专利名称：荧光检测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种检测在用激励光照射样品时样品发出的荧光的荧光检测器，该荧 光检测器主要与液相色谱法、流动注射分析仪等一起使用。
背景技术：
通常的荧光检测器构造为在激励侧用从分光仪提取的特定波长的激励光照射包 含待测样品溶液的样品池。样品溶液发出的荧光通过荧光侧的分光仪，使荧光的波长分散， 将荧光引入光电检测器，在该光电检测器处检测荧光。通常，由石英玻璃等制成的矩形池用 作样品池。但是，当检测器使用液相色谱法或流动注射分析仪时使用流通池。图5示出了典型荧光检测器(例如见专利文献1)的光学系统的示意图。样品溶 液S，例如，已经通过液相色谱柱的溶液，流经由诸如石英玻璃这样的透明材料制成的流通 池3。激励侧分光仪2从光源单元1发出的光提取具有特定波长的光。提取出的光作为激 励光Lex照射到流通池3上。样品溶液中的目标成分受到激励光Lex激励且发出荧光Lm， 该荧光Lm通过流通池3，到达荧光侧分光仪4。荧光侧分光仪4提取具有特定波长的荧光， 且检测器5检测荧光强度。通过上述结构，随着入射到流通池3的激励光Lex通过样品溶液S，激励光Lex被 样品溶液S吸收和减弱。这意味着在流通池3中位于流通池3的纵向方向上中更远端的点 处产生的荧光Lm(即，在远离激励光Lex的入射点的位置处产生的荧光Lm)将比在更邻近 点(即，更靠近激励光Lex的入射点的点)处产生的荧光Lm强度更弱具有更小的强度。样 品溶液S导致的激励光Lex的吸收和减弱随着样品浓度增加而变大。这意味着随着样品浓 度增加，样品浓度和检测到的荧光强度之间的线性关系劣化。图6是示出了样品浓度和荧 光强度之间关系的示意图。该图表明随着样品浓度增加，点线从直线的偏离增加。使用荧光检测器，一般的实践是使用已知浓度的标准样品的测量结果来提前制作 校准曲线，且参考该校准曲线来确定未知样品的样品浓度。一般地，基于样品浓度和荧光强 度之间的关系可以线性近似这一假设来制作校准曲线。这意味着上述二者关系之间关系的 线性不良使计算出的浓度的准确性变差。具体而言，因为样品的荧光强度倾向于在较高浓 度变得饱和，所以浓度值随着浓度增加而变得更不准确。最终导致测量的动态范围不足。现有技术文献专利文献专利文献1 未审查的日本专利申请公开2008-116424

发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，且本发明的目的是提供一种即使对于高样品浓 度也改善样品浓度和荧光强度之间的线性关系，从而改善了测量的动态范围的荧光检测器。用于解决上述问题的本发明是一种荧光检测器，其包括样品池，其用于保持样品；激励光学系统，其用激励光照射所述样品池；荧光测量光学系统，其用于检测样品响应 于激励光而发出的荧光；荧光检测器包括荧光调节光学系统，在荧光调节光学系统中包括 成对提供的光束限制装置和聚光装置，该光束限制装置具有在激励光在样品池中的通过方 向上具有预定长度的孔径，并且该光束限制装置靠近所述样品池安装，以阻挡样品发出的 但不通过孔径的荧光，聚光装置对通过光束限制装置的孔径的荧光进行会聚，并且将该荧 光引导到荧光测量光学系统，以及该荧光检测器还包括用于更换或切换荧光调节光学系统 使得孔径长度能够选自至少2种或更多种类型中的任意一种类型的机制。此处，激励光学系统包括光源、激励侧分光仪等，且荧光测量光学系统包括荧光侧 分光仪、光电检测器(光电倍增管等)等。样品池可以是流通池，样品溶液通过该流通池流 动，或者可以是保持样品溶液的矩形池等。而且，样品池可以是允许来自激励光学系统的激 励光仅在一个方向通过样品溶液的样品池，或者可以构造有反射镜，该反射镜位于与激励 光入射侧相对的一侧，使得通过样品溶液的激励光被反射镜反射且再次以相反方向通过样 品溶液(即，使得激励光来回通过样品溶液)。使用根据本发明的荧光检测器，光束限制装置具有这样的孔径，无论该孔径长度 如何，都可以允许从到所述样品池的激励光的入射侧发出的荧光通过所述孔径。而且，聚光 装置具有不同的光学属性和光学布局，使得根据孔径的长度和位置而属性可能不同的激励 光被正确地引导到荧光测量光学系统。作为一个示例，聚光透镜可以用作聚光装置。使用根据本发明的荧光检测器执行荧光分析，如果已知待测样品的样品浓度的范 围通常高，则执行分析的人员使用包括相对短孔径长度的光束限制装置的荧光调节系统执 行测量。为解释这点，通过使用包括荧光调节光学系统的设备测量已知浓度的样品，来制作 校准曲线。然后，使用校准曲线来执行对未知样品的定量分析。通过使用具有短孔径长度 的光束限制装置，允许在靠近到样品池的激励光的入射侧的区域中发出的荧光(即，激励 光产生足够荧光的区域中发出的荧光)通过孔径，但是阻挡在远离激励光的入射侧的区域 中发出的荧光。这意味着相对于样品浓度变化，强度变化微小的荧光不反映在测量结果中， 这进而改善了荧光强度和样品浓度之间的线性关系。这改善了在高浓度范围中计算浓度的 准确性。因为阻挡了一部分荧光，所以荧光的使用效率降低。然而，因为通过孔径的荧光被 聚光装置有效地引导到荧光测量光学系统，所以即使与孔径长度大的情况相比，入射到荧 光测量光学系统的荧光的量没有明显减小。这允许进行具有足够灵敏度的测量。另一方面，如果已知待测样品的样品浓度的范围通常为低，则执行分析的人员可 以使用包括具有较长孔径长度的光束限制装置的荧光调节光学系统来执行测量。在这种情 况下，与荧光调节光学系统包括短孔径长度的光束限制装置的情形相比，即使样品浓度和 荧光强度之间的线性关系降低，只要浓度范围低，则可以使用线性高的范围。而且，因为可 以高效地使用荧光，所以可以高灵敏地测量低浓度的样品。根据本发明的荧光检测器的一个优选模式是将荧光调节光学系统构建为一体式 组件，使得通过更换该组件能够选择至少2种或更多种类型的孔径长度。为此，使用这种的 结构其中具有预定孔径长度的光束限制装置与可以针对孔径长度来调节光学属性的聚光 装置构造为一体式组件。使用这种结果，除了作为集成组件的荧光调节光学系统组件之外，通常使用诸如激励光学系统、荧光测量光学系统、样品池等其他组件，使得通过更换已安装的荧光调节光 学系统组件，可以简单地执行适于样品浓度的测量。这简化了执行分析的人员的操作且消 除了繁琐的调节工作等。如上所述，根据本发明的荧光检测器即使在样品浓度高时仍改善样品浓度和荧光 强度之间的线性关系，从而改善了基于校准曲线计算出的样品浓度的准确性。其结果是可 测样品浓度的上限升高，这进而意味着测量的动态范围的改善。


图1示出了根据本发明的荧光检测器的一个实施方式中的光学系统的示意图。图2示出了图1的光学系统的具体结构。图3示出了图2中荧光调节光学单元的外视图和截面图。图4是示出了荧光强度和样品浓度之间的关系随着光束限制单元的孔径长度如 何变化的曲线图。图5示出了典型的以前的荧光检测器中的光学系统的示意图。图6示出了以前的荧光检测器中的样品浓度和荧光强度之间的关系的曲线图。附图标记1 光源单元2 激励侧分光仪3 流通池4 荧光侧分光仪5 检测器6:光束限制单元6a，6b:孔径7 聚光透镜S 样品溶液10 池壳11 聚光透镜12:凹反射镜20 荧光调节光学单元21 透镜架21a 底板21b 孔22 :0_ 环
具体实施例方式接下来参考附图描述根据本发明的荧光检测器的一个实施方式。图1示出了本实 施方式的荧光检测器的光学系统的示意图。图2示出了本实施方式的荧光检测器中的光学 系统的具体结构。图3示出了图2中所示的荧光调节光学单元的外视图和截面图。相同的参考标记用于表示图1和图5中相同的组成元件。从图1和图5的比较可以明显看出，在根据本实施方式的荧光检测器中，光束限制单元6和聚光透镜7布置在流通 池3和荧光侧分光仪4之间。光束限制单元6具有在激励光Lex的通过方向(图1中的水 平方向)上具有预定长度的孔径6a (6b)，使得在流通池3中的样品溶液S发出的荧光中，仅 通过孔径6a (6b)的荧光进入到聚光透镜7，荧光聚光透镜7对荧光进行会聚且经由凹反射 镜12引导到荧光侧分光仪4。在荧光侧分光仪4，通过入射狭缝41的荧光的波长被凹衍射 晶格42分散，使得仅具有特定波长的荧光通过出射狭缝43，到达检测器5。图1的(b)示出了长度在激励光Lex的通过方向上长的孔径6a安装到光束限制单 元6上的情形。图1的(a)示出了长度在激励光Lex的通过方向上短的孔径6b安装到光 束限制单元6上的情形。在垂直于纸平面[绘图平面]的方向上孔径6a和6b的宽度二者 相同。如图1中(b)所示的示例，流通池3中样品溶液S发出的几乎所有荧光通过聚光透 镜7，到达荧光侧分光仪4。这种结构实质上与图5所示的典型的以前的荧光检测器相同。 与此对照，如图1中(a)所示的示例，因为孔径6b仅位于激励光Lex的入射侧，所以在远离 激励光Lex的入射侧的区域中发出的荧光，S卩，在激励光Lex通过样品溶液S已经行进了一 定距离之后发出的荧光，被光束限制单元6阻挡且不入射到聚光透镜7上。从图1(a)可以 明显看出，这意味着仅在靠近激励光Lex的入射侧的区域中发出的光被反映在检测器5检 测到的荧光强度中。换句话说，如果样品浓度高，则因为在通过过程中[通过采样样品]的 吸收，在激励光Lex不完全到达的区域中发出的荧光被丢弃且不反映在荧光强度中。诸如图2所示的透明流通池3安放在不透明池壳10内。激励光通过结合到池壳 10中的聚光透镜11入射到流通池3的入射侧表面。尽管在图2中没有示出，在流通池3的 侧面(图2中的正面和背面)上形成有样品溶液的入口和出口。在一个组件中集成有光束 限制单元6和聚光透镜7的荧光调节光学单元20可拆卸地安装在池壳10上。通过更换荧 光调节光学单元20，来完成图1所示的、特征在于在激励光Lex的通过方向上长度不同的孔 径6a和6b的选择。图3中(a)、(b)和(c)分别示出了荧光调节光学单元20的左视图、正视图和右视 图。图3中(d)示出了沿着线a-a提取的且从图3中(a)的箭头方向看到的截面图。这些 图示出了适于测量具有较低浓度的样品的标准单元。荧光调节光学单元20是具有底面的圆柱形且包括由树脂制成的透镜架21、用作 聚光透镜7的凹透镜和弹性0-环22。在荧光调节光学单元20安装到池壳10上时，透镜架 21的底板21a接触流通池3，且底板21a用作光束限制单元6。在底板21a中形成的孔21b 用作孔径6a (或6b)。聚光透镜7安放在透镜架21内。0-环22固定到在透镜架21的内 周壁上形成的凹槽中，使得0-环22压在聚光透镜7上且将其保持在适当的位置。在图3的(c)中，孔21b(孔径6a)的长度Ll是4mm。另一方面，在作为用于测量 高浓度样品的单元的右视图的图3的(e)中，孔21b(孔径6b)的长度L2是1.5mm，小于Li。 从图2明显看出，当孔21b (孔径6a，6b)的长度不同时，入射到聚光透镜7的荧光的入射角 范围以及产生荧光的位置的范围变得不同。然而，凹反射镜12必须相对于总是位于同一位 置的入射狭缝41会聚荧光。因为这点，聚光透镜7的光学属性(诸如焦距)和光学布局 (诸如光束限制单元6和聚光透镜7之间的距离)必须依照孔21的不同长度而变化。为 此，光束限制单元6和聚光透镜7成对形成，使得更换荧光调节光学单元20的替换必须需 要更换包括光束限制单元6和与其匹配的聚光透镜7的一对。
图4是示出使用上述两种类型的单元——高浓度样品测量单元(图3(e))和标准 单元(图3(c))实际测得的样品浓度和荧光强度之间的关系的图。使用的样品是硫酸奎宁。 在图中，点线示出了线性关系，以更好地阐述两个曲线的曲率。当使用高浓度样品测量单元时，样品溶液S发出的一部分荧光被光束限制单元 (底板21a)6故意阻挡。因为这点，荧光强度通常比使用标准单元时获得的荧光强度低。然 而，使用标准单元，非线性更大且在相对高浓度范围内明显偏离线性关系。与此对照，使用 高浓度样品测量单元，线性得到改善，并且即使在高浓度范围内也保持线性关系良好。如图 1的(a)所示，原因在于当使用高浓度样品测量单元时，在位于远离激励光的入射侧的区域 中产生的荧光不反映在最终的荧光强度中，使得样品溶液S对激励光Lex的吸收效应基本 不反映在样品浓度和荧光强度之间的关系中。这意味着当在池壳10上安装高浓度样品测 量单元且使用已知浓度的样品制作校准曲线且使用该校准曲线来量化未知样品时，即使在 高浓度范围中也能根据荧光强度准确地计算样品浓度。即便在低浓度范围也可以使用上述校准曲线。然而，如上所述，当使用高浓度样品 测量单元时，荧光强度本身稍有降低，在低浓度范围中这在S/N比等方面并不合适。因而， 如果样品浓度相对较低，则使用标准单元更好。为此，通过在池壳10上安装标准单元且使 用已知浓度的样品来制作校准曲线且然后使用该校准曲线来量化未知样品，可以根据荧光 强度高精确度和高度灵敏地计算样品浓度。为了进一步解释，如果在使用本实施方式的荧光检测器执行测量时提前知道待测 样品的浓度高，则执行分析的人员应将高浓度样品测量单元安装到池壳10上以执行测量。 另一方面，如果提前知道待测样品的浓度低或者如果样品浓度完全未知，则执行分析的人 员应将标准单元安装到池壳10上以执行测量。在后一种情况中，如果未知样品的测量结果 表明样品浓度高，则建议在池壳10上安装高浓度样品测量单元且重复从制作校准曲线到 执行测量的任务，从而提高量化准确度。这样，即便在样品浓度高，和以前的荧光检测器相 比，可以更高精度地计算浓度。使用上述实施方式，以两种类型提供激励光Lex的通过路径中的孔径长度，但是 很明显，孔径长度类型数可以进一步增加。而且，除了更换荧光调节光学单元本身，可以使 用以下结构，其中可以使用同步变化的聚光装置(诸如聚光透镜)，来人工或自动地切换光 束限制单元6的孔径长度。而且，上述实施方式仅是本发明的一个示例，并且显然，在不脱离本发明的范围的 情况下，可以对本发明的主旨进行各种改型、修改和添加。
权利要求
1.一种荧光检测器，该荧光检测器包括样品池，其用于保持样品；激励光学系统，其用激励光照射所述样品池；荧光测量光学系统，其用于检测样品响应于激励光而发出的荧光；以及荧光调节光学系统，其包含光束限制装置，该光束限制装置具有在激励光在所述样品 池中的通过方向上具有预定长度的孔径，并且该光束限制装置靠近所述样品池安装，以阻 挡样品发出的但不通过所述孔径的荧光；聚光装置，其用于对通过光束限制装置的孔径的 荧光进行会聚，并且将该荧光引导到所述荧光测量光学系统，所述光束限制装置和所述聚 光装置成对地提供；以及更换机构，其用于更换或切换所述荧光调节光学系统，使得孔径长 度能够选自至少2种或更多种类型中的任意一种类型。
2.根据权利要求1所述的荧光检测器，其中，所述光束限制装置包括这样的孔径，不管 所述孔径长度如何，从到所述样品池的激励光的入射侧发出的荧光能够通过该孔径。
3.根据权利要求2所述的荧光检测器，其中，所述荧光调节光学系统是集成组件，使得 通过更换所述组件能够选择至少两种或更多类型的所述孔径长度。
全文摘要
本发明涉及荧光检测器，以改善样品浓度高时浓度和荧光强度之间关系的非线性，由此提高测量的动态范围。如果已知待测样品的浓度高，则使用在激励光(Lex)的通过方向上孔径(6b)短的光束限制单元(6)，使得仅从靠近激励光入射侧的区域发出的荧光被聚光透镜(7)会聚并导入荧光侧分光仪(4)且被检测。在这种情况下，因为从通过样品溶液(S)并且被样品溶液(S)强吸收的激励光之后的区域发出的荧光不反映在测量结果中，所以尽管荧光数量有所减小，但是浓度和荧光强度之间关系的线性得到改善，因而改善了在高浓度下的量化准确性。如果样品浓度低，则使用具有长度在激励光(Lex)的通过方向上长的孔径(6a)的光束限制单元(6)来改善灵敏度。
文档编号G01N21/01GK101995399SQ20101025528
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月13日 优先权日2009年8月19日
发明者军司昌秀 申请人:株式会社岛津制作所