專(zhuān)利名稱(chēng)：用于測(cè)定液體樣品光學(xué)特性的儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)定液體樣品光學(xué)特性的儀器。本發(fā)明尤其涉及但并非僅僅涉及一種進(jìn)行藥品化學(xué)相關(guān)檢驗(yàn)的儀器，如酶免疫測(cè)定(EIA)、酶鏈環(huán)免疫吸附劑測(cè)定(ELISA)及濁度分析等。
背景技術(shù)：
已知多種測(cè)定和分析生物/化學(xué)試驗(yàn)樣品的光學(xué)儀器。比如，傳統(tǒng)的分光光度計(jì)從商業(yè)角度來(lái)說(shuō)是可行的，但這些儀器總是很龐大、價(jià)錢(qián)不菲且需要很高程度的操作技能或?qū)ｉT(mén)技能。也公知美國(guó)專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)No.3,770,382和美國(guó)專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)No.3,897,216中所述類(lèi)型的各種自動(dòng)分析系統(tǒng)，在其檢測(cè)操作過(guò)程中，位于傳送鏈上的樣品單元依次通過(guò)一個(gè)檢測(cè)位置。這些系統(tǒng)的設(shè)計(jì)總是大而復(fù)雜，因此也很昂貴。此外，已知美國(guó)專(zhuān)利4,729,661中所述類(lèi)型的光學(xué)密度測(cè)量?jī)x，其中待測(cè)物裝于試管碟中，利用碟沿一個(gè)開(kāi)槽的平移來(lái)實(shí)現(xiàn)試管碟通過(guò)檢測(cè)位置的移動(dòng)；所述開(kāi)槽位于并沿著儀器底架的前邊緣。
在上述現(xiàn)有技術(shù)的裝置中，樣品單元依次通過(guò)一個(gè)光束，然后探測(cè)并處理由其傳送的光信號(hào)。樣品單元的典型形式是裝于帶有光學(xué)特性表面的昂貴微試管中，以確保不因樣品容器中的雜質(zhì)而使檢測(cè)結(jié)果降級(jí)?，F(xiàn)有技術(shù)的裝置一般都不得不采用許多光源，以確保在一個(gè)波長(zhǎng)的寬光譜帶上產(chǎn)生足夠高水平的光強(qiáng)度。比如，為進(jìn)行紫外頻帶的測(cè)量，不得不采用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的燈泡。在已知裝置中，將樣品相對(duì)于光束正確地定位或放置也是很困難的，這給每個(gè)測(cè)量增添了討厭的不確定性。
本發(fā)明的目標(biāo)是提供一個(gè)改進(jìn)的儀器，其至少克服或?qū)嵸|(zhì)性地降低一些上述缺點(diǎn)和限制。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明，提供了一種測(cè)定裝于透明容器中的液體樣品光學(xué)特性的儀器，所述儀器包括安裝直線隊(duì)列中的多個(gè)所述容器的裝置；一個(gè)沿所述隊(duì)列長(zhǎng)度方向平移的光學(xué)探頭，所述光學(xué)探頭包括一個(gè)位于隊(duì)列一側(cè)的光源、一個(gè)位于隊(duì)列另一側(cè)的光探測(cè)器，用于探測(cè)光源發(fā)出的通過(guò)隊(duì)列后的光；以及在光源和探測(cè)器之間限定一個(gè)光通道的裝置，使得在使用儀器時(shí)，隨著探頭移動(dòng)，光源發(fā)出的光掃描通過(guò)液體樣品；以及在探頭沿隊(duì)列長(zhǎng)度方向平移時(shí)響應(yīng)所述光探測(cè)器輸出的裝置，用于確定隊(duì)列中每個(gè)樣品的光學(xué)特性。
儀器殼體的上表面最好提供一個(gè)槽口，用于限定直線隊(duì)列中容器的安裝托架。隊(duì)列可以呈直線隊(duì)列的形式，光學(xué)探頭可以布置成按直線移動(dòng)。
儀器殼體和托架的結(jié)構(gòu)可以這樣，使得當(dāng)托架插入后，抑制外來(lái)光線通過(guò)殼體槽口。
此外，光學(xué)探頭可安裝于一個(gè)支架上，或作為另一種選擇，光學(xué)探頭可包括一個(gè)支架。支架最好與儀器上的一條或多條導(dǎo)軌嚙合，以允許光學(xué)探頭/支架沿著導(dǎo)軌長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)。托架也可包括線軸承裝置，確保光學(xué)探頭/支架沿著導(dǎo)軌容易運(yùn)動(dòng)。更有利的選擇是，托架包括空間分立的輪子，其適合運(yùn)行于儀器提供的支撐軌道上?？赏ㄟ^(guò)設(shè)計(jì)輪子的結(jié)構(gòu)來(lái)產(chǎn)生一個(gè)(足夠的)反作用力，給托架施加一個(gè)偏壓，使其與導(dǎo)軌緊密接觸。
此外，儀器可包括一個(gè)與托架通過(guò)傳動(dòng)帶連接的電力驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。電力驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的形式最好是可反轉(zhuǎn)的步進(jìn)馬達(dá)。傳動(dòng)帶的形式最好是鋸齒狀傳動(dòng)帶。這種設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)光學(xué)探頭通過(guò)樣品隊(duì)列的可控運(yùn)動(dòng)，也可實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)樣品的光探測(cè)器輸出進(jìn)行相應(yīng)的可控分析。
儀器可提供為驅(qū)動(dòng)馬達(dá)提供脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)的裝置，及使探測(cè)器輸出與隊(duì)列中樣品的位置相互關(guān)聯(lián)的裝置。
儀器可提供處理器裝置，用于控制給馬達(dá)施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)及對(duì)探測(cè)器輸出進(jìn)行采樣，從而在探測(cè)器輸出中識(shí)別出與每個(gè)樣品相應(yīng)的信號(hào)部分。也可這樣布置處理裝置，以對(duì)與分立樣品相關(guān)的信號(hào)部分實(shí)現(xiàn)曲線擬合算法。這種曲線擬合算法不考慮信號(hào)部分中與容器中雜質(zhì)相應(yīng)的干擾。此外，還可這樣布置處理裝置，以導(dǎo)出一個(gè)與樣品相關(guān)信號(hào)部分的加權(quán)平均值。這種處理有利地實(shí)現(xiàn)了對(duì)裝于普通試管中的試樣進(jìn)行高精度、可重復(fù)的測(cè)量，而不需昂貴的微試管。
光學(xué)探頭最好可包括一個(gè)固體塊(如由鋁合金制成)，以限定一個(gè)光源的安裝座、一個(gè)光探測(cè)器的安裝座及一個(gè)槽口，用于在儀器操作中當(dāng)探頭被移動(dòng)時(shí)，使容器通過(guò)光學(xué)探頭。提供這樣一個(gè)塊狀探頭限制了光學(xué)路徑中不希望的異常并抑制了外來(lái)光線通過(guò)儀器。此外，提供一個(gè)通過(guò)樣品的移動(dòng)探頭，可允許儀器呈現(xiàn)緊湊、便攜的形式。比如，儀器可裝入公文包。
有利的是，光學(xué)探頭可包括一個(gè)濾光器托架(如一個(gè)濾光器輪式系統(tǒng))，其上安裝有多個(gè)不同的選帶濾波器或干涉濾光器。儀器也可被這樣改裝和布置，以便自動(dòng)將必需的濾光器引入光通道。
更有利的是，儀器可包括一個(gè)將信息輸入儀器的條形碼閱讀器，以使儀器在進(jìn)行特定光學(xué)特性測(cè)試時(shí)保持正常狀態(tài)。
儀器可進(jìn)一步包括調(diào)整供給所述光源或每個(gè)所述光源能量的裝置，以便確定其最佳光譜輸出和/或強(qiáng)度。比如，帶石英套的標(biāo)準(zhǔn)鎢-鹵素?zé)襞菘捎脕?lái)進(jìn)行紫外頻帶的測(cè)量。
該儀器可用來(lái)迅速、高精度地進(jìn)行許多常規(guī)和特定的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。使用該儀器不需要很高程度的操作技能或?qū)ｉT(mén)技能。儀器可通過(guò)干線進(jìn)行操作或通過(guò)電池操作。
本發(fā)明上述及進(jìn)一步的特征在后附的權(quán)利要求書(shū)中闡明；這些特征及其優(yōu)點(diǎn)可從結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的示范實(shí)施例的詳細(xì)描述中變得更清楚明顯。


圖1是顯示實(shí)施本發(fā)明的一個(gè)示范儀器的平面簡(jiǎn)圖；圖2是顯示圖1中儀器的側(cè)視簡(jiǎn)圖；圖3是顯示實(shí)施本發(fā)明的另一個(gè)儀器的外觀透視圖；圖4是顯示圖3中儀器的模塊簡(jiǎn)圖；及圖5至7是更詳細(xì)顯示圖3和圖4中儀器部件的視圖，圖5顯示了儀器的頂視圖，圖6和圖7以正視圖和側(cè)視圖顯示了同一儀器。
圖8(a)至(b)更詳細(xì)地顯示了光學(xué)塊狀探頭部件的結(jié)構(gòu)。
發(fā)明實(shí)施例詳述圖1和2只是示意性說(shuō)明了實(shí)施例，在給出圖3至7實(shí)施例的精確、詳細(xì)描述之前，下文將先用通用術(shù)語(yǔ)論述。在圖1和2的實(shí)施例中，樣品最好裝于透明容器中，透明容器按直線隊(duì)列排列。光發(fā)射器和光探測(cè)器安裝于一個(gè)軌道上，其中光發(fā)射器位于隊(duì)列的一側(cè)，而光探測(cè)器位于隊(duì)列的另一側(cè)，發(fā)射器和探測(cè)器適當(dāng)對(duì)齊。發(fā)射器和探測(cè)器能夠向兩個(gè)方向移動(dòng)通過(guò)透明容器。安裝發(fā)射器和探測(cè)器，使其間有一個(gè)可置入透明容器的間隙，比如，透明容器可被安裝于一個(gè)預(yù)先裝載的可裝配于設(shè)備上的盒子中，這樣可以很容易地替換透明容器。
為適于使用不同波長(zhǎng)的光，在光束通過(guò)透明容器之前或之后，有一個(gè)裝置使濾光器位于發(fā)射器發(fā)出的光束中。有多個(gè)裝置用來(lái)改變?yōu)V光器，使得不同的透明容器能使用不同的濾光器。濾光器可以是選帶濾波器或干涉濾光器，使選定光譜或波長(zhǎng)的光通過(guò)。
有兩個(gè)光發(fā)射器和相應(yīng)的探測(cè)器，使光通過(guò)透明容器，其中一個(gè)光源用來(lái)作為參考，另一個(gè)光源以另一波長(zhǎng)或波長(zhǎng)光譜來(lái)探測(cè)吸收率或反射率的不同。
為避免因從兩個(gè)獨(dú)立光源發(fā)出的光強(qiáng)度不同而造成錯(cuò)誤，可使用一個(gè)裝有已知吸收率液體的透明容器，以從兩個(gè)光源和微處理器得到一次測(cè)量，然后調(diào)整器能夠自動(dòng)進(jìn)行任何需要的調(diào)整，以消除從不同光源所發(fā)出光強(qiáng)度的任何差別。
這種能力也被用來(lái)幫助增加作為光源的燈的壽命，當(dāng)輸出光變暗時(shí)，改變輸入至燈的能量，因此使光輸出回到所需要的水平。
在使用中，可通過(guò)選擇不同濾光器來(lái)選擇光的波長(zhǎng)，這樣可檢測(cè)一種特定試劑或混合物；當(dāng)每個(gè)透明容器中裝有同一液體時(shí)，使檢測(cè)多于一種試劑或混合物成為可能。探測(cè)器的輸出可以輸入到如計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理，從而可得到打印輸出。同一計(jì)算機(jī)可用來(lái)控制發(fā)射器和探測(cè)器及其他部件的操作。
更有利的是，有一個(gè)光發(fā)射器，其發(fā)出的光通過(guò)兩個(gè)并排的濾光器，第一個(gè)濾光器傳送的光的頻率基本不受液體中試劑或混合物的影響(如吸收或反射)，所述待探測(cè)、測(cè)量或分析的液體裝于透明容器中；第二個(gè)濾光器傳送光的頻率則受到影響。
穿過(guò)第一個(gè)濾光器的光通過(guò)透明容器中的液體，或最好是在其通過(guò)透明液體后再穿過(guò)該濾光器，并作為標(biāo)準(zhǔn)或參考去測(cè)量液體吸收或反射的程度。穿過(guò)第二個(gè)濾光器的光測(cè)量或探測(cè)液體中試劑或混合物的變化。這種布置大大降低了零誤差等，并且對(duì)吸收率或反射率的不同給出了兩個(gè)光譜帶寬的測(cè)量，相應(yīng)于通過(guò)濾光器的光。
可以備有一個(gè)按預(yù)選方式去改變第二個(gè)濾光器的裝置，使得特殊的濾光器能夠用于特殊的透明容器，比如，這可以通過(guò)一個(gè)使旋轉(zhuǎn)式傳送帶移動(dòng)的開(kāi)關(guān)來(lái)完成，一系列不同的濾光器安裝于該傳送帶上；開(kāi)關(guān)可在光發(fā)射器和探測(cè)器沿著軌道運(yùn)動(dòng)的一端進(jìn)行操作。
更有利的是，當(dāng)光源及其相應(yīng)的探測(cè)器沿著軌道一個(gè)方向通過(guò)時(shí)，參考光源是可用的；當(dāng)其反向移回起點(diǎn)位置時(shí)，另一個(gè)光源是可用的。
為了測(cè)量一種特性，比如透明容器中一種液體的光學(xué)密度，在光源通過(guò)每個(gè)透明容器時(shí)，通過(guò)探測(cè)器測(cè)量光強(qiáng)度可進(jìn)行一系列讀數(shù)。通過(guò)使用微處理器，可得到每個(gè)透明容器中每個(gè)樣品的平均光學(xué)密度。更有利的是，發(fā)射器和探測(cè)器的運(yùn)動(dòng)是通過(guò)一個(gè)步進(jìn)馬達(dá)來(lái)操作的，這樣可以控制通過(guò)每個(gè)透明容器的速度。
通過(guò)使用微處理器控制和改變?yōu)V光器，對(duì)任何特殊透明容器都使用一個(gè)預(yù)選濾光器是可能的；更有利的是，設(shè)備的操作是由微處理器控制的，因此設(shè)備將自動(dòng)運(yùn)行，結(jié)果可從讀數(shù)或打印輸出等所需形式得到。
當(dāng)使用兩個(gè)獨(dú)立光源時(shí)，其中一個(gè)光源可以是一個(gè)紫外線發(fā)射器，這也將使系統(tǒng)能作為一個(gè)熒光探測(cè)器來(lái)操作。
現(xiàn)在參考圖1和2，其以示意性平面圖和側(cè)視圖顯示了實(shí)施本發(fā)明的一個(gè)儀器的關(guān)鍵部件部分。整體表示為(10)的儀器包括一個(gè)導(dǎo)軌(1)，其上安裝有光發(fā)射器(2)和光探測(cè)器(3)，因此它們能夠進(jìn)行如圖1所示的移動(dòng)。透明容器(4)可置于裝配在間隙(6)中的盒子(7)里。在掃描過(guò)程中，從光發(fā)射器(2)發(fā)出的光通過(guò)每個(gè)透明容器(4)，穿過(guò)安裝于濾光器支撐裝置(5)中的濾光器(8)和(9)，進(jìn)入光探測(cè)器(3)。可改變?yōu)V光器(9)，從而使用不同波長(zhǎng)的光。
濾光器(8)所透過(guò)光的波長(zhǎng)基本不受待探測(cè)試劑或混合物的影響，因此其提供了一個(gè)參考信號(hào)，而濾光器(9)根據(jù)待探測(cè)試劑或混合物來(lái)選擇，由這兩個(gè)信號(hào)間的差異可測(cè)量該試劑或混合物。
在使用中，裝有光學(xué)特性待測(cè)定的液體的透明容器(4)置于盒子(7)中，盒子位于設(shè)備的恰當(dāng)位置。開(kāi)啟其中一個(gè)光發(fā)射器(2)，以作為一個(gè)參考，如所示，光穿過(guò)濾光器(8)。發(fā)射器(2)和探測(cè)器(3)都與一個(gè)可移動(dòng)軌道(1)相連，并自動(dòng)對(duì)齊。發(fā)射器(2)、濾光器固定架(5)和探測(cè)器(3)沿著軌道的一個(gè)方向移動(dòng)，依次通過(guò)透明容器(4)；穿過(guò)它們的光由探測(cè)器探測(cè)，使得濾光器(8)光譜的光學(xué)特性能夠被確定。當(dāng)?shù)竭_(dá)軌道末端時(shí)，則開(kāi)啟另一個(gè)光源，光穿過(guò)容器(4)、濾光器(9)；然后發(fā)射器和探測(cè)器沿反向通過(guò)軌道(1)，光學(xué)特性可從濾光器(9)的光譜確定出。
在濾光器固定架(5)中有一系列濾光器(9)，這樣就能夠?qū)ν该魅萜魇褂貌煌秶牟ㄩL(zhǎng)。在發(fā)射器到達(dá)軌道末端、而在其反轉(zhuǎn)之前，能夠預(yù)選濾光器(9)。
微處理器控制著光發(fā)射器(2)和光探測(cè)器(3)沿軌道的運(yùn)動(dòng)以及儀器的運(yùn)行，能夠自動(dòng)處理信號(hào)、比較不同范圍波長(zhǎng)的結(jié)果及以需要的形式打印出結(jié)果。
再參考圖3，顯示了實(shí)施本發(fā)明的一個(gè)實(shí)際儀器(10)實(shí)施例外觀的透視圖。如圖所示，儀器可備有一個(gè)盒子或托架(12)，其中至多可置入十二個(gè)試管或小管子(11)。盒子(12)的尺寸要適合插入儀器(10)中。關(guān)于光學(xué)特性試驗(yàn)和進(jìn)行這些試驗(yàn)所需的相應(yīng)數(shù)學(xué)簡(jiǎn)化的所有信息，可通過(guò)光筆(17)利用光學(xué)條形碼(18)輸入。每個(gè)試管或管子可被讀上至多3000次，因此在測(cè)量過(guò)程中可進(jìn)行非常多次的重復(fù)；然后結(jié)果可進(jìn)行平均，并用打印機(jī)打印出來(lái)。此外，可通過(guò)在儀器上提供一個(gè)RS232端口將結(jié)果下載到個(gè)人計(jì)算機(jī)中。所示儀器(10)是便攜式的，可放入公文包中。其典型尺寸是365×310×50毫米，重量不足2千克。作為用戶(hù)界面的一部分，有兩個(gè)相應(yīng)于“否”和“是”的主按鈕(15,16)，及另外兩個(gè)相應(yīng)于“向上滾動(dòng)”和“向下滾動(dòng)”的按鈕(13,14)。儀器還帶有一個(gè)進(jìn)打印紙的狹槽(20)。
希望利用儀器(10)進(jìn)行測(cè)試掃描的人必須按特定次序進(jìn)行如下一系列操作首先接通儀器，這使得一個(gè)可視顯示屏(19)詢(xún)問(wèn)信息，以便使儀器為進(jìn)行試驗(yàn)而處于正常狀態(tài)；然后利用條形碼閱讀器和筆(17,18)或使用與RS232端口相連的鍵盤(pán)輸入信息；將裝有試管(11)的盒子(12)插入儀器中，并按“是”按鈕(16)。如果輸入了錯(cuò)誤信息，可以按按鈕“否”。如果按下了按鈕“是”，儀器的光學(xué)探頭(圖3中未示)開(kāi)始進(jìn)行掃描，通過(guò)裝于盒子中的每個(gè)樣品。下文將論述光學(xué)探頭通過(guò)樣品隊(duì)列的受控掃描運(yùn)動(dòng)。
圖4是本發(fā)明儀器實(shí)施例部件總成的示意圖。儀器包括一個(gè)光學(xué)探頭(21)，最好是鋁合金制成的固體塊形式，其安裝得可沿排成直線隊(duì)列的多個(gè)容器(11)的長(zhǎng)度方向進(jìn)行平移；光學(xué)探頭進(jìn)一步包括光源的安裝座(22)、光探測(cè)器的安裝座(28)和一個(gè)槽口(23)，在儀器運(yùn)行過(guò)程中當(dāng)探頭移動(dòng)時(shí)，槽口可使容器(11)通過(guò)光學(xué)探頭(21)。應(yīng)說(shuō)明的是，光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)塊狀探頭(21)的導(dǎo)向，形成了光通道，并穿過(guò)槽口(23)。如該圖所示，固體塊(21)包括分立的測(cè)試和參考光探測(cè)器(28)所用的安裝座，所述塊提供了分立管道以形成所述分立測(cè)試和參考管道。
圖4顯示了光學(xué)探頭部件與步進(jìn)馬達(dá)和處理器/軟件單元之間的相互作用。如圖所示，儀器包括一個(gè)可反轉(zhuǎn)步進(jìn)馬達(dá)(26)，其通過(guò)傳動(dòng)帶(27)與光學(xué)探頭(21)相連。預(yù)期傳動(dòng)帶(27)為一條鋸齒狀傳動(dòng)帶，這種設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)光學(xué)探頭(21)通過(guò)容器(11)中樣品隊(duì)列的可控運(yùn)動(dòng)、以及對(duì)每個(gè)樣品的光探測(cè)器輸出進(jìn)行相應(yīng)的可控分析。如圖所示，儀器還可包括為步進(jìn)馬達(dá)提供脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)的裝置、以及使探測(cè)器的輸出與隊(duì)列中樣品位置相互關(guān)聯(lián)的裝置。應(yīng)注意，最好是微處理器(25)形式的處理單元可用于控制給馬達(dá)施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)并相應(yīng)地對(duì)探測(cè)器輸出進(jìn)行采樣，從而在探測(cè)器輸出中識(shí)別出與每個(gè)樣品相應(yīng)的信號(hào)部分。設(shè)計(jì)微處理器單元(25)，以對(duì)與分立樣品相關(guān)的信號(hào)部分實(shí)現(xiàn)曲線擬合算法。此外，這種曲線擬合算法不考慮信號(hào)部分中與容器(11)中雜質(zhì)相應(yīng)的干擾?？蛇M(jìn)一步設(shè)計(jì)微處理器，以導(dǎo)出一個(gè)與各個(gè)樣品相關(guān)信號(hào)部分的加權(quán)平均值，考慮容器的截面或形狀來(lái)實(shí)現(xiàn)加權(quán)。
在掃描測(cè)量過(guò)程中，基于微處理器的控制系統(tǒng)(25)可被如此改裝和布置，使樣品光學(xué)特性可如下確定首先讓光學(xué)探頭(21)沿著直線隊(duì)列長(zhǎng)度方向平移來(lái)對(duì)樣品進(jìn)行參考掃描，然后通過(guò)探頭沿著隊(duì)列長(zhǎng)度方向的另一次平移，進(jìn)行一次反方向的測(cè)試掃描。在這方面，根據(jù)條形碼筆(17)輸入的信息，儀器可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)選擇參考濾光器和為測(cè)試掃描選擇合適的光學(xué)濾光器。在圖4中，合適的濾光器(參考和測(cè)試)在光學(xué)探頭(21)上的位置24、24’處引入光通道。光學(xué)探頭(21)包括一個(gè)可指引濾光器輪形式的濾光器托架，其上安裝有多個(gè)不同選帶濾波器或干涉濾光器；輪設(shè)計(jì)得與貼靠件裝置(29)在光學(xué)探頭(21)運(yùn)動(dòng)范圍的一端協(xié)同工作，以對(duì)輪按位置進(jìn)行指引。通過(guò)在所述的掃描運(yùn)動(dòng)一端進(jìn)行光學(xué)探頭的可控往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這種布置能使濾光器輪被指引到任何所需的位置。
應(yīng)該注意，處理器/軟件單元(25)對(duì)光探測(cè)器的輸出模擬信號(hào)進(jìn)行采樣并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，尤其是利用加權(quán)方式對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行平滑、平均和連接，以便能確定樣品的光學(xué)特性。一般來(lái)說(shuō)，從平滑/平均后的測(cè)試掃描數(shù)據(jù)中將平滑/平均后的參考掃描數(shù)據(jù)扣除，以便消除不必要的儀器響應(yīng)的內(nèi)部影響(如噪聲)。另外，單元(25)包括調(diào)整供給每個(gè)所述光源的能量的裝置，以確定光譜輸出和/或其強(qiáng)度。儀器進(jìn)一步包括一個(gè)打印機(jī)(31)和/或一個(gè)可視顯示屏(30)以及一個(gè)RS232端口，結(jié)果可通過(guò)該端口下載到個(gè)人電腦中。
最后，圖5至7更詳細(xì)地以頂視圖、正視圖和側(cè)視圖顯示了實(shí)施本發(fā)明的儀器的相同部件。圖中再次使用了與描述前面的圖時(shí)用來(lái)指示相同/相似部件的相同參考數(shù)字。
圖5以頂視圖形式更詳細(xì)地顯示了光學(xué)探頭(21)的結(jié)構(gòu)、以及其與實(shí)施本發(fā)明的儀器其他部分的相互作用。所示探頭(21)的形式是一個(gè)固體塊，帶有分立的測(cè)試和參考光源(22)的安裝座、分立的測(cè)試和參考光探測(cè)器以及分立管道(35,36)的安裝座，其穿過(guò)所述塊(21)以便限定分立的測(cè)試和參考管道(35,36)。在這種設(shè)計(jì)中，利用參考管道(36)來(lái)進(jìn)行參考掃描。
塊狀探頭(21)包括一個(gè)槽口部分(23)，當(dāng)探頭沿著儀器導(dǎo)軌(40)的長(zhǎng)度方向移動(dòng)時(shí)，槽口可使載有樣品的容器通過(guò)。塊狀探頭(21)也限定參考和測(cè)試濾光器(24,24’)的安裝座。更有利的是，一個(gè)載有多個(gè)不同選帶濾波器或干涉濾光器的可指引濾光器輪可安裝于塊的位置24’處，一個(gè)合適的參考濾光器可安裝于塊的位置24處。濾光器輪可被設(shè)計(jì)得與貼靠件裝置在掃描探頭運(yùn)動(dòng)范圍的一端協(xié)同工作，貼靠件裝置如一個(gè)頂和底部帶棘齒的彈簧(29,29’)；通過(guò)在所述的運(yùn)動(dòng)范圍一端進(jìn)行探頭的可控往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這種設(shè)計(jì)能使濾光器輪自動(dòng)被指引到任何所需的位置。
利用步進(jìn)馬達(dá)(26)和與探頭嚙合的鋸齒狀傳動(dòng)帶(27)以及光學(xué)限位開(kāi)關(guān)(38,38’)來(lái)限定探頭的運(yùn)動(dòng)范圍，限位開(kāi)關(guān)用來(lái)限定通過(guò)樣品直線隊(duì)列的掃描起、止位置。應(yīng)注意，傳動(dòng)帶(27)與光學(xué)探頭的狹槽(37)相嚙合。
如圖所示，儀器底部包括電子元件與軟件(25)和通風(fēng)孔(39)。
關(guān)于該設(shè)計(jì)中安裝于位置(22)的光源光譜范圍的選擇，最好使用選帶濾波器或干涉濾光器，其帶寬一般為10毫微米，并覆蓋300毫微米至700毫微米的波帶。
圖6以正視圖顯示了圖5中儀器。儀器包括一個(gè)圍繞光學(xué)探頭(21)的外殼(48)、一個(gè)適合于探頭移動(dòng)的導(dǎo)軌(40)和步進(jìn)馬達(dá)系統(tǒng)(26)。馬達(dá)(26)的分立部件包括馬達(dá)變速箱(49)和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)軸(50)，如圖所示。光學(xué)探頭(21)適合運(yùn)行在儀器提供的支撐軌道(45)上，該軌道通過(guò)安裝柱(47)支撐于外殼(48)上。儀器中支撐軌道(45)的底部被設(shè)計(jì)成與光學(xué)限位開(kāi)關(guān)(圖中未示)協(xié)同工作。此外，光學(xué)探頭(21)被安裝于一個(gè)支架部分(46)上，支架和儀器中的導(dǎo)軌(40)相嚙合，以便能沿導(dǎo)軌長(zhǎng)度方向移動(dòng)。
圖7以側(cè)視圖顯示了圖5和6中的相同儀器。支架(46)在這兒顯示得更為詳細(xì)，包括使支架能沿著導(dǎo)軌(40)容易運(yùn)動(dòng)的線軸承裝置。支架(46)包括空間分立的特大輪子(44,44’)，其適合于運(yùn)行在儀器提供的支撐基座(45)上。特大輪子(44,44’)設(shè)計(jì)得提供一個(gè)反作用力，以便偏壓支架，使其與儀器的導(dǎo)軌(40)緊密接觸。光學(xué)探頭(21)包括一個(gè)透鏡組合，其中塊狀探頭的管道中提供了一對(duì)透鏡(42,43)，以形成基本平行的穿過(guò)槽口(23)的光束。一個(gè)蓋子(41)與光學(xué)探頭的上表面相接合，以便蓋住槽口部分(23)并阻止外來(lái)光通過(guò)殼的開(kāi)口進(jìn)入。安裝于探頭位置22的光源最好是由石英包裹的鎢鹵燈。為了完整的緣故，圖7顯示了安裝儀器的電子元件的裝置(50)。支撐軌道(45)的底部也與儀器的槽形光學(xué)限位開(kāi)關(guān)(38)協(xié)同工作。
最后，圖8(a)和8(b)以平面?zhèn)纫晥D形式詳細(xì)顯示了上述光學(xué)塊狀探頭(21)的結(jié)構(gòu)。顯示的是以毫米計(jì)的典型塊尺寸。塊最好是由鋁合金材料制成的。圖中再次使用了與描述圖4至7時(shí)用來(lái)指示相同/相似部件的相同參考數(shù)字。
應(yīng)該指出，在圖8(a)和8(b)中，塊狀探頭(21)帶有分立光源(22)的安裝座、分立光探測(cè)器(28)的安裝座、槽口部分(23)及分立管路(35,36)的安裝座，穿過(guò)這些部分限定分立的測(cè)試和參考管路。在操作儀器時(shí)，參考掃描濾光器插入塊(21)的位置(24)處，載有所選的光學(xué)濾光器的濾光器輪托架則插入塊(21)的位置(24’)處。形成于上部塊表面的鉆孔(60,61)適合于容納螺栓，以給所述上部塊表面附裝一個(gè)蓋子。
在操作上述圖3至8中的機(jī)器時(shí)，用戶(hù)開(kāi)啟機(jī)器，位于機(jī)器上的一個(gè)顯示屏詢(xún)問(wèn)信息。然后用戶(hù)通過(guò)條形碼閱讀器或使用與RS232端口相連的鍵盤(pán)輸入與待進(jìn)行測(cè)試相關(guān)的信息。然后將裝有測(cè)試樣品的托架插入機(jī)器殼體頂部的槽中，機(jī)器的顯示屏就會(huì)指示一個(gè)選擇“go(開(kāi)始)”的選項(xiàng)，以開(kāi)始測(cè)試。然后機(jī)器的光學(xué)探頭從一端到另一端通過(guò)樣品托架，并對(duì)每個(gè)試管進(jìn)行參考讀數(shù)，參考光源被開(kāi)啟，而參考探測(cè)器的輸出被激活。在完成通過(guò)樣品隊(duì)列后，機(jī)器將選擇合適的濾光器，以在隨后的樣品測(cè)試掃描中使用；進(jìn)行這種選擇的依據(jù)是利用條形碼閱讀器或其他輸入裝置輸入至機(jī)器的數(shù)據(jù)，以及在光學(xué)探頭通過(guò)樣品隊(duì)列進(jìn)行參考掃描過(guò)程中、參考探測(cè)器的輸出。通過(guò)在參考掃描路徑末端往復(fù)運(yùn)動(dòng)光學(xué)探頭，選定的濾光器被指引至測(cè)試燈和測(cè)試探測(cè)器之間的光通道中。光電子探測(cè)器確保了運(yùn)行的系統(tǒng)“知道”濾光器輪的原點(diǎn)位置，這樣就“知道”了每個(gè)濾光器在輪上的位置。
在選定合適的濾光器并將其引入測(cè)試光源和測(cè)試探測(cè)器之間的光通道后，步進(jìn)馬達(dá)倒轉(zhuǎn)，以便使光學(xué)探頭回掃樣品隊(duì)列，并處理測(cè)試探測(cè)器相應(yīng)的輸出。
通過(guò)與步進(jìn)馬達(dá)和傳動(dòng)帶位置相結(jié)合，以使機(jī)器“知道”哪一部分信號(hào)對(duì)應(yīng)哪一個(gè)樣品，將參考和測(cè)試探測(cè)器的模擬輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。利用曲線擬合算法來(lái)處理數(shù)字信號(hào)，該算法的設(shè)計(jì)將去除比如由劃痕或樣品容器中的其他雜質(zhì)引起的異常信號(hào)(干擾)。在每個(gè)樣品的結(jié)果曲線中辨識(shí)出中點(diǎn)，通過(guò)在中點(diǎn)兩側(cè)預(yù)定位置對(duì)曲線采樣，對(duì)每個(gè)參考和測(cè)試曲線導(dǎo)出一個(gè)加權(quán)平均值；進(jìn)行加權(quán)主要是依據(jù)樣品容器的截面形狀。在導(dǎo)出每個(gè)樣品的加權(quán)平均和測(cè)試平均值后，處理這兩個(gè)平均值以得到樣品光學(xué)特性的指示值，尤其是其光學(xué)密度；相應(yīng)的記錄提供給打印機(jī)，或通過(guò)RS232端口提供給電腦顯示器。
這樣通過(guò)示范實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)該理解在不超出本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和范圍的情況下，作出改動(dòng)和變動(dòng)是可能的。比如，在光學(xué)塊狀探頭中可提供單一管道或多個(gè)管道，以在掃描過(guò)程中形成測(cè)試和參考管道。此外，雖然在所述示范實(shí)施例中光學(xué)探頭是安裝于一個(gè)獨(dú)立支架上的，但作為另一種選擇，光學(xué)探頭/支架可以是整體單元組成的類(lèi)型。
權(quán)利要求
1．一種用于測(cè)定裝于透明容器中的液體樣品光學(xué)特性的儀器，所述儀器包括為直線隊(duì)列中多個(gè)所述容器提供安裝座的裝置；一個(gè)沿所述隊(duì)列長(zhǎng)度方向平移的光學(xué)探頭，所述光學(xué)探頭包括一個(gè)位于隊(duì)列一側(cè)的光源、一個(gè)位于隊(duì)列另一側(cè)的光探測(cè)器，用于探測(cè)光源發(fā)出的通過(guò)隊(duì)列后的光，以及在光源和探測(cè)器之間限定一個(gè)光通道的裝置，使得在使用儀器時(shí)，隨著探頭移動(dòng)，光源發(fā)出的光掃描通過(guò)液體樣品；和響應(yīng)在探頭沿隊(duì)列長(zhǎng)度方向平移時(shí)所述光探測(cè)器的輸出的裝置，用于確定隊(duì)列中每個(gè)樣品的光學(xué)特性。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的儀器，其特征在于，所述線性隊(duì)列是一個(gè)直線隊(duì)列，且光學(xué)探頭被設(shè)計(jì)成按直線移動(dòng)。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的儀器，其特征在于，儀器殼體的上表面有一個(gè)槽口，用于容納一個(gè)適合于裝載所述直線隊(duì)列中多個(gè)所述容器的托架，當(dāng)托架裝上容器并插入所述槽口時(shí)，這種設(shè)計(jì)使得容器中的樣品與光學(xué)探頭的光源和探測(cè)器處于協(xié)同工作的狀態(tài)。
4．根據(jù)權(quán)利要求3所述的儀器，其特征在于，當(dāng)托架插入后，所述儀器的殼體和托架的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)應(yīng)能夠抑制光線穿過(guò)殼體槽口。
5．根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的儀器，其特征在于，所述光學(xué)探頭安裝于或包括一個(gè)托架，其至少和儀器的一個(gè)導(dǎo)軌嚙合，使得托架可沿著所述軌道長(zhǎng)度方向移動(dòng)。
6．根據(jù)權(quán)利要求5所述的儀器，其特征在于，所述托架與一個(gè)單軌道嚙合，并包括線軸承裝置，以確保托架沿著軌道容易移動(dòng)。
7．根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的儀器，其特征在于，所述托架包括空間分立的輪子，其適合運(yùn)行于儀器提供的支撐軌道上，所述輪子這樣布置，使得能產(chǎn)生一個(gè)反作用力，給托架施加一個(gè)偏壓，使其與所述至少一個(gè)軌道緊密接觸。
8．根據(jù)權(quán)利要求5或6或7所述的儀器，包括一個(gè)與所述托架通過(guò)傳動(dòng)帶裝置連接的電力驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。
9．根據(jù)權(quán)利要求8所述的儀器，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)馬達(dá)是一個(gè)可反轉(zhuǎn)的步進(jìn)馬達(dá)，且所述傳動(dòng)帶是鋸齒狀傳動(dòng)帶，這種設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)光學(xué)探頭通過(guò)樣品隊(duì)列的可控運(yùn)動(dòng)，也可實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)樣品的光探測(cè)器輸出進(jìn)行相應(yīng)的可控分析。
10．根據(jù)權(quán)利要求9所述的儀器，其特征在于，提供了為所述步進(jìn)馬達(dá)提供脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)的裝置，及使探測(cè)器輸出與隊(duì)列中樣品位置相互關(guān)聯(lián)的裝置。
11．根據(jù)權(quán)利要求10所述的儀器，其特征在于，一個(gè)微處理器控制給馬達(dá)施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)并相應(yīng)地對(duì)探測(cè)器輸出進(jìn)行采樣，從而在探測(cè)器輸出中識(shí)別出與每個(gè)樣品相應(yīng)的信號(hào)部分。
12．根據(jù)權(quán)利要求11所述的儀器，其特征在于，所述微處理器的設(shè)計(jì)可對(duì)與分立樣品相關(guān)的信號(hào)部分實(shí)現(xiàn)曲線擬合算法。
13．根據(jù)權(quán)利要求12所述的儀器，其特征在于，所述曲線擬合算法的設(shè)計(jì)將不考慮信號(hào)部分中與容器中雜質(zhì)相應(yīng)的干擾。
14．根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的儀器，其特征在于，所述微處理器的設(shè)計(jì)可導(dǎo)出一個(gè)與各個(gè)樣品相關(guān)的信號(hào)部分的加權(quán)平均值，考慮所述容器的截面形狀來(lái)進(jìn)行加權(quán)。
15．根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的儀器，包括一個(gè)基于微處理器的控制系統(tǒng)，可被如此改裝和布置，使得所述液體樣品光學(xué)特性可如下確定首先讓所述光學(xué)探頭沿著隊(duì)列長(zhǎng)度方向平移，對(duì)所述樣品進(jìn)行參考掃描，然后通過(guò)所述光學(xué)探頭沿著隊(duì)列長(zhǎng)度方向再次平移，進(jìn)行測(cè)試掃描。
16．根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的儀器，其特征在于，所述光源的光譜范圍與所進(jìn)行的樣品光學(xué)特性的測(cè)定有關(guān)，且儀器包括多個(gè)可插入所述光通道的不同選帶濾波器或干涉濾光器。
17．根據(jù)從屬于權(quán)利要求15的權(quán)利要求16所述的儀器，其特征在于，根據(jù)參考掃描的結(jié)果來(lái)選定合適的濾光器。
18．根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的儀器，其特征在于，所述光學(xué)探頭包括一個(gè)安裝有多個(gè)不同的選帶濾波器或干涉濾光器的托架，儀器可如此改裝和設(shè)計(jì)，以自動(dòng)將必需的光學(xué)濾光器引入光通道。
19．根據(jù)權(quán)利要求18所述的儀器，其特征在于，所述托架是一個(gè)可指引濾光器輪，并且儀器中提供了用于將輪和相關(guān)位置進(jìn)行指引的裝置。
20．根據(jù)權(quán)利要求19所述的儀器，其特征在于，所述濾光器輪被設(shè)計(jì)得與貼靠件裝置在光學(xué)探頭運(yùn)動(dòng)范圍的一端協(xié)同工作，以對(duì)輪按位置進(jìn)行指引；通過(guò)在所述運(yùn)動(dòng)范圍一端進(jìn)行光學(xué)探頭的可控往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這種設(shè)計(jì)能使濾光器輪被指引到任何所需的位置。
21．根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的儀器，其特征在于，所述光學(xué)探頭包括一個(gè)固體塊，以形成所述光源的安裝座、所述光探測(cè)器的安裝座及一個(gè)槽口，該槽口用于在儀器運(yùn)行中當(dāng)探頭移動(dòng)時(shí)，使容器得以通過(guò)光學(xué)探頭；還包括一個(gè)穿過(guò)所述塊的管道，以限定所述光通道并截?cái)嗨霾劭凇?br> 22．根據(jù)權(quán)利要求21所述的儀器，其特征在于，所述管道中提供了透鏡裝置，以形成基本平行的穿過(guò)所述槽口的光束。
23．根據(jù)從屬于權(quán)利要求18或19或20的權(quán)利要求21或22所述的儀器，其特征在于，安裝所述濾光器托架使得所述多個(gè)不同的帶通濾波器能夠被指引至由所述管道限定的光通道中。
24．根據(jù)權(quán)利要求21至23中任一項(xiàng)所述的儀器，其特征在于，所述固體塊帶有分立測(cè)試和參考光探測(cè)器的安裝座，所述塊提供了分立管道以限定分立測(cè)試和參考管道。
25．根據(jù)權(quán)利要求24所述的儀器，其特征在于，所述固體塊帶有與所述分立管道相關(guān)的分立測(cè)試和參考光源的安裝座。
26．根據(jù)從屬于權(quán)利要求15的權(quán)利要求24或25所述的儀器，其特征在于，利用參考管道進(jìn)行所述參考掃描，利用測(cè)試管道進(jìn)行測(cè)試掃描。
27．根據(jù)從屬權(quán)利要求12或13或14的權(quán)利要求26所述的儀器，其特征在于，所述微處理器單獨(dú)處理參考和測(cè)試探測(cè)器的輸出，然后結(jié)合參考和測(cè)試處理的結(jié)果來(lái)確定液體樣品的光學(xué)特性。
28．根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的儀器，包括調(diào)整供給所述光源或每個(gè)所述光源能量的裝置，以便確定其光譜輸出和/或強(qiáng)度。
29．根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的儀器，包括一個(gè)將信息輸入儀器的條形碼閱讀器，以使儀器在進(jìn)行特定光學(xué)特性測(cè)試時(shí)保持正常狀態(tài)。
30．根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的儀器，包括一個(gè)打印機(jī)和/或一個(gè)可視顯示屏。
31．結(jié)合附圖中的任一圖，在此基本描述了的儀器。
全文摘要
一種用于測(cè)定如醫(yī)療樣品等液體樣品光學(xué)特性的儀器,帶有一個(gè)光學(xué)探頭(21),其適合于掃描載有樣品容器的托架(12),首先在一個(gè)方向掃描,然后再反向掃描。光學(xué)探頭帶有參考和測(cè)試光源(22)及相應(yīng)的光探測(cè)器(28),并在探頭中提供了分立的光通道,以便讓參考和測(cè)試光束通過(guò)被掃描的樣品。在參考通道中提供了一個(gè)固定的帶通濾光器,而在測(cè)試通道中提供了載有多個(gè)不同的帶通濾光器的濾光器輪;根據(jù)參考掃描的結(jié)果,儀器被設(shè)計(jì)得可將所需的濾光器指引至測(cè)試通道中。光學(xué)探頭由一個(gè)可反轉(zhuǎn)步進(jìn)馬達(dá)(26)通過(guò)鋸齒狀傳動(dòng)帶(27)來(lái)驅(qū)動(dòng),這使得探測(cè)器的輸出信號(hào)與托架上的特定樣品相關(guān)聯(lián)。探測(cè)器的參考和測(cè)試信號(hào)進(jìn)行處理,使得樣品容器中的人工作用(如劃痕)引起的異常信號(hào)被忽略,并根據(jù)參考和測(cè)試掃描導(dǎo)出結(jié)果,通過(guò)一臺(tái)整體式打印機(jī)打印出來(lái)。儀器是緊湊型的(可被放入公文包),而且不需要專(zhuān)門(mén)的技能來(lái)使用,可利用整體式的條形碼閱讀器為進(jìn)行預(yù)定類(lèi)型的特定測(cè)試進(jìn)行編程。
文檔編號(hào)G01N33/543GK1237241SQ9719962
公開(kāi)日1999年12月1日 申請(qǐng)日期1997年9月11日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月11日
發(fā)明者約翰·歐內(nèi)斯特·福斯特·霍利 申請(qǐng)人:約翰·歐內(nèi)斯特·福斯特·霍利