专利名称：半自动生化分析仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于生物化学、石油化工、环境保护、食品工业，土壤分析用仪器，特别是用于医学上各种临床生化指标的测量分析仪器领域。
目前世界上分光光度计的制造技术是比较成熟的，而且品种也比较多，用在生化分析方面的主要有两种全自动生化分析仪和半自动生化分析仪，不管哪一种大都是采用滤光片来改变入射光的波长，将其变成一定波段的单色光，通过装有样品的比色池进行比色反应，输出的光信号由光敏器件变为电信号再经电子线路放大，由计算机采样处理得出相应的结果，而全自动生化分析仪与半自动生化分析仪区别在于全自动生化分析仪是在半自动基础上附加自动吸释器及自动加样器，即将被测液体样品放在自动加样盘中进行自动进样，自动稀释，既节省人工又省时间，在作一般正常的检测中是十分方便的；但全自动生化分析仪只适合一次化验一批多达几百个样品，一次需几个小时，中途不可停机或临时加进样品，有急诊病例难以及时检测，因此使用受限制，另外进口的半自动生化分析仪通常用340nm，500nm，510nm，546nm，630nm六块滤光片，其仪器波长不可连续可续，因此限制仪器可测量样品的品种。不管全自动还是半自动生化分析仪目前我国全靠进口，每年花大量外汇，经专利文献检索美国专利4，253，766号，1981年5月3日，题目“optical gzaivo analyziz inztezmet”
这种光学生物分析装置由光源，滤波器、斩波器、样品容器、传感器、转动样品的装置、控制和测量电路、显示装置组成，它是利用光源不同的光波长在种子表面的反射来测定物质样品成份的量。用一个斩波器把连续光变成脉冲光，对应一个滤波器变成单色光再照到样品上，斩波器、滤波器、样品均有步进电机驱动，这样可以使不同的光波长照在样品的不同地方，也就是测量不同频率下物质生物样品光学密度等，从而达到测定这些物质的某些成分量，这种装置是用来测定固体物质的，不适合测量液体物质。第二该仪器用滤光片来获得单色光比不上用全息光栅来得波长精度高和方便。
本实用新型的目的在于克服上述已有技术的不足，在我国普遍推广临床诊断酶学检测方法，提高广大(县级医院以上)医院生化诊断的灵敏度，准确度和工作效率，其二是为了制造一种适合我国国情的既经济又实用的半自动生化分析仪，它可开机测量不受任何时间和条件限制，特别是用于临床急诊的测试，随时可停机测量达到灵活、方便、节省大量的时间，其三使一机多用途，它不受任何试剂盒的限制，还可用于生化研究和开发新型试剂盒，可手动扫描波长，其四，为了节省大量外汇，从而提供一种由光源、全息衍射光栅单色器，恒温微流动吸收比色池，吸样泵、光电检测器、步进马达、放大器、单片机、显示打印装置组成的波长范围能从300－850nm连续分光，自动进行吸样、进样，自动升温、恒温及进行数据处理和显示打印结果的进行对液体样品吸光度及其变化测定的智能化新一代自动生化分析仪。
本实用新型的半自动生化分析仪主要由四大部分光学系统，机械系统、电气系统、单片机组成，其结构如
图1和图2所示，图1和图2是半自动生化分析仪结构示意图。图1、2中(1)－全息衍射光栅单色器，波长范围300－850nm连续可调。
(2)－变压器，将动力电变成(3)－电源滤波器，将电网中杂波低压电提供各部分供电系统；滤掉减少干扰；(4)－仪表风扇散热用；(5)－电源板，提供仪器各部分所需直流电源；(6)－主控板、控制作用；(7)－光电检测器，检测输出光信号；(8)－吸样泵，自动进样；(9)－恒温微量流动比色池(10)－电源开关(11)－键盘，输入命令人机对话；(12)－发光二极管，指示用；(13)－单片机、进行数据处理；(14)－外接打印机，打印试验结果；图3是半自动生化分析仪光电流程框图。
以下结合附图1、2、3对本实用新型进行说明本实用新型的半自动生化分析仪的光学系统包括光源、光栅单色器，微量比色池和光电检测器。机械系统包括吸样泵、线路板支架和外壳等，电气系统包括温度控制器、程控放大器、泵驱动线路和高压低压电源，单片机系统包括单片机，对数A／D转换器，数码显示器，键盘，功能键指示灯和微型打印机等。本实用新型的半自动生化分析仪由内光路由光源(15)、前垂直放置一个具有1200线／mm以上的平面全息衍射光栅的可调单色器(1)，其后垂直主光路放一恒温微量流动比色池(9)，在它后面放置光电检测器(7)，从光电检测器(7)检测出的光信号输送到放大器(18)中，再送到单片机(13)，单片机(13)与显示，打印装置(14)相联；所述的放大器(18)还包括分别与温控电路装置(19)和步进马达(20)相联接，温控电路装置(19)与插在比色池(9)中的热敏元件相接；步进马达(20)与吸样泵(8)相联，吸样泵(8)的液体出口接到比色池(9)，所述的恒温微量流动比色池(9)包括用带有两石英窗口的抗腐蚀，导热快的金属材料做的。本实用新型的主要工作原理是根据朗伯－比尔定律设计，即A＝lg l／T＝KCL式中 A－样品溶液的吸光度，T－样品溶液的透光率；K－消光系数；C－样品溶液的浓度；L－样品溶液光程度度；由式中可以看出只要测出样品溶液的吸光度A，即可推算出样品溶液的浓度。A＝lgl－／T；T＝I／I.；其中I为样品溶液透光度，I。为试剂溶液透光度，通过测定样品和试剂溶液的透光度及其变化率，那么根据上述公式即可算出溶液的浓度及酶反应速率，和酶的活性等，从而可以计算出等测样品的各种生化指标。仪器可做终点法，酶动力学法和两点法三种测定。
以下结合附图和最佳实施方案，对本实用新型进行详细说明。
本实用新型用12V、30W的卤钨灯做为仪器光源(15)，全息衍射光栅单色器(1)把光源(15)发出的光分解为波长范围从300－850nm连续可调的单色光。在测量样品时，样品放在比色池(9)内，根据等测样品吸收光谱选择某一波长的光做为入射光，入射光通过微量恒温比色池(9)后的出射光经光电检测器(7)检测，并把光强度的变化转换成电信号输出送到放大器(18)内，再进行放大并送到对数A／D转换器内，再输入到单片机对所采集数据处理后得出样品的吸光度及其变化率，酶反应速度和浓度等，再输送到显示器和打印机(14)，按动键盘(12)打印出结果，本实用新型的半自动生化分析仪的结构特征之一是采用1200线／mm以上的平面全息衍射光栅，不但使整个仪器结构简单而且波长的精度达±2nm，分辨率也大大地提高到0.001吸光度，保证仪器的稳定性和可靠性。其二制做一个带有石英窗口的用抗腐蚀、导热好金属材料做的恒温微量流动比色池(9)，比色池(9)由不锈钢做成长12×高20×宽20mm，在其两头对称开口嵌住φ5.5×厚1mm的石英窗口，并在用两块20×20mm2的半导体致冷器夹在比色池(9)的两侧或上下部位，供比色池(9)调温用。将与温控电路(19)相联的NTC热敏电阻元件插在比色池(9)中间，它将检测到的信号送到温度控制电路(19)中，当电源与放大器(18)电路接通，比色池(9)在很短时间内(约30秒)达到予置的温度并保持恒定，由于比色池(9)制做材料是用不锈钢，钛合金等材料制做，它耐腐蚀所以增加了仪器可测样品的品种，从而扩展了仪器使用范围。由于用单片机控制放大器，放大器又与温控电路相联所以升温、恒温快及稳定，又因比色池(9)与热敏电阻，致冷元件偶合好是该仪器温度稳定的第二个因素，从而大大地提高测量准确度。其三采用蠕动泵做吸样泵(8)去掉齿轮传动和一些定位环节，单片机(13)通过接口电路驱动步进电机控制吸样泵(9)自动吸样、进样，样品吸入量用编程控制因此测试时进样量准确，而且用量少，可达一次进样从25－9998μml，既节省样品又省时间，提高了仪器分析速度。
其四特点是放大器，它将光电检测器检测到的微弱信号放大，由计算机进行检测并进行数据处理，通过软件将检测到的变化信号换算成用户所需要值。因所用全息衍射光栅做单色器在300－700nm范围内所测到的光信号强弱相差很大，所以放大器有16种增益输出，这16种状态由单片机根据光电检测器(7)输出的信号大小而自动调整，放大器一般用通用的AD547，AD545LH AD542LH.AD545AHK其五，单片机(13)，它主要是进行A／D或D／A转换，它将放大器送来的模拟信号经过A／D转换完成数字信号进行数据处理，而且可自动控制放大器的增益，又将操作者所要求的实验条件付诸实施，如温度控制，泵进样量的多少等。以英特8031芯片构成的单片机系统以I／O方式管理和控制外部电路，以中断方式采集光吸收数据，参数输入和编程通过机上键盘及功能键进行，吸光度和生化指标由7段译码显示并用TPup－40B微型打印机输出，采用人机对话方式操作，由十只发光二极管指示。3片8K字节EPROM作为系统管理，监控及应用主程序的存储器，1片8KRAM提供给用户编程和存放数据。程序号0……39是内部程序号，40…62是我们为用户编制由我公司生产的所有试剂盒的操作步骤固化在单片机中，由用户随意调用，63……99由用户自行编程，机内设有控电保护装置，可使所编程序保存较长时间以便随时调用，也可根据需要随时改写和删除自编的程序，对用户来说即方便又灵活。
本实用新型的主要技术指标波长范围330……700nm光谱带宽6nm吸光度范围－0.1……2.3吸光度分辨率1毫吸光度稳定性优于0.001吸光度／20(分)温度控制工作温度为37℃，30℃和25℃准确度为±0.2℃样品变温时间为10秒。
吸样自动吸样，样品量可编程控制，通常为600微升。
测量时间由2秒到9998秒，每1秒测量一次。
延迟时间由2秒到9998秒选择从上面所列主要技术指标可看出它已超过或达到国外半自动生化分析仪的技术指标，而价格却是国外半自动生化仪的一半，有利我国中、小医院用仪器代替手工化验的普及，另外由于比色池采用耐腐蚀、导热好、不锈钢材料制做，由于它耐腐蚀，所以仪器测量样品的品种增多。如血糖酶的活性测量，它需436nm波长光，而现有仪器却未配制436滤光片，而用本实用新型仪器即可测量。该仪器测量时进样量可控并且用量小，为医院化验时降低成本。该仪器还可让用户根据自己需要自行编制程序，使用方便，该仪器结构简单。另外由于本实用新型半自动生化分析仪的波长范围连续可调，开机不受任何时间和条件的限制，特别是用于临床急诊的测试更显示其使用方便的优越性，比全自动生化分析仪器灵活，方便，可节省大量的时间，该仪器分析不受任何试剂盒的限制，还可用于生化研究和新型试剂盒的开发，可手动扫描波长。是一种适合我国国情的，既经济又实用的半自动生化分析仪器，起到拾遗补缺的作用。
权利要求1.一种由光源(15)、比色池(9)、吸样泵(8)、光电检测器(7)、单片机(13)、显示、打印装置(14)、放大器(18)、温控电路(19)组成的半自动生化分析仪，其特征在于包括一个具有至少1200线/mm的平面全息衍射光栅可调单色器(1)，光源(15)发出的光经单色器(1)分解为波长范围从330-850mm连续可调单色光做为入射光，入射光入射到恒温微量流动比色池(9)，其出射光到光电检测器(7)，再把光强变化转换成电信号输出，电信号输入到放大器(18)中，再输入到单片机(13)，单片机(13)与显示打印装置(14)相联；还包括温控电路装置(19)的输出端与比色池(9)中热敏电阻元件相联，其温控电路装置(19)输出信号输入到单片机(13)，单片机(13)输出信号控制步进马达(20)，步进马达(20)，步进马达(20)输出端与吸样泵(8)相联，吸样泵(8)的液体出口接到比色池(9)上；所述的恒温微量流动比色池(9)，包括用带有两石英窗口的抗腐蚀，导热快的金属材料做成。
2.按权利要求1所述的半自动生化分析仪，其特征在于所述的恒温微量流动比色池(9)所用的金属材料包括不锈钢，钛合金材料制做的。
专利摘要本实用新型属于生化、石油化工、环境保护、食品工业，土壤分析用仪器，特别是用于医学上各种临床生化指标的测量分析仪器领域。本实用新型的目的在于在我国普遍推广临床诊断酶学检测方法，提高广大医院生化诊断的灵敏度，准确性和工作效率，制做一种适合我国国情的，开机不受任何时间，条件限制而达到灵活、方便、又省时的国产仪器，该仪器由光源，全息衍射光栅单色器，恒温微流动比色池，吸样泵，光电检测器，放大器、单片机、显承打印装置组成的能从300-850nm连续分光的、自动进样、吸样、自动升温、恒温及进行数据处理和显示、打印结果的，对液体样品吸光度及其变化测定的智能化新一代半自动生化分析仪。
文档编号G01N21/25GK2110225SQ9122484
公开日1992年7月15日 申请日期1991年9月14日 优先权日1991年9月14日
发明者林波海, 吴维, 徐冠群, 刘燕, 张幼苓 申请人:北京中生生物工程高技术公司