專利名稱：基于有限波長法的混沌介質(zhì)成分濃度光學(xué)檢測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混沌介質(zhì)成分濃度的檢測方法。特別是涉及一種基于有限波長法的混沌介質(zhì)成分濃度光學(xué)檢測裝置及方法。
背景技術(shù)：
應(yīng)用光學(xué)方法進行人體內(nèi)成分檢測(如膽紅素)主要基于從人體皮膚內(nèi)部擴散反射回來的光帶有皮膚組織成分的信息。人體皮膚組織是具有高散射特性和吸收特性的混沌介質(zhì)，對于此類混沌介質(zhì)中成分濃度的光學(xué)檢測需要有針對性的考慮，檢測方法的確定與檢測系統(tǒng)的構(gòu)建主要依據(jù)待檢測物質(zhì)及相關(guān)干擾因素的光學(xué)特性。以膽紅素為例，膽紅素(Bulirubin，簡稱BR)是動物體內(nèi)血紅蛋白等化合物分解代謝的中間體或產(chǎn)物，不僅是一種內(nèi)源性毒素，也是一種內(nèi)源性抗氧化劑。膽紅素的非正常代謝會引起一系列疾病，如色素型膽結(jié)石、高膽紅素癥以及黃疸等。為了便于更靈敏、實時地監(jiān)測體內(nèi)膽紅素的濃度，為膽紅素的研究提供可靠、準確的數(shù)據(jù)，人們在研究膽紅素的過程中，逐漸建立、完善和發(fā)展起來一系列膽紅素的定量分析方法。目前，臨床主要采用有創(chuàng)的血清膽紅素濃度檢測方法，如重氮法、KHC3法、化學(xué)氧化法和氧化酶法，其具體檢測原理如下。1)重氮試劑法重氮試劑法是歷史最久、最為經(jīng)典的方法，目前為止仍應(yīng)用最廣(劉軍，王昌富.膽紅素的檢測方法及其與臨床疾病的關(guān)系[J].中國康復(fù)理論與實踐，2007，3，13(3) 273 274 ；楊榮偉，陳屹一，殷舟.4種總膽紅素常規(guī)檢測方法的比較[J].中國醫(yī)學(xué)檢驗雜志，2005，4，6⑵144 146)，100多年來它曾有過無數(shù)個版本，但最流行的為J-G法和M-E 法。J-G法先利用重氮試劑與膽紅素反應(yīng)，隨后在堿性條件下使產(chǎn)生的重氮膽紅素變?yōu)榫G色 (本來為紅色)而導(dǎo)致了光譜的轉(zhuǎn)移。M-E法在重氮膽紅素生成后直接進行比色(紅色)。 重氮法存在兩點缺陷一是重氮試劑不穩(wěn)定，它必須由亞硝酸鈉和氨基苯磺酸臨時生成，生成后最多只能儲存2天；二是重氮試劑與結(jié)合膽紅素即間膽(Be)和ο膽紅素(Bo)的反應(yīng)特異性不佳。針對上述缺點，100多年來本法雖然經(jīng)過無數(shù)的改良，但至今仍無滿意的結(jié)^ ο2)氧化酶法二十世紀八十年代初，研究者們(Kosaka A，Yamamoto C, Morishita Y, et al, Enzymatic determination of bilirubin fractions in serum, Clin Biochem,1987, 20(6) :451 458)從土壤中發(fā)現(xiàn)并分離出能產(chǎn)生膽紅素氧化酶(BOX)的菌株。隨后的研究發(fā)現(xiàn)，利用膽紅素氧化酶，在特定條件下，可以分別測出總膽(TB)、直膽(DB)、σ膽紅素 (Bo)以及結(jié)合膽紅素(Be) (Kurosaka K, Senba S, Tsubota H, et al, A new enzymatic assay for selectively measuring conjugated bilirubin concentration in serum with use of bilirubin oxidase, Clin Chim Acta, 1998,269(2) : 125 136)，這為臨床有選擇性的測量提供了新的方法。氧化酶法測定膽紅素具有簡單、靈敏度高、特異性好的特點，且不受血清中其他生物分子的影響；缺點是試劑較昂貴，并受酶的穩(wěn)定性、純度等的影響。3)化學(xué)氧化法這類方法主要的有釩酸鹽氧化法、亞硝酸鈉氧化法(Kojma R，Sasayma Y， Koriyama K,et al,Measurement of serum bilirubin using sodium nitrite as unique oxidizing agent, Rinsho Kagaku(Nippon Rinsho Kagakkai),1997,26 (1) :22 30)、高碘酸氧化法等。因膽紅素的四吡咯結(jié)構(gòu)具有還原性，因此從理論上講各種低分子的無機氧化劑和在一定條件下具有氧化性的各種過渡金屬元素都可以氧化膽紅素，引起450nm波長吸光度的下降，從而可用于膽紅素的測定。此類方法優(yōu)點是不受溶血、脂血等干擾物質(zhì)的影響，與氧化酶法比較具有試劑價格低廉，精密度更高的優(yōu)點，是目前臨床檢驗室測定膽紅素更佳的方法，但其實用性還有待進一步提高。4)其它有創(chuàng)的膽紅素檢測法KHC3法把樣本中膽紅素氧化成膽藍素，通過測定其吸收峰700nm處吸光度的增加來計算出總膽紅素的濃度(馬佳，王毅超，經(jīng)皮及血清檢測膽紅素含量在新生兒黃疸診斷中的比較，西南國防醫(yī)藥，2006，16(1) :51 52 ；何衛(wèi)東，楊寶圩，蔡月真，KHC3法檢測血清膽紅素，國際檢驗醫(yī)學(xué)雜志，2007，1，28 (1) 82 83)。甲酰胺法，血清中的σ膽紅素經(jīng)甲醇和甲酰胺等處理后能發(fā)生沉淀達到與未結(jié)合膽紅素(Bu)等分離的目的，通過往沉淀物中加入甲酰胺和重氮試劑可使σ膽紅素溶解并呈色，從而達到檢測σ膽紅素(Βσ)含量的目的(胡學(xué)章，檢測δ膽紅素的新法研究， 上海醫(yī)學(xué)檢驗雜志，1991，6 (2) :73 75)。熒光法，膽紅素在紫外光照射下，能發(fā)生π — η*躍遷，利于熒光的發(fā)射。用紫外光照射膽紅素溶液，在特定波長附近能產(chǎn)生熒光，通過測量熒光強度可以知道膽紅素的含量。熒光法具有諸多等優(yōu)點，不過目前還只處于實驗室研究階段(王正工，魯秀國，劉勛，熒光法測定膽紅素的含量，東北師大學(xué)報，1990，8 (8) :95 99;楊培慧，鄭志雯，蔡繼業(yè)，膽紅素與血紅蛋白分子作用的發(fā)光光譜分析，發(fā)光學(xué)報，2004，25 (3) 247 251)。此外，研究者們還在開發(fā)并提出了許多其它的膽紅素檢測法，如高效液相色譜法 (HPLC)、毛細管膠束電動色譜法、抗膽紅素單克隆抗體法和光纖傳感器法(Liu X T, Hu J， Relationship between bilirubin free radical and formation of pigment gallstone, World J Gastroenterol,2002,8(3) 413 417 ；Okamural Y, Yamazakil Μ, Yamaguchi Τ, et al, Anti-bilirubin monoclonal antibody III， Preparation and properties of monoclonal antibodies to unconjugated bilirubin-Ix α , Biochimica et Biophysica Acta, 1991,1073(3) :538 542)等等。但是，傳統(tǒng)的有創(chuàng)方法不僅給患者帶來了生理上的痛苦，有可能造成感染的風(fēng)險， 而且反復(fù)取血過程繁雜無法達到實時的監(jiān)測。迄今，市場上已經(jīng)廣泛存在各種經(jīng)皮膽紅素測量裝置。然而，由于精度較低，該裝置僅適用于新生兒黃疸病的初次排查。主要原因是因為新生兒體內(nèi)缺少干擾物如胡蘿卜素，因此新生兒黃疸患者的皮下組織對460nm入射光的反射值隨血清總膽紅素的濃度增加而一致性減小，因而可使用460nm處的皮下組織的反射值來經(jīng)皮測定新生兒血清總膽紅素濃度。目前的測量裝置大都以雙波長檢測方法為主，考慮血紅蛋白在460nm處亦有強吸收值，故皮下組織中血紅蛋白在460nm處對反射光譜也有顯著影響，會干擾膽紅素的經(jīng)皮測量。同時假設(shè)血紅蛋白在550nm處的摩爾吸光系數(shù)與在 460nm處的摩爾吸光系數(shù)相同，故用對460nm和550nm處的吸收值采用差分的方法來消除血紅蛋白的干擾(馬健2008)。由于人體個體差異較大，影響因素較多，導(dǎo)致最終檢測結(jié)果的精度較差，不能用于臨床診斷，僅可用于新生兒膽紅素濃度檢測的篩查。Bilicheck采用多波長(137個波長)的檢測方法(McKenzie J 2010)，針對上述問題有所改觀，但是多波長勢必帶來儀器成本增高和數(shù)據(jù)處理算法的復(fù)雜性加大，進而影響儀器的普及應(yīng)用。基于人體膽紅素濃度檢測存在的問題，在系統(tǒng)考慮影響膽紅素濃度經(jīng)皮檢測的各種因素基礎(chǔ)上，針對實際膽紅素測量中個體光學(xué)性質(zhì)差異較大，人體背景的噪聲和環(huán)境的干擾以及膽紅素濃度信息特異性低等特點，提出有限個波長混沌介質(zhì)成分濃度的光學(xué)檢測方法，并構(gòu)建相應(yīng)的裝置，主要去除了血紅蛋白和皮膚黑色素對于膽紅素測量的影響，在提高用于經(jīng)皮膽紅素濃度測量精度基礎(chǔ)上，拓廣膽紅素?zé)o創(chuàng)測量方式的實用價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種實現(xiàn)混沌介質(zhì)中成分濃度的無創(chuàng)、動態(tài)和連續(xù)檢測的基于有限波長法的混沌介質(zhì)成分濃度光學(xué)檢測裝置及方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種基于有限波長法的混沌介質(zhì)成分濃度光學(xué)檢測裝置及方法?；谟邢薏ㄩL法的混沌介質(zhì)成分濃度光學(xué)檢測裝置，包括有光源，所述的光源通過耦合光纖測頭連接混沌介質(zhì)，所述的混沌介質(zhì)又通過耦合光纖測頭連接分光濾光系統(tǒng)，所述的分光濾光系統(tǒng)依次連接光電檢測單元、單片機及顯示屏。所述的光源采用氙閃光燈，用于提供波長范圍為190-1100nm的光。所述的分光濾光系統(tǒng)是由半透半反棱鏡和濾光片構(gòu)成分出2、4、8…2n道光的分光濾光系統(tǒng)。所述的光電檢測單元是由硅光電池構(gòu)成用于進行光電轉(zhuǎn)換。所述的耦合光纖測頭由耦合光纖組成，包括有由中心向外依次設(shè)置的用于收集傳輸光源發(fā)出的光并入射到混沌介質(zhì)中的耦合光纖內(nèi)芯、塑料隔層、用于收集混沌介質(zhì)的反射光并把反射光傳輸?shù)椒止鉃V光系統(tǒng)的耦合光纖外芯層和塑料保護套；實際測量時耦合光纖中入射光纖和出射光纖的相對位置是通過計算混沌介質(zhì)傳輸?shù)淖罴压獬涕L來推算出， 所述最佳光程長的具體計算公式如下
_ 1/lnlO ^ 0.434°ptimum _ ^~ W ^~
i=l i=l其中，c為樣品成分濃度，α為比吸光系數(shù)，即波長的函數(shù)，η為溶液中物質(zhì)成份個數(shù)，l0PtiM為最佳光程長；在混沌介質(zhì)成分檢測中，濃度變量只有一個待測成分，η取ι ；最佳光程長在低濃度測量時取Inptimum，在高濃度測量時取lh-。ptiM，所以耦合光纖入射光線直徑dl和出射光纖直徑d2及兩光纖的相對位置d的設(shè)計需滿足以下公式dl+d2+d ( I1^optimum, d = lh_。ptimum，所以計算得dl+d2 (、-。擬瞧-^-。^·。所述的耦合光纖外芯層包括有多個均勻分布的耦合光纖外芯和用于定位多個耦合光纖外芯的凝膠填充物。用于基于有限波長法的混沌介質(zhì)成分濃度光學(xué)檢測裝置的方法，包括如下步驟1)將檢測裝置的耦合光纖測頭置于混沌介質(zhì)表面，并啟動氙閃光燈發(fā)出強光；2)光源發(fā)出的光經(jīng)耦合光纖內(nèi)芯進入混沌介質(zhì)，在混沌介質(zhì)中傳輸后的反射光經(jīng)耦合光纖外芯傳到檢測裝置的分光濾光系統(tǒng)中，分光濾光系統(tǒng)所接收的反射光帶有混沌介質(zhì)各成分的信息；3)反射光在分光濾光系統(tǒng)中被半透半反棱鏡分成所需的多束光，各光路經(jīng)過相應(yīng)透光率的濾光片濾光后得到設(shè)定波長光，照射到光電檢測單元的受光端面進行光電變換， 光信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電信號；4)模擬電信號在單片機中由A/D轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字電信號，該數(shù)字電信號經(jīng)過放大、 比較，然后通過單片機中相應(yīng)的具體檢測算法即有限個波長檢測法得到計算結(jié)果；5)計算結(jié)果通過顯示屏顯示，這個結(jié)果稱為待測成分摩爾值X，該待測成分摩爾值X與混沌介質(zhì)中待測成分濃度Y成線性關(guān)系，并根據(jù)回歸方程Y = A+BX求得相應(yīng)的數(shù)值， 其中A、B為常數(shù)。所述的有限個波長檢測法包括確定不同波長法中的基準波長和確定不同波長法中的其它波長。所述的確定不同波長法中的基準波長是，通過基準波長原理對混沌介質(zhì)中待測成分濃度檢測進行光譜修正，消除實時測量背景和環(huán)境干擾，進而提高混沌介質(zhì)中待測成分的檢測精度，純吸收介質(zhì)中溶液的吸光度表示為Α(λ) = { εψ(λ) . Cw0+[ ε , ( λ )ε w ( λ ) ] -Cj-I其中Cwtl為無溶質(zhì)時水的摩爾濃度，由以上公式可知溶質(zhì)成分i的濃度改變所引起的樣品吸光度變化量可表示為^^ = R(A)KA)]./當(dāng)dA( λ VdCi = 0即ε i ( λ r) = K ε w( λ r)時，對應(yīng)波長λ r的吸光度與溶質(zhì)的濃度無關(guān)，該波長即為溶質(zhì)的基準波長；其中&為溶質(zhì)i的水置換系數(shù)，且有Δ Cw = Δ Ci ； 1等于比色皿的厚度；ε “λ)與ε w( λ)分別表示相應(yīng)波長下溶質(zhì)i與水的摩爾吸收系數(shù)。所述的確定不同波長法中的其它波長是，選定待檢測成分的最大吸收峰所在波長作為第一個特定波長λ工，然后根據(jù)對待檢測成分影響程度大小將各影響因素排序，依據(jù)相應(yīng)的光學(xué)特性確定第二個特定波長λ 2，以及后續(xù)幾個特定波長λ 3、λ 4、λ 5波長，并與前述基準波長共同構(gòu)成有限個波長，用于混沌介質(zhì)中成分濃度的光學(xué)檢測。本發(fā)明的基于有限波長法的混沌介質(zhì)成分濃度光學(xué)檢測裝置及方法，采用待測物質(zhì)最佳光程長方法、及待測物質(zhì)的基準波長理論去除檢測的背景和環(huán)境干擾，并采用混沌介質(zhì)中影響待測物質(zhì)檢測的其他成分的光學(xué)特性消除這些成分的影響；本發(fā)明具有測量精度高、測量結(jié)果可靠性好、使用過程中不需要耗材或者僅需要很少量的耗材和測量速度非?？斓忍攸c。因此本發(fā)明可更加準確、方便的測量出混沌介質(zhì)中的某種成分的濃度，可實現(xiàn)混沌介質(zhì)中成分濃度的無創(chuàng)、動態(tài)和連續(xù)檢測。


圖1是本發(fā)明檢測裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明檢測裝置中測頭的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是光在混沌介質(zhì)中行程的示意圖； 圖4是膽紅素浮動基準波長的理論計算圖； 圖5是血紅蛋白、膽紅素和黑色素的摩爾吸收系數(shù)隨波長變化6是黑色素濃度與黑色素摩爾吸收系數(shù)曲線負斜率的關(guān)系圖。 圖中1光源2 測頭3分光濾光系統(tǒng) 4:光電檢測單元5單片機 6 顯示屏 7:混沌介質(zhì) 21 耦合光纖內(nèi)芯 22 塑料隔層 23 耦合光纖外芯層 24 塑料保護套 25 凝膠填充物26 耦合光纖外芯
具體實施例方式下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明的基于有限波長法的混沌介質(zhì)成分濃度光學(xué)檢測裝置及方法做出詳細說明。如圖1所示，本發(fā)明的基于有限波長法的混沌介質(zhì)成分濃度光學(xué)檢測裝置，包括有光源1，所述的光源1通過耦合光纖測頭2連接混沌介質(zhì)7，所述的混沌介質(zhì)7又通過耦合光纖測頭2連接分光濾光系統(tǒng)3，所述的分光濾光系統(tǒng)3依次連接光電檢測單元4、單片機5及顯示屏6。所述的光源1采用氙閃光燈功率為10-50W，用于提供波長范圍為190-1100nm的光 (Jenway-67-series-spectrophotometers光譜儀說明書)。所述的分光濾光系統(tǒng)3是由半透半反棱鏡和濾光片構(gòu)成分出2、4、8…2n道光的分光濾光系統(tǒng)，并且根據(jù)需要導(dǎo)出一定數(shù)量的波長。所述的光電檢測單元4是由硅光電池構(gòu)成用于進行光電轉(zhuǎn)換，把光信號轉(zhuǎn)換為模擬電信號。單片機5(型號C8051F340)，用于信號處理，根據(jù)所得到的特定波長信號結(jié)合相關(guān)算法，計算得到待測成分摩爾值；LCD顯示器6，用于數(shù)據(jù)顯示，顯示的數(shù)據(jù)為待測成分的濃度值。所述的耦合光纖測頭2用于把光源的發(fā)射光入射到混沌介質(zhì)，并收集反射光信息。包括有由中心向外依次設(shè)置的用于收集傳輸光源發(fā)出的光并入射到混沌介質(zhì)7中的耦合光纖內(nèi)芯21、塑料隔層22、用于收集混沌介質(zhì)7的反射光并把反射光傳輸?shù)椒止鉃V光系統(tǒng)3的耦合光纖外芯層23和塑料保護套24。所述的耦合光纖外芯層23包括有多個均勻分布的耦合光纖外芯26和用于定位多個耦合光纖外芯沈的凝膠填充物25。測頭是由耦合光纖組成，在實際檢測中，可以根據(jù)待測成分濃度的檢測范圍，通過計算混沌介質(zhì)傳輸?shù)淖罴压獬涕L來設(shè)計耦合光纖測頭。因為在光譜分析技術(shù)中需要從重疊光譜中提取微弱化學(xué)信息，因此選擇合適的測量條件，對于提高測量精度具有重要意義。根據(jù)朗伯-比爾定律可知，吸收峰的強度主要決定于特定波長下樣品的吸光系數(shù)和光程長。為了不丟失樣品信息，應(yīng)根據(jù)不同的測量波長選擇最佳光程長進而來設(shè)計測量測頭，這樣可以提高反射光譜的測量靈敏度，即提高被測成份濃度變化所引起的反射光譜信號變化幅度，對于減少儀器噪聲引起的濃度測量誤差具有重要意義。因為光在皮膚中是沿一個香蕉型的路徑傳播的，故所求出來的最佳光程長為具體徑向位置r的平均光程長，通過最佳光程長的計算，可以推算出實際測量時耦合光纖中入射光纖和出射光纖的相對位置(圖2中dl，d2和d表示)。對于單波長光譜測量分析， 最佳光程長在吸光度A = O. 434時獲得，此時靈敏度值最大，測量誤差最小；另外，對于同種測量溶液，只要測量波長選定，則最佳光程長固定，與具體的被測成份無關(guān)。最佳光程長的具體計算公式如下
權(quán)利要求
1.一種基于有限波長法的混沌介質(zhì)成分濃度光學(xué)檢測裝置，包括有光源(1)，其特征在于，所述的光源(1)通過耦合光纖測頭( 連接混沌介質(zhì)(7)，所述的混沌介質(zhì)(7)又通過耦合光纖測頭( 連接分光濾光系統(tǒng)(3)，所述的分光濾光系統(tǒng)( 依次連接光電檢測單元(4)、單片機(5)及顯示屏(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有限波長法的混沌介質(zhì)成分濃度光學(xué)檢測裝置，其特征在于，所述的光源(1)采用氙閃光燈，用于提供波長范圍為190-1100nm的光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有限波長法的混沌介質(zhì)成分濃度光學(xué)檢測裝置，其特征在于，所述的分光濾光系統(tǒng)(3)是由半透半反棱鏡和濾光片構(gòu)成分出2、4、8…2"道光的分光濾光系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有限波長法的混沌介質(zhì)成分濃度光學(xué)檢測裝置，其特征在于，所述的光電檢測單元(4)是由硅光電池構(gòu)成用于進行光電轉(zhuǎn)換。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有限波長法的混沌介質(zhì)成分濃度光學(xué)檢測裝置，其特征在于，所述的耦合光纖測頭O)由耦合光纖組成，包括有由中心向外依次設(shè)置的用于收集傳輸光源發(fā)出的光并入射到混沌介質(zhì)⑵中的耦合光纖內(nèi)芯(21)、塑料隔層(22)、用于收集混沌介質(zhì)(7)的反射光并把反射光傳輸?shù)椒止鉃V光系統(tǒng)(3)的耦合光纖外芯層03)和塑料保護套04)；實際測量時耦合光纖中入射光纖和出射光纖的相對位置是通過計算混沌介質(zhì)傳輸?shù)淖罴压獬涕L來推算出，所述最佳光程長的具體計算公式如下其中，C為樣品成分濃度，α為比吸光系數(shù)，即波長的函數(shù)，η為溶液中物質(zhì)成份個數(shù)，Ioptifflim為最佳光程長；在混沌介質(zhì)成分檢測中，濃度變量只有一個待測成分，η取1 ；最佳光程長在低濃度測量時取I1Itimim，在高濃度測量時取lh_。ptimUffl，所以耦合光纖入射光線直徑dl和出射光纖直徑d2及兩光纖的相對位置d的設(shè)計需滿足以下公式dl+d2+d ^ ll-optimum，d — lh-optimum，所以計算得dl+d2 1 l—optimum lh-optimum0
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于有限波長法的混沌介質(zhì)成分濃度光學(xué)檢測裝置，其特征在于，所述的耦合光纖外芯層03)包括有多個均勻分布的耦合光纖外芯06)和用于定位多個耦合光纖外芯06)的凝膠填充物05)。
7.一種用于權(quán)利要求1所述的基于有限波長法的混沌介質(zhì)成分濃度光學(xué)檢測裝置的方法，其特征在于，包括如下步驟1)將檢測裝置的耦合光纖測頭置于混沌介質(zhì)表面，并啟動氙閃光燈發(fā)出強光；2)光源發(fā)出的光經(jīng)耦合光纖內(nèi)芯進入混沌介質(zhì)，在混沌介質(zhì)中傳輸后的反射光經(jīng)耦合光纖外芯傳到檢測裝置的分光濾光系統(tǒng)中，分光濾光系統(tǒng)所接收的反射光帶有混沌介質(zhì)各成分的信息；3)反射光在分光濾光系統(tǒng)中被半透半反棱鏡分成所需的多束光，各光路經(jīng)過相應(yīng)透光率的濾光片濾光后得到設(shè)定波長光，照射到光電檢測單元的受光端面進行光電變換，光信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電信號；.4)模擬電信號在單片機中由A/D轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字電信號，該數(shù)字電信號經(jīng)過放大、比較，然后通過單片機中相應(yīng)的具體檢測算法即有限個波長檢測法得到計算結(jié)果；.5)計算結(jié)果通過顯示屏顯示，這個結(jié)果稱為待測成分摩爾值X，該待測成分摩爾值X與混沌介質(zhì)中待測成分濃度Y成線性關(guān)系，并根據(jù)回歸方程Y = A+BX求得相應(yīng)的數(shù)值，其中A、B為常數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于基于有限波長法的混沌介質(zhì)成分濃度光學(xué)檢測裝置的方法，其特征在于，所述的有限個波長檢測法包括確定不同波長法中的基準波長和確定不同波長法中的其它波長。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于基于有限波長法的混沌介質(zhì)成分濃度光學(xué)檢測裝置的方法，其特征在于，所述的確定不同波長法中的基準波長是，通過基準波長原理對混沌介質(zhì)中待測成分濃度檢測進行光譜修正，消除實時測量背景和環(huán)境干擾，進而提高混沌介質(zhì)中待測成分的檢測精度，純吸收介質(zhì)中溶液的吸光度表示為Α(λ) = { εψ(λ) . Cw0+[ ε “入)卞 εψ(λ)] · CJ · 1其中Cwtl為無溶質(zhì)時水的摩爾濃度，由以上公式可知溶質(zhì)成分i的濃度改變所引起的樣品吸光度變化量可表示為= ⑷-《 ⑷]./當(dāng)ClAUVdCi = 0即ε iU』=ki εψ(λ』時，對應(yīng)波長λ ^的吸光度與溶質(zhì)的濃度無關(guān)，該波長即為溶質(zhì)的基準波長；其中&為溶質(zhì)i的水置換系數(shù)，且有ACw = ^iACi ；1等于比色皿的厚度；ε Αλ)與εψ(λ)分別表示相應(yīng)波長下溶質(zhì)i與水的摩爾吸收系數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于基于有限波長法的混沌介質(zhì)成分濃度光學(xué)檢測裝置的方法，其特征在于，所述的確定不同波長法中的其它波長是，選定待檢測成分的最大吸收峰所在波長作為第一個特定波長λ工，然后根據(jù)對待檢測成分影響程度大小將各影響因素排序，依據(jù)相應(yīng)的光學(xué)特性確定第二個特定波長λ 2，以及后續(xù)幾個特定波長λ3、λ4、入5波長，并與前述基準波長共同構(gòu)成有限個波長，用于混沌介質(zhì)中成分濃度的光學(xué)檢測。
全文摘要
一種基于有限波長法的混沌介質(zhì)成分濃度光學(xué)檢測裝置及方法。裝置光源通過耦合光纖測頭連接混沌介質(zhì)，混沌介質(zhì)通過耦合光纖測頭連接分光濾光系統(tǒng)，分光濾光系統(tǒng)依次連接光電檢測單元、單片機及顯示屏。分光濾光系統(tǒng)是由半透半反棱鏡和濾光片構(gòu)成分出2、4、8…2n道光的分光濾光系統(tǒng)。方法中有限個波長的確定，采用膽紅素基準波長處吸收信息去除皮膚背景和雜散光干擾，采用對膽紅素濃度檢測影響最大的血紅蛋白和黑色素吸收相關(guān)的波長去除這些影響因素的影響；采用最佳光程長原理計算出膽紅素光學(xué)檢測時的最佳光程長，并用于光學(xué)測頭的設(shè)計。本發(fā)明可更加準確、方便的測量出混沌介質(zhì)中的某種成分的濃度，可實現(xiàn)混沌介質(zhì)中成分濃度的無創(chuàng)、動態(tài)和連續(xù)檢測。
文檔編號G01N21/31GK102564983SQ20121003220
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月14日
發(fā)明者徐可欣, 蔣景英, 龔啟亮 申請人:天津大學(xué), 天津市先石光學(xué)技術(shù)有限公司