一種基于導(dǎo)光毛細(xì)管的光度分析儀及其檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光度分析儀及其檢測方法，特別涉及一種基于導(dǎo)光毛細(xì)管的光度分析儀及其檢測方法，可用于液體和氣體樣品的吸光度測試。
【背景技術(shù)】
[0002]吸光度是重要的材料特性參數(shù)，測試樣品的吸光度可以獲知樣品的成份和濃度等相關(guān)信息，并且光學(xué)檢測具有抗電磁干擾和快速響應(yīng)的特點(diǎn)。因此，基于吸光度檢測的分光光度計(jì)(或稱比色計(jì))，廣泛用于生化分析領(lǐng)域。對于分光光度計(jì)或比色計(jì)，測試時(shí)需要將待測樣品和標(biāo)準(zhǔn)樣品分別置于不同的比色皿中，通過更換比色皿進(jìn)行對比測試(Sensorsand Actuators B，191,561-566(2014))。因此，現(xiàn)有的測試方法，通常需要來回更換比色皿，使得測試時(shí)間增加、測試精度降低。此外，為了提高測試精度，需要增加比色皿的厚度(即增加樣品對探測光的吸收長度)，這使得比色皿的體積增大、需要的樣品量也增多。專利CN201210105716.9雖然公開了把毛細(xì)管用于比色分析領(lǐng)域，但是存在以下問題:光源穿過毛細(xì)管時(shí)，光源可能隨著光路距離的增加，光源會發(fā)散而穿出毛細(xì)管；也可能操作時(shí)入射光光路偏移毛細(xì)管中心線，光源穿出毛細(xì)管，此時(shí)將會嚴(yán)重降低測試精度。發(fā)明人對液體樣品的檢測有著深入研究[Appl.Phys.Lett.，102，163701 (2013)]，從而啟發(fā)了本發(fā)明的產(chǎn)生。
[0003]因此設(shè)計(jì)研發(fā)新的吸光度測試方法，簡化測試系統(tǒng)、縮短測試時(shí)間、減少樣品需求量、并提高檢測精度，是本發(fā)明的創(chuàng)研動機(jī)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種不需要來回更換盛液槽、增加樣品對探測光的吸收長度且能減小檢測儀器體積、樣品需求量小、光通量高、檢測精度高的基于導(dǎo)光毛細(xì)管的光度分析儀及其檢測方法。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0006]一種基于導(dǎo)光毛細(xì)管的光度分析儀，包括光源、光探測器、導(dǎo)光毛細(xì)管，其特征是:所述導(dǎo)光毛細(xì)管的側(cè)壁可以反射光波，所述光源發(fā)射的探測光束經(jīng)導(dǎo)光毛細(xì)管側(cè)壁反射被約束在導(dǎo)光毛細(xì)管中傳輸，光探測器接收從導(dǎo)光毛細(xì)管中射出的探測光束；所述導(dǎo)光毛細(xì)管一端設(shè)有樣品入口，所述導(dǎo)光毛細(xì)管另一端設(shè)有樣品出口，待測樣品流經(jīng)導(dǎo)光毛細(xì)管。該分析儀利用導(dǎo)光毛細(xì)管來引導(dǎo)探測光束和待測樣品的傳輸，增加了探測光束通過樣品的長度，提高了檢測精度；此外，由于導(dǎo)光毛細(xì)管的內(nèi)部體積很小，需要的樣品量也很少，因此可以進(jìn)行樣品的快速切換，從而縮短測試時(shí)間、減少信號漂移、提高檢測精度。
[0007]本發(fā)明涉及的基于導(dǎo)光毛細(xì)管的光度分析儀，還具有以下附屬技術(shù)特征:
[0008]所述毛細(xì)管的形狀可以是彎曲的、直的或彎曲的與直的結(jié)合的任一種；本發(fā)明所述的毛細(xì)管，無論是直的還是彎曲的毛細(xì)管，其均可以約束探測光束。因此毛細(xì)管可以彎曲，以減小分析儀的長度和體積。所述彎曲的毛細(xì)管的形狀可以是環(huán)形、弧形、螺旋形中的一種或者任意形狀的毛細(xì)管。
[0009]所述光源與毛細(xì)管端面之間具有空間間隙；所述光探測器與毛細(xì)管端面之間具有空間間隙；所述間隙可以為I?4厘米，優(yōu)選2厘米。所述間隙的設(shè)置可以避免結(jié)露、結(jié)霧、溫度等因素對測量結(jié)果造成影響。
[0010]所述毛細(xì)管安裝進(jìn)儀器中，與水平面有傾斜度。毛細(xì)管安裝進(jìn)儀器中，有一個(gè)傾斜度。待檢樣品從下端口進(jìn)入，從上端口流出多余水，這樣可使毛細(xì)管內(nèi)充滿待檢樣品，并避免產(chǎn)生氣泡。
[0011]所述光源為根據(jù)待測物的吸收波長來選擇激光二極管或發(fā)光二極管。分析不同物質(zhì)選用不同波長的激光二極管(或發(fā)光二極管)可以提高檢測精度。
[0012]所述毛細(xì)管的內(nèi)孔直徑范圍在0.01微米至10毫米之間。本發(fā)明所述的毛細(xì)管，其內(nèi)徑R的范圍可以處于0.01微米至10毫米之間。當(dāng)內(nèi)徑R越小時(shí)，毛細(xì)管的內(nèi)孔體積就越小、樣品切換時(shí)間越快、測試精度越高。此外，在不增加毛細(xì)管內(nèi)孔體積的條件下，毛細(xì)管的內(nèi)徑R減小、長度L可以相應(yīng)的增加，從而增加樣品對探測光束的吸收長度、提高測試精度。
[0013]所述毛細(xì)管為內(nèi)壁經(jīng)拋光處理的金屬、側(cè)壁(內(nèi)壁或外壁)鍍了金屬薄膜的玻璃毛細(xì)管或側(cè)壁(內(nèi)壁或外壁)鍍了金屬薄膜的塑料毛細(xì)管中的任一種；或者還可以是其他材料制成的毛細(xì)管，金屬薄膜可以鍍在毛細(xì)管內(nèi)壁也可以鍍在毛細(xì)管外壁，優(yōu)選將所述金屬薄膜鍍在毛細(xì)管內(nèi)壁，其功能是能使光束約束在毛細(xì)管內(nèi)部傳輸，所鍍的金屬膜可以反射探測光束。所述金屬薄膜可以是金、銀、銅、鋅、鉻、鎳、鋁中的任一種。
[0014]本發(fā)明還提供了一種基于導(dǎo)光毛細(xì)管的光度分析儀的檢測方法，主要包括以下步驟:
[0015]第一步，將標(biāo)準(zhǔn)樣品導(dǎo)入毛細(xì)管中，光源發(fā)射出的探測光束透過導(dǎo)光毛細(xì)管端面并耦合進(jìn)入導(dǎo)光毛細(xì)管一端的內(nèi)孔中；探測光經(jīng)毛細(xì)管側(cè)壁反射在毛細(xì)管中傳輸，通過毛細(xì)管的探測光束被毛細(xì)管另一端的光探測器接收；記錄此時(shí)光探測器接收到的光強(qiáng)度；
[0016]第二步，切換樣品，將待測樣品導(dǎo)入毛細(xì)管中，光源發(fā)射出的探測光束透過毛細(xì)管端面并耦合進(jìn)入毛細(xì)管一端的內(nèi)孔中；探測光經(jīng)毛細(xì)管側(cè)壁反射在毛細(xì)管中傳輸，通過毛細(xì)管的探測光束被毛細(xì)管另一端的光探測器接收；記錄此時(shí)光探測器接收到的光強(qiáng)度；
[0017]第三步，對比探測器探測到的待測樣品與標(biāo)準(zhǔn)樣品之間的光強(qiáng)度變化，從而獲知待測樣品與標(biāo)準(zhǔn)樣品之間的吸光度差異，并得到待測樣品的組分或濃度。
[0018]本發(fā)明中光度分析儀的工作原理如圖1所示，其中毛細(xì)管的內(nèi)孔用于流通待測樣品(毛細(xì)管的長度為L、內(nèi)孔直徑為R)，當(dāng)探測光束進(jìn)入毛細(xì)管后，由于毛細(xì)管側(cè)壁表面對光有反射作用，使得探測光束被約束在毛細(xì)管中、并通過充滿樣品的內(nèi)孔。探測光束透過毛細(xì)管內(nèi)孔后被光探測器接收，由于透射光束的強(qiáng)度取決于樣品對光束的吸收長度和吸光度(App1.0pt.，39，4263-4269 (2000))，因此測試透射光束的強(qiáng)度，可以獲知樣品的吸光度。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0020]該分析儀利用毛細(xì)管來引導(dǎo)探測光束和待測樣品的傳輸，由于毛細(xì)管側(cè)壁可以反射光束，使得探測光束可以被約束在毛細(xì)管內(nèi)部傳輸，因此探測光束和待測樣品可以同時(shí)沿著毛細(xì)管內(nèi)部傳輸，增加了探測光束通過樣品的長度，提高了檢測精度；此外，由于毛細(xì)管的內(nèi)部體積很小，需要的樣品量也很少，因此可以進(jìn)行樣品的快速切換，從而縮短測試時(shí)間、減少號漂移、提1?檢測精度。
[0021]所述的光度分析儀，由于待測樣品和探測光束同時(shí)沿著毛細(xì)管內(nèi)孔傳輸，待測樣品對探測光束的吸收長度(即探測光通過樣品的長度)接近毛細(xì)管長度L，因此可以通過增加L來提高檢測精度。并且可以把毛細(xì)管做成彎曲的不同形狀，以減小分析儀的長度和體積。
[0022]與【背景技術(shù)】相比，本發(fā)明專利對分析微量物質(zhì)有廣擴(kuò)的應(yīng)用前景，如:對微濁度、微氯離子、微重金屬離子的分析等(均為μ g/L數(shù)量級的)。它對于低濃度物質(zhì)的分析測量有廣擴(kuò)的前景。
【附圖說明】
[0023]圖1為導(dǎo)光毛細(xì)管的光度分析儀結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]1-光源；2_探測光速；3-密封蓋；4-樣品入口 ；5-樣品出口 ；6_光探測器；7_毛細(xì)管長度L ；8-毛細(xì)