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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201380034679.X (22)申请日 2013.06.28 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 104661594 A (43)申请公布日 2015.05.27 (30)优先权数据 61/665,684 2012.06.28 US (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.12.29 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/US2013/048415 2013.06.28 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2014/004948 EN 2014.0。
2、1.03 (73)专利权人 迅捷有限责任公司 地址 美国康奈提格州 (72)发明人 DA牧西 RG克拉克 JS福克斯 (74)专利代理机构 隆天知识产权代理有限公司 72003 代理人 张浴月 石海霞 (51)Int.Cl. A61B 5/1455(2006.01) 审查员 许流芳 (54)发明名称 移动智能设备红外光测量装置、 方法及分 析物质的系统 (57)摘要 一种手持红外光谱设备及使用方法。 所述设 备是手持光谱设备， 其可以被整合至移动电话或 智能设备， 例如智能电话、 平板电脑、 个人数字助 理、 计算机或便携的且能够执行应用的其他设 备。 在所述设备内部且非常接近所述设备光谱仪 。
3、的液体样品端口执行关于液体样品的红外光谱 分析， 允许液体样品的可携带性以及高度复杂的 和特定的光谱分析。 所述设备具有无线通信能 力， 能够将数据和光谱图像传遍全球。 权利要求书3页 说明书11页 附图14页 CN 104661594 B 2017.10.13 CN 104661594 B 1.一种手持光谱设备， 包括： 红外光源， 发射在红外范围内的光的波长； 红外校准发射器； 液体样品测试端口和用于接收液体样品的样品托盘， 所述液体样品测试端口和样品托 盘与所述红外光源紧密相关， 其中来自所述红外光源的红外光被指引穿过所述样品托盘上 的全部或部分所述样品； 红外接收器， 用于记录通过所述。
4、液体样本吸收所述红外光的频率的光谱； 红外校准接收器； 以及 数据处理器， 连接到所述红外接收器和所述红外校准接收器， 以用光谱数据和/或图像 的形式检测和量化所述液体样品中的一种或多种化合物的浓度。 2.根据权利要求1所述的设备， 其中所述红外范围具有650nm至15000nm的波长范围。 3.根据权利要求1所述的设备， 其中所述红外范围具有650nm至3000nm的近IR波长范 围。 4.根据权利要求1所述的设备， 其中所述红外范围具有3000nm至8000nm的中IR波长范 围。 5.根据权利要求1所述的设备， 还包括与所述红外光源、 所述红外接收器或者这两者非 常接近的一个或多个红外过。
5、滤器。 6.根据权利要求1所述的设备， 其中所述手持光谱设备是无线通信设备。 7.根据权利要求1所述的设备， 其中所述红外光源和所述红外接收器被放置在所述样 品托盘的相对侧上， 其中所述红外校准发射器被放置在相对于所述样品托盘具有所述红外 光源的同一侧处， 以及其中所述红外校准接收器被放置在相对于所述样品托盘具有所述红 外接收器的同一侧处。 8.根据权利要求7所述的设备， 还包括与校准红外发射器、 校准红外接收器或者这两者 非常接近的一个或多个红外校准过滤器。 9.根据权利要求1所述的设备， 其中所述样品托盘与所述设备是可分开的。 10.根据权利要求1所述的设备， 还包括显示器， 用于显示所述。
6、光谱数据和/或图像。 11.根据权利要求1所述的设备， 还包括数据发射器， 用于将所述光谱数据和/或图像传 输至计算机、 手持设备、 智能设备或者接收所述光谱数据和/或图像的其他设备。 12.根据权利要求1所述的设备， 其中所述液体样品包括体液。 13.根据权利要求12所述的设备， 其中所述体液包括血液、 尿液或唾液。 14.一种用于确定液体样品中的一种或多种化合物的浓度的方法， 包括： 将所述液体样品放置在样品托盘上； 将所述样品托盘插入到容置在包含红外光谱仪的手持设备中的样品测试端口内， 所述 红外光谱仪包括： 放置在所述样品托盘的相对侧处的红外光源和红外接收器； 放置在所述样品托盘的相对。
7、侧处的红外校准发射器和红外校准接收器； 将来自所述红外光源的红外光指引到所述样品并收集通过所述红外接收器传输的红 外光， 从而获得样品光谱； 指引来自所述红外校准发射器的红外光并收集通过所述红外校准接收器传输的红外 权 利 要 求 书 1/3 页 2 CN 104661594 B 2 光， 从而获得校准光谱； 以及 基于所述样品光谱与所述校准光谱之间的比较来确定所述液体样品中的一种或多种 化合物的存在或浓度。 15.根据权利要求14所述的方法， 其中被指引到的红外光具有650nm至15000nm的波长 范围。 16.根据权利要求14所述的方法， 其中被指引到的红外光具有650nm至3000nm。
8、的近IR波 长范围。 17.根据权利要求14所述的方法， 其中被指引到的红外光具有3000nm至8000nm的中IR 波长范围。 18.根据权利要求14所述的方法， 还包括执行所述手持设备的校准。 19.根据权利要求14所述的方法， 还包括作为光谱数据和/或图像在所述手持设备上显 示所述一种或多种化合物的所述存在或浓度。 20.根据权利要求14所述的方法， 还包括经由无线通信网络将所述一种或多种化合物 的所述存在或浓度传输至一个或多个其他设备。 21.一种用于使用红外光谱来确定体液中的一种或多种化合物的浓度的方法， 包括： 将所述体液的样品放置在样品托盘上； 将所述样品托盘插入到容置在包含红外。
9、光谱仪的手持设备中的样品测试端口内， 所述 红外光谱仪包括： 放置在所述样品托盘的相对侧处的红外光源和红外接收器； 放置在所述样品托盘的相对侧处的红外校准发射器和红外校准接收器； 将来自所述红外光源的红外光指引到所述样品； 检测红外光的波长作为通过所述样品吸收的红外光的结果； 记录通过所述样品吸收的所述红外光的频率的光谱； 经由无线通信网络将通过所述样品吸收的所述红外光的频率的所述光谱从所述手持 设备传输至一个或多个其他设备。 22.根据权利要求21所述的方法， 其中所述体液是血液、 尿液或唾液。 23.根据权利要求21所述的方法， 其中被指引到的红外光具有650nm至15000nm的波长 范。
10、围。 24.根据权利要求21所述的方法， 其中被指引到的红外光具有650nm至3000nm的近IR波 长范围。 25.根据权利要求21所述的方法， 其中被指引到的红外光具有3000nm至8000nm的中IR 波长范围。 26.根据权利要求21所述的方法， 还包括校准所述手持设备。 27.根据权利要求21所述的方法， 还包括作为光谱数据和/或图像在所述手持设备上显 示所述一种或多种化合物的存在或浓度。 28.根据权利要求21所述的方法， 还包括经由无线通信网络将所述一种或多种化合物 的存在或浓度传输至一个或多个其他设备。 29.一种使用红外光谱来测试液体样品以检测或量化所述液体样品中的一种或多种。
11、物 质的方法， 所述方法包括： 权 利 要 求 书 2/3 页 3 CN 104661594 B 3 接收可滑动地连接至手持光谱设备的端口的液体测试托盘中的液体样品， 所述手持光 谱设备包括： 放置在所述样品托盘的相对侧处的红外光源和红外接收器； 放置在所述样品托盘的相对侧处的红外校准发射器和红外校准接收器； 将所述液体样品暴露于从所述红外发射器发射的红外光和从所述校准发射器发射的 红外光； 记录通过所述红外接收器吸收的所述红外光的频率的第一光谱和通过所述红外校准 接收器吸收的所述红外光的频率的第二光谱， 从而获得与所述液体样品相关联的光谱数 据； 以及 经由无线通信网络将所述光谱数据从所述手。
12、持设备传输至一个或多个其他设备。 30.根据权利要求29所述的方法， 其中所述液体样品是体液的样品。 31.根据权利要求29所述的方法， 其中所述液体样品是环境流体。 32.根据权利要求29所述的方法， 其中被指引到的红外光具有650nm至15000nm的波长 范围。 33.根据权利要求29所述的方法， 其中被指引到的红外光具有650nm至3000nm的近IR波 长范围。 34.根据权利要求29所述的方法， 其中被指引到的红外光具有3000nm至8000nm的中IR 波长范围。 权 利 要 求 书 3/3 页 4 CN 104661594 B 4 移动智能设备红外光测量装置、 方法及分析物质的。
13、系统 0001 相关申请的交叉引用 0002 本申请要求享有2012年6月28日提交的美国临时专利申请号61/665,684的优先 权。 该在先申请通过参考合并于此。 技术领域 0003 本发明涉及红外吸收光谱(infrared absorption spectroscopy)， 尤其涉及使用 智能设备或者独立手持移动设备在移动平台上执行红外光谱溶液分析， 该独立手持移动设 备可以有线或无线连接到用于附加数据分析、 传输和通信的智能设备或计算机。 该设备和 方法使得溶液样品的远程和 现场(field) 测试简单而有效， 且具有分析和全球共享数据 的能力。 背景技术 0004 红外吸收光谱是正在。
14、发展的技术， 并且在很多领域(特别是医学和执法领域)的多 种应用中获得了认可。 吸收光谱由于其专一性及其定量性质在化学分析中是有用的。 这种 IR光谱(也称傅里叶变换红外光谱)方法测量通过样品传输的红外光的量。 红外光与有机和 无机材料中的化学键相互作用， 并且这种材料中的键将在不同频率处吸收不同强度的红外 光。 IR光谱仪记录由材料吸收的红外光， 并以被称为红外光谱的形式对其进行显示。 红外光 谱区域范围为从可见光谱的红端大约650nm的波长至光谱的微波区域大约1mm的波长。 该波 长范围可以进一步分为近红外(大约650nm至大约1400nm)、 短红外(大约140nm至大约 3000nm)。
15、、 中红外(大约3000nm至大约8000nm)、 长红外(大约8000nm至大约15000nm)以及远 红外(大于15000nm至大约1mm)。 经常地， 此处描述的近IR和短IR范围通常被称为具有大约 650nm至大约3000nm范围的 “近IR” 。 红外波长经常用被称为波数的单位来表示， 表示为 “cm -1” ， 其为一厘米中包含的波数。 0005 发生在一定波长或波数处的吸收带或 “峰” 表示分子由于其化学键吸收了这些波 长处的IR光。 因此， 红外光谱是通常用于通过分析分子的成分键来识别分子并量化其存在 的技术。 分子中的每个化学键在该键所特有的频率处振动。 分子(例如， CH2。
16、)中的一组原子 可具有由作为整体的组的伸展和弯曲运动引起的多个振荡模式。 如果振荡导致分子中偶极 的变化， 那么其将吸收具有相同频率的光子。 大多数分子的振动频率对应于红外光的频率。 典型地， 该技术用于研究有机化合物， 其使用表示中红外光谱范围从大约4000cm-1至大约 400cm-1的光辐射。 样品中吸收的所有频率的光谱被记录。 这可以用于获得关于依据现有化 学组的样品组成以及其纯度的信息(例如， 湿样将显示大约3200cm-1的宽O-H吸收)。 0006 当分析合成及天然材料时， 近IR吸收光谱最近已经在谷物、 草料、 烘焙产品、 面粉、 饮料、 饲料、 药物、 乳制品、 碳氢化合物和。
17、石油化工产品、 精细化学品、 放射性和有害物质以 及医学成像和诊断的多个应用中显示出前所未有的工业成就。 近红外光谱的基本用途已经 用于过程控制、 用于质量评估、 用于原材料和过程副产品的识别以及用于复杂混合物的化 学定量分析。 说 明 书 1/11 页 5 CN 104661594 B 5 0007 为了评估存在于样品中的分子和物质的存在和数量， 红外光穿过该样品。 穿过该 样品的红外光谱的强度提供定量信息(例如根据测量的光的峰值的大小)， 并且由于没有两 种化合物具有相同的原子组成， 样品中发生吸收的波长的频率识别某些化合物的存在， 因 此， 基于物质中的分子结构和键， 在组成材料的原子的。
18、键之间产生不同的振动频率， 提供关 于样品中的物质的定性信息。 因此， IR测试提供存在于测试样品中的物质的分子 “指纹” 。 通 常， 为了分析临床样本， 产生红外光谱数据和参考化验以用作校准样品。 校准样品允许已知 样本的识别， 并且校准样品的库还可以用于识别测试样品中的未知物质。 IR光谱已经在其 用途上不断发展以检测药物(例如唾液中的可卡因)、 检测糖尿病病人的葡萄糖以及还检测 病人的生化变化， IR光谱可以用于检测疾病。 近红外光谱还用于测试池塘和湿地中的各种 化合物。 0008 可以在以下出版物中发现关于相关领域的红外光谱的附加信息， 出版物中的每一 个通过参考完全合并于此： T.。
19、D.RIDDER， *S.P.HENDEE和C.D.BROWN， Noninvasive Alcohol Testing Using Diffuse Reflectance Near-Infrared Spectroscopy， APPLIED SPECTROSCOPY， 59卷， 2期， 2005； Y.Katsumoto,D.Adachi,H.Sato和Y.Ozaki,J.Near Infrared Spectrosc.10， 85(2002)； Y.Katsumoto,D.Adachi,H.Sato和Y.Ozaki,J.Near Infrared Spectrosc.10,85(2002。
20、)； 以及Eli S.Jacoby,Andrew T.Kicman,Paul Laidler 和Ray K.Iles， Determination of the Glycoforms of Human Chorionic Gonadotropin -Core Fragment by Matrix-assisted Laser Desorption/Ionization Time-of-Flight Mass Spectrometry； David A Scott,Diane E.Renaud,Sathya Krishnasamy,Pinar Meric,Nurcan Buduneli,Svet。
21、ki Cetinkalp,Kan-Zhi Liu,Diabetes-related molecular signatures in infrared spectra of human saliva,Diabetology&Metabolic Syndrome 2010， 2:48.； Kerstin M.C.Hans,Susanne Muller,Markus W.Sigrist,IrSens： Sensing cocaine in saliva employing a one-step extraction and MIR spectroscopy， 在 http:/www.nano-ter。
22、a.ch/pdf/posters2011/0-0-3-1.png获得； R.Anthony Shaw和Henry H.Mantsch,Infrared Spectroscopy in Clinical and Diagnostic Analysis， Encyclopedia of Analytical Chemistry； Svetlana Khaustova,Maxim Shkumikow, Evgeny Tonevitsky,Viacheslav Artyushenko,Alexander Tonevitsky,Noninvasive biochemical monitoring of 。
23、physiological stress by Fourier Transform infrared saliva spectroscopy， The Royal Society of Chemistry， 2010， 2010年7月第16期接收， 2010年9月第29期接受； Steve Bamett ,White Paper： Evaluation of Near-IR Wavelengths for the Detection of Glucose， Acetone和Ethanol in Saliva。 0009 目前， 可用于使用红外光谱来检测、 量化和分析体液或其他环境样品中的成分的。
24、 设备和方法需要干燥样品或者其他样品操作、 实验装置(非便携的或现场准备)、 或者从活 体、 对象组织等中测量。 例如， US8309931涉及用于使用红外光谱来诊断诸如膀胱疼痛综合 症和间质性膀胱炎之类的疾病状态的快速方法。 然而， 该方法需要收集样品、 在幻灯片上沉 积一部分样品、 干燥该部分样品以及收集IR光谱以识别与多种数据模型相比的测试对象的 条件。 US8406839涉及一种手持设备， 用于测量血液或一部分对象(例如人或动物)中的化合 物的浓度以及氧饱和度的值。 US5361758涉及一种非侵入性设备， 用于测量活人或动物的血 液和组织中的葡萄糖和其它成分的浓度。 US623604。
25、7还涉及用于确定活物中的血糖浓度的 说 明 书 2/11 页 6 CN 104661594 B 6 非侵入性方法。 0010 在红外光谱分析的领域中仍然缺少的是一种用于提供可以在远程位置(远离诊所 或实验室)的液体样品中的临床精度的设备和方法， 因此， 该设备和方法操作为隔离聚焦的 单个或多个、 窄的和宽的红外光的带宽， 用于更准确的识别和量化样品中的化合物。 本发明 的设备和方法创建了将液体或溶液格式中的IR光谱样品测试提供给移动/手持设备平台的 能力。 发明内容 0011 根据本发明的一个实施例， 所涉及的是一种整合有液体样品测试端口和用于光谱 分析的光谱仪的手持设备。 所述红外光谱仪可以。
26、可操作地连接至处理器， 所述处理器可以 是微处理器、 计算机等。 所述液体样品测试端口优选地非常接近所述光谱仪的所述红外光 源， 以及所述手持设备优选地能够经由无线通信网络来无线通信。 0012 根据本发明的一个实施例， 一种手持光谱设备包括： 红外光源， 发射在红外范围内 的光的波长； 液体样品测试端口和用于接收液体样品的样品托盘， 所述液体样品测试端口 和样品托盘与所述红外光源紧密相关， 其中所述红外光被指引穿过所述样品托盘上的全部 或部分所述样品； 红外接收器， 用于记录通过所述液体样本吸收所述红外光的频率的光谱； 以及数据处理器， 连接到所述红外光接收器以用光谱数据和/或图像的形式检测。
27、和量化所 述液体样品中的一种或多种化合物的浓度。 0013 根据本发明的另一个实施例， 一种用于确定液体样品中的一种或多种化合物的浓 度的方法， 包括： 将所述液体样品放置在样品托盘上； 将所述样品托盘插入到容置在包含红 外光谱仪的手持设备中的样品测试端口内； 将红外光指引到所述样品； 记录所述红外光吸 收的频率的光谱； 以及基于所述样品的红外光吸收来确定所述液体样品中的一种或多种化 合物的存在或浓度。 0014 根据本发明的又一个实施例， 一种用于使用红外光谱来确定体液中的一种或多种 化合物的浓度的方法， 包括： 将所述体液的样品放置在样品托盘上； 将所述样品托盘插入到 容置在包含红外光谱仪。
28、的手持设备中的样品测试端口内； 将红外光指引到所述样品； 检测 红外光的波长作为通过所述样品吸收的红外光的结果； 记录通过所述样品吸收的所述红外 光的频率的光谱； 以及经由无线通信网络将通过所述样品吸收的所述红外光的频率的所述 光谱从所述手持设备传输至一个或多个其他设备。 0015 根据本申请的又一个实施例， 一种使用红外光谱来测试液体样品以检测或量化所 述液体样品中的一种或多种物质的方法， 包括： 接收可滑动地连接至手持光谱设备的液体 测试端口中的液体样品； 将所述液体样品暴露于近距离处的红外光； 记录通过所述样品吸 收的所述红外光的频率的光谱； 分析所述吸收的频率以检测或量化所述液体样品中。
29、的所述 一种或多种物质， 从而产生与所述液体样品相关联的光谱数据； 以及经由无线通信网络将 所述光谱数据从所述手持设备传输至一个或多个其他设备。 0016 当前发明的设备和方法对存在的物质的非常具体的定性和定量分析以及在体液、 诸如动物液体之类的其他液体或材料、 或者环境样品中发生的变化是有用的。 用户实质上 可以在世界的任何地方测试任何有机或无机液体样品而无需其他操作(例如干燥)， 或者将 样品运输至实验室环境-测试和光谱分析可以在现场实时地完成。 说 明 书 3/11 页 7 CN 104661594 B 7 0017 所述设备包括红外光谱仪， 作为小型手持专用光谱设置的一部分或者作为智能。
30、设 备的一部分。 如果IR光谱仪是智能设备的一部分， 则修改该设备以内部地容置IR光谱仪， 类 似于， 例如， 商用的智能或智能设备的内部照相机。 液体样品测试端口(类似于USB或大多数 智能设备和计算机的充电端口)被设计为内部设备， 容置以接收小样品托盘， 优选地， 该样 品托盘可滑动地与光谱设备结合。 如此处所使用的， 术语 “红外(或IR)光谱仪” 或者 “红外 (或IR)光谱设备” 最常用的意思是发射和检测在红外光范围内的光的波长的仪器。 组成光 谱仪的组件包括(但不限于)红外光源、 或发射器、 红外光接收器以及优选地一个或多个红 外光过滤器。 根据本发明的一个实施例， 光谱仪被并入手。
31、持设备或智能设备中， 使得红外光 发射器非常接近液体样品测试端口， 以便当托盘经由端口滑入到设备中时， 光谱仪被策略 性地(strategically)对齐以通过样品托盘上的液体样品来传输红外光。 IR光谱仪的红外 接收器部分被策略性地对齐在样品托盘与红外光发射器相对的一侧上或者在托盘与发射 器相同的一侧上， 如果在相同的一侧上， 则经由反射布置通过样品来传输红外光， 如光谱界 中的通常理解。 优选地， 红外光谱仪实质上是紧凑的且可以是足够小以安装在手持设备或 智能设备中的任何商用的光谱仪。 0018 该光谱设备可使用红外过滤器来阻挡不想要的光辐射并仅允许IR辐射穿过。 有时 被称为 “带通”。
32、 过滤器的特定带或带宽过滤器可以用于仅聚焦具有一定波长或带的红外光 以穿过样品。 红外光由IR发射器通过一个或多个过滤器被传输， 无论是IR光通过样品托盘 上的样品被传输之前或之后。 所述另一种方式， 过滤器可以可操作地接近IR发射器和/或IR 接收器放置。 然后由此产生的光谱数据可以被评估并与例如校准数据进行比较， 该校准数 据用于固定于设备中或通过无线通信可得到的特定分析物或光谱库。 光谱数据还可以用于 产生校准数据。 红外光谱仪可以可操作地连接至分析通过样品传输的波长测量的微处理 器， 产生识别样品中的一种或多种物质或成分的数据和/或光谱图像， 以及量化样品中的一 种或多种物质或成分的水。
33、平。 从微处理器中输出的数据/图像可以显示在手持设备或智能 设备上， 由设备中的微处理器存储以备将来使用(例如， 与其他样品数据比较)， 传输至另一 个设备或传输至打印机。 微处理器可以与光谱仪一样安装在外壳中， 并且无线数据传输单 元也可以安装在外壳中， 用于传输或接收来自微处理器的数据以及传输并接收至外部设 备/来自外部设备的数据。 该设备还可以具有电池或其他电源。 根据一个实施例， 手持光谱 设备是小的、 便携的、 台式型设备， 其具有连接到计算机或其他智能设备或移动电话的USB， 以及用于AC电源的插头。 该设备还可以设置有无线能力并且可具有用于无线操作的电池。 该设备可具有用于开/关。
34、、 测试、 发送/接收(用于发送和接收数据)的按钮以及显示器。 当前 发明所涉及的无线传输形式包括但不限于： 蓝牙、 Wi-Fi、 个人局域网、 近场通信、 蜂窝通信、 卫星通信等。 0019 根据本发明的一个实施例， 手持设备可以是手机、 个人数字助理、 智能设备、 智能 平板电脑、 笔记本电脑或具有整合的光谱仪、 微处理器和无线通信能力的其他便携设备。 0020 在各种操作模式中， 本发明提供定性和定量地确定用于不需要非常接近样品的源 或实验室或诊所的手持设备内的溶液或多种溶液中的一种或多种物质的光谱分析的能力。 样品可以被立即拿取和测试， 例如， 用于药物/DUI测试的路边唾液测试、 用。
35、于怀孕测试的尿 检、 或者环境样品(例如， 水)的快速测试， 以测试毒素或危险化学品， 其中可能担心时间、 物 质降解、 样品蒸发等问题。 说 明 书 4/11 页 8 CN 104661594 B 8 0021 本领域技术人员应当理解的是， 本公开发明的实施例可包括通过处理系统(例如 一个或多个数据处理器和存储器， 其可以是光谱设备的一部分或连接至光谱设备)可得到 和/或可执行的计算机程序。 执行分析所吸收的红外光的波长的步骤的处理器和/或存储器 可以为整合至智能手机或智能设备的光谱设备的一部分、 或者与具有处理能力的一个或多 个其他设备通信的手持光谱设备的一部分。 包括但不限于波长测量、 。
36、波长分析、 干扰物质确 定和/或校准常数生成的所公开的方法的步骤可以被存储为计算机可读载体介质(其可以 包括拇指驱动器、 硬盘、 CD/DVD或者硬编程至处理器(其为设备本身的一部分)上的一个或 多个计算机可读代码段或数据汇编。 0022 当前发明具有用于特定地接收和记录在红外光的纳米的特定聚焦带中的特定波 长处的数据的能力， 例如， 这种带范围从1纳米宽至大约1000纳米宽， 波长典型地在中IR和 近IR波长范围内。 本发明不限于关于接收和分析/记录IR光的多个不同的带宽， 这有利于测 试样品中的多个成分的检测和量化。 测试液体样品基本上以 “显微镜” 型方式被测试而无需 在实验室或临床环境。
37、中。 另外， GPS或蜂窝三角可以被编程至设备以使该设备能够具有定位 感测/冲压以及时间冲压能力。 根据另一个实施例， 该设备是能够或者连接至使通过该设备 记录的光谱数据和图像的位置感测/冲压和时间/冲压成为可能的设备。 附图说明 0023 通过参考以下附图将更充分地理解本发明， 附图仅用于说明的目的： 0024 图1描述了具有整合有智能手机的光谱仪的本发明的示例性光谱设备； 0025 图2描述了本发明的示例性光谱设备； 0026 图3描述了图2中所示的光谱设备的内部设计的示例性侧视图； 0027 图4描述了本发明所涉及的光谱设备的另一个实施例的示例性俯视图； 0028 图5描述了图4中所示的。
38、光谱设备的示例性侧视图； 0029 图6描述了图4中所示的光谱设备的示例性前视图； 0030 图7描述了图4中所示的光谱设备的示例性仰视图； 0031 图8描述了根据本发明的示例性样品托盘； 0032 图9描述了整合至智能设备的本发明的光谱设备的示例性前视图和侧视图； 0033 图10描述了根据本发明的光谱仪的方案的示例性布置； 0034 图11描述了根据本发明的包括两个红外光过滤器和微处理器的光谱仪的方案的 示例性布置； 0035 图12描述了根据本发明的并排配置的光谱仪的方案的示例性布置； 0036 图13描述了根据本发明的与微处理器连接的光谱仪的方案的示例性布置； 0037 图14描述了。
39、根据本发明的IR光谱方法的示例性流程图； 0038 图15描述了水的近IR吸收的光谱图像； 0039 图16描述了唾液的近IR吸收的光谱图像； 0040 图17描述了葡萄糖的近IR吸收的光谱图像； 0041 图18描述了随着加入的水量增加的丙酮的近IR吸收的光谱图像； 以及 0042 图19描述了在从0-8具有根据这种数据产生的校准曲线的水中的乙醇的近IR 吸收的光谱图像。 说 明 书 5/11 页 9 CN 104661594 B 9 具体实施方式 0043 本发明涉及一种手持红外光谱方法和设备。 该手持设备可以是智能设备。 外壳容 纳光谱装置， 包括红外发射器、 一个或多个过滤器、 红外接。
40、收器以及可选的数据处理器和数 据发射器特性。 外壳还具有液体测试样品端口和测试样品托盘。 外壳还可以包含电池或其 他具有插入充电能力的电源。 数据发射器可以是与诸如近场通信、 Wi-Fi、 蓝牙或其他无线 通信网络之类的无线通信网络相关联的无线通信设备。 可替代地， 数据可以经由USB连接通 过设备传输到另一个计算机或设备。 样品托盘优选地由诸如聚乙烯塑料、 玻璃、 树脂玻璃、 塑料制品和/或任何其他对红外光的光谱透明之类的材料组成， 使得托盘本身不干扰在IR 传输之后从样品中接收到的光谱。 样品托盘在顶端处具有开口以及在另一端处具有通气 孔， 使得液体利用毛细管作用到达(wick into)。
41、托盘上的井(well)。 0044 根据该方法， 待测试的样品被引入到样品托盘中。 然后托盘经由测试端口被插入 到光谱设备中。 样品可以少到例如2微升， 多达几毫升。 红外源或发射器基于光谱系统的内 部配置(例如， 装配有诸如透镜之类的内部反射元件的系统)， 使用标准的傅里叶变换IR光 谱仪或其他商用的IR光谱仪， 直接将红外光束发射穿过样品或通过反射将红外光束发射穿 过样品。 一个或多个过滤器可以用于匹配测试样品中期望的吸收带。 校准IR发射器和校准 IR接收器以及一个或多个校准过滤器被用在设备中以在每次使用设备时校准设备。 校准发 射器可以设置在不同于用于测试样品的波长处。 通过样品(以及。
42、任何过滤器)将红外光从校 准发射器发送至校准接收器。 样品光谱被收集并与校准光谱和/或已知的分析物光谱数据 进行比较。 如果唾液的样品被测试， 由于唾液是许多不同的化合物的混合物， 因此唾液的红 外光谱是各个分析物光谱的叠加且光谱中吸收带的强度与成分的浓度成比例。 0045 本发明的红外光谱设备和方法利用具有0nm至大约15000nm范围内的波长的红外 光， 更具体地， 具有大约650nm至大约15000nm范围内的波长的红外光， 更具体地， 具有大约 650nm至大约3000nm范围内的波长的近红外光， 以及具有大约3000nm至大约8000nm范围内 的波长的中红外光。 在3000nm以上。
43、， 水强烈地吸收， 因此当测量可以在3000nm以下测量的成 分时， 经常采用650nm至3000nm的近IR范围。 0046 对于水溶液， 已经发现从IR发射器到样品的最佳距离或路径长度为大约0.5mm- 2.5mm， 更具体地， 大约0.75mm-1.5mm， 更具体地， 大约0.5mm-1.0mm， 因此， 根据本发明的一 个实施例， 待测试的样品将被放置在非常接近IR发射器和接收器的样品托盘上。 样品可以 被放置在反射器与接收器之间， 或者可以使用反射配置以通过样品反射IR光并到达位于与 发射器一致但与样品和样品托盘相对的接收器。 作为用在当前设备和方法中的光谱仪的一 部分的现有软件可。
44、以用于将来自测试样品的光谱波长数据转变为定量和定性数据， 包括光 谱图像， 用于与参考数据进行比较， 以及用于识别测试样品中物质和化合物的存在。 然后， 产生的信息、 定量和定性数据以及图像优选地可以被无线传输至一个或多个设备或位置， 用于进一步处理、 分析、 监控或记录保存。 0047 现转至附图， 图1示出整合至智能设备的光谱设备的一个实施例， 更具体地， 该实 施例显示智能电话1， 并且包括窗口2， 具有形成用于内部液体测试端口(图1中未示出)的入 口的溶液容器3； 透镜4， 用于将来自红外光发射器5、 穿过样品(图1中未示出)的IR光反射至 红外光接收器6(其方案和步骤发生在智能电话1。
45、内部)。 图1中所示的本发明实施例还包括 说 明 书 6/11 页 10 CN 104661594 B 10 数据处理器7、 GPS单元8以及数据发射器/接收器9， 但是智能电话1中的这些特征的具体布 置将取决于智能电话1的设计； 图1中所示的仅是示例性的且不会限制本发明的范围。 0048 图2a、 图2b和图2c示出本发明的手持设备(二代设备10)的另一个实施例的不同的 视图。 本实施例是小的、 便携的且形状像类似 “立方体” ， 并且其尺寸可以是大约2.4英寸宽 乘以大约2.8英寸长乘以大约2.8英寸高。 当然， 这些尺寸仅仅是举例， 因此不会限制本发明 的范围。 图2a提供二代设备10的。
46、侧视图， 显示与红外光发射器5与红外光接收器6之间的液 体测试端口15策略性地对齐的样品托盘14， 如在二代设备10的操作期间一样， 使得红外光 传输通过样品托盘14上的部分或全部液体样品。 红外光发射器5是光谱发射器数字板16的 一部分， 而红外光接收器6是光谱接收器数字板17的一部分。 图2b提供二代设备10的前视 图， 显示测试端口15。 图2c显示二代设备10包括容置液体测试端口15、 发射器数字板16以及 接收器数字板17的外壳11。 数字板16和17还可以容置微处理器以及此处所讨论的本发明的 其他方案。 0049 图3示出本发明的示例性实施例的内部示意图， 特别是光谱仪22a的一个。
47、布置， 其 将内部地操作为本发明所涉及的手持设备之一的一部分。 该图特写了容置红外发射器5和 校准红外发射器18的发射器数字板16。 具有附加的带通过滤器19的红外接收器6位于红外 发射器5的正对面。 具有附加的校准带通过滤器21的校准红外接收器20(其均连接至接收器 数字板17)位于校准红外发射器18的正对面。 在发射器数字板16与接收器数字板17之间的 是样品托盘14， 其显示为可操作地位于液体测试端口15中的可移动托盘。 0050 图4是根据本发明的三代设备23的一个实施例的示例性俯视图。 该实施例是小的、 便携的且形状类似计算机鼠标， 并且可以具有小到大约1.5英寸宽乘以大约2.5英寸。
48、长乘以 大约0.5英寸高的尺寸。 该图中示出的样品托盘14可以小到在深度上大约0.039英寸(1mm) 以及在宽度上大约0.394英寸(10mm)。 当然， 这些尺寸仅仅是举例， 因此不会限制本发明的 范围。 该图描述了开/关按钮24、 测试/发送按钮25、 用于显示光谱数据和/或图像的显示屏 26。 在三代设备23的两侧上是手柄27， 以及样品托盘14被示出， 其部分地滑入至三代设备 23。 0051 图5是三代设备23的示例性侧视图。 该视图描述了在液体测试端口15的相对侧上 的光谱仪发射器数字板16和接收器数字板17的布置， 使得在操作中， 当样品托盘14被滑入 至端口15时， 红外光传。
49、输通过样品托盘14上的样品。 该图还描述了在三代设备23上用于电 池28、 电池再充电连接29、 USB连接端口30以及显示屏26的可选位置。 0052 图6示出三代设备23的示例性前视图。 该视图描述了在图5所描述的配置中开/关 按钮24、 测试/发送按钮25、 发射器数字板16和接收器数字板17以及液体测试端口15中的样 品托盘14的可选布置。 0053 图7是三代设备23的示例性仰视图， 其示出电池门31相对于样品托盘14的可选布 置。 0054 图8示出根据本发明的样品托盘14的一个实施例。 样品托盘14具有使用毛细管作 用将待测试的样品到达托盘上的样品摄取开口32。 相对于摄取开口32位于样品托盘14的末 端的样品托盘清洗孔33允许填充。 优选地， 样品托盘14由聚合物或自然疏水的其他材料组 成， 使得基于等离子体的过程将用于使液体到达样品摄取孔34。 。