。緊固件65可包括延伸的發(fā)動(dòng)機(jī)安裝螺絲。發(fā)動(dòng)機(jī)62還可通過額外的緊固件(未示出)緊固至底座52。作為有利的布置，發(fā)動(dòng)機(jī)62可為商用發(fā)動(dòng)機(jī)或線性致動(dòng)器或線性平移發(fā)動(dòng)機(jī)。 作為一個(gè)示例，線性致動(dòng)器發(fā)動(dòng)機(jī)組件可從美國(guó)康涅狄格州的沃特伯里的Haydon Switch Instruments作為第^Η43_05_036號(hào)零件得到。標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)成的線性致動(dòng)器或線性平移設(shè)備的致動(dòng)軸可需要被下部光纖保持器16s取代，如本申請(qǐng)中所述。作為有利的實(shí)施方式，如圖3所示，在設(shè)備50 (如圖3中所示)的運(yùn)行過程中，下部光纖保持器16s的移動(dòng)距離和/或位置被監(jiān)測(cè)，從而提供精確測(cè)量的光程長(zhǎng)度。作為有利的布置，座或板64可在運(yùn)行中固定至下部光纖連接器16s，使得座或板與下部光纖保持器一起移動(dòng)。座或板64可包括印制電路板(PCB)，其攜帶執(zhí)行感測(cè)座或板64的運(yùn)動(dòng)或位置的功能的電子器件。例如，板64可攜帶可感測(cè)板64與發(fā)動(dòng)機(jī)62的背板之間的距離的電容傳感器，更為經(jīng)常地?cái)y帶渦電流傳感器，渦電流傳感器配置有任意的材料，例如但不限于鋁、鋼、銅、磁性材料或可感生渦電流的任意其它材料來通過本發(fā)明的板被感測(cè)到。這樣的渦電流傳感器PCB板可從多個(gè)不同的制造商定制或商購。具體地，本發(fā)明的渦電流傳感器 PCB板64通常包括傳感線圈(未示出)、驅(qū)動(dòng)電子器件(未示出)和信號(hào)處理塊(例如電路，也未示出)。當(dāng)這樣配置的傳感線圈由交流電驅(qū)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生在發(fā)動(dòng)機(jī)62上配置的座中感生渦電流的振蕩場(chǎng)。這樣感生的電流在與渦電流傳感器PCB板64上定位的線圈相對(duì)的路徑中循環(huán)，因此減少了電感而增加了其電阻。特別地，板傳感器相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)62上的座的運(yùn)動(dòng)反映在被監(jiān)測(cè)的阻抗變化中，從而解決了微米級(jí)位移，這使得光程長(zhǎng)度測(cè)量精度能夠?yàn)閺募sImm下至約5微米。板64還可包括參考位置傳感器82，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)在啟動(dòng)中初始化或由光遮斷器裝置79’遮斷時(shí)傳感器82建立“原”或參考位置，其中光遮斷器裝置79’配置為擋板的一部分(參見圖5B，參考字符79)以使得能進(jìn)行遮斷，從而不僅提供輔助阻擋機(jī)制還作為原位置。此外，壓合至在座或板64下延伸的下部光纖接收器16s的最低無螺紋部分的套管或套筒67，可被添加以作為止動(dòng)器來阻止下部光纖保持器16s超出其預(yù)定的機(jī)械極限的超程。當(dāng)座或板64用作位置傳感器時(shí)，如上所述，套筒68提供了板64的孔或槽(未示出)與緊固件65之間的滑動(dòng)機(jī)械接合。因此，上述槽(未示出)和緊固件65允許板64(與下部光纖保持器16s —起)進(jìn)行平行于下部光纖保持器16s的軸線的平移運(yùn)動(dòng)，但阻止板和下部光纖保持器作為整體相對(duì)于設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣的轉(zhuǎn)動(dòng)是不期望的，因?yàn)檫@可引起包含在下部光纖保持器16s中的光纖的錯(cuò)位、扭曲、光損失乃至破損。插入環(huán)66可永久或暫時(shí)地緊固至座或板64。例如，插入環(huán)可以焊接的方式永久地緊固至座或板。同樣地，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，插入環(huán)66可通過已知的技術(shù)永久或暫時(shí)地緊固至下部光纖保持器16s。如果，在運(yùn)行中下部光纖保持器16s和座或板64 — 致地行進(jìn)，則至少在這樣的運(yùn)行過程中插入環(huán)66與下部光纖保持器16s及座或板64均聯(lián)接。為了便于零件的組裝或替換，會(huì)希望在下部光纖保持器16s和插入環(huán)66之間使用非永久性聯(lián)接，使得下部光纖保持器有時(shí)可從設(shè)備的其余部分移除。非永久性的緊固可包括在下部光纖保持器16s的螺紋部分(未示出)的外螺紋與插入環(huán)66的內(nèi)部中空部分的內(nèi)螺
10紋之間的牢固鎖定的機(jī)械接合。以這樣的方式，下部光纖保持器16s可足夠緊地保持在插入環(huán)中，使得在發(fā)動(dòng)機(jī)62的運(yùn)行過程中下部光纖保持器不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，還可在拆卸過程中容易地從插入環(huán)脫離。根據(jù)如圖;3B中所示的表面13和表面15的適當(dāng)定位，通過上述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制機(jī)構(gòu)和傳感器，以及其中樣品柱拉為表面張力模式，則光被引導(dǎo)通過例如光纖18a或其它傳統(tǒng)的光學(xué)裝置，從而進(jìn)一步引導(dǎo)通過連接器12s、樣品14，如圖IA至2B所示，此后相應(yīng)地由光纖18b接收。然后，光學(xué)光被選擇用于分析，使得此后聯(lián)接至探測(cè)主商用或定制分光儀(未示出)。用于檢測(cè)的本發(fā)明的光源(未示出)包括輻射光源如商用的來自O(shè)cean Optics 且包括p/n DT-1000的氙氣閃光燈或聯(lián)合氘弧和石英鹵素白熾燈。雖然這樣的商用光源是有利的，可以理解，在符合本發(fā)明的設(shè)計(jì)參數(shù)的情況下，也可在本發(fā)明中使用能夠發(fā)出至少約200nm波長(zhǎng)強(qiáng)度的任意光源，通常使用能夠發(fā)出約190nm直至約840nm之間的波長(zhǎng)強(qiáng)度的任意光源。此外，根據(jù)使用的光源和待進(jìn)行的測(cè)量，可應(yīng)用濾波器例如干擾濾波器以允許約190nm直至約840nm之間的期望的波長(zhǎng)。如果需要，可以形成為套殼或車輪形式(未示出)來允許該濾波器從光程的設(shè)計(jì)區(qū)域迅速插入或收回。此外，分光儀(未示出)、光源(未示出)、發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等聯(lián)接至計(jì)算機(jī)(PC) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(未示出)，計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有精密的定制或商用的軟件，在某些情況下帶有用于常用功能如DNA、RNA及蛋白質(zhì)量化的預(yù)編程模塊。獲取的數(shù)據(jù)可通過已知方法來顯示且存儲(chǔ)用作未來的參考，并且實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)測(cè)量結(jié)果以能夠進(jìn)行用戶友好操作。作為另一布置，相對(duì)于PC可將軟件內(nèi)置于分光儀。作為另一有利的布置，數(shù)據(jù)可輸出至便攜式存儲(chǔ)裝置如閃存驅(qū)動(dòng)器，或甚至通過USB或無線(藍(lán)牙)、IEEE,超寬帶(UWB)直接連接至PC。因此，圖3A和圖;3B的設(shè)備使用戶能夠在表面張力模式下精確控制上部光纖(或其它光學(xué)部件)和下部光纖(或其它光學(xué)部件)之間的距離，從而在不需要笨重的配套零件或不需要適用時(shí)可能需要稀釋和試管的較大樣品量的情況下，對(duì)微量的液滴分析樣品進(jìn)行受控的光吸收測(cè)定，其中液滴分析樣品少于約10 μ 1、通常少于約2μ 1且具有下至約 10 μ、通常下至約10 μ的光程長(zhǎng)度。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的下部光纖保持器16s以及相關(guān)的裝配座的更詳細(xì)的立體圖。在圖4示出的示例性配置中，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生帶螺紋螺母(未示出)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，螺母壓在下部光纖保持器16s的匹配的螺紋軸部分74上。下部光纖保持器取代和/ 或充當(dāng)線性致動(dòng)器的致動(dòng)軸。由發(fā)動(dòng)機(jī)62(如圖3A和圖;3B所示)在任意方向上驅(qū)動(dòng)的內(nèi)旋螺絲靠著外螺紋軸部分74的轉(zhuǎn)動(dòng)引起下部光纖連接器16s和容納于其中的光學(xué)導(dǎo)管如 18b的受控的平移。下部光纖連接器16s的位置可由座或板64(圖3A至3B)穩(wěn)固，座或板 64通過插入環(huán)66機(jī)械地聯(lián)接至下部光纖保持器16s。座或板64可具有孔或槽78 (如圖4 所示)，套筒68和緊固件如螺絲65經(jīng)過該孔或槽。緊固件65可包括延伸的發(fā)動(dòng)機(jī)安裝螺絲。發(fā)動(dòng)機(jī)62(如圖3A和;3B所示)還可通過額外的緊固件(未示出)緊固至底座52 (如圖3A和3B所示)。如上所述，通常，在設(shè)備50 (圖3A和3B)的運(yùn)行過程中，下部光纖保持器16s的移動(dòng)距離和/或位置被例如由渦電流傳感器方面監(jiān)測(cè)。有利地，座或板64可在運(yùn)行中固定至下部光纖連接器16s，使得座或板與下部光纖保持器一起移動(dòng)。座或板64可包括印制電路
11板(PCB)，其攜帶執(zhí)行感測(cè)座或板64的運(yùn)動(dòng)或位置(例如使用渦電流傳感器)的功能的電子器件。當(dāng)座或板64用作位置傳感器時(shí)，如上所述，套筒68提供了板64的孔或槽78與緊固件65之間的滑動(dòng)機(jī)械接合，因此允許板64 (與下部光纖保持器16s —起)進(jìn)行平行于下部光纖保持器16s的軸線的平移運(yùn)動(dòng)，但阻止了板和下部光纖保持器作為整體相對(duì)于設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣的轉(zhuǎn)動(dòng)是不期望的，因?yàn)檫@可引起包含在下部光纖保持器16s中的光纖的錯(cuò)位、扭曲、光損失乃至破損。插入環(huán)66可永久或暫時(shí)地聯(lián)接至座或板64。例如，插入環(huán)可以焊接的方式永久地聯(lián)接至座或板。同樣地，插入環(huán)66可永久或暫時(shí)地聯(lián)接至下部光纖保持器16s。如果，如上所述，在運(yùn)行中下部光纖保持器16s和座或板64 —致地移動(dòng)，則至少在這樣的運(yùn)行過程中插入環(huán)66緊固至下部光纖保持器16s及座或板64。為了便于零件的組裝或替換，會(huì)希望在下部光纖保持器16s和插入環(huán)66之間使用非永久性緊固，使得下部光纖保持器有時(shí)可從設(shè)備的其余部分移除。非永久性的緊固可包括在下部光纖保持器16s的螺紋部分74的外螺紋與插入環(huán)66的內(nèi)部中空部分的內(nèi)螺紋之間的牢固鎖定的機(jī)械接合。以這樣的方式，下部光纖保持器16s可足夠緊地保持在插入環(huán)中，使得在發(fā)動(dòng)機(jī)62的運(yùn)行過程中下部光纖保持器不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，還可在拆卸過程中容易地從插入環(huán)脫離。圖5A和圖5C示出光纖保持器16s和座或板64的正視圖。該正視圖示出套管或套筒67，套管或套筒67壓合至在至座或板64底下延伸的下部光纖保持器16s的最低無螺紋部分，即板的與發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)的一側(cè)。套管或套筒67可用作止動(dòng)器來阻止下部光纖保持器超出其預(yù)定的機(jī)械極限的超程。此外，帶有配置為使得能通過光學(xué)傳感器82來中斷的光遮斷器裝置79’的部分的止動(dòng)板79(圖5C)，還可有利地配置有在圖5A和圖5C中描繪的設(shè)備，從而不僅提供輔助的止動(dòng)機(jī)構(gòu)還作為原位置。圖5A中示出下部光纖保持器16s、插入環(huán) 66、座或板64及套管或套筒67緊固且一致地移動(dòng)，圖5A和圖5C分別示出位于其移動(dòng)的下部范圍和上部范圍的這些零件。圖5B示出套管或套筒67、止動(dòng)板79的底視圖，止動(dòng)板79具有配置的與光學(xué)傳感器82聯(lián)合工作的光遮斷器裝置79’，所有部件均聯(lián)接至本發(fā)明的板64。圖6A至圖6B是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的可替換實(shí)施方式的兩個(gè)視圖，設(shè)備用于通過由界面張力保持在兩個(gè)表面之間的液體樣品來測(cè)量吸光度。在本發(fā)明上述的實(shí)施方式中 (例如圖2A至圖2B)，可將光纖與上部和下部砧或基座齊平地完成且磨光。然而，在圖6A 至6B所示的替換的實(shí)施方式80中，光纖18a至18b沒有經(jīng)過砧或基座的全部路徑到達(dá)相應(yīng)的表面13和表面15。相反地，可在砧或基座的一個(gè)或另一個(gè)中嵌入透鏡以對(duì)進(jìn)入樣品的光校準(zhǔn)或有效地從樣品收集光。例如，如果光由下部光纖18b提供，則該光在從光纖18b發(fā)出后且進(jìn)入樣品14之前由透鏡17b校準(zhǔn)。然后，透射過樣品的任意光由透鏡17a收集并聚焦至光纖18a的端部，用于傳遞至探測(cè)器(未示出)。作為示例配置，透鏡17a_17b可為定制或商用的緩變折射率(GRIN)透鏡，其暴露的平面可設(shè)置分別與表面13和表面15齊平。圖7是根據(jù)本發(fā)明的替換實(shí)施方式的設(shè)備的側(cè)視圖。所有共用的標(biāo)號(hào)與之前使用的相同。在圖7所示的設(shè)備90中，鉸鏈墊塊被移除。相反地，鉸鏈桿56經(jīng)過底座板和臂 M。由于鉸鏈桿限定出臂M的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線，則當(dāng)臂M抵靠機(jī)械止動(dòng)器53時(shí)臂在止動(dòng)位置并不與底座板52平行定位。然而，上部光纖保持器1 仍到達(dá)止動(dòng)位置，使得上部光纖保持器12s內(nèi)的上部光纖18a的一段與下部光纖保持器16s內(nèi)的下部光纖18b的一段同軸。上部光纖保持器1 相對(duì)于臂M的布置確保光纖在止動(dòng)位置相對(duì)于彼此光學(xué)對(duì)準(zhǔn)。圖8是根據(jù)本發(fā)明的另一替換實(shí)施方式的設(shè)備的側(cè)視圖。所有共用的標(biāo)號(hào)與之前使用的相同。在圖8所示的設(shè)備100中，下部光纖保持器16s直接由凸輪104(或其它裝置)驅(qū)動(dòng)，凸輪104由凸輪軸102轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪軸102由發(fā)動(dòng)機(jī)62轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣的布置能夠?qū)⑿D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性運(yùn)動(dòng)。凸輪104可靠著下部光纖保持器16s的槽或凹部106的壁接合。優(yōu)選地，提供了確保下部光纖保持器被適當(dāng)裝載的裝置，例如約束套筒108的徑向位置的彈簧和軸承，套筒108在其穿過底座板52的通道將下部光纖保持器封裝。該軸承可為簡(jiǎn)單寶石頸軸承或直線球軸承。圖9是根據(jù)本發(fā)明的又一替換實(shí)施方式的設(shè)備的側(cè)視圖。所有共用的標(biāo)號(hào)與之前使用的相同。在圖9所示的通常由參考數(shù)字200標(biāo)記的設(shè)備中，下部光纖保持器16s沒有直接聯(lián)接至底座板52。相反地，下部光纖保持器16s機(jī)械地聯(lián)接至能夠在柔性軸承112處彎曲的輔助底座板110，柔性軸承112可包括輔助底座板的較薄區(qū)域。輔助底座板110從下部光纖保持器的附接安裝至在柔性軸承的對(duì)側(cè)上的底座板52，留出輔助底座板的一段自由彎曲，因此驅(qū)動(dòng)附接的下部光纖保持器的運(yùn)動(dòng)。這樣的柔性由發(fā)動(dòng)機(jī)62控制，發(fā)動(dòng)機(jī)62操作支承輔助底座板的線性致動(dòng)軸103。因此，上述的配置能夠精確控制上部光纖(或其它光學(xué)部件)和下部光纖(或其它光學(xué)部件)之間的分離，以使在不需要笨重的配套零件例如底座板、臂或設(shè)備主體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的情況下，對(duì)微量樣品(如液滴)進(jìn)行受控的光學(xué)吸光度測(cè)量。有利地，由于在這樣的受控的分離過程中僅有一個(gè)光纖保持器(在其中包含的光纖)移動(dòng)，而且由于光線保持器可實(shí)際上包括線性致動(dòng)器的軸，因而輔助零件的數(shù)量和可能相關(guān)的無用的運(yùn)動(dòng)維持在最低水平。方便地，可移動(dòng)的光纖保持器可為存在的線性致動(dòng)軸的替換，或者，可能可為其修改，以將制造簡(jiǎn)化。可移動(dòng)的光纖保持器可附接至可能為位置傳感器印制電路板的座或板， 其與可移動(dòng)的光纖保持器一起移動(dòng)。與座或板滑動(dòng)地機(jī)械接合的一個(gè)或多個(gè)套筒允許光纖保持器平行于其軸線運(yùn)動(dòng)，但阻止了無用的會(huì)對(duì)光學(xué)對(duì)準(zhǔn)產(chǎn)生不利影響、甚至導(dǎo)致光纖斷裂的側(cè)對(duì)側(cè)運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。對(duì)于實(shí)際測(cè)量本身，一般在吸收光譜獲取的量為相對(duì)透射(T)，由T= ΙΕ(λ)/ Ι0(λ) ^ (ΙΕ/Ι0) (λ)給出，其中，ιΕ(λ)為所測(cè)量的透射過樣品的光的強(qiáng)度(即能量)， Ι0(λ)為參考強(qiáng)度，一般在無樣品存在時(shí)所得。然而，通常感興趣的量為由公式1給出的吸光度Α。將A考慮為Ik的函數(shù)，S卩，使AE f(lR)，將在每個(gè)波長(zhǎng)λ獲得的實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果表示為非隨機(jī)變量的總和I ( λ )以及兩個(gè)隨機(jī)變量Xkms ( λ )和)C1/f。因此，根據(jù)該表達(dá)，a. ΙΕ(λ) = I 實(shí)際(λ ) +Xrms ( λ ) +X1/f等式 4其中，I 是到達(dá)探測(cè)器且由此可探測(cè)的光強(qiáng)度的假設(shè)實(shí)際值或真值，Xems是所謂的散粒噪聲，x1/f是系統(tǒng)噪聲(例如“1/f噪聲”)，其不依賴于信號(hào)水平。散粒噪聲的方差由I 的平方根給出，而系統(tǒng)噪聲的方差為常數(shù)k，常數(shù)k獨(dú)立于Ik或(1$_)。量Ik的統(tǒng)計(jì)期望值E(Ik)簡(jiǎn)單給出為E(Ik) = I^0此外，非隨機(jī)變量I 的方差等于零，而對(duì)于每個(gè)波長(zhǎng)λ ,Ici為簡(jiǎn)單的常數(shù)(但并不是對(duì)于所有的λ都為相同的常數(shù))。由于兩個(gè)隨機(jī)變量Xkms和相互獨(dú)立，其協(xié)方差為零，即，Cov (Xems, X1/f) = 0。因此，b. Var (Ie) = Var (XEMS+X1/f) = Var (Xems) +Var (X1/f) · 等式 fe，
13
或以替換的形式，c. Var (T) = (1/I02) Var (Ie) = (1/I02) Var (Xems) + (1/I02) Var (Xl7f)等式 5b.盡管上述隨機(jī)變量給出為?；颍?的函數(shù)，但還希望根據(jù)吸光度A計(jì)算信噪比，A為由公式1給出的Ik的函數(shù)。隨機(jī)變量Ik的函數(shù)f的方差可由如下公式近似地表示
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)量由表面張力限制的樣品的光學(xué)性質(zhì)的設(shè)備，包括第一基座表面，其聯(lián)接至具有發(fā)送端的第一光學(xué)導(dǎo)管；底座；第二基座表面，其機(jī)械地聯(lián)接至所述底座并被配置為接收第一液體樣品，所述第二基座表面聯(lián)接至具有接收端的第二光學(xué)導(dǎo)管，其中所述第二基座進(jìn)一步可操作以在可變距離 (P)下調(diào)整所述第一基座和所述第二基座之間的間隔，以便將所述第一液體樣品拉成柱從而由表面張力限制，由此通過所述第一光學(xué)導(dǎo)管的所述發(fā)送端和所述第二光學(xué)導(dǎo)管的所述接收端為光度測(cè)定或光譜測(cè)定的測(cè)量提供光學(xué)路徑；以及板，所述板配置有傳感器以提供反饋，以便能夠進(jìn)行所述第一基座表面和所述第二基座表面之間的精確位移，從而能夠進(jìn)行所述可變距離(P)，所述板還被配置為能夠?qū)⒕€性致動(dòng)器發(fā)電機(jī)主體保持于所述設(shè)備，并因此C)允許所述電路板與所述第二光學(xué)導(dǎo)管平行于第二光學(xué)導(dǎo)管軸線的平移運(yùn)動(dòng)，以及d)防止所述電路板和所述第二光學(xué)導(dǎo)管作為整體相對(duì)于所述設(shè)備的旋轉(zhuǎn)；由此生成具有最小旋轉(zhuǎn)效果的線性行進(jìn)以及第二光學(xué)導(dǎo)管相對(duì)于所述第一光學(xué)導(dǎo)管的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)的最小改變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述板包括印刷電路板，并且配置在所述印刷電路板上的所述傳感器包括渦流傳感器，所述渦流傳感器適于使用所述線性致動(dòng)器發(fā)電機(jī)主體的背板作為生成渦流的物體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中由所述印刷電路板上的電感器相對(duì)于所述線性致動(dòng)器發(fā)電機(jī)主體的所述背板的間距所產(chǎn)生的改變的電路阻抗改變所述印刷電路板上的電路的諧振頻率，其中聯(lián)接的數(shù)字電路對(duì)在時(shí)間間隔內(nèi)所產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)以確定所述電路板相對(duì)于所述聯(lián)接的致動(dòng)器發(fā)電機(jī)背板的間距，從而提供期望的所述光程長(zhǎng)度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中監(jiān)測(cè)所述改變的電路阻抗以分辨微米大小的位移，從而能夠?qū)⒐獬搪窂綔y(cè)量的精度從約Imm提高到約50微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述板配置有一個(gè)或多個(gè)槽，所述一個(gè)或多個(gè)槽騎靠在一個(gè)或多個(gè)緊固件上，從而能夠?qū)⑺鼍€性致動(dòng)器發(fā)電機(jī)主體保持于所述設(shè)備。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中對(duì)于任何給定光程長(zhǎng)度，所述設(shè)備測(cè)量從約0.005 至約2. 0吸光度單位的吸光度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述板包括位置傳感器，當(dāng)平移控制系統(tǒng)經(jīng)啟動(dòng)或被光遮斷器裝置遮斷而初始化時(shí)，所述位置傳感器建立參照位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第二光學(xué)導(dǎo)管包括光纖，所述光纖設(shè)置在具有外螺紋的保持器內(nèi)，其中具有內(nèi)螺紋部的螺母機(jī)械地嚙合所述保持器的所述外螺紋部； 其中所述線性致動(dòng)器發(fā)電機(jī)機(jī)械地聯(lián)接至所述螺母，并且可操作以旋轉(zhuǎn)所述螺母并誘導(dǎo)所述保持器移動(dòng)從而調(diào)整所述距離P。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第一光學(xué)導(dǎo)管和所述第二光學(xué)導(dǎo)管包括至少一根光纖，所述至少一根光纖選自單模光纖、保偏光纖、以及多模光纖。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備包括照射源，所述照射源被配置為提供從約190nm至約840nm的波長(zhǎng)。
11.一種測(cè)量由表面張力限制的材料的化學(xué)濃度的方法，包括確定目標(biāo)吸光度值從而為吸光率測(cè)量提供最佳信噪比；實(shí)驗(yàn)地確定通過與所述目標(biāo)吸光度值相應(yīng)的材料的最佳光程長(zhǎng)度，所述實(shí)驗(yàn)地確定最佳光程長(zhǎng)度的步驟還包括提供配置有傳感器的聯(lián)接的印刷電路板以提供反饋，以便能夠進(jìn)行第二基座表面相對(duì)于第一基座表面的精確位移，從而提供可變距離(P)，所述板還被配置為使得所述第二基座的線性行進(jìn)能夠具有最小旋轉(zhuǎn)效果并使得所述第二基座相對(duì)于所述第一基座表面的對(duì)準(zhǔn)能夠具有最小改變；將通過所述材料的光程長(zhǎng)度設(shè)定為基本等于所述實(shí)驗(yàn)地確定的最佳光程長(zhǎng)度； 測(cè)量通過所述材料的所述設(shè)定的光程長(zhǎng)度的吸光率；以及從所述材料的已知吸收率、設(shè)定的光程長(zhǎng)度、和測(cè)量到的所述材料的通過所述設(shè)定的光程長(zhǎng)度的吸光率計(jì)算所述材料的化學(xué)濃度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述確定目標(biāo)吸光度值從而提供最佳信噪比的步驟還包括相對(duì)于單位信號(hào)假定固定的噪聲分量。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述實(shí)驗(yàn)地確定最佳光程長(zhǎng)度的步驟還包括a)將吸光度值處的光程長(zhǎng)度設(shè)定為低于或高于在所述目標(biāo)吸光度值處的光程長(zhǎng)度；b)獲得所述材料的吸光度的測(cè)量結(jié)果；c)通過已知符號(hào)和數(shù)值增大所述光程長(zhǎng)度；d)獲得所述材料的吸光度的測(cè)量結(jié)果；e)重復(fù)上述步驟c-d直至找出所述目標(biāo)吸光度值。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述精確位移包括從約Imm至約50微米精度的光程長(zhǎng)度測(cè)量。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述測(cè)量吸光度步驟包括對(duì)于任何給定光程路徑，測(cè)量從約0. 005至約2. 0吸光度單位的吸光度。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述測(cè)量通過所述材料的所述設(shè)定的光程長(zhǎng)度的吸光度的步驟包括通過從約190nm至約840nm的波長(zhǎng)照射所述樣品。
全文摘要
描述了一種設(shè)備，其中光纖安裝在光纖保持器內(nèi)，光纖保持器包括線性致動(dòng)器的非旋轉(zhuǎn)軸?？梢允构饫w保持器保持固定以限制光纖保持器并因此限制安裝在其中的光纖，以免在線性制動(dòng)器的操作過程中旋轉(zhuǎn)，從而使線性行進(jìn)具有最小旋轉(zhuǎn)效果，并且使光纖在行進(jìn)過程中的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)具有最小改變。此外，文中在操作中采用光程長(zhǎng)度傳感器結(jié)合最優(yōu)吸光度方法以在各接收和發(fā)送光纖之間提供微米精度的位移，從而使得對(duì)于任何給定光程長(zhǎng)度，都能夠測(cè)量約0.005至約2.0吸光度單位的精確吸光度。
文檔編號(hào)G01N21/31GK102232182SQ200980139661
公開日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2009年10月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月3日
發(fā)明者小查爾斯·W·羅伯遜, 戴米安·W·阿什米德, 托馬斯·A·托卡什 申請(qǐng)人:納諾多普科技有限責(zé)任公司