Анализаторы медико-биологических показателей.

Анализаторы медико-биологических показателей.

Анализатор – средство измерения, предназначенное для определения физико-химических свойств, концентрации, состава и условных характеристик анализируемой среды. Обычные анализаторы представляют собой измерительные установки, приборы или системы.

 

Классификация анализаторов

Имеется много признаков, позволяющих классифицировать анализаторы, из которых наиболее известны:

1. По агрегатному состоянию:

a. А.твердых сред

b. А.жидких сред

c. А.газообразных сред (газоанализаторы)

 

2. По используемому методу анализа:

a. Физические, которые позволяют осуществлять измерение по определению какого-либо физического свойства (плотность, вязкость и т.д.)

b. Химические, которые основан на измерении какого-либо физического параметра, сопровождаемый какой-либо химической реакцией

c. Биохимические, в которых химические реакции осуществляются в виде реагентов биологического происхождения.

 

3. В зависимости от измеряемых медико-биологических показателей:

a. Анализаторы физико-химические

b. Анализаторы концентрации

c. Анализаторы состава

d. Анализаторы условных характеристик

 

4. В зависимости от степени автоматизации

a. Автоматические (все операции осуществляются без человека)

b. Полуавтоматические (ввод пробы осуществляется вручную)

c. Ручные анализаторы

d. Индикаторы (служат для определения наличия какого-либо компонента)

 

 

5. В зависимости от воздействия на анализируемую среду:

a. С воздействием

b. Без воздействия

При этом различают след виды воздействия: физические (нагревание), химические (+биохимические).

 

6. По селективности различают:

a. Избирательные

b. Интегральные (способны суммировать физико-химические свойства)

 

7. По месту применения:

a. Потоковые (промышленные)

b. Лабораторные

c. Клинические

d. Внелабораторные

 

8. По числу определяемых параметров:

a. Однопараметрические

b. Многопараметрические

 

9. По принципу действия:

a. Механические

b. Аналитические

Формы сигнала анализатора

а.	б.
в.	г.
д.	е.
Рис. 12

 

 

Сигнал формы (а) имеют непрерывное действие, например, используется на потоке.

Сигнал всех других форм обычно имеют анализаторы циклического действия, либо автоматические, полуавтоматические измерительные установки.

Сигнал (б) имеет вид прямоугольного импульса. Информативным параметром является амплитуда (ΔU)

Сигнал (в) имеет вид кривой ошибок Гаусса. Здесь информационным параметром могут быть как амплитуда, так и площадь.

Сигнал (г) имеет вид трапеции. Здесь информативным параметром может быть, помимо амплитуды ΔU и площади, еще и длительность импульса (Ти). Тц - это время одного цикла анализа для автоматических систем или продолжительность анализа в лабораторных условиях.

Сигнал (д) характерен для некоторых специальных медицинских анализаторов.

Сигнал (е) обычно имеет место при использовании анализатора многокомпонентных сред. Каждый сигнал (А, Б, В) несет информацию о соответствующем компоненте.

 

3. Аналитический измерительный преобразователь.
Аналитический измерительный прибор

 

Известно, что измерительный прибор и измерительный преобразователь состоит из преобразовательных элементов, соединенных друг с другом в измерительную цепь.

Аналитический измерительный преобразователь

Аналитический измерительный преобразователь имеет чувствительный элемент (ЧЭ), который подвергает воздействие исследуемой среды. Задача анализа определить - некоторый показатель Х. Он преобразует значение этого параметра в некий сигнал удобный для дальнейшей обработки и передачи. В зарубежной литературе ЧЭ называют «сенсор». Сигнал ЧЭ воспринимается промежуточным преобразовательным элементом (ППЭ), который вырабатывает сигнал Y, удобный для дальнейшего использования. Такие ППЭ в зарубежной литературе носят название передатчик.

 

Рис. 1.

 

Фотоколориметр

 

Существует множество схем фотоколориметров. Наиболее важными являются колориметры, построенные по принципу прямого (ПИП) и уравновешенного измерительных преобразователей (УИП). Характерной особенностью фотоколориметров является то, что выбранная длина волны выдел с помощью фильтров. На рис.13 изображен фотоколориметр, реализующий прямое измерительное преобразование.

 

Рис. 13.

 

Луч света от лампы (1) поступает в оптическую систему (2) и далее, через один из фильтров (Ф1,Ф2,Ф3), призму (3) и зеркало (4) направляется в 2 канала (измерительный и сравнительный). В этих каналах располагаются стеклянные кюветы (5), заполненные анализируемой средой и эталонной средой (6). Оптическая плотность известна. Лучи, выходящие из кювет, попадают в 2 идентичных по характеристикам фотоприемникам (фотоэлементам 7 и 8), сигнал которых поступает на вход дифференциального усилителя (9), который вычисляет их разность и усиливает ее. Выходящий сигнал дифференциального усилителя (9) подается на аналоговый или цифровой вольтметр (10) и описывается формулой:

 

(8)

 

где D и Dэт. – оптические плотности;

k – коэффициент преобразования.

Недостаток схемы: фотоприемники во времени могут по-разному измерять характеристики, что приводит к погрешности. Кроме того, определение погрешности вносит старение источникам излучения (1) во времени.

Рис. 14.

 

На рис 14 все элементы идентичны по ‘седьмой’ схеме, изображенной на рис.13, причем здесь используют 1 фотоприемник. А излучение из измерительного и сравнительного каналов поступает на фотоприемник поочередно. Для этого используют обтюратор (14), диск с отверстием (16), который приводится во вращающее движение с помощью синхронного двигателя (15). На графике (рис.15) показан сигнал фотоприемника, поступающий от измерительного и сравнительного каналов. Если на графике импульсы по амплитуде такие как показано на рис. 15., специальный усилитель (10) усиливает их и управляет работой реверсивного двигателя (11), таким образом, чтобы его ротор, механически связанный со шторкой (17), перемещал бы ее в направление уменьшение потока света, поступающего со сравнительного канала. Это перемещение будет происходить до тех пор, пока импульсы сравнительного и эталонного каналов не станут равны по амплитуде импульсам, поступающим со сравнительного канала. При таком условии, ротор двигателя останавливается. Т.е. будет достигнуто уравновешивание, а значение разности оптических плотностей будет определяться показанием стрелки (12) на шкале (13).

 

Рис. 15.

 

Такая схема достигает равновесия при одном и том же значении разности оптической плотности, т.к. это равновесие практически не зависит от характеристик источника и приемника электромагнитных излучений. Класс точности 0.5..1.5. Сами по себе они используются для анализа окрашенных сред. Однако, широчайшее применение они имеют в случаях, когда для анализа используют дополнительные химические реакции. Они придают прозрачной среде характерную окраску, интенсивность которой зависит от концентрации определенного компонента.

 

Спектрофотометр

 

Рис. 16.

В этих измерительных устройствах, в отличие от фотоколориметров, требуемая длина волны электромагнитного излучения создается с помощь специального устройства монохроматора. Монохроматор содержит источник белого света (2), линзу (3), с помощью которой создается пучок света. Этот пучок направляется к диспергирующему элементу (4) и на этом элементе, за счет явления дисперсии, луч белого света разлагается на составляющие от красного до фиолетового. Для выбора требуемого излучения с длинной волны λ призму поворачивают и направляют выбранный луч света в щель (5) монохроматора.

 

 

Нефелометр

 

В нефелометрах может быть использована как схема ПИП, так и УИП. Последняя, в качестве примера приведена на рис.17.

 

Рис. 17.

 

Луч света от источника (1) направляется в нижний измерительный и верхний сравнительный каналы. В нижний канал свет поступает через оптическую систему (2), кювету (4), заполненную анализируемой средой. Причем кювета снабжена окнами (5, 6 и 7). Из окна 5 свет напрямую проходит в окно 7, которое необходимо для исключения отражения света от стенок кюветы. Если анализируемая среда (гетерогенная) не содержит частиц, то из окна 6 в измерительный канал свет не попадает. Если же в среде имеются частицы, то на них рассеивается часть излучений и это излучение под углом 90' к основному световому потоку через окно 6 и оптическую систему (8), а также отверстие (10) обтюратора (9) направляется к зеркалу (12) и далее к фотоприемнику (14). В сравнительном канале свет проходит через оптическую систему (3) обтюратора (9) к зеркалу (13). Работа данной и остальной части прибора аналогична работе фотоколориметра построенного по методу уравновешенного измерительного преобразования (УИП).

на рис.: 17 -усилитель тока

16- двигатель

17-стрелка

18-шкала

19-шторка

11-синхронный двигатель

Класс точности нефелометров 0.5..1.5

 

Одноканальный фотометр

 

 

Рис. 18.

 

 

Здесь отсутствуют какие-либо оптические элементы. Луч света от светодиода (2) направляется через диафрагму (3) в кювету (1), заполненную анализируемой средой. Часть излучения поглощается в соответствии с законами, рассмотренными ниже. * (сообщения Игоря)

Вышедшее излучение, через диафрагму (4) и фильтр (5) направляет в фотодиод (6) сигнал, который усиливается фотоэлектрическим усилителем, а показания превращаются в цифровую форму с помощью АЦП (8), ДШ(9) и цифрового отчетного устройства (10). Такие приборы являются переносными портативными устройствами и применяются для измерения концентрации гемоглобина, измерения общей концентрации в моче и других средах.

В первом случае проба крови, объемом не менее 1 мл, заливается кювету. Здесь используется один из 2-х методов анализа:

1. Непосредственного измерительного поглощения излучения крови. При этом используется светодиод зеленого свечения и фильтры с длиной волны (523мм). Такое измерение возможно, т.к. на названной длине волны гемоглобин и оксигемоглобин имеют при этом одинаковое поглощение. Измерение осуществляется несколько секунд. Погрешность 2-3%.

2. Гемоглобинно-цианидный. Перед анализом кровь смешивают со специальным реагентом, который преобразует все виды гемоглобина в вещество гемоглобинцианид. Для проведения реакции необходимо 12-15 минут. После этого, измерение осуществляется на длине волны (540мм). Погрешность измерения 1.5%.

Как в 1-ом так и во 2-ом случае осуществляется фотометрическое измерение для определения общего белка в крови. Прибор работает как турбидиметр (диод оранжевого цвета).

 

 

11. Теория работы оптических анализаторов.
Анализ гомогенных сред

 

Гомогенными средами называются те среды, которые не содержат неоднородности.

 

	(9)
;	(10)
	(11)
	(12)

 

Если гомогенную анализируемую среду просвечивать лучом, исходящем из источника излучения (ИИ) с интенсивностью I_oλ, то на выходе из слоя в толщину Δ, интенсивность излучения будет меньше I_λ. Таким образом, анализируемая среда частично поглощает излучение, но оставшееся излучение поступает в приемник (ПИ). Такое явление называется абсорбцией. Абсорбционные анализаторы основаны на явлении поглощения электромагнитного излучения, которое описывается законом Бугера-Ламберта-Бера.

k-показатель поглощения,

I_oλ-интенсивность пучка входящего/выходящего в/из источник(а) излучения.

ξ_oλ- постоянный коэффициент для данной длины волны (в некоторых источниках - большая буква Х).

С-концентрация определенного компонента.

из (9) следует формула (10); и вытекают 2 важные величины, описываемые уравнениями (11) и (12).

D - оптическая плотность (экстинкция)

П - пропускание, прозрачность.

Для ввода возможности использования оптического абсорбционного принципа измерения, для определения концентрации какого-либо компонента в анализируемой среде, необходимо сначала изучить спектры разложения или пропускания для данных компонентов, составляющих среду.

 

Рис. 19.

 

На рисунке 19 - схема пропускания для 2-х компонентной среды. Видно, что для волн L1 и L2 имеет место селективное поглощение компонентами 1 и 2. На другой длине волны спектры перекрываются, следовательно, селективное определение невозможно.

Анализаторы, основанные на поглощении электромагнитного излучения гомогенных сред, называются спектрометры (фотоколориметрами, спектрофотометрами).

 

Рис. 20.

 

Рис. 21.

 

12. Теория работы оптических анализаторов.
Анализ гетерогенных сред

 

 

Гетерогенные среды - это неоднородные среды.

 

;	(13)
;	(14)

 

 

При прохождении электромагнитного слоя излучения гетерогенной средой имеют место след явления: прохождение, огибание и, в случае если длина излучения меньше диаметра частицы - дифракция. При просвечивании гетерогенной средой возникают 2 потока излучения:

1. выходит из среды в направлении, совпадающим с направлением луча, создаваемого ИИ (формула 13)

2. может быть измерено под углом 90' в направлении луча от источника

появление этого потока связано с ранее названными явлениями (формула 14).

Кр - показатель рассеивания, определяется экспериментальным путем.

а - постоянный коэффициент, который является функцией, влияющей на показатель рассеивания.

 

Анализаторы, которые используются при работе с выходящими из гетерогенной среды называют турбидиметры. Анализаторы, которые используются в работе с рассеянным излучением - нефелометры.

 

 

Вертикальный фотометр

 

Находят широкое применение в медицинской практике и биохимических исследованиях. При этих исследованиях анализируемая среда вводится в специальную кювету (или кювета на одной вертикальной оси).

 

Рис. 22.

 

 

Схема вертикального фотометра изображена на рис. 22.

Здесь, друг под другом, по вертикальной оси расположены: ИИ (1),кювета (4), фотоприемник (7) и усилитель (8).

Такое устройство обычно работает как фотометр, только просвечивание осуществляется через донышко кюветы. В подобных анализаторах используют сразу несколько десятков кювет, которые изготавливают в виде полосок (стрип). Полоски могут набираться в планшет. В зависимости от поверхности натяжения жидкости, могут наблюдаться 2 случая.

Жидкость не смачивает поверхность кювета. В этом случае пучок лучей частично отклоняется от первоначального направления (боковые лучи), т.к. мениск жидкой среды работает как собирающая линза (рис.23а) или как рассеивающая линза (рис.23б).

 

а.	б.
Рис. 23

 

Как в случае (а), так и в случае (б) уменьшается поток излучения, идущий в фотоприемник.

Для исключения этого явления, в случае, когда жидкость не смачивает кювету, донышко последнего исполняется сферическим.

 

Рис. 24.

В вертикальных фотометрах очень важным является установка кювет в оптической системе фотометра. Если ось кюветы смещена по направлению к источнику света или распространения луча, то последний отклоняется и не попадает в фотоприемник.

 

Рис. 25.

 

На схеме вертикального фотометра описана общая схема осуществления анализа среды в одном стрипе.

 

Рис. 26.

 

 

Луч света от источника (1) проходит через оптическую систему (2) через оптюратор (3) попадает к зеркалу (4), а от него через один из фильтров в турель (поворачивающийся диск с несколькими фильтрами) (5) поступает в разветвитель потока (7). Здесь луч света разделяется на 8 или 12 каналов по числу кювет в стрипе или планшете. Луч света из каждого канала (8) попадает в автономную оптическую систему. Каждая из систем включает линзы (9) и (11) и фотоприемники(12), которые через усилитель подключаются к АЦП и далее к ПК. Все послед элементы обобщены в УООИ. Турель может поворачиваться по команде компьютера, что обеспечивается с помощью привода (6) и позволяет посылать каждой из кювет излучение требуемой длины волны. Точно также сделаны вертикальные фотометры, для просвечивания планшетов. В них точно также просвечивается каждый стрип планшета. Это осуществляется последовательно, поэтому планшет должен передвигаться либо с помощью оптической системы, обеспечивающей последовательное просвечивание всех стрипов планшета. Это осуществляется последовательно, поэтому планшет должен передвигаться или с помощью оптической системы обеспечивается последовательное просвечивание всех стрип планшет. 13 - отверстия на планшете.

 

 

Оптоволоконный анализатор

 

Автоматический рефрактометр

 

Рис. 42.

 

 

Луч света от лампы (2) через оптическую систему (3) попадает в кювету (1), нижняя часть которой заполнена эталонной средой, а верхняя анализируемой средой. Путь луча через окно (4) в наклонную перегородку (6) и окно (5) показан сплошной линией. Лучи также распространяются, отражаясь от зеркала (7) в призме (8) к фотоприемникам (10) и (11). Они имеют одинаковые характеристики и включены встречно на вход дифференциального электронного усилителя (12).

Если коэффициент рефракции жидкости равны, то луч света в одинаковой степени освещает фотоприемники. Они при этом формируют одинаковый сигналы, поэтому суммарный сигнал на входе электронного усилителя равен нулю и вся система остается в покое. Если коэффициент рефракции анализируемой среды отличается от коэффициента рефракции эталонной среды, то луч света в верхней камере отклоняется и распространяется так, как это показано пунктирной линией. При этом оказывается, что фотоприемник (10) освещает больше, чем фотоприемник (11). Ротор двигателя механически соединен с поворачивающейся платформой (9) и стрелкой (14), 13 - это реверс двигатель. Платформа будет поворачиваться до тех пор, пока луч света, отражаясь от призмы (8), не будет освещать в равной степени оба фотоприемника. В этом случае вся система прекратит движение. По положению стрелки (14) на шкале (15) определяют разность коэффициентов анализируемой и эталонной сред. Такие рефроктометры применяют для контроля технологических процессов биотехнологии.

 

Автоматический поляриметр

 

 

Рис. 43.

 

 

Поляриметр содержит источник света (1), оптическую систему (2), формирующую луч света. Луч через поляризатор (3) и кювету (4) с анализируемой жидкой средой поступает в компенсационный поляризатор (11) и анализатор (5). Первоначально, в отсутствии активного вещества в жидкой среде, все поляризаторы настраиваются так, что на фотоприемник (6) свет не попадает. Поляризатор (3) и (5) выполнены из кристаллов кварца и содержат 2 клина. Механические поступательные движения одного клина относительно другого изменяют плоскость поляризации, что удобно при технической реализации прибора. Когда анализируемая среда содержит оптически-активный компонент, он поворачивает плоскость поляризации и поэтому в фотоприемник начинает поступать активный фотопоток. Фотоприемник (6) преобразует этот поток в электрический сигнал, который усиливается электронным усилителем (7), выходной сигнал которого управляет реверсивным двигателем (8). Ротор последнего механически соединен с подвижным клином компенсационного поляризатора (11). Вращение ротора и перемещение клина будет происходить до тех пор, пока в фотоприемник (6) будет продолжать поступать свет. Когда фотопоток станет равным 0, система остановится. А по положению стрелки (9), соединенной с ротором двигателя, на шкале (10) определяют концентрацию оптически активного компонента.

В медицинской практике такие анализаторы используются для измерения концентрации сахара в биологических субстанциях: кровь и моча. Класс точности приборов 1..2.

Фотоэлектронный умножитель

 

Рис. 44.

 

ФУ представляет собой электро-вакуумный прибор, предназначенный для преобразования малых фотопотоков в электрические сигналы. В его работе используются 2 физических явления: фотоэлектронная эмиссия и вторичная электронная эмиссия. Когда через окно 11 на фотокатод 12 попадают фотоны, то из фотокатода вылетают электроны. Под действием электрического поля, приложенным между фотокатодом и динодом 13, электроны приобретают дополнительную энергию, и при ударе о динод, выбивают из него от 3 до 10 электронов. Эти электроны называются вторичными. Под действие электрического поля между данными и последующими динодами электроны ускоряются, а затем также выбиваются вторичные электроны. Этот процесс продолжается до тех пор, пока из последнего динода электроны не попадают на анод 14. Протекающий в цепи анода через резистор R ток создает падение напряжения, которое воспринимается электронным усилителем 9. ФЭУ обеспечивают усиление от 10е7..10е10. Между резисторами приложено поле от общего источника питания 15. ФЭУ являются наиболее чувствительными из всех преобразователей потока в электрический сигнал. Число динодов может быть до 100 (чаще 20).

 

Ротационный вискозиметр

 

РИСУНОК 51

 

Принцип действия основан на уравновешивании момента вращения, возникшего на роторе, при воздействии на него вращающейся крови в момент упругой деформации нити

В данном вискозиметре проба крови 4 размещается в чашечке 2, которая приводиться в движение ротором 1 с постоянной угловой скоростью ф. Момент количества движения передается ведомому ротору 3, который выполнен в виде диска, размещенного в пробе крови и подвешенный на ведомой нити 5. Возникающий момент на ведомом ротере закручивает нить 5 до тех пор, пока не наступит равенство вращающего момента М1 и М2. На нити закреплено миниатюрное зеркальце 6, на который посылается луч света через оптическую систему 8. Отразившись от зеркала, луч попадает на диафрагму 9, в зависимости от угла поворота зеркальца, луч в большей или меньшей степени поступает в светоприемник 9. Сигнал усиливается электронным умножителем 11 и отображается вольтметром 12.

 

Формулы к РИСУНКУ 51

W - угловая скорость ведомого ротора

ф - угловая скорость ведущего ротора

к - конструктивный коэффициент, зависящий от размера и материала нити 5.

Из равенства моментов находим, что угол закручивания ф пропорционален динамической вязкости.

 

Седиментационный анализатор

 

Принцип действия этих анализаторов основан на явлении седиментации частиц в жидкой среде под действием силы тяжести. Седиментация - осаждение. В медицинской практике этот процесс используется для определения важной условной характеристики - СОЭ (скорость оседания эритроцитов). Определение СОЭ в нашей стране происходит в специальных пипетках, рабочий объем которых составляет 100 мкл.

 

 

РИСУНОК 57

 

Седиментация - процесс разделения частиц среды в результате их осаждения. В специальную пипетку, снабженную шкалой, содержащей 100 делений, набирают пробу крови. Первоначально набирают на 50 делений 5% раствор цитрата натрия. Затем, отобранный коагулянт размешивают с двумя объемами крови, которые набирают той же пипеткой, причем до деления "100". Скорость оседания эритроцитов в процессе седиментации определяется уравнением Стокса. Перемешанные субстанции отбирают в другую пипетку в штатив 2, а 3 - резиновые диски. Через час измеряют высоту столбика плазмы. Для мужчин - 2..10 мм, женщин - 3..15 мм. Если во времени зарегистрировано изменение значения высоты столбика плазмы, то можно получить кривую - СОЭ-грамму (Рисунок 58). А - реальное значение, В - значение, по уравнению Стокса.

 

Титрометрический анализатор

 

Принцип действия основан на измерении объема специального реактива, называемого титрантом, необходимого для обеспечения эквивалентного взаимодействия этого реактива с определяемым компонентом жидкой анализируемой среды, то есть для достижения точки эквивалентности.

Химический эквивалент - это атомная масса вещества, способного вступить в реакцию или заместиться 1\12 массы углерода. Концентрация определяется по формуле:

С = К * Ср * Vэ * V

K - коэффициент пропорциональности

Ср - концентрация реагирующего вещества в растворе (титранта)

Vэ - объем титранта соответствующий точке эквивалентности

V - общий объем анализируемой среды

Для определения точки эквивалентности в процессе титрования применяются измерения таких величин анализируемой среды, как плотность, оптическая плотность, концентрация ионов водорода, электропроводность, температура, ток и др.

Автоматический титратор содержит емкость для анализируемой среды 1, снабженной мешалкой 2. В эту емкость из бюретки 3 сливается титрант 4, причем слив может осуществляться как с постоянным расходом, для поддержания которого используется регулятор 5, так и с убывающим расходом, где дросселем является устройство 5. Непрерывно в процессе подачи титранта с помощью датчика 6 измеряется оптическая плотность среды (на пример); вырабатывается сигнал П (параметр), который регистрируется потенциометром 7. Если расход титранта Q является постоянным и скорость диаграммной ленты тоже постоянна, то можно получить кривую 1 или 2, по которой определяется изменения параметра П во времени.

Если расход Q не является постоянным, то его объем пропорционален времени Т. В момент достижения точки эквивалентности измеряемый параметр имеет максимальное значение (например, для оптической плотности). Для некоторых других свойств этот параметр может иметь минимальное значение. По данным графика определяется значение Vэ, по которой в дальнейшем определяется концентрация компонента.

Более совершенными являются титраторы, в которых расход титранта не является постоянным, а измеряются уровни при помощи фотоэлементной системы в бюретке 3. По сигналу датчика 6 и датчика уровня 8, с помощью потенциометра или компьютера 7 строиться зависимость, аналогичная рассмотренной. Титрометры применяются в медицинской практике для получения информации о концентрации глюкозы, витаминов, липидов, солей K, Ca, Na, Mg и др.

Гематологический анализатор

 

Они предназначены для анализа крови, имеющего определяющее значение при диагностике.

 

Газовый хроматограф

 

 

РИСУНОК 67

Газовый хроматограф содержит 3 блока:

I — блок подготовки газов.

II — аналитический блок

III — блок обработки информации

В первом блоке расположены стабилизаторы расхода газо-носителя 1 и вспомогательных газов 2,3. Вспомогательных газ 2 и 3 используются в некоторых типов детекторов.

В аналитическом блоке II располагается устройство ввода пробы 4, испаритель 5, хроматографическая колонка 6, детектор 7. 8 — регулятор температуры.

В блоке обработке III расположен нормирующий преобразователь 9, регистратор 10 и интегратор 11. В дорогих моделях хроматографов блок III выпускается в виде ПК.

При использовании хроматографа в термостате первоначально устанавливается температура анализатора (45..400' С), подающего непрерывные потоки газа-носителя и вспомогательного газа. После стабилизации параметров блока 1 с помощью газового или жидкостного шприца в устройство ввода 4 вводиться проба. Объем газовых проб 0,5..5 мл. Объем жидких проб 0,1..5 мкл. Испаритель 5 включается в том случае, если осуществляется анализ жидких проб. Там пробы переводятся в газообразное состояние. Пробы делятся на отдельные компоненты в хроматографической колонке 6, а при поступлении компонентов в детектор 7 — возникает его сигнал. Он унифицируется с помощью нормирующего преобразователя 9 и посылается на регистратор 10, интегратор 11. Последним подсчитываются площади пиков отдельных компонентов. В качестве сорбентов используются гранулы диаметром 50..100 мкм. Время анализа составляет от нескольких минут до нескольких часов, а погрешность анализа +/- 2..5%. Длина колонки составляет 0,5..12 метров. Диаметр 2..6 мм.

 

 

 

Жидкостной хроматограф

 

Жидкостная хроматография не требует нагревания и испарения жидких веществ, при которых многие важные среды могут разлагаться; коэффициент диффузии в жидких средах в 100 раз меньше, чем в газах. Это улучшает разделение компонентов и позволяет использовать принципиально другие колонки.

Различают следующие виды жидкостной хроматографии:

1. Жидкостно—жидкостная (разделение жидкости на абсорбенте)

2. Жидкостно—твердая (разделение жидкостей на адсорбенте)

3. Ионно—обменная (разделение заряженных молекул жидких сред на гранулах ионно-обменной смолы)

4. Ситовая (разделение жидкости на гелях)

В жидкостных хроматографах имеются такие же блоки, как и в газовых, однако отсутствует испаритель, а в блоке подготовки I имеется резервуар и насос 2 высокого давления в 120..600 МПа.

В основном его работа идентична работе газовых хроматографов. Здесь используются колонки длинной 10..100 см.

Внутренний диаметр колонки 1..3 мм.

Рисунок 70

 

Тонкослойный хроматограф

 

Деление компонентов жидкой среды в тонкослойном хроматографе осуществляется в тонком слое адсорбента, нанесенным на алюминиевую проволоку или пластину (чаще на пластину). Проба, объемом до 10 мкм, наноситься на один из торцов алюминиевой пластины в сухом виде. Затем, пластина 2 размещается вертикально или наклонно в камере 1. Для этого используется держатель 4, укрепленный на крышке 3. Пластина размещается в жидкости-носителе так, чтобы ее уровень не доходил до нанесенных на пластину проб П1 и П2. За счет капиллярных сил жидкость-носитель поднимается выше, так как гранулы абсорбента очень малы 0.1 мм. Эта жидкость захватывает пробы по мере подъема вверх и пробы разделяются на разные компоненты. После этого пластины изымаются из камеры 1, высушиваются, а затем обрабатываются парами йода, при этом пятнышки отдельных компонентов окрашиваются. После этого поверхность пластины сканируется оптическим сканером и по площади S определяют концентрацию отдельных компонентов. В дорогих моделях хроматографов пластину не высушивают, а облучают ультрафиолетовым светом. При этом биологически активные вещества светятся, а изображение пластины снимают с помощью цифровой камеры. Эти хроматографы применяют в криминалистике, на фармацевтических предприятиях, при биологических исследованиях.

 

Рисунок 74

 

 

Анализаторы медико-биологических показателей.

Анализатор – средство измерения, предназначенное для определения физико-химических свойств, концентрации, состава и условных характеристик анализируемой среды. Обычные анализаторы представляют собой измерительные установки, приборы или системы.

 

Классификация анализаторов

Имеется много признаков, позволяющих классифицировать анализаторы, из которых наиболее известны:

1. По агрегатному состоянию:

a. А.твердых сред

b. А.жидких сред

c. А.газообразных сред (газоанализаторы)

 

2. По используемому методу анализа:

a. Физические, которые позволяют осуществлять измерение по определению какого-либо физического свойства (плотность, вязкость и т.д.)

b. Химические, которые основан на измерении какого-либо физического параметра, сопровождаемый какой-либо химической реакцией

c. Биохимические, в которых химические реакции осуществляются в виде реагентов биологического происхождения.

 

3. В зависимости от измеряемых медико-биологических показателей:

a. Анализаторы физико-химические

b. Анализаторы концентрации

c. Анализаторы состава

d. Анализаторы условных характеристик

 

4. В зависимости от степени автоматизации

a. Автоматические (все операции осуществляются без человека)

b. Полуавтоматические (ввод пробы осуществляется вручную)

c. Ручные анализаторы

d. Индикаторы (служат для определения наличия какого-либо компонента)

 

 

5. В зависимости от воздействия на анализируемую среду:

a. С воздействием

b. Без воздействия

При этом различают след виды воздействия: физические (нагревание), химические (+биохимические).

 

6. По селективности различают:

a. Избирательные

b. Интегральные (способны суммировать физико-химические свойства)

 

7. По месту применения:

a. Потоковые (промышленные)

b. Лабораторные

c. Клинические

d. Внелабораторные

 

8. По числу определяемых параметров:

a. Однопараметрические

b. Многопараметрические

 

9. По принципу действия:

a. Механические

b. Аналитические

Формы сигнала анализатора