Фотометр принцип работы

Фотоэлектроколориметры и фотометры схемы, паспорта, сервисная документация

Устройство и принцип работы фотометра

Фотометр или фотоэлектроколориметр (сокращенно ФЭК)используется для вычисления концентраций различных окрашенных растворов по поглощению света ими. Структурная схема типового однолучевого фотметра представлена на рисунке ниже:

Луч света от источника света - лампы светит через светофильтр. Полученный монохроматический свет следует через кювету с раствором. Кюветы их минимум две или более представляют из себя сосуды, в которые наливают раствор для сравнения и исследуемый. Кюветы изготавливаются из прямоугольной формы с заданным расстоянием между своими стенками. Для измерений важен не общий объём раствора, а толщина слоя, которая задается расстоянием между передними и задними стенками. Кюветы изготавливают из прозрачного стекла, пропускающего все лучи видимого светового спектра. Для анализа в ультрафиолетовом спектре частот используют кюветы сделанные из кварца пропускающие УФ лучи.

Прошедший через раствор световой спектр, следует на фотоприёмник, обычного в его роли используется фотодиод, преобразующий энергию световой волны в электрический ток. Полученный электрический сигнал усиливается усилителем и попадает на устройство измерительное (гальвонометр). На нем имеются две шкалы. На нижней нанесены значения оптической плотности раствора, а на верхней - коэффициента пропускания в %.

Принцип измерения оптической плотности и коэффициента пропускания базируется на том, что на фотоприёмник поочерёдно направляют потоки света - прошедший через анализируемый раствор и полный . Вначале под луч светового потока ставят кювету с раствором сравнения ( дистиллированная вода или какой-то растворитель).

Изменением чувствительности фотометра добиваются, чтобы отсчёт по первой шкале коэффициентов пропускания был равен 100 делениям (или был равен нулю по шкале оптической плотности - вторая шкала). Т.е, полный световой поток условно принимается за 100% - полный. Затем в него помещают кювету с анализируемым раствором. Из-за поглощения света этим раствором световой поток уменьшается, и стрелка измерительного прибора отклоняется от нуля. По показаниям стрелки определяют значение коэффициента пропускания или оптической плотности.

Использование концентрационной колориметрии в медицинской практике

Фотометр широко используется в клинико-биохимических исследованиях. Фотометр позволяет производить измерения коэффициентов пропускания рассеивающих эмульсий, взвесей, и коллоидных растворов в проходящем свете. В зависимости от применяемого реактива, определяют количество гемоглобина в крови, количество желчных пигментов и белка, мочевины в сыворотке, креатина в моче и сыворотке, мочевой кислоты, глюкозы в моче и крови, железа, кальция, фосфора и др.

Спектрофотометрические лабораторные приборы для оценки характеристик кровотока

Для исследования процесса оксигенации (насыщения крови кислородом)в лабораторной медицинской техники применяют методы неинвазивной или инвазивной спектрофотометрии.

Главным параметром оксигенации является степень насыщения гемоглобина крови кислородом SpO², Эта характеристика получила название сатурация крови кислородом.

В основе применения фотометрических способов при вычислении параметра оксигенации крови лежит свойство измерения поглощения света, прошедшего через пробу с кровью, в различных диапазонах спектрального света. Метод основана на использовании закона Бера-Ламберта с учетом того важного факта, что каждая из известных четырех форм гемоглобина обладает своим собственным спектром поглощения. Так, например, оксигемоглобин (- НbO²) обладает минимумом поглощения в красной части спектра. Напротв, редуцированный гемоглобин (НЬ) в этой же части спектра обладает более высокое поглощение. В ИК части спектра поглощение НЬО² будет выше поглощения НЬ. Также можно выделить отдельные участки светового спектра, где оптические свойства метгемоглобина (metHb)резко отличаются от других составляющих крови. Спектральная характеристика карбоксигемоглобина (СОНЬ) несет резко падающий характер, и в ИК - диапазоне ее поглощения практически нет.

Поэтому, для анализа всех четырех фракций сатурации так важно применять четыре разные длины волны излучения. Многолучевая спектрофотометрия применяется в кровяных оксиметрах. Исследования показали, что аппараты неинвазивного чрезкожного измерения сатурации артериальной крови кислородом дают достаточно нестабильные показания из-за присутствия различных неоднородных тканевых структур, окружающих сосуды. Поэтому в лабораторной практике применяется прямая инвазивная спектрометрия крови, в которой используют волоконно-оптические оксиметры, позволяющие осуществлять лабораторную оценку оксигенации венозной крови (SvO2).

В этих разновидностях фотометров применяются специальные катетеры, которые вводят в легочную артерию или подключичную вену. В катетеры помещаются два световода, соединенные с источником света и фотоприемнику соответственно, причем в световодах может быть несколько оптических волокон, что позволяет параллельно и независимо принимать и пропускать излучения, с разными длинами волн.

На рисунке ниже изображена структура инвазивного абсорбционного измерителя, в котором анализируется величина поглощения света компонентами крови, расположенными между обоими торцами световода.

Если приемник и источник расположить под углом 90°, то будет анализироваться не поглощательная, а отражательная способность крови, т.е мы видим нефелометрический способ исследования.

Коэффициенты отражения у оксигемоглобина и гемоглобина сильно отличаются на длинах волн 620...650 нм. Это дает возможность строить двулучевые устройства определения параметров оксигенации крови повышенной точности. На рисунке ниже приведена схема двухчастотного датчика насыщения крови кислородом, состоящего из трех световодов, одного фотодиода (ФД) и двух светодиодов (СД1, СД2).

По первым двум световодам оптическое излучение с длинами волн λ1 и λ2 поступает к исследуемой крови. По третьему световоду отраженное от элементов крови излучение следует на фотоприемник. На полученных частотах можно рассчитать отклонение сигналов λ1 и λ2 и определить показатель сатурации крови.

Поглощение света веществом главный принцип работы фотометра

При прохождение светового пучка через слой вещества его интенсивность снижается вследствие взаимодействия квантов света с электронами вещества, поэтому чего часть энергии света передается электронам.

Поглощением света принято считать ослабление интенсивности света при прохождении через любой материал вследствие преобразования световой энергии в другие виды.