[发明专利]一种基于导光金属毛细管的光度分析仪及其检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光度分析仪及其检测方法，特别涉及一种基于导光金属毛细管的光度分析仪及其检测方法，可用于液体和气体样品的吸光度测试。

背景技术

吸光度是重要的材料特性参数，测试样品的吸光度可以获知样品的成份和浓度等相关信息，并且光学检测具有抗电磁干扰和快速响应的特点。因此，基于吸光度检测的分光光度计(或称比色计)，广泛用于生化分析领域。对于分光光度计或比色计，测试时需要将待测样品和标准样品分别置于不同的比色皿中，通过更换比色皿进行对比测试(Sensors and Actuators B，191，561-566(2014))。因此，现有的测试方法，通常需要来回更换比色皿，使得测试时间增加、测试精度降低。此外，为了提高测试精度，需要增加比色皿的厚度(即增加样品对探测光的吸收长度)，这使得比色皿的体积增大、需要的样品量也增多。专利CN201210105716.9虽然公开了把毛细管用于比色分析领域，但是存在以下问题：光源穿过毛细管时，光源可能随着光路距离的增加，光源会发散而穿出毛细管；也可能操作时入射光光路偏移毛细管中心线，光源穿出毛细管，此时将会严重降低测试精度。

为此，人们发明了一种液体导光毛细管波导(美国专利US 5,507,447)，涉及两种结构：结构1，采用一种低折射率的有机塑料(其折射率约1.3)制备毛细管，由于该塑料的折射率小于水的折射率1.33，当入射角大于临界角77.8°时入射光束会在液体与塑料的界面发生全反射，从而将入射光束限制在毛细管中传输；结构2，则采用一种低折射率的有机塑料(其折射率小于水的折射率1.33)包覆玻璃毛细管，由于该塑料的折射率小于玻璃的折射率，当入射角大于临界角77.8°时入射光束会在玻璃与塑料的界面发生全反射，从而将光束限制在毛细管中传输。但是，所采用的低折射率塑料，其内部分布着孔隙。对于结构1的毛细管波导，低折射率塑料中的孔隙会吸附液体，导致毛细管污染，干扰检测结果；对于结构2的毛细管波导，由于石英的折射率要比塑料和水的折射率大，光波更倾向于在石英管测壁内传输，而不是在液体中传输，因此会降低检测精度。此外，对于这两种结构的毛细管波导，有机塑料的多孔结构对入射光会产生散射作用，从而降低检测精度；并且要满足全反射条件，光的入射角需要大于77.8°，因此不能通过大幅降低入射角来提高入射光在毛细管中的光程，并且毛细管的弯曲半径不能太小(即不能通过大幅弯曲毛细管，来降低尺寸)，否则光会泄露到毛细管外面。

为了解决上述导光毛细管的不足，采用另一种毛细管光度计：采用在玻璃毛细管的内壁或外壁镀金属膜，从而将光束限制在玻璃毛细管中传输(Applied Spectroscopy，1554-1558，vol.51，1997)。这种结构的不足之处：如果在毛细管内壁镀膜，则工艺很复杂；如果金属膜镀在毛细管外壁，由于玻璃的折射率比水的折射率大，因此光波倾向于在石英管的测壁内传输，而不是在液体中传输，因此会降低检测精度；此外，镀膜形成的金属表面，其光滑度和致密度较低，因此对光的散射较大、传输损耗较大。

因此设计研发新的吸光度测试方法，简化测试系统、缩短测试时间、减少样品需求量、并提高检测精度，是本发明的创研动机。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种不需要来回更换盛液槽、增加样品对探测光的吸收长度且能减小检测仪器体积、样品需求量小、光通量高、检测精度高的基于导光金属毛细管的光度分析仪及其检测方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种基于导光金属毛细管的光度分析仪，包括光源、光探测器和导光金属毛细管，其特征是：所述导光金属毛细管的侧壁可以反射光波，所述光源发射的探测光束经导光金属毛细管侧壁全反射被约束在导光金属毛细管中传输，光探测器接收从导光金属毛细管中射出的探测光束；所述导光金属毛细管一端设有样品入口，所述导光金属毛细管另一端设有样品出口，待测样品流经导光金属毛细管。该分析仪利用导光金属毛细管来引导探测光束和待测样品的传输，由于金属表面对光的全反射不存在临界角限制，并且金属毛细管内表面的波纹起伏使得探测光束的入射角发生改变，从而可以大幅增加探测光束在样品中的传输光程，提高了检测精度；此外，由于导光金属毛细管的内部体积很小，需要的样品量也很少，因此可以进行样品的快速切换，从而缩短样品切换时间、减少噪声影响、提高检测精度。

本发明涉及的基于导光金属毛细管的光度分析仪，还具有以下附属技术特征：