優(yōu)先權(quán)文件

本申請要求于2014年12月10日提交的，名稱為：“一種應(yīng)用于光譜學(xué)的比色皿”、申請?zhí)枮閍u2014905004的澳大利亞臨時專利申請的優(yōu)先權(quán)，在此通過引用包括它的全部內(nèi)容。

本發(fā)明涉及應(yīng)用在光譜學(xué)中的比色皿，例如，紫外光譜或可見光光譜。

背景技術(shù)：

在各種研究和分析領(lǐng)域，光譜學(xué)用于測量液體樣本的吸收光譜，熒光，磷光，散射光，放射或化學(xué)熒光。例如，在吸收光譜學(xué)，可以測量液體物質(zhì)和混合物的光學(xué)吸收光譜。在遠程地區(qū)，光譜學(xué)提供了一個快速和可靠的分析技術(shù)，并通過簡潔和相對來說廉價的儀器實現(xiàn)。

在一個簡單的光譜儀中，所研究的樣品物質(zhì)，通常是液體，放置在透明的容器內(nèi)，通常是比色皿或樣品管。一個已知波長(例如紫外線，紅外線，可見光等)和強度i0的平行光入射到比色皿的一側(cè)，一個測量出射光的強度的探測器，放置在比色皿的相對的一側(cè)(在透射光譜的情況下)或同一側(cè)(在反射光譜的情況下)，獨立于比色皿的設(shè)計，被測吸光度a，與分析物濃度[x]呈線性增加，在特定的濃度范圍內(nèi)，根據(jù)比爾-朗伯關(guān)系：

其中，i0和i是入射光和透射光的強度(是透光率t))，ε是摩爾吸收率；h是樣本路徑長度。比色皿的路徑長度(h)一般介于1mm和100mm之間，通常為10mm或2mm。在高濃度條件下，a∝[x]偏離線性關(guān)系，直到吸光度達到穩(wěn)定，這種限制受ε的大小的影響；對于不同的分析物變化很大，在一些ε很大的場合，例如血液[1]，葉綠素[2,3]，墨水[4]和感光劑[5]，在ε的值和/或[x比較大時，在測量前有必要減少h和/或稀釋樣本。后者并不令人滿意，因為它是費力的，耗時的，而且是個可能的失誤源頭，尤其是非技術(shù)人員遠程實施的樣品加工。

而且，這些光譜技術(shù)對于有價值的樣品(例如，生物樣品)的應(yīng)用受到限制，因為通常使用的比色皿需要至少1ml的樣品量，通常在測量完后丟棄。對于有價值的生物樣品，可能會以有限的數(shù)量存在，樣本量大和損耗是個問題。

對于有限體積的液體(例如，小于10μl)或者高價值液體(例如，生物樣品可能會以有限的數(shù)量存在)的分析，可取的做法是保持用于光譜分析所需樣品量低。當樣品容量減少，把樣品置于比色皿的測量區(qū)域，不產(chǎn)生氣泡，或者切片液點，產(chǎn)生錯誤，這會變得更加困難。微量比色皿用于微容量的樣品，由于很難填充和沖洗，因此不容易使用。已知的比色皿使用毛細管填充，也存在清洗的困難。其他的比色皿使用注射液體，可以清洗，但需要用注射器和一個帶有死體積的連接管替代物進行填充。所謂的“無比色皿采樣”是一個已經(jīng)使用非常小的樣本量的可替代技術(shù)。在無比色皿采樣中，一個窄光束指向一個樣品臺，包含一個1到2μl液滴懸浮在兩多模光纖之間，一個提供從光源到液滴的光源端纖維，一個引導(dǎo)光從液滴到適當?shù)臋z測光學(xué)的檢測端纖維。源端和檢測端纖維的緊密接近可以使從源端纖維發(fā)出的錐形光在通過液體后，大部分都能在檢測端纖維被收集。這些無比色皿儀器通常需要夾緊面以避免空氣-氣泡界面，這些夾緊面會被樣品浸濕。但是，增加小的樣品量(一般為5μl)到夾緊面的中心，這是一個復(fù)雜的實驗室技術(shù)，由于不能完全清理以前的樣品而造成遺留的污染是一個常見的失誤的源頭。

有必要研發(fā)可靠的技術(shù)，用于使用多種光譜學(xué)方法分析非常小容量樣品，尤其是在生物化學(xué)分析，藥物篩選，取證和醫(yī)療診斷。

而且，對于那些非專業(yè)用戶，快速，直接和廉價的分析方法的需求快速增長，在便攜式電子設(shè)備、數(shù)據(jù)分析和微流體/芯片實驗室的創(chuàng)新融合驅(qū)動下，用一個緊湊且廉價的設(shè)備實現(xiàn)實驗室的樣品分析具有顯著的優(yōu)勢，包括分析到行動的周轉(zhuǎn)時間短。在安全[6]，健康監(jiān)測[7]，環(huán)境監(jiān)測[8]和工業(yè)的處理控制[9]的應(yīng)用的一些實例表明快速現(xiàn)場分析很令人滿意。在這些實例中，樣品制備無需是費力或耗時的，或是傳統(tǒng)的實驗室任務(wù)，例如稀釋，而這些實驗室任務(wù)往往是一個失誤的源頭，是不切實際的。

有必要研發(fā)一種適用于小容量樣品的免稀釋光譜分析的比色皿，例如，ε或[x]很大的樣品或有價值的樣品。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

我們已經(jīng)開發(fā)出一種比色皿，允許高的摩爾吸光系數(shù)的樣品的免稀釋光譜分析，如色素和高濃度的金屬溶液，如六氯鉑酸鹽(ptcl6^2-)、高錳酸鉀、甲基橙和食品染料。

根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供了一種用于光譜學(xué)的比色皿，包括：基底和在基底光譜區(qū)域的毛細結(jié)構(gòu)，所述毛細結(jié)構(gòu)包括從基底的平表面延伸出的支柱陣列；在光譜區(qū)域上，陣列的每個支柱的高度大體上相等。配置的所述毛細結(jié)構(gòu)使相鄰支柱間隙的間距填充了分析物溶液，當所述分析物溶液放置在與部分所述毛細結(jié)構(gòu)相接處的地方時，在支柱間距間，形成了所述分析物溶液的光譜樣本，可適用于光譜學(xué)。

具體而言，我們已經(jīng)研發(fā)了一個基于比色皿的支柱，通過毛細管作用自發(fā)地而且精確地被充滿，從而產(chǎn)生一個可重復(fù)的幾十微米的光學(xué)路徑長度。只需要一個分析物溶液液滴(～2μl)。所述比色皿是開口的，這允許在樣品間快速和容易清洗。優(yōu)選的，所述支柱陣列還是一個過濾器，當所述分析物溶液充滿所述支柱間的間距時，能夠把微粒從所述分析物溶液中移走。

在第一方面的某些實施例中，所述支柱和/或所述基底在光譜區(qū)域中是光學(xué)透明的。在這些實施例中，所述比色皿特別適用于透射光譜。

根據(jù)第二方面，提供了一種用在光譜儀的比色皿，所述比色皿包括基底和在基底光譜區(qū)域的毛細結(jié)構(gòu)，所述毛細結(jié)構(gòu)包括從基底的平表面延伸出的支柱陣列；在光譜區(qū)域上，陣列的每個支柱的高度大體上相等。配置的毛細結(jié)構(gòu)使相鄰支柱的間距充滿了分析物溶液，當所述分析物溶液放置在與部分所述毛細結(jié)構(gòu)相接處的地方時，在支柱間隙的間距，形成了所述分析物溶液的光譜樣本，可適用于光譜學(xué)。

在第一方面和第二方面的某些實施例中，所述基底包括基底上的分析物溶液裝載區(qū)域，其用于接收所述分析物溶液的液滴，以使所述液滴與所述毛細結(jié)構(gòu)液體接觸，使所述分析物溶液在所述毛細結(jié)構(gòu)間分散。

在第一方面和第二方面的某些實施例中，在所述基底的光譜區(qū)域，所述支柱陣列的支柱從基底的表面大體上垂直延伸。

所述支柱可以是任何形狀的橫截面，例如方形，圓形，橢圓，六角形，等等。在某些實施例中，所述支柱是圓形橫截面，在另外一些實施例中，所述支柱是方形橫截面。

所述支柱陣列可以是有序的陣列，所述支柱的尺寸和支柱的間距因此在所述支柱陣列中基本是一致的，或者可選的，所述支柱陣列可以是無序的陣列，其中，除了支柱的高度之外，所述支柱的尺寸和支柱的間距在支柱陣列中基本是不一致的。

在第一和第二方面的某些實施例中，每個所述支柱的高度為從約0.1微米到500微米，如從0.1微米到100微米左右。在具體的實施例中，每個所述支柱的高度大約是10微米。在其它具體的實施例中，每個所述支柱的高度大約是20微米。

在第一和第二方面的某些實施例中，所述支柱的橫截面是圓形的，每個所述支柱的直徑為從約0.1微米到500微米。在具體的實施例中，每個所述支柱的直徑大約是10微米。

在第一和第二方面的某些實施例中，相鄰支柱之間的距離是從約0.1微米到約250微米。

在第一和第二方面的某些實施例中，所述支柱的表面積分數(shù)是從約0.01到約0.90，如約0.05，約0.10，約0.20或約0.30。

優(yōu)選的，所述基底和/或與所述分析物溶液接觸的支柱的表面還包括功能性涂層，能夠做出反應(yīng)，或與分析物綁定，或釋放一種物質(zhì)用于產(chǎn)生或增強光信號。

優(yōu)選的，所述支柱間隙的間距的尺寸可以適用于從分析物樣品過濾顆粒。

在第一和第二方面的某些實施例中，所述比色皿適用于透射光譜學(xué)，所述支柱和/或基底在光譜區(qū)域是光學(xué)透明的，這樣從光源發(fā)出的光在所述比色皿的一端通過比色皿(與樣品)透射，和透射光在比色皿的另一端的檢測器被檢測到。在這些實施例中，例如，所述比色皿可用在光譜儀中，其入射光與所述支柱平行。在這些實施例中，光譜區(qū)域中的所述支柱的高度限定了光路徑長度。但是，所述比色皿不限制在特定的使用，也可用于反射光譜學(xué)，其中光源和光譜儀的探測器位于所述比色皿的同一側(cè)。在任一情況下，入射光和透射光的角度可以是從0度到90度。

在用于光學(xué)透射光譜中，所述支柱不需要是光學(xué)透明的，和所述支柱可以是半透明或不透明的，但基底通常將會是透明的。

所述入射光也可以垂直入射到支柱上。

在某些實施例中，所述支柱間隙的間距的尺寸要適用于從分析樣品中過濾微粒。用這種方式，一個包含微粒物質(zhì)的分析樣品的液滴能夠置于所述分析溶液的裝載區(qū)域，隨著所述液滴與毛細結(jié)構(gòu)液體接觸，所述分析物溶液在毛細結(jié)構(gòu)擴散，但至少有一些微粒不能通過支柱間隙的間距，因此，所述微粒是在比色皿的光譜區(qū)域中從樣品中過濾。

根據(jù)第三方面，本發(fā)明提供一種光譜學(xué)的方法包括：

根據(jù)第一方面，提供一個比色皿；

通過光譜學(xué)使被分析的分析物溶液的液滴與所述比色皿的毛細結(jié)構(gòu)的部分接觸，使分析物溶液充滿光譜區(qū)域中的所述支柱間隙的間距，在這種條件下提供填充的比色皿；

把充滿的比色皿的第一側(cè)暴露在光源下，這樣入射光束穿過所述比色皿的光譜區(qū)域投射到位于與第一側(cè)相對的填充的比色皿的第二側(cè)的探測器，或者把填充的比色皿的第一側(cè)暴露在光源下，這樣入射光束穿過充滿的比色皿的分析物樣品，和從所述基底反射到位于比色皿第一側(cè)的探測器；和

測量探測器的光的至少一個參數(shù)。

根據(jù)第四個方面，本發(fā)明提供了制造一種應(yīng)用于光譜學(xué)的比色皿的方法，該方法包括：

提供基底；

從所述基底的平表面延伸出支柱形成支柱陣列，其中所述支柱陣列的每個支柱的高度基本相等；和

在所述基底上形成的分析物溶液裝載區(qū)域，配置的所述分析物溶液裝載區(qū)域為接收分析物溶液的液滴，這樣所述液滴與支柱陣列液體接觸，使得所述分析物溶液在支柱陣列擴散。

在第四方面的某些實施例中，所述支柱陣列的形成過程為：

在所述基底的表面上形成一個模板，提供模板基底；

蝕刻模板基底，在這樣的條件下，從基底的平表面上延伸的支柱形成支柱陣列，其中所述支柱陣列中的每個支柱的高度基本相等。

在這些實施例中，可以通過給所述基底的表面涂覆光致抗蝕劑層，形成模板基底，通過圖案的光掩模將光致抗蝕劑層暴露在紫外線輻射下，從而在所述基底的表面形成圖案化的模板。

支柱陣列也可以直接沖壓或鑄模為基底，或光致抗蝕劑可直接作為所述支柱使用。

附圖說明

參照以下的附圖討論本申請的實施例：

圖1顯示：(a)當投影區(qū)域分數(shù)支柱的高度從5到50μm變化時，公式1預(yù)測的臨界接觸角的圖；(b-c)對(b)hn＝10μm和(c)hn＝20μm時試驗毛細結(jié)果。十字和圓形代表毛細和非毛細事件。實線是用公式2計算得到的，還見圖(a)；

圖2顯示：裝載了參考溶液的支柱比色皿的截面，為了清晰獨立顯示；

圖3顯示當φ＝0.05(i),0.10(ii),0.20(iii)和0.30(iv)陣列的20μm高度支柱的掃描電子顯微圖像；

圖4顯示了(a)使用支柱比色皿的紫外-可見光測量方法；(b)一個圖像顯示了與支柱陣列接觸的含水樣品的液滴，其中薄膜(hn＝10μm)天然形成。左邊是一個用于比較的空支柱陣列；

圖5顯示了的支柱頂部的液體(水樣)蒸汽接觸面光學(xué)輪廓測定的結(jié)果，hn＝10μm:(a)φ＝0.05和(b)φ＝0.20。在支柱間的彎月面的曲率在兩種情況下可以忽略；(c)在充滿液體之前和之后的支柱陣列的剖面圖，比例尺是20μm；

圖6顯示了吸收光譜(a)支柱比色皿在不同的φ(面積分數(shù))有和沒有0.5mhcl(aq)；(b)不同折射率的溶劑；

圖7顯示了吸光度與時間對于在支柱比色皿(φ＝0.05；hn＝13.3μm)測量的濃度從0.5到10g/l的ptcl6^2-(aq)；

圖8顯示了吸光度和用不透明支柱的比色皿測量的ptcl6^2-(aq)濃度的圖：(a)吸光度a和(b)通過路徑長度標準化的吸光度a*；

圖9顯示了繪制的(a)吸光度a，和(b)通過路徑長度標準化的吸光度a*，在半透明支柱的比色皿中的在259nm的標準ptcl6^2-(aq)溶液；和

圖10顯示(a)使用常規(guī)的2mm比色皿搜集的30ppmptcl6^2-溶液的uv-vis光譜，帶有(實線)和不帶有(虛線)6μm聚苯乙烯球。微粒很大程度上使光譜變形。(b)使用支柱比色皿(h＝5μm；φ＝0.40)搜集的30g/lptcl62-溶液的紫外-可見光光譜，帶有(實線)和不帶有(虛線)6μm聚苯乙烯球，很好的一致性顯示微粒沒有影響分析因為微粒在比色皿中被支柱陣列現(xiàn)場過濾，見圖(c)，(c)顯微鏡顯示6μm微粒(左手邊的綠色球體)在充滿比色皿的時候被過濾。用于光譜分析的沒有微粒的液體膜在右手邊，比例是28μm。

具體實施方式

本發(fā)明提供一種應(yīng)用于光譜學(xué)的比色皿。所使用的術(shù)語“比色皿”意思是一種設(shè)計用于裝載樣品的裝置，可用于光譜學(xué)實驗。比色皿通常指“細胞”或“樣品細胞”，這里的術(shù)語比色皿是指包括了其范圍內(nèi)的細胞和樣品細胞?，F(xiàn)有技術(shù)的比色皿通常是小試管的形式，橫截面是方形或圓形的，和一端封閉用于容納被分析的流體樣品。這些比色皿在相對端上通常是光學(xué)透明的，這樣當用于透射光譜時，單束光可以穿過。

與現(xiàn)有技術(shù)的比色皿相比，參照圖2和圖3，所述比色皿10包括基底12和毛細結(jié)構(gòu)14，所述毛細結(jié)構(gòu)14在基底12上形成的光譜區(qū)域16。所述毛細結(jié)構(gòu)14包括從基底的平表面延伸的支柱18的陣列，其中，所述支柱陣列中的每個支柱18在光譜區(qū)域16中高度基本上相等。配置的所述毛細結(jié)構(gòu)14用于通過毛細作用使支柱間隙的間距20充滿了分析物溶液22，當所述分析物溶液放置在與部分毛細結(jié)構(gòu)相接處的地方時，在所述支柱間隙的間距間，形成了分析物溶液的光譜樣本，適用于光譜學(xué)。

所述比色皿可用于任何形式的光譜學(xué)，包括“反射”、“吸收”、“透射”和“熒光”光譜。為了便于描述，將更多的描述比色皿在紫外和可見光(紫外-可見光)光譜學(xué)的使用。但是，應(yīng)當理解的是所述比色皿不限于特定光譜的使用，和所述比色皿同樣可以用在其它光譜技術(shù)中。

所述比色皿的基底和支柱可以用任何合適的材料形成。用于光學(xué)透射光譜時，所述支柱可以是光學(xué)透明、半透明或不透明，而所述基底通常將會是透明的。透明的支柱和/或基底可用光學(xué)透明材料、用于該目的合適的材料，所述合適的材料包括塑料，例如thermanox^tm乙烯基，和醋酸纖維素或玻璃，例如硼硅玻璃、石英玻璃、石英、堿石灰和硅酸鹽玻璃。優(yōu)選的，所述基底能夠被選擇用于入射光反射回探測器，所述探測器位于和光源相同的比色皿的同一側(cè)。在這些情況下，所述基底可以是任何反光材料，如硅晶片、金屬或金屬涂層的聚合物或玻璃，或其它帶反射涂層的材料。

對于不透明的支柱，光學(xué)透明基底包括塑料，例如thermanox^tm乙烯和醋酸纖維素或玻璃，如硼硅玻璃、石英玻璃、石英、堿石灰和硅酸鹽玻璃，可先涂上厚厚的一層不透明的材料，然后通過蝕刻形成所述不透明的支柱。合適的不透明的材料包括任何不透明的金屬，如cr、pt、au、ti、ti2o、ag和/或cu，可以在所述基底上濺鍍?？蔀R鍍的不透明聚合物能夠使用。優(yōu)選的，仍能夠使用任何不透明的油漆或墨水在所述支柱上繪畫或蓋章。

可選地，與分析物溶液接觸的所述基底和/或支柱的表面可以具有能夠反應(yīng)、結(jié)合或釋放物質(zhì)以產(chǎn)生或增強光信號的功能性涂層。例如，涂層包括抗體，蛋白質(zhì)，肽，小分子、金屬離子、金屬復(fù)合物，或在支柱和基底表面形成的類似物，并且可以結(jié)合分析物溶液的一個分子，或感興趣的分析物的類似物，其中，使用光譜學(xué)能夠定性或定量探測到這種結(jié)合。例如，比色皿可以用來測量抗體抗原結(jié)合，其中分析物溶液疑似含有的抗體或抗原。然后可以通過吸收、透射、反射或熒光光譜來測量或檢測該結(jié)合物。感興趣的分析物可以是任何原子、化學(xué)、分子、化合物、組合物，或檢測和/或鑒定的感興趣的總量，如氨基酸、肽、多肽、蛋白質(zhì)、糖蛋白、脂蛋白、核苷、核苷酸、核酸、核酸、糖、碳水化合物、寡糖、多糖、脂肪酸、脂、激素、代謝產(chǎn)物、細胞因子、趨化因子、受體、神經(jīng)遞質(zhì)、抗原、過敏原、抗體、底物、產(chǎn)物、輔助因子的抑制劑，藥物、藥物、營養(yǎng)、病毒、毒素、毒藥、炸藥、農(nóng)藥、化學(xué)毒劑、生物危害劑、放射性同位素、維生素、芳香雜環(huán)化合物，致癌物質(zhì)，誘變劑，麻醉，安非他明，巴比妥類，迷幻劑，廢物產(chǎn)品和/或污染物。涂層可以通過任何合適的方法在基底和/或支柱上形成，如物理吸附、自組裝，從液體或蒸汽的表面的化學(xué)反應(yīng)，等離子體沉積，原子層沉積，靜電吸附等。例如，石英基底可以通過使用烷基矽烷的硅烷化進行化學(xué)修改，在烷基矽烷中，硅烷的尾部包含適當?shù)幕瘜W(xué)/生物功能性。

所述比色皿利用了“毛細”的優(yōu)勢，這是自吸式液體通過毛細作用進入一個小的多孔結(jié)構(gòu)[11]?？紤]表面能量和涉及的固-液、固-氣、和液-氣界面的幾何形狀，忽略重力(假設(shè)母滴小于毛細的長度)，毛細能夠被熱力學(xué)地預(yù)測，用于規(guī)則的支柱陣列，例如在本申請中所述的比色皿中的發(fā)現(xiàn)的那些：

在公式2中，θ是在同一材料的平板基底上測量的接觸角，或者是“材料接觸角”，r是wenzel[12]摩擦因子(例如，對于圓柱形的支柱，)，φ是支柱的投影表面積分數(shù)(例如，對于圓柱形的支柱，)，實際上，當毛細是不可能發(fā)生的時候，公式2僅能夠告知，因為能量障礙引起彭寧效應(yīng)，這與毛細效果相反，如[13]描述的，對于橫截面為方形和圓形的支柱，彭寧效應(yīng)把毛細標準轉(zhuǎn)移到更大的和意外地是，在非常高的表面積分數(shù)φ[13]下，方形橫截面支柱的毛細作用再次被阻止，基于這些原因，這些有序陣列的支柱最好是同一尺寸的圓柱形支柱。

干凈的石英會被水和空氣中的其它溶劑完全潤濕，使得材料接觸角在本質(zhì)上很小。但是，高能表面容易在空氣中被污染，從而增大所述材料接觸角，可以防止實際中的應(yīng)用的毛細作用。圖1(a)繪制了公式2預(yù)測的臨界接觸角，針對不同的支柱高度的表面積分數(shù)。請注意毛細作用通過增加支柱的高度被激勵。在暴露于環(huán)境實驗室條件的石英支柱比色皿的加水稀釋的實驗結(jié)果或，在選定的情況下，疏水化反應(yīng)如圖1(b-c)所示。結(jié)果與semprebonetal.[13]的之前的觀測結(jié)果性質(zhì)上一致。semprebonetal.[13]表明彭寧效應(yīng)在決定毛細作用的臨界接觸角上起著重要的作用。為了彌補彭寧效應(yīng)，需要比公式2預(yù)測的接觸角更低的接觸角。圖1(b-c)表明，用φ＝0.05和hn＝10μm的比色皿填充，會比其他研究的陣列更不可靠，因為為了毛細作用發(fā)生，材料接觸角必須小于～20°。因此，支柱陣列的支柱高度，點陣間距和材料接觸角對于支柱比色皿的可靠操作是非常重要的。

在實踐中，在支柱陣列的每個支柱的高度(hn)從大約0.1微米到大約500微米，如從約0.1微米到約100微米左右。如前所述，為了達到更有效的毛細作用，支柱的高度(hn)和支柱的表面積分數(shù)(φ)需要一起考慮。因此，例如，在至少約為0.05到直徑10微米的支柱的表面面積分數(shù)(φ)的陣列中，每個有序陣列的支柱的高度可能至少約為10微米，如大約10微米或約20微米。這里所用的術(shù)語“大體上”，關(guān)于支柱高度意思是在光譜區(qū)域中，所有支柱的尺寸都在±5％,±4％,±3％,±2％or±1％之間。

在所示的實施例中，在基底的光譜區(qū)域中，在支柱陣列中的支柱從所述基底的表面大致垂直延伸。為后續(xù)更詳細的描述，所述支柱的高度決定樣本的路徑長度，因為所述支柱的高度決定了分析物樣品在支柱間隙的間距的“深度”。所述比色皿用于透射光譜和入射光的方向是垂直于基底(或與支柱的長度平行)，在這種情況下，所述路徑長度基本上與支柱的高度相同。所述比色皿用于反射光譜和入射光的方向垂直于基底(或與支柱的長度平行)在這種情況下，所述路徑長度基本上是支柱高度的兩倍。

雖然，所說明的實施例提供了實例，其中，入射光的方向垂直于所述基底，入射光的角度可介于0到90度。例如，入射光的方向可以是0度，在這種情況下，它與所述基底的表面平行，所述入射光以垂直于支柱高度的方向穿過支柱陣列。優(yōu)選的，例如，入射光的方向可以是與所述基底成45度。這可能在反射光光譜學(xué)是特別適用的。

在所示的實施例中，所述支柱在橫截面上為圓形。然而，實際上，所述支柱可以是任意截面形狀，如方形、圓形、橢圓形、六邊形等。每個支柱的直徑可以是從約0.1微米到約100微米，例如大約10微米。

所述支柱陣列可以是有序陣列，所述支柱陣列中，所述支柱的尺寸和支柱間隙的間距大致是一樣的或，可選的，所述支柱陣列可以是無序陣列，其中，所述支柱陣列中，除了支柱的高度，所述支柱的尺寸和支柱間隙的間距是不同的。

在使用時，在光譜區(qū)域，相鄰支柱間隙的間距充滿了分析物的樣品。在所示的實施例中，所述支柱陣列是有序排列，所述支柱間隙的間距基本上是等距的，其意思是每個支柱間隙的間距有大致相同的高度(例如，深度)和寬度，所述支柱間隙的間距的大小由支柱的高度，直徑和表面積分數(shù)決定。

在某些實施例中，支柱的表面積分數(shù)(φ)從約0.01到約0.90，如0.05，0.06，0.07，0.08，0.09，0.10，0.11，0.12，0.13，0.14，0.15，0.16，0.17，0.18，0.19，0.20，0.21，0.22，0.23，0.24，0.25，0.26，0.27，0.28，0.29，0.30，0.31，0.32，0.33，0.34，0.35，0.36，0.37，0.38，0.39，0.40，0.41，0.42，0.43，0.44，0.45，0.46，0.47，0.48，0.49或0.50。在特定的實施例中，所述支柱的表面積分數(shù)為約0.05，約0.10，約0.20或約0.30。

對于樣品已經(jīng)嵌入在薄液膜的支柱，在推導(dǎo)的比爾-朗伯定律關(guān)系式中，吸光率a，限制為：

a＝-logt(3)

其中，透射度t＝i/i0，和i0和i是入射光和透射光的強度(見公式1)?？紤]參照參照樣品測量的吸收率(或“空白”)，首先考慮充滿了參照溶液的支柱比色皿，如圖2所示，入射光i0被有效地分為兩條光路徑，一條穿過支柱，一條穿過支柱間的溶液。在每條路徑中，光的比例與支柱的表面積分數(shù)有關(guān)，這樣，支柱的入射光強度和所述參照參照溶液的入射光強度分別為φi0和(1-φ)i0。石英基板(不包括支柱)可以忽略，因為它是光學(xué)均勻的(等同于一個傳統(tǒng)的比色皿的光學(xué)窗口)。由此得到支柱的透射強度ip和參照溶液的透射強度ir分別為：

ip＝φi0tp(4)

ir＝(1-φ)i0tr(5)

當樣品被裝載，它衰減了能夠通過參照樣品的光ir，根據(jù)樣品的透光率ts：

is＝(1-φ)i0trts(6)

和，從而，整個被測的透光率tm為：

公式7是很不常見的，因為tp和tr與測量相關(guān)，盡管被列入空白頻譜。這是由于兩條光路徑(所述支柱和所述參照溶液)是不同的透射強度，再加上樣品裝載時只有一條路徑受影響。此外，沒有穿過樣品，但是能傳播到探測器的光一般稱之為“雜光”，不適合高吸收率樣品的分析。通過制作不透明的支柱，“雜光”的影響能避免，tp＝0，其中恢復(fù)tm＝ts和，這樣，現(xiàn)有的比爾-朗伯定律關(guān)系：

as＝-logts＝ε·h·[x](8)

對于支柱比色皿，其中tp≠0，所述支柱的透光率和所述參照溶液的透光率都需要從tm計算ts。已知支柱材料的光學(xué)性質(zhì)(在這里已經(jīng)給出的在實驗室里的石英)和通常所述參照溶液是已知的(或能夠很容易地確定)，這不是使用透明支柱的比色皿用于吸收光譜的主要障礙。

上述比色皿通過提供基底即可形成。在基底的表面形成模板，提供模板化的基底，該模板化的基底有模板圖案，能夠反映合適支柱陣列中所需要的圖案。例如，所述模板圖案可以是圓形空隙的規(guī)則或有序陣列的形式，其中每個空隙的直徑大約相當于與所需的支柱的直徑。然后模板基底在蝕刻條件下形成從所述基底平面大致垂直延伸的支柱有序陣列。

所述模板化的基底可以使用已知的光刻和蝕刻方法形成，包括軟光刻技術(shù)，如近場相移光刻、轉(zhuǎn)移微模塑、溶劑輔助微接觸成型、微接觸印刷，和其他在半導(dǎo)體工業(yè)和其他地方使用的等微細加工技術(shù)。直接加工或成形技術(shù)也可使用。這些技術(shù)可能包括熱壓、冷沖壓、注塑成型、直接機械球磨法、激光刻蝕、化學(xué)刻蝕、反應(yīng)離子刻蝕、物理和化學(xué)氣相沉積和等離子體濺射。

通過舉例的方式，可以通過給所述基底的表面涂覆光致抗蝕劑層能形成模板化的基底，光致抗蝕劑層易受輻射誘導(dǎo)固化，由光致抗蝕劑材料形成的覆蓋光致抗蝕劑層，如su8層。然后，通過圖案的光掩模將光致抗蝕劑層暴露在紫外線輻射下，用于選擇性的輻射光致抗蝕劑層，從而在基底的表面上形成圖案化的模板。用在抗蝕劑材料上的射線類型包括但不限于：深紫外線(duv)(例如，248nm)輻射，近紫外(nuv)(例如，365nm)輻射，多波長的紫外線(uv)探照燈輻射，電子輻射和離子輻射。

用等離子體蝕刻劑蝕刻模板化基底，然后，在這樣的條件下，以形成從所述基底的平表面基本上垂直延伸的有序支柱陣列。在現(xiàn)有技術(shù)中，蝕刻石英，玻璃和其它基底的條件可用于上述描述的過程。例如，氟碳蝕刻劑，例如c3f8，可用于各向異性等離子體刻蝕過程。應(yīng)當理解的是，蝕刻的時間是用來確定支柱的高度，其中，對于特定的等離子體條件，具有更長的蝕刻時間則會導(dǎo)致更高的支柱。

當上述方法特別適合用于制作支柱陣列和比色皿，支柱也可以直接沖壓或為塑模成基底，或光致抗蝕劑可直接作為支柱使用。

除了所述毛細結(jié)構(gòu)之外，所述基底還包括分析物溶液裝載區(qū)域。所述分析物溶液裝載區(qū)域用于接收分析物溶液的液滴，使所述液滴與所述毛細結(jié)構(gòu)流體接觸，以使被分析物溶液分散在所述毛細結(jié)構(gòu)中。所使用的液滴體積僅僅足夠大，以填補光譜區(qū)域的所述支柱陣列的體積。對于單個液滴測量，大約2μl的樣品體積就足夠了。在分析物溶液裝載區(qū)域上放置后，所述液滴自發(fā)地擴散到支柱陣列區(qū)域的邊緣，從而導(dǎo)致毛細效應(yīng)。薄膜通過支柱陣列迅速傳播-當φ＝0.20和h＝10μm時，通常在1到4mm/s之間，填充的比色皿用于光譜分析。

如前所述，所述的比色皿適用于使用光譜儀進行的光譜分析。典型的光譜儀含有輻射能源，比色皿支架，隔離用于測量的光譜限制區(qū)域(如紫外、可見，或紅外)的裝置，輻射探測器，和信號處理器和讀出器。因此，還提供了一種光譜的方法，包括提供所述的比色皿；在光譜區(qū)域的支柱間隙的間距充滿分析物樣品可提供一個充滿的比色皿的條件下，使被分析的分析物溶液的液滴與比色皿的部分毛細結(jié)構(gòu)接觸；填充比色皿的第一側(cè)暴露在光源下，入射光束通過比色皿的光譜區(qū)域投射到位于填充比色皿的第二側(cè)的探測器，第二側(cè)與第一側(cè)是相對的；或填充比色皿的第一側(cè)暴露在光源下，入射光束穿過填充比色皿的分析物的樣品，被基底反射到位于比色皿的第一側(cè)的探測器；和測量在探測器的光的至少一個參數(shù)。光源可以包括單色、多波長、單通帶、寬帶或多色光。光可以是圓極化、線性極化、橢圓極化，非極化，或選擇可極化，其中偏振角和或線性偏振光的相位是可以調(diào)整的。光源還可包括發(fā)光二極管、有機發(fā)光二極管、量子點發(fā)光二極管、碳納米管發(fā)光二極管、激光器、可調(diào)諧激光器、垂直腔面發(fā)射激光器、燈絲燈、放電燈、日光燈或超發(fā)光二極管。其他光可以包括紫外、可見、紅外、連貫、半相干，非相干，帶通過濾選擇光，多通、長通過濾器，或短通過濾器，或多個過濾器組合。

光譜方法還可包括獲得參照光譜的步驟。通過添加一個背景溶劑到比色皿中，可以參照光譜。采集光譜，并用所述參照光譜作為后續(xù)測量的基線。與傳統(tǒng)的比色皿不同，當上述的比色皿用于光譜學(xué)時，入射光束遇到具有不同折射率的兩種材料(液體和基底材料，如石英)，并導(dǎo)致入射光的衍射和干涉圖樣的周期性。然而，我們發(fā)現(xiàn)收集到的參照光譜中的衍射和干涉圖樣是可重復(fù)的，并且不影響隨后的紫外-可見吸光率測量的準確性。不透明支柱非常方便，因為支柱和參照樣品的表面積分數(shù)和透光率是不相關(guān)的。但是，也可以使用透明和半透明的支柱，條件是應(yīng)采用雜散光校正。

為了獲得光譜，分析物溶液的液滴置于所述分析物溶液裝載區(qū)域。在分析物溶液的液滴放置后，液體進入毛細結(jié)構(gòu)和，因此，由于彎月面頂部的曲率，能夠觀測到光譜區(qū)和吸光度急劇上升。此后，由于來自比色皿中的溶劑穩(wěn)定蒸發(fā)，吸光度可再次降低又開始線性上升。蒸發(fā)溶劑立即被液滴中的新鮮分析物溶液所取代，以維持支柱陣列中的液膜。蒸發(fā)速率是恒定的，在測量的時間尺度上，從支柱陣列到液滴的分析物的擴散是可以忽略的，因此濃度的變化是線性的，可以用于未知樣品的測量。

如圖3所示的實施例中，支柱和基底自身在光譜區(qū)域是光學(xué)透明的。在這些實施例中，比色皿適用于光譜儀中，入射光的的定向方向平行于支柱從基底延伸的方向。當支柱有序陣列是充滿液體的液體，在每層支柱間隙的間距上的液體的彎月面形狀的曲率很小。也就是說，通過樣品的路徑長度基本上與支柱的高度相同。在使用中，液體既不會吞沒支柱的頂部也不會部分填補支柱，這能夠確保比色皿的毛細血管充盈在測量之間是可重復(fù)。

因此，使用上述的比色皿提供了一種可靠的、免于稀釋的方法，用于高濃度或高ε的樣品在有機和水階段的紫外-可見光譜分析。

實例

溶液配制/

通過溶解來自johnsonmatthey的六氯代鉑鈉(iv)在0.5mhcl中制備鉑溶液。制備的溶液的濃度為24g/lpt⁴⁺。該溶液用于制備不同稀釋度。

比色皿構(gòu)成

一個帶有透明支柱的支柱比色皿可用光學(xué)級石英的紫外光刻和等離子體蝕刻進行制備。石英基底被拋光4”直徑，700μm厚的圓片(shin-etsu)。圓片加熱至200℃脫水，然后冷卻至室溫去旋轉(zhuǎn)涂覆(sussmicrotec,delta80rc)su8-10光刻膠，然后將樣品預(yù)烤，暴露于365nm的紫外線(evgroup,evg620)通過玻璃光掩膜鉻(optofab,australiannationalfabricationfacility)。研制光刻膠，并在200℃下對其進行了硬烤。基底的背面是鍍鉻層的噴濺鍍膜(hhv/edwardstf500)，以使其與在等離子刻蝕工具(ulvac570nld)中的靜電卡盤粘合。各向異性等離子體刻蝕(c3f8)被用來復(fù)制在石英晶片的su8結(jié)構(gòu)。將晶片切割，并在550°的熔爐中去除灰化光刻膠。有些殘留物仍然在支柱頂端的中心，但這對毛細作用或比色皿的性能無不良影響。

對于不透明的支柱，在真空環(huán)境下(2×10^-5mbar)，圓片第一濺射涂覆有約100nm厚層cr和約50nm厚層的au。接下來執(zhí)行上述的蝕刻方法。最后，光致抗蝕劑用4:1ki/i2水腐蝕au層去除，然后在室溫下用食人魚溶液(98％硫酸和30％的h2o2的比例為7:3)洗凈。

支柱是圓柱形的，因為與其它的垂直邊緣的幾何形狀相比，彭寧效應(yīng)減少[13]。四個支柱的投影表面積分數(shù)φ，其中，w(w＝10μm)和d分別是支柱的直徑和陣列的格間距，圖2顯示了支柱的排列(正方形格子)，并標注了相關(guān)的尺寸，和三個不同面積分數(shù)的掃描電子顯微鏡(sem)圖像。對于低覆蓋率，例如，φ＝0.05和0.10，支柱被很好設(shè)計；然而，由于支柱的格間距減少，填隙缺陷也減少了。這些不完美的支柱陣列也被用來確定分析對表面結(jié)構(gòu)的質(zhì)量的敏感度。

制備兩個支柱高度分別為10μm和20μm的樣品集，但是，實際上，支柱高度(對于固定蝕刻時間和等離子體條件)隨著蝕刻區(qū)域的取向比變化而變化，這樣蝕刻的比率對于更小的d的支柱陣列是更慢的，因此，不同的支柱陣列有不同的高度(表1)，但是支柱比色皿的制作對于固定的φ,w,和d是可復(fù)制的。在單個支柱陣列(φ＝0.20；h＝10μm)的10個不同的位置的高度測量，給出了有代表性的不確定性，支柱高度的差別在±0.33μm,或3％。

表1---實際等離子體的蝕刻深度(支柱高度)，對于不同投射表面積分數(shù)φ和不同蝕刻深度hn。

光譜學(xué)

所有使用海洋光學(xué)dt-mini-2光源與海洋光學(xué)qe65000儀的光譜測量。光源和檢測器的結(jié)構(gòu)緊湊，在偏遠地區(qū)的很容易與實驗室集成平臺連接。

結(jié)果分析和討論

一個現(xiàn)有的2mm的路徑長度的石英比色皿用于與本發(fā)明的支柱比色皿的測量進行比較。對于在水階段的ptcl6^2-復(fù)合物，在259nm，發(fā)現(xiàn)摩爾吸收率ε非常高(2.055x10^-3m²/mol)，使在比色皿中測量的濃度受限于不超過50ppm。含鉑貴金屬的工業(yè)加工和精煉，是在更高的濃度下進行。例如，在煉油溶液中鉑濃度超過20g/l是常見。使用紫外-可見光分析需要高達1000的預(yù)稀釋因子。這種稀釋不僅是耗時的，大量溶劑(在這里，一個0.5mhcl溶液)甚至需要樣品的微量等分；對于單次測定溶劑，100μl樣品需要100毫升。額外的樣品處理也可能導(dǎo)致更大的分析不確定性。

毛細填充

使用本發(fā)明的支柱比色皿進行紫外-可見光譜分析的過程如下。用裝有水和或乙醇的洗瓶清洗比色皿，在一滴干凈的樣品立即放在支柱陣列的附近前，用壓縮空氣干燥。應(yīng)用量對于比色皿和紫外可見光測量的操作并不重要。事實上，將柱狀比色皿部分浸入散裝液體中將產(chǎn)生相同的結(jié)果。然而，對于執(zhí)行的單次液滴測量，樣本量為～2毫升。這比要求準確稀釋要少50倍，不需要沒有額外的溶劑，不需要額外的分配裝置(例如，一個微吸管)，和加載和漂洗比色皿只需花費幾秒鐘。放置后，液滴自發(fā)地擴散到支柱陣列區(qū)域的邊緣，從而觸發(fā)毛細效應(yīng)。薄膜迅速通過支柱陣列–通常介于1和4mm/s之間，當φ＝0.20和h＝10μm，基于高速顯微鏡和依賴于液體的粘度和通過的距離，正如washburn預(yù)測的填充毛細多孔介質(zhì)的能力。[10]

一旦支柱陣列充滿樣品，我們使用的光學(xué)輪廓術(shù)(veeco、wykont9100)來表征汽-液界面的形態(tài)。圖4顯示了φ＝0.05和0.20的半月板剖面，并顯示空支柱陣列的行掃描以供比較。彎月面剖面的曲率很小，例如300納米(在蝕刻深度的不確定范圍內(nèi))，導(dǎo)致實際路徑長度可以忽略不計的變化。特別需要注意的是，液體既不會吞沒支柱的頂部，也不會部分填充支柱，確保比色皿的毛細充盈在測量間是可重復(fù)的。因此，測量間的彎月面的曲率是一致的，因此測量精度不受影響。彎月面形態(tài)被認為是長時間穩(wěn)定的，只要液滴的體積超過了支柱陣列的間隙體積。當蒸發(fā)發(fā)生時，放置液滴的多余的液體不斷補充比色皿的液體膜。對于一個典型的液滴體積，彎月面形態(tài)維持數(shù)十秒。

光譜學(xué)

準確的紫外-可見吸收光譜測量需要一個可靠的參照光譜。通過添加背景溶劑到比色皿，得到參照光譜，采集光譜，并用它作為后續(xù)測量基線。如上所述，考慮膜的厚度和彎月面形態(tài)，填充支柱比色皿是可重復(fù)的；然而，不像傳統(tǒng)的比色皿，入射光束遭遇兩個不同的折射率和周期性的材料(液體和石英)，導(dǎo)致入射光的衍射。解決衍射圖案是復(fù)雜的，然而，在收集的參照光譜中的衍射圖案的性質(zhì)是可重復(fù)的，不影響紫外-可見吸收測量的精度。圖5顯示了衍射對有無溶劑(0.5mhcl(aq))的參照光譜的影響。隨著石英與液體或蒸氣折射率的增加，峰的數(shù)目增加，峰值強度隨時間的φ增加而增大。結(jié)果相對于設(shè)定的吸光度軸是不明確的。

使用0.5mhcl(aq)的參照光譜，我們繼續(xù)使用ptcl6^2-(aq)溶液測試比色皿的分析性能。在液滴放置前收集259nm處的吸光度，直到收集足夠的數(shù)據(jù)進行分析。在樣品液滴放置后，測量的吸光度保持在零，直到毛細液體到達支柱的檢測區(qū)域，并觀察到吸光度的急劇尖峰，如圖6所示。這個尖峰可能是由于領(lǐng)先的彎月面的曲率，它折射入射光遠離探測器，或遠離支柱間汽液界面的短暫的凹曲率。在幾秒鐘內(nèi)，吸光度再次降低，并開始在幾十秒鐘內(nèi)線性上升。吸光度的線性增加是由于支柱陣列中溶劑的穩(wěn)定蒸發(fā)引起的。蒸發(fā)溶劑(選擇性留下的非發(fā)揮的ptcl6^2-)立即被液滴的新鮮樣品替代以保持支柱陣列的液體膜。由于膜的幾何形狀已經(jīng)很好地確定，蒸發(fā)速率是恒定的，因此濃度的變化是線性的。在這里，我們假設(shè)多余的液滴體積足夠大，所以從液滴的蒸發(fā)對濃度的影響可以忽略不計(膜的體積大約0.5μl，當φ＝0.10和hn＝10μm)，分析物從支柱陣列的液滴的擴散可以忽略不計。該由虛線表示區(qū)域內(nèi)的擬合數(shù)據(jù)，見圖6，然后基于最佳擬合(在支柱比色皿被填充，第一虛線)計算在6s的吸光度(第一虛線)，給出了標準溶液的值，在標準溶液非常好地符合比爾定律，可用于未知樣品的測量。這種方法確保蒸發(fā)速率對測量沒有影響。該方法也可以使用適當?shù)能浖詣油瓿?，以便用戶只需要放置液滴?/p>

不透明支柱

對于半透明和不透明的的支柱，公式7把測量的透光率tm和穿過樣品的透光率ts聯(lián)系在一起，對于不透明的支柱，我們使tm＝ts，這樣，比爾-朗伯關(guān)系(公式1)，為了試驗證明，我們準備了變化φ，且頂部表面覆蓋100nm的厚cr層的支柱，后者會使支柱不透明，也就是說tp＝0，這允許光通過支柱間的液體。表2給出了透明支柱比色皿的測量尺寸，可用于在這個章節(jié)提供的光譜測量(見圖4)。

表2-不透明支柱比色皿的面積分數(shù)(φ)，支柱寬度(w)，支柱高度(h)的實際值：

特別注意的是，后續(xù)路徑長度減少可以解釋通過報告標準化的測量的路徑長度(a*)的吸光度。精確的紫外-可見光的吸光度測量需要可靠的參照光譜。參照光譜通過增加背景溶液到比色皿中可以獲取到，搜集光譜，把它用作后續(xù)測量的基線。正如上面顯示的，考慮膜的厚度和彎月面形態(tài)，填充比色皿是可重復(fù)的；但是，不像現(xiàn)有的比色皿，入射光束分為兩條路徑，因為沒有光能穿過不透明的支柱，干涉圖樣全部來自于通過液體傳播的光，我們發(fā)現(xiàn)空比色皿觀察的干涉圖像對于給定的比色皿來說是可重復(fù)的，對于充滿的比色皿和小的φ，依賴吸光度的波長不是很重要。不考慮比色皿的選擇，參照光譜是可重復(fù)的，不會影響紫外-可見光吸光度測量的精確度。大量的比色皿自身(無液體)的透射率曲線與φ是線性的，正如預(yù)期的不透明支柱，使用0.5mhcl(aq)的參照光譜，我們測試ptcl6^2-(aq)溶液的不透明支柱比色皿的分析性能。在液滴放置前收集259nm處的吸光度，直到收集足夠的數(shù)據(jù)進行分析。在樣品液滴放置后，測量的吸光度保持在零，直到毛細液體到達支柱陣列的檢測區(qū)域，并觀察到吸光度的峰值。這個峰值可能是由于領(lǐng)先的半月板的曲率，它將入射光折射并遠離探測器，或遠離支柱間汽-液界面的短暫的凹曲率。在幾秒鐘內(nèi)，吸光度再次降低，并開始在相對長時間(幾十秒鐘)內(nèi)線性上升。吸光度的線性增加是由于支柱陣列中溶劑的穩(wěn)定蒸發(fā)引起的。蒸發(fā)溶劑(選擇性留下的非發(fā)揮的ptcl6^2-)立即被液滴的新鮮樣品替代以保持支柱陣列的液體膜。由于膜的幾何形狀已經(jīng)很好地限定，蒸發(fā)速率是恒定的，因此濃度的變化是線性的。在這里，我們假設(shè)多余的液滴體積足夠大，所以從液滴的蒸發(fā)對濃度的影響可以忽略不計(膜的體積大約0.5μl，當φ＝0.10和hn＝10μm)，分析物從支柱陣列的液滴的擴散可以忽略不計。該由虛線表示區(qū)域內(nèi)的擬合數(shù)據(jù)，然后基于最佳擬合用初始峰值(支柱陣列充滿的時刻)計算線性擬合間距的吸光度，給出了標準溶液的值，在標準溶液非常好地符合比爾-朗伯關(guān)系，可用于未知樣品的測量。這種方法確保蒸發(fā)速率對測量沒有影響。該方法也可以使用檢測初始峰值，合適的數(shù)據(jù)的適當?shù)能浖詣油瓿?，以便用戶只需要將樣品放置支柱比色皿。圖8a顯示了帶有變化的φ的六個不同比色皿的實驗結(jié)果，不同的，由于蝕刻技術(shù)的限制造成每個輕微不同他路徑長度(支柱高度)，見表2。所有6個比色皿報告了吸光度和濃度的線性關(guān)系，所述線性關(guān)系符合比爾-朗伯定律，見圖8a。由于減少路徑長度，最佳線性擬合的斜率隨著φ的增加而減少。當測量被標準化的吸光度(a*)考慮到實際路徑長度(支柱高度)，所有數(shù)據(jù)收縮到一條直線?；谑湛s的數(shù)據(jù)和公式1，摩爾吸光系數(shù)ε可以被確定(24116l·mol^-1·cm^-1)。這個值與使用2mm(ε＝23098l·mol^-1·cm^-1)和10mm(ε＝23459l·mol^-1·cm^-1)路徑長度的傳統(tǒng)的比色皿和報告值基本一致。因此，光路徑長度看上去被支柱蝕刻深度合理很好地限定，但是，對于可選的幾何形狀，包括錐形支柱，一個“有效路徑長度”可能更相關(guān)。

半透明支柱

不透明支柱的石英支柱比色皿的制作與空石英支柱相比需要額外的步驟：金屬沉淀和蝕刻。通過研究透明石英的比色皿我們尋找減少這些步驟的方法。通過以前使用的從不透明支柱的頂部蝕刻cr層可以實現(xiàn)，接下來是氫氟酸腐蝕去除殘留和清潔表面。蝕刻輕微減少了支柱的寬度(w＝5.8μm)。這樣，實際φ的變化范圍為0.02到0.17，見圖9，點陣常數(shù)和支柱高度(見表2)沒有變化。支柱是半透明的，測量的穿過包含液體樣品的比色皿的透光度tm理論上通過公式7可以獲得。輸入?yún)?shù)是φ,tp,tr和ts,，φ是已知的，對于在相關(guān)的波長的水tr≈1(259nm)，對于石英，tp是期望相對高的；但是，由于增加散射，支柱的透光率很可能減少，例如，由于粗糙度，有限的壁角(一般為87-90°)或者不完美的制造。這樣，公式7留給我們兩個未知數(shù)tp和ts。由于雜射光在可吸光度的光譜學(xué)的影響，tp和φ是很重要的。其中tp和φ很大，雜散光可以主導(dǎo)傳播導(dǎo)致偏離線性。在試驗中揭示了φ的作用(圖9a)，對于不同的支柱比色皿(φ＝0.02到0.17)，吸光度被繪制，在最小的表面積分數(shù)，偏離線性幾乎不被察覺，但是，對于φ＝0.17，在濃度的全范圍，測量的吸光度比較低，這是很不理想的，它不同于常規(guī)的“雜射光”效應(yīng)，因為使用公式7可以定量解釋。很方便的，我們使用不透明支柱的比色皿確定ts，因為φ,tp和tr是不重要的，使用實驗推導(dǎo)的ts(不透明支柱)，和假設(shè)tp＝0.60和tr＝1，如圖9a所示，我們得到預(yù)測的半透明支柱的比色皿的曲率，預(yù)測與測量結(jié)果一致，特別是濃度上升到4g/l，在比較中，唯一的“擬合”參數(shù)是tp，但是，如下所示，這個值從實驗獨立地證實。液體樣品的透光率ts，通過重新編輯公式7獲得：

對于給定的路徑長度，參照液體和比色皿材料，(tp/tr)是常數(shù)，這樣，公式9的前因子((φ/(1-φ))·(tp/tr))只隨著φ變化，而且，對于使用任意兩個不同φ的比色皿的單一樣品的測量，常數(shù)(tp/tr)可用確定tm，因為對于給定的路徑ts是不變的，基于圖9a提供的結(jié)果和tr＝1，我們發(fā)現(xiàn)tp＝0.60。因為a＝-logts與濃度線性增加，ts是獨立于比色皿的設(shè)計。鉑濃度a*(通過路徑長度標準化a)的繪制提供了公式7和9的證明。對于半透明的支柱比色皿能夠成功用于高ε樣品(在這個研究中，最高為3-4g/l)的吸收光譜學(xué)，圖9b提供了強有力的證明，不考慮穿過支柱到探測器的“雜光”。

現(xiàn)場顆粒過濾

我們還考慮了樣品中存在微觀粒子并對紫外-可見光測量產(chǎn)生不利影響的情況。顆粒阻擋入射光，偏離基線，在某些情況下，可能會吸收或發(fā)射在目標物分析的同一波長的光。過濾或沉淀需要額外的材料和時間。然而，支柱比色皿提供了現(xiàn)場過濾微小顆粒的機會，無需任何額外的樣品處理。水ptcl6^2-(3g/lpt(iv)的支柱陣列和30ppmpt(iv)在2mm的比色皿)溶液摻入6μm的聚苯乙烯小球(polysciencesinc.)，收集兩種類型的比色皿的紫外-可見光譜。圖9(c)顯示的靠近邊緣的支柱陣列的圖像，溶液開始毛細作用進入支柱。在毛細流動中，聚苯乙烯顆粒明顯地被支柱陣列阻止，使過濾后的溶液自由進入陣列的探測區(qū)。有顆粒和無顆粒的兩種類型的比色皿集的光譜表明，簡單的一步分析是非常有效的，如圖9(a-b)。

結(jié)論

我們用微柱結(jié)構(gòu)作為一種方便和可靠的方法，形成10μm和20μm厚的液體膜用于紫外-可見光譜分析。膜的厚度是由支柱的高度精準控制，在毛細作用的驅(qū)動下自發(fā)填滿“支柱比色皿”。我們選擇了六氯鉑酸鹽(iv)作為分析物，由于其很強的吸收峰在259nm。支柱比色皿的微路徑長度允許我們直接測定無稀釋樣品的濃度為10g/l，沒有損失精度(與在一個常規(guī)的2mm比色皿測量稀釋樣品相比)。開放式結(jié)構(gòu)允許比色皿快速清洗和重裝。此外，這些支柱起到保留微觀粒子的作用，允許液體階段的光譜分析可以在沒有事先過濾的情況下進行。

在本發(fā)明的說明書和后面的權(quán)利要求書中，除非是語境要求，所述“包括”和“包含”及變形詞，比如“包括的”及“包含……的”這類詞語都要理解為包含這個整數(shù)或這組整數(shù)本身，但是不排除包括其它整數(shù)或這組整數(shù)本身。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知曉，本發(fā)明不限于申請中所描述的特定實施例的應(yīng)用。本發(fā)明也不只局限于在此描述的特定元素和/或特征的優(yōu)選實施例。需要說明的是，本發(fā)明不限于已公開的實施例，任何可能的重新排列、修改和替換都不脫離前述的本發(fā)明以及權(quán)利要求所限定的保護范圍。

參考文獻

在說明書中的現(xiàn)有技術(shù)的參考文獻不是，和不應(yīng)當被看作為承認任何形式的建議，這些現(xiàn)有技術(shù)成為部分常規(guī)技術(shù)：

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