SE1100262A1 - Instrument and method for determining multiple coupled optical quantities in a measuring volume - Google Patents

Instrument and method for determining multiple coupled optical quantities in a measuring volume Download PDF

Info

Publication number
SE1100262A1
SE1100262A1 SE1100262A SE1100262A SE1100262A1 SE 1100262 A1 SE1100262 A1 SE 1100262A1 SE 1100262 A SE1100262 A SE 1100262A SE 1100262 A SE1100262 A SE 1100262A SE 1100262 A1 SE1100262 A1 SE 1100262A1
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
light
sample
channel
leds
detectors
Prior art date
Application number
SE1100262A
Other languages
Swedish (sv)
Inventor
Mikkel Brydegaard Sorensen
Original Assignee
Mikkel Brydegaard Sorensen
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mikkel Brydegaard Sorensen filed Critical Mikkel Brydegaard Sorensen
Priority to SE1100262A priority Critical patent/SE1100262A1/en
Publication of SE1100262A1 publication Critical patent/SE1100262A1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03Cuvette constructions
    • G01N21/05Flow-through cuvettes
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/26Oils; viscous liquids; paints; inks
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers

Abstract

Uppfinningen beskriver ett optiskt system för mätning av optiska storheter hos ett prov, som företrädesvis är lokaliserat i ett genomskinligt rör, vilket är omgivet av ljuskällor och detektorer i ett mönster, som medger utnyttjande av olika mätsträckor och spridningsvinklar. Vidare anger uppfinningen en metod att utnyttja instrumentet för analys och processtyrning. Analysmetoder är företrädesvis av multi-variat natur. Tillämpningar innefattar blod- och urinanalys, vattenkvalitetsmätningar, analys av mejeriprodukter och andra livsmedel, kemiska processvätskor mm.The invention describes an optical system for measuring optical quantities of a sample, which is preferably located in a transparent tube, which is surrounded by light sources and detectors in a pattern which allows the use of different measuring distances and scattering angles. Furthermore, the invention provides a method of utilizing the instrument for analysis and process control. Analytical methods are preferably of a multi-varied nature. Applications include blood and urine analysis, water quality measurements, analysis of dairy products and other foods, chemical process fluids etc.

Description

Mätproblem inom applicerad optik Problem med cross-talk och bilateral interferens uppkommer vid nästan alla mätningar av en optisk egenskap i en mätvolym som t ex en kyvett eller tub i en industriell anläggning. Measurement problems in applied optics Problems with cross-talk and bilateral interference arise in almost all measurements of an optical property in a measuring volume such as a cuvette or tube in an industrial plant.

Särskilt problematiskt är det i de fall då sammansättningen av provet kan ändras slumpmässigt, vilket ofta är fallet med vätskeprover från processindustri, medicin eller miljöövervakning. För att illustrera detta ger vi några exempel på fall där en optisk egenskap inte kan uppmätas korrekt utan att samtliga andra störande egenskaper mäts. Ju större precision som krävs, desto fler fysiska fenomen måste tas i beaktande.This is particularly problematic in cases where the composition of the sample may change randomly, as is often the case with liquid samples from the process industry, medicine or environmental monitoring. To illustrate this, we give some examples of cases where an optical property cannot be measured correctly without measuring all other disturbing properties. Ju greater precision required, the more physical phenomena must be taken into account.

Mätning av brflningsindex ~ Den här kategorin av mätningar används ofta inom process- kontroll för att uppskatta salt- eller sockerhalt i ett prov. Mätningen baseras på Snells lag för total intem reflektion eller Fresnels ekvationer, där den reflekterade intensiteten IOt) i en given vinkel och polarisation jämförs med den infallande intensiteten IOOt). Fresnels ekvationer gäller dock bara för ytor mellan två olika icke-absorberande media.Survival index measurement ~ This category of measurements is often used in process control to estimate the salt or sugar content of a sample. The measurement is based on Snell's law for total internal reaction or Fresnel's equations, where the reacted intensity IOt) in a given angle and polarization are compared with the incident intensity IOOt). Fresnels however, equations apply only to surfaces between two different non-absorbent media.

Brytningsindex nOt) och absorption beror av varandra enligt Kramer-Kronigs relationer.Refractive index nOt) and absorption depend on each other according to Kramer-Kronig's relations.

Precisa mätningar av båda parametrarna kan åstadkommas genom ellipsometri vilket ofta är en tidskrävande mätmetod. När turbiditet eller spridande media, vilka genererar diffus reflektans, eller fluorescens är involverade är ingen av de ovan nämnda teknikema applicerbar. Då alla provvolymer är ändliga kommer spekulära reflektioner R(7t)=I()t)/I0(7»), att påverka ljusmätningar baserade på förhållandet mellan det ljus som kommer in i och det ljus som lämnar provet. Vidare är R också relaterat till det elektriska fältet, U, ifall ett sådant pålägges, samt den optiska emissiviteten, sOt).Accurate measurements of both parameters can be achieved by ellipsometry which often is a time-consuming measurement method. When turbidity or dispersive media, which generate diffuse re ectancy, or fl uorescence are involved are none of the above mentioned techniques applicable. When all sample volumes are finite, there will be speculative reactions R (7t) = I () t) / I0 (7 »), to influence light measurements based on the ratio of the light enters and the light leaving the sample. Furthermore, R is also related to the electrical the field, U, if one is imposed, and the optical emissivity, sOt).

Ytterligare exotiska prover såsom t ex fotoniska kristaller, mikrostrukturella färger, eller ytplasmoner kan också generera spekulära reflektioner.Additional exotic specimens such as photonic crystals, microstructural dyes, or surface plasmas can also generate speculative reactions.

Qipmätning av absorption - Absorptionen hos ett prov ger information om provets kemiska sammansättning då olika molekyler eller atomer kan ha olika absorptionsspektra. I klassiska absorptionsmätningar är den transmitterade intensiteten IOt) relaterad till den infallande intensiteten enligt Beer-Lamberts lag, och bestäms av produkten av absorptionskoefficienten ptabsOt), koncentrationen C och sträckan ljuset färdas genom mediet, x. Transmittansen TOt) erhålls följaktligen enligt T(>,)= log/roa) = e'*”*'“<*>*C'*.Qip measurement of absorption - The absorption of a sample provides information about the sample chemical composition as different molecules or atoms may have different absorption spectra. In classical absorption measurements, the transmitted intensity is IOt) related to the incident intensity according to Beer-Lambert's law, and determined by the product of the absorption coefficient ptabsOt), the concentration C and the distance light travel through the medium, x. The transmittance TOt) is consequently obtained according to T (>,) = log / roa) = e '* ”*'“ <*> * C '*.

Mätningen utförs vanlingen enligt standard-additionsmetoden, genom att addera kända koncentrationer av ett prov i till exempel en kyvett. Det är ett tidskrävande förfarande, och som vi redan har konstaterat kommer mängden reflekterat ljus från den första ytan av kyvetten bero på absorptionen. Vidare kommer mängden ljus från den sekundära reflektionen då ljus lämnar provet också att bero på absorptionen. Det finns förstås oändligt många reflektioner fram och tillbaka med minskande signifikans. Det är nu uppenbart att ett givet mått på absorptionen kommer att ändras om man adderar till exempel icke absorberande socker till provet då detta skulle ändra brytningsindex.The measurement is performed usually according to the standard addition method, by adding known concentrations of a sample in, for example, a cuvette. It is a time consuming procedure, and as we have already noted, the amount of reflected light comes from the first surface of the cuvette depends on the absorption. Furthermore, the amount of light comes from the secondary the reaction when light leaves the sample also due to the absorption. There are, of course infinitely many reactions back and forth with decreasing significance. It is now it is obvious that a given measure of absorption will change if one adds to example non-absorbent sugar to the sample as this would change the refractive index.

Ovanstående är ett klassiskt exempel på spektroskopisk cross-talk. Problemet kan lösas genom användande av integrerande sfärer, där både T och R uppmäts. Detta kräver att provet kan mätas två gånger i tiden eller att två integrerande sfarer - relativt dyr utrustning - används.The above is a classic example of spectroscopic cross-talk. The problem can be solved through the use of integrating spheres, where both T and R are measured. This requires that the sample can be measured twice in time or that two integrating spheres - relatively expensive equipment - used.

Genom att addera spridning av ljus till problemet inser vi att dämpníngen också ändras som följd av spridningsprocesser som förändrar ljusets utbredning och delvis förhindrar det från att nå detektom. Fotonmigration kan till en viss utsträckning approximeras med diffusionsekvationen, eller ännu bättre, genom Monte-Carlo-simuleringar. Återigen finner vi att de ovannämnda metoderna är underbestämda. Vi behöver nu en extra mätpunkt, nämligen kollimerad och icke-kollimerad transmission för att skilja isär brytningsindex, absorption samt spridning. Problemet kan till viss del lösas genom flykttidsspektroskopi, där den sträcka som varje mottagen foton färdats i provet uppskattas. Tekniken involverar pulsade lasrar samt tidsupplöst detektionselektronik.By adding light scattering to the problem, we realize that the attenuation also changes as a result of scattering processes that change the propagation of light and partially prevent it it from reaching the detector. Photon migration can to some extent be approximated with the diffusion equation, or better yet, through Monte-Carlo simulations. Again we find that the above methods are underdetermined. We now need an extra measuring point, namely collimated and non-collimated transmission to distinguish between refractive index, absorption and dispersion. The problem can to some extent be solved by k peak time spectroscopy, where the distance traveled by each received photon in the sample appreciated. The technology involves pulsed lasers and time-resolved detection electronics.

Kostnaden av instrumenten för tids- och frekvensupplöst spektroskop är extremt hög, och tekniken kräver i många fall avsevärd mättid.The cost of the instruments for time and frequency resolved spectroscopes is extremely high, and the technology in many cases requires considerable measurement time.

När man adderar flourescens till listan av optiska fenomen som uppträder vid absorptionsmätningar inser vi att absorberat ljus kan återemitteras vid längre våglängder.When adding fl ourescens to the list of optical phenomena that occur at absorption measurements, we realize that absorbed light can be re-emitted at longer wavelengths.

Om man försummar detta faktum kan det resultera i T och R över 100% eller resultera i negativa koncentrationer då Beer-Lamberts lag appliceras. Ingen av de ovan nämnda tillgängliga teknikema löser detta problem, då både infallande och resulterande ljus måste upplösas i våglängdsled. Med andra ord kan endast data på diagonalen av emissions- exitations matrisen (EEM; en matris där elementen EMU., m anger mängden resulterande ljus vid km där det infallande ljuset har våglängden Åex) av provet borde bidraga till absorptionsmätningen. De flesta teknikema summerar längs rader eller kolumner och försummar fluorescenstoppar som inte ligger på diagonalen. Vidare kommer fotonfördröjningar i flykttidsspektroskopi nu inte bara att bero på fárdsträckan utan också på fluorescenslivstider.Neglecting this fact can result in T and R above 100% or result in negative concentrations when Beer-Lambert's law is applied. None of the above available techniques solve this problem, as both incident and resulting light must dissolved in wavelength. In other words, only data on the diagonal of the emission the excitation matrix (EEM; a matrix where the elements EMU., m indicate the amount of the resultant light at km where the incident light has the wavelength Åex) of the sample should contribute to the absorption measurement. Most techniques sum up along rows or columns and neglects fl uorescence peaks not located on the diagonal. Next comes photon delays in high-speed spectroscopy now not only due to the distance traveled but also at fl uorescence lifetimes.

Det dynamiska området för en absorptionsmätning är oftast begränsat. Mätningar baserade på T förutsätter att T antar ett värde mellan 0% och 100% och inte ligger nära någon av gränsema. Den minimala mängden av substansen som kan detekteras begränsas av när T inte kan skiljas från 100% och den maximala koncentrationen som kan uppmätas begränsas av när T inte kan skiljas från 0%. Därför måste färdsträckan ofta optimeras för ett specifikt scenario för att T ska variera runt 50%.The dynamic range of an absorption measurement is usually limited. Measurements based on T assumes that T assumes a value between 0% and 100% and is not close any of the boundaries. The minimum amount of substance that can be detected is limited of when T can not be separated from 100% and the maximum concentration that can be measured limited by when T can not be distinguished from 0%. Therefore, the distance traveled must often be optimized for a specific scenario for T to vary around 50%.

Mätning av spridning - Sannolikheten för spridning ptScaOt), den anisotropiska spridningen samt polarisationsberoendet ger information om mikrostrukturen hos ett prov. Information om partikelstorlek, koncentration samt brytningsindex för partiklar uppmäts ofta i till exempel mejeriprodukter. Spridningsprocesser i det optiska området beskrivs av Rayleigh- och Mie-teori. Spridning är starkt korrelerad med absorption och brytningsindex, vilket vi diskuterat ovan. Ofta förutsätter man ett konstant brytningsindex över olika våglängder och illa konditionerade iteratíva algoritmer behövs för att ta fram spridningen ur de uppmätta egenskapema. Man gör också antaganden om det spektrala beroendet av spridning.Measurement of scattering - The probability of scattering ptScaOt), the anisotropic the scattering and polarization dependence provide information about the microstructure of a sample. Information on particle size, concentration and refractive index for particles often measured in, for example, dairy products. Dispersion processes in the optical area described by Rayleigh and Mie theory. Dispersion is strongly correlated with absorption and refractive index, which we discussed above. A constant refractive index is often assumed over different wavelengths and poorly conditioned iterative algorithms are needed to produce the spread from the measured properties. Assumptions are also made about the spectral dependence on spread.

Mätning av fluorescens - Insamlande av ett eller flera fluorescensspektra i en EEM ger detaljerad information om den kemiska sammansättningen av ett prov. I fall där absorption inte kan användas för att urskilja substansen är fluorescensmätningar ofia ett naturligt nästa steg. Även i fall där man inte kan använda sig av EEM-matriser kan man finna skillnader i fluorescenslivstiden för varje enskilt EEM-element. Klorofyll, koffein, AGE-produkter (Advanced Glycinated End products), oljor och tvålprodukter är typiska fluoroforer. EEMs uppmäts traditionellt med två skannande monokromatorer riktade mot en kyvett i 90° observationskonfiguration. Sådana mätningar är mycket tidskrävande.Measurement of uorescence - Collection of one or fl era orescence spectra in an EEM gives detailed information on the chemical composition of a sample. In case there absorption can not be used to distinguish the substance are ores uorescence measurements o fi a one naturally the next step. Even in cases where you can not use EEM matrices, you can nader nn differences in the orescence lifetime for each individual EEM element. Chlorophyll, caffeine, Advanced Glycinated End products (AGEs), oils and soap products are typical fl uorophores. EEMs are traditionally measured with two scanning monochromators aimed at a cuvette in 90 ° observation configuration. Such measurements are very time consuming.

Livstider mäts med pulsade lasrar i kombination med streak-kameror eller med frekvens- domänmetoder. Följaktligen kan bara några få kolumner i EEM mätas. Generellt sett är EEM mätningar enhetslösa, vilket reflekterar det faktum att mätningen påverkas av alla ovan nämnda optiska egenskaper som inte mäts i en traditionell EEM-uppställning. En EEM-mätning bygger på att excitationsljus med våglängden M transporteras genom provet till en fluorofor där det absorberas, reemitteras med våglängden X2 och transporteras genom provet till detektom. Transporten styrs av nOt), uabsOt), uscaOt), g, samt polarisationseffekter i spridning samt fluorescens för både M and 9.2. Bortsett från svårigheter med modellering kommer vi att finna att vi återigen har en understämd ekvation för att uppskatta den absoluta fluorescensen i EEM. Även i laboratoriemiljöer med ett kemiskt renat prov uppstår cross-talk i professionella EEM-mätsystem där 90° konfiguration används: Fluorescens är en konsekvens av absorption och i de fall där absorptionen är för hög kommer inget exitationsljus att nå synfältet för den i 90° placerade detektom. Om absorptionen är för låg kommer nästan allt exitationsljus att passera synfältet och generera mycket lite fluorescens. Detta innebär att mätningama måste tillrättaläggas för interrnediär absorption, vilket kan vara svårt i ett scenario med verkliga prover.Lifespan is measured with pulsed lasers in combination with streak cameras or with frequency domain methods. Consequently, only a few columns in the EEM can be measured. Generally speaking, is EEM measurements are unitless, which reflects the fact that the measurement is affected by everyone above-mentioned optical properties not measured in a traditional EEM array. One EEM measurement is based on excitation light with the wavelength M being transported through the sample to a or uorophore where it is absorbed, re - emitted with the wavelength X2 and transported through the sample to the detector. Transport is controlled by nOt), uabsOt), uscaOt), g, as well as polarization effects in scattering and fluorescence for both M and 9.2. Aside from difficulties with modeling, we will find that we again have a subordinate equation to estimate the absolute ores uorescence in EEM. Even in laboratory environments with a chemically purified sample, cross-talk occurs in professional EEM measuring systems where 90 ° configuration is used: Fluorescence is a consequence of absorption and in those cases the absorption is too high, no excitation light will reach the field of view for it in 90 ° placed detector. If the absorption is too low, almost all excitation light will be cross the field of view and generate very little fl uorescence. This means that the measurements must be arranged for internal absorption, which can be difficult in a scenario with real samples.

Förutom att påverkas av fotontransport kan EEM-mätningar också bero på excitations- exposition såsom blekning och fotokinetik, och vanligen beror EEM-mätningar också på provets temperatur, Tsampl...In addition to being affected by photon transport, EEM measurements can also be due to excitation exposure such as bleaching and photokinetics, and usually EEM measurements also depend on sample temperature, Tsampl ...

Enligt den ovan förda diskussionen behöver man använda en integrerad mätmetod som inkluderar allt. En lösning på problemen med spektroskopisk cross-talk och många andra svårigheter som uppstår när optisk spektroskopi implementeras på många prover från processkontroll i verkliga livet presenteras i denna patentansökan. LEDs för kommersiellt bruk är ett fält som utvecklas snabbt med bättre emissionsutbyte, snabbare stigtider samt större spektral räckvidd varje år. LEDs utgör kostnadseffektiva och stabila ljuskällor för spektroskopi. Användande av LEDs i kombination med detektorpar för transmission, turbiditet eller fluorescensmätningar har presenterats. Dessa instrument består vanligen av en rektangulär kyvett med 0°, 90° or l80° observationsvinkel i förhållande till ljuskällan och den spektrala upplösningen bestäms vanligen av de använda LED- enhetemas emissionsband. Varje detektor uppmäter ett värde typisk tillhörande kategoriema; transmission, lateral spridning eller fluoroscens. Från den ovan förda diskussionen förstår vi att vi behöver så många värden som möjligt för att kunna uppskatta alla involverade processer. Enligt traditionellt tänkande behöver vi alltså ett mycket stort antal detektorer i alla möjliga konfigurationer. Altemativt kan vi ta in idéer angående kombinatorisk ljusstråksmätning från interstitiell fotodynamisk terapi (IPDT) där antalet värden korresponderar mot alla möjliga kombinationer mellan källor och detektorer snarare än bara antalet käll-detektorpar. Den angreppsvinkeln skulle ge så många uppmätta värden som möjligt. De uppmätta värdena fungerar sedan som en bas för uppskattning av ett antal ”ortogonala” optiska egenskaper. Vi har också sett flera exempel på snabba tids- och frekvens-domän metoder med LEDs, där mättiden kan komma ner på en tidsskala på under en nanosekund. Genom att applicera sådana metoder till den ovan nämnda LED multiplexingen skulle vi öka antalet uppmätta värden för den optiska karakteriseringen av provet, och fluorescenslivstidsvärden, spridningsfördröjning samt fotoinducerad kinetik skulle vara möjliga att uppskatta.According to the above discussion, one needs to use an integrated measurement method such as includes everything. A solution to the problems of spectroscopic cross-talk and many others difficulties that arise when optical spectroscopy is implemented on many samples from process control in real life is presented in this patent application. LEDs for commercial use is a field that is developing rapidly with better emission yields, faster rise times as well greater spectral range each year. LEDs are cost-effective and stable light sources for spectroscopy. Use of LEDs in combination with detector pairs for transmission, turbidity or ores uorescence measurements have been presented. These instruments usually exist of a rectangular cuvette with a 0 °, 90 ° or 180 ° observation angle relative to the light source and the spectral resolution are usually determined by the LEDs used the units' emission band. Each detector measures a value typically associated with it categories; transmission, lateral spread or fl uoroscence. From the above the discussion, we understand that we need as many values as possible to be able to appreciate all the processes involved. According to traditional thinking, we therefore need one very large number of detectors in all possible configurations. Alternatively, we can bring in ideas regarding combinatorial light beam measurement from interstitial photodynamic therapy (IPDT) where the number of values corresponds to all possible combinations between sources and detectors rather than just the number of source-detector pairs. That angle of attack would give so as many measured values as possible. The measured values then serve as a basis for estimation of a number of "orthogonal" optical properties. We have also seen fl era examples of fast time and frequency domain methods with LEDs, where the measurement time can come down on a time scale of under a nanosecond. By applying such methods to the above-mentioned LED multiplexing, we would increase the number of measured values for it optical characterization of the sample, and fl uorescence lifetime values, scattering delay as well as photoinduced kinetics would be possible to appreciate.

Vi kommer nu att presentera en möjlig men icke-begränsande implementering av kombinatorisk ljusstråksmultiplexing med LEDs och förklara varför varje fysiskt fenomen ínkorporeras av den mätmetoden. Uppmätta värden matas in i multivariata algoritmer och kalibreras med kända träningsset för ortogonalisering, för att göra parametrama oberoende av varandra. Vi antar att provet flyter i en tub i riktning mot Z (Fig. l). Tuben kan vara genomskinlig eller av blästrat spridande mattglass och är optiskt genomskinlig för hela det spektrala område som instrumentet täcker. Rader av LEDs är arrangerade längs Z-axeln och lyser upp tuben som innehåller provet. På varje position längs Z-axeln finns ett spektralt våglängdsband som definieras av bandgapet hos LED- enheten på den Z-positionen. Under en given tidsperiod kommer endast en LED att blixtra till, matad väl över sin kontinuerliga driflsnivå. Intensiteten av ljuset mäts av alla detektorer. Efter en sekvens där samtliga LEDs blixtrar till kommer det totala antalet uppmätta värden att vara produkten av antalet detektorer och källor.We will now present a possible but non-limiting implementation of combinatorial light beam multiplexing with LEDs and explain why each physically phenomena are incorporated by that measurement method. Measured values are entered into multivariates algorithms and calibrated with known training sets for orthogonalization, to do parameters independently. We assume that the sample fl surfaces in a tube in the direction of Z (Fig. 1). The tube can be transparent or of blasted spreading frosted glass and is optical transparent to the entire spectral range covered by the instrument. Rows of LEDs are arranged along the Z axis and illuminates the tube containing the sample. In each position along the Z-axis there is a spectral wavelength band which is av niered by the band gap of the LED device at that Z position. For a given period of time, only one LED will flash to, fed well above its continuous dri fl level. The intensity of the light is measured by everyone detectors. After a sequence where all the LEDs flash, the total number comes measured values to be the product of the number of detectors and sources.

På varje z-position kommer det att finnas åtminstone två källor och två detektorer (Fig. 2): en detektor med bred känslighet som täcker in ÄZ på z positionen samt en detektor med ett blockeringsfilter som låter långvågig strålning passera och som hindrar att hl detekteras på z positionen. Det följer att det på varje z position uppmäts fyra icke identiska ljussträckor; transmitterat ljus, lateralt spritt ljus, lateralt detekterad fluorescens samt fluorescens detekterad i framåtriktningen. Filtret kan vara av absorptions-, interferens- eller kiltyp.At each z-position there will be at least two sources and two detectors (Fig. 2): a detector with wide sensitivity that covers ÄZ at the z position and a detector with a blocking filter which allows long-wave radiation to pass and which prevents hl detected at the z position. It follows that at each z position four nos are measured identical light distances; transmitted light, laterally scattered light, laterally detected fl uorescence and fl uorescence detected in the forward direction. The filter may be of absorption, interference or wedge type.

När vi observerar ljus emitterat i X1 på position z; i XZ-domänen (Fig. 3) förstår vi hur ljuset sprids längs Z axeln dels av tubens väggar eller själva provet. Detta illustrerar hur varje transmittanskoefficient mäts med flera olika vägsträckor i provet. Detta är lämpligt för att utöka spektrometems dynamik (se diskussionen ovan). Vi förstår också att vi för varje våglängd får en rumslig profil längs x-axeln för både transmitterat ljus, lateralt spritt ljus, lateralt detekterad fluorescens samt fluorescens detekterad i framåtrikningen. Dessa rumsliga profiler kommer att ha olika former beroende på provets huvudsakliga optiska karaktär (reflekterande, absorberande, grumligt eller fluorescent). Då vi gradvis kan ändra detektortypen från UV-optimerad Si, till synligt, till InAsP, till InGaAs eller till mikrobolometrar, kan instrumentet täcka en mycket vidare spektralt område än något av de instrument som använder en enda detektortyp.When we observe light emitted in X1 at position z; in the XZ domain (Fig. 3) we understand how the light is scattered along the Z axis partly by the walls of the tube or the sample itself. This illustrates how each transmittance coefficient is measured with different distances in the sample. This is appropriate to expand the dynamics of the spectrometer (see discussion above). We also understand that we lead each wavelength is given a spatial profile along the x-axis for both transmitted light, laterally scattered light, laterally detected fl uorescence and fl uorescence detected in the forward direction. These spatial profiles will have different shapes depending on the main optical of the sample character (reflective, absorbent, cloudy or uorescent). Then we can gradually change the detector type from UV-optimized Si, to visible, to InAsP, to InGaAs or to microbolometers, the instrument can cover a much wider spectral range than any of the instruments using a single detector type.

Då eventuellt fluorescensljus uppmäts inte bara av detektom vid en och samma z position utan från samtliga z positioner (Fig. 4) är det möjligt att mäta inte bara total fluorescens hos kolumnema i den övre triangeln av EEM-matrisen, men även varje element.Then any ores uorescence light is not only measured by the detector at one and the same z position but from all z positions (Fig. 4) it is possible to measure not only the total ores uorescence of the columns in the upper triangle of the EEM matrix, but also each element.

Upplösningen av EEM:en kommer att vara antalet detektorer multiplicerat med antalet källor. Vi kan också notera att cut-off filtren på positionen z är valda så att de bryter i mitten av bandet på z+1 (Fig. 5). Den spektrala upplösningen för transmittans, reflektans och spridning kommer alltså att vara högre än antalet källor då transmissíonsbanden definieras av produkten av emissionen och känsligheten hos källan respektive detektom.The resolution of the EEM will be the number of detectors multiplied by the number sources. We can also note that the cut-off filters at position z are selected so that they break in the middle of the band at z + 1 (Fig. 5). The spectral resolution of transmittance, reflctance and the spread will thus be higher than the number of sources then the transmission bands they are av driven by the product of the emission and sensitivity of the source and detector, respectively.

I den föredragna men inte begränsade uppsättningen demonstrerar vi spektral täckning från 350 till 1700 nm (Fig. 5). De Gaussiska profilema indikerar spektrala emissionsband från de utvalda LED-enhetema. Transmissionen av fluorescensfiltren markeras för kantfiltren, som släpper längre våglängder. Flera av banden är delade så att hela, respektive övre delen av bandet isoleras, vilket ger ytterligare spektral information.In the preferred but not limited set, we demonstrate spectral coverage from 350 to 1700 nm (Fig. 5). The Gaussian problems indicate spectral emission bands from the selected LED units. The transmission of the ores uorescence filters is marked for edge fi ltren, which releases longer wavelengths. Several of the bands are divided so that the whole, respectively, the upper part of the band is isolated, which provides additional spectral information.

Streckade linjer indikerar de breda känslighetskurvoma för de utvalda detektorema. Den tjocka linjen indikerar transmission för 5 mm H20. Punktmarkerade linjer indikerar transmissionen för klorofyll och mjölk.Dashed lines indicate the broad sensitivity curves of the selected detectors. The thick line indicates transmission for 5 mm H20. Dotted lines indicate transmission for chlorophyll and milk.

Om provet består av luft, vatten eller kvicksilver är det uppenbart att vi kommer att få olika reflektioner vid kvartstubens yta (Fig. 6). I fallet med Hg, som har noll-transmission förstår vi att vi fortfarande kommer att få en signal då fotonema rör sig i alla riktningar i själva provtuben. Om man tar formema av de fyra spatiala profilerna längs Z-axeln i beaktande kan man anta en första ren reflektansprofil (signalema från detektorema med cut-off filter vid zn, zn+1, Zn+2. .. kommer väsentligen att bestå av filterfluorescensen från ett reflekterande prov). I ett senare skede då mätningar görs på godtyckliga prov kan vi använda oss av de ovan nämnda profllema för att skatta ren reflektans och brytningsindex för proven. Ytterligare parametrar för provet kan skattas om man mäter reflektionen vid olika elektriska fält under inverkan av Kerr effekten.If the sample consists of air, water or mercury, it is obvious that we will get different reactions at the surface of the quarter tube (Fig. 6). In the case of Hg, which has zero transmission we understand that we will still get a signal as the photons move in all directions in the test tube itself. If you take the shapes of the four spatial profiles along the Z-axis in taking into account, one can assume a first pure reflectance profile (the signals from the detectors with cut-off vid lter at zn, zn + 1, Zn + 2. .. will essentially consist of fi lter fl uorescence from a retesting test). At a later stage when measurements are made on arbitrary samples, we can use the above-mentioned problems to estimate pure reflectance and refractive index for the tests. Additional parameters for the sample can be estimated by measuring the reaction at different electric fields under the influence of the Kerr effect.

Om vi antar att vi har ett prov med absorption för ett givet spektralband (Fig. 7) kommer den transmitterade intensiteten att minska med sträckan av provet som mätts på.Assuming we have a sample with absorption for a given spectral band (Fig. 7) will the transmitted intensity to decrease with the distance of the sample measured.

Reflektioner och de diffusa provtubsväggama kommer att skapa en s.k. White-cell och sprida ljuset i alla tre rymddimensionema. Återigen kommer vi få fyra rumsliga profiler längs Z-axeln. Formen av dessa kommer att vara annorlunda än de reflekterade profilema. Genom standardiserad addering av vätskor med kända absorptionsegenskaper samt godtyckligt varierande brytningsindex kan rena absorptionsprofiler åstadkommas för att träna systemet att senare karakterisera absorption oberoende av brytningsindex.Reactions and the diffuse test tube walls will create a so-called White-cell and scatter the light in all three space dimensions. Again, we will have four spatial profiles along the Z axis. The shape of these will be different from those reflected pro fi lema. By standardized addition of liquids with known absorption properties as well as arbitrarily varying refractive index, pure absorption profiles can be achieved to train the system to later characterize absorption independent of refractive index.

För ett spridande prov (Fig. 8) kommer inte bara tubens väggar utan även själva provet att bidraga till fotontransporten längs Z-axeln. För prover med hög spridning kommer ljuset längs Z-axeln att beskrivas av en Green-funktion som bestäms av uabsOt) och pscaOt). Det i framåtriktningen och lateralt observerade ljuset kommer att vara nära identiskt för starkt spridande media. För prov med mindre spridning kommer anisotropifaktorn g (som kan relateras direkt till partikelstorlek) att spela en större roll, så att det mesta ljuset sprids framåt och en mindre del kan observeras lateralt. Det är ett välkänt faktum att det är ett svårlöst problem att lösa ut den rena absorptionen och spridningen från Green- fimktioner. Profilen kommer dock att mätas från två vinklar, och vidare kommer vi att ha möjligheten att göra flera mätningar genom att modulera ljuskällan på flera radiofrekvenser (RF). Genom att detektera fasförskjutning mellan drivströmmama och de detekterade signalema kan man räkna fram flykttiden. Detta är en till tidsdomänen i frekvensdomänen ekvivalent metod.For a scattering sample (Fig. 8) not only the walls of the tube but also the sample itself will contribute to the photon transport along the Z axis. For high scatter samples, the light comes on along the Z axis to be described by a Green function determined by uabsOt) and pscaOt). That in the forward direction and laterally observed light will be almost identical to strong disseminating media. For samples with smaller scatter, the anisotropy factor g (which can directly related to particle size) to play a larger role, so that most of the light is scattered forward and a smaller part can be observed laterally. It is a well known fact that it is one difficult problem to solve the pure absorption and spread of the Green- Actions. However, the profile will be measured from two angles, and further we will have the ability to make fl your measurements by modulating the light source on fl your radio frequencies (RF). By detecting phase shift between the drive currents and the detected signals, you can calculate the operating time. This is another time domain in frequency domain equivalent method.

När ett absorberande prov sekundärt emitterar fluorescensljus vid en längre våglängd kan det emitterade ljuset detekteras genom cut-off-filtret vid samma z-position (Fig. 9).When an absorbing sample secondary emits fl uorescence light at a longer wavelength can the emitted light is detected by the cut-off filter at the same z-position (Fig. 9).

Fluorescensljus kan detekteras lateralt eller rakt fram. Även sj älva cut-off -filtret kommer att fluorescera en aning, vilket är anledningen till att minst två uppmätta värden måste bidraga till en ren provfluorescens. Som i föregående exempel kommer tubens väggar eller provets spridning att skicka ljus längs Z-axeln. Fluorescensljus detekteras alltså genom ett antal cut-off-filter, vilket antyder att idealt sett är alla element i den övre triangeln av EEM-matrisen inom instrumentets räckvidd. Vi noterar att transmissionen från z till z+l uppmäts både med och utan filter. Som i fallet med spridning kan ytterligare information angående fluorescenslivstider extraheras från provet genom upprepande av mätningen vid flera RF -modulerade frekvenser och detektion av fasskifiet.Fluorescence light can be detected laterally or straight ahead. Even the cut-off itself comes to ores uoresc slightly, which is why at least two measured values must contribute to a pure sample ores uorescence. As in the previous example, the walls of the tube or the scattering of the sample to send light along the Z axis. Fluorescence light is thus detected through a number of cut-off filters, suggesting that ideally all elements are in the upper the triangle of the EEM matrix within the range of the instrument. We note that the transmission from z to z + l are measured both with and without filters. As in the case of proliferation can additional information regarding ores uorescence lifetimes is extracted from the sample by repeating the measurement at your RF modulated frequencies and detecting the phase ski.

Precis som för de andra demonstrationema kan kalibrering utföras genom att en känd fluorofor med kända absorptions- och fluorescensspektra samt kända livstider adderas.As with the other demonstrations, calibration can be performed by a known fl uorophore with known absorption and fl uorescence spectra as well as known lifetimes are added.

Ytterligare information angående fotoinducerad kinetik och blekning kan erhållas genom att provets temperatur och flöde kontrolleras.Additional information regarding photoinduced kinetics and bleaching can be obtained by that the temperature and fate of the sample are checked.

Då de utvalda detektorema når upp till den kortvågiga infraröd (SWIR) 2.4um regionen och då känsligheten täcker flera band är det realistiskt att förvänta sig en del svartkroppsstrålning från själva provet (Fig. 10). Mätningen kommer till en stor del att bero på provtemperaturen samt svartkroppsegenskapema såsom emissiviteten 50.) som är förknippad med absorption och reflektans. Kalibreringen kan utföras genom mätningar av prover med flera olika transmittanser i SWIR regionen samt med olika temperaturer.Then the selected detectors reach the shortwave infrared (SWIR) 2.4um region and since the sensitivity covers fl your bands, it is realistic to expect some black body radiation from the sample itself (Fig. 10). The measurement will to a large extent be depend on the sample temperature as well as the black body properties such as the emissivity 50.) which is associated with absorption and re ectancy. The calibration can be performed by measurements of samples with fl your different transmittances in the SWIR region and with different temperatures.

Som vi tidigare diskuterat spelar polarisation en stor roll för reflektioner enligt F resnels formel. Även i spridande och anisotropisk fluorescens kommer polarisationen att påverka. Då källan bara bidrar till en försumbar del av instrumentkostnaden kan konceptet med kombinatorisk mätning av ljussträckor expanderas så det förmår omhänderta polarisationsfenomen (Fig. 12). Förutom att sträcka sig till polarisationsberoende parametrar kan en sådan expansion också användas för att förbättra villkoren för att ortogonalisera icke-polarisationsberoende egenskaper. Då få polariseringsfilter ger kontrast i hela det presenterade instrumentets spektrala bredd kan typen av filter varieras längs Z-axeln. Precis som för polarisationsfilter kan spektrala filter också användas på källorna för att undertrycka emissionen av långa våglängder.As we have previously discussed, polarization plays a major role in reactions according to F resnels formula. Even in scattering and anisotropic ores uorescence, the polarization will affect. Since the source only contributes to a negligible part of the instrument cost can the concept of combinatorial measurement of light distances is expanded as far as possible handled polarization phenomena (Fig. 12). In addition to reaching out polarization-dependent parameters, such an expansion can also be used to improve the conditions for orthogonalizing non-polarization dependent properties. Then few polarizing filter provides contrast throughout the spectral width of the instrument presented the type of filter is varied along the Z axis. Just as for polarization kanlter can be spectral filters are also used on the sources to suppress the emission of long wavelengths.

Källoma kan miniatyriseras med ”surface mounted devices” (SMD) (Fig. 12). Detta skulle göra instrumentet avsevärt mer kompakt. Detektorema kan vara multi-element linjära arrays av CCD, CMOS eller PMT typ. Det skulle öka antalet ljussträckor substantiellt. Istället för ett flertal absorptionsfilter kan ett kilfilter med varierande cut- off-våglängder längs Z-axeln användas för fluorescensdetektion. Konceptet kan också kombineras med polarisationsutvidgningen.The sources can be miniaturized with surface mounted devices (SMD) (Fig. 12). This would make the instrument considerably more compact. The detectors can be multi-elements linear arrays of CCD, CMOS or PMT type. This would increase the number of light distances substantially. Instead of a number of absorption altars, a kilter with varying cutter off-wavelengths along the Z-axis are used for uorescence detection. The concept can too combined with the polarization expansion.

Alternativt kan detektorer för elastiskt och fluorescensljus ersättas med ett dispersivt element som t ex ett konkavt diffraktionsgitter i kombination med en 2D avbildande detektor. Fler bild-chips kan användas för att utvidga det spektrala området. Detta koncept är också kompatibelt med excitation i flera polarisationsriktningar.Alternatively, elastic and orescence light detectors can be replaced with a dispersive one elements such as a concave diffraction grating in combination with a 2D image detector. More image chips can be used to expand the spectral range. This concept is also compatible with excitation in several polarization directions.

Flera elektronikmoduler är involverade datatagningsprocessen. Ett föredraget, men inte begränsande utförande presenteras i Fig. 11. Provet sugs in i kvartstuben genom en plasttub för analys. En pump reglerar flödet. Både plaströret och kvartstuben kan bytas ut för att möta speciella krav som till exempel för medicinska material använda i dialyssystem. En spänning kan appliceras på båda sidor av kvartstuben för att undersöka Kerr- koefficientema. En metallstång på vilken källoma och detektorema är monterade kan temperaturstabiliseras i båda ändar med en termoelektrísk kylare och en terrnistor.Several electronics modules are involved in the data acquisition process. A preferred, but not limiting design is presented in Fig. 11. The sample is sucked into the quarter tube through a plastic tube for analysis. A pump regulates the flow. Both the plastic pipe and the quarter tube can be replaced to meet special requirements such as for medical materials used in dialysis system. A voltage can be applied to both sides of the quarter tube to examine Kerr coefficient theme. A metal bar on which the sources and detectors are mounted can be temperature stabilized at both ends with a thermoelectric cooler and a thermistor.

Detta ger konsistenta mätningar över längre tid samt ändrade yttre betingelser, speciellt då mörkerström och känslighet förändras med temperaturen. De två vinkelrätt monterade LED panelema får en binär address för att aktivera en enskild LED. Denna adress erhålls från en räknarkrets som arbetar med en frekvens given av ett DAQ kort. LED-panelen får även strömmen för den aktiverade LEDen. Strömmen kan överskrida den statiska gränsen specificerad för varje LED då inkopplingsbråkdelen vanligen är några få procent. Den här typen av blixtoperationer ökar signal-brusförhållandet i transmissionsmätningar.This provides consistent measurements over time as well as changed external conditions, especially as dark current and sensitivity change with temperature. The two perpendicularly mounted The LED panels are given a binary address to activate an individual LED. This address is obtained from a counter circuit operating at a frequency given by a DAQ card. The LED panel gets also the power of the activated LED. The current may exceed the static limit specified for each LED as the connection fraction is usually a few percent. The this type of flash operation increases the signal-to-noise ratio in transmission measurements.

Vidare kan strömmen varieras över ett spektrum av operationsströmmar vilket ger möjlighet att mäta ström-spännings (U-I) karateristiken för varje LED. Med den informationen kan temperaturen samt band-gapet i utannningsskiktet för varje LED beräknas. Med hjälp av denna information kan ljusutbytet för varje LED förutsägas och stabila mätningar kan erhållas. Slutligen kan strömmen moduleras i flera frekvenssteg i RF i syfte att utföra frekvens-domänsspektroskopi för spridnings- och fluorescensmätningar.Furthermore, the current can be varied over a spectrum of operating currents, which gives ability to measure the current-voltage (U-I) characteristic of each LED. With it the information can the temperature as well as the band gap in the education layer for each LED calculated. Using this information, the light output for each LED can be predicted and stable measurements can be obtained. Finally, the current can be modulated in fl your frequency steps in RF for the purpose of performing frequency domain spectroscopy for scattering and fl uorescence measurements.

Förstärkning av detektorsignalen kan vara linjär eller logaritmisk med fasskiftdetektion i förhållande till den modulerade drivströmmen. Därmed krävs ingen RF-sampling för uppmätning av fasskiftet.Gain signal amplification can be linear or logarithmic with phase shift detection in in relation to the modulated drive current. Thus, no RF sampling is required for measurement of the phase shift.

Analogt kan signaler från LED-enhetens U-I-karakteristik, detekterade ljusintensiteter samt fas-skift bli digitaliserade av ett DAQ-kort. Inforrnationen överförs därifrån till en dator. Som diskuterats ovan täcker instrumentet in samtliga nämnda fysikaliska fenomen.Analogously, signals from the LED unit's U-I characteristics can detect detected light intensities and phase shifts are digitized by a DAQ card. The information is transferred from there to one computer. As discussed above, the instrument covers all of the aforementioned physical phenomena.

Vi vill dock påpeka att uppgiften i datortolkningen inte är att förklara observationen från en exakt korrekt fysikalisk modell utan snarare att ge en linjär eller icke-linj är fórutsägande modell baserad på träningsset och multivariatanalys.However, we would like to point out that the task in the computer interpretation is not to explain the observation from an exactly correct physical model but rather to give a linear or non-linear is predictive model based on training sets and multivariate analysis.

Referenser S. Svanberg, Atomic and Molecular Spectroscopy, Springer, Heidelberg Berlin (2004) J. Räty, K. E. Peiponen, T. Asukura, UV- Visible Reflection Spectroscopy of Liquids, Springer, Heidelberg Berlin, (2003) J. R. Lakowicz, Principles of F luorescence Spectroscopy, 3'd ed. Springer, Heidelberg (2006) M. Brydegaard, Z., and S. Svanberg, “Broad-band multispectral microscope for imaging transmission spectroscopy employing an array of light-emitting diodes”, Am. J. Phys., 77, 1, (2009) P. K. Dasgupta, In-Yong Eom, K. J. Morris, J. Li, “Light emitting diode-based detectors Absorbance, fluoreseence and spectroelectrochemical measurements in a planar flow- through cell”, Anal. Chim. Acta. 500, (2003) J. G. Schnabel, P. J. Grochowski, L. Wilhelm, C. Harding, M. Kiefer, R. S. Orr. Portable LED-array VIS-NIR Spectrometer Nephelometer, Field. Anal. Chem. Tech. 21-28, (1998) P. C. Hauser, T. W. T. Rupasinghe, N. E. Cates, A Multi-wavelength photometer based on light-emitting diode,s Talanta 42 (4) pp. 605-612 (1995) A. Johansson, J. Axelsson, S. Andersson-Engels, J. Swartling, “Realtime light dosimetijy software tools for interstítial photodynamic therapy of the human prostate.”, Med. Phys. 34(11), pp. 4309-4321, (2007) B. Barbieri, E. Terpetschnig, D. M. Jameson ”F requency-domain fluorescence spectroscopy using 280-nm and 3 00-nm light-emitting diodes: Measurement of proteins and protein-related fluorophores", Anal. Biochem. 344, (2005) 298-300 B. Montcel, R. Chabrier, P. Poulet, T ime-resolved absorption and hemoglobin concentration diflerence maps: a method to retrieve depth-related information on cerebral hemodynamics. Opt. Expr. 14 pp.298-300 (2006) M. Boukadoum, A. Bensaoula, David Starikav, A portable Multiband Optoelectric System for Identifi/ing and Measuring the Concentration of F luorophore Substances,1 13- 1 16, IEEE 2004 H. Peng, E. Makarona, Y. He, Y. K. Song, A. V. Nurrnikko, Ultraviolet líght-emitting diodes operating in the 340 nm wavelength range and application to time resolved jluorescence spectroscopy Appl. Phys. Lett. 85(8) pp.1436-l438 (2004) Q. Li, K. j. Morris, P. K. dasgupta, I. M. Raimondo Jr., H. Temkin, Portable flow- injection analyzer with liquid-core waveguide based fluorescence, luminescence and long path length absorbance detector, Anal. Chem Acta. 479 pp 151-165 (2003) P. Herman, J. Vecer Frequency Domain F luorometry with Pulsed Light-Emitting Diodes Ann. N. Y. Acad. Sci. 1130 pp. 56-61 (2008) P. Herman, B.P. Maliwal. H. J. Lin, . R. Lakowicz, Frequency-domainfluorescence microscopy with the LED as a light source. J. Microsp 203 pp. 176-181 (2001).References S. Svanberg, Atomic and Molecular Spectroscopy, Springer, Heidelberg Berlin (2004) J. Räty, K. E. Peiponen, T. Asukura, UV-Visible Rejection Spectroscopy of Liquids, Springer, Heidelberg Berlin, (2003) J. R. Lakowicz, Principles of Fluorescence Spectroscopy, 3'd ed. Springer, Heidelberg (2006) M. Brydegaard, Z., and S. Svanberg, “Broad-band multispectral microscope for imaging transmission spectroscopy employing an array of light-emitting diodes ”, Am. J. Phys., 77, 1, (2009) P. K. Dasgupta, In-Yong Eom, K. J. Morris, J. Li, “Light emitting diode-based detectors Absorbance, fluorescence and spectroelectrochemical measurements in a planar flow- through cell ”, Anal. Chim. Acta. 500, (2003) J. G. Schnabel, P. J. Grochowski, L. Wilhelm, C. Harding, M. Kiefer, R. S. Orr. Portable LED array VIS-NIR Spectrometer Nephelometer, Field. Anal. Chem. Tech. 21-28, (1998) P. C. Hauser, T. W. T. Rupasinghe, N. E. Cates, A Multi-wavelength photometer based on light-emitting diode, s Talanta 42 (4) pp. 605-612 (1995) A. Johansson, J. Axelsson, S. Andersson-Engels, J. Swartling, “Realtime light dosimetijy software tools for interstitial photodynamic therapy of the human prostate. ”, Med. Phys. 34 (11), pp. 4309-4321, (2007) B. Barbieri, E. Terpetschnig, D. M. Jameson ”F requency-domain fl uorescence spectroscopy using 280-nm and 300-nm light-emitting diodes: Measurement of proteins and protein-related fl uorophores ", Anal. Biochem. 344, (2005) 298-300 B. Montcel, R. Chabrier, P. Poulet, T ime-resolved absorption and hemoglobin concentration di fl erence maps: a method to retrieve depth-related information on cerebral hemodynamics. Opt. Expr. 14 pp.298-300 (2006) M. Boukadoum, A. Bensaoula, David Starikav, A portable Multiband Optoelectric System for Identifying and Measuring the Concentration of Fluorophore Substances, 1 13- 1 16, IEEE 2004 H. Peng, E. Makarona, Y. He, Y. K. Song, A. V. Nurrnikko, Ultraviolet light-emitting diodes operating in the 340 nm wavelength range and application to time resolved jluorescence spectroscopy Appl. Phys. Easy. 85 (8) pp.1436-l438 (2004) Q. Li, K. J. Morris, P. K. dasgupta, I. M. Raimondo Jr., H. Temkin, Portable fl ow- injection analyzer with liquid-core waveguide based fl uorescence, luminescence and long path length absorbance detector, Anal. Chem Acta. 479 pp 151-165 (2003) P. Herman, J. Vecer Frequency Domain F fluorometry with Pulsed Light-Emitting Diodes Ann. N. Y. Acad. Sci. 1130 pp. 56-61 (2008) P. Herman, B.P. Maliwal. H. J. Lin,. R. Lakowicz, Frequency-domain ores uorescence microscopy with the LED as a light source. J. Microsp 203 pp. 176-181 (2001).

K. J. Jeon, S. J. Kim, K. K. Park, Noninvasive total hemoglobin measurement, J.K. J. Jeon, S. J. Kim, K. K. Park, Noninvasive total hemoglobin measurement, J.

Biomed. Opt. 7 pp.45-50 (2005) B. Standish, Bookham Inc. LEDs for bioanalytical and Medical Instruments Bio. Phot.Biomed. Opt. 7 pp.45-50 (2005) B. Standish, Bookham Inc. LEDs for Bioanalytical and Medical Instruments Bio. Phot.

Int. (2007) Jobin Yvon, Horiba 3D F luorescence J obin Yvon, Horiba Linearization of the Spex-3D® Spectrofluorometer Application notes S. J. Hart, R, D. J iji, Light Emitting diode excitation emission matrix fluorescence spectroscopy, Analyst 127 pp. 1693-1699, (2002) U. Utzinger, A. J. Drukin, H. Fuchs, A. M. Gillenwater, D. L. Heintzelman, R. R.Int. (2007) Jobin Yvon, Horiba 3D F fluorescence J obin Yvon, Horiba Linearization of the Spex-3D® Spectroflorometer Application notes S. J. Hart, R, D. J iji, Light Emitting diode excitation emission matrix fl uorescence spectroscopy, Analyst 127 pp. 1693-1699, (2002) U. Utzinger, A. J. Drukin, H. Fuchs, A. M. Gillenwater, D. L. Heintzelman, R. R.

Richards-kortum, Combined jluorescence and reflectance spectroscopy, U.S. patent 6571 1 18, freepatentsonline.com H. Zeng, H. Lui, C. Macaulay, B. Palcic, D. I. Mclean, Apparatus and methods relating to optical systems for diagnosis of skin diseases, U.S. patent 6069689, freepatentsonlinecom M. Gouzman, N. Lifshitz, S. Luryi, O. Semyonov, D. Gavrilov, V. Kuzminskiy, Excitation-emissionfluorimeter based on linear interferencefilters, Appl. Opt. 43 pp. 3066-3072, (2004) R. L. Martineau, B. C. Towe, V. Stout, An Optical Micro-instrumentation System for Measurement of F luorescent Proteins in Whole-cell Biosensors, IEEE pp. 90-93, (2006) M. Trtilek, D. M. Kramer, M. Koblizek, L. Nedbal, Dual-modulation LED kinetic fluorometer, J. Luminescence pp. 72-74, (1997) C. Moser, T. Mayr, I. Klimant, Filter cubes with built-in ultrabright light-emitting diodes as exchangeable excitation light sources in fluorescence microscopy, J. Microsp. 22 pp. 135-140, (2006) J. S. Kuo, C. L. Kuyper, P. B. Allen, G. S. Fiorini, D. T. Hiu, High-power blue/U V light- emitting diodes as excitation source for sensitive detection, Electrophoresis 25, pp. 3796- 3804, (2004) FORCE-A Real-Time Optical Solutions for Sustainable Agriculture, 2006 FORCE-A, Multiplex®2, 2007 G. Agati, Response of the in vivo chlorophyllfluorescence spectrum to environmental factors and laser excitation wavelength, Pure Appl. Opt. 7 pp. 797-807, (1998) M. S. Kim, Y. Chen, S. Kang, I. Kim, A. M. Lefcourt, M. Kim. Fluorescence Characteristics of Wholesome and Unwholsome chicken Carcasses Appl. Spec. 60(10), (2006) C. Sluszny, E. S. Yeung, One- and T wo-dimensional Miniaturized Electrophoresis of Proteins with Native F luorescence Detection, Anal. Chem. 76 (5), pp.-1359-1356, (2004) Laser2000, Eigenlite TM RS-5B Spectrally Programmable Light Source, Product Summary K. Davitt, Y. K. Song, W. Patterson, A. V. Nurmikko, Z. Ren, Q. Sun, J. Han, UVLED arrays at 280 and 3 40nm for spectroscopic biosensing, Phys. Stat. sol 204 pp. 2112- 2116, (2007) R. W. Cole, J. N. Tumer, Light-Emitting Diodes Are Better Illumination Sources for Biological Microscopy than Conventional Sources, Microsc. Microanal. 14 pp.243-250, (2008) J. Xu, B. Yangm H, Tian, Y. Guan, A windowless flow cell-based miniaturized fluorescence detector for capillary flow systems, Anal. Bional. Chem. 384 pp. 1590-1593, (2006) E. P. de Jong, C. A. Lucy, Spectralfiltering of light-emitting diodes for fluorescence detection, Anal. Chim. Acta 546 pp. 37-45, (2005) E. Moreno-García, C. E. Guerra, J. M de la Rosa-Vázquez Spectrometer to measure steady-statefluorescence emitted by liquid and solid sample,. IEEE (2008) S. Ek. B. Anderson, S. Svanberg, Compact fiber-Optic fluorosensor employing light- emitting ultraviolet diodes as excitation sources Spectro.Chim. Acta Part B 63 pp.349- 353, (2008) S. Landgraf, Use of ultrabright LEDs for the determination of static and time-resolved florescence information of liquid and crude oil samples, J. Biochem. Biophys. Methods 61 pp. 125-134, (2004) M. Yeary, R. Kelley, I. Meier, A. Snyder, A. Arul, T. Hicks, P.McCann, C. Roller, D.Richards Card, Combined Jluorescence and Rejection Spectroscopy, U.S. Pat. patent 6571 1 18, freepatentsonline.com H. Zeng, H. Lui, C. Macaulay, B. Palcic, D. I. Mclean, Apparatus and methods relating to optical systems for diagnosis of skin diseases, U.S. patent 6069689, freepatentsonlinecom M. Gouzman, N. Lifshitz, S. Luryi, O. Semyonov, D. Gavrilov, V. Kuzminskiy, Excitation-emission imeter uorimeter based on linear interference fi lters, Appl. Opt. 43 pp. 3066-3072, (2004) R. L. Martineau, B. C. Towe, V. Stout, An Optical Micro-Instrumentation System for Measurement of F fluorescent Proteins in Whole-cell Biosensors, IEEE pp. 90-93, (2006) M. Trtilek, D. M. Kramer, M. Koblizek, L. Nedbal, Dual-modulation LED kinetic fl uorometer, J. Luminescence pp. 72-74, (1997) C. Moser, T. Mayr, I. Klimant, Filter cubes with built-in ultrabright light-emitting diodes as exchangeable excitation light sources in ores uorescence microscopy, J. Microsp. 22 pp. 135-140, (2006) J. S. Kuo, C. L. Kuyper, P. B. Allen, G. S. Fiorini, D. T. Hiu, High-power blue / U V light- emitting diodes as excitation source for sensitive detection, Electrophoresis 25, pp. 3796- 3804, (2004) FORCE-A Real-Time Optical Solutions for Sustainable Agriculture, 2006 FORCE-A, Multiplex®2, 2007 G. Agati, Response of the in vivo chlorophyll ores uorescence spectrum to environmental factors and laser excitation wavelength, Pure Appl. Opt. 7 pp. 797-807, (1998) M. S. Kim, Y. Chen, S. Kang, I. Kim, A. M. Lefcourt, M. Kim. Fluorescence Characteristics of Wholesome and Unwholsome chicken Carcasses Appl. Spec. 60 (10), (2006) C. Sluszny, E. S. Yeung, One- and T wo-dimensional Miniaturized Electrophoresis of Proteins with Native F fluorescence Detection, Anal. Chem. 76 (5), pp.-1359-1356, (2004) Laser2000, EigenliteTM RS-5B Spectrally Programmable Light Source, Product Summary K. Davitt, Y. K. Song, W. Patterson, A. V. Nurmikko, Z. Ren, Q. Sun, J. Han, UVLED arrays at 280 and 3 40nm for spectroscopic biosensing, Phys. State. sol 204 pp. 2112- 2116, (2007) R. W. Cole, J. N. Tumer, Light-Emitting Diodes Are Better Illumination Sources for Biological Microscopy than Conventional Sources, Microsc. Microanal. 14 pp.243-250, (2008) J. Xu, B. Yangm H, Tian, Y. Guan, A windowless flow cell-based miniaturized fluorescence detector for capillary flow systems, Anal. Bional. Chem. 384 pp. 1590-1593, (2006) E. P. de Jong, C. A. Lucy, Spectral Filtering of Light-Emitting Diodes for Fluorescence detection, Anal. Chim. Acta 546 pp. 37-45, (2005) E. Moreno-García, C. E. Guerra, J. M de la Rosa-Vázquez Spectrometer to measure steady-state fl uorescence emitted by liquid and solid sample ,. IEEE (2008) S. Ek. B. Anderson, S. Svanberg, Compact fiber-Optic fluorosensor employing light- emitting ultraviolet diodes as excitation sources Spectro.Chim. Acta Part B 63 pp.349- 353, (2008) S. Landgraf, Use of ultrabright LEDs for the determination of static and time-resolved florescence information of liquid and crude oil samples, J. Biochem. Biophys. Methods 61 pp. 125-134, (2004) M. Yeary, R. Kelley, I. Meier, A. Snyder, A. Arul, T. Hicks, P.McCann, C. Roller, D.

Guidry, Next-Generation Digital High-Bandwidth Spectroscopy Sensor Systems, IEEE Instr. Meas. Tech. Conf. (2007) J. B. Fishkin, P. T. C. So, A. E. Cerussi, S. Fantini, M. A. Franceschini, E. Gratton, Frequency-domain method for measuring spectral properties in multiple-scattering media: methemoglobin absorption spectrum in a tissuelike phantom, App. Opt. 34 pp. 1143-1155 (1995) S. Fantini, M. A. Franceschini, J. B. Fishkin, B. Barberi, E. Gratton, Quantitative determination of the absorption spectra of chromophores in strongly scattering media : a light-emitting-diode based technique, App. Opt. 33 pp. 5204-5213 (1994) E. Gratton, S. Fantini, M. A. Franceschini, G. Gratton, M. Fabiani, Measurements of scattering and absorption changes in muscle and brain, Phil. Trans. R. Soc. Lond. 352, pp.727-735 (1997) B. Chance, M. Cope, E. Gratton, N. Ramanuj am, B. Tromberg, Phase measurement of light absorption and scatter in human tissue, Rev. Soi. Instr. 69 pp. 3457-3481 (1998)Guidry, Next-Generation Digital High-Bandwidth Spectroscopy Sensor Systems, IEEE Instr. Meas. Tech. Conf. (2007) J. B. Fishkin, P. T. C. So, A. E. Cerussi, S. Fantini, M. A. Franceschini, E. Gratton, Frequency-domain method for measuring spectral properties in multiple-scattering media: methemoglobin absorption spectrum in a tissuelike phantom, App. Opt. 34 pp. 1143-1155 (1995) S. Fantini, M. A. Franceschini, J. B. Fishkin, B. Barberi, E. Gratton, Quantitative determination of the absorption spectra of chromophores in strongly scattering media: a light-emitting diode based technique, App. Opt. 33 pp. 5204-5213 (1994) E. Gratton, S. Fantini, M. A. Franceschini, G. Gratton, M. Fabiani, Measurements of scattering and absorption changes in muscle and brain, Phil. Trans. R. Soc. London. 352, pp.727-735 (1997) B. Chance, M. Cope, E. Gratton, N. Ramanuj am, B. Tromberg, Phase measurement of light absorption and scatter in human tissue, Rev. Soi. Instr. 69 pp. 3457-3481 (1998)

Claims (13)

10 15 20 25 30 35 Patentkrav10 15 20 25 30 35 Patent claim 1. Anordning för spektroskopisk karakterisering av ett prov baserat på optisk spektroskopi, innefattande en kanal som innehåller närrmda prov, ljuskällor anordnade kring närrmda kanal längs kanalens längdaxel, och detektorer anordnade kring nämnda kanal längs kanalens längdaxel kännetecknad av att varje ljuskällas strålning är anpassad att detekteras från fler av nämnda detektorer längs nämnda kanals längdaxel för en integrerad uppskattning av minst tre optiska pararnerar valda från gruppen innefattande: absorptionskoefficient, spridningskoefficient, anisoptrop spridningskoefficient, brytningsindex, fluorescens, fluorescenslivstid, fluorescensanisotropi, optisk emissivitet, samt Kerr-konstant, varvid gruppens optiska paramterar kan påverka varandra under nämnda uppskattning.Apparatus for spectroscopic characterization of a sample based on optical spectroscopy, comprising a channel containing said samples, light sources arranged around said channel along the longitudinal axis of the channel, and detectors arranged around said channel along the longitudinal axis of the channel characterized in that each light source radiation is adapted to detect from avs of said detectors along the longitudinal axis of said channel for an integrated estimate of at least three optical partners selected from the group comprising: absorption coefficient, scattering coefficient, anisoptropic scattering coefficient, refractive index, can affect each other during said estimation. 2. Anordning enligt krav l, varvid ljuskälloma är valda från gruppen innefattande: ljusdioder (LED), laser-dioder (LD), resonanta kavitetsdioder, kvantbrunnsbaserade LEDs, och optiskt pumpade LEDs, med ett spektralt område från djup ultriviolett (UV) genom synligt (VIS), nära infraröd (N IR), infraröd till de termiskt infraröda delarna av det optiska spektrumet.The device of claim 1, wherein the light sources are selected from the group comprising: light emitting diodes (LEDs), laser diodes (LDs), resonant cavity diodes, quantum well-based LEDs, and optically pumped LEDs, having a spectral range from deep ultraviolet (UV) through visible (VIS), near infrared (N IR), infrared to the thermally infrared parts of the optical spectrum. 3. Anordning enligt krav 1 eller 2, varvid ljuskällorna är valda från gruppen innefattande: fotodioder (PD), fototransistorer, LEDs, microbolometrar, lavin-fotodioder (APD), fotomultiplikatiorer (PMT), linjära PD-arrays, Charged Coupled Devices (CCD), linjära CMOS (complementary metal oxide semiconductor) detektorer, bildförstärkare och multi-element PMTs.The device of claim 1 or 2, wherein the light sources are selected from the group consisting of: photodiodes (PD), phototransistors, LEDs, microbolometers, avalanche photodiodes (APD), photomultipliers (PMT), linear PD arrays, Charged Coupled Devices (CCD ), linear CMOS (complementary metal oxide semiconductor) detectors, image intensifiers and multi-element PMTs. 4. Anordning enligt något av föregående krav, varvid varje spektralband uppmäts från flera olika observationsvinklar i förhållande till ljuskällan, olika distanser mellan ljuskälla och detektor, samt genom olika filterkonfigurationerDevice according to any one of the preceding claims, wherein each spectral band is measured from fl your different observation angles in relation to the light source, different distances between light source and detector, and by different fi filter configurations 5. Anordning enligt något av föregående krav, varvid ett enda instrument kan mäta koncentrationer i provet över ett utökat dynamiskt område jämfört med instrument som är baserade på enskilda transmittansmätningar, detta som en följd av flertalet möjliga uppmätta ljusvägssträckor. 10 15 20 25 PatentkravDevice according to any one of the preceding claims, wherein a single instrument can measure concentrations in the sample over an extended dynamic range compared to instruments based on individual transmittance measurements, this as a result of the number of possible measured light path distances. 10 15 20 25 Patent claims 6. Anordning enligt något av föregående krav , varvid nämnda ljuskällor kan moduleras upp till radiofrekvenser för mätning av olika fotonfördröj ningar orsakade av fluorescens och/eller spridning.Device according to any one of the preceding claims, wherein said light sources can be modulated up to radio frequencies for measuring different photon delays caused by ores uorescence and / or scattering. 7. Anordning enligt något av föregående krav, varvid nämnda ljuskällor är anordnade att stabiliseras genom tillgång till de lokala temperaturerna i ljuskällans utarmingsskikt via karakterisering av spänning och ström hos ljuskällan.Device according to any one of the preceding claims, wherein said light sources are arranged to be stabilized by access to the local temperatures in the depletion layer of the light source via characterization of voltage and current of the light source. 8. Anordning enligt något av föregående krav, varvid provet består av en vätska som flyter i en rak eller böjd transparent kanal, av vilken minst en del är klar.Device according to any one of the preceding claims, wherein the sample consists of a liquid which fl surfaces in a straight or curved transparent channel, of which at least a part is clear. 9. Anordning enligt något av föregående krav, varvid provet består av en vätska som flyter i en rak eller böjd transparent kanal, av vilken minst en del är diffust spridande.Device according to any one of the preceding claims, wherein the sample consists of a liquid which fl surfaces in a straight or curved transparent channel, at least a part of which is diffusely dispersing. 10. Analysförfarande som använder sig av en anordning enligt något av kraven l-9 kärmetecknade av användandet av multivariata statistiska metoder som kan involvera träningsset.Analysis method using a device according to any one of claims 1-9 characterized by the use of multivariate statistical methods which may involve training sets. 11. Analysförfarande som använder sig av en anordning enligt något av kraven l-9, varvid optiska egenskaper extraheras individuellt från uppmätt data.An analysis method using a device according to any one of claims 1-9, wherein optical properties are extracted individually from measured data. 12. Förfarande som använder sig av en anordning enligt något av kraven 1-9, innefattande steg för processkontroll, övervakning, kvalitetskontroll eller klassificiering, inkluderande möjliga varningssytem.A method using a device according to any one of claims 1-9, comprising steps of process control, monitoring, quality control or classification, including possible warning systems. 13. Förfarande som använder sig av en anording enligt något av kraven 1-9, varvid provet är ett ämne valt från gruppen innefattande; blod, en blodlösning, operations vätskor, mjölk eller mejeriprodukter, läskedrycker, öl, och alkoholiska drycker, lättflytande livsmedel, vatten av olika renhet, kemikaliska processvätskor, och urin.A method using a device according to any one of claims 1-9, wherein the sample is a substance selected from the group consisting of; blood, a blood solution, surgical fluids, milk or dairy products, soft drinks, beer, and alcoholic beverages, light-flowing foods, water of various purities, chemical process fluids, and urine.
SE1100262A 2011-04-07 2011-04-07 Instrument and method for determining multiple coupled optical quantities in a measuring volume SE1100262A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE1100262A SE1100262A1 (en) 2011-04-07 2011-04-07 Instrument and method for determining multiple coupled optical quantities in a measuring volume

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE1100262A SE1100262A1 (en) 2011-04-07 2011-04-07 Instrument and method for determining multiple coupled optical quantities in a measuring volume

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SE1100262A1 true SE1100262A1 (en) 2012-10-08

Family

ID=47190247

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE1100262A SE1100262A1 (en) 2011-04-07 2011-04-07 Instrument and method for determining multiple coupled optical quantities in a measuring volume

Country Status (1)

Country Link
SE (1) SE1100262A1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4220374B2 (en) Multi-channel fluorescence sensor
Li et al. Raman spectroscopy for in-line water quality monitoring—Instrumentation and potential
Morris Spectrophotometry
Bacon et al. Miniature spectroscopic instrumentation: applications to biology and chemistry
Levitus Tutorial: measurement of fluorescence spectra and determination of relative fluorescence quantum yields of transparent samples
US8729502B1 (en) Simultaneous, single-detector fluorescence detection of multiple analytes with frequency-specific lock-in detection
US9863881B2 (en) Methods for measuring concentrations of analytes in turbid solutions by applying turbidity corrections to raman observations
JP2018509615A (en) Scanning infrared measurement system
Shin et al. A portable fluorescent sensor for on-site detection of microalgae
BRPI0806880A2 (en) OPTICAL CHEMICAL ANALYZER, AND METHOD FOR MEASURING CHEMICAL CONCENTRATIONS IN A DC OR PACKED PROCESS
JP6501714B2 (en) Optical survey device
JP2007524389A (en) Wide-field method for detecting pathogenic microorganisms
JP2014512532A5 (en)
CA2789969A1 (en) Methods for calibrating a fluorometer
KR20150037977A (en) Dual spectrometer
Röttgers et al. Practical test of a point-source integrating cavity absorption meter: the performance of different collector assemblies
WO2011159982A2 (en) Scattering light source multi-wavelength photometer
Kricka et al. 9 Optical Techniques
JP5134862B2 (en) Analysis equipment
Chen et al. Detection of water quality parameters in Hangzhou Bay using a portable laser fluorometer
Cadondon et al. Chlorophyll-a pigment measurement of spirulina in algal growth monitoring using portable pulsed LED fluorescence lidar system
Zwinkels et al. Spectral fluorescence measurements
JP7206570B2 (en) Analysis equipment
JP2009517653A (en) Biochip device with sample compartment and photosensitive element, method for detecting fluorescent particles in at least one sample compartment of a biochip device
Chen et al. A practical portable photometer using LEDs as inspection light source

Legal Events

Date Code Title Description
NAV Patent application has lapsed