一種高性?xún)r(jià)比小型生化分析儀用分光光度計的研制

  為了克服傳統分光光度計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(xiàn)陣電荷耦合器件(CCD)結合外設互換(PCI)總線(xiàn)高速數據采集卡作為光譜檢測系統，并且利用虛擬儀器技術(shù)成功研制了一款高性?xún)r(jià)比小型生化分析儀用分光光度計，同時(shí)自制了一套交叉非對稱(chēng)式(CT)型單色儀作為該分光光度計的分光裝置。通過(guò)實(shí)驗證明，該小型分光光度計可以實(shí)現紫外和可見(jiàn)光波段吸光強度為1000(a.u.)的探測，光譜測量范圍可達300~800 nm，波長(cháng)分辨率可達1 nm，波長(cháng)重復性?xún)?yōu)于0.5 nm，在波長(cháng)為360 nm 處的雜散光小于0.5%，波長(cháng)準確度優(yōu)于±0.5 nm。

  相比其他同類(lèi)分光光度計，該分光光度計不僅具有后分光、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，提高光譜測量準確度和降低成本。生化分析儀(BCA)是用于測定人體血液的各種生化指標的分析儀器，它可以準確、快速地為醫生和化學(xué)檢驗人員提供檢測數據，在臨床診斷和化學(xué)檢驗中具有重要作用。其中分光光度計是生化分析儀的核心部件。傳統的分光光度計中，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，在現場(chǎng)實(shí)際測量中的應用受到極大的限制。而采用法布里-珀羅(FP)干涉的色散系統，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，結構和裝調復雜；傅里葉分光系統雖然綜合性能較好，但受現階段干涉系統極限光程差和光程差變化間隔限制。對于光譜探測而言，傳統的分光光度計常采用光電倍增管和波長(cháng)掃描的方式來(lái)實(shí)現光電轉換及光譜探測掃描，不僅儀器體積大、速度慢、而且不利于在線(xiàn)測量和工業(yè)使用。而電荷耦合器件(CCD)具有光電轉換、電荷存儲、轉移等功能，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)域都得到廣泛應用；此外，虛擬儀器技術(shù)的出現和發(fā)展，在某種程度上變革了儀器的傳統意義，使得傳統儀器的功能軟件化，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，在使用分光光度計做樣品吸收光譜測量時(shí)，由于光源的能量強弱不均勻、不同類(lèi)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(cháng)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中雜散光的存在使得紫外和可見(jiàn)波段的光度測量準確率較低。

   隨著(zhù)計算機和光譜分析技術(shù)的發(fā)展，微型化、高性能的儀器將成為未來(lái)儀器的發(fā)展主流。由于目前傳統的分光光度計尚存在一些缺陷，本文通過(guò)采用線(xiàn)陣CCD 和虛擬儀器技術(shù)，在優(yōu)化分光光度計光路結構和光譜分析處理算法的基礎上自制了CT 型光路和光譜探測器，并通過(guò)實(shí)驗成功研制了低成本、高性能的生化分析儀用分光光度計。所研制的分光光度計主要針對部分紫外波段和可見(jiàn)光波段，對于深紫外和紅外波段分光光度計的研究，將作為下一步研究的重點(diǎn)。