具有集成内部反射元件的样品容器

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

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。

发明内容

发明人已经开发了：一种包括内部反射元件(IRE)的样品容器，该IRE允许在不进一步处理样品的情况下收集样品并将样品提供到IRE上；以及一种将样品提供在样品容器中使得样品可以被定位到IRE上从而可以对样品进行分析的方法。

适当地，可以使用提供有改进的帽的常规样品容器，其中，该帽包括内部反射元件安装部，该内部反射元件安装部能够接收IRE，使得在使用时，当IRE被设置在安装部上时，样品可以被提供到IRE的第一样品接收表面，并且IRE的第二相反表面是可以被适当地定位在分光光度计中的光束接收表面。

因此，本发明的第一方面提供了一种用于样品容器的帽，该帽包括用于内部反射元件安装部，以及可选地定位在该安装部中的内部反射元件，其中，该内部反射元件提供了样品接收表面和光束接收表面。

适当地，包括内部反射元件安装部的帽可以包括从帽的第一表面延伸到第二相反表面的孔，其中，内部反射元件安装部是帽的第一表面中的凹部，该凹部能够接收IRE，使得IRE的光束接收表面设置在帽的第一表面，并且在使用中，样品可以被提供到第一样品接收表面。

适当地，帽可以选自能够密封Eppendorf

适当地，帽可以具有帽的第二表面的凸缘或唇部，该凸缘或唇部围绕孔，其中，当IRE定位在帽的IRE安装部中时，该凸缘或唇部可以将样品保持在IRE的样品接收表面附近。

适当地，帽的凸缘或唇部可以将帽定位在样品容器上，并且可选地可以提供容器与帽的密封。适当地，帽的凸缘或唇部可以在使用中与容器形成虚拟配合。适当地，帽的凸缘或唇部可以在使用中与容器形成螺丝附接，例如，容器可以带有螺纹以接收帽上对应的凸缘或唇部的螺纹。例如，容器可以具有阴螺纹，而凸缘或唇部可以具有阳螺纹。

适当地，内部反射元件在被定位在IRE安装部中时，可以用粘合剂固定在适当的位置。

适当地，可以使用嵌件模制或铸造模制将内部反射元件集成到IRE安装部中。

适当地，IRE可以是硅IRE。适当地，第一方面的帽可以设置为帽的串或阵列，这些帽通过易碎部分(例如每个帽之间的塑料垫片)彼此相连。

在实施例中，定位在IRE安装部中的IRE可以在与帽的第一表面相同的平面中提供光束接收表面。

在替代性实施例中，定位在IRE安装部中的IRE可以在帽的第一表面的平面上方或下方提供光束接收表面。

适当地，帽可以包括定位在IRE的第一(样品接收)侧的选择性可渗透隔膜，其中，在使用中，该隔膜被插设在IRE和样品之间。

适当地，可以提供一种包括内部反射元件(IRE)的样品接收元件，其中，样品接收元件被构造成提供样品容器的壁的至少一部分(例如可以形成帽)；

其中，IRE包括第一表面和第二表面；

其中，第一表面被构造成接触或接收样品，并且其中，第二表面是光束接收表面，并且

其中，在使用中，IRE的第一表面设置在样品容器的内壁(例如，帽的下侧)上，使得当样品被提供在IRE的第一表面上时，样品能够定位在样品容器内(例如，帽的与样品容器的内部腔或其至少一部分连通的下侧)。

根据本发明的第二方面，提供了一种样品容器的第一部分和样品容器的第二部分的组合件，其中，样品容器的第一部分包括样品接收元件并且被构造成与样品容器的第二部分相互作用，以提供样品容器的壁的至少一部分，样品接收元件包括内部反射元件(IRE)，

其中，IRE包括第一表面和第二表面；

其中，第一表面被构造成接触或接收样品，并且其中，第二表面是光束接收表面，并且

其中，在使用中，IRE的第一表面设置在样品容器的内壁上，使得当样品被提供在IRE的第一表面上时，样品能够被定位在样品容器内。

适当地，本发明的第一方面的帽可以提供样品接收元件。

有利地，样品接收元件可以与样品容器的第二部分结合使用，以容置用于进行光谱学分析的样品。样品可以在一个位置被收集在样品容器中，并在第二位置被输送到光谱仪。由于在从容器移动样品时样品容器中的样品已经接近IRE的第一表面或可以与第一表面接触，所以这特别适合于敏感样品，诸如受到处理、温度或空气影响的样品。容器可以适合于容纳用于进行FTIR-ATR分析的(水性和非水性)液体，例如油、乳剂、凝胶、胶水和溶液。容器可以适合于保持用于进行FTIR-ATR分析的粉末、晶体或聚合物。容器可以适合于保持用于样品的作案现场收集的拭子。

有利地，样品接收元件的IRE可以用于一次性使用。

在实施例中，样品接收元件适于通过摩擦配合或螺纹与样品容器的第二部分连接。

在实施例中，样品接收元件通过铰接与样品容器的第二部分连接。适当地，IRE设置在小瓶或管容器或胶囊容器的密封帽或基部中，以收集和储存用于进行FTIR-ATR分析的样品。

在实施例中，样品接收元件适于充当样品容器的盖、帽或塞。适当地，将样品接收元件设置在管或小瓶诸如Eppendorf

在实施例中，样品接收元件还可以包括设置或并置在IRE的第一表面和样品容器的一部分之间的隔膜(例如选择性可渗透隔膜)，使得当样品被提供到样品容器的部分中时，样品中的一个或多个目标分子可以选择性地渗透通过隔膜以被提供在IRE的第一表面上。

适当地，IRE帽和样品容器(例如小瓶)可以用于对临床样本诸如血液成分如血清进行液体分析。这可以用于诊断、定性或定量测量。血清可以适当地以液体形式被测量(例如参照图15A论述的那样)。血清中的水成分可以在所得到的光谱中被看到，来自血清的潜在的生物信号(特别是蛋白质组分)也一样。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于在光谱仪中使用的样品容器，

其中，样品容器包括IRE，该IRE包括第一表面和第二表面；

其中，第一表面被构造成接触或接收样品，并且其中，第二表面是光束接收表面；并且

其中，IRE形成样品容器的壁的至少一部分，使得在使用中，当样品被提供在IRE的第一表面上时，样品被提供在样品容器内。

有利地，样品接收元件或样品容器的IRE可以用于一次性使用。

适当地，第二方面的样品容器的第二部分或第三方面的样品容器可以在其中包括隔膜，其中，隔膜可以是选择性可渗透的。适当地，样品容器的第二部分或样品容器可以包括插设在容器的第二部分或容器中的样品与IRE之间的隔膜。

在实施例中，样品容器的第一或第二部分或样品容器可以包括隔膜安装装置，以允许隔膜插设在容器的第二部分或容器中的样品与IRE之间。

在实施例中，样品容器还可以包括被设置或并置在IRE的第一表面和样品容器的一部分之间的隔膜，例如选择性可渗透隔膜。通过这样的设置，在使用中，当样品被提供到样品容器的该部分时，样品中的一个或多个目标分子可以选择性地迁移或渗透通过隔膜以变被提供在IRE的第一表面上。

样品容器可以包括下部或端部隔室，该下部或端部隔室定位在容器的远侧端部附近和/或定位在与样品接收部分、帽和/或IRE相反的端部处或附近。样品容器可以包括上部或顶部隔室，该上部或顶部隔室定位在容器的近侧端部附近(例如与下部隔室相反)和/或定位在包含/近侧于样品接收部分、帽和/或IRE的端部处或附近。因此，术语“下部”和“上部”将不被理解为与任何特定的定向有关，而是理解为它们相对于样品接收部分、帽和/或IRE的位置。

下部隔室和上部隔室可以由分隔件分开或分隔。分隔件可以在容器的下部端部与上部端部或样品接收部分之间基本上在容器的整个宽度上延伸。分隔件可以包括隔膜，例如选择性可渗透隔膜。

隔膜可以形成分隔件的一部分。替代地，隔膜可以形成分隔件的整体，和/或分隔件可以由隔膜限定。分隔件可以从样品容器的内侧或内部表面向内延伸。分隔件可以从样品容器的内侧或内部表面以一角度延伸，例如以10-170°(例如20-160°)范围内的一角度。方便地，分隔件可以从样品容器的内侧或内部表面以一角度延伸，例如以90-170°(例如100-160°)范围内的一角度。通过这种设置，分隔件可以限定杯部分，该杯部分能够在上部隔室的下部端部处或附近接收和/或保持物质。

隔膜可以是柔性隔膜。隔膜可以是刚性或固体隔膜。将理解的是，选择用于在分隔件和/或样品容器中使用的隔膜的具体类型可以被选择成允许感兴趣的一种或多种分析物在使用中迁移或渗透通过隔膜，同时防止或限制其他物质渗透或迁移通过隔膜。例如，隔膜可以包括或可以是PVDF隔膜。

在使用中，下部隔室可以被构造成接收样品。有利地，上部隔室可以被构造成例如在杯部分中接收受体介质，例如受体溶液。通过这样的设置，在使用中，目标分析物或物质可以从样品到受体介质渗透通过隔膜。

容器可以由分开的部分制成。容器可以包括上部部分，该上部部分可以包括样品接收部分、帽和/或IRE。容器可以包括下部部分，该下部部分在使用中可以包括或可以限定下部隔室。分隔件和/或隔膜可以形成上部部分的一部分或可以形成下部部分的一部分。上部部分和下部部分可以通过标准附接方式(诸如螺纹配合、推入配合、夹持装置、粘合剂、熔接等)连接，例如可密封地连接。

在实施例中，上部部分可以包括样品接收部分、帽和/或IRE以及分隔件。在这种情况下，上部部分可以包括由分隔件限定的杯部分。上部部分可以例如在其外部表面上包括用于与下部部分接合和/或连接到下部部分的装置，例如螺纹凹槽。下部部分可以在其上部端部处或附近例如在其内部表面上包括用于与上部部分接合和/或连接到上部部分的装置，例如螺纹凹槽。通过这种设置，在使用中，样品可以被提供在下部部分内，并且下部部分和上部部分随后可以连接在一起以提供或限定容器。

在另一实施例中，上部部分和下部部分可以是一体式的或单件式的。在这种情况下，下部部分可以设置有入口(例如入口端口)，该入口被构造成允许样品被送入容器的下部部分中并被保持在容器的下部部分内。入口可以包括单向阀、可密封端口等。

通常，分隔件可以包括不可渗透部分和隔膜区域。通常，不可渗透部可以设置在分隔件的外围区域，例如，容器的内部表面附近的区域和/或从容器的内部表面向内延伸的区域。隔膜可以被设置在分隔件的中心区域处或附近。

在本发明的第一或第二方面的实施例中，IRE的第二表面可以设置有保护罩，可选地，其中，保护罩包括可移除的粘附膜。有利地，保护罩防止损坏IRE或防止在IRE的第二表面上添加材料，诸如指纹。适当地，保护罩可以是可以位于IRE上方的保护帽。

在本发明的第一或第二或第三方面的实施例中，IRE的第二表面可以包括多个对准的、平行的和/或相邻的凹槽和/或棱柱，优选地包括多个伸长的凹槽和/或棱柱，例如多个对准的、平行的和/或相邻的凹槽和/或棱柱。

有利地，多个对准的、平行的和/或相邻的凹槽和/或棱柱被构造成允许来自光谱仪的光以一角度穿透IRE的第二表面，使得光可以在IRE的第一表面的内部表面上被反射，并被引导离开IRE而朝向光谱仪的检测器前进。

每个凹槽可以具有或可以限定第一凹槽面和第二凹槽面。第一或第二凹槽面中的任一个或两个可以布置成允许来自光谱仪的光穿过(多个)凹槽面。

每个棱柱可以具有或可以限定第一棱柱面和第二棱柱面。第一或第二棱柱面中的一个或两个可以布置成允许辐射束穿过(多个)棱柱面。

通常，凹槽的第一凹槽面可以对应于相邻棱柱的第一棱柱面。凹槽的第二凹槽面可以对应于相邻棱柱的第二棱柱面。

在本发明的第一、第二或第三方面的实施例中，棱柱可以向外突出(即，相对于IRE的第二表面的表面)。在本发明的第一、第二或第三方面的其他实施例中，棱柱可以是凹的(即，相对于IRE的第二表面的表面)。在本发明的第一、第二或第三方面的另外的实施例中，棱柱的外部部分可以向外突出(即，相对于IRE的第二表面的表面)，棱柱的内部可以是凹的(即，相对于IRE的第二表面的表面)。

在实施例中，IRE可以具有约100-1000μm、约200-800μm或约300-700μm的厚度。

在实施例中，该/每个凹槽或棱柱可以具有约50-500μm、约50-300μm或约100-250μm的宽度(诸如最大宽度)。

在实施例中，该/每个凹槽或棱柱可以具有约50-500μm、约50-300或约70-200μm的深度(诸如最大深度)。

在本发明的第一或第二方面的实施例中，相邻的凹槽或棱柱可以具有约0-200μm、约10-150μm或约25-100μm的间隔(诸如最大间隔)。

在实施例中，每个凹槽或棱柱的第一和/或第二面相对于IRE的第二表面的表面以约30-75°或约35-55°的角度延伸。将理解的是，所选择的确切角度可以依赖于所选择的用于制造IRE的材料和/或在IRE的第一表面的内部表面上反射的光的预计入射角以及所使用的光的预期波长。例如，在IRE由硅制成的情况下，该/每个凹槽或棱柱的第一和/或第二面可以相对于IRE的第二表面的表面以约40-75°、约45-65°、约55°或约54.74°的角度延伸。替代地，在IRE由硅制成的情况下，该/每个凹槽或棱柱的第一和/或第二面可以相对于IRE的第二表面的表面以约30-50°、约30-40°、约35°、约35.3°的角度延伸。

在实施例中，IRE可以由适合用作IRE的材料形成：例如锗、金刚石、硒化锌或硅。有利地，IRE可以由硅制成。硅的使用可以大大降低与制造IRE相关的成本，并且可以允许帽、样品接收部分或容器被使用一次然后丢弃。

在实施例中，IRE的第二表面可以包括多个对准的、平行的和/或相邻的凹槽和/或棱柱。

在实施例中，IRE可以具有约300-700μm的厚度。

在实施例中，IRE的第二表面的每个凹槽可以具有约50-500μm的宽度。

在实施例中，IRE的第二表面的相邻凹槽之间的间隔为约0-200μm。

在实施例中，IRE可以由硅制成(由硅形成)。

适当地，可以将本发明的第二或第三方面的多个容器一起提供以通过光谱仪进行处理，例如多个容器可以以阵列连网在一起，例如作为两个容器、四个容器、八个容器、十二个容器等。

适当地，本文所述的容器可以用于分析液体，诸如生物流体或油。例如，可以将油样品放置在源头(现场)的容器中，并在源头进行分析，或发送到实验室进行后续分析。

适当地，可以在同一仪器上快速分析不同的样品，而无需清洗，并且没有交叉污染的风险，因为可以简单地将容器倒置来允许光谱仪的光束接触IRE并作用在其上提供的样品上，容器将不需要被打开。特别地，本文所述的容器可以特别适合于腐蚀性/有害的化学物质或敏感的生物样品，以允许通过FTIR-ATR作为密封单元进行分析。有利地，它可以与危险或挥发性材料一起使用，而无需进一步分配或暴露。这特别适用于可能伤害使用者的样品。

此外，本文所述的容器可以允许改进的品质控制或样品识别，以通过ATR-FTIR进行分析

适当地，可以将敏感样品在惰性气氛中分配到本发明的容器中，并在不暴露于环境的情况下通过ATR-FTIR进行分析。

适当地，容器可以设置有设置在容器的至少一个壁上的多于一个IRE，例如IRE可以被设置在容器的一个端部处或两个端部处。适当地，具有被设置在容器的第一和第二位置(例如容器的第一和第二壁或端部)的多个IRE的容器可能在研究液体的相分离(可能在离心分离、隔膜透析、过滤、凝聚、凝结或其他处理之后)方面是有用的。适当地，具有多于一个IRE的容器可以具有并置在样品容器的一部分与至少一个IRE之间，或者并置在两个IRE之间的半渗透性隔膜，使得当样品被提供在样品容器的该部分中时，样品中的一个或多个目标分子可以选择性地渗透通过隔膜，以被提供在至少一个IRE的第一表面上。

适当地，本发明的容器的尺寸可以设置成使得当在容器内提供粉末或固体样品以使该容器充满样品时，可以推动帽(例如压缩帽)并将其锁定或拧紧以压缩样品进行分析。这样可以使样品与IRE的样品接收表面接触。

根据本发明的第四方面，提供了一种将第一、第二或第三方面的帽、样品接收元件或样品容器用于提供样品以使用衰减全反射傅立叶变换红外(ATR-FTIR)光谱仪进行光谱学分析的用途。

根据本发明的第五方面，提供了一种当根据第四方面提供样品时通过光谱学分析、测量或检测样品的方法。

根据本发明的第六方面，提供了一种用于ATR-FTIR光谱仪的适配器，该适配器设置有：第一或第二方面的样品接收元件或第三方面的样品容器；保持装置，其用于相对于ATR-FTIR光谱仪保持样品，以允许第四方面的用途。

适当地，保持装置可以是夹具或成形的接收部分。适当地，适配器包括样品接收元件或样品容器接收部分，该样品接收元件或样品容器接收部分被成形以对应于接收部分或容器的外部表面，其中，该适配器能够固定到分光光度计，以将样品接收元件或样品容器以正确的位置和定向定位到ATR-FTIR光谱仪，以允许分析样品接收元件或样品容器中提供的样品。

适当地，适配器可以通过磁体或通过螺钉或销钉可移除地固定到分光光度计。

适当地，通过提供本发明的帽或样品接收元件可以被定位到其中的阶梯状凹部，可以将IRE定位在允许红外光入射在IRE上的孔上方。

适当地，可以通过在孔上方提供板将适配器定位在允许红外光入射在IRE上的孔上方，其中，该板包括正确形状的第二孔以提供摩擦配合到本发明的帽或样品接收元件，使得帽或样品接收元件被定向为以正确的位置和定向提供IRE，以允许本发明的第四方面。适当地，保持装置还可以包括夹具或成形的接收部分，以在帽或样品接收元件定位在第二孔中时夹持或限制帽或样品接收元件。

适当地，可以将标准ATR单元的金刚石IRE替换为开孔(即没有插入金刚石IRE)。在使用本发明的帽或容器分析样品的方法中，适当地，定位“适配器”可以用于将本发明的第一、第二或第三方面的样品接收元件或容器以正确的位置和定向联接到ATR-FTIR光谱仪，以允许本发明的第四方面的用途。

在实施例中，可以使用衰减全反射傅立叶变换红外(ATR-FTIR)光谱仪来分析、测量或检测样品。

在实施例中，所述方法可以使用ATR-FTIR光谱学分析。

在实施例中，所述方法可以包括使用多元分析来处理所测量的数据。适当地，所述方法可以包括使用主要成分分析来处理所测量的数据。适当地，所述方法可以包括将由光谱仪产生的辐射束引导至设备的样品测量位置，例如IRE上的一部分。适当地，所述方法可以包括引导由IRE反射的辐射束。适当地，用于在本发明中使用的光谱仪可以是IR光谱仪，例如FTIR光谱仪，通常是ATR-FTIR光谱仪，例如配备有或联接到ATR元件的FTIR光谱仪。

适当地，本文论述的方法可以使用傅立叶变换IR(FTIR)光谱学分析。在FTIR中，可以在4000-400波数(cm

所述方法可以使用衰减全反射(ATR)-IR光谱学分析。在实施例中，光谱学分析可以是ATR-FTIR。所述方法可以包括将一个或多个样品放置在样品载玻片上。

所述方法可以包括将样品放置到帽或样品接收元件上，然后可选地提供样品容器的第二部分或将样品提供到样品容器中，然后在其中将样品提供到容器的设置有IRE的内部表面上。样品可以包括生物样品，例如生物生物流体，诸如血液或血清。通常，当向本发明的第一或第二方面提供样品时，样品可以呈液体形式。样品可以包括非生物样品。样品可以是水性和非水性液体或固体样品的形式。

【定义】

术语“分析”将被理解为包括测量、检测、处理等。因此，术语“分析”也将被理解为是指通过FTIR光谱技术测量或检测样品，并且还可以可选地包括但不一定包括对测量信息进行进一步处理，例如使用多元分析、处理算法、机器学习和/或主要成分分析(PCA)。例如，PCA的使用允许对数据集之间的变量被比较、可视化和/或突出显示，从而识别可能的变化，例如样品之间的生物学变异。

附图说明

现在将参考附图仅通过示例的方式来描述本发明的实施例，其中：

图1：图1A、1B和1C示出了本发明的实施例，其中，样品接收元件(IRE的第一表面)被集成在Eppendorf管的帽(壁的一部分)中，位于由帽的表面中在孔上方的凹部提供的IRE安装部中，其中，IRE的第二表面(第二光束接收表面)提供管帽的外部表面，第一样品接收表面提供管的内壁的一部分，样品接收表面被凸缘包围。

图2：示出了本发明的实施例，其中，样品接收元件(帽)通过铰接连接到样品容器。

图3：示出了本发明的实施例，其中，多个样品接收元件通过易碎或易断裂的部分结合在一起以形成样品接收元件的阵列。

图4：示出了包括IRE的容器用于收集液体样品的用途。

图5：示出了包括IRE的容器用于收集固体样品的用途。

图6：示出了IRE的第二表面上的保护膜的去除。

图7：图7A和7B示出了用于相对于分光光度计的孔保持本发明的帽、样品接收部分或样品容器的适配器，其中适配器可以安装在光谱仪上，并且其中适配器的被成形为相对于分光光度计定位和安置帽、样品接收部分或样品容器，以允许对样品进行光谱学分析。图7A示出了适配器的分解图，图7B示出了样品定位器定位在适配器中，从而使存在于样品容器中的样品与IRE的样品接收表面接触。

图8：示出了被分析的乳品的FTIR-ATR分析结果。

图9：图9A示出了来自全脂乳品的未经处理的光谱，图9B和图9C示出了后续分析。

图10：示出了从威士忌酒样品获得的光谱。

图11：示出了来自威士忌酒样品的原始数据和数据分析。

图12：示出了从油样品获得的光谱。

图13：示出了原始数据和来自油样品的数据分析。

图14：图14A、14B、14C和14D示出了从被测试的药物样品获得的光谱。

图15：示出了湿格式的人血清的ATR-FTIR光谱(15A)和在室温下干燥后的人血清的ATR-FTIR光谱(15B)。

图16：示出了根据本发明的另一实施例的容器，该容器具有上部部分和下部部分以及在它们之间的可渗透隔膜。

图17：示出了图16的样品容器的另一实施例。

图18：示出了对照光谱。

图19：示出了所得溶液和对照的光谱。

图20：示出了所得溶液和SLM的光谱。

图21：示出了在干燥所得溶液3分钟之后，与图20的光谱类似的光谱。

图22：示出了1mL甲醇中的2mg盐酸文拉法辛和干燥17分钟之后所得溶液的光谱。

具体实施方式

考虑到提供IRE作为容器的一部分，例如作为小瓶或塞帽的一部分，将提供通常在常规FTIR-ATR分析中使用的昂贵的固定晶体IRE的替代品。本发明的容器被认为是有利的，因为认为它们允许更容易地收集、处理和分析样品。

如将意识到的，提供IRE作为容器的一部分可以被集成到当前在样品收集、样品处理、样品储存和光谱学中使用的管和小瓶中。

图1A、B和C示出了根据本发明的实施例的容器100。图1A示出了容器100的各种元件，而图1B和1C分别示出了盖或帽102的外部部分和内部部分。在容器100中，内部反射元件(IRE)101被集成到容器103的盖102中，使得当使盖102(包括IRE 101的样品接收元件)与容器103的其余部分在一起时，盖102形成容器的壁的一部分，IRE 101的第一侧104形成容器100的内壁的一部分，使其被构造成接收样品。在使用中，当样品被设置在IRE的第一侧上时，该样品能够定位在样品容器103内。IRE 101的第二侧105是光束接收侧，并且在容器100的外部。

在该实施例中，帽102具有凸缘111，该凸缘被构造成与容器130相互作用并且例如通过过盈配合提供与容器130的密封布置。

帽或盖102可以被设置成附接到容器103，并且在这方面，图2示出了样品接收元件通过铰接部分107连接到样品容器的实施例。有利地，这可以用于简化本发明的使用，和/或防止盖102或具体地IRE的第二侧受到损坏。

替代地，可以设置多个帽或多个样品接收元件，其中，它们通过易碎或易断裂部分108连在一起以形成帽102的阵列125。然后，可以在必要时将帽102(如图3所示)移除并附接到容器103上。有利地，这些易碎或易断裂部分108允许用户根据需要将阵列125分成较小的阵列。

如图4所示，在操作中，将液体样品20提供到根据本发明的实施例的容器100中。然后，可以将容器100倒置以使样品与IRE 101的设置在容器的内壁上的第一侧接触。

替代地，如图5所示，在使用中，可以将固体样品22提供给样品接收元件。

适当地，如图6所示，IRE的第二侧可以设置有保护罩109(即，可移除的粘附膜)，以在使用前保护IRE 101。

以下实施例举例说明本发明而不限制其范围。

采用中IR范围内的光的FTIR光谱技术是适合于对食品欺诈进行定性和定量监测的技术。以下提供了使用本文所论述的样品容器来分析液体、乳液、凝胶和油的基于IR的系统的示例。有利地，这可以允许对食品和其他行业中的一系列样品进行快速且可能是自动的衰减全反射(ATR)-FTIR分析。

示例1：测量乳品掺假

乳品的掺假是一个重大问题，在发展中国家和不发达国家特别普遍，主要是由于缺乏监测和执法。如Moore等人于1980年至2010年的“Development and Application of aDatabase of Food Ingredient Fraud and Economically Motivated Adulteration”，食品科学期刊，2012年；77：R108-16所示，奶粉是继橄榄油之后第二种最有可能被掺假的食品。奶粉的掺假物包括无害添加物，诸如植物蛋白、乳清、水或其他种类的乳品，还包括许多有害添加物，包括三聚氰胺、过氧化氢、苛性钠、尿素甚至涂料。

进行了对液体(例如乳品)中的目标分子(例如掺假物)的识别，其中，本发明的帽、样品接收元件用于获得全脂、半脱脂和脱脂乳品形式的掺假乳品的光谱。

图8示出了来自全脂乳品(蓝色)、半脱脂乳品(绿色)和脱脂乳品(红色)形式的液体的未经处理的光谱学吸收曲线。由于从原始乳制品中去除了脂肪成分，所以每种类型的乳品都具有根本不同的组成。3300cm

主要成分分析(PCA)用于比较全脂乳品和脱脂乳品之间的光谱学差异。

图9A示出了来自使用本发明获得的全脂乳品(蓝色)和脱脂乳品(红色)样品的未经处理的光谱。图9B示出了图9A的后续主要成分分析散点图，图9C示出了对应的主要成分2加载图。

图9B的散点图中的分离表示光谱的差异，其可以被迫溯回精确的光谱位置，并且因此被迫溯到生物学成分。该“加载图”示出了能够看出两个样品之间的脂质差异，如在1750cm

该数据表明，使用本发明的帽/接收元件的ATR-FTIR光谱技术有可能迅速地且以最小的样品制备获得乳品样品中的根本差异。

示例2：威士忌酒

酒精的掺假是可能有危及生命的影响的另一个重大问题。威士忌酒掺假是一个很好的示例，其中，添加剂是普遍的，劣质产品的欺诈性标记也是一样。

如图10所示(使用位于作为本发明的一部分的IRE上的样品获得的光谱，威士忌酒具有较强的光谱指纹，该光谱指纹具有清晰可识别的O-H弯曲和拉伸峰，以及来自关键碳水化合物成分的贡献。当样品的组成改变时，很容易观察到这种光谱特征的变化。

图11A示出了从位于作为本发明的一部分的IRE上的样品获得的未经处理的光谱。其中的样品是掺有不同量水的威士忌酒。虽然在每种稀释物的原始光谱之间可以观察到较小的变化，但是在图11B所示的PCA散点图中，这些变化更加明显。在此，稀释的每个阶段似乎都在PC1的负值刻度上迁移。PC1的主要成分加载图(图11C)表明这是由于水浓度增加时1100cm

示例3：橄榄油掺假

如前文提及的，橄榄油掺假是要发现的最常见的食品欺诈案例。虽然所生产的橄榄油中只有10％符合特级初榨橄榄油的标准，然而，高达50％被标记为特级初榨橄榄油。通常，高品质的油是用包括植物油在内的廉价的油稀释的。使用本发明使用高通量采样方法检测该稀释的能力可以允许快速筛选可能掺假的油。

如图12所示(使用本发明获得的特级初榨橄榄油(EVO)、葵花籽油(SFO)和芝麻油的平均未经处理FTIR光谱)，虽然食物油具有较强的光谱指纹，但是在化学上，这些油的相对单饱和脂肪含量和多饱和脂肪含量不同，然而原始光谱看起来非常相似，只有非常微小的峰移位。

从理论上讲，用廉价的油(诸如葵花籽油)稀释特级初榨橄榄油将比威士忌酒稀释研究更具挑战性。这样，图13A示出了从位于作为本发明的一部分的IRE上的样品获得的未经处理的光谱，其中，样品是用葵花籽油进行了不同水平的稀释(0％、25％、50％、75％、100％)的橄榄油，其中，图13B示出了后续的主要成分分析散点图，图13C示出了对应的主要成分1加载图。

与图11类似地，光谱看起来非常相似，其中，可识别的光谱之间几乎没有可见的差异。然而，通过使用PCA，使油混合的效果变得明显。未被稀释的橄榄油出现在PC1的正值上，然后，当添加葵花籽油时，更多地漂移到PC1的负值上(图13B)。当分析该PC的加载时，这可能在很大程度上与对应于甘油三酯的C＝O拉伸的1740em

示例4：粉末

如前所述，本发明还可以用于从粉末获得ATR-FTIR光谱。本发明的这种具有IRE的容器使样品能够被安全地容纳，同时还对样品本身提供附加的压力，从而确保样品与IRE的样品接收表面的紧密接触。这种接触对于固体样品分析是必要的，因为它允许隐失波与样品在IRE的第二面的整个光学活性表面区域上的相互作用。

粉末分析为该技术开创了更多的应用，特别是在制药和法医领域。如图14A-D所示，本发明用于从多种药物获得光谱：三种受控物质以及可商购的镇痛片的特征IR指纹。图14A：苯丙胺；B：安乃定镇痛药；C：安定；以及D：可卡因。简单的分析能够将这些粉末彼此进行区分，也可以用于掺假和品质控制研究。

可以理解的是，本文论述的样品接收元件、容器和方法可以用于分析其中可以进行ATR-FTIR光谱测定的各种生物样品和非生物样品。

为了允许采用一种较简单的方法来分析设置在如本文所论述的IRE上的样品，发明人提供了一种在分光光度计中定位本发明的IRE的新方法。作为该方法的一部分，发明人设计了一种定位靴，该定位靴可以被提供给分光光度计，例如作为ATR附件，其确保IRE以正确的定向的容易的、可靠的定位。

示例5：血清分析

图15A和B示出了本发明在分析临床样本诸如血液成分如血清的液体分析中的用途。这可以用于进行诊断、定性或定量测量。

血清以液体形式被测量(图15A)。血清中的水成分可以在所得光谱中看到，来自血清的潜在的生物信号(特别是蛋白质贡献)也一样。

图7A和7B指示用于ATR-FTIR光谱仪的适配器200(靴)的实施例，该适配器用于允许将本发明的样品接收元件或样品容器100联接到ATR-FTIR光谱仪。图7B还指示了可以如何倒置图4所示的本发明的实施例以将容器100中的样品20提供到样品接收部分。在该配置中，可以通过FTIR光谱技术研究样品。

图16示出了根据本发明的另一实施例的容器300。样品容器300总体上类似于图1的样品容器100。由相同的编号表示相同的部分，但是增大了“200”。

图16的容器300还包括分隔件330。容器300具有位于与帽302相反的端部的下部隔室342。样品容器300在包含帽302的端部具有上部隔室341。下部隔室342和上部隔室341由基本上在容器300的整个宽度上延伸的分隔件330分开。

在该实施例中，分隔件330具有：不可渗透部分332，其通常由塑料、玻璃等制成；以及隔膜区域334，其具有位于分隔件330的中心区域附近的隔膜335。

便利地，分隔件330限定了能够在其中接收和/或保持物质的杯部分。隔膜335可以是柔性隔膜，或者可以是刚性或固体隔膜。在该实施例中，隔膜是由聚偏二氟乙烯(PVDF)制成的固体隔膜，其孔径为0.45μm(白色)，由5μL的1％醋酸十二烷基酯中的三辛胺(TOA)组成的支持液体隔膜(SLM)润湿。固体隔膜获取自Sterlitech公司(聚偏二氟乙烯(PVDF)隔膜过滤器0.45微米，13mm，100/Pk P/N：1370014批次：H1F4601BR)。

将理解的是，被选择用于分隔件330的隔膜335的具体类型可以被选择成允许感兴趣的一种或多种分析物在使用中迁移或渗透通过隔膜335，同时防止或限制其他物质渗透或迁移通过隔膜335。

容器300在使用中包括包含盖302的上部部分343和限定下部隔室342的下部部分344。在该实施例中，上部部分343和下部部分344通过螺纹配合连接345连接，该螺纹配合连接在上部部分343和下部部分344之间提供密封连接。

图17示出了根据本发明的另一实施例的容器400。样品容器400总体上类似于图17的样品容器300，由相同的编号表示相同的部分，但是增大了“100”。然而，在图17的实施例中，容器400具有上部部分443和下部部分444，它们已经通过加热(使上部部分和下部部分的塑料熔化)焊接在一起，以便在上部隔室441和下部隔室442之间提供密封连接445。下部隔室442容纳样品451，上部隔室441容纳受体介质451，该受体介质被构造成一旦其已经渗透或迁移通过隔膜435，就接受、吸收或稀释样品451中存在的目标分析物或物质。

在使用中，典型的标准操作程序(SOP)可以如下所述：

1)移除Eppendorf小瓶的底部部分和另一个小瓶的顶部部分；

2)将PVDF隔膜335、435附接到小瓶的顶部部分343、443；

3)用样品452装载小瓶的下部部分344、444；

4)用5μL的支撑液体隔膜(SLM)溶液润湿PVDF隔膜335、435；

5)连接上部部分343、443和下部部分344、444，并将它们固定在一起(通过图15中的螺纹配合345、图16中的焊接连接445或任何其他合适的连接方式)；

6)将受体溶液451装载到容器的上部部分343、443；

7)将小瓶进行涡旋处理，例如以900rpm持续2小时；

8)用ATR-FTIR光谱仪分析在小瓶的容器的上部部分343、443中的所得溶液。

材料

-受体溶液(pH值为3.0)：100μL甲酸(HCOOH；20mM，在MilliQ超纯水中制备)

-固体隔膜：聚偏二氟乙烯(PVDF；孔径＝0.45μm；白色)；其中，支持液体隔膜(SLM)为5μL的1％醋酸十二烷基酯中的三辛胺(TOA)

-样品(215μL；pH值为9.0)：100μL的盐酸文拉法辛(2mg溶于1mL的甲醇(MeOH)；完全溶解)和115μL的氢氧化钠(NaOH；40mM，在MilliQ超纯水中制备)。

选择性隔膜实施例的研究

使用具有选择性隔膜335、445的图16和17的容器进行ATR-FTIR分析。

图18示出了对照光谱。曲线A(红色，被曲线B覆盖)是从液体NaOH 40mM获得的光谱。曲线B(深绿色，覆盖曲线A)是从液体HCOOH 20mM获得的光谱。曲线C(橙色)是从115μLNaOH 40mM中的100μL盐酸文拉法辛获得的光谱。曲线D(亮绿色)是从100μL HCOOH 20mM中的100μL盐酸文拉法辛获得的光谱。

图19示出了所得溶液和对照光谱。曲线B(深绿色)是从HCOOH20mM液体获得的光谱。曲线D(亮绿色)是从100μL HCOOH 20mM中的100μL盐酸文拉法辛获得的光谱。曲线E(粉红色)是从渗透通过隔膜345、445之后所得溶液451获得的光谱。

可以观察到，所得溶液的光谱(E，粉红色)与对照溶液光谱(D，亮绿色)匹配。还示出了对照溶液的光谱(B，深绿色)，表明缺少了几个关键峰。

这些光谱表明，所得溶液包含这些实验中使用的药物。此外，图19中用蓝色箭头Y指示的小峰仅存在于所得溶液中。

进一步的分析(参见图20)表明，在1234.87cm

在干燥所得溶液之后，图21示出了与图20的光谱类似的光谱。

干燥在以下条件下进行：将2μL的溶液留在内部反射元件上，以在环境条件下干燥。实验期间记录的数据是温度和湿度的可变范围，分别为21-22℃和40-50％。

图21示出了SLM(F，黑色)和干燥3分钟之后所得溶液(G，粉红色)的光谱。可以看出，干燥时，SLM的证据被示出存在于所得溶液中(图21)。

图22示出了1mL甲醇(I，紫色)中的2mg盐酸文拉法辛和在干燥17分钟之后所得溶液(H，粉红色)的光谱。可以看出，在所得溶液中能够看到甲醇中的盐酸文拉法辛的一个特征峰(1514.05cm

为了确认仅药物过滤通过PVDF隔膜，通过用NaOH和HCOOH溶液填充两个不同小瓶的上部部分343、443和下部部分344、444，并将它们搅动1个小时以上来进行测试。没有检测到渗漏。

根据结合图18-22论述的结果，可以得出结论：容器300、400的设计允许通过上述方法成功地选择性地转移药物，并且有机会扩展到多种分子。此外，装载有有机相的隔膜(SLM)可以成功地为水性溶液创建不同的隔室。