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光電比色检验基础知识
光电比色分析仪的基本知识
概述:
北京普朗公司的现有主要产品都是体外诊断医用设备(IVD产品),在《医疗器械分类目录》中该类产品的管理类别是6840-Ⅱ类。其注册工作由省级或直辖市药监局管理。是医院、卫生防疫站、血站、妇幼保健站等临床实验室及食品安全、动物检疫及科研实验室对样本进行检验的仪器。
本公司现有主要产品属于光电比色分析仪器。仪器工作时检测到的原始信号是一个光信号,通过分析计算得到最终检验结果。因此光学系统的好坏对仪器的质量起着决定性的作用。下面首先介绍一下光电比色的基本知识。
一. 光电比色检验的基本知识
光电比色检验是指利用物质具有吸收、发射或散射光谱谱系的特点,对物质进行定性或定量的分析方法。它具有灵敏、快速、简便等特点,是生物化学分析中最常用的分析技术之一。
1.1 物质的溶液对光的选择性吸收现象
物质的溶液为什么会有颜色,人看到的不同颜色,是不同波长的光对人眼睛产生的不同视觉效应。
不同物质的溶液,只吸收与之对应的某个波长的光子能量,因此每种物质的溶液都有自己特定吸收光谱,即某种物质对某种波长的光有最大吸收(吸收峰),而对其他波长的光几乎不吸收或很少吸收,人看到的溶液颜色只是未被吸收的可见光。因为不同物质的溶液,只吸收不同波长的光,所以人眼会看到不同物质的溶液呈现出不同的颜色。
互补光:例如,紫(400~430)与绿(500~560);兰(430~450)与黄(560~590);青(480~500)与红(620~700),互为互补光。如果看到的溶液是兰色,则溶液吸收的一定是黄色光。
紫外光:λ小于400nm
红外光:λ大于760nm
d) 工作波长:为了提高仪器检验的灵敏度,应该选择待测物质的吸收峰波长作为检验波长,这样只要待测溶液中含有被测物质,就会对入射光产生明显的吸收(检测信号)。如果浓度变化,则会引起对入射光的吸收(检测信号)产生明显变化。
因此在上图中选择560nm波长作为检测波长,就容易测得C物质浓度变化引起的吸光度变化值,并依此计算出浓度值。 很显然如果需要检测A,B的浓度,则应分别选择390nm,470nm作为工作波长。
如果待测容器中既有A物质,又有B物质(伴随物),在需要检测A物质时,却选择了410nm作为工作波长,则必定受到B物质的干扰(因此时测得的吸光度值是A和B的总和)。
e) 单色光:为了减少其它物质对检测的干扰,检测波长的光谱范围应该越窄越好(但光谱范围越窄,在同一光源的情况下,获得的光能量会越小,信号会越弱)。在检验仪器中,一般利用干涉滤光片(一个滤光片只提供一种波长)或者光栅(可连续选出不同的波长)来获得高纯度的单色光。 (为什么要选择物质的吸收峰波长作为工作波长?)
f) 常用生化滤光片透射光谱曲线示例:
常用标准生化滤光片的主要波长有:340, 380, 405, 450, 480, 492, 505, 510, 546,578, 620, 630, 700nm 等;中心波长误差为:±1-3nm,半波宽度在6~12nm左右,最高透过率30%~60%(可视需要而选定)。
1.3. 朗伯-比耳定律:
如果不把吸光度和浓度建立起量的联系,仅有吸光度则没有任何临床意义。朗伯-比耳定律的创立,解决了吸光度与浓度量的内在联系,该定律是光谱化学分析的理论基础。
朗伯-比耳定律(光的吸收定律):在一定条件下,当入射光一定时,溶液对光的吸
收程度与溶液的浓度及液层厚度成正比。 表达式如下:
A=K·C·L (1)
其中:A—吸光度;K—吸光系数;C—溶液浓度; L—液层厚度(光在溶液中走过的路径)。
当液层厚度为1cm ,浓度单位为1mol/L 时,吸光系数K称为摩尔吸光系数,用ε表示。ε是物质的特征性常数。
该定律的下列形式,为应用朗伯-比耳定律提供了方便:
(2) I0 It
其中:Io:入射光信号强度;It :透射光信号强度。
仪器只要分别测得入射光信号和透射光信号,就可利用(2)式计算出待测液的吸光度。
除了溶液的浓度和温度以外,影响朗伯-比耳定律正常应用的主要仪器因素有:
1.3.1 仪器信号不稳定产生的误差(随机因素):Io和It在仪器上一般是分时测定的(双光路可同时检测Io和It),必须确保在测定It时,Io保持不变
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