CN108139315A - 路径长度校准系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种设备(50)包含耦合到i)摆臂(54)和ii)具有第一光纤(18a)的光源的第一基座表面(13)。所述设备进一步包含磁体(1)、底板(52)、耦合到所述底板的机械止动器(53)以及第二基座表面(15)，所述第二基座表面以机械方式耦合到所述底板且被配置成接收液体样本，所述第二基座表面耦合到具有第二光纤(18b)的光谱仪，所述两个表面之间的距离限定用于光学样本分析的光程长度。所述设备进一步包含：磁通量传感器(10)，例如霍尔传感器，所述磁通量传感器定位于所述磁体的北磁通量场与南磁通量场之间，使得在所述机械止动器与所述摆臂物理接触时到达所述传感器的磁通量提供所述磁通量传感器的线性输出范围；以及处理器，所述处理器适于使用从所述磁体发射且由所述磁通量传感器检测到的阈值磁通量场来校准最小光程长度的点。

Description

路径长度校准系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请主张标题为路径长度校准系统和方法(PATH LENGTH CALIBRATION SYSTEMAND METHOD)的在2015年9月18日提交的第62/220,536号美国临时专利申请和2016年3月11日提交的第62/306,793号美国临时专利申请的优先权，所述两美国临时专利申请以全文引用的方式并入本文中
技术领域
本发明大体上涉及用于测量样本的光学特性的设备的路径长度校准。
背景技术
常常使用例如分光光度法等光学技术来特征化液体、混合物、溶液和反应混合物。为了特征化这些液体的样本，液体通常含于被称作池或试管的容器中，容器的两侧或更多个侧具有光学质量，且准许特征化其中含有的液体所需的那些波长通过。当处理例如1到2微升的极小样本体积时，难以产生小到足以被填充的池或试管且难以准许使用行业标准1cm的光学路径。清洁用来与另一样本一起使用的那些池或试管也是困难和/或耗时的。
如图1中所示，例如在2003年9月30日颁予罗伯森(Robertson)的第6,628,382 B2号美国专利(其公开内容特此以全文引用的方式并入，然而，在所并入参考案中的任何内容与在本申请案中陈述的任何内容矛盾的情况下，以本申请为准)中描述的微体积UV/Vis分光光度计经由样本保留技术测量液体样本的微升量的吸光度，所述技术使得能够通过在表面2与7之间的表面张力来容留液体样本。液体样本形成通常连接到例如光纤11的第一光导管的光接收样本界面7与通常耦合到例如光纤6的第二光导管的光透射样本界面2之间的立柱9。上部样本界面2与下部样本界面7可以相对于彼此移动以产生通常小于或等于1mm的多个已知路径长度，由此使用于特定样本的分光光度计的动态范围扩大，如在2012年7月17日颁予罗伯森等人的第8,223,338 B2号美国专利中所描述，其公开内容特此以全文引用的方式并入(然而，在所并入参考案中的任何内容与在本申请案中陈述的任何内容矛盾的情况下，以本申请为准)。从光源经由含于表面2(在本文中也被称作上部样本界面或第一基座表面)中且与所述表面齐平的纤维6进来的光3经由液体样本立柱9向下辐射，且通过下部样本界面4的下表面7(在本文中也被称作第二基座表面)中的纤维11收集并发送到分析光谱仪上以进行吸光度测量。
液体样本的放置通过用户手动地将样本(通常一微升或两微升)直接移液到下部样本界面上来实现。样本的吸光度通过取得在不存在样本的情况下透射穿过系统的光量(I0)与样本存在于取样界面中时透射穿过系统的光量(I)的比率的负对数来加以测量。在正常条件下，根据比尔-兰伯特定律(Beer-Lambert law)，在样本存在于取样界面中时透射穿过系统的光量与路径长度和样本浓度成正比。
随着微体积分光光度计的使用的扩展和新应用的产生，准确地测量较短路径长度下的样本吸光度以适应较高光吸收特性的样品的需要增大。当前可用的微体积UV/Vis分光光度计(例如，NanoDropTM，热电子科学器械，Madison WI)可以建立准确度为大致±20μm的绝对测量路径长度。然而，具有较高光吸收特性的样本可能需要测量处于短到30μm的路径长度下的吸光度。
因此，需要改善型路径长度校准系统和方法。
发明内容
在一个实施例中，一种用于测量样本的光学特性的设备包含耦合到i)摆臂和ii)光源的第一基座表面。所述设备进一步包含磁体、底板、耦合到所述底板的机械止动器以及第二基座表面，所述第二基座表面以机械方式耦合到所述底板且被配置成接收液体样本。所述第二基座表面耦合到光谱仪，其中所述第二基座表面能够进一步操作以便按可变距离(P)调整所述第一基座表面与所述第二基座表面之间的分离度来将所述液体样本拉动到立柱中以便通过表面张力来容留，或在光学分析期间挤压所述样本，由此提供用于光度或光谱测量的光学路径。所述设备进一步包含磁通量传感器，所述磁通量传感器定位于所述磁体的北磁通量场与南磁通量场之间，使得在所述机械止动器与所述摆臂物理接触时到达所述传感器的所述磁通量提供所述磁通量传感器的一系列输出，例如所述磁通量传感器的线性输出范围。所述设备还包含处理器，所述处理器适于通过利用从所述磁体发射且由所述磁通量传感器检测到的阈值磁通量场来校准最小光程长度的点。在一些实施例中，所述设备进一步包含耦合到所述第一基座表面的第一光导管。在某些实施例中，所述设备进一步包含耦合到所述第二基座表面的第二光导管。所述设备可进一步包含托架，所述托架被配置成准许所述第二光导管平行于所述第二光导管的纵向轴线的平移移动。所述磁通量传感器可以是例如线性霍尔效应传感器或巨磁阻(GMR)传感器。在一些实施例中，所述磁通量传感器可以定位成使得当所述机械止动器与所述摆臂物理接触时，所述磁体的北磁通量场和南磁通量场的零面在所述磁通量传感器上居中。
在某些实施例中，所述第一光导管包含透射端且所述第二光导管包含接收端，其中所述第一光导管的所述透射端和所述第二光导管的所述接收端提供用于光度或光谱测量的所述光学路径。在某些其它实施例中，所述第一光导管包含接收端且所述第二光导管包含透射端，其中所述第一光导管的所述接收端和所述第二光导管的所述透射端提供用于光度或光谱测量的所述光学路径。
在一些实施例中，所述磁体耦合到所述摆臂，且所述磁通量传感器耦合到所述底板。在一些其它实施例中，所述磁通量传感器耦合到所述摆臂，且所述磁体耦合到所述底板。
在某些实施例中，所述托架可以进一步包含位置传感器，所述位置传感器提供反馈以便实现所述第一与所述第二基座表面之间的精确位移，以便实现所述可变距离(P)。在这些特定实施例中，当平移控制系统在启动之后或在由耦合到所述第二光导管的光遮断器装置遮断之后即刻初始化时，所述位置传感器可以进一步建立参考位置。
在一些实施例中，所述设备可以针对任何给定光程长度测量处于介于约0.005个吸光度单位与约2.0个吸光度单位之间的范围内的吸光度。所述第一光导管和所述第二光导管可以包含选自以下中的至少一种光纤：单模光纤、保偏光纤和多模光纤。所述光源可以被配置成提供处于介于约190nm与约850nm之间的范围内的光波长。
在另一实施例中，一种测量样本的光学特性的方法包含：将第一基座表面和磁体耦合到摆臂和光源；以及将机械止动器和磁通量传感器耦合到底板。所述方法进一步含将第二基座表面耦合到所述底板，所述第二基座表面被配置成接收液体样本，并能够进一步操作以便按可变距离(P)调整所述第一与所述第二基座表面之间的分离度来将所述液体样本拉动到立柱中以便通过表面张力容留，或在光学分析期间挤压所述样本，由此提供用于光度或光谱测量的光学路径。所述方法还包含：将所述磁通量传感器定位于所述磁体的北磁通量场与南磁通量场之间，使得在所述机械止动器与所述摆臂物理接触时到达所述传感器的所述磁通量提供所述磁通量传感器的线性输出范围；以及利用从所述磁体发射且由所述磁通量传感器检测到的阈值磁通量场以校准最小光程长度的点。所述磁通量传感器和其位置如上文所描述。
本发明具有许多优点，例如使得能够更准确地测量处于较短路径长度下的样本吸光度，以适应具有较高吸光度属性的样本。
附图说明
图1是现有技术分光光度计中的光学路径的剖视截面的说明。
图2是「关闭」位置中示出的根据本发明的分光光度计的实施例的侧视图的说明。
图3是「打开」位置中示出的根据本发明的分光光度计的实施例的透视图的说明。
图4是「关闭」位置中示出的根据本发明的分光光度计的实施例的后视图的说明。
图5是用以建立对应于零路径长度的准确位置的线性霍尔效应传感器读数的信号处理的示意性说明。
图6是依据磁场通量(mT)的线性霍尔效应传感器输出(V)的图形。
图7是建立对应于零路径长度的准确位置的方法的流程图。
图8是依据步进式电机位置(计数)的经调节线性霍尔效应传感器信号(计数)的ADC值的图形。
图9是依据步进式电机位置(计数)的经基线校正和指数平均化的数据(计数)的图形。
图10是数字滤波和零路径长度检测算法的说明。
图11A到11C是初始路径长度校准(图11A)、零路径长度实施方案(图11B)和零路径长度刷新(图11C)的流程图。
图12是根据本发明的分光光度计的实施例的侧视图的另一说明。
图13是根据本发明的分光光度计的实施例的侧视图的另一示意性说明。
图14A到14B是下部光纤连接器的移位范围的说明，从最大(图14A)到最小(图14B)。
图15A到15B是根据本发明的光谱仪的底部透视图，其示出光遮断器装置的移位范围，从高于“初始”位置(图15A)的位置到“初始”位置(图15B)。
图16A到16B是根据本发明的光谱仪的底部平面视图，其示出光遮断器装置的移位范围，从高于“初始”位置(图16A)的位置到“初始”位置(图16B)。
在整个图式的若干视图中，类似参考标号指代对应部分。
具体实施方式
在本文中的本发明描述中，应理解，除非另外隐含地或明确地理解或陈述，否则以单数形式呈现的词语涵盖其复数对应物，且以复数形式呈现的词语涵盖其单数对应物。此外，应理解，对于本文中描述的任何给定组件或实施例，除非隐含地或明确地另有理解或陈述，否则针对所述组件列出的任何可能候选或替代方案通常可以个别地使用或彼此结合使用。此外，应了解，如本文中示出的图未必按比例绘制，其中为了本发明的清楚起见可仅仅绘制一些元件。此外，参考标号可在各图中重复以示出相对应的或相似的元件。另外，应理解，除非另外隐含地或明确地理解或陈述，否则此类候选或替代方案的任何列表仅是说明性的，而不是限制性的。另外，除非另外指明，否则本说明书和权利要求书中所用的表示成分的量、组分、反应条件等等的标号应理解为均由术语“约”修饰。
因此，除非相反地指出，否则本说明书和随附权利要求书中所阐述的数值参数是可以取决于寻求通过本文提出的主题获得的所希望特性而改变的近似值。最低限度地，且并不试图限制等效物原则应用于权利要求书的范围，每一数值参数都应至少根据所报告的有效数字的数目并且通过应用一般四舍五入技术来解释。尽管阐述本文中提出的标的物的广泛范围的数值范围和参数为近似值，但具体实例中所阐述的数值是尽可能精确报告的。然而，任何数值固有地含有某些由其相应测试测量中所发现的标准差必然造成的误差。
现转而参看图式，图2到3是根据本发明的实施例的实例设备的侧视图。具体地说，如图3中所说明且一般由参考标号50表示的设备示出为在“打开”位置中，在“打开”位置中小于约10μl，更常小于约2μl的液滴分析物或参考样本施配或抽吸到下部平台表面15(在本文中也被称作第二基座表面)上。如下文更详细地论述，此“打开”位置使得能够轻松访问表面的末端，表面例如表面15，所述末端容留液体样本且还使得用户能够易于清洁此类表面并在期望时在设备内安装新样本。
因此，在图3的“打开”位置中，可借助于吸液构件(未展示)来提供小于约10μl，更常小于约2μl的液体样本的施配，吸液构件例如但不限于，来自马萨诸塞州沃尔瑟姆市的赛默飞世尔科技(Thermo Fisher Scientific)的经移液液体因此递送给下部平台15，下部平台15常常被配置成可包含定制或商业SMA光纤连接器16s的基座或砧座类表面，且这些下部平台15还可在一些应用中用由本领域普通技术人员已知的材料处理，以防止所施加液滴分析物或参考样本(未展示)的过度扩散。
其后，在施加液滴之后，如现在图2中展示，设备50即刻由用户成角度地移动成在“关闭”位置中，以便产生上部基座或砧座类表面13(在本文中也被称作第一基座表面)，如图3中具体参考，定制或商用SMA光纤连接器12s的末端也常常与所施配的液滴样本(未示出)接触以将所需液滴样本约束在其与下表面15之间，也在图3中具体参考，在表面张力模式下以可变距离(P)将液体样本拉动到立柱9(如图1所示)中，以便通过表面张力容留或在光学分析期间挤压样本，由此提供用于光度或光谱测量的光学路径。
如由导致图2的关闭位置的图3的打开位置所示，摆臂54的此类角移动通过被配置成穿过摆臂54和铰链垫块57两者中的孔的铰链杆56的机械耦合来实现，其中铰链垫块57相对于底板52刚性地固定。因此，含有表面13且安装在摆臂54中的孔内并通过所述孔的光纤连接器12s亦围绕铰链杆56相对于底板52成角度地旋转，以便与表面15上施配的液滴样本接触。耦合到底板52的机械止动器53提供臂54的下表面在臂旋转以便实现液滴样本的接触和测量时对接的所需位置。
还如图2和3中所说明，一对光导管，例如上部光纤18a(在本文中也被称作第一光导管)和下部光纤18b(在本文中也被称作第二光导管)和安置于相应连接器内，例如连接器12s和16s内，借助于在其工作位置中彼此完全相反来实现光通信，工作位置即图2中所说明的“关闭位置”。应注意，例如光纤18a和18b的此类光导管可以是任何类型，例如单模纤维、保偏纤维，但优选地为多模纤维。
在设备50的某些实施例中，如2图所示，第一光导管18a是透射端12t，其具有或不具有形成第一光导管18a的光纤，且第二光导管18b的光连接器16a是接收端16r，其具有或不具有形成第二光导管18b的光纤，其中所述第一光导管18a的所述透射端12t和所述第二光导管18b的所述接收端16r提供用于光度或光谱测量的光学路径。在设备60的某些其它实施例中，如图12所示，第一光导管18a是接收端12r，其具有或不具有形成第一光导管18a的光纤，且第二光导管18b的光连接器16s是透射端16t，其具有或不具有形成第二光导管18b的光纤，其中所述第一光导管18a的所述接收端12r和所述第二光导管18b的所述透射端16t提供用于光度或光谱测量的光学路径。
现在排它性地转向图2，为了描述用于测量所需样本的表面15和13的精确定位，应注意，下部光纤18b的下部光纤固持器16s还充当线性致动器的轴，如下文更详细描述。虽然上部光纤连接器12s(且因此，耦合的光导管光纤18a)相对于摆臂54固定，但是下部光纤连接器16s(且因此，下部光导管，例如光纤18b)可平行于其轴线(例如，沿着垂直方向)而平移，以便使得两个光纤之间的间隔能够变化。下部光纤连接器16s从两个光纤之间的最大光学间隔到最小光学间隔的移位范围分别示出于14A和14B中。底板52具备在上面安装以便实现下部光纤连接器16s的精确平移的线性致动器。如图线性致动器可包含电机62，所述电机借助于扣接件65(例如具有或不具有相关联衬套的螺钉、柱、插销、铆钉等)紧固到底板52。所述扣接件还可包含延长的电机安装螺钉，且可通过衬套68，所述衬套提供与板或托架64的可滑动机械接合，如下文进一步描述。
大体如图2所示，电机被设计成产生压在下部光纤固持器16s的配合螺纹轴部分(未示出)上的螺纹螺母(未示出)的旋转运动。下部光纤连接器16s替换和/或充当线性致动器的致动器轴。如由电机62在任一方向上驱动的内部带螺纹螺杆抵靠外部螺纹轴部分的旋转引起下部光纤连接器16s和容纳在其中的所设置光导管例如18b的受控平移。下部光纤连接器16s的位置通过以机械方式耦合到电机62的板或托架64来稳定。板或托架64可具有供衬套68和例如螺钉65的扣接件通过的孔或狭槽(未示出)。扣接件65可包括延长的电机安装螺钉。电机62可以进一步通过额外扣接件(未示出)紧固到底板52。
作为有益布置，电机62可以是市售电机或线性致动器或线性平移器电机。作为但仅作为一个实例，线性致动器电机组合件可从美国康涅狄格沃特伯里的海顿开关器械公司(Haydon Switch Instruments)作为部件号28H43-05-036而购得。标准现货线性致动器或线性平移器设备的致动器轴可能需要由下部光纤固持器16s替换，如本文所描述。
如图4所示，用来建立“初始”位置的位置传感器82和耦合到第二光导管18b的光遮断器装置79'(在本文中也被称作“初始旗标”)位于下部基座表面下方，在下部基座表面处建立光程长度且进行测量。光遮断器装置79'以机械方式耦合到下部光纤固持器(图3中所示)，且经由托架64线性地平移。光遮断器装置79'的移位范围示出于图15A-B和16A-B中，从高于图15A和16A所示的“初始”位置上方的位置到图15B和16B中所示的“初始”位置，其中位置传感器82的LED横杆82'被光遮断器装置79'遮断。尽管传感器的准确度和可重复性大致为±5μm，但实验和分析已示出，由于随时间推移的磨损和机构中组件的热膨胀，所得绝对路径长度准确度可能在上部基座表面与下部基座表面之间改变多达±20μm。在1.00mm到0.100mm的较长路径长度下，这通过使用差分吸光度测量来加以克服，其中利用系统将移动的基座表面的相对位置控制到大致±4μm的能力，使用在2个路径长度下测量的样本吸光度的差异来确定样本的真实吸光度。换句话说，尽管绝对路径长度准确度可能与目标相差多达20μm，但系统能够将在两个路径长度之间移动的距离控制在大致4μm内。然而，在小于0.100mm的路径长度下，使用差分吸光度方法不切实际，因为路径长度之间的距离的可允许差异变得大幅短于路径长度自身。同样，因为路径长度之间的距离的可允许差异减小，甚至4μm的相对位置准确度也会成为实质错误。
如上文所论述，随着市场中微体积分光光度计的使用的扩展以及新应用的开发，增大分光光度计的动态范围的需要已增大。此类应用现在需要小到30μm的路径长度来取得液体样本的准确光度测量值。为了克服上文所描述的系统的绝对定位错误，确定更适当的参考或“初始”位置将为上部基座与下部基座初次进行接触的确切位置或零路径长度位置。如果可以准确地且可能更重要地，以高精度检测这一位置，可以接着测量路径长度，其对热膨胀和/或组件磨损效应的敏感性要小得多。
实现这一零路径长度校准的若干方式已公开于Coffin等人的美国专利公开案US2014/0008539 A1中，其公开内容特此以全文引用的方式并入(然而，在所并入参考案中的任何内容与在本申请案中陈述的任何内容矛盾的情况下，以本申请为准)。在一个实施例中，一种用于测量样本的光学特性的设备，所述设备包含：第一基座表面，所述第一基座表面耦合到i)摆臂和ii)光源；磁体；底板；机械止动器，所述机械止动器耦合到所述底板；以及第二基座表面，所述第二基座表面以机械方式耦合到所述底板且被配置成接收液体样本。所述第二基座表面耦合到光谱仪，其中所述第二基座表面能够进一步操作以便按可变距离(P)调整所述第一基座表面与所述第二基座表面之间的分离度来将所述液体样本拉动到立柱中以便通过表面张力来容留，或在光学分析期间挤压所述样本，由此提供用于光度或光谱测量的光学路径。所述设备进一步包含磁通量传感器，所述磁通量传感器定位于所述磁体的北磁通量场与南磁通量场之间，使得在所述机械止动器与所述摆臂物理接触时到达所述传感器的所述磁通量提供所述磁通量传感器的一系列线性输出。所述设备还包含处理器，所述处理器适于通过利用从所述磁体发射且由所述磁通量传感器检测到的阈值磁通量场来校准最小光程长度的点。所述设备可进一步包含：耦合到第一基座表面的第一光导管；耦合到第二基座表面的第二光导管；以及任选地托架，所述托架被配置成准许所述第二光导管平行于所述第二光导管的纵向轴线的平移移动。在用于检测上部基座13和下部基座15的接触位置的一个改善型设备50中，如图2到3中所示，线性霍尔效应传感器10固定到底板52，且磁体1固定到摆臂54。磁体1定位成使得其北磁通量场和南磁通量场的零面在线性霍尔效应传感器10上相对居中。线性霍尔效应传感器10定位成检测从磁体1发射的磁通量场在摆臂54通过下部基座15与上部基座13初次进行接触而抬升时的改变。线性霍尔效应传感器10读出的后处理接着用来建立对应于零路径长度的准确位置。用以检测从磁体1发射的磁通量的改变的替代磁性传感器包含响应于磁通量场的改变而输出阻力的改变的巨磁阻(GMR)传感器。
在设备60的另一实施例中，如图13所示，线性霍尔效应传感器10耦合到摆臂54，且磁体1耦合到底板52。
在一个实施例中，线性霍尔效应传感器10的操作示出于图5中且在以下步骤中描述：
1)将圆柱形条状磁体1安装在分光光度计50的摆臂54中，如图5所示而定向，其中N极向上。
2)定位磁体1，使得摆臂54向下，磁体主体的中点在线性霍尔效应传感器10的水平轴线上。
3)将线性霍尔效应传感器10定位于分光光度计50的底板52中。合适线性霍耳效应传感器例如可从Melexis(Melexis NV，比利时)以部件号MLX90215购得。
4)线性霍尔效应传感器10仅对磁体1的在X方向上的磁通量作出反应。
5)在摆臂54与机械止动器53(“向下”位置)物理接触的情况下，X方向上的标称磁通量应等于零。
6)然而，由于圆柱形条状磁体1的磁化瑕疵和组合件中所允许的位置公差，到达线性霍尔效应传感器的实际磁通量可能是非零。因此，线性霍尔效应传感器以适当灵敏度和偏移加以编程，如下文所描述，以提供预期静态通量(即，在摆臂向下时到达传感器的磁通量)范围内的一系列线性输出电压。
7)应用低通滤波器来从线性霍尔效应传感器输出去除噪声。针对噪声减少优化低通滤波器，同时在摆臂随以100步/秒操作的步进式电机移动时，维持用于测量磁通量改变的适当响应时间。
8)将经滤波信号放大-10X以增大对通量改变的敏感度。
9)偏移电压保持放大信号在OP-AMP和模/数转换器(ADC)的线性范围内。偏移电压通过微处理器控制，且在可用范围内扫描所述偏移以找出输出在ADC输入范围(0到3.3V)的中心附近的点。如图6所示，红线示出在针对静态通量为20毫特斯拉(mT)的情况调整偏移之后的最终系统传递函数(通量到电压)。注意，敏感度对于待用操作点附近的小通量改变会大幅增大。
10)接着通过ADC以12位分辨率数字化经调节信号。
11)视情况，在微处理器上实施数字滤波器和检测算法。
12)所得性能特性：A)每微米摆臂行程大致5ADC计数；B)检测到摆臂移动时的摆臂位置变化(在本文中也被称作“零路径长度”)为±2μm。
零路径长度检测的流程图示出于图7中。经调节线性霍尔效应传感器信号和基线校正和指数平均数据的ADC值的实例分别示出于图8和9中。从图8和9所示的数据显而易见，摆臂在触发零路径长度之大幅移动。这一移动对于磁通量在线性霍尔效应传感器的位置处改变是必需的。然而，容许这一移位，只要臂移位合理地接近于机械止动器与摆臂物理接触且移位可重复的实际点即可。为平衡这些要求，“tb”设定为等于值-4，即，四个计数低于指数平均基线。对应于tb＝-4的阈值磁通量场的绝对值随偏移调整而变化。在一个实施例中，阈值磁通量场在线性霍尔效应传感器处等于0.012mT。指数平均加权因数在图10中所示的数字滤波和零路径长度检测算法中为0.03。如同图5中所示的电子滤波器，这一数字滤波器系数选择为噪声减少与相位延迟之间的妥协，同时维持可重复性。
在一个实施例中，一种测量样本的光学特性的方法包含：将第一基座表面和磁体耦合到摆臂和光源；以及将机械止动器和磁通量传感器耦合到底板。所述方法进一步含将第二基座表面耦合到所述底板，所述第二基座表面经配置以收纳液体样本，并能够进一步操作以便按可变距离(P)调整所述第一与所述第二基座表面之间的分离度来将所述液体样本拉动到立柱中以便通过表面张力容留，或在光学分析期间挤压所述样本，由此提供用于光度或光谱测量的光学路径。所述方法还包含：将所述磁通量传感器定位于所述磁体的北磁通量场与南磁通量场之间，使得在所述机械止动器与所述摆臂物理接触时到达所述传感器的所述磁通量提供所述磁通量传感器的线性输出范围；以及利用从所述磁体发射且由所述磁通量传感器检测到的阈值磁通量场来校准最小光程长度的点。图7中所示的示范性零路径长度检测方法包含以下步骤：
1.将下部光纤连接器16s移动到光学旗标79'的起始位置。(初始电机到光学旗标)
a.建立用于所有后续步进式电机移动的零参考
2.优化偏移电压
a.处理器控制偏移电压调整(数字点)
b.以0VDC偏移开始且读取ADC值
c.递增偏移电压且读取ADC值，在ADC值处于2200与2400计数之间的范围时停止递增偏移电压
3.零路径长度的粗略搜索
a.以电机步进位置0开始，获得基线ADC值
b.以500步将电机位置移动到新位置
c.读取新位置处的ADC值
d.在ADC值从基线值改变200计数时停止移动电机
e.限定从粗略搜索的末端电机位置下方500步到上方500步的精细搜索范围
4.零路径长度的精细搜索
a.从精细搜索范围中的开始位置，以100步/秒开始移动电机
b.在每一步进位置-读取ADC值
c.计算基线校正和指数平均值(EA)
d.在EA≤阈值磁通量水平(tb)时，停止移动
e.电机停止时，返回电机步进位置的值。所返回的值称为“tc”。
路径长度校准方法的实施例示出于图11A-C中。如图11A中所示的示范性初始路径长度校准包含以下步骤：
1.找出通电时的零路径长度位置
a.在器械通电时，执行如上文所描述且在图7中示出的找出零路径长度例程(mh＝1命令)-返回“tc”值
2.找出路径长度位置
a.在找出零路径长度例程期间使用利用初始旗标找出的起始位置
b.测量液体已知光度标准，例如重铬酸钾或烟碱酸与硝酸钾的混合物
c.找出对应于所需光程长度的步进式电机位置，例如光度标准的所测量吸光度为0.740吸光度单位(对应于1000μm的已知路径长度)和其其它倍数(例如，处于0.0222、0.037、0.074和0.148吸光度单位的步进式电机位置)的步进式电机位置
d.将步进式电机位置存储为P0、P1、P2、…Pn-在固件中：tp(P0,P1,P2,…Pn)
3.存储零路径长度位置
a.存储校准时的零路径长度位置
b.将“tc”值设定为＝“tz”值
如图11B中所示的零路径长度的示范性实施方案包含以下步骤：
1.找出通电时的零路径长度位置
a.在器械通电时，执行如上文所描述且在图7中示出的找出零路径长度例程(mh＝1命令)-返回“tc”值
2.调整校准位置
a.计算在器械通电期间发现的零路径长度位置与在初始路径长度校准期间发现的零路径长度位置的差异(上文所描述且在图11A中示出)
b.依据零路径长度位置的差异调整每一路径长度步进式电机位置以考量路径长度漂移-新路径长度位置＝Pn+(tc-tz)
3.在例如4小时的所确定时间周期之后刷新零路径长度
a.如果先前发现的零路径长度位置“tc”大于旧有的4小时，则
b.执行如下文所描述且在图11C中示出的刷新零路径长度例程
c.以新“tc”值覆写旧“tc”值
d.用新“tc”值重新调整如上文所描述的校准位置
如图11C中所示的示范性刷新零路径长度校准(“tc＝1命令)包含以下步骤：
1.零路径长度的粗略搜索
a.在先前tc值以下的4000步开始-获得基线ADC值
b.以500步将电机位置步进到新位置
c.读取新位置处的ADC值
d.在ADC值从基线值改变200计数时停止移动电机
e.限定从粗略搜索的末端位置下方500步到上方500步的精细搜索范围
2.零路径长度的精细搜索
a.从精细搜索范围中的开始位置，以100步/秒开始移动电机
b.在每一步进位置，读取ADC值
c.计算基线校正和指数平均值(EA)
d.在EA≤阈值磁通量水平(tb)时，停止移动
e.电机停止时，返回电机步进位置的值。所返回值称为“tc”，且覆写先前“tc”值。
一个替代实施方法为消除使用初始旗标和位于步进式电机下方的位置传感器作为参考位置，且使用在经修改零路径长度检测(mh＝1)例程期间发现的零路径长度位置来建立零位置。路径长度校准位置将接着参考所述零路径长度位置而非起始位置。另一替代方案为消除路径长度校准过程，其基于每一所关注的路径长度的参考位置存储离散步进式电机位置，且依赖于所述零路径长度位置和导螺杆的俯仰角来确定实现任何所需路径长度所需的电机步进数目。
虽然已参考示范性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员应了解，在不脱离本发明范围的情况下可以进行不同的改变并且其多种元素可以由多种等效物代替。另外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，所属领域的技术人员将理解许多修改来使特定仪器、情形或材料适于本发明的教示。因此，不希望本发明限于作为预期用于执行本发明的最佳模式来揭示的具体实施例，而是本发明将包含属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。

Claims (20)

1.一种用于测量样本的光学特性的设备，所述设备包括：
a.第一基座表面，所述第一基座表面耦合到i)摆臂和ii)光源；
b.磁体；
c.底板；
d.机械止动器，所述机械止动器耦合到所述底板；
e.第二基座表面，所述第二基座表面以机械方式耦合到所述底板且被配置成接收液体样本，所述第二基座表面耦合到光谱仪，其中所述第二基座表面能够进一步操作以便按可变距离(P)调整所述第一基座表面与所述第二基座表面之间的分离度来将所述液体样本拉动到立柱中以便通过表面张力容留或在光学分析期间挤压所述样本，由此提供用于光度或光谱测量的光学路径；
f.磁通量传感器，所述磁通量传感器位于所述磁体的北磁通量场与南磁通量场之间，使得在所述机械止动器与所述摆臂物理接触时到达所述传感器的所述磁通量提供所述磁通量传感器的线性输出范围；以及
g.处理器，所述处理器适于通过利用从所述磁体发射且由所述磁通量传感器检测到的阈值磁通量场来校准最小光程长度的点。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一基座表面耦合到第一光导管。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述第二基座表面耦合到第二光导管。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述第一光导管和所述第二光导管包括选自以下中的至少一种光纤：单模光纤、保偏光纤和多模光纤。
5.根据权利要求3所述的设备，进一步包含被配置成准许所述第二光导管平行于所述第二光导管的纵向轴线的平移移动的托架。
6.根据权利要求5所述的设备，其中所述托架进一步包括位置传感器，所述位置传感器提供反馈以便实现所述第一基座表面与所述第二基座表面之间的精确位移，以便实现所述可变距离(P)。
7.根据权利要求6所述的设备，其中当平移控制系统在启动之后或在由耦合到所述第二光导管的光遮断器装置遮断之后即刻初始化时，所述位置传感器进一步建立参考位置。
8.根据权利要求3所述的设备，其中所述第一光导管包含透射端且所述第二光导管包括接收端，其中所述第一光导管的所述透射端和所述第二光导管的所述接收端提供用于光度或光谱测量的所述光学路径。
9.根据权利要求3所述的设备，其中所述第一光导管包含接收端且所述第二光导管包括透射端，其中所述第一光导管的所述接收端和所述第二光导管的所述透射端提供用于光度或光谱测量的所述光学路径。
10.根据权利要求1所述的设备，其中所述磁通量传感器是线性霍尔效应传感器。
11.根据权利要求1所述的设备，其中所述磁通量传感器是巨磁阻(GMR)传感器。
12.根据权利要求1所述的设备，其中所述磁通量传感器定位成使得当所述机械止动器与所述摆臂物理接触时，所述磁体的北磁通量场和南磁通量场的零面在所述磁通量传感器上居中。
13.根据权利要求1所述的设备，其中所述磁体耦合到所述摆臂，且所述磁通量传感器耦合到所述底板。
14.根据权利要求1所述的设备，其中所述磁通量传感器耦合到所述摆臂，且所述磁体耦合到所述底板。
15.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述设备针对任何给定光程长度量测处于介于约0.005个吸光度单位与约2.0个吸光度单位之间的范围内的吸光度。
16.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述光源被配置成提供处于介于约190nm与约850nm之间的范围内的光波长。
17.一种用于测量样本的光学特性的方法，所述方法包括：
a.将第一基座表面和磁体耦合到摆臂和光源；
b.将机械止动器和磁通量传感器耦合到底板；
c.将第二基座表面耦合到所述底板，所述第二基座表面被配置成接收液体样本，并能够进一步操作以便按可变距离(P)调整所述第一基座表面与所述第二基座表面之间的分离度来将所述液体样本拉动到立柱中以便通过表面张力容留，或在光学分析期间挤压所述样本，由此提供用于光度或光谱测量的光学路径；
d.将所述磁通量传感器定位于所述磁体的北磁通量场与南磁通量场之间，使得在所述机械止动器与所述摆臂物理接触时到达所述传感器的所述磁通量提供所述磁通量传感器的线性输出范围；以及
e.利用从所述磁体发射且由所述磁通量传感器检测到的阈值磁通量场以校准最小光程长度的点。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述磁通量传感器定位成使得当所述机械止动器与所述摆臂物理接触时，所述磁体的北磁通量场和南磁通量场的零面在所述磁通量传感器上居中。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述磁通量传感器是线性霍尔效应传感器。
20.根据权利要求17所述的方法，其中所述磁通量传感器是巨磁阻(GMR)传感器。
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