CN1016281B - 在自动分析装置上进行的光学测定法及其装置 - Google Patents

Abstract

使固定所需数目的反应管(1)的反应管支撑架(2)步进转动，在光学测定位置(c)上，对上述各反应管(1)内的样品和试剂的化学反应状态进行光学测定，像这样构成的进行生物化学和免疫学分析的自动分析装置(A)的光学测定法，是通过由转动机构(24)进行往复转动控制的光■(23)把上述测定光(λ)变成测定项目所对应的单一波长光。并用该单一波长光采用所谓“前分光方式”对空气屋和反应液的光透射率进行光学测定的。

Description

本发明涉及一种适用于进行生物化学和免疫学分析的自动分析装置的光学测定法及有关装置，特别是涉及采用所谓前分光方式的完全新颖的光学测定法及有关装置。

众所周知，在进行生物化学和免疫学分析的自动分析装置方面，作为反应液的测定手段，有采用所谓前分光方式的光学测定法与采用后分光方式的光学测定法。

采用前分光方式的光学测定法，是在装有反应液（相应于样品和测定项目的试剂，是一种处于化学反应状态下的液体，以下相同）的反应管到达光学测定位置之前，用一种测定光照射之，该测定光是先用滤光片变换成相应于测定项目的单一波长光，然后测定反应管的吸光度。

于是，采用上述以往那样前分光方式的光学测定法中存在的问题是因为必须在反应管到达上述测定位置之前，调换成相应于上述测定项目的滤光片，因此使反应管的移动速度实现高速是十分困难的，并且每小时处理的件数大大少于上述的后分光方式。

采用上述以往那样前分光方式的光学测定法中的另一个问题是，测定项目受到滤光片的数量限制，而且由于上述的滤光片的时效使测定精度降低。

另一方面，采用上述的后分光方式的光学测定法，在固定于转动的反应管的支撑架中的反应管通过光学测定位置时，用全波长的测定光照射到达该位置的反应管，对它的透射光用光栅分光，然后测定必要的波长吸光度。

采用这种后分光方式的光学测定法的优点在于，能够高速测定固定在反应管支撑架上的全部反应液的化学反应状态，另外，在能够测定各反应液的时间过程的同时，还可以用双波长测定来补偿测定时光源亮度的时效和相对于反应管的透射光的空白值，因此，测定精度的可靠性非常高。

但是，采用上述以往那样后分光方式的光学测定法，除了有上述的许多优点外，还有一个致命的缺点，即由全波长光照射反应液，例如，由于过敏性检体等以及试剂的成分中，发生由测定波长以外的波长引起的光分解反应，因此发生各反应液间测定值的弥散，对测定精度的可靠性不够高。

另外，在采用上述以往那样后分光方式的光学测定法中，存在接受用光栅进行波长分光成的各波长光的光敏器的幅度有限，不能选择接近这个幅度以下的波长光的问题。

而且，在采用上述以往那样后分光方式的光学测定法中，存在的另一个问题是因为透过反应管的测定光不是单一波长，光电流电压变换电路因而需要是测定波长的数目（例如，在测定12个波长的情况下是12个），因此装置十分复杂，控制也困难，而且这种装置价格较高。

本发明是鉴于这种现状推出的，其目的在于提供一种在具有所谓前分光方式与后分光方式各自的优点的完全新颖的自动分析装置上进行的光学测定法，即第一，作为一种在自动分析装置上进行的光学测定法，采用的是前分光方式，它不会发生测定波长光以外的波长光引起的光分解作用，也不采用滤光片;第二，能够补偿光源亮度的时效和对应于各反应管的透射光的偏差;第三，能大幅度简化光学测定装置，降低成本，大幅度提高测定精度的可靠性，能用所有波长光连续测定，测定速度也与采用以往那种后分光方式的光学测定方法一样。

为了实现上述目的，本发明的特征在于，以自动分析装置的光学测定方法为前提，该自动分析装置的构成是使固定所需数目反应管的反应管支撑架转动，在光学测定位置上对上述各反应管内样品和试剂的化学反应状态进行光学测定，通过由转动机构进行往复转动控制的光栅把上述的测定光变成对应于测定项目的单一波长光，用该单一波长光进行空气层和反应液的光透射率的光学测定。

而且，本发明的特征在于，自动分析装置由以下几部分组成，即固定了所需数目的反应管的反应管支撑架、使这个反应管支撑架转动的驱动机构、测定通过转动使该反应管支撑架通过光学测定位置的反应管吸光度的光学测定装置：为了实现上述方法，以自动分析装置的光学测定装置为前提，在向反应管照射上述光学测定装置的测定光之前，用通过旋转机构进行往复转动控制的光栅选择对应于测定项目的单一波长光，用这种被选择的单一波长光照射空气层和反应管，并比较该空气层和反应液的光透射率，以进行比色光学测定。

因此，在涉及本发明的自动分析装置上所进行的光学测定中，采用所谓前分光方式可防止所谓后分光方式中出现的、即由于测定波长光以外的波长光透射而引起的光分解作用，根据后分光方式的优点，即在光学测定位置上测定化学状态之前，用对应于测定项目的单一波长光预先测定装净水的反应管的光透射率来补偿各反应管的透射光的偏差，同时能够在光学测定位置之前以透射过空气层的光的空气空白值为基准，来补偿光源的亮度变化，因此可以得到高精度，高可靠性的反应液测定值。

还有，在本发明中，由于采用所谓前分光方式，而且透射过反应管的测定光是单一波长光，因此一个光电流电压变换电路就够了，从而能大幅度简化光学测定装置。

下面简单说明图面。

图1是表示应用本发明的自动分析装置例的机构概况说明图，图2是表示自动分析装置中的光学测定装置的信号处理***的电路图，图3是表示根据本发明方法选择的单一波长光的照射状态的说明图，图4（A）至（C）是顺次表示对应于上述单一波长光的反应管移动状态的说明图，图5是表示在上述单一波长光透射过装入净水的反应管和透射过空气层时各吸光度的曲线图。

下面，根据附图中表示的一个实施例，详细说明本发明。

如图1所示与本实施例有关的自动分析装置A由以下各部分组成，固定有40个底部为四角形筒状反应管1的反应管支撑架2，使这个反应管支撑架2朝图1逆时针方向转动39容器单位的脉冲马达3、在样品分注位置a上，从采样器4的样品容器5内取出所需数量的样品并注入上述反应管1中的样品吸管6、在试剂分注位置b上从试剂容器7内取出测定项目相应的所需试剂并注入上述反应管1的试剂吸管8、设置在光学测定位置c上的光学测定装置9，和排出光学测定结束后的反应液并进行清洗的清洗装置10。

如上所述，反应管支撑架2的结构是通过脉冲马达3，使在样品分注位置a上分注所需的样品的反应管1按图1逆时针方向转动351度（39容器单位），结果是把上述反应管1按图1顺时针方向移动一个容器。当然本发明也适用于使反应管1向图1顺时针方向转动369度（41容器单位）的自动分析装置。

另外，在上述反应管支撑架2的各反应管支撑孔11、11的间隔处，开设了水平方向贯穿的光透射 孔12。当然，在上述各反应管支撑孔11上，也开设了水平方向横穿的测定光的透射测定孔14。

使这种结构的反应管支撑架2转动的脉冲马达3，是通过控制装置CPU操作的驱动电路15及马达控制电路16以一定的速度驱动控制的而且由进行高速定位的编码器17、编码器控制电路18准确地控制转动方向和角度。当然也可以用伺服马达代替上述脉冲马达3。

如图1所示光学测定装置9是由光源20、单色器21、光敏器22构成。上述单色器21是能通过脉冲马达24以所定同步往复转动规定角度的。

从而，从上述光源20射来的全波长光由透镜组集光后，从单色器21的入射狭缝26射向光栅23上。上述的光栅23只把以反射对应于测定项目的单一波长光的角度所反射的测定光，从出射狭缝27输入给光敏器22。

此外如图2所示，输入给上述光敏器22的单一波长光特别是被输入给光电流电压变换电路36后，再输入放大每个测定波长的一组波长光的两个以上（本实施例中是4个）的放大器中的一个，直至放大到规定电压，然后由该放大器放大的测定电压值，经多路调制器38，从A/D变换器39，输入给LOG变换器40，由控制装置CPU进行所需的演算处理。

还有，上述实施例，说明了把输入给光电流电压变换回路36中的测定光，接每个测定波长分成4组的情况，但是在本发明中，这种分组以分成一组以上为好。在分成多组的情况下，可以按照吸光度的大小进行分组。

例如

由放大器37a放大340～380nm波段、

由放大器37b放大410～500nm波段、

由放大器37c放大500～600nm波段、

由放大器37d放大600～750nm波段，由多路调制器38进行选择，最好是分辨率的角度出发。

也就是说，按上述分四组，例如由16位A/D变换器39构成放大器37的输出的情况下，以100%光量为10伏时，对每组可以控制到大约0.15毫伏的吸光度变化，而且可得到可靠性极高的数据。

还有，使上述的光栅23转动的脉冲马达24是通过上述控制装置CPU操作的驱动电路28及马达控制电路29，以一定的速度往复转动控制的，且由进行高速定位的编码器30及编码器控制电路31准确地控制其旋转方向和转动角度。再则图1中符号32为接受键、33为CRT、34为记忆电路、35为打印机。

以上述为前提，下面根据图3来说明对应于测定项目的单一波长光的选择、照射动作原理。

设反应管支撑架2一次转动时间为：

T秒（＝T×10³微秒）

空气层测定范围和反应管测定范围的通过时间及距离为：

t′秒，d毫米

波长切换时间为：t₁秒

反应管1之间距为P毫米

反应管1的数目n个。

反应管支撑架2的一次转动，即反应管中心圆周长P×n（mm）所需时为T秒，即：

t₁＝ (T×10³×d)/(P×n) 微秒

t₂＝ (T×10³)/(P×n) （ (P)/2 -d）微秒

如图5所示，如在t₂微秒之内，可以用光栅23进行切换波长部分的波长切换控制。

因为在生物化学自动分析装置中所需的波长光大概在340～750nm之间，所以可用光栅23来对最大色散为410nm的波长范围进行分光。

例如，在采用上述的单色器21的凹面光栅23的情况下，

mnλ＝sinα+sinβ

〔λ：波长（nm），m：次数，n：平均1mm的沟槽数，α：入射角，β：射出角〕用上述的关系式算出从出射狭缝27中取出的必要波长的α角度和β角度，以此来控制上述脉冲马达24的转动速度，且用编码器29进行并定位控制。

如像上述这样一旦选择了相对于到达上述光学测定位置C的反应管1的测定项目波长光λ₁，则用该测定项目波长光λ₁进行反应液的测定如下述那样。

首先，如图4（a）所示，在清洗装置10的最后阶段，向应该装有反应液的反应管No3注入净水。这时就在光学测定位置上进行反应管No2的光学测定。

像这样装有净水的反应管No3，按图4（b）所示的那样，向逆时针方向转动。在这个反应管No3到达光学位置之前，光学测定装置先测定透射光透射孔12的光的透射率（T_3B），接着如图4（c）所示的那 样，测定反应管No3通过上述光学测定位置C时的光透射率（T′_3B）以两者的光透射率为基准，从下式求出相应于反应管No3的即将进行测定的反应管空自吸光度OD₃，并记忆在控制装置CPU中。

OD₃=log 1/(T_3B) -log 1/(T_3B)

=log (T_3B)/(T_3B)

接着，如果在上述光学测定位置C上，以通过上述测定项目波长光λ，测定样品与第一种试剂及第二种试剂化学反应后的反应液，则其吸光度OD_3o为

OD₃₀=log (T′₃₀)/(T₃₀)

由此，测定光源亮度及各反应管的空白值之后的吸光度OD′_3o为OD^′ _3o＝OD_3o-OD_3o

如果象这样求出吸光度OD′_3o，那么就可以进行对标准物质的吸光度OD_ng′的演算处理，求得最终的反应液测定值。

标准物质的吸光度OD_ng′是用上述测定项目波长光λ测定的，可用下式求出，即

OD_ng′＝OD_ng-OD_nb

当取其浓度为f时，OD_3o的浓度f₃₀为

f₃₀= (OD₃₀-OD₃₈)/(OD_ns-OD_n8) ×f

= (OD₃₀′)/(OD_ns′) ×f

求出反应液的化学反应值（反应液测定值），然后把该反应液测定值输入控制装置CPU进行记忆之后，例如用打印机打印出来。

如上所述，本发明中以注入净水的反应管吸光度（T′_3B）与空气层吸光度（T_3B）为基准，计算反应液测定值的理由如下。

就是说，在反应管步进转动形式的自动分析装置中，用单一波长只测定反应液时，与双波长测定方式的光学测定法相比，对光源亮度（波长强度）的时效和反应管之间光透射率偏差的补偿十分困难。

本发明为了解决这个问题，以装有净水的反应管的吸光亮（T′_3B）为基准，补偿反应液的实测值，以此补偿反应管之间光透射率的偏差，通过求得空气层的吸光度（T_3B）进行对光源亮度（波长强度）的时效补偿，从而确保测定精度的可靠性。

在涉及本发明的自动分析装置上进行的光学测定法，是采用上述的结构形式，因此通过所谓前分光方式可以防止所谓后分光方式中所看到的，因测定波长光以外的波长光透射所产生的光解作用，并能大幅度提高测定精度的可靠性。

其次，本发明通过采纳以往那种后分光方式的优点，即在测定光学测定位置上的化学状态之前，通过对应于测定项目的单一波长预先测定装有净水的反应管光透射率的方法，来补偿每个反应管的透射光偏差。

再者因为本发明能够以光学测定位置之前透射过空气层的光的空气空白值为基准，补偿光源的亮度变化，因而能在自动分析中求得高精度高可靠性的反应液测定值，同时，和以往那样的自动分析装置那样，在装置开始运行时用全波长光对所有反应管进行空白值测定后并作记忆的情况相比。控制装置的记忆容量可大幅度减小。例如，用15种波长光测定30支反应管的空白值时，以往那样自动分析装置必须要记忆450个数据，与之相反在本发明中，只要记忆一个数据单位就行了，因此可以减小控制装置的记忆容量大幅度降低成本。

另外因为本发明中采用了所谓前分光方式，透射过反应管的测定光是单一波长光，因此一个光电流电压变换电路就够了，从而能够大幅度地简化光学测定装置等，将实现许多良好的效果。

Claims (6)

1、一种在自动分析装置中的光学测定装置，其特征在于，自动分析装置有以下几部分构成，即固定所需数目的反应管的反应管支撑架、使这个反应管支撑架转动的转动机构、通过转动使该反应管支撑架经过光学测定位置测定反应管吸光度的光学测定装置，在该自动分析装置的光学测定装置上，通过由转动机构进行往复转动控制的光栅，在用上述光学测定装置的测定光照射反应管之前选择对应于测定项目的单一波长光，用这个选择的单一波长光照射空气层和反应管，比较该空气层和反应液的光透射率，以便进行比色光学测定。

2、如权利要求1中所述的自动分析装置中的光学测定装置，其特征在于，对前述反应液的测定值的光源亮度的补偿及反应管间光透射率偏差的补偿，是以光学测定位置之前用上述的单一波长光所测定的空气层光透射率以及装有净水的同一反应管光透射率为基准而进行的。

3、如权利要求1或2所述的自动分析装置中的光学测定装置，其特征在于，把上述测定波长分成几组，通过按各波长组配设的放大器来放大输入给光电流电压变换装置的测定光并输入给多路调制器。

4、在如权利要求1所述的自动分析装置上进行的光学测定法，其特征在于，使所需数目的反应管的反应管支撑架转动，在光学测定位置上对上述各反应管内样品和试剂的化学反应状态进行光学测定，在具有这种结构的自动分析装置的光学测定法中，用通过转动机构往复转动控制的光栅，使上述测定光变成对应于测定项目的单一波长光，用该单一波长光对空气层和反应液的光透射率进行光学测定。

5、在如权利要求4所述的自动分析装置上进行的光学测定法，其特征在于，对上述反应液的测定值的光源亮度的补偿及反应管之间光透射率偏差的补偿是以光学测定位置之前用上述单一波长光测定的空气层光透射率和装入有净水的同一反应管光透射率为基准而进行的。

6、在权利要求4或5中所述的自动分析装置上进行的光学测定法，其特征在于，把上述测定波长分成几组，用按各波长组配设的放大器来放大输入给光电流电压变换装置的测定光，并放大输入给多路调制器。

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