Giáo trình máy sinh hóa bài 12 quang phổ kế

LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây các ngành khoa học cơ bản và công nghệ đã có những tiến bộ vượt bậc. Chuyên ngành thiết bị xét nghiệm được thừa hưởng nhưng tiến bộ đó cho phép các kết quả xét nghiệm có độ tin cậy cao, giá thành hạ, thời gian thực hiện ngắn. Tuy nhiên điều này lại gắn với mức độ phức tạp có tích hợp cao của thiết bị xét nghiệm.Việc vận hành bảo dưỡng, sửa chữa thiết bị đòi hỏi phải có hiểu biết sâu về nguyên lý làm việc và cấu tạo của thiết bị. Máy xét nghiệm sinh hoá hiện được dùng rất phổ biến trong tất cả các viện và phòng khám, là thiết bị không thể thiếu trong cận lâm sàng. Giáo trình này ngoài mục đích cung cấp các kiến thức trên còn hướng dẫn các thủ tục vận hành, bảo dưỡng cơ bản cho máy xét nghiệm sinh hoá. Tài liệu này được viết dành cho học sinh hệ dài hạn của trường Kỹ Thuật Thiết Bị Y tế, ngoài ra còn là tài liệu tham khảo cho đối tượng là các Kỹ thuật viên sửa chữa thiết bị xét nghiệm. Trong quá trình biên soạn tài liệu chắc chắn còn có thiếu sót. Rất mong nhận được sự góp ý xây dựng của các thầy cô, các chuyên gia, các bạn đồng nghiệp và các em học sinh. Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về Ban Thiết Bị Xét Nghiệm Y Tế – Trường Kỹ Thuật Thiết Bị Y tế -1/89 Lương Đình Của - Đống Đa – Hà Nội Xin trân trọng cảm ơn! Tác giả Nguyễn Hữu Tư MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 1 BÀI 12. QUANG PHỔ KẾ 3 PHẦN 1 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG VỀ MÁY XÉT NGHIỆM SINH HOÁ 3 1. CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA MÁY XÉT NGHIỆM SINH HOÁ 3 1.1. Một số khái niệm quang học cơ bản 3 1.2. Một số dụng cụ quang học cơ bản 6 1.3. Định luật đo màu 12 1.4. Cơ sở quang điện của phương pháp đo màu 16 2. TÍNH NĂNG TÁC DỤNG CỦA MÁY XÉT NGHIỆM SINH HOÁ 26 2.1. Giới thiệu về xét nghiệm sinh hoá 26 2.2. Một số thông số trong máy xét nghiệm sinh hoá 28 2.3. Cơ sở hoá sinh dùng trong máy sinh hoá 35 3. MÁY XÉT NGHIỆM SINH HOÁ 40 3.1. Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của máy sinh hoá 40 3.2. Các phương pháp đo trong xét nghiệm sinh hoá 44 LƯỢNG GIÁ KIẾN THỨC PHẦN 1 46 PHẦN 2 50 GIỚI THIỆU MÁY QUANG KẾ 722 50 1. Tổng quan về máy quang kế 722 50 1.1. Giới thiệu chung 50 1.2. Đặc tính kỹ thuật 50 1.3. Cấu trúc mặt máy 51 2. Nguyên lý làm việc 52 2.1. Sơ đồ khối và chức năng các khối 52 2.2. Nguyên lý làm việc 53 3. Vận hành 54 3.1. Pha, ủ hoá chất và cách đo mẫu 54 3.2. Thao tác vận hành máy quang kế 722 65 4. Bảo dưỡng 66 4.1. Bảo dưỡng thường xuyên 66 4.2. Bảo dưỡng định kỳ 67 5. Một số hư hỏng thường gặp và cách khắc phục 68 LƯỢNG GIÁ KIẾN THỨC PHẦN 2 71 Đáp án câu hỏi trắc nghiệm phần lượng giá kiến thức 74 2 BÀI 12. QUANG PHỔ KẾ PHẦN 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG VỀ MÁY XÉT NGHIỆM SINH HOÁ 1. CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA MÁY XÉT NGHIỆM SINH HOÁ 1.1. Một số khái niệm quang học cơ bản 1.1.1. Ánh sáng đơn sắc Mỗi ánh sáng ứng với một giá trị xác định của bước sóng λ trong chân không có một sắc màu riêng biệt gọi là ánh sáng đơn sắc 3 λ E t MỤC TIÊU 1. Trình bày được các cơ sở vật lý của máy sinh hoá về quang học, điện học. 2. Trình bày được các thông số thường đo trong máy sinh hoá, cơ sở hoá sinh để đo được các thông số này. 3. Vẽ được sơ đồ nguyên lý của máy sinh hoá, phân tích được hoạt động của sơ đồ. 4. Trình bày được các phương pháp đo trong máy sinh hoá. 5. Vẽ được sơ đồ khối và phân tích được nguyên lý hoạt động của máy quang kế 722. 6. Trình bày được cách pha và ủ một số loại hoá chất thông dụng và cách đo trên máy quang kế 722. 7. Trình bày được quy trình bảo dưỡng máy quang kế 722. 8. Trình bày được một số lỗi thường gặp khi sử dụng máy quang kế 722, phân tích được nguyên nhân và cách khắc phục các lỗi Hình 1.1. Dạng sóng của ánh sáng đơn sắc Véctơ năng lượng E của sóng ánh sáng là một véctơ có phương vuông góc với phương truyền sóng, có vận tốc truyền c= 3.10 8 m/s. Phương trình sóng ánh sáng đơn sắc có dạng:       += ϕ π t T Ax t 0 2 cos Trong đó: x t : là giá trị biên độ tại thời điểm t, A: là biên độ cực đại T 0 : là chu kỳ sóng ϕ: là pha λ: là bước sóng của ánh sáng, λ=c/f. 1.1.2. Ánh sáng trắng Nhà bác học Newton đã làm một thí nghiệm như sau: Ông dán một tờ giấy trắng lên một đĩa kim loại tròn và chia hình tròn đó thành nhiều hình quạt nhỏ, sau đó ông lần lượt tô màu theo thứ tự đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím lên các hình quạt đó như hình 1.2. Cho đĩa quay quanh trục O, ban đầu quay chậm thì còn thấy 7 màu, khi quanh tốc độ quay đủ lớn, do hiện tượng lưu ảnh của mắt lên cảm giác cả bảy màu hoà trộn vào nhau và lúc đó mắt chỉ cảm giác được màu trắng. Từ đó, ông rút ra kết luận: “Ánh sáng trắng là hỗn hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc, có màu biến thiên liên tục từ màu đỏ đến màu tím.” 4 Đỏ Cam Vàng Hình 1.2. Mô phỏng thí nghiệm tổng hợp ánh sáng trắng Lục Lam Chàm Tím Hình 1.3 biểu diễn phổ điện từ trường của vùng quang học. Dải ánh sáng mà mắt thường nhìn thấy được (vùng khả kiến) trong vùng có bước sóng xấp xỉ 0,4ữ0,7àm. Ta thấy các dải màu chính trong vùng khả kiến từ ánh sáng màu tím tới ánh sáng màu đỏ. Vùng tia tử ngoại bao gồm các bước sóng từ 0,1ữ0,4àm và vùng tia hồng ngoại bao gồm các bước sóng trong khoảng 0,7ữ1000àm. Hình 1.3. Phổ điện từ trường của vùng quang học Vùng ánh sáng 7 màu là vùng khả kiến, có bước sóng biến thiên từ 390 nm đến 770 nm. Trong thực tế, các nguồn sáng trắng không chỉ có bước sóng nằm trong vùng này mà còn lan sang cả vùng hồng ngoại và tử ngoại. Các ánh sáng đơn sắc có bước sóng lân cận nhau thì gần như có cùng một màu ví dụ: Vùng màu đỏ : λ=622÷770nm Vùng màu da cam: λ=597÷622nm Vùng màu vàng : λ=577÷597nm Vùng màu lục : λ=492÷577nm Vùng màu lam chàm : λ=455÷492nm Vùng màu tím : λ=390÷455nm 5 1.1.3. Khái niệm quang phổ Khi phân tích một nguồn sáng ra thành các ánh sáng đơn sắc gọi là quang phổ. Có 3 loại quang phổ: Quang phổ liên tục, quang phổ vạch phát xạ và quang phổ vạch hấp thụ. Quang phổ tiên tục là quang phổ gồm nhiều dải sáng, màu sắc khác nhau, nối tiếp nhau một cách liên tục. Ví dụ ánh sáng mặt trời, bóng đèn dây tóc nóng phát ra ánh sáng Quang phổ liên tục do các chất rắn, lỏng và khí có tỷ khối lớn phát ra khi bị nung nóng. Quang phổ vạch phát xạ là quang phổ gồm các vạch màu riêng lẻ, ngăn cách nhau bằng những khoảng tối. Nguồn phát quang phổ vạch là các chất khí, hay hơi có tỷ khối nhỏ phát ra khi nóng sáng. Quang phổ vạch do các nguyên tố khác nhau là khác nhau về cả màu sắc lẫn số lượng vạch. Ví dụ, hơi natri bị đốt nóng sẽ cho quang phổ là 2 vạch màu vàng, quang phổ của hơi hiđrô cho 4 vạch là đỏ, lam, chàm, tím Quang phổ liên tục, thiếu vạch màu do bị chất khí hay hơi hấp thụ, được gọi là quang phổ hấp thụ của khí hay hơi đó. Việc ứng dụng quang phổ liên tục trong xét nghiệm là rất cần thiết, nguồn sáng dùng trong đó phải có dải phổ rộng để có thể lọc ra được các bước sóng cần thiết trong cả 3 miền: tử ngoại, vùng khả kiến và vùng hồng ngoại. Quang phổ vạch được ứng dụng trong các máy đo đốt quang trong xét nghiệm để xác định định tính của một số chất trong dung dịch. Tuy nhiên, hiện này phương pháp này không còn được dùng vì phức tạp và kết quả không định lượng. 1.2. Một số dụng cụ quang học cơ bản Phần này giới thiệu một số dụng cụ quang học cơ bản có ứng dụng trong các máy xét nghiệm sinh hoá hiện nay. Để hiểu thêm về cấu tạo chi tiết của từng dụng cụ và các lý thuyết liên quan, bạn đọc tham khảo trong các tài liệu chuyên môn về quang học. 6 1.2.1. Gương Gương là dụng cụ quang học phản xạ hoàn toàn khi có ánh sáng chiếu tới. Gương chia làm 3 loại: gương phẳng, gương cầu lồi, gương cầu lõm. Trong máy sinh hoá, thường dùng gương cầu lõm để tập trung được cường độ ánh sáng, tạo thành chùm sáng song song. Cấu tạo của gương thường gồm 3 lớp: - Lớp trên cùng là thuỷ tinh trong suốt để ánh sáng đi qua. Ngoài ra nó còn có tác dụng tạo bề mặt phẳng để phủ lớp phản xạ. - Lớp ở giữa được phủ lên lớp thuỷ tinh có tác dụng phản xạ ánh sáng, lớp này thường là bạc hoặc nhôm. - Lớp cuối cùng thường là lớp sơn bảo vệ cho lớp phản xạ. 1.2.2. Thấu kính Thấu kính là một môi trường trong suốt giới hạn bởi hai mặt cầu hoặc một mặt phẳng, một mặt cầu. 7 Lớp kính trong suốt Lớp phản xạ Lớp bảo vệ Hình 1.4. Cấu tạo của gương Hình 1.5. Hình dạng một số loại thấu kính Nếu thấu kính có độ hội tụ D>0 ta có thấu kính hội tụ, D<0 ta có thấu kính phân kỳ. Trong máy xét nghiệm, người ta chỉ sử dụng thấu kính hội tụ để tập trung ánh sáng hoặc tạo chùm sáng song song. Chùm sáng tới song song sẽ hội tụ tại tiêu điểm F của thấu kính hoặc chùm sáng tới tại tiêu điểm F sẽ tạo chùm sáng song song. 1.2.3. Lăng kính Ngày nay, lăng kính không được sử dụng phổ biến trong các máy đo màu và quang phổ kế nhưng về mặt lịch sử lại có ý nghĩa vô cùng quan trọng. Lăng kính tách ánh sáng trắng thành ánh sáng đơn sắc do góc khúc xạ của các bước sóng khi đi qua lăng kính là không giống nhau, nên đầu ra của lăng kính sẽ là phổ liên tục của ánh sáng trắng như hình 1.6. 8 Hình 1.6. Sự tập trung ánh sáng của thấu kính hội tụ Hình 1.7. Sự tán sắc của ánh sáng trắng qua lăng kính Độ rộng của dải quang phổ thu được qua lăng kính phụ thuộc chủ yếu vào năng lượng khuếch tán, bản chất của lăng kính và góc ở đỉnh lăng kính. Lăng kính sử dụng trong các máy đo màu được làm từ thuỷ tinh và có thể cho ánh sáng đơn sắc có bước sóng nằm trong dải 350 - 800nm. Nếu phép đo yêu cầu thực hiện trong vùng cực tím thì sử dụng lăng kính thạch anh vì thạch anh có sự hấp thụ bức xạ yếu trong vùng này nên cường độ chùm sáng tốt hơn. 1.2.4. Bộ lọc Gelatin Bộ lọc loại này có giá thành thấp, có thể tạo ra hoặc truyền dải bức xạ rộng ± 20nm. Cấu trúc của kính lọc giống như một chiếc bánh sandwich, kẹp giữa hai tấm kính mỏng là một lớp mỏng gelatin nhuộm màu sắc mong muốn. Hạn chế của các bộ lọc gelatin là: 1. Chúng có dải thông rộng là nguyên nhân gây ra sự không tuyến tính cho các đường chuẩn 2. Bộ lọc này hấp thụ gần 30-40% bức xạ tới, vì thế làm giảm năng lượng ánh sáng đi vào bộ phát hiện quang. Tuy nhiên, các bộ kính lọc này lại thích hợp với hầu hết các ứng dụng thông thường. Để đảm bảo tất cả các bước sóng nằm trong dải quang phổ nhìn thấy được, có thể ghép nhiều kính lọc Gelatin khác nhau. 1.2.5. Kính lọc giao thoa Sử dụng các kính lọc giao thoa sẽ cho dải thông hẹp gần 10nm, bộ lọc loại này chỉ hấp thụ gần 10% bức xạ tới qua toàn bộ dải quang phổ vì thế ánh sáng đi tới cảm biến quang có cường độ cao hơn. Do vậy, hiện nay hầu hết các loại máy sinh hoá đều sử dụng loại kính lọc này. Chúng được thiết kế bởi nhiều lớp kính được đặt rất gần nhau và khoảng cách giữa các lớp kính bằng 1/2 độ dài của bước sóng mà ta cần 9 lọc ra. Nguyên lý lọc màu của loại kính này như sau: Khi ta cho một chùm ánh sáng trắng đi qua kính lọc, các tia sáng đi vào kính sẽ tán xạ bởi nhiều lớp kính được đặt cách nhau 1/2 λ, những tia sáng nào có bước sóng không trùng với bước sóng của kính lọc tương ứng thì sẽ bị triệt tiêu và ở đầu ra ta thu được ánh sáng có bước sóng tương ứng. 1.2.6. Cách tử nhiễu xạ Cách tử được cấu tạo dựa trên hiện tượng nhiễu xạ. Khi ánh sáng đi qua một khe hẹp sẽ xuất hiện hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng. Vùng nhiễu xạ sẽ cho phổ của ánh sáng chiếu tới. Một cách tử nhiều xạ gồm một số lượng lớn các rãnh song song cách đều nhau được khắc gần nhau trên cùng một bề mặt có độ bóng cao như thép, thuỷ tinh hoặc thạch anh. Cách tử nhiễu xạ điển hình có 1200 - 2000 vạch/mm, mật độ càng dày thì độ đơn sắc càng tốt. Khi ánh sáng trắng chiếu lên cách tử, các bước sóng khác nhau sẽ bị chệch theo các góc khác nhau như hình 1.9. 10 Ánh sáng tới Màu ánh sáng đơn sắc được xác định bởi góc này Hình 1.9. Các mức nhiễu xạ trên cách tử phản xạ 1/2 λ Hình 1.8. Cấu tạo kính lọc giao thoa [...]... để có thể chế tạo được máy đo màu quang điện Trên đây là hai định luật quang điện có ý nghĩa ứng dụng trong máy sinh hoá, còn định luật thứ 3 ta không xét tới trong tài liệu này 18 1.4.3 Một số linh kiện quang điện 1.4.3.1 Tế bào quang điện  Tế bào quang điện Selenium (LRD -Quang trở) Đây là loại tế bào quang điện đơn giản nhất, tế bào quang điện này đáp ứng tốt trong vùng quang phổ nhìn thấy được và... với tín hiệu gốc Vì vậy, ống nhân quang điện này có độ nhạy rất cao và vì thế nó được sử dụng nhiều trong các máy quang phổ kế ánh sáng đầu ra Hình 1.16 Cấu trúc của ống nhân quang điện 1.4.3.2 Photođiốt Photođiốt là một loại linh kiện quang bán dẫn, hoạt động của nó dựa trên 2 hiệu ứng quang dẫn và quang điện trong Cấu trúc và ký hiệu của photođiốt đơn giản được trình bày như trên hình 1.17 a,b Hình... Cấu trúc của pin quang điện  Ống nhân quang điện Ống nhân quang điện chính là sự kết hợp của một pin quang điện và một bộ khuếch đại có hệ số khuếch đại cao Độ nhạy có thể điều chỉnh được bằng cách điều chỉnh điện áp đưa vào ống nhân quang Ống nhân quang điện gồm một catốt quang và một số các bản cực đinôt Mỗi lần một điện tử đập vào một bản cực đinôt thì lại có vài điện tử 20 phát ra Kết quả này sẽ... nhìn thấy của quang phổ  Pin quang điện Ưu điểm của pin quang điện là giá thành thấp vào có độ nhạy cao trong vùng cực tím (UV-Ultra Violet) và ánh sáng nhìn thấy được Cấu trúc của pin quang điện gồm một bóng thuỷ tinh bên trong tráng một lớp vật 19 liệu nhạy quang (Xezi hoặc Kali Ôxit) Trong bóng thổi đầy khí và một anốt được duy trì ở điện áp cao Pin quang điện hoạt động dựa trên hiệu ứng quang điện... các điốt quang có thể được làm lạnh (khoảng 77K) để tăng hiệu suất quang tử 23 Hình 1.20 Hiệu suất lượng tử phụ thuộc bước sóng của các bộ thu quang Do có cấu tạo đơn giản, độ nhạy cao và kích thước nhỏ nên photođiốt được dùng nhiều trong máy sinh hoá hiện nay, đặc biệt là các máy xét nghiệm xách tay 1.4.3.3 Phototranzito Phototranzito cũng là một dụng cụ quang bán dẫn, nó là phần tử nhạy quang có... trong chẩn đoán các bệnh phổ biến hiện nay Để tìm hiểu chi tiết các thông số sinh hoá máu khác, bạn đọc tham khảo theo tài liệu chuyên ngành y về xét nghiệm Khi làm xét nghiệm cần chú các kết quả xét nghiệm chỉ là khách quan, cần phân tích biện chứng các kết quả, tránh ỷ lại vào máy, nhìn kết quả phiến diện mà dẫn đến kết luận không chính xác Mỗi thông số đo được phản ảnh nhiều kết quả bệnh lý khác nhau,... nghiệm nước tiểu thì bạn vẫn có thể dùng máy xét nghiệm sinh hoá để xác định các chất trong nước tiểu một cách định lượng, và đôi khi nếu nghi ngờ kết quả của máy nước tiểu, bạn có thể khẳng định lại nhờ xét nghiệm sinh hoá tại phòng thí nghiệm Xét nghiệm sinh hoá phân có giá trị chẩn đoán các bệnh đường tiêu hoá Nhưng hiện nay xét nghiệm này ít được dùng vì lý do vệ sinh, người ta 27 chỉ thực hiện với... màng phổi, dịch màng bụng giúp chẩn đoán khá chính xác các bệnh liên quan trực tiếp đến các cơ quan này 2.2 Một số thông số trong máy xét nghiệm sinh hoá Các máy xét nghiệm sinh hoá hiện nay có thể làm được rất nhiều thông số, điều này phụ thuộc vào việc người ta nghiên cứu ra các hoá chất tương ứng cho từng thông số Trong phạm vi tài liệu, chỉ xin nêu ra một số các thông số trong máy xét nghiệm sinh. .. rút ra 3 định luật gọi là các định luật quang điện Định luật quang điện thứ nhất ( định luật về giới hạn quang điện) “Đối với mỗi kim loại dùng làm catốt có một bước sóng giới hạn λ0 xác định gọi là giới hạn quang điện của kim loại đó, hiện tượng quang điện chỉ sảy ra khi bước sóng của ánh sáng kích thích nhỏ hoặc bằng giới hạn quang điện (λ≤λ0) Ví dụ: giới hạn quang điện của một số kim loại Bạc 260nm,... định lượng với các máy xét nghiệm nước tiểu hoặc tự so sánh trên bảng màu chuẩn cho kết quả nhanh, có thể thực hiện tại gia đình dễ dàng Phần này đã được trình bày chi tiết trong phần tài liệu máy xét nghiệm nước tiểu, các bạn quan tâm có thể đọc tham khảo Với những chất mà que thử không giải quyết được thì cần phải dùng tới xét nghiệm sinh hoá ở phòng thí nghiệm, tất nhiên nếu không có máy xét nghiệm . niệm quang phổ Khi phân tích một nguồn sáng ra thành các ánh sáng đơn sắc gọi là quang phổ. Có 3 loại quang phổ: Quang phổ liên tục, quang phổ vạch phát xạ và quang phổ vạch hấp thụ. Quang phổ. 1 BÀI 12. QUANG PHỔ KẾ 3 PHẦN 1 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG VỀ MÁY XÉT NGHIỆM SINH HOÁ 3 1. CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA MÁY XÉT NGHIỆM SINH HOÁ 3 1.1. Một số khái niệm quang học cơ bản 3 1.2. Một số dụng cụ quang. máy quang kế 722. 6. Trình bày được cách pha và ủ một số loại hoá chất thông dụng và cách đo trên máy quang kế 722. 7. Trình bày được quy trình bảo dưỡng máy quang kế 722. 8. Trình bày được một