專利名稱：流動性異質(zhì)材料的中紅外光譜分析的制作方法
流動性異質(zhì)材料的中紅外光譜分析本發(fā)明涉及一種通過中紅外光譜分析(此處定義為利用2.5 u m-10 i! m之間的光譜區(qū)內(nèi)的波長)定量測定流動性異質(zhì)材料組分的系統(tǒng)和方法，具體地涉及測定一種其中懸浮顆粒的液體(最具體地是含脂乳液)的組分參數(shù)。已知為了測定樣品組分，該樣品例如是含脂液體樣品(具體地是血液、乳液或乳液產(chǎn)品樣品)中的一種或多種脂肪、乳糖、葡萄糖、蛋白質(zhì)、尿素和/或摻雜物，或例如是谷粒中的一種或多種蛋白質(zhì)、水分和/或淀粉，是通過中紅外衰減技術(shù)。根據(jù)這類技術(shù)，該樣品要通過在中紅外光譜范圍中透射進入該樣品輻射來進行調(diào)查。然后，對由該樣品引起的正調(diào)查的中紅外輻射的衰減進行測量。用于測量的系統(tǒng)或儀器包括多個中紅外衰減測量工具以及多個計算工具，其中中紅外衰減測量工具用于測量該樣品在多個波段(最通常跨越一個連續(xù)光譜范圍)中的紅外衰減，而基于該樣品的所測量的中紅外衰減值，計算工具被適配成為計算該樣品中感興趣的組分的濃度。該計算是使用一個校準或預(yù)測模型來進行的，通過該模型在感興趣的組分與測量的中紅外衰減值之間建立了一種關(guān)系。
與對例如乳液樣品的中紅外測量關(guān)聯(lián)的一個問題是，計算的結(jié)果(因為直接分析結(jié)果是使用標(biāo)準化學(xué)參考方法獲得的結(jié)果，所以它通常被稱為間接的或預(yù)測的結(jié)果)是隨該樣品中的變化的粒(在此是脂肪球)度分布而變化的。這在理論上是可以證明的，如將進行討論。假設(shè)具有8毫米直徑的試管裝滿含有4%脂肪的原料乳液。對于中紅外輻射，一個典型的穿過該樣品的光路是0.05毫米。該試管的有用的(即被照亮的)體積可以估算為2.5mm3。脂肪含量為按重量計4%，并且典型地，乳液的密度是0.93g/ml，這導(dǎo)致了 0.12_3左右的存在于該試管中的脂肪的一個體積。異質(zhì)(未均質(zhì))脂肪球具有直徑在4 ii m和10 ii m之間的級別。假定這些粒度分布遵循泊松分布，那么在一個試管中脂肪測定的理論重復(fù)性可以如表I所示計算得出，其中最后一行代表裝滿對脂肪球的不同大小進行計算的未均質(zhì)乳液的試管中脂肪的重復(fù)性。
表I
直徑 4 5 6 7 8 9 10(|xm)________
體積
(X10-8 3.35 6.54 11.3 18 26.8 38.2 52.4 mm'1)________
個, 3.226 1.652 0.956 0.602 0.403 0.283 0.206 (xlO6)________
R (rel) 0.056 0.078 0.102 0.129 0.157 0.188 0.220
R(abs) 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.008 0.009如合理預(yù)期，該重復(fù)性會隨著脂肪球的直徑的增長變差。然而，與觀察一個試管里保持靜止的未均質(zhì)乳液的那些相比，這些遠遠更好，該試管中典型地會獲得高達0.1的絕對重復(fù)性。為了緩解這個問題，用于測量的已知儀器或系統(tǒng)被適配成在它們的測量室中對均質(zhì)樣品進行測量，并且包含多個內(nèi)置勻漿器，該勻漿器應(yīng)該確保經(jīng)受測量的不同樣品已經(jīng)受相同均化，使得它們具有相同粒度分布?？梢匀菀椎赜脤嶒炞C明，觀察試管中保持靜止的未均質(zhì)乳液的重復(fù)性非常接近上面提到的理論值。在乳液中，例如勻漿器是打算工作來提供0.2 i! m和2 i! m之間的粒度。然而，該儀器的系統(tǒng)的勻漿器要經(jīng)受機械磨損，這就意味著他們的均質(zhì)化效率會隨時間降低，由此導(dǎo)致脂肪球粒度分布的變化，并且因此測量更不準確。避免需要勻漿器的一個解決方案提供在W092/17767中。在此它披露了，應(yīng)該在1160CHT1 (8.62iim)和1350CHT1 (7.41 y m)之間的紅外光譜區(qū)中對一個試管內(nèi)保持靜止的異質(zhì)(未均質(zhì)的)乳液樣品進行中紅外衰減測量。這代表了在該區(qū)域中C-O化學(xué)鍵吸收能量，并且發(fā)現(xiàn)不受來自脂肪顆粒的分散所影響。W02008/146276描述了一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)被配置為在近紅外光譜區(qū)中對流動性異質(zhì)乳液進行衰減測量，并且從該流 動性乳液反射的光以及穿過該流動性乳液透射的光這二者收集測量數(shù)據(jù)。然而，其他組分(例如水)對這一近紅外區(qū)域中的衰減有非常強的影響。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種測定流動性異質(zhì)樣品組分的方法，包括獲得一個材料樣品；使該樣品流動穿過一個測量區(qū)域，例如該區(qū)域可以由透流試管來提供；同時使該測量區(qū)域中的該流動性樣品與中紅外輻射相互作用；并且隨后在至少一個波長區(qū)域內(nèi)，在典型地來自進行了相互作用的輻射的分光光度分析的一個或多個波段測量中紅外衰減值，在該至少一個波長區(qū)域中，感興趣的組分影響中紅外衰減；并且在計算工具中從所測量的中紅外衰減值來計算該樣品中感興趣的組分的指示。通過對使該樣品流動進行測量，可以方便地產(chǎn)生測量的一個有效的取平均，并且由此可以獲得改進的精確度。重復(fù)測量多次，因為該樣品按選擇的流速流動穿過測量區(qū)域，使得:在多次測量期間，至少該測量區(qū)域中該樣品的至少一部分與新樣品進行了交換，優(yōu)選地，與每次測量進行了交換。最優(yōu)選地，流速按以下方式選擇，使得該測量區(qū)域中的完整樣品與每次測量都進行了交換。通常，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會接受，與近紅外測量相反，因為可以預(yù)期到差的精確度和重復(fù)性，要避免對流動性樣品進行中紅外測量，如將在以下解釋。與周圍液體相比，懸浮液中的顆?；蛉閯┲械哪z束包含不同的化學(xué)鍵，并且，這些化學(xué)鍵的每一個振動共振都會引起特定衰減，該特定衰減例如可以顯示為由該干涉儀類型的衰減測量工具所記錄的干涉圖中的特定頻率。在測量時間期間，如果該顆?；蚰z束在該試管中的一個固定位置，那么跨越未加工的干涉圖，對應(yīng)頻率和振幅在是恒定的。典型地，干涉圖乘以一個鐘形的切趾函數(shù)以便平滑在掃描開始和結(jié)束的間斷點。因此，如果該顆粒或膠束在掃描期間正移動穿過試管，那么生成的干涉圖就會受到影響。如果在掃描開始或結(jié)束時輸送該顆粒，那么干涉圖中對應(yīng)振幅將由于切趾法而減少。因此，在變跡干涉圖進行傅里葉變換之后，在掃描的開始或結(jié)束時輸送的顆粒將具有與在掃描中間輸送的顆粒相比更小的吸收峰。如果在測量期間，該顆粒或膠束正非?？斓匾苿涌缭皆嚬埽敲粗粫涗浻邢迶?shù)量的振蕩，并且中紅外衰減頻率(波數(shù))未明確定義。這在同樣限制測量精確度的傅里葉變換后導(dǎo)致吸收峰的顯著傳播。自然地，由于流動性液體中具有大量的小顆?；蚰z束，所以記錄的干涉圖將代表一個平均值，并且將相對不會受到流的影響。然而，由于與照亮的試管體積相比，大的中等數(shù)量的顆粒-就像在未均質(zhì)乳液中的脂肪球-上述流速效應(yīng)將影響記錄的干涉圖，并且設(shè)定測量重復(fù)性的極限。與光譜的近紅外部分(典型地認為是在0.8 ii m和2.5 ii m之間的波長)相比，此處描述的使用傅里葉變換光譜學(xué)的光譜的中紅外部分的效果更強烈。第一，由于在中紅外范圍中的吸收比在近紅外范圍中的吸收遠遠更強，所以在中紅外范圍測量到遠遠更小體積的樣品，這使得顆粒和膠束數(shù)量的統(tǒng)計波動相對更大。第二，由于通常用DDA (二極管檢測器陣列)光譜儀進行流動性樣品的近紅外測量，然后，隨著時間的變化，DDA將運行來相等地平均所有的光譜組分(波長)，消除上述關(guān)于中紅外的流速問題。在一個實施例中，當(dāng)用于含脂液體樣品(例如乳液或血液)的測量時，該方法可以在用中紅外輻射調(diào)查前，額外包括加熱樣品的步驟。這減少了懸浮脂肪顆粒凝聚的傾向。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一個用于定量測定在異質(zhì)性可流動樣品中的感興趣的組分的指示的中紅外衰減測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:一個用于插入該異質(zhì)性可流動材料的樣品中的流動導(dǎo)管；連接到該流動導(dǎo)管上的輸送工具，以此產(chǎn)生其中的該樣品的一個流；一個中紅外衰減測量工具，該測量工具被適配成用于隨著其流動將中紅外輻射供應(yīng)進入該樣品并且用于在其通過該流動性樣品后產(chǎn)生代表所供應(yīng)的中紅外輻射的中紅外強度變化的一個信號；以及一個計算工具，該計算工具被連接成用于接收由該測量工具所產(chǎn)生信號，并且用于取決于所接收的信號和一個預(yù)測模型(例如，由刻度或人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所提供的模型)來計算該一種或多種感興趣的組分的指示，并且通過該預(yù)測模型在該流動性異質(zhì)材料的中紅外衰減值與這種感興趣的組分之間建立了一種數(shù)學(xué)關(guān)系現(xiàn)在將參考附圖的圖描述本發(fā)明的示例性實施例，其中:

圖1展示了可運行來進行根據(jù)本發(fā)明的方法的示例性系統(tǒng)的框圖。圖1中展示了用于定量測 定異質(zhì)液體樣品中感興趣的組分的指示的中紅外衰減測量系統(tǒng)2。該系統(tǒng)包括一個具有一個第一端6并且具有一個第二端10流動導(dǎo)管4，該第一端用于插入一個樣品夾具8中的異質(zhì)液體樣品內(nèi)，該第二端用于從系統(tǒng)2中輸出該樣品，此處可連接至廢物。系統(tǒng)2還包括一個輸送工具10，在本實例中，該輸送工具是以泵的形式，，它連接到該流動導(dǎo)管8，并且是可運行的，以產(chǎn)生通過該導(dǎo)管4的一個流。提供了一個中紅外衰減測量工具14作為該系統(tǒng)2的一部分，用于測量中紅外輻射的衰減；隨著該樣品流動穿過測量區(qū)域(此處由透流試管16限定，該試管被提供為與流動穿過導(dǎo)管4的樣品流體連接)，中紅外輻射已經(jīng)與該樣品相互作用。一個合適的中紅外衰減測量工具14是一個已知類型的干涉儀，例如邁克爾森干涉儀。相對于測量區(qū)域16 (此處由透流試管界定)，這一干涉儀測量工具14是合作地布置的，以便能夠檢測透射穿過該樣品后的中紅外輻射。在使用中，干涉儀產(chǎn)生的干涉圖是用傅里葉變換來處理的，以產(chǎn)生代表由于樣品的中紅外輻射衰減的波長依賴的強度變化。通常，測量區(qū)域16可以是任何區(qū)域，當(dāng)該區(qū)域在使用中，它旨在通過中紅外輻射調(diào)查流動性樣品。以此方式，至少一部分正在被測量的樣品在任何測量時期被交換。這然后提供了一種改進測量結(jié)果精確度和重復(fù)性的有效平均測量。一個計算工具18，例如包括一個一個整數(shù)微處理器，或一個獨立個人計算機，或一個分布式系統(tǒng)，該分布式系統(tǒng)在系統(tǒng)2的遠的位置具有至少一個部件，并且由電信網(wǎng)絡(luò)進行可運行地連接，該計算工具被連接以接收代表測量的中紅外衰減的信號，例如干涉圖及其傅里葉變換，并且被配置為使用校準或其他預(yù)測模型(例如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))按已知方式計算一個指示，例如樣品中感興趣的組分的測定濃度，通過這些模型可以在中紅外衰減值和感興趣的組分之間建立一種數(shù)學(xué)關(guān)系?！獋€加熱器單元20可以包括在用于具體測量應(yīng)用的特定實施例中，以在使樣品流動穿過該測量試管16前加熱該樣品。該加熱器單元可以例如包括繞在導(dǎo)管4周圍的電阻線圈。在用于異質(zhì)(未均質(zhì)的)乳液或乳制品樣品的測量的具體系統(tǒng)2中，多數(shù)有用地包括加熱器，以將該乳液樣品加熱至41° C左右。這減少了乳液中脂肪顆粒凝聚的傾向。當(dāng)測量其他含脂液體(例如血液)時，也可以有利地采用加熱。表2中提供了乳液樣品中感興趣的典型組分的測定結(jié)果，此處表示為以下項的百分比:脂肪、蛋白質(zhì)、乳糖、總固體(TS)和固體，以及非脂肪(SNF)，連同這些測定的絕對精確度A(abs)和相對精確度A (rel)，連同絕對重復(fù)性R(abs)和相對重復(fù)性R (rel)。
權(quán)利要求
1.一種測定流動性異質(zhì)樣品的組分的方法，包括獲得一個材料樣品；測量該樣品的多個中紅外衰減值；并且在一個數(shù)據(jù)處理單元中從所測量的中紅外衰減值中計算出該樣品中所感興趣的組分的一個指示；其特征在于，該方法進一步包括使該樣品流動；在一測量區(qū)域內(nèi)同時地使中紅外輻射與的該流動性樣品進行相互作用；并且隨后對進行了相互作用的輻射的一個或多個波段測量這些中紅外衰減值。
2.如權(quán)利要求I所述的一種方法，其特征在于，該對一個或多個波段測量衰減值的步驟包括對同一個或多個波段進行多次衰減值的測量；并且其特征在于，該樣品進行流動的流速是按以下方式選擇的，使得對于該多次測量的每一次而言，在該測量區(qū)域內(nèi)該樣品的至少一部分進行了交換。
3.如權(quán)利要求I或權(quán)利要求2所述的一種方法，其特征在于，該樣品是一個液體樣品。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種方法，其特征在于，該流動性液體樣品是乳液。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種方法，其特征在于，該方法包括在進行測量前將該樣品加熱的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或權(quán)利要求5所述的一種方法，其特征在于，測量該中紅外衰減包括對穿過該樣品透射的輻射的一個干涉圖進行記錄。
7.一個用于定量測定在異質(zhì)性可流動材料中的一種或多種感興趣的組分的指示的中紅外衰減測量系統(tǒng)2，該系統(tǒng)2包括一個流動導(dǎo)管4，該流動導(dǎo)管具有用于插入該異質(zhì)可流動材料的一個樣品中的一個第一端6 ;連接到該流動導(dǎo)管4上的輸送工具10，以此產(chǎn)生通過該流動導(dǎo)管4的該樣品的一個流；一個中紅外衰減測量工具14，該測量工具被適配成用于將中紅外輻射供應(yīng)進入該樣品并且用于在其通過該樣品后產(chǎn)生代表所供應(yīng)的中紅外輻射的中紅外強度變化的一個信號；以及一個計算工具18，該計算工具被連接用于接收由該測量工具14所產(chǎn)生的信號、并且被配置成用于取決于所接收的信號來計算該一種或多種感興趣的組分的這個指示；其特征在于，該測量工具14與該輸送工具10以一種定時的關(guān)系來運行以便將該中紅外輻射供應(yīng)進入一個流動性樣品中，并且其特征在于，該計算工具18配備有一個預(yù)測模型，通過該預(yù)測模型在該流動性異質(zhì)材料的中紅外衰減值與這種感興趣的組分之間建立了一種數(shù)學(xué)關(guān)系，并且該計算工具被配置成用于同樣取決于該預(yù)測模型來計算該指示。
8.如權(quán)利要求7所述的一個系統(tǒng)，其特征在于，該預(yù)測模型建立了在流動性乳液的多個衰減值之間這種數(shù)學(xué)關(guān)系，并且其特征在于，該系統(tǒng)進一步包括一個加熱器20，該加熱器被適配成用于加熱該乳液以便提供一個溫?zé)岬臉悠?，該測量工具14在這一溫?zé)岬臉悠分羞\行以便供應(yīng)中紅外輻射。
全文摘要
一種測定流動性異質(zhì)樣品組分的方法，包括獲得一個材料樣品；測量該樣品的多個中紅外衰減值；并且在一個數(shù)據(jù)處理單元中從所測量的中紅外衰減值中計算出在該樣品中所感興趣的組分的一個指示；其特征在于，該方法進一步包括使該樣品流動；在一個測量區(qū)域內(nèi)同時地使中紅外輻射與流動性樣品相互作用；并且隨后對進行了相互作用的輻射的一個或多個波段測量這些中紅外衰減值。
文檔編號G01N21/85GK103238056SQ201080070393
公開日2013年8月7日 申請日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月3日
發(fā)明者亨里克·朱爾 申請人:福斯分析股份公司