[发明专利]具有集成内部反射元件的样品容器

说明书

一种在ATR‑FTIR光谱仪中使用的样品容器(100)，包括内部反射元件“IRE”(101)，IRE包括第一表面(104)和第二表面(105)。第一表面(104)被构造成接收样品(20)，第二表面(105)是红外光束接收表面。IRE(101)形成样品容器(100)的壁的至少一部分，使得在使用中，当样品(20)被提供在IRE(101)的第一表面(104)上时，样品(20)被设置在样品容器(100)内。

技术领域

本发明涉及用于执行红外光谱学分析的设备和方法，并且特别地但不排他地涉及用于执行ATR-FTIR光谱学分析的设备和方法。

背景技术

傅立叶变换红外(FTIR)光谱技术是一种在化学、生物和材料科学中常用来识别样品中存在的化学键的特征性振动的技术。该技术依赖于以下事实：不同的化学键(诸如C-O与C＝C)以不同的频率振动，以及键吸收处于对应于其特征性振动的频率的光，即中红外(MIR)光：约4000-400cm^-1。

因此，如果样品在MIR区域上被辐射，则不同的键吸收相对于存在于样品中的化学键类型而存在的光。由于化学键类型的相对量对于特定分子而言是独特的，所以FTIR可以用于表征和量化样品中的复杂生物分子。

对生物样品进行FTIR采样的关键挑战之一是样品既包含目标分子，又包含非目标MIR吸收分子。通常，非目标分子的浓度将高于目标分子的浓度，诸如非目标分子包括样品的溶剂(例如水)时。因此，应当使用使得来自目标分子的信号的清晰度最大化的技术。

在FTIR光谱技术中有三种主要采样方法：透射、反射和衰减全反射(ATR)。

透射模式是使MIR穿过样品并随后测量吸光度。当光透射通过样品时，该技术依赖于样品的厚度(如果发生吸光过多的情况，则无法测量有意义的吸光度曲线)以及其中非目标MIR吸收分子(例如水)的含量。对于标准炽棒光源，当考虑酰胺振动时，样品的厚度被限制为约6微米。

反射模式是使MIR穿过样品一次，并且在被测量之前被反射并穿过第二次。当它穿过样品两次时，这又依赖于样品的厚度和非目标MIR吸收分子(例如水)的含量。

另外，光与反射表面的相互作用可能影响样品的吸光度曲线。

最后，在ATR模式下，使用内部反射元件(IRE)：将样品放置在IRE附近，并使MIR光穿过IRE，通过样品并进入检测器。光穿过IRE时使用的角度对于用于形成IRE的材料的折射率而言是特定的。用于创建IRE的典型材料包括金刚石、锗、硒化锌或硅。

当光以超过用于创建IRE的材料所限定的角度(临界角)穿过IRE时，光在IRE中朝向检测器被内部反射。然而，当光遇到IRE-样品界面时，形成隐失波，该隐失波穿透样品并被样品吸收。可以通过检测器来测量隐失波的吸光度。

隐失波的穿透深度由下述因素确定：光的波长、用于形成IRE的材料的折射率以及光在IRE上的攻角。通常，样品穿透约0.5-2μm。

这样，由于穿透的路径长度/深度与样品厚度无关，所以ATR-FTIR光谱技术非常适合于分析包含非目标MIR吸收分子(例如水)的样品，诸如包含生物材料的样品，特别是生物流体，诸如血液、血清或脑脊液。生物流体的信息特别丰富，因此ATR-FTIR光谱技术的灵敏度特别适合。已表明该技术适用于检测疾病：已表明该技术能够使用血清诊断一系列严重程度的脑部肿瘤(Hands等人于2016年；Hands等人于2014年)。此外，ATR-FTIR非常适合于包含生物大分子的样品，诸如DNA扩增步骤或蛋白质纯化步骤的产物。

有利地，可以在内部反射元件(IRE)上进行样品的分析，该内部反射元件被构造成允许样品被容易地设置在IRE的样品接收表面上，并且使得IRE的光束接收表面可以被布置在用于分析样品的光谱仪中。除了生物样品外，这类样品通常还可以呈如下形式：水性和非水性液体，诸如但不限于油、乳剂、凝胶、胶、溶液；以及固体样品，诸如粉末、晶体和聚合物。