本发明涉及光学测量领域，尤其涉及一种对微量或极微量的液体样品进行测量的紫外可见分光光度计或光谱仪，紫外可见荧光光谱仪。
背景技术：
原子或分子的电子受紫外或可见光的激发从较低能级跃迁至较高能级就会发生特定波长范围内光的吸收现象，被称为吸收光谱，测量光谱范围和吸光度大小的仪器称为紫外可见分光光度计或光谱仪。跃迁至较高能级电子返回较低能级时会发出荧光，测量荧光光谱范围和强度的仪器称为紫外可见荧光光谱仪。
常见的紫外可见分光光度计或光谱仪光路图，如图1所示，w1钨灯发出可见光，d2氘灯发出紫外光，m1和m2聚光镜，f滤光片，g光栅，s1入射狭缝，s2出射狭缝，液体样品放在比色皿中，d检测器。转动g光栅将有不同波长的光照射到样品比色皿，透射光的光谱对应特定的原子或分子，如图2所示，据此可以对特定的原子或分子进行定性分析。
当比色皿中放空白溶液时d检测器测得io为参比光强度，当比色皿中放样品溶液时d检测器测得i为样品光强度，吸光度a定义如下式：
根据beer-lambert定律:吸光度a＝ecl，e为与化合物相关的常数，c为产生吸收光谱化合物的浓度，l为光线穿过样品的光程，在a不超过2.0时，吸光度a与样品浓度c呈线性关系，据此可以对化合物样品进行定量分析。
常见的紫外可见荧光光谱仪光路图，如图3所示，图中s为包含液体样品的比色皿，该类光谱仪可以得到样品的激发光谱和发射光谱，也可以根据发射光的强度对化合物进行定量分析，且灵敏度比紫外可见分光光度计高2-3个数量级以上。
作为液体样品测量装置，现有的比色皿必须将待测液体样品放在透光的比色皿中才可以测量，而且至少需要数十微升的样品。这种限制对于做包括核酸或蛋白质等生化样品的定量分析是十分不利的，因为生化定量分析的样品一般需要严格控制使用量以及防止交叉污染。而且，昂贵的微量比色皿灵敏度非常低，且清洗十分不方便，容易产生交叉污染。现有的比色皿，样品的加入和清洗都比较耗时，不适宜在法医鉴定等需要快速或现场分析的场合。另外，在定量分析中紫外可见分光光谱仪适合较高浓度的分析，紫外可见荧光光谱仪适合较低浓度的分析，因为两者比色皿的结构不同， 所以这两种分析方法必须在两台分析仪器上实现，这样限制了这些分析方法在需要快速现场分析的场合。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种液体样品测量装置和测量方法，使得对样品的需要量减少到最小，并能同时适应高浓度和低浓度样品，测量装置体积小，便携性好，测量方法方便、快速，成本低。
技术实现要素：
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何减少液体样品的需要量并在同一台仪器上实现高浓度和低浓度液体样品的分析。
为实现上述目的，本发明提供了一种液体样品测量装置，包括入射光学通道、出射光学通道、第一集光透镜、全反射棱镜和全反射平面镜，所述入射光学通道被配置为引入光源；所述全反射棱镜具有第一全反射面，所述全反射平面镜具有第二全反射面，所述全反射棱镜的第一全反射面与所述全反射平面镜共同限定用于容纳所述液体样品的空间，所述全反射平面镜的第二全反射面被配置为把经过所述液体样品的光线全反射回去；所述第一集光透镜被配置为将所述全反射棱镜出射的光汇聚导入所述出射光学通道。
进一步地，所述第一全反射面水平放置。
进一步地，所述出射光学通道被配置为连接第一单色器。
进一步地，所述入射光学通道和/或出射光学通道为光纤。
进一步地，所述光源为钨氘氙灯或半导体固体光源。
进一步地，所述第一全反射面的中心位置被配置为放置所述液体样品。
进一步地，所述第一集光透镜由透明玻璃或合成树脂制成。
进一步地，所述全反射棱镜由透明玻璃或合成树脂制成。
进一步地，所述全反射棱镜包括直角棱镜、等腰棱镜、等腰梯形棱镜或半圆形棱镜。
进一步地，所述全反射平面镜由透明玻璃或合成树脂制成。
进一步地，所述液体样品测量装置还包括准直透镜，所述准直透镜被放置在所述入射光学通道和所述全反射棱镜之间，所述准直透镜被配置为将所述入射光学通道的光线变成平行光。
进一步地，所述全反射平面镜用抛光铝板制成。
进一步地，所述液体样品测量装置还包括第二集光透镜和荧光光学通道，所述第二集光透镜被放置在以所述全反射平面镜为界和所述全反射棱镜相对的另一边，所述第二集光透镜被配置为将液体样品发出的荧光收集起来导入所述荧光光学通道，所述荧光光学通道连接第二单色器。
本发明还提供了一种液体样品测量方法，包括以下步骤：
1)提供如上述任意一种所述的液体样品测量装置；
2)测量光谱仪的电子背景；
3)将液体样品滴在全反射棱镜的第一全反射面中心位置；
4)将全反射平面镜平行地压在全反射棱镜的第一全反射面上，使得液体样品充满所述全反射平面镜与所述全反射棱镜的第一全反射面共同限定的空间；
5)光源通过入射光源通道进入准直透镜，光线经过准直透镜变平行光，入射全反射棱镜，光线经过全反射棱镜和全反射平面镜之间的液体样品，并在全反射平面镜的第二全反射面发生全反射，光线再次经过全反射棱镜和全反射平面镜之间的液体样品后进入全反射棱镜，光线穿出全反射棱镜后被第一集光透镜汇聚，然后进入出射光学通道；光线在进入入射表面到穿出出射表面间没有损失；
6)光线经过出射光学通道进入第一单色器，经第一单色器内的检测器测得液体样品的吸收光谱。
本发明还提供了一种液体样品测量方法，包括以下步骤：
1)提供上述任意一种所述的液体样品测量装置；
2)测量光谱仪的电子背景；
3)将液体样品滴在全反射棱镜的第一全反射面中心位置；
4)将全反射平面镜平行地压在全反射棱镜的第一全反射面上，使得液体样品充满所述全反射平面镜与所述全反射棱镜的第一全反射面共同限定的空间；
5)光源通过入射光源通道进入准直透镜，光线经过准直透镜变平行光，入射全反射棱镜，光线经过全反射棱镜和全反射平面镜之间的液体样品，并在全反射平面镜的第二全反射面发生全反射，光线再次经过全反射棱镜和全反射平面镜之间的液体样品后进入全反射棱镜；
6)光线穿过液体样品时发出的荧光透过全反射平面镜，经第二集光镜收集聚光后由荧光光纤传导至第二单色器进行荧光光谱分析。
本发明还提供了一种液体样品测量方法，包括以下步骤：
1)提供如上述任意一种所述的液体样品测量装置；
2)测量光谱仪的电子背景；
3)将液体样品滴在全反射棱镜的第一全反射面中心位置；
4)将全反射平面镜平行地压在全反射棱镜的第一全反射面上，使得液体样品充满所述全反射平面镜与所述全反射棱镜的第一全反射面共同限定的空间；
5)光源通过入射光源通道进入准直透镜，光线经过准直透镜变平行光，入射全反射棱镜，光线经过全反射棱镜和全反射平面镜之间的液体样品，并在全反射平面镜的第二全反射面发生全反射，光线再次经过全反射棱镜和全反射平面镜之间的液体样品后进入全反射棱镜，光线穿出全反射棱镜后被第一集光透镜汇聚，然后进入出射光学通道；光线在进入入射表面到穿出出射表面间没有损失；
6)光线经过出射光学通道进入第一单色器，经第一单色器内的检测器测得液体样品的吸收光谱；
7)光线穿过液体样品时发出的荧光透过全反射平面镜，经第二集光镜收集聚光后由荧光光纤传导至第二单色器测得荧光光谱。
进一步地，所述光源为钨氘氙灯或半导体固体光源。
进一步地，所述第一集光透镜由透明玻璃或合成树脂制成。
进一步地，所述全反射棱镜由透明玻璃或合成树脂制成。
进一步地，所述全反射棱镜包括直角棱镜、等腰棱镜、等腰梯形棱镜或半圆形棱镜。
进一步地，所述全反射平面镜由透明玻璃或合成树脂制成。
本发明所述的技术方案提供了一种液体样品测量装置，包括入射光纤,入射光纤的另一端来自光源，光源可以是可见光或紫外光；出射光纤,出射光纤的另一端联接单色器入射狭缝；准直透镜,用于将将光纤的出射光变成平行光；第一集光透镜,用于将光纤的出射光收集起来导入光纤；全反射棱镜，包括等腰直角棱镜、等腰梯形棱镜和半圆棱镜，直角棱镜为例,两个直角边分别用于导入和导出光线，斜边水平放置,也是液体样品的承载平台，通常把微升级样品直接滴在平台中心位置；全反射平面镜，用于把样品光束反射回去。全反射平面镜可以用与全反射棱镜同样材质的透明玻璃制成，此种情形下光束反射是因为在界面发生全反射，且反射时没有光线的损失。如果此时样品在入射光的激发下发出荧光，而大部分荧光与界面的入射角小于临界角，在全反射平面镜的上方可以测量样品的荧光。如果不需要测量荧光，样品也没有腐蚀性，全反射平面镜可以用金属铝抛光制成，因反射时有损失，所以灵敏度不如全反射平面镜；第二集光透镜,用于将样品发出的荧光收集起来导入光纤；荧光光纤，用于导出荧光至单色器进行光谱分析。
本发明所述的液体样品测量装置有如下几种组合，分别适用于不同的场合：
1、全反射棱镜和全反射平面镜(抛光铝片)组合的样品测量装置,用于紫外可见光谱仪,适用于无腐蚀性液体样品。具体光路为氙灯光源发出的光经光纤传输至测量装置；光纤的出射光从棱镜的一面导入棱镜内,并穿过棱镜与样品的边界进入样品；光线穿过样品后,被平面镜反射并再次穿过样品返回棱镜；光线从棱镜的另一面导出,穿过透镜返回光纤至单色器进行光谱分析。
2、全反射棱镜和全反射平面镜(透明玻璃)组合的样品测量装置,用于紫外可见光谱仪。具体光路为氙灯光源发出的光经光纤传输至测量装置；光纤的出射光从棱镜的一面导入棱镜内,并穿过棱镜与样品的边界进入样品；光线穿过样品后,进入全反射平面镜并在与空气交界处发生全反射,光线返回后再次穿过样品进入棱镜；光线从棱镜的另一面导出,穿过透镜返回光纤至单色器进行光谱分析。
3、全反射棱镜和全反射平面镜(透明玻璃)组合的样品测量装置,用于紫外可见 光谱仪和荧光光谱仪。具体光路为氙灯光源发出的光经光纤传输至测量装置；光纤的出射光从棱镜的一面导入棱镜内,并穿过棱镜与样品的边界进入样品；光线穿过样品后,进入全反射平面镜并在与空气交界处发生全反射,光线返回后再次穿过样品进入棱镜；光线从棱镜的另一面导出,穿过透镜返回光纤,并传导至单色器进行光谱分析；光线穿过样品时发出的荧光透过全反射平面镜,经收集聚光后由光纤传导至单色器进行荧光光谱分析。
本发明所述的液体样品测量装置对样品需要量低至微升级或亚微升级，可用于样品量极少或极昂贵的场合，可用于生化、制药和法医鉴定等领域；本发明所述的液体样品测量装置操作方便、快速，使用成本低，不需要昂贵的微量比色皿，样品滴在平台上压上盖玻片就可以分析。分析结束后用纸擦净即可。另外，本发明所述的液体样品测量装置既可测量吸收光谱，也可测量荧光发射光谱，既可分析高浓度样品，也可分析低浓度样品。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是常见的紫外可见分光光度计或光谱仪光路图；
图2是常见的透射光的光谱对应特定的原子或分子的原理示意图；
图3是常见的紫外可见荧光光谱仪光路图；
图4是本发明的一个较佳实施例的未放样品时的光路图；
图5是本发明的一个较佳实施例的压上全反射平面镜时的光路图；
图6是本发明的一个较佳实施例的全反射棱镜和全反射平面镜拉开距离时的光路图；
图7是本发明的一个较佳实施例的吸收光谱和荧光光谱同时测量的光路图；
图8是本发明的一个较佳实施例的吸收光谱和荧光光谱同时测量的省去准直透镜的光路图；
图9是本发明的另一个较佳实施例的光路图；
图10是本发明的另一个较佳实施例的光路图；
图11是本发明的一个较佳实施例的第一全反射面示意图；
图12是本发明的一个较佳实施例的第二全反射面示意图(全反射平面镜是透明玻璃或合成树脂)；
图13是本发明的一个较佳实施例的第二全反射面示意图(全反射平面镜是抛光铝片)；图中，1-入射光纤，2-出射光纤，3-准直透镜，4-第一集光透镜，5-全反射棱镜，51-第一全反射面，6-全反射平面镜，61-第二全反射面，7-第二集光透镜，8-荧光光纤。
具体实施方式
如图4所示，测量装置上没有放置液体样品，光线从入射光纤1射出后经过准直透镜3到达直角棱镜5的一条直角边，并垂直完全入射；光线在直角棱镜5的斜边界面(第一全反射面51，如图11)上发生全反射后经直角棱镜5的另一条直角边垂直出射，经第一集光透镜4直接进入出射光纤2，此时连接出射光纤2的单色器内检测器测得的是光谱仪的电子背景。
如图5所示，测量装置的直角棱镜5的斜边平面上滴上微升级的液体样品，并压上全反射平面镜6，全反射平面镜6和直角棱镜5的斜边平面的距离约0.1mm。由于直角棱镜5的折射率(约1.5)和液体样品的折射率(约1.33)相差比较小，入射光线没有达到临界角(62度)，所以不会发生全反射，此时光线进入液体样品并穿过液体样品进入全反射平面镜。
当光线从入射光纤1射出后经过准直透镜3到达直角棱镜5，穿过样品后在全反射平面镜6与空气的界面(第二全反射面61，如图12)发生全反射，光线再次穿过样品和直角棱镜5后经第一集光透镜4回到出射光纤2，此时连接出射光纤2的单色器内检测器测得的是样品的紫外可见吸收光谱。当全反射平面镜6用抛光铝片制成时，第二全反射面61在全反射平面镜6靠近液体样品的一侧，如图13所示。
当全反射平面镜6和直角棱镜5的距离为0.1mm的时候，样品光程l约为0.3mm，需要样品的量为1-3微升。如果继续减小全反射平面镜6和直角棱镜5的距离，所需样品的量可以小于1微升，但分析的重复性会变差。
如图6所示，全反射平面镜6和直角棱镜5的距离为1mm时的情况：样品光程l约为3mm，需要样品的量为10-50微升。
如图7所示，本发明所述测量装置做吸收光谱和荧光光谱同时测量的情形，因为荧光光谱比较弱，所以加大样品量有助于提高灵敏度，通常选全反射平面镜6和直角棱镜5的距离为1mm。此时样品光程l约为3mm，需要样品的量为10-50微升。
如图8所示，如果入射光纤1的光线出射角比较小，准直透镜3可以省略，入射光强可以提高20％左右，吸收光谱和荧光光谱的灵敏度同时也会相应提高。
如图9和图10所示，全反射棱镜的形状也可以是半球形，半圆形或等腰梯形，只要有一个全反射面，光路能垂直入射和垂直出射即可。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。