ФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР С ЯЧЕЙКОЙ ДЛЯ УСТАНОВКИ ОПТИЧЕСКОЙ НАЛИВНОЙ КЮВЕТЫ
PHOTOMETRIC ANALYSER WITH CELL FOR INSTALLATION OF OPTIC FILLING CUVET

Изобретение относится к области медицины и биологии и может быть использовано для определения количественного содержания анализируемого вещества в физиологической жидкости. Точнее изобретение относится к приборам определения количественного содержания анализируемого вещества в физиологической жидкости оптическими способами, например спектрофотометрическим способом.
Известны цифровые спектрофотометры, например PD-303S, производства Apel Co., Ltd, Япония, предназначенные для широкого спектра исследований. В качестве тестовых емкостей в приведенном спектрофотометре могут использоваться пробирки, полумикрокюветы или квадратные кюветы. Недостатком спектрофотометра является невозможность использования в качестве тестовой емкости оптической одноразовой капиллярной микрокюветы.
Известны также анализаторы крови, например фотометр Hemo Control, производства фирмы EKF - diagnostic sales GmbH (Германия), предназначенный для определения концентрации гемоглобина в цельной крови. В нем в качестве тестовой емкости используется оптическая одноразовая капиллярная микрокювета. Однако недостатком описанного прибора является отсутствие возможности использования в качестве тестовой емкости стандартизированной квадратной кюветы.
Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является изобретение, описанное в авторском свидетельстве SU № 1798662 «Устройство для проведения фотометрических измерений с помощью спектрофотометра» и выбранное в качестве прототипа. В описании написано, что устройство для проведения фотометрических измерений с помощью спектрофотометра содержит кюветное отделение спектрофотометра с оптической системой. Оптическая система включает источник и приемное устройство, расположенные на одной оптической оси, параллельной плоскости основания спектрофотометра. С целью повышения удобства в эксплуатации устройства при проведении серийных изменений с вертикальной ориентацией пучка излучения, устройство снабжено дополнительным блоком, установленным на кюветном отделении и выполненным из светонепроницаемого материала. Внутри блока расположен микропланшет с лунками для исследуемой жидкости. Микропланшет выполнен с возможностью его перемещения в продольном и поперечном направлениях. Также внутри блока расположен кронштейн с фиксирующей головкой и установленными на нем зеркалами для формирования пучка излучения, ось которого перпендикулярна к оптической оси, на которой расположены источник и приемное устройство, причем зеркала оптически связаны с источником и приемным устройством. Ось фиксирующей головки перпендикулярна к оптической оси, на которой расположены источник и приемное устройство. Блок устанавливается в кюветное отделение стандартного спектрофотометра. Описанное в авторском свидетельстве устройство позволяет производить измерения как со стандартизированными квадратными кюветами, так и с одноразовыми капиллярными микрокюветами.
Недостатками этого изобретения являются как сложность при его монтировании на спектрофотометр, так и большой объем блока, который устанавливается в кюветное отделение стандартного спектрофотометра.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является универсализация анализирующего устройства. Также задачей является автоматизирование процесса тестирования анализируемого вещества при уменьшении потребления электроэнергии.
Техническим результатом, который достигается в заявленном изобретении, является создание универсального малогабаритного спектрального анализирующего устройства. Кроме того, заявленное изобретение позволяет автоматизировать процесс тестирования, что снижает как временные затраты, так и позволяет экономить электроэнергию.
Технический результат достигается тем, что фотометрический анализатор с ячейкой для установки оптической наливной кюветы включает съемный адаптер, датчик наличия адаптера и узел включения анализатора. Адаптер выполнен в виде полого тела со сквозным каналом. На внутренней поверхности адаптера выполнены продольные пазы для установки оптической одноразовой капиллярной микрокюветы. Наружная поверхность адаптера снабжена направляющими для установки его в ячейку. Адаптер имеет, по меньшей мере, два отверстия для прохождения светового луча. Адаптер снабжен элементом идентификации для взаимодействия с датчиком наличия адаптера. Узел включения анализатора выполнен в виде геркона, магнита, установленного на рычаге и взаимодействующего с герконом. При этом рычаг установлен с возможностью перемещения при воздействии на его свободный конец устанавливаемой оптической наливной кюветой или оптической одноразовой капиллярной микрокюветой.
В частном случае датчик наличия адаптера выполнен в виде оптрона, а элемент идентификации адаптера выполнен в виде светоотражающего участка на наружной поверхности адаптера, расположенного в зоне засветки оптрона при установке адаптера в ячейку.
В частном случае датчик наличия адаптера выполнен в виде геркона, а элемент идентификации адаптера выполнен в виде магнита, установленного на адаптере в зоне чувствительности геркона при установке адаптера в ячейку.
В частном случае датчик наличия адаптера выполнен в виде нажимной кнопки, а элемент идентификации адаптера выполнен в виде выступа на стенке адаптера со стороны нажимной кнопки для взаимодействия с ней при установке адаптера в ячейку.
В последующем заявляемое техническое решение поясняется подробным описанием конкретного, но не ограничивающего настоящее решение, примера его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг.1 - ячейка в разрезе;
фиг.2 - ячейка с установленной оптической наливной кюветой в разрезе;
фиг.3 - ячейка с установленным адаптером в разрезе;
фиг.4 - ячейка с установленными адаптером и оптической одноразовой капиллярной микрокюветой в разрезе;
фиг.5 - пример конкретного выполнения ячейки;
фиг.6 - пример конкретного выполнения адаптера;
фиг.7 - установка адаптера в корпус фотометрической ячейки;
фиг.8 - пример выполнения датчика наличия адаптера в виде геркона;
фиг.9 - пример выполнения датчика наличия адаптера в виде нажимной кнопки.
Устройство (фиг.1) содержит корпус 1 анализатора, в котором установлена ячейка 2. Ячейка 2 снабжена отверстиями 3 для прохождения светового луча. Конкретный пример выполнения ячейки 2 приведен на фиг.5. Внутренняя полость ячейки 2 в поперечном сечении имеет форму квадрата и предназначена для установки оптической наливной кюветы 4, как это показано на фиг.2.
Адаптер 5, конкретный пример варианта выполнения которого приведен на фиг.6, снабжен направляющими 6 для установки его в ячейку 2. Установка адаптера 5 в ячейку 2 изображена на фиг.7. Адаптер 5 имеет сквозной канал 7, на внутренней поверхности которого выполнены продольные пазы 8 для установки оптической одноразовой капиллярной микрокюветы 9. При этом адаптер имеет прорези 10 для прохождения светового луча.
В настоящем описании приведено три примера исполнения датчика наличия адаптера 5, что не ограничивает применение других, не приведенных в настоящем описании датчиков наличия.
В примере, приведенном на фиг.3 и фиг.4, в качестве датчика наличия адаптера 5 используется оптрон 11, который установлен на ячейке 2. В ячейке 2 выполнено отверстие 12 для прохождения светового луча оптрона 11. В этом случае на боковой стенке адаптера 5 выполнен участок со светоотражающей поверхностью 13.
В другом примере исполнения, приведенном на фиг.8, в качестве датчика наличия адаптера 5 использован геркон 14. В этом случае адаптер 5 выполнен с одной удлиненной стенкой 15, а в ячейке 2 выполнено отверстие 16 для ввода удлиненной стенки 15. На удлиненной стенке 15 установлен магнит 16, который при введении адаптера 5 в ячейку 2 входит во взаимодействие с герконом 14, установленным в корпусе 1 анализатора.
Еще в одном примере исполнения датчика наличия адаптера 5 использована нажимная кнопка 17. В этом случае, как это показано на фиг.9, адаптер 5 выполнен с одной удлиненной стенкой 18, а в ячейке 2 выполнено отверстие 19 для ввода удлиненной стенки 18. При введении адаптера 5 в ячейку 2 удлиненная стенка 18 входит во взаимодействие с нажимной кнопкой 17, установленной в корпусе 1 анализатора.
Конкретный пример выполнения и работы узла включения анализатора приведен на фиг.1, фиг.2 и фиг.4. В приведенном примере узел включения анализатора выполнен в виде геркона 19, магнита 20, установленного на рычаге 21 и взаимодействующего с герконом 19. При этом рычаг 21 установлен с возможностью перемещения при воздействии на его свободный конец устанавливаемой оптической наливной кюветой 4, как это показано на фиг.2, или оптической одноразовой капиллярной микрокюветой 9, как это показано на фиг.4. Причем при установке адаптера 5 без одноразовой капиллярной микрокюветы 9, как это показано на фиг.3, включение анализатора не произойдет, так как не происходит перемещения рычага 21 и отсутствует взаимодействие магнита 20 с герконом 19.
Устройство работает следующим образом.
Анализатор работает по принципу спектрофотометра для измерения спектра оптической плотности исследуемого образца сложного многокомпонентного состава D(λ), связанного со спектром поглощения A(λ) соотношением
<mrow><mi>D</mi><mrow><mo>(</mo><mi>λ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>lg</mi><mfrac><mn>1</mn><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mi>A</mi><mrow><mo>(</mo><mi>λ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac></mrow>
.
Коэффициент поглощения A(λ) определяется путем измерения интенсивности светового потока по формуле
<mrow><mi>A</mi><mrow><mo>(</mo><mi>λ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>I</mi><mn>0</mn><mrow><mo>(</mo><mi>λ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><mi>I</mi><mn>1</mn><mrow><mo>(</mo><mi>λ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mi>I</mi><mn>0</mn><mrow><mo>(</mo><mi>λ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac></mrow>
,
где
I0(λ) - интенсивность светового потока, падающего на образец,
I1(λ) - интенсивность светового потока, прошедшего через образец.
Согласно закону Бугера-Ламберта-Бера спектр поглощения смеси веществ представляет собой сумму спектров поглощения компонентов смеси. Используя спектр поглощения исследуемого образца и известные спектры поглощения отдельных компонентов и решив с помощью встроенной микропроцессорной программы соответствующую математическую систему уравнений для этих спектров, определяется концентрация всех компонентов.
При использовании оптической наливной кюветы 4 с раствором лизированной крови анализатор обеспечивает определение следующих параметров крови:
- концентрация общего гемоглобина ctH;
- фракция фетального гемоглобина FHbF;
- фракция карбоксигемоглобина FCOHb;
- фракция метгемоглобина FMetHb.
Для проведения этих исследований оптическую наливную кювету 4 вставляют в ячейку 2, как это показано на фиг.2. Оптическая наливная кювета 4 своей нижней поверхностью перемещает рычаг 21 и тем самым подводит магнит 20 к геркону 19. Производится включение анализатора. При этом датчик наличия адаптера 5 определяет тип носителя вещества, установленного в ячейке 2. Например, если в качестве датчика наличия адаптера 5 используется оптрон 11 (фиг.3 и фиг.4), то отражение светового луча источника света оптрона 11 от поверхности оптической наливной кюветы 4 не происходит, и анализатор определяет носитель исследуемого вещества как оптическую наливную кювету 4.
В процессе измерения анализатор определяет значение оптической плотности физиологической жидкости на всех длинах волн λi рабочего спектрального диапазона спектрофотометра.
Далее происходит умножение полученной в результате измерения оптических плотностей D1(λi) на коэффициенты K1(λi), соответствующие оптической наливной кювете 4. Эти коэффициенты должны быть заранее записаны в память анализатора. В результате определяется спектр оптической плотности исследуемого вещества: D(λi)=D1(λi)·K1(λi) и связанный с ним спектр поглощения A(λi).
При использовании одноразовой капиллярной микрокюветы 9 с раствором лизированной крови анализатор обеспечивает определение следующих параметров крови:
- концентрация общего гемоглобина ctHb;
- фракция оксигемоглобина FO2Hb;
- фракция дезоксигемоглобина FHHb;
- фракция карбоксигемоглобина FCOHb;
- фракция метгемоглобина FMetHb.
Для проведения этих исследований в ячейку 2 устанавливают адаптер 5, как это показано на фиг.6. После установки адаптера 5 в его продольные пазы 8 устанавливают одноразовую капиллярную микрокювету 9 с анализируемой физиологической жидкостью. Одноразовая капиллярная микрокювета 9 своей нижней поверхностью перемещает рычаг 21, подводя магнит 20 к геркону 19. Производится включение анализатора. При этом датчик наличия адаптера 5 определяет тип носителя вещества, установленного в ячейке 2. Например, если в качестве датчика наличия адаптера 5 используется оптрон 11 (фиг.3 и фиг.4), то происходит отражение светового луча источника света оптрона 11 от участка со светоотражающей поверхностью 13 адаптера 5 и засветка приемника оптрона 11. Анализатор определяет присутствие адаптера 5, а носитель исследуемого вещества как одноразовую капиллярную микрокювету 9.
В процессе измерения анализатор определяет значение оптической плотности физиологической жидкости на всех длинах волн λi рабочего спектрального диапазона спектрофотометра (спектр поглощения).
Далее происходит умножение полученной в результате измерения оптических плотностей D2(λi) на коэффициенты K2(λi), соответствующие оптической наливной кювете 4. Эти коэффициенты должны быть заранее записаны в память анализатора. В результате определяется спектр оптической плотности исследуемого вещества: D(λi)=D2(λi)·K2(λi) и связанный с ним спектр поглощения A(λi).
Заявляемое устройство позволяет производить фотометрическое определение концентрации гемоглобина, различных дериватов гемоглобина и других веществ без дозирования крови и плазмы и без подготовки реагентов, имеет возможность проводить измерения как с использованием одноразовых капиллярных микрокювет 9, так и с использованием традиционных оптических наливных кювет 4. Кроме того, заявляемое устройство имеет уменьшенные габариты и простую конструкцию, что повышает надежность и эффективность его работы в целом. Устройство может быть широко использовано в медицинских учреждениях и научных центрах.