專利名稱：分光光度計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分光光度計，它用于通過測量樣品的吸收或熒光光譜來分析樣品并對樣品的特性進(jìn)行描述，尤其涉及當(dāng)分析樣品是在容器盤中作為該分光光度計的液態(tài)樣品的時候。
背景技術(shù)：
下面關(guān)于本發(fā)明背景的討論用于解釋本發(fā)明的來龍去脈。這并非要承認(rèn)，在任何權(quán)項的優(yōu)先權(quán)日期當(dāng)天，所引用的任何材料在澳大利亞都是已發(fā)表的、已知的或常識中的一部分。
通過待分析樣品光吸收的分光光度測量，可分析并描述樣品的特性。通過待分析樣品的熒光分光光度測量，也可分析并描述樣品的特性。
為了執(zhí)行樣品光吸收的分光光度測量，提供波長已經(jīng)過選擇的大體上為單色光(substantially monochromatic light)的光源，目的在于照明待分析樣品。通過提供諸如氙弧光燈或閃光燈這樣的連續(xù)譜光源并同時在連續(xù)譜光源和待分析樣品之間提供諸如光柵單色儀這樣的波長選擇裝置，可方便地獲得大體上為單色的光。還提供在大體上為單色的光穿過適當(dāng)?shù)臉悠啡萜髦械拇治鰳悠分髾z測并測量單色光的光強(qiáng)的裝置，以便可以測量待分析樣品的光吸收。
為了執(zhí)行樣品的熒光測量，相似地提供第一波長的大體上為單色光的光源，用于照明待分析樣品并使該樣品發(fā)光。照明待分析樣品的第一波長單色光被稱為激發(fā)光，并且被照明的待分析樣品所發(fā)射的光稱為發(fā)射光。提供從發(fā)射光中選擇出第二波長單色光的裝置，并且該光線發(fā)送到用于檢測和測量的光檢測設(shè)備。這種選擇裝置例如可以是在待分析樣品和光檢測設(shè)備之間的第二光柵單色儀。
在分光光度計中有用的光檢測設(shè)備包括光電倍增管、光電二極管以及電荷耦合器件。所有這些設(shè)備產(chǎn)生與到達(dá)該設(shè)備的光的量(即，每秒到達(dá)的光子數(shù))成正比的電信號。假設(shè)所檢測的光的量總是足夠地低以使檢測設(shè)備能夠正常運(yùn)行，那么這種光檢測設(shè)備具有的特點是，當(dāng)落在該設(shè)備上的光的量越少時信噪比就越小。在實踐中，分光光度計的設(shè)計保證所檢測的光的量總是保持足夠地低以便使該檢測設(shè)備能夠正常運(yùn)行。結(jié)果，當(dāng)盡可能多的可檢測光線到達(dá)檢測設(shè)備時實現(xiàn)最佳信噪比。
為了實現(xiàn)最佳信噪比，應(yīng)該用所要求的大體上為單色的光均勻照明待分析樣品，并且應(yīng)該在允許所有可用的單色光進(jìn)入樣品容器并與樣品相互作用的理想情況下實現(xiàn)這種均勻照明。任何沒有進(jìn)入樣品容器的光線都被浪費(fèi)了，因而測量的信噪比小于在其它情況下或許有的信噪比。相似地，同樣需要，穿過樣品或由被照明樣品發(fā)射的所感興趣的光線應(yīng)該被有效地收集并被發(fā)送到光檢測設(shè)備。任何沒有被收集并被發(fā)送到光檢測設(shè)備的所感興趣的光線都被浪費(fèi)了，并且測量的信噪比小于在其它情況下或許有的信噪比。
在被稱為“微型盤”或“容器盤”的設(shè)備的幫助下，待分析的液態(tài)樣品方便地被呈現(xiàn)給分光光度計。這些詞語是同義的，為了方便在這里使用詞語“容器盤”。容器盤由嚴(yán)格地安裝在陣列中的許多樣品容器組成。在分光光度計中相對于光路移動該陣列允許每個樣品依次被適當(dāng)?shù)膯紊庹彰?，使得所感興趣的光線可被檢測及測量。在吸收測量的情形中，所感興趣的光線會是已穿過樣品的光線。在熒光測量的情形中，所感興趣的光線會是由被照明的樣品所發(fā)射的光線。這樣的安排允許對大量單個的待分析樣品進(jìn)行迅速且方便的分析。被安排以這種方式運(yùn)行的分光光度計被稱為容器盤讀取器或微型盤讀取器。為了在面積固定的容器盤中提供盡可能多的樣品容器，通常使這種樣品容器的深度比寬度大許多。樣品容器的這種長而窄的配置在對容器中所裝樣品的照明方面引入了困難。在收集來自樣品的所感興趣的光線以用于檢測和測量方面同樣引入了困難。
例如，在現(xiàn)有技術(shù)的容器盤讀取器中，通常用在聚焦組件和焦點之間形成的錐形單色光來照明樣品。該焦點位于容器中低于樣品表面處。使錐形光的對角盡可能地大，從而使所提供的光的量最大。當(dāng)只有有限體積的樣品可用從而使樣品的表面低于容器頂部很多時，這種安排的局限性才變得明顯。當(dāng)焦點位置低于樣品的表面時，容器的頂部邊沿會遮擋旨在用于照明樣品的部分光線。
當(dāng)吸光率測量正在進(jìn)行時，容器頂部邊沿所造成的任何光線遮擋都不可避免地減小到達(dá)吸光率檢測器處的光的量，由此減小吸光率測量的信噪比。
當(dāng)熒光測量正在進(jìn)行時，熒光發(fā)射光的量正比于照明樣品的光的量，所以照明光的量的任何減小都不可避免地關(guān)聯(lián)到樣品的熒光發(fā)射光的量的減小。這一點又轉(zhuǎn)而減小熒光測量的信噪比。
用于收集熒光發(fā)射光的現(xiàn)有技術(shù)安排與剛描述過的用于照明的安排是一樣的。這一點導(dǎo)致了當(dāng)樣品表面遠(yuǎn)低于容器頂部時的熒光測量的另一缺點。熒光發(fā)射光的收集角所限定的光路被容器頂部所遮擋。因此，有效的收集角減小了。這一點減小了到達(dá)熒光檢測器的光的量，其減小因子與樣品照明的減小因子相似。這導(dǎo)致熒光測量的信噪比進(jìn)一步減小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有改進(jìn)了的靈敏度和靈活性的分光光度計，該分光光度計可用于檢測容器中所裝的液態(tài)樣品中的熒光、磷光和吸收。
因此，在本發(fā)明的第一方面中，提供了一種具有光學(xué)系統(tǒng)的分光光度計，該光學(xué)系統(tǒng)用于把單色光對準(zhǔn)到容器中的液態(tài)樣品中，該光學(xué)系統(tǒng)包括第一孔徑和第二孔徑以及用于在該容器外形成第一和第二孔徑的共軛圖像以便在兩個圖像之間建立單色光束區(qū)域的聚焦裝置，其中調(diào)節(jié)第一和第二孔徑的尺寸和形狀可以使所述光束區(qū)域具有與容器的內(nèi)部形狀相似的形狀，以及成像裝置，它用于使所述光束區(qū)域成像到與在該容器處容器的內(nèi)部尺寸相對應(yīng)的尺寸，以便使被成像的所述單色光束區(qū)域基本上照明所述容器中所有的液態(tài)樣品而同時該容器沒有遮擋被成像的所述光束區(qū)域的任何部分。
提供共軛圖像以建立形狀相似的光束區(qū)域的安排是“Kohler照明”共軛的一個示例。在系統(tǒng)中，這種安排提供具有最小能量損耗的最均勻的、有限強(qiáng)光照明。在共軛圖像之間形狀相似的區(qū)域也有利于提供濾光片、光圈以及起偏器等方便的插入，并允許使用較小的濾光片和起偏器，與較大的濾光片和起偏器相比它們通常性價比更高。
最好建立橫截面基本上不變的Kohler照明共軛區(qū)域，因為這樣的區(qū)域適合一般的在容器盤中的容器的內(nèi)部形狀，即，這樣的區(qū)域適合具有平行的內(nèi)壁且深度大于寬度的容器。然而，倘若Kohler照明共軛區(qū)域的三維形狀取決于建立該區(qū)域的兩個孔徑的圖像的形狀和尺寸而這轉(zhuǎn)而取決于第一和第二孔徑的形狀和尺寸，則應(yīng)該理解，可改變那些孔徑的形狀和尺寸以便建立Kohler照明共軛區(qū)域，該區(qū)域經(jīng)適當(dāng)?shù)匦螤罡淖兛蛇m合于形狀不同的容器。例如，對于有內(nèi)向錐形內(nèi)壁的容器，可通過適當(dāng)?shù)馗淖兊谝缓偷诙讖降男螤詈统叽鐏斫⑿螤顬榻仡^圓錐體的Kohler照明共軛區(qū)域。
本發(fā)明的一個特定的優(yōu)點(在下文中會進(jìn)行更為詳細(xì)的描述)在于它允許對容器中的待分析樣品進(jìn)行精確的測量，盡管樣品并未注滿該容器。
用于提供Kohler照明共軛區(qū)域的聚焦裝置最好是遠(yuǎn)心反射鏡(即，在其中主光線是彼此平行的)。
用于縮小Kohler照明共軛區(qū)域并把該區(qū)域成像(即，耦合)到容器空間中的成像裝置最好是偏軸橢圓體反射鏡。該反射鏡在光學(xué)系統(tǒng)中執(zhí)行縮小體積成像。它把單色光束的三維區(qū)域縮小到例如384個多容器的盤中的一個容器中而沒有受容器內(nèi)壁的截短。這種體積共軛成像提供兩個主要的優(yōu)點。首先，基本上在容器中的所有液態(tài)樣品都用有限的強(qiáng)光加以均勻照明，因為體積成像把Kohler照明共軛耦和到容器空間中。其次，聚焦對樣品在容器中的高度不敏感，因為容器中的光束基本上是圓柱形或長方體形(取決于孔徑的形狀)，該光束在容器的整個深度中照明樣品而其光強(qiáng)變化極小。
用于提供單色光的裝置最好是單色儀，在這種情形中第一孔徑是單色儀的入射狹縫，第二孔徑是單色儀的衍射光柵的孔徑。或者，用于提供單色光的裝置可以是光學(xué)帶通濾光片，且第一和第二孔徑是在該濾光片的每個側(cè)面上適當(dāng)?shù)目讖健；蛘呤抢忡R，同樣具有適當(dāng)?shù)目讖揭蕴峁┑谝缓偷诙讖健?br> 分光光度計會包括檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以是用于吸光率測量的系統(tǒng)，即用于檢測從液態(tài)樣品中出來的、例如穿過容器的透明底部的單色光束的剩余光線。
或者，檢測系統(tǒng)可用于熒光和/或磷光測量。根據(jù)本發(fā)明的分光光度計可包括針對吸收的檢測系統(tǒng)以及針對熒光/磷光測量的檢測系統(tǒng)。
熒光/磷光檢測系統(tǒng)最好包括一光學(xué)系統(tǒng)(后文中稱為發(fā)射光學(xué)系統(tǒng))，在該光學(xué)系統(tǒng)中成像裝置執(zhí)行容器體積的放大體積成像，以建立橫截面基本上不變的發(fā)射光區(qū)域，在光線前進(jìn)的方向上該區(qū)域被建立在容器中液態(tài)樣品的底部的圖像和容器中液態(tài)樣品的頂部表面的圖像之間，并具有例如大約1∶3的橫向放大。該區(qū)域允許最小物理尺寸的發(fā)射濾光片、起偏器以及光圈插入發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)中。
發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)最好包括聚焦裝置，例如遠(yuǎn)心反射鏡，用于把所述三維發(fā)射光區(qū)域轉(zhuǎn)移到發(fā)射單色儀中。這種聚焦裝置對與發(fā)射單色儀的出射狹縫共軛的容器底部表面的圖像進(jìn)行重新成像，并且對與發(fā)射單色儀的光柵孔徑共軛的容器頂部表面的圖像進(jìn)行重新成像。這種安排遵循Kohler照明共軛示例(前面描述過)并保證來自容器中的液態(tài)樣品的發(fā)射在該發(fā)射光路中，可以用最大化的收集能力和最小的能量損失來收集。針對容器中不同位置處所發(fā)射的光線，上述這種安排也能使收集能力的變化達(dá)到最小。
根據(jù)本發(fā)明的分光光度計的優(yōu)點在于，針對特定類型的容器盤(例如具有384個容器的容器盤)已達(dá)到最優(yōu)化的該分光光度計的光學(xué)系統(tǒng)可輕易被修改，以測量不同類型的容器盤(例如具有1536個容器的容器盤)，在這些不同類型的容器盤中，容器具有不同的深度寬度比。簡單地把一對適當(dāng)?shù)墓馊Σ迦爰ぐl(fā)光學(xué)裝置的橫截面不變的區(qū)域中，可使光束尺寸適合于諸如具有1536個容器的容器盤中直徑較小的容器。該配置也適合于吸收測量。
本發(fā)明包括一種分光光度計，該分光光度計在發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)中提供Kohler照明共軛區(qū)域(正如剛描述過的)，同時在激發(fā)光學(xué)系統(tǒng)中提供有或沒有相似的Kohler照明共軛區(qū)域。從而，根據(jù)第二方面，本發(fā)明提供一種分光光度計，它包括光源、樣品位置、激發(fā)光學(xué)系統(tǒng)，它用于把從光源中取得的單色光的光束對準(zhǔn)位于樣品位置處的容器內(nèi)所包含的液態(tài)樣品，以及發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)和檢測器，發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)用于在單色光的光束與液態(tài)樣品相互作用之后把從液態(tài)樣品發(fā)射的光線對準(zhǔn)到檢測器，
發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)包括(i)成像系統(tǒng)，它用于提供容器的底部表面的圖像以及在容器中的液態(tài)樣品的頂部表面的圖像，由此在容器外、兩個圖像之間建立發(fā)射光區(qū)域，該區(qū)域具有與容器的內(nèi)部形狀相似的形狀，(ii)聚焦裝置以及用于從發(fā)射光中提供單色光的裝置，聚焦裝置用于把形狀相似的發(fā)射光區(qū)域聚焦到用于提供單色光的裝置上，檢測器被安排用來檢測單色發(fā)射光，該光線來自提供這種光線的裝置。
對于一般形狀的容器，即內(nèi)壁平行且深度大于寬度的容器，形狀相似的發(fā)射光區(qū)域會具有基本上不變的橫截面。如果容器的內(nèi)壁空間形狀是圓柱形，那么所述發(fā)射光區(qū)域的相似形狀會是圓柱形。
用于把容器體積放大并成像以建立所述的形狀相似的發(fā)射光區(qū)域的成像裝置最好是偏軸橢球體反射鏡。聚焦裝置最好是遠(yuǎn)心反射鏡，以及用于提供單色發(fā)射光的裝置最好是單色儀，盡管可以用棱鏡或光學(xué)帶通濾光片來代替單色儀。
為了更好地理解本發(fā)明并示出它是如何被實行的，現(xiàn)在參照附圖將對本發(fā)明的一較佳實施例進(jìn)行描述，該實施例僅作為非限制性的示例。


圖1A和1B示意性地示出了用于照明容器中的樣品的現(xiàn)有技術(shù)狹縫或光柵成像。
圖2A和2B示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明在一實施例中發(fā)生在樣品容器內(nèi)的狹縫或光柵成像。
圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的兩個方面的較佳實施例的分光光度計。
具體實施例方式
根據(jù)一較佳的實施例，分光光度計包括光源、樣品位置、以及光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)用于把從光源中取得的單色光的光束對準(zhǔn)位于樣品位置處的容器內(nèi)所裝的液態(tài)樣品，該容器具有內(nèi)部形狀，該光學(xué)系統(tǒng)包括(i)入射孔徑，它用于獲取單色光的光束，跟隨其后的是與用于提供單色光的裝置聯(lián)合的第二孔徑，(ii)聚焦裝置，它用于提供入射孔徑和第二孔徑的共軛圖像，由此在共軛圖像之間建立了單色光的光束區(qū)域，該光束區(qū)域具有由共軛圖像的形狀和尺寸所確定的特定形狀，以及(iii)成像裝置，它用于縮小特定形狀的光束區(qū)域并使該光束區(qū)域成像到容器中以與該容器內(nèi)的液態(tài)樣品相互作用，其中光束區(qū)域的特定形狀與容器的內(nèi)部形狀相符以使基本上所有液態(tài)樣品都被均勻地照明而同時該容器沒有遮擋光束的任何部分，該分光光度計進(jìn)一步包括用于在單色光束與液態(tài)樣品相互作用之后檢測來自該液態(tài)樣品的光的檢測系統(tǒng)。
下面的圖例清單適用于圖1A和1B、圖2A和2B以及圖31是激發(fā)衍射光柵28的第二圖像2是激發(fā)單色儀29的入射狹縫46的第二圖像3是目標(biāo)容器4(未使用)5鄰近目標(biāo)容器3的容器6(未使用)7是用于吸收檢測器8的光學(xué)器件8是吸收檢測器9是偏軸橢圓體反射鏡10是大平面反射鏡11分離器是主光束分離器12是用于熒光參考檢測器16的光束分離器分離器13是第一衰減器14是用于熒光參考檢測器16的曲面反射鏡15是第二衰減器
16是熒光參考檢測器17是用于吸光率參考檢測器23的光束分離器分離器18指出激發(fā)單色儀29的入射狹縫16的第一圖像的位置19是激發(fā)起偏器20是激發(fā)濾光片21指出激發(fā)單色儀29的激發(fā)衍射光柵28的刻線表面的第一圖像位置22是用于吸光率參考檢測器23的曲面反射鏡23是吸光率參考檢測器24是聚焦反射鏡(激發(fā))25是平面反射鏡(光源光學(xué)器件)26是透鏡(光源光學(xué)器件)27是氙弧光閃光燈28是激發(fā)單色儀29的激發(fā)衍射光柵的刻線表面29是激發(fā)單色儀30是激發(fā)單色儀29的準(zhǔn)直反射鏡31是激發(fā)單色儀29的聚焦反射鏡32是發(fā)射單色儀34的準(zhǔn)直反射鏡33是發(fā)射單色儀34的聚焦反射鏡34是發(fā)射單色儀35是發(fā)射單色儀34的發(fā)射衍射光柵的刻線表面36是用于發(fā)射檢測器37的曲面反射鏡37是發(fā)射檢測器38是聚焦反射鏡(發(fā)射)39指出目標(biāo)容器3的頂部的圖像的位置40是發(fā)射濾光片41是發(fā)射起偏器42指出目標(biāo)容器3的底部的圖像的位置43(未使用)44(未使用)
45是用于吸光率參考檢測器23的衰減器46是激發(fā)單色儀29的入射狹縫47是激發(fā)單色儀29的出射狹縫48是發(fā)射單色儀34的入射狹縫49是發(fā)射單色儀34的出射狹縫。
根據(jù)本發(fā)明一實施例的分光光度計的光通量取決于單色儀的兩個孔徑入射狹縫的孔徑和光柵的孔徑，或這一對孔徑的共軛圖像。系統(tǒng)通量可計算如下Tsys＝As×Ag/F2或Tsys＝Asi×Agi/L2其中As-入射狹縫的孔徑面積Ag-光柵的孔徑面積F-單色儀的焦距Asi-入射狹縫的孔徑的圖像面積Agi-光柵的孔徑的圖像面積L-兩個圖像之間的距離在容器盤讀出器中的容器的頂部孔徑和底部孔徑限制了向容器提供的或從容器中收集的最大光通量。容器的最大通量可計算如下Twell＝At×Ab/D2其中At-容器的頂部孔徑面積Ab-容器的底部孔徑面積D-容器的深度當(dāng)系統(tǒng)的通量適當(dāng)?shù)嘏c容器的最大通量相匹配(即Tsys＝Twell)時，實現(xiàn)了最佳的系統(tǒng)效率。但是，如果Tsys＞Twell，則來自系統(tǒng)的部分通量就浪費(fèi)了。如果Tsys＜Twell，則容器的體積沒有完全照明。
在本發(fā)明中，系統(tǒng)已達(dá)到最佳的效率，即Tsys＝Twell。
在圖1A中，現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生了激發(fā)單色儀的入射狹縫的第二圖像2，該第二圖像2位于容器3的頂部并且其尺寸基本上與容器3底部的尺寸相同。激發(fā)單色儀的光柵的第二圖像1位于到入射狹縫的第二圖像2的距離為容器3的深度的兩倍處。根據(jù)最佳的條件Tsys＝Twell，激發(fā)光學(xué)系統(tǒng)的整個通量都可轉(zhuǎn)移到容器3中，并且來自整個容器3的發(fā)射可被發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)收集。但是在圖1B中，當(dāng)容器3的底部向入射狹縫的第二圖像2靠得更近時，容器3的頂部孔徑會遮擋從容器3出來的一部分激發(fā)光學(xué)系統(tǒng)的通量。因此，甚至是在條件Tsys＝Twell得到滿足時，圖1的幾何光學(xué)仍然不是很有效的。
在圖2A中，如圖3所示的根據(jù)本發(fā)明一實施例的分光光度計的光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生激發(fā)單色儀29的入射狹縫46的第二圖像2，該第二圖像2位于容器3的頂部并且其尺寸基本上與容器3的底部的尺寸相同。激發(fā)單色儀29的光柵28的第二圖像1位于到入射狹縫46的第二圖像2的距離基本上等于容器3的深度處。根據(jù)最佳的條件Tsys＝Twell，激發(fā)光學(xué)系統(tǒng)的整個通量可被轉(zhuǎn)移到容器3中，并且來自整個容器3的發(fā)射可被發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)收集。在圖2B中，當(dāng)容器3的底部向入射狹縫46的第二圖像2靠得更近時，容器3的頂部孔徑并不遮擋系統(tǒng)通量的任何一部分。因此，在圖2A和2B中的幾何光學(xué)比圖1A和1B中所示的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)更有效。此外，根據(jù)本發(fā)明一實施例的容器盤讀出器能夠有效地起作用，甚至當(dāng)樣品僅填充了目標(biāo)容器3的一小部分的時候。
現(xiàn)在參照圖3，由包括透鏡26和平面反射鏡25的光源光學(xué)器件將來自光源27(最好是氙閃光燈)的光線聚焦到激發(fā)單色儀29的入射狹縫46上。從狹縫46中出來的光線落在準(zhǔn)直反射鏡30上并由此變?yōu)榛旧掀叫械墓馐?，該平行光束落在衍射光柵的刻線表面28上。來自刻線表面28的散射光到達(dá)聚焦反射鏡31并且使光線聚焦，該聚焦在激發(fā)單色儀29的出射狹縫47處形成入射狹縫46的基本上單色的圖像。從出射狹縫47出來的單色光落在聚焦裝置24上，例如遠(yuǎn)心反射鏡24。在Kohler照明組合中，反射鏡24形成刻線表面28的圖像21以及入射狹縫46的圖像18。根據(jù)本發(fā)明，入射狹縫46和光柵28的孔徑組成了第一孔徑和第二孔徑。如果需要的話，濾光片20和/或起偏器19可有利地放置在圖像21和18之間光束寬度基本上不變的區(qū)域中(注意，盡管參照圖中的18和21示出了光闌，但是在僅包括在位置18和21處分別建立的圖像的實施例中，這樣的光闌不是必需的)。在21和18之間較小尺寸的窄光束區(qū)域允許使用尺寸較小的濾光片或起偏器，與之相應(yīng)的是成本的節(jié)省。
來自圖像18的光線落在第一光束分離器分離器17上。從第一光束分離器分離器17反射出該光線的一部分，并通過衰減器45到達(dá)曲面反射鏡22上，曲面反射鏡22使該部分的光線聚焦，該聚焦在吸光率參考檢測器23上形成刻線表面28的圖像。來自參考檢測器23的電信號用作吸光率測量的參考，從而補(bǔ)償在光源27的強(qiáng)度中的變化。來自圖像18的第二部分光線穿過第一光束分離器17并落在第二光束分離器12上。該第二部分光線中的第一部分被第二光束分離器12反射，然后穿過第一衰減器13并落在曲面反射鏡14上，曲面反射鏡14反射該第二部分光線中的第一部分，然后使該光線穿過第二衰減器15并使之在熒光參考檢測器16上聚焦。該第二部分光線中的第二個部分穿過第二光束分離器12并落在第三光束分離器11上(主光束分離器)。
從第三或主光束分離器11反射的光線落在大平面反射鏡10上并從該處反射到偏軸橢圓體反射鏡9上，反射鏡9把光線聚焦到目標(biāo)容器3中，正如之前參照圖2B所解釋的那樣。根據(jù)本發(fā)明，偏軸橢圓體反射鏡9組成成像裝置。
吸光率測量吸收檢測器光學(xué)器件7使從目標(biāo)容器3的透明底座出來的光線聚焦到吸光率檢測器8上。來自吸光率檢測器8的電信號連同來自吸光率參考檢測器23的電信號一起用來產(chǎn)生目標(biāo)容器3中的測試溶液(未示出)的吸光率測量。
熒光/磷光測量如果當(dāng)如上所述被照明時目標(biāo)容器3中的測試溶液發(fā)出熒光，則從樣品所發(fā)射的光線中收集到的以熒光的形式發(fā)射的光線沿相同的路徑而行，但是與如上所述的光線從主光束分離器11到目標(biāo)容器3的方向相反。以熒光的形式發(fā)射的光線的一部分穿過主光束分離器11，并形成目標(biāo)容器3的底部的圖像42和目標(biāo)容器3的頂部的圖像39。在圖像42和39之間的窄發(fā)射光束區(qū)域形成Kohler照明組合，如之前針對在圖像21和18之間的激發(fā)光束所描述的那樣。同樣，如果需要的話，濾光片40和/或起偏器41可有利地放置在圖像42和39之間的窄發(fā)射光束區(qū)域中(注意，盡管參照圖中的42和39示出了光闌，但是在僅包括在位置42和39處分別建立的圖像的本發(fā)明的實施例中，這樣的光闌不是必需的)。較小尺寸的窄發(fā)射光束區(qū)域允許使用尺寸較小的濾光片或起偏器，與之相應(yīng)的是成本的節(jié)省。
來自圖像39的光線落在聚焦反射鏡38上，例如一遠(yuǎn)心反射鏡，該聚焦反射鏡38使光線聚焦到發(fā)射單色儀34的入射狹縫48上。從狹縫48出來的光線落在準(zhǔn)直反射鏡32上，由此變?yōu)榛旧掀叫械墓馐?，該光束落在發(fā)射單色儀34的衍射光柵的刻線表面35上。來自刻線表面35的散射光到達(dá)聚焦反射鏡33并且聚焦反射鏡33使該光線聚焦，該聚焦在發(fā)射單色儀34的出射狹縫49處形成入射狹縫48的單色圖像。從出射狹縫49出來的單色光落在聚焦反射鏡36上并且聚焦反射鏡36使該光線聚焦到熒光探測器37上。來自熒光探測器37的電信號連同來自熒光參考探測器16的電信號一起產(chǎn)生在目標(biāo)容器3中的測試溶液(未示出)的熒光測量。當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的一分光光度計的實施例用以按上面的描述來實現(xiàn)以熒光形式發(fā)射的光線的測量時，樣品最好放在底部不透明的容器中，以防止來自吸光率光學(xué)器件7和檢測器8的光線反射到反射鏡9上從而最終進(jìn)入發(fā)射單色儀34并成為該單色儀34中一個潛在的雜散光來源。然而，使用底部透明的容器并在同一樣品上做出吸光率和熒光測量是可行的。這種測量的可用性受限于這樣的事實，有足夠的濃度以給出有用的吸光率信號的熒光樣品通常會產(chǎn)生過強(qiáng)的熒光信號。
根據(jù)本發(fā)明的分光光度計的測試結(jié)果對于分析工具而言，檢測極限是衡量其價值的重要數(shù)字。檢測極限定義為在指定條件下能以指定的可信度被檢測的指定物質(zhì)的濃度。檢測極限通常指定為這樣的濃度，該濃度給出這樣的一個信號，該信號等于從對不含指定物質(zhì)的樣品的一系列測量中得到的信號的標(biāo)準(zhǔn)偏差的三倍。檢測極限越低越好。
本發(fā)明的優(yōu)點是對于并未完全注滿容器盤中的容器的樣品所測量出的檢測極限優(yōu)于在現(xiàn)有技術(shù)中所發(fā)現(xiàn)的那些檢測極限。關(guān)于這一點，正如已經(jīng)解釋過的那樣，原因是較好的信噪比，該信噪比來自于對這種樣品更有效地照明以及對這種樣品以熒光形式發(fā)射的光線進(jìn)行更有效地收集。
作為通過使用根據(jù)本發(fā)明的一分光光度計而實現(xiàn)的檢測極限的改進(jìn)的說明，表格1示出了從測試溶液的熒光測量結(jié)果中計算出的熒光素的檢測極限，該測試溶液每升包含10皮摩爾的熒光素并使用第一、現(xiàn)有技術(shù)容器盤讀取器(與圖1相對應(yīng))以及第二、與圖2相對應(yīng)的容器盤讀取器。在每種情形中，測試溶液放置在具有384個容器的容器盤中的一個容器3內(nèi)，使用50/50光束分離器11并使用30個閃光的10個周期來作出測量。當(dāng)使用100微升的測試溶液的樣品時，容器幾乎注滿并且檢測極限對每個儀器都是一樣的。當(dāng)樣品體積減小到50微升時，容器3大約僅為半滿。根據(jù)本發(fā)明一實施例的分光光度計儀器的檢測極限惡化了一個大小為2的因子，但是現(xiàn)有技術(shù)儀器的檢測極限惡化了一個大小為6的因子。這說明了在體積有限的樣品溶液中所感興趣的物質(zhì)的低濃度測量方面，本發(fā)明優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)。
理論上的考慮指出使被照明的樣品的體積減小一個大小為2的因子應(yīng)該使信噪比(從而使檢測極限)惡化一個大小為2的因子，如果樣品被完全照明并且以熒光的形式發(fā)射的光線的收集保持不變的話。就根據(jù)本發(fā)明一實施例的分光光度計儀器而言，觀察到了在檢測極限中的這種大小為2的惡化因子，然而，就現(xiàn)有技術(shù)的儀器而言，惡化是很糟糕的(惡化因子大小為6而不是2)。

表格1 在具有384個容器的容器盤中的熒光素檢測極限應(yīng)該理解，在上述中若涉及單色儀的地方，單色儀都可由光學(xué)濾光片替代，或者光學(xué)濾光片可與單色儀一起使用。此外，應(yīng)該理解，任何單色儀可以是兩個或單個。同樣應(yīng)該理解，本發(fā)明并不限于使用如圖3所示的特定類型的單色儀以說明本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)。應(yīng)該理解本發(fā)明同樣可應(yīng)用于使用其它類型的單色儀的光學(xué)系統(tǒng)。
除了那些特定的描述外，此文所描述的本發(fā)明是容許變化、修改和/或補(bǔ)充的。應(yīng)該理解，本發(fā)明包括所有這些落在權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)的變化、修改和/或補(bǔ)充。
權(quán)利要求
1.一種具有一光學(xué)系統(tǒng)的分光光度計，所述光學(xué)系統(tǒng)用于把大體上為單色的光束對準(zhǔn)到容器中的液態(tài)樣品中，所述光學(xué)系統(tǒng)包括第一孔徑和第二孔徑以及用于在所述容器外形成所述第一和第二孔徑的共軛圖像以便在所述兩個圖像之間建立單色光束區(qū)域的聚焦裝置，其中改變所述第一和第二孔徑的尺寸和形狀以便使所述光束區(qū)域具有與所述容器的內(nèi)部形狀相似的形狀，以及成像裝置，它用于使所述光束區(qū)域成像到與在所述容器處容器的內(nèi)部尺寸相對應(yīng)的尺寸，以便使被成像的所述單色光束區(qū)域基本上照明所述容器中所有的液態(tài)樣品而同時所述容器沒有遮擋被成像的所述光束區(qū)域的任何部分。
2.如權(quán)利要求1所述的分光光度計，其特征在于，所述第一和第二孔徑的共軛圖像基本上尺寸相同，由此所述光束區(qū)域具有基本上不變的橫截面。
3.如權(quán)利要求1或2所述的分光光度計，其特征在于，用于提供所述第一和第二孔徑的共軛圖像的聚焦裝置是遠(yuǎn)心反射鏡。
4.如權(quán)利要求1到3中任意一條所述的分光光度計，其特征在于，用于把所述光束區(qū)域成像到所述容器中的成像裝置是偏軸橢圓體反射鏡。
5.如權(quán)利要求1到4中任意一條所述的分光光度計，其特征在于，所述分光光度計包括用于提供所述大體上為單色的光束的單色儀，由此所述第一孔徑是所述單色儀的入射狹縫并且所述第二孔徑是所述單色儀中衍射光柵的孔徑。
6.一種分光光度計，其特征在于，所述分光光度計包括光源、樣品位置、以及光學(xué)系統(tǒng)，它用于把從所述光源中取得的大體上為單色的光束對準(zhǔn)位于所述樣品位置處的容器內(nèi)所裝的液態(tài)樣品，所述容器具有內(nèi)部形狀，所述光學(xué)系統(tǒng)包括(i)入射孔徑，它用于獲取所述大體上為單色的光束，跟隨其后的是與用于提供所述大體上為單色的光線的裝置聯(lián)合的第二孔徑，(ii)聚焦裝置，它用于提供所述入射孔徑和第二孔徑的共軛圖像，由此在所述共軛圖像之間建立了大體上為單色的光束區(qū)域，所述光束區(qū)域具有由所述共軛圖像的形狀和尺寸所確定的特定形狀，以及(iii)成像裝置，它用于縮小所述特定形狀的光束區(qū)域并使所述光束區(qū)域成像到所述容器中以與所述容器內(nèi)的液態(tài)樣品相互作用，其中所述光束區(qū)域的特定形狀與所述容器的內(nèi)部形狀相符以便使基本上所有所述液態(tài)樣品都被均勻地照明而同時所述容器沒有遮擋所述光束的任何部分，所述分光光度計進(jìn)一步包括用于在所述大體上為單色的光束與所述液態(tài)樣品相互作用之后檢測來自所述液態(tài)樣品的光的檢測系統(tǒng)。
7.一種分光光度計，其特征在于，所述分光光度計包括光源、樣品位置、激發(fā)光學(xué)系統(tǒng)，它用于把從所述光源中取得的大體上為單色的光束對準(zhǔn)位于所述樣品位置處的容器內(nèi)所裝的液態(tài)樣品，以及發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)和檢測器，所述發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)用于在所述大體上為單色的光束與所述液態(tài)樣品相互作用之后把從所述液態(tài)樣品發(fā)射的光線對準(zhǔn)到所述檢測器，所述發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)包括(i)成像系統(tǒng)，它用于提供所述容器的底部表面的圖像以及在所述容器中的液態(tài)樣品的頂部表面的圖像，由此在所述容器外、所述圖像之間建立所述發(fā)射光區(qū)域，所述區(qū)域具有與所述容器的內(nèi)部形狀相似的形狀，(ii)聚焦裝置以及用于從所述發(fā)射光中提供大體上為單色的光線的裝置，所述聚焦裝置用于把形狀相似的發(fā)射光區(qū)域聚焦到用于提供大體上為單色的光線的裝置上，所述檢測器被安排用來檢測所述大體上為單色的發(fā)射光，該光線來自提供這種光線的裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的分光光度計，其特征在于，所述形狀相似的發(fā)射光區(qū)域具有基本上不變的橫截面。
9.如權(quán)利要求7或8所述的分光光度計，其特征在于，用于提供所述圖像以建立形狀相似的發(fā)射光區(qū)域的成像裝置是偏軸橢圓體反射鏡。
10.如權(quán)利要求7到9中任意一條所述的分光光度計，其特征在于，所述聚焦裝置是遠(yuǎn)心反射鏡。
11.如權(quán)利要求7到10中任意一條所述的分光光度計，其特征在于，用于提供所述大體上為單色的發(fā)射光的裝置是單色儀。
12.如權(quán)利要求1到5中任意一條所述的分光光度計，其特征在于，所述分光光度計包括發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)以及用于檢測來自所述液態(tài)樣品的熒光或磷光發(fā)射光的檢測器，所述發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)包括(i)成像系統(tǒng)，它用于提供所述容器的底部表面的圖像以及在所述容器中的液態(tài)樣品的頂部表面的圖像，由此在所述容器外、在所述容器的圖像和所述液態(tài)樣品的圖像之間建立所述發(fā)射光區(qū)域，所述區(qū)域具有與所述容器的內(nèi)部形狀相似的形狀，(ii)聚焦裝置以及用于從所述發(fā)射光中提供大體上為單色的光線的裝置，所述聚焦裝置用于把形狀相似的發(fā)射光區(qū)域聚焦到用于提供大體上為單色的光線的裝置上，所述檢測器被安排用來檢測所述大體上為單色的發(fā)射光，該光線來自提供這種光線的裝置。
13.如權(quán)利要求12所述的分光光度計，其特征在于，所述形狀相似的發(fā)射光區(qū)域具有基本上不變的橫截面。
14.如權(quán)利要求12或13所述的分光光度計，其特征在于，用于提供所述圖像以建立形狀相似的發(fā)射光區(qū)域的成像裝置是偏軸橢圓體反射鏡。
15.如權(quán)利要求12到14中任意一條所述的分光光度計，其特征在于，用于供發(fā)射光聚焦的裝置是遠(yuǎn)心反射鏡。
16.如權(quán)利要求12到15中任意一條所述的分光光度計，其特征在于，用于提供所述大體上為單色的光線的裝置是單色儀。
全文摘要
一種具有一光學(xué)系統(tǒng)的分光光度計，該光學(xué)系統(tǒng)用于把大體上為單色的激發(fā)光束對準(zhǔn)在容器盤的一個容器(3)中所裝的液態(tài)樣品，使得該光束與該樣品相互作用并測量吸收或發(fā)射，從而分析該樣品。該光學(xué)系統(tǒng)包括用于在容器外建立Kohler照明區(qū)域的兩個孔徑(46，28)，該區(qū)域是在兩個孔徑的共軛圖像(18，21)之間的激發(fā)光束區(qū)域。然后，這個激發(fā)光束區(qū)域被縮小并成像(10，9)到容器(3)中。本發(fā)明規(guī)定Kohler照明區(qū)域的形狀要與容器空間的形狀相對應(yīng)，使得所有的液態(tài)樣品都被均勻照明而容器并沒有遮擋照明激發(fā)光束的任何部分。本發(fā)明的優(yōu)點在于激發(fā)光束的Kohler照明區(qū)域便于將濾光片(20)、光圈以及起偏器(19)插入激發(fā)光學(xué)系統(tǒng)中并允許使用較小的從而更便宜的濾光片和起偏器。同樣本發(fā)明提供來自容器中液態(tài)樣品的精確的吸收和發(fā)射測量，盡管樣品可能僅部分地注滿該容器。
文檔編號G01J3/42GK1771429SQ200480009454
公開日2006年5月10日 申請日期2004年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月27日
發(fā)明者孫寅生, M·K·馬斯特斯 申請人:美國瓦里安澳大利亞有限公司