[发明专利]用于离心机的紫外线扫描系统

说明书

本发明涉及离心机。更确切地说，是关于一种光学扫描系统，该系统能在离心过程中动态地跟踪样品内的分层过程。

装备带有样品室的离心机转子以及在离心时观测样品室都是公知的。具体地说，在现有技术中光源是被准直的。被准直的光线向下照射，经过其上部和下部的窗口穿过样品室，而且该光线恰好平行于样品点处的样品分层平面穿过;成象系统把样品图象重新聚焦到扫描狭缝的平面上。光通过该扫描狭缝如同通过一个干涉滤光片一样。与此扫描狭缝毗邻的光电探测器能够对进行离心时各光频带进行动态探测。

让准直光只平行于旋转着的转子半径这是公知的，这样能增加照射在样品上的光强度，并且使样品的层状结构清晰可见。

现有技术与本发明之间存在着重要的区别。具体地说，在现有技术中准直仅产生在样品的径向上。如下面将提到的那样，利用具有超环曲面和刻划线且分别有两不同曲率的反射镜，能在分出的高强度、频率选定的单色光下检验样品，其中样品的衍射梯度变化对被扫描的样品图象影响不大。

现代的离心技术要求在样品进行分层的同时，对样品的层状分层进行探测。不幸的是这样的样品几乎全部是不透明的，于是就要求有效地利用照明辐射。

再则，既需要单色扫描、又需要改变单色扫描的频率。也就是说，在被检测样品上照射的光波长必须是变化的。所有这些都必须发生在样品的离心机处理过程的时域中。这个时域包括转子以100，000转/分的速度旋转。

已经发现公知技术中的光学扫描技术，其光学敏感度与精确程度不能满足跟踪某些样品的要求，同时又太复杂;并且没有足够好的准直性能来获得好的空间扫描分辨率;当样品中存在高折射率梯度时也不能使用，而且在波长下降到200毫微米时就不能工作。

现将本发明概述如下。一个被离心作用的样品，在离心过程中被光扫描。这个样品位于离心机的转子中，该转子有一个带窗口的样品室，最好是一个具有顶部和底部窗口的容器，使样品旋转直到出现分层并在样品里产生分层的层状结构。这样的层状结构正好垂直于样品点处的离心半径且平行于离心机的转动轴。光源只在样品平面内进行准直，这个平面包括离心机的转轴且穿过样品。准直光线精确地平行于离心机的转轴，并穿过样品的层状结构或层状分层。光通过具有两个曲率的超环面反射镜，同时完成光的准直和滤色（分色）。该反射镜的具有一个相应曲率半径的柱形用来完成光的准直;具有另一个相应曲率半径的反射镜刻线用来完成光的分色，这部分光在垂直于样品平面的平面中被滤色（分色）但未被准直。一狭缝扫描器具有一个垂直于样品平面的缝隙，在样品室下方横向扫过样品的宽度，这样横移的狭缝扫描器精密地探测样品室中层状分层的准确位置。

本发明公开了一个最佳光路，包括一个20，000瓦的高强度频闪点光源，该点光源穿过直径为1mm或更小的孔，射到位于样品室内样品点上方的超环面的衍射光栅上，在样品平面中光栅为园柱形截面。这个光栅在样品平面内象反射镜一样起光的准直作用，其中样品平面精确地垂直于转动样品中所形成的分层。

在反射镜上，沿垂直于样品平面方向刻线形成一衍射光栅。园柱形截面的曲率是这样选择的，即光栅绕其轴转动时不使光准直。光穿过样品点，并对其进行频闪。光源发出的光照射到放置在样品室上方的反射镜上，被分色。光以大约5毫微米的带宽穿过样品室射向下面的狭缝扫描探测器，其下面带有一个光电探测器。这个带有光电探测器的狭缝扫描探测器可精确地探测离心过程中样品室内形成的层状分层的位置。

反射镜可绕一个轴倾斜，这个轴包括在旋转轴线和样品点半径组成的平面中。反射镜倾斜轴最好是垂直于转子转轴。使反射镜上的刻线呈不等间距分布，以至于简单的倾斜时不必调整反射镜对于样品的聚焦，即可提供所需的单色光输出。由此得出一个光学检测系统，该系统要允许在光衰减达10⁴之多时，能以高分辨率的分立频带，紧紧地跟踪离心作用的动态过程。

本发明的目的之一是在离心机转动对样品作扫描时，增加照明强度。据此，一个小孔光源对着样品瞬时频闪。光源发出的光射到位于样品正上方的反射镜上，经反射镜的反射向下，在离心机的转动轴与样品点半径组成的平面中，反射镜最好具有一个柱面形表面。被准直的光准确地平行于离心机转轴，并在样品点与转子转轴组成的样品平面之中。狭缝扫描探测器通常在样品下面相对于样品面有一个移动。在离心过程中动态地形成层状分层时，借助于它们的光吸收作用，这个探测器精确地鉴别层状分层。