一种高性价比小型生化分析仪用分光光度计的研制

  为了克服传统分光光度计中棱镜和凹面光栅等分光器件的光谱分光效率低、分辨率不高和光通量小等缺点，采用平面光栅作为色散器件,采用线阵电荷耦合器件(CCD)结合外设互换(PCI)总线高速数据采集卡作为光谱检测系统，并且利用虚拟仪器技术成功研制了一款高性价比小型生化分析仪用分光光度计，同时自制了一套交叉非对称式(CT)型单色仪作为该分光光度计的分光装置。通过实验证明，该小型分光光度计可以实现紫外和可见光波段吸光强度为1000(a.u.)的探测，光谱测量范围可达300~800 nm，波长分辨率可达1 nm，波长重复性优于0.5 nm，在波长为360 nm 处的杂散光小于0.5%，波长准确度优于±0.5 nm。

  相比其他同类分光光度计，该分光光度计不仅具有后分光、光谱多通道并行分析等优点，同时能优化光路成像系统，提高光谱测量准确度和降低成本。生化分析仪(BCA)是用于测定人体血液的各种生化指标的分析仪器，它可以准确、快速地为医生和化学检验人员提供检测数据，在临床诊断和化学检验中具有重要作用。其中分光光度计是生化分析仪的核心部件。传统的分光光度计中，常用棱镜作为分光器件，虽然价格较低廉，但是由于棱镜只能形成一组光谱，且分辨率、分光效率和通光率都不高，在现场实际测量中的应用受到极大的限制。而采用法布里-珀罗(FP)干涉的色散系统，虽然具有突出的分辨率和光通量性能，但自由光谱范围很窄，结构和装调复杂；傅里叶分光系统虽然综合性能较好，但受现阶段干涉系统极限光程差和光程差变化间隔限制。对于光谱探测而言，传统的分光光度计常采用光电倍增管和波长扫描的方式来实现光电转换及光谱探测扫描，不仅仪器体积大、速度慢、而且不利于在线测量和工业使用。而电荷耦合器件(CCD)具有光电转换、电荷存储、转移等功能，而且集成度高、分辨率高、动态范围大、信噪比高，在很多领域都得到广泛应用；此外，虚拟仪器技术的出现和发展，在某种程度上变革了仪器的传统意义，使得传统仪器的功能软件化，即软件就是仪器。这些器件和技术的发展，使得分光光度计小型化、高效率和低成本均成为可能。另外，在使用分光光度计做样品吸收光谱测量时，由于光源的能量强弱不均匀、不同类型的光栅衍射效率和反射镜的反射率有较大差异，以及样品对于不同波长的光谱吸收度存在较大差异等因素，尤其在紫外波段，能量衰减较大，且电子电路、CCD 器件中产生的各种噪声和光路系统中杂散光的存在使得紫外和可见波段的光度测量准确率较低。

   随着计算机和光谱分析技术的发展，微型化、高性能的仪器将成为未来仪器的发展主流。由于目前传统的分光光度计尚存在一些缺陷，本文通过采用线阵CCD 和虚拟仪器技术，在优化分光光度计光路结构和光谱分析处理算法的基础上自制了CT 型光路和光谱探测器，并通过实验成功研制了低成本、高性能的生化分析仪用分光光度计。所研制的分光光度计主要针对部分紫外波段和可见光波段，对于深紫外和红外波段分光光度计的研究，将作为下一步研究的重点。