CN105074432A - 具有基于led的光源的色谱分析*** - Google Patents
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Abstract
一种具有单个发射体的检测器***。该发射体具有用于发射多个波长的多个发光二极管(LED)。每个LED被适配成发射不同波长的光。宽带滤光器被适配成接收该多个波长。检测器装置被适配成接收由宽带滤光器所过滤的多个波长。控制器被适配成控制该多个LED和检测器装置。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年1月10日提交的美国临时申请No.61/751,227的权益,该申请通过引用结合于此。
背景技术
用于色谱分析***的很多检测装置根据将样品暴露于特定波长的能量以确定样品的物理性质的原理来操作。例如,经常测量样品的折射率或者紫外吸光度(absorbance)。通常以激光束为形式来提供能量,因为检测***对杂散(stray)能量检测非常敏感。
然而,基于激光器的***实现起来昂贵并且在改变检测参数方面缺乏灵活性。例如,要测量的每个特定性质可能需要具有相应的不同波长输出的不同的激光器。因此,改变检测参数对于很多色谱分析***可能是难以置信的并因此限制了科学进步。因此,需要一种改进的检测***。
发明内容
本发明的一些实施例涉及在色谱分析***(例如,用于280-320nm内的蛋白质纯化)的检测器中使用发光二极管(LED)光源。该光源可以是容纳在单个包装中的单、双、三倍或四倍LED设备。该***能够使用单独的源并多路复用它们以读到1、2、3或4个波长。宽滤光器(broadfilter)可被用于从LED构造中移除任何不想要的或杂散光伪像。
一些实施例涉及具有单个发射体的检测器***,该单个发射体包括用于发射多个波长的多个LED,每个LED被适配成发射不同波长的光。宽带滤光器被适配成接收该多个波长。检测器装置被适配成接收由宽带滤光器所过滤的多个波长。控制器被适配成控制该多个LED和检测器装置。
一些实施例涉及用于操作检测器***的方法。在该方法中,包括多个LED的单个发射体被控制成将多个波长发射至宽带滤光器,每个LED被适配成发射不同带(band)的光。检测器装置被控制成接收由宽带滤光器所过滤的多个波长。并且从检测器装置接收的参考信号和样品信号被处理以确定样品的性质。
在一些实施例中,单个发射体包括2-10个LED。
在一些实施例中,单个发射体包括4个LED。
在一些实施例中,单个发射体包括280nmLED和260nmLED。
在一些实施例中,单个发射体进一步包括320nmLED。
在一些实施例中,宽带滤光器具有260-320nm的带宽。
在一些实施例中,检测器装置包括被适配成检测样品的吸光度的样品检测器和参考检测器。
在一些实施例中,分束器位于宽带滤光器和检测器装置之间。
在一些实施例中,单独地操作所述多个LED中的每个LED。
在一些实施例中,操作所述多个LED以脉动。
附图说明
图1和2是根据很多实施例的用于控制基于LED的光源和相关的检测器装置的相应的***的示意图。
图3A和3B是根据很多实施例的相应的LED光源的示意性引脚图。
图4A-4C是根据很多实施例的相应的LED驱动器电路的示意图。
图5是根据很多实施例的示出了基于LED的色谱分析***的比较测试结果的曲线图。
具体实施方式
图1示出了用于控制基于LED的光源和相关的检测器装置的***100的示意图。***100可以是更大的***(诸如色谱分析***)的子***。
该***包括控制器102。该控制器可以是专用或通用计算***。该控制器通常包括至少一个处理器(CPU)和用于将该处理器连接至***设备、输入和输出的***总线,诸如模数(A/D)转换器。例如,可使用通信端口来将该控制器连接至广域网(诸如互联网)、鼠标输入装置或扫描仪。经由***总线的互连允许CPU与每个子***通信并控制来自***存储器或固定的盘片的指令的执行以及子***之间的信息的交换。***存储器和/或固定的盘片可包含计算机可读介质。
控制器102被连接至LED光源104。LED光源104包括单个发射体(emitterbody),该单个发射体包含多个LED。该多个LED中的每个LED被配置成发射相对于彼此不同且唯一的波长的能量。示例性的LED波长范围从260nm到320nm。控制器102将控制信号发送至LED光源。控制信号可使LED光源激活LED中的一个、全部或一个子集。进一步,可以脉冲激活LED中的一个、全部或一个子集。
LED光源104被布置成将能量输出至样品吸收池(cuvette)106,该样本吸收池保持诸如蛋白质分析物(assay)之类的样品。检测器装置108被布置成接收通过样品吸收池106的能量,即,没有被样品吸收池106内的样品所吸收的能量。检测器装置108可包括光电二极管和相关的信号放大器。通过该检测器装置生成模拟信号并将其发送至控制器的A/D转换器。
图2示出了***100的详细示例。这里,LED光源包括被容纳在单体内的4个LED。这些LED分别输出255、280、320和405nm波长。LED光源104被布置成将能量输出至孔径布置,该孔径布置包括用于将从LED光源发出的能量锥(aconeofenergy)向下减少为能量束(abeamofenergy)的灯孔110,视场光阑(fieldstop)112以及***孔径113。
该能量束被引导至宽带滤光器114,该宽带滤光器114帮助减少能量的杂散以及不想要的伪像(artifact)。宽带滤光器114可被配置成仅使260-320nm的带宽内的光通过。然而,LED输出和带宽过滤不限于UV波长。通常,宽带滤光器114的目标是仅使所使用的特定LED的波长下的光通过。例如,对于405nmLED,宽带滤光器将需要使多达至少405nm的光通过。当宽带滤光器仅使LED的波长的范围通过而没有其它范围通过时将实现最佳性能。因此,不同的LED波长的较宽的分布需要使相应的宽范围的波长通过的宽带滤光器;然而,此带宽必须与所需的性能输出相平衡,因为随着增加的带宽出现更高机会的不想要的伪像。
经过滤的能量束离开宽带滤光器114并且随后被双凸透镜116聚焦。经聚焦的能量束被引导至50/50分束器118以使得50%的能量束被引导至参考(reference)二极管120,该参考二极管120被耦合至控制器102。由参考二极管120所生成的信号被控制器102用作比较参考值。剩余的50%的能量束被引导至具有5mm光路的z路径流动池122。由流动池122所生成的信号被发送至控制器102以用于分析。
图3A示出了具有3个LED的LED光源的示意性的引脚图。LED光源被构造为单个发射体,诸如具有多个阳极-阴极(柱(post)和砧(anvil))结的管状或圆形结构,该多个阳极-阴极结共用单个印刷电路板和单个镜头罩(lenscase)。这里,引脚1是255nmLED的阴极引脚并且引脚3是255nmLED的阳极引脚。引脚5是280nmLED的阴极引脚并且引脚4是280nmLED的阳极引脚。引脚9是405nmLED的阴极引脚并且引脚7是405nmLED的阳极引脚。引脚2、6、8和10在该实施例中未被使用,但其可被用于1-2个附加的LED。
图3B示出了具有2个LED的LED光源的示意性的引脚图。这里,引脚1是255nmLED的阳极引脚并且引脚4是255nmLED的阴极引脚。引脚2是280nmLED的阴极引脚并且引脚3是280nmLED的阳极引脚。引脚5被连接至容纳LED的外壳(casing)(GND)。
图4A示出了控制器102的LED驱动器电路的示意图。这里,可买到的3通道恒定电流LED驱动器电路被用于驱动到(driveupto)三个LED。如果结合附加的LED,则可使用附加的驱动器。一个这样的驱动器是MaximIntegratedTM的MAX16823。控制器102使用反馈环来线性地控制来自每个输出的电流。一个或多个感测电阻器两端的电压与固定的参考电压进行比较并且放大误差以驱动特定通道的内部功率传递设备。在图4A中所示的特定配置中,同时驱动所有的LED,并且因此仅使用一个感测电阻器。
DIM1是通道1的低频调光(dimming)引脚输入。逻辑低关闭引脚OUT1并且逻辑高打开引脚OUT1,其是一个LED的电流调节器输出。引脚DIM2和3分别被类似地布置到通道2和3的引脚OUT2和OUT3。
CS1是感测放大器正引脚输入,其将之间的电流-感测电阻器连接至GND以为通道1编程输出电流电平。引脚CS2和CS2分别为通道2和3执行相同的功能。
REG是3.4V电压调节器的引脚,其连接至0.1μF电容器,该电容器接地(GND)。LCG引脚是LED检测定时设置。电容器可从LGC被接地以设置延迟时间。引脚LEDGOOD是开漏极(open-drain)输出。逻辑高指示LED连接在所有三个通道中是良好的。逻辑低指示开路(open)LED连接。
图4B示出了控制器102的LED驱动器电路的另一示意图。由于使用了相同的驱动器,所描绘的布局与图4A中所示的布局基本上相同,然而,这里,LED被独立地驱动并且因此每个通道包括单独的感测电阻器R1-R3。以此方式,每个LED通道并且因此每个LED可经由单独的感测电路被单独地驱动。
图4C示出了控制器102的LED驱动器电路的另一示意图。由于使用了相同的驱动器,所描绘的布局与图4B中所示的布局基本上相同,然而,这里实施了2个LED而不是3个,并且因此没有使用通道3。
图5示出了比较LED***100对传统的Hg灯和280nm滤光器(其是基准)的测量结果的曲线图。这里,***100被配置成输出280nm。如所示,LED***100的信号输出与基准几乎相同。因此,***100可提供与已知设备一样好的分析结果,同时提供多个输出的灵活性。
尽管以上描述包含许多特殊性,但这些不应被解释为对本发明范围的限制,而仅仅是作为一些实施例的说明。在考虑本公开的基础上,对本发明的很多可能的变型和修改对本领域技术人员来说将是显而易见的。
Claims (20)
1.一种检测器***,包括:
单个发射体,包括用于发射多个波长的多个发光二极管(LED),每个LED被适配成发射不同波长的光;
宽带滤光器,被适配成接收所述多个波长;
检测器装置,被适配成接收由所述宽带滤光器所过滤的所述多个波长;以及
控制器,被适配成控制所述多个LED和检测器装置。
2.如权利要求1所述的检测器***,其特征在于,所述单个发射体包括2-10个LED。
3.如权利要求2所述的检测器***,其特征在于,所述单个发射体包括4个LED。
4.如权利要求1所述的检测器***,其特征在于,所述单个发射体包括280nmLED和260nmLED。
5.如权利要求4所述的检测器***,其特征在于,所述单个发射体进一步包括320nmLED。
6.如权利要求1所述的检测器***,其特征在于,所述宽带滤光器具有260-320nm的带宽。
7.如权利要求1所述的检测器***,其特征在于,所述检测器装置包括被适配成检测样品的吸光度的样品检测器和参考检测器。
8.如权利要求7所述的检测器***,其特征在于,分束器位于所述宽带滤光器和所述检测器装置之间。
9.如权利要求1所述的检测器***,其特征在于,所述控制器被适配成单独地操作所述多个LED中的每个LED。
10.如权利要求1所述的检测器***,其特征在于,所述控制器被适配成使所述多个LED脉动。
11.一种操作检测器***的方法,包括:
控制包括多个发光二极管(LED)的单个发射体以将多个波长发射至宽带滤光器,每个LED被适配成发射不同带的光;
控制检测器装置以接收由所述宽带滤光器所过滤的所述多个波长;以及
处理从所述检测器装置接收的参考信号和样品信号以确定样品的性质。
12.如权利要求11所述的方法,其特征在于,所述单个发射体包括2-10个LED。
13.如权利要求12所述的方法,其特征在于,所述单个发射体包括4个LED。
14.如权利要求11所述的方法,其特征在于,所述单个发射体包括280nmLED和260nmLED。
15.如权利要求14所述的方法,其特征在于,所述单个发射体进一步包括320nmLED。
16.如权利要求11所述的方法,其特征在于,所述宽带滤光器具有260-320nm的带宽。
17.如权利要求11所述的方法,其特征在于,所述检测器装置包括被适配成检测样品的吸光度的样品检测器和参考检测器。
18.如权利要求17所述的检测器***,其特征在于,分束器位于所述宽带滤光器和所述检测器装置之间。
19.如权利要求1所述的检测器***,其特征在于,控制所述单个发射体包括单独地操作所述多个LED中的每个LED。
20.如权利要求1所述的检测器***,其特征在于,控制所述单个发射体包括使所述多个LED脉动。
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