УСТРОЙСТВО ФОТОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА МОЧИ

Полезная модель относится к медицинскому лабораторному оборудованию в котором используется фотометрический анализ, а именно, количественное определение диагностически важных компонентов, таких как белок, кровь, лейкоциты, глюкоза, уробилиноген, кетон, билирубин, нитрит, аскорбиновая кислота, pH и др. Предложенный способ может быть использован при лабораторном анализе мочи и других биологических жидкостей человека и животных.
Известно устройство, способ фотометрического детектирования, в котором излучение от источника света через конденсорную линзу попадает на образец с анализируемым веществом, в зависимости от состава и количества которого меняется интенсивность оптического излучения. Затем это излучение проходит через входную щель и направляется на вогнутую дифракционную решетку, где происходит спектральное разделение излучения в пространстве. Одновременно с этим вогнутая дифракционная решетка фокусирует отраженный свет и направляет его на регистрирующую фотодиодную матрицу, состоящей, как правило, из 128 элементов (US 20060066850 A1 US kl. 356/328, Int. Cl: G01J 3/28, 2006 г.).
Недостатком устройства, является низкая чувствительность элемента фотодиодной матрицы, обусловленная многократным делением светового потока, в 128 раз при пространственном спектральном разделении излучения на дифракционной решетке. Большинство химических соединений в видимой области спектра имеют не более 2-3-х полос поглощения и для их фотометрического анализа вполне достаточно трех спектральных точек. Особенно это касается рутинного анализа, где состав веществ в смеси заведомо известно и в 128-ми спектральных точках или элементах фото диодной матрицы нет необходимости. В результате снижаются быстродействие и другие показатели надежности способа.
Требуемый технический результат заключается в повышение показателей надежности фотометрического анализа и имеет в 5-10 раз более высокую чувствительность, чем у аналогов, при в 4-5 раз большем быстродействии и более высоких показателях надежности фотометрического анализа, из-за значительного уменьшения передаваемого и обрабатываемого объема информации.
Дополнительным техническим результатом является снижение количества спектральных точек со 128-ми до 3-х, а, значит, и соответствующих им значений оптической плотности вещества для упрощения цифровой обработки, визуализации и хранения данных.
Требуемый технический результат достигается тем, что, в способе фотометрического анализа с помощью светодиодной матрицы и волоконной оптики, перед передачей спектрального излучения от светодиодной матрицы через образец, излучение собирается от различных по спектру источников излучения светодиодной матрицы и по волоконно-оптическому коллектору передается на тестовую полоску. Далее излучение от 3-х последовательно включающихся светодиодов, каждый их которых имеет свою спектральную полосу, взаимодействует с анализируемым веществом, и затем регистрируется фотоприемником.
Для качественного анализа анализируемого вещества используется способ управления светодиодной матрицы, при котором в течение цикла измерения работает один из трех светодиодов матрицы на заданной длине волны.
Для количественного анализа смеси используется способ управления светодиодной матрицы, при котором в течение цикла измерения работают поочередно три светодиода матрицы на различных длинах волн.
На чертежах представлен Способ фотометрического анализа: Фиг.1 - устройство для определения диагностически важных компонент в составе мочи.
Способ фотометрического анализа реализуется с помощью устройства для фотометрического анализа мочи, представленного на прилагаемом чертеже Фиг.1, где 1 - оптико-электронный узел фотоприемника, включающий аналого-цифровой преобразователь 2, синхронный детектор 3, предварительный усилитель 4, одноканальный фотоприемник 5; 6 - USB порт связи с компьютером; 7 - внешнее электропитание +5В; 8 - оптико-электронный узел светодиодной матрицы в том числе: 9 - микроконтроллер; 10 - генератор синхронизированных импульсов; 11 - светодиодная матрица из 3-х светодиодов; 12 - семиканальный волоконно-оптический коллектор с видом сечения А; 13 - градиентная линза; 14 - тест - полоска с анализируемым веществом.
Предложенный способ работает следующим образом. На тест - полоску 14 после процедуры пробоподготовки с помощью автоматического дозатора (на чертеже не показан) попадает анализируемое вещество. Одновременно с этим из многоканального волоконно-оптического коллектора 12 через градиентную линзу 13, на тест - полоску 14 попадает и отражается оптическое излучение разного спектрального состава, которое определяется включением определенного светодиода в светодиодной матрице 11.
В процессе отражения оптических лучей от тест - полоски происходит частичное оптическое поглощение излучения анализируемым веществом, вследствие чего меняется интенсивность отраженного света на разных длинах волн, которое попадает по волоконно-оптическому коллектору 12 на одноканальный фотоприемник 5 в составе оптико-электронного узла фотоприемника 1, где оптический сигнал преобразуется в электрический, последний усиливается на предварительном усилителе 4, после чего подается на синхронный детектор 3, в котором подавляются основные шумовые составляющие сигнала и после аналого-цифрового преобразователя 2 сигнал в цифровом виде попадает на микроконтроллер 9 в составе оптико-электронного узла светодиодной матрицы 8, который кроме контроля над аналого-цифровым преобразователем 2, управляет генератором синхронизирующих импульсов 10, который в свою очередь посылает импульсы на светодиодную матрицу 11 для включения соответствующего светодиода и одновременно с этим на синхронный детектор 3 для управления электронным ключом.
К фотометрическому анализатору через USB-порт связи 6 подключается компьютер для общего управления анализатором и сбора измерительных данных с последующей визуализацией на мониторе компьютера, при внешнем электропитании 7, которое осуществляется от источника постоянного тока +5В.
Светодиодная матрица, состоящая из трех светодиодов, каждый из которых способен излучать фиксированную длину волны с полушириной 10-15 нм в спектральном диапазоне 300-900 нм. Интенсивность свечения светодиодов регулируют стабилизатором тока, который встроен в генератор синхронизирующих импульсов.
Возможны два способа управления светодиодной матрицей. В первом режиме синхронизирующий импульс от генератора поступает только на один заданный светодиод. В результате его свечения через тест - полоску проходит только одна спектральная длина волны, которую регистрирует фотоприемник. В этом режиме за 1 сек. синхронизирующий детектор измеряет сигнал 35 раз с постоянной времени измерения 2 мсек, при этом фотометрический шум составляет 2×10-5 единиц оптической плотности.
В ходе фотометрического анализа возможно переключение работающего светодиода на любой другой из трех возможных в составе матрицы, и, значит, возможна автоматическая смена длины волны в ходе анализа. Это особенно важно при биохимическом анализе сложных смесей, когда необходимо в течение анализа менять длину волны линии поглощения, а, следовательно, и чувствительность метода для разных веществ в составе анализируемой смеси.
Во втором режиме синхронизирующий импульс от генератора поступает на все три светодиода в матрице. Светодиоды поочередно циклически включаются, в результате чего через тест - полоску поочередно за 1 скан проходит три длины волн, которые поочередно регистрирует одноканальный фотоприемник. Синхронно с включением светодиодов сигнал от генератора импульсов попадает на синхронный детектор 3, который детектирует соответствующую длину волны, и таким образом позволяет микропроцессору вычислить соответствующую плотность вещества по каждой из трех длин волн, излучаемых светодиодной матрицей. В этом режиме за 1 сек. синхронизирующий детектор измеряет 5 сканов (в каждом скане по три измерения на разных длинах волн) с постоянной времени измерений 2 мсек, при этом фотометрический шум составляет 5×10-5 единиц оптической плотности.
Этот режим особенно востребован при многокомпонентном биохимическом анализе смеси, когда требуется практически одновременное измерение оптической плотности веществ на трех длинах волн.
Таким образом, благодаря предложенному техническому решению достигается требуемый технический результат, заключающийся в повышение показателей надежности фотометрического анализа и имеет в 5-10 раз более высокую чувствительность, чем у аналогов, при в 4-5 раз большем быстродействии и более высоких показателях надежности фотометрического анализа, из-за значительного уменьшения передаваемого и обрабатываемого объема информации и снижение количества спектральных точек со 128-ми до 3-х, а, значит, и соответствующих им значений оптической плотности вещества для упрощения цифровой обработки, визуализации и хранения данных.