移動(dòng)智能設(shè)備紅外光測(cè)量裝置、π方法及分析物質(zhì)的系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】移動(dòng)智能設(shè)備紅外光測(cè)量裝置、π方法及分析物質(zhì)的系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求享有2012年6月28日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?1/665，684的優(yōu)先權(quán)。該在先申請(qǐng)通過(guò)參考合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及紅外吸收光譜(infrared absorpt1n spectroscopy)，尤其涉及使用智能設(shè)備或者獨(dú)立手持移動(dòng)設(shè)備在移動(dòng)平臺(tái)上執(zhí)行紅外光譜溶液分析，該獨(dú)立手持移動(dòng)設(shè)備可以有線或無(wú)線連接到用于附加數(shù)據(jù)分析、傳輸和通信的智能設(shè)備或計(jì)算機(jī)。該設(shè)備和方法使得溶液樣品的遠(yuǎn)程和‘現(xiàn)場(chǎng)(field)’測(cè)試簡(jiǎn)單而有效，且具有分析和全球共享數(shù)據(jù)的能力。
【背景技術(shù)】
[0004]紅外吸收光譜是正在發(fā)展的技術(shù)，并且在很多領(lǐng)域(特別是醫(yī)學(xué)和執(zhí)法領(lǐng)域)的多種應(yīng)用中獲得了認(rèn)可。吸收光譜由于其專(zhuān)一性及其定量性質(zhì)在化學(xué)分析中是有用的。這種IR光譜(也稱(chēng)傅里葉變換紅外光譜)方法測(cè)量通過(guò)樣品傳輸?shù)募t外光的量。紅外光與有機(jī)和無(wú)機(jī)材料中的化學(xué)鍵相互作用，并且這種材料中的鍵將在不同頻率處吸收不同強(qiáng)度的紅外光。IR光譜儀記錄由材料吸收的紅外光，并以被稱(chēng)為紅外光譜的形式對(duì)其進(jìn)行顯示。紅外光譜區(qū)域范圍為從可見(jiàn)光譜的紅端大約650nm的波長(zhǎng)至光譜的微波區(qū)域大約1_的波長(zhǎng)。該波長(zhǎng)范圍可以進(jìn)一步分為近紅外(大約650nm至大約1400nm)、短紅外(大約140nm至大約3000nm)、中紅外(大約3000nm至大約8000nm)、長(zhǎng)紅外(大約8000nm至大約15000nm)以及遠(yuǎn)紅外(大于15000nm至大約Imm)。經(jīng)常地，此處描述的近IR和短IR范圍通常被稱(chēng)為具有大約650nm至大約3000nm范圍的“近IR”。紅外波長(zhǎng)經(jīng)常用被稱(chēng)為波數(shù)的單位來(lái)表示，表示為“cm—1”，其為一厘米中包含的波數(shù)。
[0005]發(fā)生在一定波長(zhǎng)或波數(shù)處的吸收帶或“峰”表示分子由于其化學(xué)鍵吸收了這些波長(zhǎng)處的IR光。因此，紅外光譜是通常用于通過(guò)分析分子的成分鍵來(lái)識(shí)別分子并量化其存在的技術(shù)。分子中的每個(gè)化學(xué)鍵在該鍵所特有的頻率處振動(dòng)。分子(例如，CH2)中的一組原子可具有由作為整體的組的伸展和彎曲運(yùn)動(dòng)引起的多個(gè)振蕩模式。如果振蕩導(dǎo)致分子中偶極的變化，那么其將吸收具有相同頻率的光子。大多數(shù)分子的振動(dòng)頻率對(duì)應(yīng)于紅外光的頻率。典型地，該技術(shù)用于研宄有機(jī)化合物，其使用表示中紅外光譜范圍從大約4000CHT1至大約400CHT1的光輻射。樣品中吸收的所有頻率的光譜被記錄。這可以用于獲得關(guān)于依據(jù)現(xiàn)有化學(xué)組的樣品組成以及其純度的信息(例如，濕樣將顯示大約3200CHT1的寬O-H吸收)。
[0006]當(dāng)分析合成及天然材料時(shí)，近IR吸收光譜最近已經(jīng)在谷物、草料、烘焙產(chǎn)品、面粉、飲料、飼料、藥物、乳制品、碳?xì)浠衔锖褪突ぎa(chǎn)品、精細(xì)化學(xué)品、放射性和有害物質(zhì)以及醫(yī)學(xué)成像和診斷的多個(gè)應(yīng)用中顯示出前所未有的工業(yè)成就。近紅外光譜的基本用途已經(jīng)用于過(guò)程控制、用于質(zhì)量評(píng)估、用于原材料和過(guò)程副產(chǎn)品的識(shí)別以及用于復(fù)雜混合物的化學(xué)定量分析。
[0007]為了評(píng)估存在于樣品中的分子和物質(zhì)的存在和數(shù)量，紅外光穿過(guò)該樣品。穿過(guò)該樣品的紅外光譜的強(qiáng)度提供定量信息(例如根據(jù)測(cè)量的光的峰值的大小)，并且由于沒(méi)有兩種化合物具有相同的原子組成，樣品中發(fā)生吸收的波長(zhǎng)的頻率識(shí)別某些化合物的存在，因此，基于物質(zhì)中的分子結(jié)構(gòu)和鍵，在組成材料的原子的鍵之間產(chǎn)生不同的振動(dòng)頻率，提供關(guān)于樣品中的物質(zhì)的定性信息。因此，IR測(cè)試提供存在于測(cè)試樣品中的物質(zhì)的分子“指紋”。通常，為了分析臨床樣本，產(chǎn)生紅外光譜數(shù)據(jù)和參考化驗(yàn)以用作校準(zhǔn)樣品。校準(zhǔn)樣品允許已知樣本的識(shí)別，并且校準(zhǔn)樣品的庫(kù)還可以用于識(shí)別測(cè)試樣品中的未知物質(zhì)。IR光譜已經(jīng)在其用途上不斷發(fā)展以檢測(cè)藥物(例如唾液中的可卡因)、檢測(cè)糖尿病病人的葡萄糖以及還檢測(cè)病人的生化變化，IR光譜可以用于檢測(cè)疾病。近紅外光譜還用于測(cè)試池塘和濕地中的各種化合物。
[0008]可以在以下出版物中發(fā)現(xiàn)關(guān)于相關(guān)領(lǐng)域的紅外光譜的附加信息，出版物中的每一個(gè)通過(guò)參考完全合并于此:T.D.RIDDER，*S.P.HENDEE 和 C.D.BROWN, NoninvasiveAlcohol Testing Using Diffuse Reflectance Near-1nfrared Spectroscopy， APPLIEDSPECTROSCOPY，59 卷，2 期，2005 ；Y.Katsumotoj D.Adachij H.Sato 和 Y.0zakij J.NearInfrared Spectrosc.10，85 (2002) ；Y.Katsumotoj D.Adachij H.Sato 和 Y.0zakij J.Near Infrared Spectrosc.10,85(2002)；以及 Eli S.Jacoby, Andrew T.Kicmanj PaulLaidler 和 Ray K.lies， Determinat1n of the Glycoforms of Human Chor1nicGonadotropin β -Core Fragment by Matrix-assisted Laser Desorpt1n/1nizat1nTime-of-Flight Mass Spectrometry ；David A Scott,Diane E.RenaudjSathyaKri shnasamy, Pinar Meric,Nurcan Budune Ii, Svetki CetinkalpjKan-ZhiLiujDiabetes—related molecular signatures in infrared spectra of humansaliva,Diabeto1gy&Metabolic Syndrome 2010，2:48.；Kerstin M.C.Hans, SusanneMuller，Markus W.Sigristj IrSens:Sensing cocaine in saliva employing aone-step extract1n and MIR spectroscopy， 在 http://www.nano-tera.ch/pdf/posters201 l/Q-Q-3-1.png寐得；R.Anthony Shaw 和 Henry H.Mantschj InfraredSpectroscopy in Clinical and Diagnostic Analysis， Encyclopedia of AnalyticalChemistry ；Svetlana Khaustovaj Maxim Shkumikowj Evgeny TonevitskyjViacheslavArtyushenko, Alexander TonevitskyjNoninvasive b1chemical monitoring ofphys1logical stress by Fourier Transform infrared saliva spectroscopy， TheRoyal Society of Chemistry，2010，2010 年 7 月第 16 期接收，2010 年 9 月第 29 期接受；Steve Barnett, White Paper Evaluat1n of Near-1R Wavelengths for the Detect1nof Glucose，Acetone 和 Ethanol in Saliva0
[0009]目前，可用于使用紅外光譜來(lái)檢測(cè)、量化和分析體液或其他環(huán)境樣品中的成分的設(shè)備和方法需要干燥樣品或者其他樣品操作、實(shí)驗(yàn)裝置(非便攜的或現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備)、或者從活體、對(duì)象組織等中測(cè)量。例如，US8309931涉及用于使用紅外光譜來(lái)診斷諸如膀胱疼痛綜合癥和間質(zhì)性膀胱炎之類(lèi)的疾病狀態(tài)的快速方法。然而，該方法需要收集樣品、在幻燈片上沉積一部分樣品、干燥該部分樣品以及收集IR光譜以識(shí)別與多種數(shù)據(jù)模型相比的測(cè)試對(duì)象的條件。US8406839涉及一種手持設(shè)備，用于測(cè)量血液或一部分對(duì)象(例如人或動(dòng)物)中的化合物的濃度以及氧飽和度的值。US5361758涉及一種非侵入性設(shè)備，用于測(cè)量活人或動(dòng)物的血液和組織中的葡萄糖和其它成分的濃度。US6236047還涉及用于確定活物中的血糖濃度的非侵入性方法。
[0010]在紅外光譜分析的領(lǐng)域中仍然缺少的是一種用于提供可以在遠(yuǎn)程位置(遠(yuǎn)離診所或?qū)嶒?yàn)室)的液體樣品中的臨床精度的設(shè)備和方法，因此，該設(shè)備和方法操作為隔離聚焦的單個(gè)或多個(gè)、窄的和寬的紅外光的帶寬，用于更準(zhǔn)確的識(shí)別和量化樣品中的化合物。本發(fā)明的設(shè)備和方法創(chuàng)建了將液體或溶液格式中的IR光譜樣品測(cè)試提供給移動(dòng)/手持設(shè)備平臺(tái)的能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所涉及的是一種整合有液體樣品測(cè)試端口和用于光譜分析的光譜儀的手持設(shè)備。所述紅外光譜儀可以可操作地連接至處理器，所述處理器可以是微處理器、計(jì)算機(jī)等。所述液體樣品測(cè)試端口優(yōu)選地非常接近所述光譜儀的所述紅外光源，以及所述手持設(shè)備優(yōu)選地能夠經(jīng)由無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)無(wú)線通信。