生化的分析仪的光学系统.docVIP

2 生化分析仪的基本工作原理 目前绝大多数生化分析仪都是基于光电比色法的原理进行工作的。其结构可粗略看成是由光电比色计或分光光度计加微机两部分组成。生化分析仪的基本工作原理如图1所示。 如图1,生化分析仪的基本工作原理是由单色光束照射比色皿内的有色液体,通过被测样品对光能量的吸收,由探测器(光电转换器)将光信号转换成相 应的电信号,该信号经放大、整流、并转换成数字信号,送入计算机,同时计算机控制驱动电力驱动滤光片轮和样品盘,计算机再根据用户选择的工作方式对测量数 据进行处理、运算、分析、保存,打印机同时打印出相应的结果,最后,在测完每组样品之后.进行比色皿清洗[2]。 3 生化分析仪光学系统的分光比色方法 生化分析仪有两种光电比色方法:前分光和后分光。图2采用的是前分光,即先通过单色器分光后再入射到比色池。图3采用的是后分光,即从光源发射 的复合光先通过比色池后再经单色器分光。对于前分光式的分光光度计,由于通过吸收池的是单色光,所以没有其它波长单色光的干扰。其缺点是测试速度相对较 慢,不能同时完成多波长测试。对于后分光式的分光光度计,由于光先通过吸收池再由单色器分光,所以可采用面阵ccd、光电二极管阵列等光电探测器同时对几 个波长进行测试,速度快。 后分光技术一般用于全自动生化分析仪。前分光技术是早期自动生化分析仪广泛使用的光电比色方法,现在一般用于半自动生化分析仪中,相对后分光技术来说结构简单,成本较低,基于我们所研发的半自动生化分析仪是面向国内低消费层次市场,所以采用了这种分光比色方法。 4 生化分析仪光学系统的研究及设计 生化分析仪的光学系统可以粗略地看作是一个分光光度计,其所要完成的工作简单的讲是将光源所发出的复色光分成所需要的单色光,利用光电探测器将带有被测样品信息的单色光的光信号变为电信号后,再通过控制系统将信号送到数据处理系统进行处理计算。 4.1 光源 生化分析仪中对光源的基本要求是:①在仪器的工作波段范围内提供连续辐射,即光源可以发射连续光谱,以便记录一个完全的吸收光谱;②光源发射的 辐射能量具有足够的强度,其能量随波长变化尽可能小;③具有较好的稳定性;④有较长的寿命[3]。实际上,这种理想光源是不存在的。临床项目测定中,光源 强度保持不变是获得准确测定结果的重要因素,因此,在生化分析仪光学系统附有使电源电压稳定的装置(稳压器)。它的作用是稳定光源发光强度,使之不受外界 电压变化的影响。生化分析仪的检测项目中经常要用到波长为340nm的紫外光,所以对光源的紫外光出射有特别的要求。而一般的灯泡发出的紫外光都相当微 弱,因此,我们选用卤素石英灯。卤素石英灯的工作波长一般为325~800nm,可以满足生化分析仪从紫外到可见光的检测。而且,卤素灯发出的光线强、使 用寿命长、发光效率高和体积小等优点。 由于光源自身产生热量较严重,会导致光源的使用寿命大幅降低,所以设计了特别散热装置。 4.2 分光装置 生化分析仪采用的光源一般是发射宽波段范围的连续辐射,然而,在实际测量时,我们希望采用窄谱带或单色光,这是由于:①采用窄带辐射才有可能将 彼此非常接近的吸收带分开。②采用窄带才可能在最大吸收波长处进行测量,从而提高测定灵敏度。③在定量分析时,采用窄带才能较好地遵守比尔定律。因此,必 需采用适当的装置将宽波段复合光分解为窄带或单色光。单色器是使不同波长的光以不同的角度发散的组件,按色散元件的不同,可分为棱镜单色器、光栅单色器和 滤光片式单色器。棱镜单色器简单又便宜,但其色散是弯曲且非线性的,长波色散率较小,短波色散率较高,因此欲得到相同的光谱强度,狭缝宽度要随波长而改 变,并且光谱线间隔不同为非匀排光谱[4]。 光栅的色散率大,色散角与波长成线性关系,分辨率高,光谱范围宽。采用光栅的仪器设计时须注意光谱叠级,检测灵敏度及光学布局(前分光或后分光)等因素的影响。光栅的主要缺点是有次级光谱干扰分析,且杂散光的影响较大。而且,光栅的价格昂贵。 滤光片是一种简单而廉价的波长选择器,其作用是选择性地透过一定波长范围的光。滤光片的滤光特性用最大透光波长(中心波长)和谱带半宽度(有效 带宽)来描述。最大透光波长是指在该波长处辐射有最大透光率,而谱带半宽度是指最大透光率的一半处谱带的波长范围(图4),以纳米(nm)表示,谱带半宽 度愈小,则单色光的纯度愈高,一般滤光片的谱带半宽度为10nm。 检验的准确度与单色光的纯度是有很大关系的,所以,应选择半宽度较小的窄带滤光片。同时,为了能够得较好的紫外光强度(340nm),我们选择了透过率较高的滤光片。而为了不使578nm和630nm处得到的光强度溢出计算范围,选择了透过率较低的滤光片(如表1)。 滤光片的透光特性随着温度的变化而变化,温度升高时,不但它的半宽度会加宽,峰值波长也会起变化。因此在光