作为气相色谱-uv吸收光谱中的光源的uv发光二极管的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于分析样品的装置和方法。更具体地，本发明涉及通过气相色谱(GC)和紫外(UV)吸收光谱(其被称为GC-υν)来检测、鉴定、定量并分析样品中物质的装置和方法，其中所述物质在样品中的浓度由高浓度至非常低的浓度。该样品为气体混合物和/或单一气体的气相样品，如空气或其它气体，或为其它被转化为气相样品的物质。
[0002]发明背景
[0003]GC-UV的基础技术已知，并被用于各种目的。Verner Lagesson等人在US6305213和US4668091中公开了其基础技术的实例。在US6305213和US4668091中公开的装置和方法涉及物理、机械和软件控制方案并解决了主要问题之一，即检测非常短波长(通常短至120nm)处的吸收以鉴定气相的未知物质。
[0004]气相色谱UV吸收光谱被用于鉴定各种气相物质或可被转化为气相的物质，并对其定量。该技术是基于以下:首先使气相物质过柱(如加热柱)，其中该气体在经过柱子的时候具有由物质决定的速率，并且当待分析的气体离开柱子并进入室中(其中UV光穿过气体)时，在光穿过气体时其以光谱方式吸收光，从而使光子光谱(photonic spectrum)具有非常高的鉴定物质的精确度。
[0005]在GC-UV中获得气相样品中物质的光子信号水平和空间分辨率。首先，通过气相色谱随时间分离物质。然后使随时间分离的物质穿过一个室，其中检测样品气体被低至120nm波长的UV光线的光子吸收，从而鉴定其中的物质并对其定量。
[0006]通常通过微升注射器来注射液体或气体样品从而将样品加入GC-UV系统。在被转移到GC单元的分离柱之前，在所述GC单元的加热喷嘴部分使所述液体样品气化。也可将气相样品加入GC单元。
[0007]在W02012121651A1中描述了一种具有氘灯作为光源的装置。
[0008]现有技术的装置和方法的问题在于，分析的效率不高、费时且昂贵，并且目前光源主要为高成本的氘或氢放电灯，其寿命较短，具有不利地影响检测阀值的高光子噪声，物理体积较大，并且光线的稳定过程较慢。现有技术的系统缺少这种能力，即有效控制光量，使其优选能够在分析过程中变化。
[0009]发明概述
[0010]本发明的目的是解决上述提到的至少一个问题。
[0011]本发明涉及用于分析样品的装置，其包含样品接受器件、气相色谱和分光光度计，所述分光光度计包含LED UV光源、细长的室和检测器，其中所述UV光源被设置为照射经过所述室的样品物质，并且其中所述检测器被设置为通过UV吸收光谱鉴定样品物质并对其定量，其特征在于所述装置包含由发光二极管LED组成的光源，其包含低于可见范围的波长的发射光谱，该发射光谱范围为390nm至低于120nm。LED的使用还通过与检测器同步的LED脉冲调制而允许例如CCD(电荷耦合器件)在其最大信噪比水平下运行而并不饱和。可通过开关LED或通过改变至LED的电流来改变并控制将被例如CCD(电荷耦合器件)的光敏元件捕捉到的光子数量从而实现对LED光源的调制，进而在任何给定时刻优化光子数量，根据样品气体的浓度优化装置的灵敏度。在进行分析序列期间，可以非常高的频率进行该调制，且该调制可为固定的或动态的。然后可优化动态调制以在任何给定时刻优化信号和/或信噪比，从而优化检测水平和待分析的物质的检测。可通过检测器(如CCD阵列)监控该调制以及随后所发射的光子量，并且可通过控制算法将对该调制的控制由CCD检测器反馈回LED。该调制随不同的工作循环可在0至非常高的频率范围内变化，并可被打开或关闭。
[0012]与光纤非常接近的LED可以不需任何聚焦器件就使光线直接进入。
[0013]LED本身具有非常高的光子能量密度，即单位面积内的光子，因此与光纤非常接近，大量的发射光可进入例如光纤的光导体中，且LED具有较窄的发光角度分布，因此至少部分所发射的光被认为是平行的，或近似平行。
[0014]LED可为这样的类型，其最初用于发射可见光谱内的光(390nm和750nm之间)，并且根据其设计和性质具有亚可见的发光光谱(具有短于可见的390nm的光波长)。
[0015]根据本发明，使用LED-UV灯。在权利要求中，当所用的灯被限定为LED灯时，其也是指LED-US灯。
[0016]随着较短波长的起始光子撞击到荧光层，该层发出更长波长的光，从而实现波长转化，因而LED的起始光子发射具有比随后作为可见光被感知的更短的波长。LED可为这样的类型，其不具有或具有非常少的荧光材料，从而允许具有更短波长的初始发射光子离开LED单元，或为发射短于390nm波长的光的荧光层。
[0017]LED的使用还通过不在其它组件中作出改变或不改变其它组件来降低光子噪声而增加信噪比，其通过与使用放电光源(如氢或氘光源)相关的改善的信噪比而增加检测水平。同时，目前白色LED灯的使用寿命为100,000小时。这是11年的连续操作或22年的50%操作。LED灯的较长使用寿命与白炽氘或氢放电灯的平均寿命(约1000小时)形成鲜明对比。如果照明装置需要被嵌入非常难达到的位置，使用LED将实际上消除例行替换灯泡的需求。这允许制造非常小的检测单元。此外，LED为3至8_长度，并可被单独使用或作为阵列的一部分使用。LED较小的尺寸和不引人注目的外观允许它们被用于对其它灯泡来说太小的空间内。此外，因为LED以特定方向发光，相对于由于向所有方向发光而较为费能的白炽氘或氢放电灯泡和荧光灯泡，LED在应用中效率更高。常规的灯泡将其大部分能量耗费为热量。例如，白炽灯泡将其90%的能量耗费为热量，而紧凑型荧光灯泡将80%的能量耗费为热量(U.S.Environmental Protect1n Agency: Learn About LEDs)。LED 则保持低温。此外，由于其不含玻璃组分，它们不像常规灯泡那样易于被震坏或破损。
[0018]LED照明的另一个重要优点为降低能耗。当设计得当时，LED电路会达到80%的效率，这意味着80%的电能被转化为光能。剩余20%被消耗为热能。相对于以约20%的效率运转(80%的电能被消耗为热能)的白炽灯泡，全年这可以在电力上节省$65的成本。事实上该节省的成本会更高，因为多数白炽灯泡在一年内损坏并需要替换，而LED灯泡可以很容易地使用十年而不会被烧毁。
[0019]相应地，可以快速且有效地在样品中检测到低浓度的物质并对其进行定量。
[0020]GC-UV装置可被设置为用来分析样品，例如由活细胞分泌的样品。该装置可被设置为用来分析在呼出的空气、唾液、汗液、血液和/或尿液中发现的代谢物质以检测多种疾病(deceases)和代谢活性。
[0021]本发明还涉及通过气相色谱和紫外吸收光谱结合在热解吸吸附管中的吸附来分析样品的方法。
[0022]本发明用途很多，并可被用于多种应用中，如手持便携式或以实验室为基础的台式仪器。一个特殊用途是检测由来自活生物体(如人类、动物和植物)的活细胞和组织分泌的代谢物质或其它物质，以及特别是可在呼出的空气、唾液、汗液、血液和尿液中发现的物质，从而检测各种例如由压力造成的疾病和代谢活性。该物质可为由例如胃溃疡、哮喘、糖尿病、精神疾病、药物滥用、应激性状态和中毒等疾病带来的例如氧化氮、尿素、丙酮、异戊二烯和二硫化碳。很多这些气相的代谢物质在约120nm波长以上的光谱中具有非常高的UV光吸收。
[0023]根据对以下实施例的描述、附图和所附权利要求，本发明的进一步的特征和优点将会变得明显。
[0024]附图简述
[0025]为了使所获得的本发明的上述及其它优点更容易被理解，将参照在附图中说明的【具体实施方式】对在以上简要描述过的本发明进行更详细的描述。为了增加该描述的易读性以及为了清楚