Brevet FR2719903A1 — publié le 19951117

PROCEDE ET DISPOSITIF D'ANALYSE DE LA COMPOSITION D'UN LIOUIDE A L'AIDE D'UN SPECTROPHOTOMETRE A PLAGES DE DETEC- TION MULTIPLES. La présente invention concerne un procédé d'analyse de la composition d'un liquide utilisant en tant que moyen de détection et de mesure un spectrophotomètre. Elle s'applique notamment, mais non exclusivement, à la biologie clinique humaine, et en particulier à l'analyse d'échantillons de sérum sanguin. Une telle analyse est généralement effectuée en mettant l'échantillon à analyser en présence d'un réactif. Elle est basée sur la constatation que chaque substance présente un spectre d'absorption de la lumière blanche qui lui est propre, et en particulier, comprenant un ou plusieurs pics d'intensité distincts et caractéristiques. Il suffit donc à l'aide d'un spectrophotomètre de mesurer l'intensité lumineuse à une longueur d'onde centrée sur un de ces pics caractéristiques pour déterminer la proportion d'une substance contenue dans l'échantillon à analyser. Or, il s'avère que ce procédé ne permet pas de détecter des erreurs de manipulation conduisant à des mesures erronées. Dans le cas du sérum sanguin notamment, il arrive fréquem- ment que l'échantillon soit de mauvaise qualité ou que l'opérateur se trompe de réactif. Par ailleurs, il apparaît que certains liquides, et notam- ment le sérum sanguin, présentent des capacités d'absorp- tion de la lumière très variables en fonction de l'échan- tillon considéré, et donc des spectres d'absorption dits de blanc, c'està-dire en l'absence de réactif, très variables d'un échantillon à l'autre. On peut également constater que le spectre d'absorption de l'échantillon en présence de réactif vient se superposer à son spectre de blanc, si bien que la mesure d'intensité effectuée à la longueur d'onde caractéristique inclue la valeur du spectre de blanc à cette longueur d'onde et donc présente un aspect relatif. Pour s'affranchir de cet aspect relatif de la mesure, il est donc nécessaire de réaliser une seconde mesure à la même longueur d'onde sur un échantillon sans réactif, la valeur recherchée étant obtenue en corrigeant la mesure effectuée sur l'échantillon en présence de réactif avec la valeur de la seconde mesure. L'invention a pour but de supprimer ces inconvénients en détectant les erreurs de manipulation et en délivrant instantanément la mesure absolue de la teneur d'une substance contenue dans un échantillon. A cet effet, elle part de la constatation que, d'une part, la forme du spectre d'absorption d'un échantillon correcte- ment prélevé varie dans des limites relativement réduites, et d'autre part, le spectre de blanc n'est pas modifié à la suite de l'introduction du réactif dans l'échantillon, en dehors des fenêtres de longueurs d'ondes contenant les pics caractéristiques de la substance à détecter. En conséquence, elle propose un procédé de mesure de la teneur d'une substance contenue dans un échantillon liquide en présence d'un réactif, ladite substance ayant un spectre d'absorption de la lumière blanche présentant une forme prédéterminée comprenant au moins un pic d'intensité distinct, caractéristique de ladite substance, et s'inscri- vant dans une fenêtre de longueurs d'ondes. Ce procédé est caractérisé en ce qu'il comprend: - la mesure simultanée de l'intensité lumineuse dudit spectre pour au moins trois longueurs d'ondes, la première étant centrée sur ledit pic caractéristique, la seconde et la troisième étant situées en dehors de toute fenêtre contenant un pic d'intensité et de part et d'autre de la première longueur d'onde, - la détermination de plages de valeurs respectives dans lesquelles doivent se situer la seconde et la troisième mesure, compte tenu de ladite forme prédéterminée du spectre et de la valeur de la première mesure, la vérifi- cation que la seconde et la troisième mesure appartien- nent auxdites plages de valeurs respectives, et la signa- lisation d'une erreur dans le cas o au moins l'une des seconde et troisième mesures n'appartiennent pas auxdites plages, et/ou - la détermination par extrapolation à l'aide de la seconde et/ou de la troisième mesure, de l'intensité lumineuse du spectre d'absorption de l'échantillon en l'absence de réactif à la première longueur d'onde, et la correction de la première mesure à l'aide de l'intensité lumineuse déterminée par extrapolation. Ce procédé permet ainsi de se prémunir contre un certain nombre d'erreurs ou d'interférences en une seule séquence opératoire comprenant trois mesures simultanées à des longueurs d'ondes distinctes et prédéterminées. En effet, ces trois mesures permettent d'une part, de vérifier que le pic d'intensité lumineuse est bien situé sensiblement à la longueur d'onde caractéristique attendue, pour contrôler que le réactif qui a été utilisé est correct. D'autre part, elles permettent de contrôler la qualité de l'échantillon, c'est-à-dire, si l'intensité lumineuse mesurée à la longueur d'onde caractéristique est suffisam- ment élevée par rapport à celles fournies par les autres mesures. En outre, elles permettent d'éliminer la composante du spectre de blanc due à la turbidité de l'échantillon qui perturbe la mesure. Un mode de réalisation du procédé selon l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 représente schématiquement un spectrophotomètre capable d'effectuer plusieurs mesures simultanément; les figures 2 et 3 montrent différents spectres d'absorption sous forme de courbes d'intensité en fonction de la longueur d'onde. Sur la figure 1, le spectrophotomètre fait intervenir un puits de cuve 1 destiné à contenir le liquide dont on veut obtenir le spectre d'absorption et qui comprend une paroi transparente T1,T2, en au moins deux emplacements opposés. Cette cuve 1 est éclairée par une source lumineuse halogène S, par l'intermédiaire d'une lentille convergente L1 conçue de manière à former l'image du filament de la source S, au centre de la cuve 1 (à mi-distance entre les faces transpa- rentes T1,T2). -5- Cette image est reproduite sur la fente d'entrée F d'un spectrographe grâce à une lentille focalisatrice L2 placée du côté de la face T2 de la cuve 1. Ce spectrographe comprend essentiellement un doublet D composé d'une lentille collimatrice plan convexe L3 accolée par sa surface plane à un réseau plan R de type transmis- sif, orienté de manière à ce que sa face gravée soit appli- quée contre la lentille L3 et soit donc protégée par celle- ci. La lumière engendrée au niveau de la fente d'entrée F, par l'image lumineuse du filament de la source S, et focalisée par la lentille L3, est déviée par le réseau R en fonction des longueurs d'ondes des rayonnements qui la composent. De ce fait, au lieu d'obtenir une image unique de la fente F, comme ce serait le cas si l'on supprimait le réseau R, on obtient une multiplicité d'images s'échelonnant en fonction des longueurs d'ondes dans une zone focale image Z, cette succession d'images constituant le spectre que l'on veut analyser. Dans l'exemple représenté figure 1, la lentille L3 est de type plan/sphérique de sorte que la zone focale image (lieu des images de la fente F en fonction de la longueur d'onde) présente une forme incurvée. La zone focale image est matérialisée par un masque à fentes M incurvé dont chacune des fentes fi,... fn corres- pond à une raie du spectre à analyser. Le rayonnement reçu par ces fentes fi,... fn est canalisé par des fibres optiques 2 connectées à des photodiodes Pl,..--. Pn qui engendrent des signaux électriques traités par un circuit électronique d'analyse 3 comprenant des moyens de calcul et un afficheur 4 des résultats des mesures. -6- Sur la figure 2, la courbe 10 montre la forme du spectre d'absorption d'un échantillon présentant une faible turbi- dité, par exemple, de plasma sanguin. En présence d'un réactif, ce spectre forme un pic d'amplitude A1 à la longueur d'onde x0 caractéristique de la substance que l'on cherche à détecter, la mesure de l'amplitude A1 à l'aide d'un spectrophotomètre permettant de déterminer la quantité de la substance ainsi détectée. Le spectrophotomètre tel que décrit précédemment qui délivre également d'autres mesures, par exemple aux longueurs d'ondes xl,x2,x3,x4, permet d'obtenir l'allure de la courbe du spectre d'absorption. Lorsque l'échantillon présente une certaine turbidité, son spectre d'absorption 12 (représenté en traits interrompus sur la figure 2) en l'absence de réactif, appelé spectre de blanc, est sensiblement linéaire. En présence du même réactif, son spectre d'absorption 11 présente également un pic d'amplitude A'1 à la longueur d'onde x0, et vient se superposer au spectre de blanc. Pour obtenir une mesure A"1 représentative de la quantité de la substance que l'on cherche à détecter, il convient donc de retrancher à l'amplitude A'1 mesurée en xo, l'amplitude B du spectre en x0 en l'absence de réactif. Par ailleurs, on peut noter sur ces courbes 10,11 que le réactif a un effet sur la forme du spectre uniquement au voisinage de la longueur d'onde caractéristique x0 de la substance à détecter. On peut remarquer également que les spectres d'absorption sensiblement linéaires d'échantillons de turbidité variables, sont proportionnels à la turbidité de l'échantillon. Grâce au fait que l'on dispose d'au moins une mesure à une longueur d'onde suffisamment éloignée de x0, par exemple en xl, on peut donc déterminer l'amplitude B à la longueur d'onde x0 de l'échantillon en l'absence de réactif par un simple calcul d'extrapolation linéaire. -7- Ce calcul de correction est effectué par le circuit d'ana- lyse 3 et la valeur corrigée de la mesure est présentée sur l'afficheur 4. Sur la figure 3 sont représentées une courbe 20 du spectre d'absorption que l'on doit obtenir lorsque l'on mélange un échantillon avec un réactif déterminé, et deux autres courbes 21,22 obtenues à la suite d'une erreur de manipula- tion. Ainsi, sur la courbe 21 présentant un pic à une longueur d'onde différente de x0, on a utilisé un autre réactif, si bien qu'il s'est produit une autre réaction chimique mettant en évidence une substance différente de celle que l'on cherche à détecter, et ayant de ce fait une longueur d'onde caractéristique différente. Dans le cas de la courbe 22 présentant un pic à la longueur d'onde x0 anormalement faible, c'est-à-dire, ayant une absorption anormale aux longueurs d'ondes considérées, on a utilisé un échantillon de sérum sanguin contenant une trop grande proportion d'hémoglobine. Si l'on procède à une seule mesure, on obtiendra des ampli- tudes A'2 pour la courbe 21 et A"2 pour la courbe 22 erronées, sans pouvoir détecter l'anomalie. Au contraire, si l'on dispose d'au moins deux autres mesures à des longueurs d'ondes de part et d'autre de la longueur d'onde caractéristique x0 de la substance à détec- ter, on peut vérifier que la forme du spectre est correcte. En effet, on sait que pour une réaction donnée, on doit avoir une forme de spectre d'absorption donnée. A partir d'une mesure à une longueur d'onde déterminée, on peut donc déterminer des plages de valeurs dans lesquelles doivent se trouver les mesures effectuées à d'autres longueurs d'ondes. -8- Par conséquent, il y a une anomalie si les deux autres mesures ne se trouvent pas dans les plages de valeurs déterminées à partir de la mesure à la longueur d'onde caractéristique x0. En outre, on peut déterminer la cause de l'anomalie. En effet, si les deux autres mesures se trouvent au dessus desdites plages, l'échantillon est mauvais. Par ailleurs, si l'une des deux mesures se situe en dessous de la plage dans laquelle elle doit se trouver, et l'autre au dessus, alors le réactif employé n'est pas correct. La cause de l'anomalie est ainsi déterminée par le circuit d'analyse 3 et indiquée sur l'afficheur 4. Avantageusement, pour assurer une meilleure détection d'anomalie et une détermination plus précise de la valeur du spectre de blanc à la longueur d'onde caractéristique x0, il suffit d'effectuer simultanément et de traiter davantage de mesures, comme le fait le spectrophotomètre décrit précédemment. -9- REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure de la teneur d'une substance contenue dans un échantillon liquide en présence d'un réactif, ladite substance ayant un spectre d'absorption de la lumière blanche présentant une forme prédéterminée comprenant au moins un pic d'intensité distinct, caracté- ristique de ladite substance, et s'inscrivant dans une fenêtre de longueurs d'ondes, caractérisé en ce qu'il comprend: - la mesure simultanée de l'intensité lumineuse dudit spectre (11) pour au moins trois longueurs d'ondes (x0,xl,x4), la première (x0) étant centrée sur ledit pic caractéristique, la seconde (xl) et la troisième (x4) étant situées en dehors de toute fenêtre contenant un pic d'intensité et de part et d'autre de la première longueur d'onde (x0o), - la détermination de plages de valeurs respectives dans lesquelles doivent se situer la seconde et la troisième mesure, compte tenu de ladite forme prédéterminée du spectre (20) et de la valeur de la première mesure (A2), la vérification que la seconde et la troisième mesure appartiennent auxdites plages de valeurs respectives, et la signalisation d'une erreur dans le cas o au moins l'une des seconde et troisième mesures n'appartiennent pas auxdites plages, et/ou - la détermination par extrapolation à l'aide de la seconde (xl) et/ou de la troisième mesure (x4), de l'intensité lumineuse (B) du spectre d'absorption (12) de l'échantil- lon en l'absence de réactif à la première longueur d'onde (x0), et la correction de la première mesure (A'1) à l'aide de l'intensité lumineuse (B) déterminée par extra- polation. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend la détermination de la cause d'une erreur de manipulation à l'aide des positions de la seconde et de la troisième mesure par rapport - 10 - auxdites plages, lorsque la seconde et/ou la troisième mesure n'appartiennent pas à leur plage de valeurs respec- tive. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'échantillon analysé est du sérum sanguin, et en ce que, lorsque la seconde et la troisième mesure sont au dessus de leur plages de valeurs respec- tives, l'échantillon contient trop d'hémoglobine, et lorsque une seule des secondes et troisièmes mesures se trouve au dessus de sa plage de valeurs, le réactif utilisé est mauvais. 4. Procédé selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce qu'il comprend la mesure simultanée de l'intensité lumineuse dudit spectre (11) pour un nombre de longueurs d'ondes supérieur à trois pour déterminer avec plus de précision la forme du spectre d'absorption de l'échantillon analysé. 5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un spectrophotomètre permettant l'étude in situ du spectre d'absorption d'une substance et comprenant un élément optiquement dispersif qui dévie en fonction de leurs longueurs d'ondes des ondes provenant d'une source lumineuse (S) et ayant traversé ladite substance, de manière à constituer dans une zone de détection (Z), une succession d'images de la source qui constitue ledit spectre d'absorption, l'élément optiquement dispersif consistant en un doublet (D) comportant un réseau transmissif (R) accolé à une lentille focalisatrice (L3), le spectrophotomètre comprenant un système de détection statique optoélectronique comportant une multiplicité de plages de détection situées dans ladite zone de détection (Z), ledit système de détection statique étant raccordés - 1.1 - électriquement à un circuit électronique d'analyse et de calcul (3). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le système de détection comprend un masque (M) à fentes (fi à fn) disposé dans la zone de détection (Z) et une multiplicité de cellules optoélectro- niques (Pl à Pn) respectivement associées auxdites fentes (fi à fn), chacune des cellules optoélectroniques (Pl à Pn) étant raccordée au circuit électronique d'analyse et de calcul (3). 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la lentille (L3) du doublet (D) comprend une face sphérique, et en ce que le masque (M) à fentes (fi à fn) est de forme incurvée. 8. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la liaison optique entre les fentes (fi à fn) et les cellules optoélectroniques est assurée par des fibres optiques (2). 9. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend une cuve (1) éclairée par la source lumineuse (S) par l'intermédiaire d'une lentille convergente (L1) destinée à former l'image du filament de la source (S) au centre de la cuve (1), en ce que cette image est reproduite sur une fente (F) grâce à une lentille focalisatrice (L2), et en ce que le doublet (D) est disposé dans l'axe de la fente (F) de manière à engendrer, dans une zone focale image (Z), une succession d'images de cette fente (F) qui constitue le spectre que l'on désire réali- ser.