一種基于導光毛細管的光度分析儀及其檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種光度分析儀及其檢測方法，特別涉及一種基于導光毛細管的光度分析儀及其檢測方法，可用于液體和氣體樣品的吸光度測試。
【背景技術】
[0002]吸光度是重要的材料特性參數，測試樣品的吸光度可以獲知樣品的成份和濃度等相關信息，并且光學檢測具有抗電磁干擾和快速響應的特點。因此，基于吸光度檢測的分光光度計(或稱比色計)，廣泛用于生化分析領域。對于分光光度計或比色計，測試時需要將待測樣品和標準樣品分別置于不同的比色皿中，通過更換比色皿進行對比測試(Sensorsand Actuators B，191,561-566(2014))。因此，現有的測試方法，通常需要來回更換比色皿，使得測試時間增加、測試精度降低。此外，為了提高測試精度，需要增加比色皿的厚度(即增加樣品對探測光的吸收長度)，這使得比色皿的體積增大、需要的樣品量也增多。專利CN201210105716.9雖然公開了把毛細管用于比色分析領域，但是存在以下問題:光源穿過毛細管時，光源可能隨著光路距離的增加，光源會發散而穿出毛細管；也可能操作時入射光光路偏移毛細管中心線，光源穿出毛細管，此時將會嚴重降低測試精度。發明人對液體樣品的檢測有著深入研究[Appl.Phys.Lett.，102，163701 (2013)]，從而啟發了本發明的產生。
[0003]因此設計研發新的吸光度測試方法，簡化測試系統、縮短測試時間、減少樣品需求量、并提高檢測精度，是本發明的創研動機。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是針對現有技術的不足，提供了一種不需要來回更換盛液槽、增加樣品對探測光的吸收長度且能減小檢測儀器體積、樣品需求量小、光通量高、檢測精度高的基于導光毛細管的光度分析儀及其檢測方法。
[0005]為了解決上述技術問題，本發明的技術方案為:
[0006]一種基于導光毛細管的光度分析儀，包括光源、光探測器、導光毛細管，其特征是:所述導光毛細管的側壁可以反射光波，所述光源發射的探測光束經導光毛細管側壁反射被約束在導光毛細管中傳輸，光探測器接收從導光毛細管中射出的探測光束；所述導光毛細管一端設有樣品入口，所述導光毛細管另一端設有樣品出口，待測樣品流經導光毛細管。該分析儀利用導光毛細管來引導探測光束和待測樣品的傳輸，增加了探測光束通過樣品的長度，提高了檢測精度；此外，由于導光毛細管的內部體積很小，需要的樣品量也很少，因此可以進行樣品的快速切換，從而縮短測試時間、減少信號漂移、提高檢測精度。
[0007]本發明涉及的基于導光毛細管的光度分析儀，還具有以下附屬技術特征:
[0008]所述毛細管的形狀可以是彎曲的、直的或彎曲的與直的結合的任一種；本發明所述的毛細管，無論是直的還是彎曲的毛細管，其均可以約束探測光束。因此毛細管可以彎曲，以減小分析儀的長度和體積。所述彎曲的毛細管的形狀可以是環形、弧形、螺旋形中的一種或者任意形狀的毛細管。
[0009]所述光源與毛細管端面之間具有空間間隙；所述光探測器與毛細管端面之間具有空間間隙；所述間隙可以為I?4厘米，優選2厘米。所述間隙的設置可以避免結露、結霧、溫度等因素對測量結果造成影響。
[0010]所述毛細管安裝進儀器中，與水平面有傾斜度。毛細管安裝進儀器中，有一個傾斜度。待檢樣品從下端口進入，從上端口流出多余水，這樣可使毛細管內充滿待檢樣品，并避免產生氣泡。
[0011]所述光源為根據待測物的吸收波長來選擇激光二極管或發光二極管。分析不同物質選用不同波長的激光二極管(或發光二極管)可以提高檢測精度。
[0012]所述毛細管的內孔直徑范圍在0.01微米至10毫米之間。本發明所述的毛細管，其內徑R的范圍可以處于0.01微米至10毫米之間。當內徑R越小時，毛細管的內孔體積就越小、樣品切換時間越快、測試精度越高。此外，在不增加毛細管內孔體積的條件下，毛細管的內徑R減小、長度L可以相應的增加，從而增加樣品對探測光束的吸收長度、提高測試精度。
[0013]所述毛細管為內壁經拋光處理的金屬、側壁(內壁或外壁)鍍了金屬薄膜的玻璃毛細管或側壁(內壁或外壁)鍍了金屬薄膜的塑料毛細管中的任一種；或者還可以是其他材料制成的毛細管，金屬薄膜可以鍍在毛細管內壁也可以鍍在毛細管外壁，優選將所述金屬薄膜鍍在毛細管內壁，其功能是能使光束約束在毛細管內部傳輸，所鍍的金屬膜可以反射探測光束。所述金屬薄膜可以是金、銀、銅、鋅、鉻、鎳、鋁中的任一種。
[0014]本發明還提供了一種基于導光毛細管的光度分析儀的檢測方法，主要包括以下步驟:
[0015]第一步，將標準樣品導入毛細管中，光源發射出的探測光束透過導光毛細管端面并耦合進入導光毛細管一端的內孔中；探測光經毛細管側壁反射在毛細管中傳輸，通過毛細管的探測光束被毛細管另一端的光探測器接收；記錄此時光探測器接收到的光強度；
[0016]第二步，切換樣品，將待測樣品導入毛細管中，光源發射出的探測光束透過毛細管端面并耦合進入毛細管一端的內孔中；探測光經毛細管側壁反射在毛細管中傳輸，通過毛細管的探測光束被毛細管另一端的光探測器接收；記錄此時光探測器接收到的光強度；
[0017]第三步，對比探測器探測到的待測樣品與標準樣品之間的光強度變化，從而獲知待測樣品與標準樣品之間的吸光度差異，并得到待測樣品的組分或濃度。
[0018]本發明中光度分析儀的工作原理如圖1所示，其中毛細管的內孔用于流通待測樣品(毛細管的長度為L、內孔直徑為R)，當探測光束進入毛細管后，由于毛細管側壁表面對光有反射作用，使得探測光束被約束在毛細管中、并通過充滿樣品的內孔。探測光束透過毛細管內孔后被光探測器接收，由于透射光束的強度取決于樣品對光束的吸收長度和吸光度(App1.0pt.，39，4263-4269 (2000))，因此測試透射光束的強度，可以獲知樣品的吸光度。
[0019]本發明與現有技術相比具有以下優點:
[0020]該分析儀利用毛細管來引導探測光束和待測樣品的傳輸，由于毛細管側壁可以反射光束，使得探測光束可以被約束在毛細管內部傳輸，因此探測光束和待測樣品可以同時沿著毛細管內部傳輸，增加了探測光束通過樣品的長度，提高了檢測精度；此外，由于毛細管的內部體積很小，需要的樣品量也很少，因此可以進行樣品的快速切換，從而縮短測試時間、減少號漂移、提1?檢測精度。
[0021]所述的光度分析儀，由于待測樣品和探測光束同時沿著毛細管內孔傳輸，待測樣品對探測光束的吸收長度(即探測光通過樣品的長度)接近毛細管長度L，因此可以通過增加L來提高檢測精度。并且可以把毛細管做成彎曲的不同形狀，以減小分析儀的長度和體積。
[0022]與【背景技術】相比，本發明專利對分析微量物質有廣擴的應用前景，如:對微濁度、微氯離子、微重金屬離子的分析等(均為μ g/L數量級的)。它對于低濃度物質的分析測量有廣擴的前景。
【附圖說明】
[0023]圖1為導光毛細管的光度分析儀結構示意圖。
[0024]1-光源；2_探測光速；3-密封蓋；4-樣品入口 ；5-樣品出口 ；6_光探測器；7_毛細管長度L ；8-毛細