用于测量至少一种溶液中物质的吸收率的方法和测量装置与流程

本发明涉及用于测量至少一种溶液中的物质的吸收率的方法和测量装置。

背景技术

许多物质由于它们的化学组成而吸收紫外线或可见光。许多年以来，物质对光的吸收一直用作检测这样的物质的存在和测量这样的物质的浓度的根据。通过使用beerlambert定律可确定物质的浓度：

a=ebc

其中：

a为光吸收率；

e为摩尔光吸收系数，其具有单位lmol^-1cm^-1；

b为样品的光路径长度，其以cm限定；以及

c为溶液中的化合物的浓度，其以mol^-1表达。

emax表示物质在给定的波长下的最大吸收。

uv区域可被认为由波长在1nm-400nm的区域中的光组成，波长为180nm-300nm的光被称为“深uv”。用于检测在深紫外线(uv)区域中进行吸收的物质的大多数分析仪器使用汞灯、氘灯或氙气闪光灯作为光源。这样的仪器的一个示例为流动池，其中，包含一种或多种吸收uv的物质的溶液在uv光源(例如汞灯)和uv检测器(例如光电倍增器或光电二极管)之间经过，并且到达检测器的uv光的强度的改变与溶液中的吸收uv的物质的浓度有关。

蛋白质、核酸和肽的检测在许多方面(包括环境科学、生物科学和化学科学)极其重要。蛋白质在深uv区域中主要具有两个吸收峰，一个在大约190nm下具有最大值的非常强的吸收带和另一个在大约280nm下的较弱的峰，肽键在强的吸收带处进行吸收，较弱的峰由于芳族氨基酸(例如酪氨酸、色氨酸和苯基丙氨酸)的光吸收而产生。

核酸吸收在大约260nm下的uv光，核酸的子单元中的一些(嘌呤)在稍微低于260nm下具有吸收率最大值，而其它(嘧啶)在稍微高于260nm下具有最大值。由于吸收光的芳族氨基酸的含量，几乎所有蛋白质在大约280nm下具有最大吸收率。在历史上，用于检测和测量蛋白质浓度的分析系统的检测器中的光源为汞线灯。汞产生具有254nm的但是不处于280nm的波长的光，所以需要荧光转换器来将由汞灯产生的254nm的光转换成更长的波长，并且利用带通滤波器在280nm周围切出一区域。汞灯具有相对短的寿命，且可证明随时间的推移是不稳定的；而且，这些灯的处理可能导致环境问题。不利地，用于生成紫外光的其它灯(例如氘灯和氙气闪光灯)需要高电压、需要复杂的电子技术且通常证明随时间的推移是不稳定的。所有的当前使用的紫外线光源相对较大，且因此不适合于分析仪器的小型化。而且，由于灯的运行所需的高电压，所有的灯生成显著的热量。

wo2007/062800和wo2013/178770描述了使用uvled作为光源来分析液体样品中的物质的浓度。

需要在液体流动路径中的不止一个地方处测量吸收率的一些应用需要在同一个仪器中使用几个uv检测器。因为较长的液体流动路径是不利的(例如，由于谱带增宽)，所以在尺寸上使仪器保持紧凑且由此减小毛细管(液体流动路径)的长度是关键的。

技术实现要素：

本发明的目标是提供一种用于测量溶液中的物质的光吸收率的改进的方法和装置。

这通过一种用于测量至少一种溶液中的物质的光吸收率的方法来实现，溶液设置在测量装置中提供的至少两个流动池中，所述方法包括以下步骤：

从在测量装置中提供的光源向在测量装置中提供的光学组件发射第一光射线；

在光学组件中提供具有特定的透射特性的至少两个光束分离器，例如半透明反射镜，所述光学组件布置成将从光源来到光学组件中的第一光射线分成分开的光部分，一个用于经过各流动池，且一个用于在光学组件之后直接进入基准检测器；

检测已经经过各流动池的光；

比较检测到的已经经过各流动池的光和由基准检测器检测到的光，用于确定溶液中的物质的吸收率。

这还通过一种用于测量至少一种溶液中的物质的吸收率的测量装置来实现，溶液设置在测量装置的至少两个流动池中，其中，所述测量装置包括：

发射第一光射线的光源；

所述至少两个流动池；

光学组件，其包括具有不同的透射特性的至少两个光束分离器，例如半透明反射镜，所述光学组件布置成将来自于光源的第一光射线分成分开的光部分，一个用于经过各流动池，且一个用于在光学组件之后直接进入基准检测器；以及

一个检测器，其在各流动池之后提供，用于检测已经穿过流动池的光。

因此，在同一个装置中且使用同一个光源和基准检测器可提供不止一个测量值。使用同一个光源和同一个基准检测器来进行多重测量，提高了测量之间的一致性且提高了对于测量结果之间的直接比较的可能性。

而且，每单位面积可承载更多功能性的仪器对于仪器总体性能来说是有益的。

在uv吸收测量中，一些应用需要覆盖非常大的动态范围的能力。满足该需要的方式是连续放置两个具有不同的路径长度的uv流动池。由此，可使用同一个装置来测量高吸收率物质和低吸收率物质。为了进行该种类的测量，在两个uv流动池之间具有短距离是至关重要的。将两个uv检测器靠近放置在同一个模块中将能够实现该短距离。

在一个实施例中，测量装置的至少两个光束分离器设置在来自光源的第一光射线的线路中，使得光的从各半透明反射镜反射的部分将经过流动池中相应的一个，并且各半透明反射镜的透射特性适于提供等大的光部分来穿过各流动池，且适于将进一步的光部分提供给包括在测量装置中的基准检测器，所述基准检测器在来自光源的第一光射线的线路中设置在光束分离器之后。

在从属的权利要求中描述了进一步的实施例。

附图说明

图1示意性地显示了现有技术的uv检测器。

图2示意性地显示了根据本发明的一个实施例的用于测量溶液中的物质的吸收率的测量装置。

图3示意性地显示了根据本发明的一个实施例的用于测量溶液中的物质的吸收率的测量装置。

图4示意性地显示了根据本发明的一个实施例的用于测量溶液中的物质的吸收率的测量装置。

具体实施方式

图1示意性地显示了现有技术的uv检测器1。它包括光源3(例如led)，其向半透明反射镜7发射光射线5，半透明反射镜7也被称为光束分离器。半透明反射镜布置在uv检测器中，与光射线5相差非90度的角度。入射光的一部分将被反射，其在这里被称为反射部分9。提供基准检测器11用于接收所述反射部分9。到半透明反射镜7的入射光的一部分将透射通过半透明反射镜。光的该部分将被称为透射部分13。引导光的透射部分13通过包括溶液的流动池15。该溶液为由该uv检测器测量uv光在其中的吸收率的溶液。例如，溶液可从层析系统取得，用于溶液的吸收率的顺列(inline)测量。溶液中的某些物质将吸收某个波长的uv光。例如，如果搜索某蛋白质，那么从光源3发射对应的波长，且所述光的吸收率将给出溶液中的蛋白质量的测量。

流动池15需要具有入口开口和出口开口，其对于穿过流动池的光来说是透明的。在流动池之后提供样品检测器17，用于检测已经穿过流动池和在流动池中提供的其样品的光。比较来自基准检测器11和样品检测器17的检测器响应，用于给出溶液中的吸收率的测量。

图2示意性地显示了根据本发明的一个实施例的用于测量溶液中的物质的吸收率的测量装置21。

测量装置21包括发射第一光射线25的光源23。例如，光源可为激光器或led，可能带有带通滤波器。进一步根据本发明，测量装置21包括至少两个流动池。在该实施例中显示了第一流动池27和第二流动池29。对于用于测量的光来说，流动池27、29需要至少是部分透明的。为了本发明的测量目的，穿过流动池的光不应由流动池构造吸收。各流动池27、29包含应测量其吸收率的溶液。在第一流动池27和第二流动池29二者中，这可以是相同的溶液或不同的溶液。如以上描述的那样，相对于现有技术，例如溶液可从层析系统取得，用于在层析期间的顺列测量。

测量装置21进一步包括光学组件31。根据本发明的光学组件31包括具有不同的透射特性的至少两个光束分离器，在该实施例中，光束分离器包括半透明反射镜。在该显示的实施例中，光学组件31包括第一半透明反射镜33和第二半透明反射镜35。根据本发明，所述光学组件31布置成将来自于光源23的第一光射线25分成分开的光部分，一个用于经过各流动池27、29，且一个用于直接进入基准检测器37。在图2中显示的实施例中，第一半透明反射镜33布置在测量装置21中，朝向来自光源23的第一光射线25成角度。角度在这里显示为基本上45度，但是也可使用非90度的另一个角度。第一光射线25将在第一半透明反射镜33上被部分反射，且部分透射通过第一半透明反射镜33。反射部分在这里被称为第一反射部分39，且透射部分在这里被称为第一透射部分41。

在本发明的该实施例中，第二半透明反射镜35在沿第一光射线25的方向的直线上布置在第一半透明反射镜33之后。第二半透明反射镜35也布置成朝向入射光成角度，现在入射光为透射通过第一半透明反射镜33的第一透射部分41。角度在这里显示为基本上45度，但是它可以是另一个角度但不是90度。到第二半透明反射镜35的入射光将在第二半透明反射镜35上被部分反射，且部分透射通过第二半透明反射镜35。反射部分在这里被称为第二反射部分43，且透射部分在这里被称为第二透射部分45。

第一流动池27布置在测量装置21中，使得第一反射部分39将穿过第一流动池27，并且第二流动池29布置在测量装置21中，使得第二反射部分43将穿过第二流动池29。在本发明的一个实施例中，各半透明反射镜的透射特性适于提供等大的光部分来穿过各流动池27、29且到达基准检测器37。但是，在本发明的另一个实施例中，光部分不必是等大的。在一个实施例中，穿过流动池的光部分是等大的，但是去往基准检测器的光部分可以是不同的。在另一个实施例中，所有光部分在尺寸上是不同的，并且代之以在各检测器中可提供合适的放大。

基准检测器37设置在测量装置21中，在来自光源23的第一光射线25的线路上在半透明反射镜之后。基准检测器37布置在测量装置21中，使得第二透射部分45传输到基准检测器37且由基准检测器37检测。

为了实现通过两个流动池27、29和到基准检测器37的等大的光部分，用于该实施例的半透明反射镜的透射特性需要如下所述：第一半透明反射镜33需要反射光的1/3且透射光的2/3，并且第二半透明反射镜35需要反射光的1/2且透射光的1/2。对于该布置，来自第一光射线25的光的1/3将透射通过流动池27、29中的各个，并且光的1/3将由基准检测器37接收。具有经过各流动池的和可能还有进入基准检测器的等大的光部分的优点是可直接比较来自检测器的输出。

本发明的优点是仅一个光源用于两个或更多个测量。一个光源确保使用同一个波长来进行测量。本发明的另一个优点是使用同一个基准检测器来进行两个分开的测量还将限制与温度漂移有关的可能的问题，当比较来自两个分开的根据现有技术的测量装置的结果时，温度漂移可能是问题。而且，通过来自基准检测器的控制回路可执行来自光源的光强的调节，并且当在同一个控制回路下执行不止一个测量(如根据本发明的情况那样)时，将避免为不同的测量提供不同的光强的风险。在为各测量提供一个控制回路的现有技术装置中，那可能是风险。另一个优点是节省空间。例如，如果在层析系统或过滤器系统的底盘上提供uv检测器，那么在提供仅一个现有技术的uv检测器的同一个底盘位置可提供两个或更多个uv检测器。

测量装置21进一步包括在各流动池之后提供的一个检测器，其用于检测已经穿过流动池的光。在图2中显示的实施例中，第一检测器47布置成在第一反射部分39经过第一流动池27之后接收第一反射部分39，且第二检测器49布置成在第二反射部分43经过第二流动池29之后接收第二反射部分43。第一检测器47和第二检测器49检测光，并且通过与由基准检测器37检测到的光比较，可确定各流动池中的样品的吸收率。如以上讨论的那样，例如，样品中吸收该某个波长的光的某蛋白质的量可由此得到。

图3示意性地显示了根据本发明的一个实施例的用于测量溶液中的物质的吸收率的测量装置21'。根据本发明的该实施例的测量装置21'的几乎所有细节和部件与在图2中显示的实施例的部件相同，并且因此名称和标号相同且将不重复描述。唯一的不同是，在该实施例中显示的是流动池27、29'可具有不同的路径长度。第二流动池29'显示为具有比第一流动池27更大的路径长度。在uv吸收测量中，一些应用需要覆盖非常大的动态范围的能力。满足该需要的方式是连续放置两个具有不同的路径长度的uv流动池。由此，可使用同一个装置来测量高吸收率物质和低吸收率物质。为了进行该种类的测量，在两个uv流动池之间具有短距离是至关重要的。将两个uv检测器靠近放置在同一个模块中将能够实现该短距离。

图4示意性地显示了根据本发明的一个实施例的用于测量溶液中的物质的吸收率的测量装置21''。配置与先前描述的实施例相似，并且一些显而易见的细节将不重复。部件的标号和名称将对应于先前使用的标号和名称。与在图2和图3中显示的实施例的不同是，使用三个流动池和三个半透明反射镜而不是两个。通过相同的逻辑，可提供包括四个流动池和四个半透明反射镜或五个流动池和五个半透明反射镜等等的测量装置。

现在将更详细地描述图4。测量装置21''包括发射第一光射线25的光源23。在该实施例中，测量装置21''包括三个流动池，第一流动池27''、第二流动池29''和第三流动池30。测量装置21''进一步包括光学组件31''。在该实施例中，光学组件31''包括三个半透明反射镜，其沿着第一光射线25的线路彼此接连地设置，在该实施例中，在光导器(在该情况下为光学纤维25')内导引第一光射线25。半透明反射镜在这里被称为第一半透明反射镜33''、第二半透明反射镜35''和第三半透明反射镜36。在本发明的一个实施例中，选择第一半透明反射镜33''、第二半透明反射镜35'''和第三半透明反射镜36的透射特性，使得光的将穿过三个流动池中的各一个的三个反射部分和可能还有来自第三半透明反射镜36的透射部分都将是等大的。如以上讨论的那样，光部分不必需要是等大的。检测器可代之以设有合适的放大，以补偿不同尺寸的光部分。在第一光射线25的线路中在三个半透明反射镜之后提供基准检测器37''，用于接收和检测来自第三半透明反射镜36的透射部分。而且，提供第一检测器47''用于在光的从第一半透明反射镜33''反射的部分穿过第一流动池27''之后接收和检测反射部分，提供第二检测器49''用于在光的从第二半透明反射镜35''反射的部分穿过第二流动池27''之后接收和检测反射部分，并且提供第三检测器50用于在光的从第三半透明反射镜36反射的部分穿过第三流动池30之后接收和检测反射部分。

为了实现穿过三个流动池27''、29''、30和进入基准检测器37''的等大的光部分，第一半透明反射镜27''将布置成反射来到半透明反射镜表面的光的1/4且使来到半透明反射镜表面的光的3/4穿过。而且，第二半透明反射镜35''将布置成反射来到半透明反射镜表面的光的1/3且使来到半透明反射镜表面的光的2/3穿过，并且第三半透明反射镜36将布置成反射来到半透明反射镜表面的光的1/2且使来到半透明反射镜表面的光的1/2穿过。

而且，第一流动池27''包括第一溶液且布置在从第一半透明反射镜33''反射的光的路径中。第二流动池29''包括第二溶液，其与第一溶液可以是相同的或不同的。第二流动池29''布置在从第二半透明反射镜35''反射的光的路径中。第三流动池30包括第三溶液，其与第一溶液和第二溶液可以是相同的或不同的。第三流动池30布置在从第三半透明反射镜36反射的光的路径中。

在该实施例中，流动路径长度也可以是有变化的。

以上提到的实施例描述为利用“光射线”25来工作。为了避免疑问，应注意，这样的射线可传播通过空气，或可由光导器(例如在图4中显示的光纤25')导引。以上显示的实施例描述了呈半透明反射镜33、35、33''、35''和36的形式的光束分离器，但是可使用其它光束分离器来以同等的效果代替反射镜，例如，使用棱镜式光束分离器或光纤分离器(例如双锥型(fbt)分离器或平面光波导型(plc)分离器)来分离光束是可能的。在示出的示意图中设想这样的备选方案。本发明扩展到用于测量至少一种溶液中的物质的吸收率的测量装置，溶液设置在测量装置的至少两个流动池(27,29;27,29';27'',29'',30)中，其中，所述测量装置包括：用于发出光的源，用于传播由源以一光强发出的光的路径25；光学元件，其包括：布置成将光分离成第一份额和第二份额的第一光束分离器；和布置成将第二份额分离成第三份额和第四份额的第二光束分离器；其中，第一光束分离器布置成向两个流动池中的第一个传播第一份额，且布置成向第二光束分离器传播第二份额；并且其中，第二光束分离器布置成向流动池中的第二个传播第三份额。

在实施例中，所述至少两个流动池可包括两个流动池，并且第一份额和第三份额可具有光强的大约33.3%，并且光学元件可进一步布置成向基准检测器传播第四份额，第四份额也具有光强的大约33.3%。

在实施例中，所述至少两个流动池可包括三个流动池，并且光学元件可进一步包括第三光束分离器，其布置成将光的第四份额分离成第五份额和第六份额，第五份额用于向第三流动池传播，并且第一份额、第三份额和第五份额可各具有光强的大约25%，并且光学元件可进一步布置成向基准检测器传播第六份额，第六份额也具有光强的大约25%。

这样的测量装置的光束分离器可各包括；半透明反射镜；光束分离棱镜；或光束分离光学光导器。