一種高性價(jià)比小型生化分析儀用分光光度計(jì)的研制

  為了克服傳統(tǒng)分光光度計(jì)中棱鏡和凹面光柵等分光器件的光譜分光效率低、分辨率不高和光通量小等缺點(diǎn)，采用平面光柵作為色散器件,采用線陣電荷耦合器件(CCD)結(jié)合外設(shè)互換(PCI)總線高速數(shù)據(jù)采集卡作為光譜檢測系統(tǒng)，并且利用虛擬儀器技術(shù)成功研制了一款高性價(jià)比小型生化分析儀用分光光度計(jì)，同時(shí)自制了一套交叉非對稱式(CT)型單色儀作為該分光光度計(jì)的分光裝置。通過實(shí)驗(yàn)證明，該小型分光光度計(jì)可以實(shí)現(xiàn)紫外和可見光波段吸光強(qiáng)度為1000(a.u.)的探測，光譜測量范圍可達(dá)300~800 nm，波長分辨率可達(dá)1 nm，波長重復(fù)性優(yōu)于0.5 nm，在波長為360 nm 處的雜散光小于0.5%，波長準(zhǔn)確度優(yōu)于±0.5 nm。

  相比其他同類分光光度計(jì)，該分光光度計(jì)不僅具有后分光、光譜多通道并行分析等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)能優(yōu)化光路成像系統(tǒng)，提高光譜測量準(zhǔn)確度和降低成本。生化分析儀(BCA)是用于測定人體血液的各種生化指標(biāo)的分析儀器，它可以準(zhǔn)確、快速地為醫(yī)生和化學(xué)檢驗(yàn)人員提供檢測數(shù)據(jù)，在臨床診斷和化學(xué)檢驗(yàn)中具有重要作用。其中分光光度計(jì)是生化分析儀的核心部件。傳統(tǒng)的分光光度計(jì)中，常用棱鏡作為分光器件，雖然價(jià)格較低廉，但是由于棱鏡只能形成一組光譜，且分辨率、分光效率和通光率都不高，在現(xiàn)場實(shí)際測量中的應(yīng)用受到極大的限制。而采用法布里-珀羅(FP)干涉的色散系統(tǒng)，雖然具有突出的分辨率和光通量性能，但自由光譜范圍很窄，結(jié)構(gòu)和裝調(diào)復(fù)雜；傅里葉分光系統(tǒng)雖然綜合性能較好，但受現(xiàn)階段干涉系統(tǒng)極限光程差和光程差變化間隔限制。對于光譜探測而言，傳統(tǒng)的分光光度計(jì)常采用光電倍增管和波長掃描的方式來實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換及光譜探測掃描，不僅儀器體積大、速度慢、而且不利于在線測量和工業(yè)使用。而電荷耦合器件(CCD)具有光電轉(zhuǎn)換、電荷存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)移等功能，而且集成度高、分辨率高、動(dòng)態(tài)范圍大、信噪比高，在很多領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用；此外，虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，在某種程度上變革了儀器的傳統(tǒng)意義，使得傳統(tǒng)儀器的功能軟件化，即軟件就是儀器。這些器件和技術(shù)的發(fā)展，使得分光光度計(jì)小型化、高效率和低成本均成為可能。另外，在使用分光光度計(jì)做樣品吸收光譜測量時(shí)，由于光源的能量強(qiáng)弱不均勻、不同類型的光柵衍射效率和反射鏡的反射率有較大差異，以及樣品對于不同波長的光譜吸收度存在較大差異等因素，尤其在紫外波段，能量衰減較大，且電子電路、CCD 器件中產(chǎn)生的各種噪聲和光路系統(tǒng)中雜散光的存在使得紫外和可見波段的光度測量準(zhǔn)確率較低。

   隨著計(jì)算機(jī)和光譜分析技術(shù)的發(fā)展，微型化、高性能的儀器將成為未來儀器的發(fā)展主流。由于目前傳統(tǒng)的分光光度計(jì)尚存在一些缺陷，本文通過采用線陣CCD 和虛擬儀器技術(shù)，在優(yōu)化分光光度計(jì)光路結(jié)構(gòu)和光譜分析處理算法的基礎(chǔ)上自制了CT 型光路和光譜探測器，并通過實(shí)驗(yàn)成功研制了低成本、高性能的生化分析儀用分光光度計(jì)。所研制的分光光度計(jì)主要針對部分紫外波段和可見光波段，對于深紫外和紅外波段分光光度計(jì)的研究，將作為下一步研究的重點(diǎn)。