CN112033946A - 手持式荧光计 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于测量样本荧光的荧光计，所述荧光计包括激发源，所述激发源用于沿着第一光束路径激发电磁辐射，以引发样本中的荧光。激发滤波器将电磁辐射从激发源朝向样本传递。激发滤波器保持件支撑激发滤波器并且限定了用于使得电磁辐射从激发源通过的孔。孔定位成相对于第一光束路径非对称，使得孔允许第一光束路径中的电磁辐射的不对称部分朝向样本通过，而激发滤波器保持件阻挡第一光束路径中的电磁辐射的对应不对称部分。阻挡第一光束路径中的电磁辐射的对应不对称部分通过减小了从发射器模块直接定向到检测器模块的电磁辐射量。

Description

手持式荧光计
本分案申请是基于中国发明专利申请号201580050497.0(国际申请号PCT/US2015/043384)、发明名称“手持式荧光计”、申请日为2015年8月3日的专利申请的分案申请。
技术领域
本公开整体涉及用于测量溶液中化学物质的浓度的系统和方法。更加特别地，本公开涉及包含测量溶液中化学物质的浓度的荧光计的系统和方法。
背景技术
诸如饭店、旅馆、食品饮料厂、医院等的公共设施中的清洁操作通常使用具有消毒、杀菌和/或抗菌性能的清洁产品。在一些情况中，清洁产品可以与一些细菌孢子中的特定化学化合物(例如，吡啶二羧酸)相互作用，以破坏细菌。可替代地，可以将特定化学化合物添加到清洁产品中，以提高清洁产品的化学稳定性和/或延长保质期。例如，可将吡啶二羧酸添加到特定的清洁产品中，以提高它们的耐热性，从而降低清洁产品在暴露于热量中时的降解率以及延长这些清洁产品在具有温暖气候的区域中的使用。
可以在多种情形下测量吡啶二羧酸的浓度。例如，规章标准要求在公共设施中细菌孢子的浓度不超过给定值。通过测量吡啶二羧酸的浓度，则可以确定细菌孢子的浓度符合任何规章标准。在另一个示例中，可能需要保持吡啶二羧酸的特定浓度，以提高清洁产品的稳定性。因为吡啶二羧酸在由特定波长的电磁辐射激发时呈现荧光，所以可通过测量溶液的荧光而测量溶液中吡啶二羧酸的浓度。由溶液发射的荧光强度可以取决于溶液中吡啶二羧酸的浓度。例如，由溶液发射的荧光强度可以与吡啶二羧酸的浓度成正比。通过测量由吡啶二羧酸发射的荧光强度，因此可确定吡啶二羧酸的浓度。
用于测量样本的荧光的荧光计是众所周知的。在都受让给Ecolab Inc.,St.Paul，MN的美国专利No.8,269,193和美国专利No.8,352,207中公开了用于测量荧光的示例性荧光计，这两项专利中的每一项公开的全部内容在此通过引用的方式并入本文。荧光计通常具有：电磁辐射源，所述电磁辐射源可激发样本(例如，未知浓度的吡啶二羧酸溶液)；和检测器，所述检测器适于测量由电磁辐射发射的荧光强度。
在很多情形中，溶液(例如，清洁溶液)中受关注物质(例如，吡啶二羧酸)的浓度可以非常低。例如，规章要求可以要求在目标区域(例如，医疗机构、食品饮料生产和包装厂)中仅仅存在最小水平的受关注物质(例如，细菌)。在这些情况中，由受关注物质发射的荧光强度可以与受关注物质的浓度成比例。低浓度(例如，大约为每十亿中数百份)可以导致减小所发射的荧光的强度。例如，荧光可以针对浓度降低而成正比减小(或者通过稀释受关注物质)。通常，本领域中已知的荧光计不能以高准确度和敏感度测量这种低水平荧光。
发明内容
本发明的特定实施例包括一种用于测量样本的荧光的荧光计。荧光计可包括壳体、由壳体支撑的控制器以及传感器头。传感器头可包括发射器模块和检测器模块，所述发射器模块和所述检测器模块操作地联接到控制器。发射器模块可包括激发源，所述激发源构造成发射一个或多个波长的电磁辐射，以引发样本中的荧光。可沿着第一光束路径引导电磁辐射的发射。传感器头可包括激发滤波器，所述激发滤波器用于将第一波长范围内的电磁辐射朝向样本传递。激发滤波器可由激发滤波器保持件支撑。激发滤波器保持件可限定使得电磁辐射通过的孔。激发滤波器保持件可支撑激发滤波器，使得激发滤波器允许滤波后的电磁辐射通过孔并且朝向样本，使得第一光束路径限定了从激发源至激发滤波器、经由孔且朝向样本的电磁辐射轨迹。检测器模块可检测由样本发射的荧光。荧光计显示了基于所测量的荧光由控制器确定的样本中物质的浓度。
在一些实施例中，荧光计包括第一聚焦设备和第二聚焦设备。第一聚焦设备和第二聚焦设备能够可容纳在壳体中、在传感器头附近。第一聚焦设备可引导源自激发源并且由激发滤波器朝向样本传递的电磁辐射。第二聚焦设备可将源自样本的荧光朝向检测器模块引导。
在一些实施例中，孔可定位成相对于第一光束路径不对称，以致使孔使得第一光束路径中的电磁辐射的不对称部分通过而激发滤波器保持件阻挡第一光束路径中的电磁辐射的对应不对称部分通过。阻挡第一光束路径中的电磁辐射的对应不对称部分通过可减小从发射器模块直接定向到检测器模块的电磁辐射量。在一些实施例中，孔具有半圆形截面。在一些实施例中，通过阻塞圆形开口的至少一部分而形成所述孔。在一些实施例中，孔成形为防止通过第一聚焦设备的电磁辐射朝向第二聚焦设备引导。
在附图中示出并且在以下描述中陈述了本发明的一个或多个实施例的细节。根据说明书和附图以及根据权利要求书，其它特征、目的和优势将变得显而易见。
附图说明
以下附图图解了本发明的特定实施例并且因此并不限制本发明的范围。不需要按照比例(除非有说明)绘制附图并且所述附图旨在结合以下详细描述中的解释一起使用。在下文中将结合附图描述本发明的实施例，附图中，相同的附图标记表示相同元件。
图1是根据本发明的一个实施例的荧光计的透视图；
图2是图1的荧光计的分解透视图；
图3是根据本发明的一个实施例的荧光计的传感器头的透视图；
图4是图3的传感器头沿着截面A-A剖切的前视剖面图；
图5是图3的传感器头的分解透视图；
图6是根据本发明的一个实施例的荧光计的发射器模块的透视图；
图7是图6的发射器模块的分解透视图；
图8是根据本发明的一个实施例的荧光计的检测器模块的透视图；
图9是根据本发明的一个实施例的荧光计的激发和荧光发射光谱的曲线图；
图10A是示出了根据本发明的一个实施例的激发和发射滤波器的透射谱和激发和荧光发射光谱的曲线图；
图10B是示出了根据本发明的一个实施例的激发和发射滤波器的透射谱和激发和荧光发射光谱的曲线图；
图11是根据本发明的一个实施例的图3的发射器模块的一部分的透视图；
图12A至图12D是根据本发明的各个实施例的发射器模块的一部分的前视图；
图13是根据本发明的另一个实施例的发射器模块的侧视图。
具体实施方式
以下详细描述本质上为是示例性的而并不旨在以任何方式限制本发明的范围、适用性或者构造。而是，以下描述提供了用于实施本发明的示例性实施例的一些实际阐释。对于本发明领域中的普通技术人员而言已知的是，为选定元件和所有其它元件提供了构造、材料、尺寸和制造处理的示例。本领域技术人员将认识到所述示例中的很多示例具有多种适当的替代方案。
图1和图2分别是根据本发明的一些实施例的荧光计100的透视图和分解视图。荧光计100可用于测量由特定样本发射的荧光。而且，荧光计100可便于基于所测量的荧光来确定溶液中特定样本的浓度。这些实施例可用于测量由样本(诸如吡啶二羧酸)和其它化学物质(例如，在清洁产品中发现的化学物质)发射的荧光的强度。基于所测量的发射荧光的强度，可确定溶液(例如，消毒剂、杀毒液、清洁剂等)中的吡啶二羧酸的浓度。
通常，荧光计100可测量由具有受关注物质(例如，吡啶二羧酸)的样本(例如，化学溶液，诸如，抗菌剂或清洁产品)发射的荧光的强度。荧光计100可计算样本中物质的浓度，并且向用户显示所确定的浓度。然后用户可基于所确定的浓度来实施任何期望的行为，诸如，例如，添加更多物质以增加物质的浓度。如果荧光计100确定浓度低于或者大于阈值浓度，则用户能够可分配更多或更少的物质。另外，荧光计100可以操作地联接到外部产品传感器(out-of-product sensor)。在特定实施例中，当物质浓度低于预定阈值时，由物质发射的荧光可以具有更低的强度。此时，外部产品传感器可警告用户物质浓度已经达到预定阈值以下。信号可以是视频信号、音频信号或者本领域中已知的任何其它类型的信号。因此，用户可确保存在足够量和/或足够浓度的清洁溶液、抗菌溶液、消毒溶液和/或杀菌溶液或者受关注的其它物质，以实现期望的效果(清洁、减少微生物、耐热、产品稳定性、润滑等)。
荧光计100的基本操作是众所周知的并且因此为了简洁和清晰而省略了各种细节。荧光计100可基于物质的荧光性能来计算样本中特定物质的浓度。如将在此更加详细描述的那样，荧光计100包括激发源158，所述激发源以选择的一个或多个波长发射电磁辐射或者在波长范围内连续发射电磁辐射。当受关注物质暴露于处于选择的一个或多个波长(例如，处于波长范围内)中的电磁辐射时，可以致使激发物质的某些分子中的电子并且引发电子发射电磁辐射。对于由激发源158发射的电磁辐射，发射的电磁辐射可具有不同能量(即，在另一个波长范围内)。由物质发射的电磁辐射然后可被转化成电信号。电信号可以表示荧光发射的强度。然后可基于荧光发射的强度与物质浓度之间的已知关系(例如，经由标度)来确定物质的浓度。
针对涉及荧光计的本发明的实施例设想了这个整体处理的多个变形方案和具体细节。在一个示例中，可以确定水处理产品或溶液的浓度。在另一个示例中，受关注物质可以是任何化学溶液。示例包括但不局限于诸如农药和抗菌产品的杀生物剂、防腐剂、防锈和防垢产品、消毒剂和其它清洁产品、洗涤剂、添加剂、表面活性剂、润滑剂、抗微生物剂、溶剂、助水溶物、防再沉淀剂、染色剂、缓蚀剂、酸、碱性溶液、盐溶液和漂白添加剂。这些化合物可结合到产品中，所述产品诸如是器皿洗涤清洁剂、漂洗助剂、洗衣粉、原地清洗清洁剂、抗菌剂、地板涂层、肉类、家禽和海鲜畜体处理剂、杀虫剂、车辆护理成分、水护理成分、水池和矿泉成分、无菌包装成分、瓶清洗成分等。可在受让给本申请的受让人的美国专利No.7,550,746中发现这些化合物以及相应应用的示例，其公开内容在此通过引用方式并入本文。
如在图1和图2中看到的，荧光计100包括传感器头102。传感器头102可由塑料制成并且可以被模制和/或铣削以获得期望的形状和特征。传感器头102包括液密性传感器头壳体104(例如，O形环密封件)，所述液密性传感器头壳体便于在荧光计100部分或者整个浸入受关注流体样本中时操作荧光计100，并且保护传感器头102的各个部件免于暴露于流体。因此，在一些情况中，传感器头102具有与可浸入的浸探针类似的一些特征和/或特性。例如，在本发明的一些实施例中，传感器头102具有在都共同受让给本申请的受让人的美国专利No.7,550,746、美国专利No.7,652,267、美国专利No.7,989,780和美国专利No.8,084,756中描述的特征和/或部件类似的一个或多个特征和/或部件，所述专利中每一项的公开内容在此通过引用方式并入本文。传感器头102可被浸入到样本容器(未示出)中，以测量荧光和/或浓度。荧光计100还包括：电子显示装置106，其用于向用户显示数据(例如，浓度、强度)；和呈按键108形式的输入接口，所述按键108允许用户与荧光计100相互作用(例如，保存所测量的浓度或者强度、设置测量参数、观察先前存储的测量数据等)。
传感器头102可连接到控制器模块110。在一些实施例中，控制器模块110具有控制器壳体112，所述控制器壳体提供了与手柄或者棒类似的传统形式，以便由手轻易抓持或者保持荧光计100。在一些实施例中，控制器模块110通常包括基于由传感器头102接收到的信号来确定产品浓度所需的部件。如图2所示，控制器模块110包括控制器板114，所述控制器板经由显示板电缆与显示板116联接。显示板116允许电子显示装置106(例如，LCD屏)向用户显示信息(例如，荧光计所测量的浓度、强度)。控制器模块110还包括呈按键108形式的输入接口。控制器模块110还包括便携式电源120(例如，电池)，以用于向荧光计100供电。
在一些情况中，传感器头102连接到(例如，通过紧固件或者结合剂)控制器壳体112的底部表面122或者与所述底部表面122成一体，所述底部表面122与电子显示装置106相对并且定位在控制器壳体112的远端124附近。在一些实施例中，传感器头102壳体固定地附接到控制器壳体112的底部表面122。在一些实施例中，传感器头壳体104可以与控制器壳体112的至少一部分一体形成。在一个示例中，用户可在控制器壳体112的近端126附近抓持控制器壳体112，以对样本实施测量。另外，用户可在控制器壳体112的近端126附近抓持控制器壳体112，以读取电子显示装置106和/或操纵按键108。例如，用户可以通过将控制器模块110保持在样本表面上(例如，在储器、容器、烧杯等中)将传感器头102浸入样本中，其中，传感器头102部分或者完全地浸入样本中。在一些实施例中，用户可以抓持控制器模块110的近端126，同时将样本容器固定到传感器头102。控制器模块110和传感器头102的其它构造也是可行的。
返回参照图2，控制器板114能够可具有多个离散部件，所述多个离散部件定位在印刷电路板上(例如，钎焊)并且联接在一起。控制器板114包括控制器128，所述控制器基于来自检测器模块150的强度信号来计算浓度。控制器128可以提供各种其它功能，包括但不局限于实施校正程序、接受和执行在输入接口处输入的指令、和/或格式化用于在荧光计的电子显示装置106上观察的数据。控制器128可以是本领域中已知的任意一种控制器，诸如，软件驱动的微型处理器、微型控制器、现场可编程门阵列、集成电路等。另外，控制器128或者控制器板114可以具有在板载存储器(未示出)，所述板载存储器存储由控制器128执行的指令。
控制器板114还包括电缆130，所述电缆用于将控制器板114(例如，经由连接件)连接到图2中示出的电源120。控制器板114还包括用于向传感器头102中的激发源158供电的一个或多个电源(未示出)。在一些实施例中，控制器板114包括实时时钟电池、锁入式放大器、基准光电探测器放大器和用于显示板116的连接件、发射器模块140和检测器模块150。在一些情况中，控制器板114还可以具有用于与其它计算装置通信的USB或者其它类型的连接件、连接装置(例如，以太网卡、有线适配器、蜂窝适配器等)。
在一些实施例中，传感器头102具有与共同受让的美国专利No.7,550,746和美国专利No.8,084,756中描述的特征和/或部件类似的一个或多个特征和/或部件，这些专利中每一项的公开内容在此通过引用方式并入本文。现在参照图3和图4，在一些实施例中，传感器头壳体104容纳发射器模块140(在图6和图7中最好地示出)和检测器模块150(在图8中最好地示出)。发射器模块140和检测器模块150上的部件可保持在包封各块板的室“C1”和“C2”中，如在图5中看到的。第一室“C1”接收发射器模块140。第一室“C1”可以具有圆筒形状。第二室“C2”接收检测器模块150。在一些情况中，第一室C1和第二室C2可以定位成关于传感器头102的纵向轴线“SA”对称(例如，垂直取向)。每个室“C1”和“C2”包括切口，传感器头壳体104延伸通过壳体。这些切口156允许来自定位在发射器模块140上的激发源158(例如，从LED源)和来自定位在检测器模块150上的发射检测器194(例如，光电晶体管)的电磁辐射与传感器头壳体104外部的解析区域通信。电缆将发射器模块140和检测器模块150联接到控制器板114，这允许控制器板114上的控制器(图2中示出)控制激发源158并且接收从发射检测器194返回的信号。尽管没有示出，但是在一些实施例中，传感器头102还包括一个或多个温度传感器，所述一个或多个温度传感器能够测量水样本的温度。例如，发射器模块140和/或检测器模块150可以包括延伸到传感器头壳体104中的一个或多个温度传感器。
继续参照图5，激发窗口160为由激发源158发射的电磁辐射提供了通过第一壁“W1”的路径。第二壁“W2”类似地限定了发射检测器窗口162，所述发射检测器窗口162为由样本发射的电磁辐射提供了通过第二壁“W2”的路径以抵达发射检测器194。在一些实施例中，激发窗口160和/或发射检测器窗口162限定了延伸通过传感器头壳体104的通道164。聚焦设备166可以定位成邻近每个窗口，以防止来自激发源158(例如，被引导朝向样本)的电磁辐射进入通道164或者防止由样本发射的电磁辐射(例如，朝向发射检测器194)进入通道164。聚焦设备166可以是透镜、镜子、棱镜或者本领域中已知的其它光学元件，用于再次引导电磁辐射。在一些实施例中，聚焦设备166(例如，球形透镜)由玻璃制成。例如，在图3至图5示出的图解实施例中，一对球形透镜168、170定位成邻近激发窗口和发射检测器194窗口。在图解的实施例中，聚焦设备166(例如，球形透镜)由蓝宝石制成。在一些实施例中，聚焦设备166可以(例如由适当材料制成)基本是透明的，以激发和/或发射波长。例如，第一球形透镜168针对由激发源158发射的电磁辐射可以基本为透明的，并且第二球形透镜170可以针对由样本发射的电磁辐射基本为透明的。在一些实施例中，第一球形透镜168和第二球形透镜170对于由激发源158发射的和由样本发射的电磁辐射皆基本是透明。如先前所提及的，聚焦设备166可将电磁辐射从激发源158朝向样本引导以及从样本朝向电磁模块150引导。同时，聚焦设备166可以防止任何电磁辐射(例如，从激发源158和样本)进入由激发窗口160和发射检测器194窗口限定的通道164。在一些实施例中，激发窗口160和发射检测器窗口162还包括透镜、棱镜或者其它材料，所述材料对于发射来说是光学透明的。
返回参照图1，在一些实施例中，传感器头102包括近端172和远端174，传感器头102的纵向轴线“SA”和长度“L”在所述近端172和所述远端174之间延伸。如图1和图3所示，在一些实施例中，传感器头102在传感器头102的近端172处或附近连接到控制器壳体112的底部表面122。传感器头102可以定位和定向成使得传感器头102的纵向轴线“SA”相对于控制器模块110的纵向轴线“CA”形成角度“A”。在一些情况中，传感器头102可以利用紧固件(未示出)可移除或者固定地附接到控制器壳体112。紧固件可包括但不局限于螺钉、螺栓和/或销。可替代地，传感器头102可以通过结合剂或者焊接固定地联结到控制器壳体112。在一些实施例中，传感器头102用四个螺钉固定，所述螺钉压缩定位在传感器头102和控制器模块110之间的凹槽中的O形环。在一些实施例中，传感器头壳体104可以与控制器模块110一体形成(例如，模制)。
尽管没有示出，但是传感器头102还可包括紧固件的一部分或者全部，所述紧固件将样本容器可移除地紧固到传感器头102。在一个示例中，紧固件可以包括定位在传感器头壳体104周围的一个或多个销。样本容器上的对应槽接收从传感器头102壳体延伸的销。在一些实施例中，销和槽形成卡销紧固件，所述卡销紧固件将样本容器围绕传感器头102固定而且还使得样本容器围绕传感器头102沿着优选方向(例如，旋转、三维位置)对准。还可包括其它紧固件(例如，螺纹、相对的压力元件等)。可替代地，样本容器可以通过摩擦配合与传感器头102接合。
尽管没有示出，但是在一些实施例中，传感器头102还包括孔口，所述孔口用于插入一个或多个温度传感器盖。温度传感器(未示出)可感测水样本的温度，其可用于基于因温度效应引起的误差而校正浓度确定值。传感器头102可以是可浸入的传感器头。在一些情况中，传感器头102可以部分或者整体地浸入样本中。因此，在浸入之前可密封(例如，阻流体密封、O形环等)传感器头壳体104、控制器壳体112和其它部件。另外，激发窗口160和发射检测器窗口162也可以用O形环等密封。在一些实施例中，因窗口、通道164和放置在通道164内的第一球形透镜168和第二球形透镜、170之间的压配合而密封激发窗口160和发射检测器窗口162。
如上所述，在一些实施例中，可通过手动地将传感器头102降低至水样本中而由荧光计100测量荧光。例如，用户可抓持控制器模块110并且暂时将传感器头102浸入液体样本中，使得传感器头102部分或者完全地浸入样本中，并且样本占据传感器头102窗口附近的解析区域。在本发明的一些实施例中，可设置传感器头102和控制器模块110之间的附接的取向，以提供荧光计100在支撑表面上的期望倾斜位置。例如，如先前所提到的，传感器头102连接到控制器模块110，使得传感器头102的纵向轴线“SA”相对于控制器模块110的纵向轴线“CA”形成角度“A”，所述角度“A”介于大约60度和大约90度之间的范围内。
图6和图7示出了根据本发明的一些实施例的发射器模块140的各个视图。如在图7中最好地示出的，发射器模块140(还在图2中示出为320)可包括印刷电路板，所述印刷电路板具有激发源158和基准光电探测器182(如图13最好地示出)。可选地，发射器模块140可包括放大器184和连接件，所述连接件用于使得发射器模块140与控制器板114相联。激发源158可包括各种可能的元件。例如，激发源158可以是气体放电灯、汞灯、氘灯、金属蒸汽灯、发光二极管(LED)或者多个LED等。另外，激发源158可以在多种可能光谱中基于所选择的激发元件和期望的光谱发射电磁辐射。在一些实施例中，激发源158是LED灯，所述LED灯能够发射紫外(UV)辐射，所述紫外辐射的波长从大约250纳米至大约310纳米。激发滤波器188定位在激发滤波器保持件190中，以拦截从激发源158发射的电磁辐射。激发滤波器188可以将来自激发源158的电磁辐射在其离开传感器头102之前滤波。激发滤波器保持件190可以限定孔192，所述孔用于使得来自激发源158的电磁辐射经由激发滤波器188通过并且朝向样本。可以通过使得孔一体形成于激发滤波器保持件190中来限定孔192的形状，或者可以通过经由组装包括激发滤波器保持件190的部件来形成孔而限定孔192的形状。
激发滤波器188可基本上传递来自激发源158的电磁辐射。在一些实施例中，激发滤波器188构造成将期望波长范围内的电磁辐射朝向样本传递。现在参照图9和图10，激发源158可发射期望波长或者波长范围内的电磁辐射。在图6示出的实施例中，激发源158发射介于大约250纳米和大约300纳米之间的光谱范围内的电磁辐射。例如，如果要测量吡啶二羟酸的荧光，则激发源158可发射处于介于大约260纳米和大约285纳米之间的光谱范围内的电磁辐射。可选地，操作者可以输入(例如，经由按键108)一个或多个波长，由激发源158发射处于所述一个或多个波长的电磁辐射。控制器128于是可以与发射器模块140通信，使得激发源158发射由操作者选择波长的电磁辐射。激发滤波器188可基本传递处于激发光谱的至少一部分中的电磁辐射的至少一部分(例如，图9中示出的激发峰值“e”)。例如，激发滤波器188可以具有在对应于激发的光谱范围中的介于大约50％和大约100％的透光率“t1”。在图9和图10示出的图解实施例中，激发滤波器188具有介于大约250纳米和大约285纳米的光谱范围中的大约75％的透光率“t1”。然而，还可使用具有包含激发光谱的光谱中的透光率的其它滤波器。在一个示例中，激发滤波器188可具有在介于大约150纳米和380纳米之间的光谱中的介于大约50％和100％的透光率“t1”，以在介于大约250纳米和大约300纳米之间的光谱范围中激发。然后可将滤波后的电磁辐射朝向样本(例如，通过图4和图5示出的聚焦设备166)引导，以引发来自样本的荧光发射。
图8是根据本发明的一些实施例的检测器模块150的透视图。检测器模块150可用于检测由样本发射的荧光(例如，测量荧光的强度)。检测器模块150通常包括多个部件，所述多个部件包括定位在印刷电路板上的发射检测器194。可选地，检测器模块150还包括放大器184和温度传感器。发射检测器194可以是光电二极管。可替代地，发射检测器194可以是光电晶体管。在一些实施例中，发射检测器194可以感测由样本发射的多个波长的电磁辐射。在一个示例中，发射检测器194可以感测处于介于大约400纳米和大约1500纳米之间的波长的电磁辐射。在图9和图10示出的图解的实施例中，样本发射处于大约400纳米和大约700纳米之间的光谱中的荧光。样本可以以选择的波长(例如，大约490纳米、大约550纳米、大约580纳米和大约620纳米)离散地发射(例如，图9中示出的离散的强度峰值“f1”、“f2”、“f3”和“f4”)。发射检测器194可对于由样本发射的处于这些离散波长的荧光敏感，并且具有足够的线性度(例如，所测量的信号与荧光强度成正比)。
围绕发射检测器194定位的发射滤波器保持件196支撑一个或多个发射滤波器198，所述发射滤波器用于滤波掉不期望的电磁辐射并且将期望的电磁辐射传递到发射检测器194。在图8示出的实施例中，发射滤波器198是聚碳酸酯滤波器，其厚度介于大约1毫米和大约10毫米之间。在一些实施例中，发射滤波器198的厚度可介于大约2毫米和大约4毫米之间。发射滤波器198可具有任何形状(方形、矩形、椭圆)并且在图解的实施例中为圆形。可替代地，可使用其它滤波器(例如，干涉玻璃)。可在不损失功能性的条件下使用任何适当的发射滤波器，所述适当发射滤波器将由样本发射的电磁辐射朝向发射检测器194传递而不传递(例如，反射或吸收)不是由样本发射的波长的其它波长的电磁辐射。发射滤波器198可具有对应于由样本发射的荧光的光谱范围中的介于大约60％和大约100％之间的透光率“t2”。在图10A示出的实施例中，发射滤波器198具有介于大约400纳米和大约650纳米之间的光谱范围中的大约87％的透光率“t2”，从而将由样本发射的荧光基本朝向发射检测器194传递。在一些实施例中，可提高荧光测量的灵敏性并且可通过使得干涉滤波器作为发射滤波器198而减小由化学成分中的其它组分发出的任何背景信号。在图10B示出的一个示例中，窄带干涉滤波器用作发射滤波器198，并且短传干涉滤波器用作激发滤波器188。用作激发滤波器188的短传干涉滤波器可以是由Semrock Inc.(Lake Forest,Illiois)制造的FF01-300-SP并且具有如图10B所示的透光率“t3”。用作发射滤波器198的窄带干涉滤波器可以是由Semrock Inc.(Lake Forest,Illiois)制造的FF01-543-3。窄带干涉可具有带宽“b1”。在图10B示出的图解实施例中，带宽“b1”可对应于一波长间隔，在所述波长间隔上，窄带干涉滤波器基本传递由样本发射的电磁辐射(例如，具有至少60％的透光率)。窄带干涉滤波器的带宽可介于大约1纳米和20纳米之间。在图解的实施例中，窄带干涉滤波器的带宽介于大约2纳米和大约10纳米之间。较之本领域中已知的其它滤波器，这些滤波器可多达20倍地阻挡来自背景部件的电磁辐射，所述已知其它滤波器使得操作者能够测量低于每十亿0.1份的DPA浓度。
发射器模块140可定向和定位成使得减少由激发源158发射的电磁辐射被朝向检测器模块150引导的量(例如，经由由激发窗口160和发射窗口限定的通道164)。现在参照图11和图12A至12D，在一些实施例中，激发滤波器保持件190可成形和定向成防止来自激发源158的电磁辐射进入检测器模块150，从而防止对由样本发射的荧光的不精确测量。在一些实施例中，激发滤波器保持件190可允许电磁辐射(例如，由激发滤波器188滤波)通过孔192并且朝向样本，使得第一光束路径限定了电磁辐射从激发源158至激发滤波器188、经由孔192朝向样本的轨迹。孔192可相对于第一光束路径定位成不对称，使得孔192允许第一光束路径中的电磁辐射的第一不对称部分通过而激发滤波器保持件190阻挡第一光束路径中的电磁辐射的对应第二不对称部分通过。阻挡第一光速路径中的电磁辐射的对应第二不对称部分通过可减小由发射器模块140直接定向至检测器模块150的电磁辐射量。
在一个示例中，由激发滤波器保持件190限定的孔192可以是截头圆形的，如图11和图12A至12D所示。例如，激发滤波器保持件190可以是半圆形的。可替代地，孔192可以是其它不对称形状(例如，截头椭圆、矩形、三角形或者正方形)。截头圆形状可以基本将滤波后的电磁辐射从激发源158朝向样本引导。截头圆形状具有第一部分“b”和第二部分“c”。在这个示例中，第一光束路径从激发源158朝向样本，并且光束的轨迹从激发源158至激发滤波器188。电磁辐射的第一不对称部分对应于被部分“b”引导向样本的电磁辐射，并且阻挡的电磁辐射的对应第二不对称部分是由部分“c”阻挡的由激发源158发射的电磁辐射的一部分。
另外或者可替代地，激发源158可以从其与孔192光学对准的原始位置(例如，沿着光轴“OA”，如在图11中看到的)移动到不对称位置。例如，如在图11中看到的，激发源158的几何中心“O1”和孔192的几何中心“O2”可以相对于彼此从图11示出的对准侧向偏移。在图11示出的图解实施例中，例如，如果激发源158进一步朝向方向“a”移动，则几乎所有由激发源158发射的辐射都可被朝向孔192的部分“b”引导并且进一步被朝向样本引导。这可导致减小沿着其它方向行进的电磁辐射量。然后朝向孔192的部分“b”引导的辐射可以由聚焦设备166朝向样本引导。结果，可减小抵达检测器模块150的电磁辐射的量。在这种情况中，电磁辐射的第一不对称部分为经由部分“b”朝向样本引导的部分，而对应第二不对称部分可以称作没有朝向孔192的部分“b”引导的任何电磁辐射。在一些情况中，对应第二不对称部分可以等于零，这对应于除了朝向样本的方向之外的没有沿着其它方向引导电磁辐射的状态。
在特定实施例中，可通过减小杂散电磁辐射的强度来提高荧光计100的灵敏度。这种杂散电磁辐射的一个源可以是由激发滤波器保持件190的内表面反射的杂散电磁辐射源。来自激发源158的电磁辐射可以抵达激发滤波器保持件190的壁(经由激发滤波器188)。激发滤波器保持件190的壁可以将电磁辐射反射朝向发射器模块140中的区域，这导致降低测量灵敏度。例如，如在图13中看到的，基准光电探测器182可以放置在发射器模块140上，以监测由激发源158发射的电磁辐射的强度。由激发源158发射的电磁辐射的强度可用于确定样本的浓度。杂散电磁辐射(例如，由激发滤波器保持件190反射)可以抵达基准光电探测器182并且导致基准光电探测器182饱和。为了防止基准光电探测器182饱和，衰减器200可以放置在基准光电探测器182的至少一部分上。衰减器200可阻挡基准光电探测器182的至少一部分。衰减器200可在衰减器200的表面区域上提供由激发源158发射的电磁辐射的空间均匀衰减，使得衰减器200帮助防止基准光电探测器182电磁辐射饱和。在图13中最好地看到的一些实施例中，衰减器200可包括联接(通过粘合剂联结)到发射器模块140的聚四氟乙烯(特氟隆)层。可替代地，衰减器200可以由不锈钢网制成。衰减器200可以以任何方式联接到发射器模块140(例如，紧固件、结合剂、焊接、钎焊、热处理等)。在一些实施例中，衰减器200的厚度可介于大约0.1毫米和1毫米之间。例如，衰减器200可以为厚度为大约0.5毫米(20密耳)的特氟隆层。一旦反射衰减，则基准光电探测器182不会电磁辐射饱和，从而有助于提高测量的灵敏性和精确性。
本发明的实施例因此应用于多种应用场合。根据本发明的一些实施例的荧光计通过将氯化铽添加到微生物孢子(例如，细菌孢子，所述细菌孢子可以包括吡啶二羧酸)而适于细胞孢子检测。充分稀释吡啶二羧酸和氯化铽溶液可以产生与浓度成正比的荧光强度，从而增强了浓度和/或荧光测量的灵敏性。本发明的实施例还部分由于将样本的非常邻近激发源和发射检测器而提供了增强的灵敏性。本发明的实施例有助于低成本消除杂散电磁辐射并且提高了测量灵敏性。测量甚至很低强度荧光的更准确性可有助于测量非常低的产品浓度(例如，十亿分之一，ppb)和/或测量着色样本和/或浑浊样本中的产品浓度。
因此，公开了本发明的实施例。尽管已经参照特定公开的实施例详细描述了本发明，但是提出了公开的实施例是为了进行阐释而非进行限制，并且本发明的其它实施例也是可行的。本领域技术人员将理解的是，在不背离本发明的精神范围下，可以进行各种改变、改写和修改。

Claims (20)

1.一种用于测量样本的荧光的荧光计，所述荧光计包括：
壳体；
控制器，所述控制器由所述壳体支撑，所述控制器构造成基于检测到的荧光发射来确定样本中物质的浓度；和
传感器头，所述传感器头包括：
发射器模块，所述发射器模块操作地联接到所述控制器并且包括：
激发源，所述激发源构造成发射一个或多个波长的电磁辐射，以引发所述样本中的荧光，所述电磁辐射的发射沿着第一光束路径被引导；
激发滤波器，所述激发滤波器构造成将处于第一波长范围内的电磁辐射朝向所述样本传递；和
激发滤波器保持件，所述激发滤波器保持件由所述壳体支撑并且限定了用于电磁辐射通过的孔，所述激发滤波器保持件适于支撑所述激发滤波器，使得所述激发滤波器将由所述激发源发射的电磁辐射滤波成处于所述第一波长范围内并且允许滤波后的电磁辐射通过所述孔并且朝向所述样本，使得所述第一光束路径限定了从所述激发源至所述激发滤波器、经由所述孔且朝向所述样本的电磁辐射轨迹；和
检测器模块，所述检测器模块操作地连接到所述控制器，所述检测器模块构造成检测由样本发射的荧光，其中，所述荧光计显示由所述控制器确定的所述样本中物质的浓度，
所述孔定位成相对于所述第一光束路径非对称，从而所述孔使得所述第一光束路径中的所述电磁辐射的非对称部分通过而激发滤波器保持件阻挡所述第一光束路径中的所述电磁辐射的对应非对称部分通过，阻挡所述第一光束路径中的所述电磁辐射的对应非对称部分通过减小了从所述发射器模块直接定向到所述检测器模块的电磁辐射量。
2.根据权利要求1所述的荧光计，所述荧光计还包括第一聚焦设备和第二聚焦设备，所述第一聚焦设备和所述第二聚焦设备容纳在所述壳体中，所述第一聚焦设备适于将源自所述激发源并且由所述激发滤波器传递的电磁辐射朝向所述样本引导，并且所述第二聚焦设备适于将源自所述样本的荧光朝向所述检测器模块引导。
3.根据权利要求2所述的荧光计，其中，所述孔具有半圆形横截面。
4.根据权利要求2所述的荧光计，其中，所述孔成形为防止通过所述第一聚集设备的电磁辐射朝向所述第二聚焦设备引导。
5.根据权利要求1所述的荧光计，其中，所述孔通过阻塞圆形开口的至少一部分而形成。
6.根据权利要求1所述的荧光计，其中，所述荧光计还包括由所述发射器模块支撑的基准光电探测器，所述基准光电探测器构造成用于测量代表由所述激发源发射的电磁辐射的基准信号。
7.根据权利要求6所述的荧光计，其中，所述荧光计还包括衰减器，所述衰减器阻挡所述基准光电探测器的至少一部分，所述衰减器构造成在所述衰减器的表面区域上提供由所述激发源发射的电磁辐射的空间均匀衰减，使得所述衰减器帮助防止所述基准光电探测器电磁辐射饱和。
8.根据权利要求7所述的荧光计，其中，所述衰减器包括联结到所述发射器模块的聚四氟乙烯层。
9.根据权利要求1所述的荧光计，其中，所述荧光计还包括容纳在所述检测器模块上的发射滤波器，所述发射滤波器构造成将由所述样本发射的荧光传递到所述检测器模块。
10.根据权利要求9所述的荧光计，其中，所述发射滤波器构造成将处于第二波长范围内的电磁辐射朝向容纳在所述检测器模块上的光电探测器传递。
11.根据权利要求10所述的荧光计，其中，所述第一波长范围为250纳米至300纳米。
12.根据权利要求11所述的荧光计，其中，所述第二波长范围为400纳米至700纳米。
13.根据权利要求10所述的荧光计，其中，所述光电探测器包括光电二极管。
14.根据权利要求9所述的荧光计，其中，所述发射滤波器包括厚度介于2毫米和4毫米之间的聚碳酸酯。
15.根据权利要求9所述的荧光计，其中，所述发射滤波器包括窄带干涉滤波器，所述窄带干涉滤波器具有介于2纳米和10纳米之间的带宽。
16.根据权利要求1所述的荧光计，其中，所述激发源发射275纳米的电磁辐射，以引发所述样本中的荧光。
17.根据权利要求1所述的荧光计，其中，所述传感器头围绕传感器头的轴线布置，所述传感器头的轴线相对于所述壳体的轴线形成20度至90度的角度。
18.根据权利要求1所述的荧光计，其中，所述激发源包括发光二极管。
19.一种利用荧光计测量样本中物质的浓度的方法，所述方法包括：
提供一种荧光计，所述荧光计包括：
壳体；
由所述壳体支撑的控制器；和
传感器头，传感器头联接到所述壳体，所述传感器头包括：
发射器模块，所述发射器模块操作地联接到所述控制器并且包括：
激发源；
激发滤波器；和
检测器模块，所述检测器模块操作地连接到所述控制器，发射一个或多个波长的电磁辐射；
将所发射的处于第一波长范围内的电磁辐射朝向所述样本传递；
将电磁辐射沿着第一光束路径朝向所述样本引导，使得所述第一光束路径限定了从所述激发源至所述激发滤波器朝向所述样本的电磁辐射轨迹；
允许所述电磁辐射的不对称部分朝向所述样本并且阻挡所述电磁辐射的对应不对称部分，被阻挡的电磁辐射的对应不对称部分减小了由所述发射器模块直接定向到所述检测器模块的电磁辐射量；和
测量所发射的荧光，从而确定所述样本中物质的浓度。
20.一种利用根据权利要求1-18中任一项权利要求所述的荧光计测量样本中物质的浓度的方法，所述方法包括下述步骤：
提供所述荧光计；
发射一个或多个波长的电磁辐射；
将所发射的处于第一波长范围内的电磁辐射朝向所述样本传递；
将电磁辐射沿着第一光束路径朝向所述样本引导，使得所述第一光束路径限定了从所述激发源至所述激发滤波器朝向所述样本的电磁辐射轨迹；
允许所述电磁辐射的不对称部分朝向所述样本并且阻挡所述电磁辐射的对应不对称部分，被阻挡的电磁辐射的对应不对称部分减小了由所述发射器模块直接定向到所述检测器模块的电磁辐射量；和
测量所发射的荧光，从而确定所述样本中物质的浓度。
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