專利名稱：超微弱發(fā)光探測(cè)裝置及使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光探測(cè)裝置和它的使用方法，裝置由加樣系統(tǒng)、光路系統(tǒng)和計(jì)數(shù)系統(tǒng)組成。
目前國(guó)內(nèi)外商品出售的生物發(fā)光和化學(xué)發(fā)光儀，大都是采用的直流放大的直流方法，靈敏度有限，承擔(dān)不了大部分生物自發(fā)發(fā)光的檢測(cè)任務(wù);同時(shí)采用的是電磁旋轉(zhuǎn)攪拌或單股注射的混合方式，發(fā)光液柱與光電倍增管光陰極平行的排列方式，沒(méi)有客觀地分析光陰極靈敏度不均一的實(shí)際情況，在測(cè)量超微弱生物發(fā)光和化學(xué)發(fā)光時(shí)重復(fù)性不能滿足實(shí)際需要。如國(guó)內(nèi)最常用的最先進(jìn)的發(fā)光儀-瑞典LKB1251發(fā)光儀，它是使用光陰極平面與測(cè)量管縱軸平行排列的端窗式S-20光電倍增管;光電倍增管輸出的是經(jīng)過(guò)放大的直流模擬信號(hào);加樣方式是蠕動(dòng)泵控制的滴液管;測(cè)量管是細(xì)而長(zhǎng)的小口徑管;混合方式是由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)樣品杯旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn);測(cè)定管與光陰極之間無(wú)光導(dǎo)物質(zhì)和光耦合物質(zhì)，測(cè)量對(duì)象僅限于魯米諾發(fā)光及螢光蟲(chóng)素生物發(fā)光為基礎(chǔ)的高強(qiáng)度發(fā)光體系，測(cè)定超微弱發(fā)光時(shí)精密度、靈敏度得不到保證，如用來(lái)測(cè)定體表發(fā)光時(shí)，除靈敏度、精密度遠(yuǎn)不能滿足外，由于人或生物體的大部部位不能進(jìn)入儀器工作位置，測(cè)定的部位有極大的局限性。
本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種具有高精密度、高靈敏度的超微弱發(fā)光探測(cè)裝置，可用來(lái)測(cè)定生物自發(fā)發(fā)光和低水平的化學(xué)發(fā)光以及多層次的生物發(fā)光;尋求一種使用方法使人或生物體的各部位體表發(fā)光都能測(cè)定。
本發(fā)明采取了下面的措施它的加樣系統(tǒng)包括一個(gè)大口徑測(cè)量杯(4)，帶有垂直安放中凹式噴嘴(2a)的加樣管(2)和連續(xù)微量加樣器(3)，加樣器(3)的手柄(3b)上帶有連接計(jì)數(shù)觸發(fā)裝置的微動(dòng)開(kāi)關(guān)(3a)，它的光路系統(tǒng)包括一個(gè)側(cè)表面包覆拋光金屬薄膜的有機(jī)玻璃倒園臺(tái)光導(dǎo)(6)，一個(gè)上表面包覆拋光金屬薄膜的聚四氟乙烯托盤(8)，一個(gè)有機(jī)玻璃壓蓋(10)和樣品室拉板(7)，還有一個(gè)光導(dǎo)纖維探頭(11)，光電倍增管(9)的光陰極表面與光路方向垂直安放，光導(dǎo)(6)與金屬薄膜之間及光導(dǎo)(6)與光電倍增管(9)的光陰極面之間均涂有粘度106湹司的光學(xué)硅油，它的計(jì)數(shù)器光電倍增管分壓器電路中分壓電阻R1～R14的阻值在0.2兆歐～6兆歐之間，R1的電阻值為其它分壓電阻R1～R13阻值的3倍，最后的負(fù)載電阻RL為30～80歐姆，最后打拿極和陽(yáng)極之間的儲(chǔ)能電容C3為0.04～0.06微法，輸出端串聯(lián)了0.001～0.002微法的耐高壓陶瓷耦合電容CD。在測(cè)定人或其它生物的體表發(fā)光時(shí)，被測(cè)物可以置于裝置之外，取出加樣管(2)，將光纖維探頭(11)的一端置于(2a)在光路中所處位置，另一端緊壓在被測(cè)物的表面。
下面結(jié)合本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明圖1是本發(fā)明的剖面圖。圖5是中凹式噴嘴(2a)剖面圖。中凹式噴嘴(2a)可以用塑料制成，其下端可以有對(duì)一曲率半徑為1～2毫米的內(nèi)凹粗糙球面，兩個(gè)球面之間形成中隔板(2b)，(2b)上分布若干小孔。圖2為微動(dòng)開(kāi)關(guān)(3a)結(jié)構(gòu)圖，微動(dòng)開(kāi)關(guān)(3a)有一凹槽A套在加樣器(3)的手柄(3b)上，2個(gè)固定的觸頭E連接計(jì)數(shù)觸發(fā)電路的導(dǎo)線B，開(kāi)關(guān)按鈕C上裝有軟彈簧D使觸發(fā)電路保持常開(kāi)狀態(tài)。大口徑測(cè)量杯(4)的口徑為25～60毫米，最佳值為30毫米。倒園臺(tái)光導(dǎo)(6)可以用高透射率的有機(jī)玻璃加工，底面直徑30～100毫米，頂面直徑10～30毫米，高30～100毫米，最佳值為底面直徑30毫米，頂面直徑10毫米，高30毫米。光電倍增管(9)可以是小光陰極的端窗光電倍增管。圖3是光導(dǎo)纖維探頭(11)示意圖，光導(dǎo)纖維探頭(11)包括光導(dǎo)纖維束(11d)、塑料套(11b)、彈簧管(11a)、內(nèi)層為全反射面的薄金屬套筒(11C)和黑塑料鐘罩(11e)。光導(dǎo)纖維束(11d)置于塑料套(11b)內(nèi)。彈簧管(11a)套在塑料套(11b)的外面。薄金屬套筒(11C)接在塑料套(11b)的下面，(11C)的下緣超出光導(dǎo)纖維束(11d)的接收平面2～3毫米。黑塑料鐘罩(11e)裝在彈簧管(11a)的下面，(11e)的下緣超出薄金屬套筒(11C)1～2毫米。薄金屬套筒(11C)的作用是保證較全面地接收體表探測(cè)區(qū)域的光幅射，并部分阻擋外界透射光。黑塑料鐘罩(11e)可以防止外界光透射入皮膚對(duì)測(cè)量的干擾，并能避免金屬套筒(11C)對(duì)探測(cè)局部的機(jī)械壓力刺激。圖4是光電倍增管分壓器電路圖，分壓電阻最佳值是R1＝1.5兆歐，R2＝R3＝…＝R13＝0.5兆歐，R14＝0.24兆歐，負(fù)載電阻最佳值是RL＝47歐姆，儲(chǔ)能電容最佳值是C3＝0.047微法，耐高壓陶瓷耦合電容最佳值是CD＝0.001微法。
使用本發(fā)明時(shí)，可先將樣品室拉板(7)拉至圖1中虛線位置，把待測(cè)樣品放入測(cè)量杯(4)中，然后推回樣品室拉板(7)，蓋上樣品室蓋帽(1)。推動(dòng)連續(xù)加樣器(3)的手柄(3b)，注入試劑(氧化劑)啟動(dòng)樣品發(fā)光，同時(shí)微動(dòng)開(kāi)關(guān)(3a)導(dǎo)通，計(jì)數(shù)器觸發(fā)電路觸發(fā)，計(jì)數(shù)系統(tǒng)開(kāi)始工作。光信號(hào)脈沖經(jīng)寬帶快脈沖放大器放大并經(jīng)過(guò)脈沖分析器甄別整形后輸入定標(biāo)器或線性率表，進(jìn)行計(jì)數(shù)及畫(huà)動(dòng)力曲線。在測(cè)定人或其它生物體的體表發(fā)光時(shí)，將加樣管(2)取出，安置好光導(dǎo)纖維探頭(11)的一端于(2a)所處位置，另一端緊壓在被測(cè)物體表，啟動(dòng)觸發(fā)電路即可測(cè)定。
在發(fā)明采用了大口徑測(cè)量杯，使發(fā)光體系在杯底形成薄層陣面，把生物發(fā)光和化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度在空間的三維不均一性，壓縮成了平面上的兩維不均一，有機(jī)玻璃光導(dǎo)、金屬薄膜、聚四氟乙烯托盤、光耦合物質(zhì)的使用，進(jìn)一步把發(fā)光強(qiáng)度歸一化到光陰極效益最高、靈敏度均勻的中心部分來(lái)，兼之使用了小光陰極的端窗光電倍增管，大大減少了不必要的光陰極熱電子發(fā)射。加上本發(fā)明的設(shè)置將主要光發(fā)射方向與光陰極表面垂直，發(fā)光陣面與加樣管垂直，整個(gè)光路形成了正交歸一化的光收集。
垂直噴淋式的加樣系統(tǒng)配上大口徑測(cè)量杯形成的薄層液面，由多股水柱在薄層液面中引起多個(gè)小渦流，混合效果比單個(gè)渦流高，也大大減少了液面的浮動(dòng)。即使有氣泡產(chǎn)生，上升方向平行于發(fā)光方向，對(duì)測(cè)量的干擾小。和LKB1251相比，這種方法簡(jiǎn)單易行，不必昂貴的蠕動(dòng)泵，又避免了電磁攪拌時(shí)外磁場(chǎng)對(duì)光電倍增管的影響。中凹式表面粗糙的塑料噴嘴使得噴嘴上的殘留液滴達(dá)到最小，并能被噴嘴“含”住，避免了殘滴參加反應(yīng)，消除了因此而產(chǎn)生的誤差。
本發(fā)明巧妙地將控制計(jì)數(shù)器的微動(dòng)開(kāi)關(guān)和連續(xù)微量加樣器的手柄結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了加樣和計(jì)數(shù)同步，也對(duì)提高測(cè)定的精密度和靈敏度有利。
本發(fā)明為提高第一聯(lián)極的二次電子發(fā)射率，對(duì)分壓電阻的安排設(shè)計(jì)進(jìn)行了選擇，在光陰極和第一聯(lián)極之間使用了阻值為其它分壓電阻3倍的電阻，較小的負(fù)載電阻和小的耐高壓陶瓷耦合電容，加之選用了小光陰極光電倍增管，在負(fù)高壓1400伏時(shí)，光電倍增管輸出的是前沿20納秒，總寬約40納秒，平均幅度4～6毫伏的負(fù)脈沖，通過(guò)對(duì)10根豆芽菜、魯米諾自氧化發(fā)光和14C標(biāo)準(zhǔn)光源實(shí)測(cè)，光信號(hào)脈沖分布峰的峰谷比為2∶1，光電倍增管處于良好的單光子計(jì)數(shù)工作狀態(tài)，大大提高了靈敏度。
本發(fā)明光路系統(tǒng)，倒園臺(tái)光導(dǎo)、聚四氟乙烯托盤、有機(jī)玻璃壓蓋、光耦合介質(zhì)光學(xué)硅油的使用還使本裝置獲得了良好的絕緣和隔熱性能，防止了光電倍增管管壁結(jié)霜。
本發(fā)明具有如下特點(diǎn)1.靈敏度高用溶于0.1ИaOH中的10-4M魯米諾溶液自氧化發(fā)光為光源，在LKB1251上測(cè)定信噪比為924，本發(fā)明為10000左右。
2.精密度高測(cè)定超微弱發(fā)光，本裝置有較好的重現(xiàn)性。使用低水平的化學(xué)發(fā)光系統(tǒng)(1毫升2×10-4M氯化血紅素，注入0.1ИИaOH溶解的0.2M過(guò)硼酸鈉啟動(dòng)發(fā)光)，在LKB1251上測(cè)定20次，發(fā)光測(cè)量值的變異系數(shù)為22%，本發(fā)明變異系數(shù)為5.58%。
3.可進(jìn)行多層次多參量的測(cè)量可稻入任意波段的濾光片進(jìn)行光譜分析;可測(cè)體表任何部位的發(fā)光，亦可進(jìn)行能譜掃描和畫(huà)出發(fā)光動(dòng)力曲線。


圖1-本發(fā)明結(jié)構(gòu)剖面圖(1)-樣品室蓋帽(2)-加樣管，頂端是中凹式噴嘴(2a)(3)-連續(xù)微量加樣器，帶有微動(dòng)開(kāi)關(guān)(3a)(4)-樣品杯及環(huán)形托架(5)-濾光片及環(huán)形托架(6)-倒園臺(tái)有機(jī)玻璃光導(dǎo)(7)-樣品室拉板(8)-聚四氟乙烯托盤(9)-帶靜電包被的光電倍增管(10)-有機(jī)玻璃壓蓋圖2-微動(dòng)開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)圖(3)-加樣器體(3b)-加樣器手柄(3a)-微動(dòng)開(kāi)關(guān)體A-凹槽B-聯(lián)接計(jì)數(shù)觸發(fā)器的導(dǎo)線C-開(kāi)關(guān)按鈕
D-軟彈簧E-固定觸頭圖3-光導(dǎo)纖維探頭(11)-光導(dǎo)纖維探頭(11a)-彈簧管(11b)-塑料套(11c)-薄金屬套筒(11d)-光導(dǎo)纖維束(11e)-黑塑料鐘罩圖4-光電倍增管分壓器電路圖R1～R14-分壓電阻R1＝1.5兆歐，R14＝0.24兆歐 R2＝R3＝…＝R18＝0.5兆歐C1～C3-儲(chǔ)能電容，C1＝C2＝0.01微法，C3＝0.047微法RL-負(fù)載電阻，RL＝47歐姆CD-耐高壓陶瓷耦合電容，CD＝0.001微法圖5-中凹式噴嘴(2a)剖面圖2b-中隔板說(shuō)明書(shū)勘誤表頁(yè)行誤正213R1～R2～49然后推回……，蓋上然后蓋上樣品室蓋帽①樣品室……推回樣品室拉板(7)690.1ИaOH0.1NNaOH6140.1ИИaOH0.1NNaOH617可稻入可插入
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光探測(cè)裝置，由加樣系統(tǒng)、光路系統(tǒng)和計(jì)數(shù)系統(tǒng)組成，其特征在于它的加樣系統(tǒng)包括一個(gè)大口徑測(cè)量杯(4)，帶有垂直安放中凹式噴嘴(2a)的加樣管(2)和連續(xù)微量加樣器(3)，加樣器(3)的手柄(3b)上帶有連接計(jì)數(shù)觸發(fā)裝置的微動(dòng)開(kāi)關(guān)(3a)，它的光路系統(tǒng)包括一個(gè)側(cè)表面包覆拋光金屬薄膜的有機(jī)玻璃倒園臺(tái)光導(dǎo)(6)，一個(gè)上表面包覆拋光金屬薄膜的聚四氟乙烯托盤(8)，一個(gè)有機(jī)玻璃壓蓋(10)和樣品室拉板(7)，還有一個(gè)光導(dǎo)纖維探頭(11)，光電倍增管(9)的光陰極表面與光路方向垂直安放，光導(dǎo)(6)與金屬薄膜之間及光導(dǎo)(6)與光電倍增管(9)的光陰極面之間均涂有粘度106湹司的光學(xué)硅油，它的計(jì)數(shù)器光電倍增管分壓器電路中分壓電阻R1～R14的阻值在0.2兆歐～6兆歐之間，R1的電阻值為其它分壓電阻R1～R13阻值的3倍，最后的負(fù)載電阻RL為30～80歐姆，最后打拿極和陽(yáng)極之間的儲(chǔ)能電容C3為0.04～0.06微法，輸出端串聯(lián)了0.001～0.002微法的耐高壓陶瓷耦合電容CD。
2.一種發(fā)光探測(cè)裝置的使用方法，其特征在于測(cè)定人或其他生物的體表發(fā)光時(shí)，被測(cè)物可以置于裝置之外，取出加樣管(2)，將光纖探頭(11)的一端置于(2a)在光路中所處位置，另一端緊壓在被測(cè)物表面。
3.權(quán)利要求1所述發(fā)光探測(cè)裝置，其特征在于所述中凹式噴嘴(2a)可以用塑料制成，其下端可以有一對(duì)曲率半徑為1～2毫米的內(nèi)凹粗糙球面，兩個(gè)球面之間形成中隔板(2b)，(2b)上分布若干小孔，所述微動(dòng)開(kāi)關(guān)(3a)有一凹槽A套在加樣器(3)的手柄(3b)上，2個(gè)固定的觸頭E連接計(jì)數(shù)器觸發(fā)電路的導(dǎo)線B，開(kāi)關(guān)按鈕C上裝有軟彈簧D使觸發(fā)電路保持常開(kāi)狀態(tài)。
4.權(quán)利要求1所述發(fā)光探測(cè)裝置，其特征在于所述大口徑測(cè)量杯(4)的口徑為25～60毫米，最佳值為30毫米。
5.權(quán)利要求1、3、4所述發(fā)光探測(cè)裝置，其特征在于所述倒園臺(tái)光導(dǎo)(6)可以用高透射率的有機(jī)玻璃加工，底面直徑30～100毫米，頂面直徑10～30毫米，高30～100毫米，最佳值為底面直徑30毫米，頂面直徑10毫米，高30毫米。
6.權(quán)利要求1所述發(fā)光探測(cè)裝置，其特征在于光電倍增管(9)可以是小光陰極的端窗光電倍增管，光電倍增管(9)的分壓器電路中分壓電阻最佳值是R1＝1.5兆歐，R2＝R3＝…＝R13＝0.5兆歐，R14＝0.24兆歐，負(fù)載電阻最佳值為RL＝47歐姆，儲(chǔ)能電容最佳值為C3＝0.047微法，耐高壓陶瓷合電容最佳值為CD＝0.001微法。
7.權(quán)利要求1所述發(fā)光探測(cè)裝置，其特征在于所述光導(dǎo)纖維探頭(11)包括光導(dǎo)纖維束(11d)、塑料套(11b)、彈簧管(11a)、內(nèi)層為全反射面的薄金屬套筒(11C)和黑塑料鐘罩(11e)，光導(dǎo)纖維束(11d)置于塑料套(11b)內(nèi)，彈簧管(11a)套在塑料套(11b)的外面，薄金屬套筒(11C)接在塑料套(11b)的下面，(11C)的下緣超出光導(dǎo)纖維束(11d)的接收平面2～3毫米，黑塑料鐘罩(11e)裝在彈簧管(11a)的下面，(11e)的下緣超出薄金屬套筒(11C)1～2毫米。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)光探測(cè)裝置和使用方法。設(shè)計(jì)了正交歸一化的光路系統(tǒng)，垂直噴淋式的加樣系統(tǒng)，采用單光子計(jì)數(shù)的工作方式，利用光導(dǎo)纖維探頭測(cè)定人或生物體任何部位的發(fā)光。具有精密度和靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，可進(jìn)行多層次多參量的測(cè)量，可測(cè)超微弱發(fā)光如生物自發(fā)發(fā)光及低水平的化學(xué)發(fā)光，可插入任意波段的濾光片進(jìn)行光譜分析，亦可進(jìn)行能譜掃描和畫(huà)出發(fā)光動(dòng)力曲線。
文檔編號(hào)G01J1/00GK1035719SQ88101099
公開(kāi)日1989年9月20日 申請(qǐng)日期1988年3月9日 優(yōu)先權(quán)日1988年3月9日
發(fā)明者劉亞寧 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍空軍總醫(yī)院