Медицинские приборы и системы для лабораторного анализа Курс «Медицинские приборы и системы» Лекция 6
3. 3. 4. Эмиссионная фотометрия Спектры испускания, или эмиссионные, получают при возбуждении атомов различными способами (тепловыми столкновениями, фотонами, электронным ударом и т. д. ). Время жизни возбужденного состояния невелико и составляет 10 -7 -10 -8 с. В течение этого времени атом теряет избыточную энергию путем испускания кванта электромагнитного излучения. 2
Люминометрия и флуориметрия Излучение света молекулами – люминесценция - может происходить при передаче энергии им в различных процессах: - воздействие потоком электронов (катодными лучами) – катодолюминесценция; - тепловой нагрев – термолюминесценция; - химические реакции – хемилюминесценция; - воздействие электрическим током – электролюминесценция; - ультразвуковое воздействие – сонолюминесценция; - воздействие механическим трением – триболюминесценция; - облучение ионизирующей радиацией – радиолюминесценция; - облучение ультрафиолетовым и видимым светом – фотолюминесценция или флуоресценция. n 3
В основе явления люминесценции лежат процессы поглощения энергии с последующим излучением фотонов. hf = Ei – Ek, λ = c/f Схема энергетических уровней внутримолекулярных переходов: 1 - абсорбция; 2 - флуоресценция; 3 - фосфоресценция; 4 а - излучательные переходы; б - безызлучательные переходы.
Флуоресценция получило свое название от природного минерала – флюорита Ca. F 2 Веществами, способными к свечению – флуорофорами – являются такие биологические соединения как триптофан, тирозин, фенилаланин, нуклеотиды (НАДН, НАДФ-Н), флавины, порфирины, хлорофиллы, каротиноиды, некоторые витамины, окисленные липиды, белки и другие. В качестве меток при проведении флуофесцентного и люминисцентного анализа часто используются флуорофоры и люминофоры: 5
Схемы наблюдения флуоресценции 1 – ртутная лампа; 2 – светофильтр; 3 – кювета с раствором исследуемого вещества; 4 – приемник излучения. а – приемник принимает только флуоресцентное излучение. б – применяется только для сильно флуоресцирующих растворов В качестве источника излучения обычно используются ртутные дуговые лампы с линейчатым спектром с максимумами на 365, 405, 436 и 546 нм. Приемники - обычно фотоумножители. 6
Фотопоток флуоресценции, испускаемый во всех направлениях (при малых концентрациях, когда наблюдается равномерное свечение образца) ФФ = Ф 0(1 – Т)nи/nп = Ф 0(1 – 10– СL)nи/nп, где nи и nп – число излученных и число поглощенных квантов. При малых значениях концентрации: ФФ = Ф 0 ln(10) СLnи/nп = KC, где К = Ф 0 ln(10) Lnи/nп – постоянный коэффициент. 7
Схема устройства флуорометра 1 – источник, 2, 4 – монохроматоры (светофильтры), 3 – кювета, 5 – детектор, 6 – измерительный прибор Схема устройства анализатора поляризации флуоресценции 1 – источник, 2, 5 – монохроматоры (светофильтры), 3, 6 – поляризатор и анализатор, 4 - кювета, 5 – детектор, 6 – измерительный прибор 8
Поляризация флюоресценции используется для определения лекарств, наркотиков и других малых молекул иммунохимическим методом. Флюоресценция с разрешением во времени - возбуждение флюоресценции короткими импульсами света, и измерение ее через некоторое время, когда возбуждающий импульс уже угас. В качестве флюорофоров используются лантаниды – редкоземельные элементы : самарий (Sm), европий (Eu), тербий (Tb) и др. Для них сдвиг Стокса - сотни нанометров, время флюоресценции - сотни микросекунд. Измеряя флюоресценцию на разных длинах волн и через разные промежутки времени после освещения импульсом возбуждающего света, можно одновременно количественно определять несколько флюорофоров этой группы. Это позволяет использовать двойные метки – например, одновременно пометить и измерять концентрации и антигена и антитела, что значительно повышает точность определения. 9
Преимущества флуориметрии: - флюоресцентные и люминесцентные технологии увеличивают линейный диапазон до 6 -8 десятичных порядков, то есть позволяют работать без разведения; - более высокая чувствительность, которая может на четыре порядка превышать чувствительность фотометрических методов; - очень высокая специфичность определения (лишь небольшое число веществ обладает способностью к флуоресценции), кроме того, вещества, имеющие сходные спектры возбуждения, могут иметь различные спектры испускания и наоборот; - возможность флуориметрического определения пикограммовых количеств анализируемых веществ; Недостаток: зависимость результатов измерений от температуры и р. Н в образце 10
11
12
анализатор флуориметрический FL 2110 (Беларусь) анализатор ФЛУОРАТ-02 (Россия) WALLAC 1420 MULTILABEL COUNTER (VICTOR-2) (Финляндия) 13
Пламенная эмиссионная фотометрия Широко используется для измерения лития (Li), натрия (Na) и калия (К), кальция (Са) в жидкостях организма, может применяться для измерения более 60 элементов. n 1 – проба; 2 – капилляр; 3 – распылитель; 4 – распыляющее сопло; 5 и 6 – стабилизаторы расхода воздуха и горючего газа; 7 – сопло горючего газа; 8 – горелка; 9 – сферическое зеркало; 10 – пламя; 11 – оптический узел; 12 – светофильтры или монохроматор; 13 – фотоприемник; 14 –усилитель; 15 – устройство обработки и отображения информации 14
В пламенном фотометре исследуемое вещество (в виде водного солевого раствора) при помощи газа-носителя диспергируется в воздухе. В идеальных условиях имеется линейная взаимосвязь между концентрацией атомом элемента Са в дисперсии и интенсивностью света на определенной для данного элемента длине волны (b = 1): Для измерения различных элементов используются светофильтры на следующие длины волн: Li – 671 нм, Na – 589 нм, K – 768 нм. Пламенная эмиссионная фотометрия основана на проведении сравнительных измерений, поэтому калибровочные пробы должны приготавливаться и анализироваться одновременно с исследуемыми образцами 15
Энергию возбуждения пламени можно менять в широких пределах соответствующим подбором состава горючего газа и газа-носителя 16
Пламенную фотометрию используют для определения ионов калия и натрия в сыворотке крови, моче, эритроцитах, спинно-мозговой жидкости, экссудатах, транссудатах, в желудочном соке, иногда измеряют содержание кальция и лития. Для одновременного определения натрия и калия достаточно правильно приготовить комплексный калибровочный раствор, который одновременно содержит и калий, и натрий в концентрациях, близких тем, которые бывают в исследуемом материале. Нельзя только забывать, что в плазме крови соотношение концентраций этих элементов другое, чем в моче, поэтом калибровочный раствор для мочи не подходит для анализа крови, и наоборот. Определение электролитов методом пламенной фотометрии характеризуется высокой надежностью, чувствительностью, простотой и быстротой выполнения (в течение нескольких минут) и считается референтным методом для определения натрия и калия. Однако опасность работы с горючими и взрывоопасными газами и системами все чаще приводит к замене этих приборов микроанализаторами ионов с селективными электродами. 17
Фотометр пламенный ПФА-378 четырехканальный (Новолаб, Новосибирск) - предназначен для измерения концентрации ионов щелочных и щелочно-земельных металлов (натрий, калий, литий, кальций) в растворах путем измерения интенсивности их эмиссионных линий при распылении анализируемого раствора в пламени газовой горелки; - применяется в медицине, энергетике, сельском хозяйстве, на предприятиях водоснабжения, в химической, стекольной, металлургической и других отраслях промышленности. 18
Технические характеристики Диапазон измерений: Na, K, Li Ca 0, 5. . . 100, 0 мг/дм 3 15. . . 100 мг/дм 3 Пределы допускаемой абсолютной погрешности ±(0, 036 С+0, 004)* мг/дм 3 Время непрерывной работы, не менее 8 ч Продолжительность одного измерения, не более 5 сек. Давление воздуха, развиваемое компрессором, не менее Электропитание Потребляемая мощность фотометра 0, 75 кг/см 2 220 В, 50 Гц 15 Вт Потребляемая мощность компрессора 90 Вт Габариты фотометра Габариты компрессора Масса фотометра Масса компрессора 290 х220 х270 мм 250 х190 х230 мм 6 кг 9 кг 19
Пламенный фотометр PFP-7 (Jenway, Англия) - предназначен для определения концентрации ионов щелочных (Na, K, Li) и щелочноземельных (Ca, Ba) металлов в жидких средах в лабораторных условиях; - используется в сельском хозяйстве, сырьевых отраслях промышленности, в химической и металлургической промышленности, на предприятиях водоснабжения, в медицине. Основные особенности: - высокое разрешение - до 1 ppm (1 ppm = 1 г/т = 1 мг/кг); - специальные стеклянные фильтры с узким диапазоном пропускания длины волны для подавления помех (установлены на диске, что обеспечивает быструю смену фильтров); - встроенная система электронного поджига и пропуска пламени; - независимые регуляторы усиления и точки нуля; - результаты измерений отображаются на легко читаемом светодиодном индикаторе. 20
Технические характеристики Диапазон измерений массовой концентрации Na (K) 0, 5. . . 1000 (400) мг/дм 3 Пределы обнаружения Na и К Пределы обнаружения Li Пределы обнаружения Са Пределы обнаружения Ва 0, 2 ppm 0, 25 ppm 15 ppm 30 ppm Предел допускаемой абсолютной погрешности при измерении массовой концентрации Na и K: 0, 5. . . 10, 0 мг/дм 3 >10, 0 мг/дм 3 ±(0, 03 х. С + 0, 5) мг/дм 3 ± 0, 04 х. С мг/дм 3 Стабильность (дрейф) нулевого сигнала после 15 мин. прогрева Продолжительность однократного измерения, не более Расход пробы Электропитание Потребляемая мощность, не более Габариты Масса 2 % в час 1 мин. 2. . . 6 см 3/мин. 220 В, 50 Гц 10 Вт 420 х360 х300 мм 8 кг 21
22
§ 3. 4. Рефрактометры Действие рефрактометров основано на явлении полного внутреннего отражения при прохождении светом границы раздела двух сред с разными показателями преломления. Сущность метода: известен показатель преломления измерительной призмы N, нужно определить показатель преломления n испытуемого образца. Вещество Воздух Кварц Вода дистиллированная Этиловый спирт Ацетон Глицерин безводный 40% раствор сахарозы 45% раствор сахарозы 5% раствор агар-агара 5% раствор альбумина Желатиновый ряд Вирусы Стенки растительных клеток Споры бактерий Эритроциты человека Животные клетки Показатель преломления 1, 00027 1, 52 1, 333 1, 361 1, 405 1, 501 1, 42 1, 342 1, 422 1, 360 -1, 420 1, 502 -1, 559 1, 500 -1, 530 1, 460 -1, 537 1, 385 -1, 393 1, 350 -1, 380 23
24
25
Методы: § метод скользящего луча § метод полного внутреннего отражения Типа Аббе Типа Пульфриха 26
Принцип действия рефрактометра Аббе призменный блок Аббе - призма Амичи 27
Рефрактометр ИРФ-22 1 – корпус 2 – измерительная головка 3 – зрительная труба 5 – зеркало 7, 8 – маховички I – эталонная призма II – вспомогательная призма 4 – градусный лимб 6 – компенсатор окраски 28
Принцип действия рефрактометра Пульфриха 1 – источник света 2 – конденсорная система 3 – измерительная призма 4 – зрительная труба 5 – углоизмерительная система 6 – испытуемый образец Положения трубы I II 29
Рефрактометр ИРФ-23 1 – штатив 2 – градусный лимб 3 – автоколлимационная труба 4 – отсчетный микроскоп 5 – лампа подсветки 6 – измерительная призма 7 – диафрагма объектива 8 – микрометрический винт 10 – конденсор 11 – натриевая лампа 12 – блок питания лампы 13 - термометр 30
n Сравнение технических характеристик рефрактометров Пульфриха и Аббе Тип рефрактометра Рефрактометры Пульфриха Рефрактометры Аббе Диапазон измерений n. D 1, 20 – 2, 10 Предел погрешности измерений Δn. D ± 5· 10 -5 ± 2· 10 -4 31
Скачать презентацию Медицинские приборы и системы для лабораторного анализа Курс
Medpribory_dlya_KDL-Lektsia_6.ppt