半自动生化分析仪的智能化改型设计研究

　　1　引　言

　　利用光电比色原理检测生物样品各种化学成分浓度的生化分析仪,是医院化验科和各类检验部门重要的测量分析仪器。常用的临床生化指标如血糖、血脂、胆固醇、转氨酶等参数90%以上都可以用这种仪器测量[1]。生化分析仪有全自动和半自动两种类型:全自动型操作流程全部自动化,但价格昂贵,维护复杂,使用成本高,样品批量小时反而不方便,由于技术和工艺的复杂性,产品市场被国外大公司垄断;半自动型除了需要人工加样品和试剂以外,其余操作也实现了自动化,具有经济、灵活的特点,目前我国约80%的中小医疗检验机构都在使用半自动型生化分析仪[2],其中国内产品也占有一定比例。由于半自动生化分析仪产品问世较早,我国现在正在使用的这类仪器还有许多是以单板机、单片机等作为中央数据处理单元,远远落后于计算机技术的发展,限制了仪器性能的发挥。现采用当前主流的PC机,在旧式生化分析仪的基础上,设计开发出智能型半自动生化分析仪,取得了满意的使用效果。

　　2　工作原理

　　生化分析仪的工作原理建立在比色分析的基础上[3]。一束强度为Io的平行单色光照射到均匀、非散射的溶液时,透射光的强度为It,定义T=It/Io为透过率,透过率的负对数为吸光度:A=-lgT

　　则:

    （1）

　　式中,K为吸光系数,C为溶液浓度,L为液层厚度。此关系即朗伯-比尔定律,是各种吸收光谱仪器的理论基础。

　　朗伯—比尔定律表明:当液层厚度固定时,溶液的吸光度与其浓度成正比。只要测出某种溶液的吸光度,将它与已知浓度的标准溶液吸光度进行比较,就可以算出该溶液的浓度。

　　3　仪器的设计

　　3.1　仪器的组成

　　系统原理如图1所示,仪器采用碘钨灯为光源,大透镜LA将光能会聚在33μL流动比色皿的石英通光窗处,透射光束由中透镜LB准直,然后投射到同轴安装、并成45°角倾斜的8路分光镜BS1～BS8上;8路分光镜表面分别镀有对340nm、380nm、405nm、492nm、510nm、546nm、578nm、630nm波长具有高反射率的光学薄膜,其反射光束经过上述通光波长的8块干涉滤光片后,就成为对应于以上波长的8路单色光束。8路光束再分别由小透镜L1～L8聚焦,信号由紫外/可见光硅光二极管PD1～PD8分别接收,进行光电转换。原始信号由8通道放大器进行前置放大,再经过八选一模拟开关选择,一路为信号线性值,直接送往接口板;另一路先由对数放大器转换为对数值(为计算吸光度做准备),再送往接口板。最后,模拟信号的线性值和对数值均由A/D板转换为数字信号后被PC机接收,进行后续处理分析。生化反应的速度和结果受温度影响很大,为了得到准确的测量数据,必须对比色皿进行恒温控制,该功能通过控制电路与软件相配合而实现。