CN102224409A - 流槽光检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种包括光源、流槽和光检测器的流槽光检测系统，其中所述光检测器设置在分离的检测器单元中，所述检测器单元设置成可松脱地附连到检测器接口，所述检测器接口与所述光源进行光通信并且包括用于在自光源的光路中光连接流槽和检测器单元的光连接器，以及其中所述流槽是设置成由所述检测器单元在附连到所述检测器接口时保持在适当位置的可互换单元。

Description

流槽光检测系统
技术领域
本公开涉及模块化设计的流槽(flow cell)光检测系统。
背景技术
流槽光检测系统通常包括：光源，用于向流槽中的流体样本提供一个或多个波长的光；以及光检测系统，用于检测光与样本之间的任何交互。流槽光检测系统的一个示例是流槽UV吸收监测系统，它用于在从栏中洗提分离分子时测量色谱系统中的各种波长的光的不同吸收。
这种类型的监测系统通常包括光源、流槽和光检测器。理想情况下，流槽设计成确保信噪比与最小漂移和折射率敏感度。但是，在一些系统中，流槽采用光纤外部连接到光源，由此它对外部光、温度差和移动(例如振动)变得敏感。光纤也是很脆的，并且在弯曲时可能破裂。这种振动和温度波动可能导致监测器操作的问题。另外，监测器通常被构建为一个单元，其中光源和检测器都组合在同一个壳体中。这限制了系统的灵活性，并且还可能引起电磁兼容性问题，因为光源和敏感检测器电子器件放置于同一个壳体中。
发明内容
本发明的目的是提供一种克服了现有技术的一个或多个缺点的新流槽UV吸收监测系统。这通过独立权利要求中定义的流槽UV吸收监测系统来实现。
这种流槽UV吸收监测系统的一个优点在于，易于切换保存可再生测量结果的可互换流槽，同时在需要时便于更换检测器单元。
另一个优点在于，检测器单元可位于相对于光源的远程位置。
通过以下提供的详细描述，本发明的其它适用范围将变得显而易见。但是，应当理解，详细描述和具体示例在指示本发明的优选实施例时仅作为举例说明来提供。通过以下详细描述，在本发明的精神和范围之内的各种变更和修改将对本领域的技术人员变得显而易见。
附图说明
结合附图阅读以下描述，本发明的这些及其它优点将会更加明显，其中：
图1示出典型多波长监测器的示意图；
图2A至2D示出根据本发明的一个实施例的示意流槽光检测系统；
图3示出根据本发明的另一个实施例的流槽光检测系统；
图4示出根据本发明的一个实施例的检测器壳体、流槽和单色仪壳体；
图5示出根据本发明的一个实施例、通过流槽连接到图2的单色仪的检测器壳体；
图6示出根据本发明的一个实施例的图2的检测器壳体和单色仪的截面示意图；
图7是根据本发明的一个实施例的检测器壳体、UV槽和单色仪的光纤系统中的连接部分的示意图；
图8A和图8B示出根据本发明的一个实施例的图5的光纤的移动；以及
图9A和图9B以外部视图和内部视图示出光纤系统的示意图。
具体实施方式
参照附图来描述本发明的当前优选实施例，其中相似组件采用相同标号来标识。优选实施例的描述是示范性的，而不是要限制本发明的范围。
图1示出典型多波长紫外(UV)-可见监测器。这个监测器101包括可互换流槽103和光纤105。监测器101可以例如是由位于Uppsala，Sweden的GE Healthcare，Life Sciences所制造的监测器UV-900。这个监测器利用先进的光纤技术以高灵敏度在190-700nm的范围中同时监测多达三个波长的光。光纤连同独特流槽设计一起使用确保了信噪比与最小漂移和折射率敏感度。通常，监测器101包括单色仪107，它具有如提供高强度连续光谱的氙气闪光灯(未示出)之类的光源(未示出)，以及用于选择输出到光纤105的光的波长的可调单色仪布置(未示出)。仅在色谱操作期间才激活灯，确保有效地使用它的大约4000小时的有效操作的长使用寿命。在所公开的监测器101中，光纤105光学器件把来自单色仪107的光导向分光器单元109，分光器单元109将光分离到参考光纤111和直接通向流槽103的流槽光纤113，并且光纤105光学器件将其完全强度聚焦到液体流路径上，因而使监测的灵敏度最大化。流槽103可具有任何路径长度，例如路径长度为2mm并且槽容积为2μl，或者路径长度为10mm并且槽容积为8μl。通过流槽103的透射光经由光纤121被引导到光检测单元115检测器(未示出)。光检测单元115具有连接到光纤121的流槽输入119和连接到参考光纤111的参考输入117。检测单元115还可包括适当的处理部件，用于将流槽输入与参考进行比较，以便检测流槽中的光吸收的变化。
根据图2所示的一个实施例，提供一种包括光源107、流槽201和光检测器205的流槽光检测系统100，其中光检测器设置在分离的检测器单元201中，检测器单元201设置成可松脱地附连到检测器接口215a。检测器接口215a与光源107进行光通信，并且包括用于在自光源107的光路中光连接流槽211和检测器单元201的光连接器221、219。流槽211是设置成由检测器单元201在附连到检测器接口215a时保持在适当位置的可互换单元。
如上所述，光检测系统100可以是UV-可见光谱仪监测器。在这类实施例中，光源可以是如以上示意公开并且称作单色仪107的可调单色光源。在备选实施例中，光源107可以是非可调单色光源，诸如适当波长的激光二极管等等。在其它实施例中，光源可以是多色光源。
检测器接口215a可以是如图2A中示意所示的监测器壳体101的一部分，但是它可设置成远离光源107等等。在所公开的实施例中，检测器接口215a通过样本照明光纤113和参考光纤111光连接到光源107，并且检测器单元设置成分别通过光电检测器205和203来检测流槽211之后的样本照明光与参考之间的相对差。光电检测器203和205可以是能够检测所选波长的光的任何适当类型的，诸如光电二极管等等。在一个实施例中，作为匹配对来提供光电检测器。
在一个实施例中，流槽211通过固定连接器光连接到检测器单元201，并且通过自行调整光连接器221连接到检测器接口215a。在所公开的实施例中，检测器接口通过一个或多个光纤光连接到光源。但是在备选实施例(未示出)中，检测器接口可以是监测器壳体的一部分(由参考标号101示意地指示)，并且来自光源107的光直接输出到连接器221并且输入到流槽中，而没有通过光纤。
图2B示出图2A的光检测系统100，其中检测器单元201和流槽211从检测器接口215a上拆离。图2C示出根据本发明的一个实施例的流槽211的示意截面。流槽211包括光连接器213、209和流体入口242、流体出口241，用于将流槽211连接到流体系统，以便在测量槽240中提供样本流体流。光经由光导243提供到测量槽240中，并且由光导244来收集，光导244又将所收集的光传送到样本光电二极管205。
图3公开光检测系统100的一个备选实施例，其中检测器单元201与检测器接口集成，并且包括分光器109b单元，分光器109b单元用于从光源经由光纤105提供的光中将参考光转向参考光电检测器203。在这个实施例中，流槽211通过连接器簇232可松脱地附连到检测器单元。此外，检测器单元被示意地公开为远离光源等来设置，通过光纤105与光源互连，并且通过线路251与系统控制器250等进行远程通信。根据一个实施例，检测器单元201可包括一个检测器和用来改变哪个射束照射一个检测器的射束断续器。
如单色仪单元之类的光源是精密的，并且需要被放置于稳定、无振动环境中，而检测单元可以是能够放置在远离单色仪单元的更外露位置的刚性固态单元。在希望执行靠近工艺设备等的测量的情况下，这可能是有利的。
根据其它实施例，检测器接口215a可设置为监测器壳体的外表面的一部分。
图4示出新检测器201、流槽211以及监测器或单色仪壳体215的部分的一个示例。监测器壳体215可称作第二壳体。检测器或检测器壳体201或者第一壳体包括：参考光电二极管203、样本光电二极管205和锁定机构207。紧接着检测器壳体201的是可互换流槽211；这个流槽211具有本文中称作顶部的光输出端，其中包括第一光纤连接器209，还具有本文中称作底部的可互换流槽211的光输入端，其中包括第二光纤连接器213。光纤连接器213可具有任何类型的形状，诸如柱形或锥形。在可互换流槽211附近，存在包括下列组件的监测器壳体215：参考光纤219、样本光纤221、具有浮动电连接器的电缆连接器223以及浮动连接器217。浮动连接器217是浮动的弹簧加载的接合适配器。参考光纤219和样本光纤221在壳体215的它们的连接器中准确对齐。在本发明的另一个实施例中，流槽211可能没有直接附连到单色仪。流槽211仅需要光纤来引导来自光纤连接器221的光。
在所公开的实施例中，检测器201包括检测器电子器件230，它设置成收集并且可选地评估来自参考光电二极管203和样本光电二极管205的输出。检测器电子器件230设置成经由连接器223与主控制系统或其它数据收集系统进行通信。
可互换流槽211的顶部209接合检测器壳体201的样本光电二极管205的孔或插座205a。可互换流槽211的顶部209具有固定位置。随后，将可互换流槽211的底部213可移动地插入监测器壳体215的接合连接器217的插座217a或孔中。为了使可互换流槽的顶部209接合样本光电二极管205，在顶部209与窄口插座205a之间存在对齐。
可互换流槽211的底部213首先通过监测器壳体215的浮动接合适配器217的锥形入口或插座217a来引导。接合连接器217利用其弹簧加载机构自行移入或移出位置，以便接纳底部213并且还遇到样本光纤221。样本光纤221可称作光纤连接器221。样本光纤221及其浮动接合适配器还沿x、y、z方向移动，并且样本光纤221移动在0至10度的范围中的某个角度。另外，样本光纤221可沿z方向在0mm至2mm的范围内移动。样本光纤221及其浮动接合适配器217沿x、y和z方向移动，并且移动某个角度，以便遇到UV槽211的底部213。接合连接器217沿左侧、右侧、上和下方向或者以从0至10度的倾斜角移动。这种左侧或右侧移动为+/-0.3mm。例如，接合连接器217通过接合连接器217处的弹簧沿z方向移动，弹簧使接合连接器217向可互换流槽211前移。沿z方向的移动确保光纤之间的距离在接合连接器217中是正确的，而不管具有其连接器213和209的流槽211的不同长度。在流槽211的底部被固定到监测器壳体215之后，检测器壳体201则通过锁定机构207固定到监测器壳体215，如图5所示。
图6示出检测器201、流槽211和监测器壳体215的示意截面。在这个视图中，流槽211位于检测器壳体201与监测器壳体215之间。具体来说，流槽211的顶部209处于检测器壳体201中，而流槽211的底部213处于监测器壳体215中。在所公开的实施例中，流槽包括流体入口242和流体出口241，用于将流槽211连接到流体系统，以便在测量槽240中提供样本流体流。光经由光导243提供到测量槽240中，并且由光导244来收集，光导244又将所收集的光传送到样本光电二极管205。
图7是图4的监测器壳体和UV槽的光纤系统中的连接部分的示意图。监测器壳体215包括：光纤连接器221、浮动接合适配器217以及位于浮动接合适配器217外部的弹簧225。UV槽211或流槽包括光纤连接器213。如图8A所示，光纤接合适配器217沿x、y、z方向移动，并且光纤接合适配器217还移动在0至10度的范围中的某个角度α(图8B)。另外，光纤接合适配器217可沿z方向移动，如图8A所示。光纤连接器213沿z、y和z方向移动接合适配器217，并且移动某个角度，以便遇到光纤连接器213。
UV槽211的连接器213被成形为或配置成适合浮动接合适配器217，并且在0.01mm至0.1mm的距离遇到光纤连接器221。UV槽及其连接器213沿X、Y和Z方向的移动以及0至10度的倾斜运动中的移动允许它仍然适合监测器壳体215的浮动接合适配器217。光纤接合适配器217具有弹簧加载的浮动部分，以便允许光纤连接器221如上所述沿几个不同方向在UV槽211与监测器壳体215之间移动，从而确保光纤连接器213和221处于正确距离。浮动接合适配器217使UV槽211能够容易地插入监测器壳体215中。
图9A示出在没有可见光纤的情况下组装到监测器壳体的检测器壳体和流槽的示意图。在这个图中，UV槽211插入检测器壳体201与监测器壳体215之间。为了将光纤连接器213固定在浮动接合适配器217中，锁定机构207用作外力。图9B示出插入浮动接合适配器中的连接器213。浮动接合适配器217及其弹簧225调整其位置，使光纤连接器221能够在正确位置和距离接纳UV槽211的光纤连接器213。
这个实施例提供一种设备，它使用户能够容易地拆除并且更换位于监测器壳体与检测器壳体之间的流槽。另外，本发明保护敏感的光纤和检测器电子器件，使对于光纤和检测器电子器件的干扰最小化。此外，这个实施例为用户提供一种无需任何工具，快速简便地在单色仪和检测器壳体上装配或拆卸UV槽的方案。
虽然已经详细描述和图解说明了本发明，但是要清楚地理解，这只是作为图解说明和示例来进行的，而不是要作为限定。范围仅由所附权利要求的条款来限定。

Claims (6)

1.一种包括光源、流槽和光检测器的流槽光检测系统，其中，所述光检测器设置在分离的检测器单元中，所述检测器单元设置成可松脱地附连到检测器接口，所述检测器接口与所述光源进行光通信，并且包括用于在自所述光源的光路中光连接所述流槽和所述检测器单元的光连接器，以及其中，所述流槽是设置成由所述检测器单元在附连到所述检测器接口时保持在适当位置的可互换单元。
2.如权利要求1所述的光检测系统，其中，所述流槽通过固定连接器光连接到所述检测器单元，并且其中，所述流槽通过自行调整光连接器连接到所述检测器接口。
3.如权利要求1所述的光检测系统，其中，所述检测器接口通过一个或多个光纤光连接到所述光源。
4.如权利要求2所述的光检测系统，其中，所述检测器接口通过样本照明光纤和参考光纤光连接到所述光源，并且其中，所述检测器单元设置成检测所述流槽之后的样本照明光与参考之间的相对差。
5.如权利要求2所述的光检测系统，其中，所述连接器是浮动接合适配器。
6.如权利要求1所述的光检测系统，其中，所述流槽是UV可见槽。
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