Nguyên lý hoạt động của máy xét nghiệm sinh hoá và nguyên lý đo quang-Nguyễn Công Trình

Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của máy xét nghiệm sinh hoá
Các máy xét nghiệm sinh hoá từ đơn giản đến hiện đại đều dựa trên nguyên tắc là phương pháp đo màu. Dung dịch cần đo được đưa vào cuvét. Một nguồn sáng có ánh sáng trắng đi qua bộ lọc để thu được một bước sóng phù hợp với dung dịch cần đo, Bộ phát hiện quang thu cường độ ánh sáng đi qua cuvét chứa dung dịch cần đo chuyển thành tín hiệu điện, từ tín hiệu điện này máy có thể tính toán và hiển thị kết quả.
Sơ đồ nguyên lý của máy xét nghiệm sinh hoá được trình bày đơn giản như sau:

1.1. Nguồn sáng
Nguồn sáng có nhiệm vụ phát ra ánh sáng trắng có cường độ đủ mạnh. Lý do dùng nguồn sáng trắng ở đây như phần cơ sở hoá sinh ta đã biết, chính là do mỗi một xét nghiệm khi phản ứng sẽ cho một màu đặc trưng của xét nghiệm đó, và nó sẽ hấp thụ mạnh nhất một dải bước sóng tương ứng, vì vậy khi đo sự hấp thụ ta chỉ dùng một bước sóng cơ bản. Với nhiều xét nghiệm ta sẽ dùng nhiều bước sóng khác nhau và nguồn sáng trắng sẽ cấp đầy đủ các bước sóng này cho tất cả các xét nghiệm.
Trong thực tế người ta có thể dễ dàng tạo ra nguồn sáng trắng. Hình 2 minh họa đầu ra của một đèn tungsten. Chúng ta thấy rằng năng lượng giảm về phía tia cực tím gần nhưng nó vẫn đủ mạnh để cấp năng lượng cho bộ phát hiện quang ở bước sóng gần 350nm. Để tăng cường độ ánh sáng đến dải vùng cực tím, người ta sử dụng một đèn halogen tungsten. Đèn này gồm một dây tóc tungsten đặt trong vỏ thạch anh chứa halogen như iốt chẳng hạn.
Đèn thuỷ ngân là một ví dụ điển hình của đèn phóng điện qua lớp khí, nó tạo ra sự phát xạ mạnh trong quang phổ màu xanh và dải cực tím.
1.2. Bộ lọc bước sóng
Bộ lọc bước sóng dùng để chọn lấy một bước sóng yêu cầu cho từng xét nghiệm. Sở dĩ người ta dùng nguồn sáng trắng và các bộ lọc mà không dùng các linh kiện phát ra các bước sóng cố định là do dùng bộ lọc có thể dễ dàng thêm các bộ lọc theo yêu cầu xét nghiệm tức là có tính mở đối với xét nghiệm hơn là dùng linh kiện phát ra bước sóng cố định. Trong các máy xét nghiệm sinh hoá hiện nay, bộ lọc thường là một bánh xe trên có gắn một số kính lọc , số kính lọc trên bánh xe này tuỳ thuộc vào loại máy. Các bộ lọc này là các cách tử, kính lọc, lăng kính kết hợp với các thấu kính để thu được một dải rất hẹp bước sóng: 340nm, 405nm, 505nm, 546nm, 570nm, 600nm, 650nm, 700nm…
1.3. Bộ phát hiện quang
Bộ phát hiện quang có chức năng là biến đổi tín hiệu quang thu được khi ánh sáng đi qua cuvét thành tín hiệu điện. Bộ phát hiện quang là một trong các linh kiện quang- điện đã xét ở phần trước, trên thực tế hiện nay thường dùng là photo điốt hay photo tranzito do kích thước nhỏ, thích hợp cho các máy xách tay hoặc những máy có cấu trúc nhỏ. Đồng thời lại có độ nhạy cao hơn các linh kiện khác.
1.4. Hiển thị
Kết quả đo sẽ được hiển thị trên khối hiển thị. Tuỳ từng loại máy mà có các cách hiển thị kết quả khác nhau, có thể chỉ đơn giản là hiển thị dưới dạng số trên led 7 thanh, hiển thị trên màn hình CRT hoặc là hiển thị trên màn hình tinh thể lỏng (LCD). Từ đó, kết quả hiển thị có thể ở mức đơn giản là cường độ dòng điện thu được, hoặc được tính toán để hiển thị chi tiết đến độ hấp thụ, nồng độ chất, tên bệnh nhân, số thứ tự, ngày tháng xét nghiệm…
Nguyên lý đo quang
Các thiết bị xét nghiệm sinh hóa là một dạng của máy quang phổ chuyên dùng cho nghành y, máy quang phổ được chế tạo từ những năm đầu thế kỷ 19 dựa trên định luật hấp thụ Bouger Lambert Beer.

Cường độ chùm sáng đơn sắc khi đi qua một dung dịch chất hấp thụ tỉ lệ nghịch với chiều dày của lớp dung dịch nó đi qua
Sự giảm cường độ ánh sáng khi đi qua một dung dịch chất hấp thụ phụ thuộc vào số lượng các tiểu phân tử vật chất hấp thụ mà ánh sáng gặp phải trên đường đi, nghĩa là phụ thuộc vào nồng độ của dung dịch chất hấp thụ
Như ta biết mật độ quang D, tỉ lệ với nồng độ C của dung dịch theo biểu thức:
D=ep. C. L
D: mật độ quang học của dung dịch ( chính là hiệu của cường độ tia ló với cường độ tia tới khi đi qua dung dịch)
ep: Hệ số tắt của dung dịch
C: Nồng độ dung dịch
L: Chiều dày lớp dung dịch mà chùm tia sáng đi qua
Trong các tham số trên, hệ số tắt ep là không đổi, chiều dày lớp dung dịch L cũng không đổi, bản chất dung dịch và bước sóng không đổi, nên mật độ quang D chỉ còn phụ thuộc vào nồng độ dung dịch C
Định luật Bouger-Lambert-Beer khá chính xác với các nồng độ thấp, do đó trong trường hợp dung dịch loãng ta có thể ứng dụng tốt định luật để tính nồng độ dung dịch. Đôi với các dung dịch đạm đặc, định luật không còn chính xác nữa, khi đó D không còn tuyến tính với C nữa (mặc dù cố định). Khi đó, ta thường dùng phương pháp pha loãng dung dịch này sao cho nồng độ giảm xuống khoảng tuyến tính của hàm, đo như bình thường để xác định nồng độ dung dịch được pha loãng, từ đó tính toán ngược lại thu được nồng độ dung dịch ban đầu.
Từ hàm trên có thể coi : C = D x K (factor)
Để tính K, người ta sử dụng mẫu chuẩn std ,có nồng độ Cstd xác định trước, đo mật độ quang Dstd để tính K, theo đó:
Csample = Dsample x K = Dsample x (Cstd / Dstd)