色差仪,光泽度仪,NR,YS

当前位置:首页 > 常见光学分析方法在医学分析仪器中的应用

常见光学分析方法在医学分析仪器中的应用

[导读]摘要:光学分析方法是临床检验分析中最常用的检测手段之一。本文从光学分析方法的基本原理入手介绍了比色法和分光光度法、荧光光度法和荧光分光光度法、散射法等几种常见光学分祈方法在医学分析仪器中的典型应用,以及光学分析仪器的质量控制及其发展前景-深圳三恩时3nh

1引言

光学分析法作为临床检验分析中最常用的检测手段之一,广泛应用于多种医学分析仪器中。其应用的一个典型范例是生化分析仪。生化分析仪可快捷、准确、高效地测定人体血红蛋白、胆固醇、肌肝、转氨酶、葡萄糖等60多种生化指标,已成为临床必需的仪器之一,在现代化医院中占有重要地位。当今的生化分析仪除了利用比色法和分光光度法外,还可同时使用反射比色法、荧光比色法、荧光偏振法、比浊法等测量方法进行检验分析。生化分析仪具有灵敏度高、选择性好、检测速度快、成本低等特点,这些特点也是光学分析方法所固有的优点。

2常见光学分析方法

光是一种电磁辐射,不同的电磁辐射则反映了物质内部不同的运动状态。依据电磁辐射与物质相互作用的性质可以知道,不同的光学分析方法也是建立在不同的物理效应上的.

光学分析仪器的基本组成也是众多分析仪器的基本组成,其中包括4大部分:信号发生器、检测器、信号处理系统、输出系统。下面将就常用的医用分析仪器进行阐述。

2.1比色法和分光光度法

比色法和分光光度法是基于不同分子结构的特质对电磁辐射的选择性吸收而建立起来的分析方法,属于分子吸收光谱分析。分子吸收光谱与物质本身的结构有关,吸光度的大小与特质的含量有关,利用吸收光谱的形状和吸收程度的大小即可对物质进行定性定量分析。比色法和分光光度法的定量分析依据是朗伯———比尔定律。


分光光度计(比色计))是基于分光光度法《比色法)进行分析检测的仪器,由光源、单色器、样品室、检测器、信号放大和输出显示等几部分组成。其中,单色器是分光光度计的重要部件,常用棱镜式或光栅式色散分光系统《在比色计中,则用滤光片作为单色器),光源、单色器和样品组成了分光光度计的信号发生器,产生需要检测的光信号,常用的光电松测器有光电池、光电管和光电倍增管。近年来也有一种采用光电二极管陈列作为检测器的分行色散,色散后单色光为短焦聚,能量较强,直接为光电二极管接收。这些二极管体积很小,在一个娃片上可容纳400个。单色器的谱带宽度接近于各光电二极管的间距,每个潜带宽度的光信号由一个光电二极管接收,这样,这种分光光度计一次扫描却可获得全光谱,所需时间只要0.1ts~ 1s,便于连续测量,可成为追踪化学反应和反应动力学研究的重要工具。

分光光度法的应用范围较为广泛。生化分析仪、酵标仪、血红蛋白的测定、色谱的分析检测等等都可基于比色法或分光光度法来进行测定。另外,在一些仪器中,还常常用比色法产生一些控制信号,控制仪器的运行状态。如血透机的报警、血球计数仪的定量控制等等。


2.2荧光光度法和荧光分光光度法

处于基态的分子在吸收适当的能量后,它可吸收特征波长的能量跃迁到较高的能级———激发态。激发态不稳定,将很快衰变为基态。激发态在返回基态时常伴随光子的辐射,这种现象称为发光。荧光属于分子的光致发光现象。

在荧光分析中,激发光潜和发射光谱是用于定性定量分析2个最基本的参数和依据。荧光检测的定量分析的依据为荧光强度与物质浓度的关系。对于某一荧光物质的溶液,在激发光频率、强度以及溶液厚度一定,且溶液浓度较低时,其荧光强度l与其浓度c近似成正比,即l=k-c

荧光光度计和荧光分光光度计主要由激发光源、激发单色器、样品室、发射单色器、检测器和输出显示等几部分组成。结构上多采用激发光和发射光成直角的直角光路,以减少激发对发射光的干扰。

荧光测量技术较多。荧光寿命是荧光测定中的重要参数,它在分子之间相互作用的动力学方面能给出许多重要信息。由于某些物质荧光光谱重叠但发光寿命不同,因此可利用时间分辨技术对这些物质进行分辨分析。此外,由于荧光体在偏振光的激发下,所发射的荧光也是偏振光,因此可利用荧光偏振及各项异性技术进行分析测量,例如甚于荧光体的伸振度与荧光体的转动速度成反比的特性可用于荧光免疫分析。荧光免疫分析具有与放射兔疫分析同等的灵敏度,又免除了放射性的防护问题,因此得到了广泛的应用。利用激发和发射过程中的同步扫描技术,包括固定波长差,固定能量差和可变角(可变波长)同步扫描,可以使光潜简化,谱带窄化,提高分辨率,减少散射光影响等优点。利用激发———发射矩阵图(三维光错)能够获得激发波长和发射波长同时变化的荧光强度信息。目前,采用三维光谱技术进行多组分混合物的定性、定量分析,也是分析化学的热点之一。


2.3散射法

光散射法是测定物料的内在质量和表观品质的重要技术。当一束光投射到试样上,光子与样品的微粒相互作用之后,会观察到光的散射现象,它可以是漫反射,也可以是漫透射。在此介绍2种基于散射法进行样品测定的仪器。

2.3.1色差计

色差计是一种常见的光电积分式测光仪器,主要用于表观品质检验。它利用仪器内部的标准光源照射被测物体,在可见光范围内进行一次积分测量,直接测量透射或反射物体色的三刺激值和色度坐标,并可通过专用微机系统给出2个被测样品之间的色差值。色差计的测量原理可以参看色度学的相关内容。由于入射光和检测方向与样品法线之间的夹角可以有许多不同的选择和组合,因此色差计的照明观测条件也有多种选择。

图1是一种广泛使用的透、反射两用色差计结构示意图。

它用X光积分球收集2n空间的反射通量,积分球内壁涂有MgO或BaSO4等中性漫反射材料。球壁上有3个测光孔,安装有带滤光片的3个光电检测器,测量反射色样品的三刺激值和色度坐标。如果我们把样品放在光源的位置,在反射样品测量窗口放置MgO或BaS04中性白板。这时就可测量透射样品的色差值。


在检验分析中,色差计原理常用于试纸颜色的分辨。例如在尿液分析仪中,利用色差计对试纸条上各个色块进行颜色分辨分析,从而进行尿液成分分析,有助于医生的临床诊断。此外,也可以利用色差计代替人眼对患者的眼睛、舌头、肤色以及病变部位进行色度分析,实现中医学中的望诊。

2.3.2浊度计

浊度计是利用液体试样微粒对入射光的散射量定性定量分析的一种手段。它有2种不同的工作原理:比浊法和浊度测定法。

当探测器的兴敏面的法线方向与入射光束成一直线布置时,直接测量因试样徵粒散射而降低的入射光强度,这种测量原理被测为比油法,它光路系统与分光光度法非常相似。不同的是,比油法中入射光强度降低是由散射造成的,分光光度法中的是由光吸收造成的。浊度S与散射微粒浓度c之间的数学关系:S=Kc

如果检测器的光敏面的法线方向与入射光轴成90°布置时,在垂直于入射光束方向的散射光被测量。这种测量原理被称为浊度测定法。它的光路系统与荧光光谱法非常相似。当严格控制实验条件时,散射光强度l与入射光强度lo以及散射微粒浓度c之间的关系为:l=kloc

基于浊度测定法的浊度计主要由光源、入射光单色器、样品池、散射光单色器以及检测器等几部分组成。由于散射强度随着入射辐射的频率增加而增加,因此利用单色器可以提高测量灵敏度。但在波长选择时应避开溶液的吸收和荧光波长。在简易浊度计中也可没有单色器。

浊度测定多用于免疫浊度测定,其基本原理是,抗原抗体在特殊缓冲液中快速形成抗原抗体复合物,使反应液出现浊度。当反应液中保持抗体过量时,形成的复合物磕抗原量增加而增加,反应液的浊度亦随之增加,与一系列的标准品对照,即可计算出受检物的含量。此外,浊度测定还可应用于尿液的浊度检查,药物药敏实验等。


3光学分析仪器的质量控制

基于光学分析方法进行测量的仪器,大部分已经列入国家强制检定项目。例如光电比色计、分光光度计、荧光光度计、荧光分光光度计、测色色差计、浊度计以及生分分析仪、酶标仪等等。医用光学计量已成为整个医学计量的一个重要组成部分。按照国家有关检定规程的规定,新制造和维修后的仪器必须经过检定才能投入使用,使用中的仪器至少年检一次。但对某些大型分析仪器来说,仅仅每年检定一次是远远不够的,还需要进行经常的质控和定期的校准。质控是检查标准物质与标准曲线的响合情况;校准则是使用标准物质重新标定标准曲线。质控、校准以及计量检定是保证光学分析仪器出具的数据准确可靠、合法有效的基础。在仪器的使用期间必须坚持质理管理,长期贯彻质量控制,不断强化工作人员的质量意识。

4光学分析仪器的发展趋势

光学分析方法是分析化学中最富活力的领域之一。而且,新技术、新材料和新器件的不断出现,也极大推动了光学分析仪器的进步。

在光学分析仪器中使用数学和统计学的方法,并通过计算机,进行智能控制和数据的运算处理,大大提高仪器操作自动化、数字化和智能化程度。近年来,由于电荷耦合阵列检测圈的应用,因其光潜范围宽,量子效率高,暗电流小,噪声低,线性范围宽,可实现多道同时采集数据,获得波长——-强度―——时间三维光谱图,而大大提高光学分析检沉的灵敏度与选择性。另外,随着固体激光器、光导纤维、固态微电子器件与多通道固态检测器的应用,光学分析仪器的小型化、固态化与多功能化也是一个重要的发展方向。

总之,随着分析化学、生物化学等基础学科的发展,势必会大大拓宽光学分析的应用范围,使之应用于更为广阔的领域。


相关文章