CN103154704B - 对液体样品进行光度分析的装置和用于其的样品承载件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种借助光对液体样品（3）进行分析的装置，其包括：透明样品承载件（1）；可移动上部反射镜（2），其能够在闭合位置和打开位置之间移动，其中在闭合位置，可移动上部反射镜在其自身和样品承载件（1）之间围出一测量空间，并且在打开位置，能够接触样品承载件（1）以便施加样品；以及光束路径，其引导进入测量空间的光入射位置（5a）和离开测量空间的光出射位置之间的入射测量光从样品承载件（1）到达对光进行反射的上部反射镜（2）。根据本发明，光束路径以倾斜入射角引导测量光透过样品承载件（1）到达上部反射镜（2）。

Description

对液体样品进行光度分析的装置和用于其的样品承载件

技术领域

本发明涉及一种对液体样品进行光度分析、特别是进行光谱光度分析的装置，其具有如权利要求1的前序部分中描述的特征。

背景技术

这样的装置可根据DE102004023178B4获知。在该已知装置中，液体样品被装入透明样品承载件和与透明样品承载件平行定位的上部反射镜之间的测量空间中。测量光垂直地透过透明样品承载件照射到上部反射镜上以便对样品进行分析。上部反射镜反射测量光束，使得测量光束在光射入和光射出之间总共两次穿过测量空间。

一种借助光对液体样品进行分析的常用方法是测量在一个或多个特征波长处的样品吸收率。为此，通常测量吸收光谱，以便检测样品中的分析物并确定其浓度。吸收率是穿过样品的测量光的光学路径长度、分析物浓度和作为待检分析物在相应光波长处的特征的消光系数的乘积。对于已知消光系数，因此可以基于所测量的吸收率值来计算所需的分析物浓度。

当对液体的生物或生化样品进行分析（例如为了定量确定不同的核酸、蛋白质或标准参照染料（marker dye））时，会出现这样的问题：通常只有少量的样品可用，并因此使定量分析变得困难。

发明内容

因此，本发明的目的是在少量液体样品（尤其是一滴液体样品）如何能够更好地借助光进行分析方面展示一种方法。

该目的可通过具有权利要求1中描述的特征的装置来实现。本发明的有利改进是从属权利要求的主题。

根据本发明，将测量光倾斜地透过测量空间照射到对光进行反射的上部反射镜上。穿过存在于测量空间中的样品的更大路径长度因此得以实现。

利用根据本发明的测量，可以使第一次透过样品承载件进入测量空间的测量光和被上部反射镜反射的测量光的光束截面不重叠。利用根据本发明的装置，从上部反射镜反射的测量光因此可以被下部反射镜反射、并且因此可以实现透过待分析样品的测量光束的路径长度的进一步增大。由于根据本发明的装置的光束路径以倾斜入射角引导测量光透过样品承载件到达上部反射镜，所以测量光以倾斜角照射到上部反射镜上，并相应地被倾斜地反射。测量光束因此可以被上部反射镜反射到布置在光入射位置旁边的下部反射镜。测量光束随后以倾斜角照射到下部反射镜上、并被下部反射镜向上反射回来。在那里，光束可以被上部反射镜再次反射。

由于光的倾斜入射，光束在每次反射过程中都会稍微向侧边偏转，并且尤其是光束向侧边偏转越强烈，入射光就越平。光束穿过测量空间的这种横向迁移会使测量光束最终经过下部反射镜或上部反射镜离开测量空间、并被提供给检测器。优选的是，离开测量空间的光出射和光入射都透过透明样品承载件发生。然而，离开测量空间的光出射通常也可以在向上方向上发生，这是因为测量光束在已经被下部反射镜反射一次或几次之后被引导经过上部反射镜。

通过在上部反射镜和下部反射镜倾斜地反射光束，测量光不仅可以因此被引导穿过测量空间两次，而且可以被显著更频繁地引导穿过测量空间。测量光束穿过测量空间的更多次数允许获得非常大的光学路径长度，并且因此允许获得高测量精度，即使样品体积非常小。

测量光束倾斜照射到上部反射镜上的角度可以在较宽的范围内相对自由地选择。如果测量光束与相对于上部反射镜垂直延伸的直线呈10°或更大的角度（尤其是至少20°），那么这是尤其有利的。然而，所述角度优选地不大于45°。

根据本发明的有利改进，下部反射镜可以被移动。测量光束穿过测量空间的次数可以因此被调节为满足特定样品的需求。下部反射镜可以优选地在第一和第二位置之间移动，其中与处于第二位置相比，下部反射镜在第一位置会使测量光束穿过测量空间的次数更多。

例如，下部反射镜可以在第二位置处于无效状态。这意味着从上部反射镜反射的测量光束不会被下部反射镜反射、并直接到达光出射位置从而退出测量。在这种情况下，测量光束因此在仅仅两次穿过测量空间之后就离开测量空间。相反，如果下部反射镜处于其第一位置，则从上部反射镜反射的测量光束被反射至少一次，从而致使测量光束穿过测量空间的次数更大。

在第一位置，下部反射镜优选地位于光入射位置和光出射位置之间。反射次数于是取决于下部反射镜的尺寸，并且因此测量光束穿过测量空间的次数也取决于下部反射镜的尺寸。当使用较小的下部反射镜时，例如，测量光束被下部反射镜仅反射一次，并且可以在被上部反射镜仅反射两次之后经过下部反射镜的旁边而离开测量空间。相反，如果使用相应较大的下部反射镜，则在离开测量空间之前，测量光束会被下部反射镜反射两次、三次或甚至更多次。

下部反射镜可以在装置中被保持成能够可旋转地移动。然而，也可以将下部反射镜可移位地布置在装置中。优选的是，存在若干个下部反射镜。因此可以使测量光束穿过样品三次或甚至更多次。

根据本发明的另一有利改进，下部反射镜被设计为样品承载件的有反射特性的子区域。下部反射镜可以因此有利地集成在样品承载件中，使得根据本发明的装置更易于安装。然而，通常也可以将样品承载件和下部反射镜设计为可相对于彼此移动的分立部件。尤其优选的是，把承载件区域中有反射特性的部分布置在样品承载件的下表面上。于是可以避免待分析的液体样品与有反射特性的子区域接触。这是有利的，因为涂布在样品承载件上用于反射的金属膜可能会与液体样品在接触时发生化学反应、或者可能会使液体样品受催化作用。优选地，使样品承载件的下表面上的若干个子区域具有反射特性，以便形成若干个不同的下部反射镜。可以有选择地使用不同的下部反射镜，以便使光束路径穿过样品的次数成为不同的次数。

根据本发明的另一有利改进，可以相对于上部反射镜来调节样品承载件的高度。样品承载件和上部反射镜之间的距离可以因此被调节为对特定样品有利的值。高度调节也将改变测量光束在穿过测量空间的过程中经过的路径长度。由于能够根据待分析样品的需要来调节每次穿过样品时经过的长度和穿过样品的次数，所以能提供非常高的可变性。

本发明的一个方面涉及一种具有权利要求15描述的特征的样品承载件。这样的样品承载件通过使其表面的一部分具有反射特性、并使另外的部分不具有反射性而包括下部反射镜，可以在根据本发明的装置中使用这样的样品承载件以便通过对该样品承载件进行定位来调节光学样品路径长度。

附图说明

本发明的更多细节和优点将基于实施例并参照附图进行描述。相同或对应的部件将用一致的附图标记来表示。在附图中：

图1示出穿过测量空间的可能光束路径的实例；

图2是包括用于生成与图1相应的光束路径的下部反射镜的说明性实施例的示意图；

图3示出图2的说明性实施例在下部反射镜处于变更后的位置时的状态；

图4示出图3中的光束路径；

图5示出可能光束路径的另一实例；

图6示出图2的实施例在下部反射镜处于变更后的位置以便生成与图5相应的光路时的状态；

图7示出另一实施例中穿过测量空间的可能光束路径的实例；

图8示出包括敞开的测量空间的根据本发明的装置的实施例；

图9是所述实施例在测量空间闭合时的侧视图；

图10是图9的沿着相交线BB截取的剖视图；

图11是图10的放大详细视图；并且

图12是图11的俯视图。

具体实施方式

图1是穿过借助光对液体样品进行分析的装置的测量空间的可能光束路径的示意图。所述测量空间由透明样品承载件1和布置于透明样品承载件1上方的上部反射镜2限定界限。待分析液体样品3被装入上部反射镜2和样品承载件1之间。

在所示的光束路径中，测量光以相对于样品承载件1的表面法线所成的倾斜入射角θ（例如10°～40°）照射，穿过样品承载件1，并随后倾斜地照射到与样品承载件1平行布置的上部反射镜2上。测量光束被上部反射镜2反射到下部反射镜4并从下部反射镜4被反射回到上部反射镜2。在被上部反射镜2第二次反射之后，测量光束从下部反射镜4的旁边经过下部反射镜4并离开测量空间。因此，在光射入测量空间的时刻和光射出测量空间的时刻之间，测量光束穿过样品总共四次。

图2是用俯视样品承载件1的俯视图形式示出用于生成图1中所示的光束路径的可能实施例的示意图。其上包含有样品3的样品承载件1在其下表面的一些区域中有反射特性。样品承载件1的有反射特性的区域形成下部反射镜4。上部反射镜2和下部反射镜4因此可以被分别设计为有反射特性的玻璃面板。

图2把入射角为θ的可能光束路径的横截面显示为圆5a、5b、5c和5d。光入射的位置由圆5a表示。另一个圆5b表示测量光束在被上部反射镜2反射之后照射到下部反射镜4上的位置。紧邻着圆5b的圆5c为图1中所示的光束路径标出从测量空间射出的测量光束的光射出位置。

在所示的实施例中，样品承载件1可以被可旋转地移动，使得可以变更下部反射镜4相对于光入射位置5a的位置。为了便于说明，图2还示出几何旋转轴6的位置，其中样品承载件1可以绕着几何旋转轴6可旋转地移动。作为可旋转地移动的样品承载件1和可旋转地移动的下部反射镜4的替代，下部反射镜4的位置的可调性也可以例如通过以线性方式使样品承载件1或下部反射镜4移位并相应地固定样品承载件1或下部反射镜4来实现。

图3示出与样品承载件1移动后的图2相应的图。样品承载件1的移动会改变下部反射镜4相对于光入射位置5a的位置。两个下部反射镜4中的较小者已经从图2中所示的有效的第一位置移出到该反射镜不再影响光束路径的无效的第二位置。较大的下部反射镜4已经从无效位置移出到该反射镜将测量光束路径两次反射回到上部反射镜2的有效位置。

在被上部反射镜2第一次反射之后，测量光束照射到下部反射镜4中由圆5b标示的区域上；在第二次反射之后，测量光束照射到由圆5c标示的区域上。在被上部反射镜2再一次反射之后，测量光束经过下部反射镜4并到达光出射位置5d。图4用对应的截面视图示出相关联的光束路径。

对于图3的光束路径，下部反射镜4因此使测量光束总共六次穿过样品3。这意味着，与使测量光束总共四次穿过测量空间的图2的下部反射镜4的位置相比，光学样品路径长度有50%的增加。

图5示出可能光束路径的另一实施例。在图5所示的光束路径中，测量光束在上部反射镜2上仅经过单次反射之后从光入射位置5a到达光出射位置5b，并且因此在仅仅两次穿过样品后离开测量空间。图5中所示的光束路径可以通过如图6所示定位下部反射镜4来实现。在图6所示的配置中，所有下部反射镜4都处于无效位置、并且因此不会影响光束路径。

在上述实施例中，每种情况中的光入射和光出射都穿过透明样品承载件1发生。这意味着光源和光检测器可以布置在测量空间的同一侧。图7示出变形实施例的可能光束路径，在该变形实施例中只有光入射是穿过透明样品承载件1发生的。相反，光出射是穿过测量空间的上侧发生的。

在图7所示的实施例中，下部反射镜4和上部反射镜2各自被设计为玻璃面板中的有反射特性的区域。为了增加穿过样品的次数，使透明样品承载件1在图7中所示箭头的方向上与上部反射镜2平行地移位。上部和下部反射镜之间的重叠区域因此被扩大，从而相应地增大反射的次数。

在基于图1至7说明了允许光学样品路径长度被调节的装置的基本原理之后，将参考图8至12在下文中更详细地描述这样的装置的实施例。

图8示出借助光对液体样品进行分析的装置的实施例。该装置包括载台10。包括一个或多个下部反射镜4的透明样品承载件1被布置在载台10的切口中。保持包含上部反射镜2的上部反射镜支架14的盖11被可枢转地安装到载台10上。

在图8中，盖11连同上部反射镜支架14一起被向上折起，使得可以接触样品承载件1，以便例如将液体样品施加到样品承载件1上或者将这样的样品从样品承载件1移除。当如图9所示把盖11从图8所示的打开位置向下折到其闭合位置时，测量空间如图1示意性示出的那样在透明样品承载件1和上部反射镜2之间形成。

可将测量光引导到透明样品承载件1的壳体12邻接于载台10的下表面。适合的测量光源（例如LED）可以布置在该壳体12中。在所示的实施例中，另外在载台10的下表面上布置有光检测器以便测量从测量空间离开的测量光。

图10示出沿着图9的相交线BB截取的剖视图。图11示出图10的放大详细视图。图11示出测量光射向样品承载件1并离开样品承载件1的光束路径。光学部件（例如一个或多个透镜15、反射镜或光阑）可以布置在壳体12中以便对倾斜入射的测量光限定期望的光束路径。

在所示的装置中，布置在载台10的切口中的样品承载件1的高度可被调节。优选地设置电动机来调节高度。图11尤其示出：在闭合位置，上部反射镜支架14被支撑于载台10上。上部反射镜支架14包括用于该目的的凸起边缘，该凸起边缘围绕上部反射镜2并且因此可以坐落在载台上。通过使样品承载件1移位，上部反射镜和样品承载件1之间的距离因此可以被调节到期望的值。

图12示出载台10的布置有样品承载件1的切口的放大细节。图12还示出入射和出射测量光的光束路径。特别明显的是，光阑部13被布置在样品承载件1的下方，该光阑部包括用于测量光去往样品承载件1的第一开口和用于测量光从样品承载件1离开的第二开口。第二开口显著大于第一开口，使得测量光可以穿过光阑部13的开口，而不管被上部反射镜2反射的次数如何。这意味着，如果下部反射镜4被适当地定位，则测量光束可以从图2中所示的位置5a、5c和5d中的任何一个位置穿过开口。光阑部13包含位于两个开口之间的隆起部13a以便减少杂散光。

附图标记

1 样品承载件

2 上部反射镜

3 液体样品

4 下部反射镜

5a 光入射位置

5b 可能光束路径截面

5c 可能光束路径截面

5d 可能光束路径截面

10 样品载台

11 盖

12 壳体

13 光阑部

13a 隆起部

14 上部反射镜支架

15 透镜

Claims (11)

1.一种借助光对液体样品(3)进行光度分析的装置，包括：

透明样品承载件(1)；

可移动上部反射镜(2)，其能够在闭合位置和打开位置之间移动，其中在所述闭合位置，所述可移动上部反射镜在其自身和所述样品承载件(1)之间围出一测量空间，并且在所述打开位置，能够接触所述样品承载件(1)以便施加样品；以及

光束路径，其引导进入所述测量空间的光入射位置(5a)和离开所述测量空间的光出射位置之间的入射测量光从所述样品承载件(1)到达对光进行反射的所述上部反射镜(2)，

其特征在于，

所述光束路径以倾斜入射角引导测量光透过所述样品承载件(1)到达所述上部反射镜(2)，

所述样品承载件(1)相对于所述上部反射镜(2)的高度能够被调节，光阑部(13)被布置在所述样品承载件(1)的下方，所述光阑部包括入射光阑和出射光阑，并且

相对于所述上部反射镜的表面法线，所述光束路径呈10°-45°的入射角，

所述上部反射镜(2)被安装到盖(11)上的反射镜支架(14)保持，所述盖(11)被可枢转地安装到载台(10)上。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括下部反射镜(4)以便反射来自所述上部反射镜(2)的测量光。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述下部反射镜(4)能够在第一位置和第二位置之间移动，其中与在所述第二位置时相比，所述下部反射镜(4)在所述第一位置时使所述测量光穿过所述测量空间的次数更大。

4.如权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述下部反射镜(4)被设计为所述样品承载件(1)中的有反射特性的子区域。

5.如权利要求2或3中任一项所述的装置，其特征在于，所述下部反射镜(4)以能够可旋转地移动的方式被保持在所述装置中。

6.如权利要求2或3中任一项所述的装置，其特征在于，设有彼此隔开一定距离布置的多个下部反射镜(4)，其中所述多个下部反射镜中的每一个在处于其第一位置时使测量光束穿过所述测量空间的次数是不同的。

7.如权利要求2或3中任一项所述的装置，其特征在于，所述样品承载件(1)被布置在所述载台(10)的切口中。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述出射光阑具有比所述入射光阑更大的通过面积。

9.如权利要求1或8所述的装置，其特征在于，所述光阑部(13)包括位于所述入射光阑和所述出射光阑之间的隆起部(13a)。

10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反射镜支架(14)包括围绕所述上部反射镜(2)的凸起边缘。

11.如权利要求1或10所述的装置，其特征在于，当所述上部反射镜(2)覆盖所述样品承载件(1)时，所述反射镜支架(14)坐落在所述载台(10)上。