[发明专利]用于可变路径长度系统的光源

说明书

一种用于确定样品的特性的系统包括用于将光引导到光谱仪的输入中的光源。光谱仪将接收到的光分成光输出，每个光输出具有不同的波长。有源波长选择模块(AWSM)包括光学接收组件(ORC)。致动器被耦合到光谱仪和/或ORC，以调整光谱仪和AWSM之间的相对位置，使得ORC可接收来自多个光输出中选定的一个的光。ORC被配置为将接收到的光引导到样品。收集器被定位成收集穿过样品的一部分光，并将收集的光递送到分析模块。分析模块被配置为确定透射通过样品的光的量，并将透射光与样品的特性关联。

技术领域

本公开的实施例总体上涉及用于光谱学的光源，并且更具体地，涉及一种与促进光谱测量的可变路径长度采样设备一起使用的改进的、高分辨率和紧凑的光源。

背景技术

光谱学分析是一个广泛的领域，在该领域中，通过与能量相互作用(例如，吸收、发光、发射等)产生的电磁光谱来确定任何相(气体、液体、固体)中材料的组成和性质。光谱化学分析的一个方面，被称为光谱学，涉及辐射能与感兴趣材料的相互作用。用于研究这种物质-辐射相互作用的特定方法定义了光谱学的许多子领域。

吸收光谱学测量液体物质的光学吸收光谱。吸收光谱是作为光波长的函数的光衰减(由于吸光度)的分布。例如，在一个简单的光谱仪中，待研究的样品物质被放置在一个透明容器中，也被称为比色皿或样品池。已知波长λ(例如，紫外、红外、可见光等)和强度I的电磁辐射(光)入射到透明容器(例如，比色皿或样品池)的一侧。测量出射光强度的检测器被放置在透明容器(例如，比色皿或样品池)的相对侧。光在样品中传播的长度是距离d。

标准UV/可见光谱仪使用具有1cm路径长度的标准比色皿，并且通常容纳50至2000μL样品。对于由浓度为c的单一均匀物质组成的样品，透过样品的光将遵循称为比尔定律(Beer’s Law)的关系：

A＝εcl

其中A是波长λ下样品的吸光度(也被称为光学密度(OD))；其中OD是透射光与入射光之比的-log；ε是吸光系数或消光系数(通常在给定波长λ下为常数)；c是样品的浓度；并且l是光通过样品的路径长度。

溶液的光谱学测量被广泛应用于各个领域。溶液中的感兴趣化合物通常是高度浓缩的。例如，在测量吸光度时，某些生物样品(诸如蛋白质、DNA或RNA)经常以超出光谱仪线性范围的浓度被分离。因此，通常需要稀释样品以测量落在仪器线性范围内的吸光度值。也就是说，一般来说，如果样品池的浓度太高，则仪器的灵敏度不足以确定浓度(例如，高浓度样品等于发射光的高吸收，因此到达检测器的光量很低)。因此，用户通常会稀释溶液以降低浓度，以达到足够量的光到达检测器的程度。

然而，通常情况下，需要对样品进行多次稀释，这会导致稀释误差和去除针对任何下游应用稀释的样品。因此，需要在不知道可能浓度的情况下提取现有样品，并在不稀释的情况下测量这些样品的吸收。

防止或至少最小化稀释的一种方法或解决方案是利用可变路径长度光谱仪。美国专利号9939373公开了一种可变路径长度(VPL)设备，其响应于实时测量经由软件控制动态地调整参数，以扩展常规光谱仪的动态范围，从而可以测量几乎任何浓度的样品，而不会稀释原始样品的浓度，该专利的全部内容通过引用并入本文。此外，根据其中公开的一种或多种方法，不需要知道路径长度来确定样品的浓度。

也就是说，美国专利号9939373公开了用于样品的光谱学测量的交互式可变路径长度设备和方法。在使用中，通过提供大约0.2μm及以上的路径长度，仪器可以被用于测量非常浓缩的样品的浓度。这种小的路径长度允许测量过于浓缩而无法用常规光谱仪测量的样品。此外，仪器和方法在两个或三个不同路径长度区域中提供光谱扫描。这使用户能够在一次运行中确定样品中的最佳吸光度峰值。因此，可以通过比较多个路径长度和多个波长处的吸光度峰值数据来提供关于浓度测量的最优化信息，因为这些值可能由于样品中的内容而不同。这与使用标准固定路径长度比色皿的仪器形成对比，后者不能同时呈现所有这些数据。