POLITECHNIKA

BIAŁOSTOCKA

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY

Katedra Telekomunikacji i Aparatury Elektronicznej

Laboratorium z przedmiotu:

Elektroniczna aparatura medyczna

Kod przedmiotu: U 19 221

Instrukcja do zajęć laboratoryjnych

Numer ćwiczenia: 3

Temat ćwiczenia: Budowa i badania spektrofotometrów i fotometrów ab-

sorpcyjnych

Opracował: Andrzej Holiczer

Białystok – wrzesień 2006

1. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową, działaniem oraz właściwościami fotometrów
absorpcyjnych na przykładzie spektrofotometru SPEKOL 1 oraz półautomatycznego analiza-
tora biochemicznego StatFax 1904.

2.   Wprowadzenie
2.1.  Prawa absorpcji promieniowania
Równoległa  wiązka  promieniowania  monochromatycznego  o  natęŜeniu

przechodząc pro-

stopadle przez próbkę o grubości warstwy d (Rys.1) ulega częściowemu odbiciu na granicy
ośrodków (

Rys.1. Schemat zjawiska absorpcji promieniowania.

Pozostała część przechodzi przez próbkę, gdzie częściowo ulega pochłonięciu (

). Na wyj-

ciu pojawia się promieniowanie o natęŜeniu

. Pomiary absorpcji promieniowania wykonu-

je się zwykle bądź to wobec próbki uznanej za zerową, bądź teŜ wobec próbki wzorcowej.
Zatem odbita lub rozproszona część promieniowania i tak mała, jest stała i moŜe być w dal-
szych rozwaŜaniach pominięta.

Bouguer oraz Lambert w XVIII wieku stwierdzili, Ŝe natęŜenie promieniowania przecho-

dzącego przez ośrodek absorbujący zmniejsza się w stosunku geometrycznym, podczas gdy
grubość warstwy rośnie w stosunku arytmetycznym. Inaczej mówiąc: względne osłabienie
promieniowania jest proporcjonalne do przyrostu warstwy. MoŜna zapisać to w postaci:

−

⋅

(1)

Po dokonaniu całkowania w granicach

oraz 0, d otrzymamy:

−

⋅

(2)

Po zmianie podstawy logarytmu z naturalnego na dziesiętny otrzymamy:

log

k d

−

= ⋅

(3)

Stosunek

wskazuje, jaka część promieniowania zostaje przepuszczona przez ośrodek

absorbujący i nosi nazwę transmisji:

(4)

Lewa strona wyraŜenia (3) została nazwana absorbancją:

k d

= ⋅

(5)

ZaleŜność (5) nosi nazwę prawa Bouguer'a-Lambert'a (1760 r). Prawo Lambert'a-Beer'a (1852
r) określa natomiast zaleŜność współczynnika „k” od stęŜenia „c” oraz rodzaju substancji, a
ś

ciślej molowego współczynnika absorbancji „

”, dla danej substancji zaleŜnego jedynie od

długości fali promieniowania

k =

(

)

(6)

(

) - molowy współczynnik absorbancji, c - stęŜenie substancji (mol/l).

Ostatecznie z zaleŜności (3), (5) oraz (6) otrzymujemy równanie znane pod postacią prawa
Bouguer'a- Lambert'a-Beer'a:

A =

(

λ)

(7)

Prawo to dotyczy przypadku, gdy w próbce znajduje się jedna substancja absorbująca.

JeŜeli w próbce jest n substancji o stęŜeniach c

... c

i molowych współczynnikach ab-

sorbancji

...

, wówczas absorbancja podlega prawu addytywności, to jest:

∑

(8)

Prawo addytywności absorbancji obowiązuje, gdy w próbce nie zachodzą Ŝadne reakcje mię-
dzy zawartymi w niej substancjami.

W analityce medycznej najczęściej mamy do czynienia z badaniem próbek w postaci roz-

tworów złoŜonych z rozpuszczalnika o stęŜeniu c

, substancji rozpuszczonych o stęŜeniach c

... c

tworzących mieszaninę jednorodną. W takim przypadku grubość warstwy d jest jedna-

kowa dla wszystkich substancji. Z (8) otrzymujemy wówczas:

i o

∑

ε λ

( )

(9)

Prawo Bouguera–Lamberta–Beera (7), (9) obowiązuje wówczas, gdy mamy do czynienia

ze światłem monochromatycznym, czyli promieniowaniem elektromagnetycznym o jednej
długości fali świetlnej. Stosowane w fotometrach absorpcyjnych monochromatory (siatki dy-
frakcyjne, pryzmaty, filtry interferencyjne) dokonują filtracji światła z szerokością tak zwanej
półfali (rys. 2) 0,2 do 20 nm.

Długość fali (nm)

ran

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

500

520

540

560

580

600

max

0,5T

max

∆λ

1/2

Rys. 2. Definicja szerokości półfali

∆λ

1/2

monochromatora.

Powstaje pytanie, jaki wpływ na stosowalność prawa Bouguera–Lamberta–Beera ma szero-
kość półfalowa monochromatora? Na Rys.3 pokazano charakterystyki absorbancji w funkcji
stęŜenia dla róŜnego stopnia monochromatyzacji światła.

Na ogół dla szerokości półfalowych do kilku nanometrów nie obserwuje się znaczących

rozbieŜności między zaleŜnością (7), a rzeczywistą charakterystyką A = f(c) (Rys. 3,

∆λ

= 1

nm). W zakresie

∆λ

1/2

od kilku do kilkunastu nanometrów obserwuje się zmniejszenie czuło-

ci metody (Rys. 3,

∆λ

= 10 nm); zaleŜność (7) przyjmuje wówczas postać:

A = k(

∆λ

1/2

)

⋅

(

λ)

c; k(

∆λ

1/2

) < 1

(10)

Dla większych szerokości półfali, szczególnie w przypadku duŜych absorbancji charaktery-
styka A = f(c) staje się nieliniowa (Rys. 3,

∆λ

= 50 nm).

StęŜenie substancji

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

100

∆λ =

∆λ

= 1

∆λ

= 1

∆λ

= 1

∆λ

= 1

Rys. 3. Absorbancja jako funkcja stęŜenia dla róŜnych szerokości półfali monochromatora.

Ogólnie moŜna jednak stwierdzić, Ŝe stosując niemonochromatyczne źródła promieniowania
naleŜy liczyć się przede wszystkim ze zmniejszeniem czułości metody; w mniejszym stopniu
z nieliniowością charakterystyki A = f(c).

Celem zastosowania metody fotometrii absorpcyjnej w ilościowej analizie chemicznej

jest określenie wartości stęŜenia substancji. MoŜemy tego dokonać stosując trzy sposoby:

−

bezpośrednio z prawa Bouguer’a-Lambert’a-Beer’a znając molowy współczynnik absor-
bancji, z zaleŜności:

⋅

ε λ

( )

(11)

−

metodą porównawczą, wówczas gdy dysponujemy wzorcem badanej substancji oraz jeste-
ś

my pewni, Ŝe zaleŜność między absorbancją a stęŜeniem jest liniowa, wówczas:

A =

(

)

(12)

(

)

(13)

stąd:

(14)

−

z krzywej wzorcowej, wówczas gdy zaleŜność między stęŜeniem a absorbancją jest nieli-
niowa.

2.2.

Przykłady systemów fotometrycznych

2.2.1.   Fotometr absorpcyjny jednowiązkowy stałostrumieniowy
Zasadę  działania  jednowiązkowego  stałostrumieniowego  fotometru  absorpcyjnego  przedsta-
wiono na Rys.4.

ródło światła (ś) emituje promieniowanie polichromatyczne rozproszone, które jest

formowane w układzie optycznym S1 (układ soczewek), P1 (przesłona kołowa) w wiązkę
równoległą. Wiązka ta podlega monochromatyzacji w filtrze optycznym F (filtr interferencyj-
ny, siatka dyfrakcyjna) i w tej postaci dociera do kuwety odniesienia (KO) lub kuwety pomia-
rowej (KP), w której podlega absorpcji zgodnie z zaleŜnością (7). Po przejściu przez skupia-
jący układ optyczny S2 pada na fotodetektor pomiarowy FP (najczęściej fotoogniwo), pracu-
jące w układzie źródła prądowego, współpracującego z przetwornikiem prąd–napięcie. Na

wyjściu układu pomiarowego otrzymujemy napi
chromatycznego, które z kolei jest zale
cej się w kuwecie pomiarowej.

Rys. 4. Schemat stałostrumieniowego,

transmisji próbki.

Fotodetektor pomiarowy, w rozpatrywanym przypadku fotoogniwo pracuj
dła prądowego, przetwarza energi

- czułość fotoogniwa.

Prąd płynący przez fotoogniwo jest przetwarzany na napi
cie zgodnie z zaleŜnością:

R - wartość rezystancji w sprz
Zatem:

k = k

R - stała przetwarzania.

Po to, by właściwie zmierzy
miar.

Zakłócenia dla transmisji bliskich zera (przesłona P2 zasłania strumie

są następujące:

−

strumień rozproszony lub zewn

−

zerowy (ciemny) prąd fotoelementu,

−

prądy i napięcia niezrównowa

Rys. 5. Schemat stałostrumieniowego, jednowi

ustawianie zera transmisji.

ciu układu pomiarowego otrzymujemy napięcie będące funkcją natęŜ

chromatycznego, które z kolei jest zaleŜne od stęŜenia badanej substancji w próbce znajduj

w kuwecie pomiarowej.

ostrumieniowego, jednowiązkowego fotometru absorpcyjnego; pomiar

Fotodetektor pomiarowy, w rozpatrywanym przypadku fotoogniwo pracuj

dowego, przetwarza energię świetlną w energię elektryczną (prąd I).

I = k

cy przez fotoogniwo jest przetwarzany na napięcie przez przetwornik pr

U = - R

rezystancji w sprzęŜeniu zwrotnym wzmacniacza.

U = k

ła przetwarzania.

ciwie zmierzyć transmisję próbki naleŜy uwzględnić czynniki zakłócaj

Zakłócenia dla transmisji bliskich zera (przesłona P2 zasłania strumie

rozproszony lub zewnętrzny docierający do fotoelementu,

d fotoelementu,

cia niezrównowaŜenia wzmacniaczy układu elektronicznego.

ostrumieniowego, jednowiązkowego fotometru absorpcyjnego;

zera transmisji.

natęŜenia światła mono-

enia badanej substancji w próbce znajdują-

zkowego fotometru absorpcyjnego; pomiar

Fotodetektor pomiarowy, w rozpatrywanym przypadku fotoogniwo pracujące w układzie źró-

d I).

(15)

cie przez przetwornik prąd - napię-

(16)

(17)

czynniki zakłócające po-

Zakłócenia dla transmisji bliskich zera (przesłona P2 zasłania strumień świetlny, Rys.5)

enia wzmacniaczy układu elektronicznego.

zkowego fotometru absorpcyjnego; pomiar i

Skutkiem występowania tych zakłóce

Aby skompensować napi

nicznego przy pomocy potencjometru
rowej U = 0 V (T = 0, A =

∞

Przyczyny zakłóceń dla transmisji bliskich jedno

umieszczona kuweta odniesienia KO z roztworem o zerowym st
Rys.6) są następujące:

−

zmiana nastawianej długo

−

zmiana strumienia świetlnego emitowanego przez
lającego oraz (lub) temperatury włókna

−

zmiany strumienia świetlnego powodowane zmian
sji siatki dyfrakcyjnej na skutek zmian temperatury zewn

−

zmiany wzmocnienia układu elektronicznego.

Rys. 6. Schemat stałostrumieniowego, jednowi

ustawianie transmisji

Skutkiem występowania tych zakłóce
celu kompensacji zmiany napi
P

100

(Rys. 6), doprowadzają

co odpowiada T = 1 i absorbancji A = 0.

Ręczna kompensacja zmian zera i jedno

wiązaniach fotometrów absorpcyjnych. Obecnie stosuje si
U

oraz automatyczną zmian

2.2.1. Fotometr absorpcyjny zmiennostrumieniowy dwuwi
Korekta przesunięcia zera (
jest szczególnie znaczące przy masowo wykonywanych badaniach
nej: 200 - 300 oznaczeń dziennie jednego parametru).

Dlatego teŜ wprowadzono rozwi

nywane automatycznie. Przykład takiego rozwi
wym elementem układu jest wiruj

−

części nie przepuszczającej strumienia

−

części odbijającej strumie

−

części przepuszczającej strumie

powania tych zakłóceń jest napięcie: U

, które moŜna opisa

= 0)

≠

0 = U

napięcie U

wprowadza się regulację zera na wyj

nicznego przy pomocy potencjometru P

(Rys.5), doprowadzając to napi

∞

dla transmisji bliskich jedności (przesłona odsłoni

umieszczona kuweta odniesienia KO z roztworem o zerowym stęŜeniu badanej substancji

astawianej długości fali promieniowania monochromatycznego,

wietlnego emitowanego przez Ŝarówkę na skutek zmian napi

cego oraz (lub) temperatury włókna Ŝarówki,

wietlnego powodowane zmianą tłumienia filtru optycznego lub reem

sji siatki dyfrakcyjnej na skutek zmian temperatury zewnętrznej,
zmiany wzmocnienia układu elektronicznego.

ostrumieniowego, jednowiązkowego fotometru absorpcyjnego;

transmisji równej jedności.

powania tych zakłóceń są zmiany napięcia wyjściowego. U

celu kompensacji zmiany napięcia U

wprowadza się regulację wzmocnienia potencjometrem

), doprowadzając to napięcie zawsze do stałej wartości, np. do warto

co odpowiada T = 1 i absorbancji A = 0.

czna kompensacja zmian zera i jedności transmisji była stosowana w starszych ro

zaniach fotometrów absorpcyjnych. Obecnie stosuje się zwykle pomiar warto

zmianę wzmocnienia układu na podstawie pomiaru U

2.2.1. Fotometr absorpcyjny zmiennostrumieniowy dwuwiązkowy

cia zera (P

) i jedności (P

100

) transmisji jest czynnoś

ce przy masowo wykonywanych badaniach (np. w biochemii klinic

dziennie jednego parametru).

wprowadzono rozwiązania konstrukcyjne, w których czynno

nywane automatycznie. Przykład takiego rozwiązania przedstawiono na Rys. 7

układu jest wirująca tarcza (T, Rys. 7b), składająca się z trzech segmentów:

ci nie przepuszczającej strumienia światła,

cej strumień światła - lustra,

cej strumień światła.

na opisać zaleŜnością:

(18)

zera na wyjściu układu elektro-

to napięcie do wartości ze-

ci (przesłona odsłonięta, w torze

ęŜ

eniu badanej substancji,

ci fali promieniowania monochromatycznego,

na skutek zmian napięcia zasi-

optycznego lub reemi-

zkowego fotometru absorpcyjnego; pomiar i

ciowego. U

= U(

max

). W

wzmocnienia potencjometrem

ci, np. do wartości U

= 1V,

ci transmisji była stosowana w starszych roz-

zwykle pomiar wartości napięcia

nienia układu na podstawie pomiaru U

) transmisji jest czynnością pracochłonną, co

(np. w biochemii klinicz-

w których czynności te są wyko-

stawiono na Rys. 7. Podstawo-

ca się z trzech segmentów:

Rys. 7. Miernik do pomiaru st

wirującej; c) przebiegi czasowe.

Strumień  światła  emitowany  przez
filtr (F) pada na lustro (L), przechodzi przez przepuszczaj
na lustro (L), przechodzi przez przesłon
fotoelement  pomiarowy  (FP).  Napi
jest  proporcjonalne  do  strumienia
tarczę 1/3 obrotu strumień z pierwszego lust
części  lustra  -  nie  docierają
pojawia się napięcie Uc = U
z pierwszego lustra (L) pada na cz
(L) i przesłonę (P) pada bezpo
rowego  pojawia  się  napięcie
(KP).  Wzmocnienie  odpowiednich  torów  układu  pomiarowego  dobiera  si
(w  kuwecie  znajduje  się  próba  zerowa)  napi
nicznie  sprzęŜony  bęben  steruj
(US) rozdziela napięcia U

rów (Rc) i (Rj). Regulatory te, funkcjonuj
ją: napięcie U

do wartości równej zero, napi

danej (np. 1V). Układ taki ma dodatkow
tłumienia światła w torze optycznym, zmieniaj

W tej sytuacji spełniona jest zale

Miernik do pomiaru stęŜenia substancji w roztworach: a) schemat; b) budowa tarczy

cej; c) przebiegi czasowe.

wiatła emitowany przez źródło (ś) po przejściu przez soczewk

filtr (F) pada na lustro (L), przechodzi przez przepuszczającą część wiruj
na lustro (L), przechodzi przez przesłonę (P) i pada na kuwetę pomiarow
fotoelement pomiarowy (FP). Napięcie na wyjściu wzmacniacza pomiarowego
jest proporcjonalne do strumienia

p wychodzącego z kuwety (KP). Po

z pierwszego lustra (L) jest zatrzymywany na nie

nie docierając do fotoelementu (FP). Na wyjściu wzmacniacza pomiarowego

c = U

. Po wykonaniu przez tarczę dalszej 1/3 obrotu strumie

z pierwszego lustra (L) pada na część lustrzaną tarczy (T), odbija się i poprzez kolejne lustro

(P) pada bezpośrednio na fotoelement (FP). Na wyjściu wzmacniacza pomi

napięcie Uj = U

, proporcjonalne do strumienia padaj

(KP). Wzmocnienie odpowiednich torów układu pomiarowego dobiera si

próba zerowa) napięcie U

= Up = U(

). Z tarcz

ben sterujący (BS), który poprzez fotoelementy (FS) i układ steruj

, U

, Up, kierując je do układu przetwarzania (UP) oraz regulat

). Regulatory te, funkcjonujące w układach sprzęŜenia zwrotnego doprowadz

ci równej zero, napięcie U

- do stałej wartości, równej warto

Układ taki ma dodatkową zaletę: utrzymuje stałe napię

wiatła w torze optycznym, zmieniającego się na przykład przy zmianie filtru.

W tej sytuacji spełniona jest zaleŜność:

stancji w roztworach: a) schemat; b) budowa tarczy

ciu przez soczewkę, przesłonę (P) i

wirującej tarczy (T), pada

pomiarową (KP) i następnie na

ciu wzmacniacza pomiarowego Up = U(

)

cego z kuwety (KP). Po wykonaniu przez

ra (L) jest zatrzymywany na nieprzepuszczającej

ciu wzmacniacza pomiarowego

zej 1/3 obrotu strumień świetlny

i poprzez kolejne lustro

ciu wzmacniacza pomia-

porcjonalne do strumienia padającego na kuwetę

(KP). Wzmocnienie odpowiednich torów układu pomiarowego dobiera się tak, by dla c = 0

. Z tarczą (T) jest mecha-

), który poprzez fotoelementy (FS) i układ sterujący

c je do układu przetwarzania (UP) oraz regulato-

enia zwrotnego doprowadza-

ci, równej wartości za-

: utrzymuje stałe napięcie U

niezaleŜnie od

na przykład przy zmianie filtru.

(20)

Dalsza, elektroniczna obróbka sygnału jest podobna jak poprzednio. We współczesnych

spektrofotometrach rolę regulatorów analogowych przejęły systemy mikroprocesorowe, fi-
zyczną rolę pokręteł potencjometrów (pamięć analogowa) odgrywają przyciski uruchamiające
pamięci cyfrowe.

3. Aparatura i odczynniki stosowane w ćwiczeniu
W ćwiczeniu wykorzystuje się następujące przyrządy pomiarowe, urządzenia pomocnicze i
odczynniki:

−

spektrofotometr Spekol 1,

−

system mikroprocesorowy współpracujący ze spektrofotometrem Spekol 1,

−

układ zasilający ZFS – 871,

−

komputer z kartą przetworników PCL818L,

−

półautomat biochemiczny STAT-FAX 1904,

−

oscyloskop z pamięcią,

−

wzorzec absorbancji A

≈

0,35.

3.1. Budowa i zasada działania spektrofotometru Spekol 1 z systemem mikroprocesoro-

wym
Podczas realizacji ćwiczenia będą wykorzystane dwa spektrofotometry. Pierwszym z

nich jest SPEKOL 1 produkowany przez firmę Carl Zeiss Jena. Z uwagi na jego nieco prze-
starzałą  konstrukcję  części  elektronicznej  został  on  zmodyfikowany  i  wyposaŜony  w  nowo-
cześniejszy układ zasilania Ŝarówki oraz mikroprocesorowy układ pomiaru transmisji i absor-
bancji.  Spektrofotometr  SPEKOL  1  jest  typowym  przedstawicielem  fotometrów  jednowiąz-
kowych, stałostrumieniowych. Jako źródło światła zastosowano w nim Ŝarówkę wolframową
o mocy 30 W i zasilaniu 6 V.

Schemat układu optycznego przedstawiono na rys. 8; na rys. 9 pokazano fotografię tego

układu  wraz  z  opisem.  Światło  pochodzące  z  Ŝarówki  za  pośrednictwem  układu  soczewek
znajdującego  się  w  tylnej  ściance  fotometru  pada  na  płaskie  lustro.  Następnie  przechodząc
przez  kolejny  układ  optyczny  pada  na  odbiciową  siatkę  dyfrakcyjną,  gdzie  zostaje  rozszcze-
pione na poszczególne składowe widma promieniowania. Następnie podąŜając przez kolejne
soczewki  jest  skupiane  na  szczelinie  znajdującej  się  w  przedniej  części  spektrofotometru.
Wybór  długości  fali  jest  dokonywany  poprzez  obrót  siatki  dyfrakcyjnej  za  pośrednictwem
ś

ruby mikrometrycznej. Światło po przejściu przez szczelinę, posiadające ściśle określoną

długość fali, natrafia na kuwetę pomiarową, a następnie jest skupiane na fotoogniwie seleno-
wym.

Sygnał prądowy pochodzący z fotoogniwa jest doprowadzany do układu pomiarowego

znajdującego się na zewnątrz przyrządu (rys. 10). Schemat ideowy systemu mikroprocesoro-
wego  współpracującego  z  układem  optycznym  spektrofotometru  zamieszczono  na  rys.  11.
Obsługa systemu jest prosta i opiera się na wykorzystaniu dwóch przycisków. Klawisz SW1
(czarny)  słuŜy  do  zerowania  transmisji,  czyli  kompensacji  prądu  ciemnego.  Przycisk  SW3
(Ŝóty), słuŜy do zerowania absorbancji, czyli takiej zmiany wzmocnienia w układzie, aby przy
próbce o zerowym stęŜeniu badanej substancji, jej transmisja wyniosła 1. Wynik pomiaru jest
odświeŜany na wyświetlaczu co 2 s. Tak długi czas pomiaru wynika z faktu zastosowania  w
systemie  precyzyjnego  przetwornika  A/C  o  szybkości  przetwarzania  zaledwie  8  sam-
pli/sekundę.

Obiektyw

Szczelin

Kuweta p

Fotoelem

Przesłon

Rys. 8. Schemat blokowy

Rys.

Rys. 10. Budowa systemu mikroprocesorowego współpracuj

trofotometru SPEKOL 1.

arówka

Kondens

Lustro

Szczelina 1

Obiektyw 1

Siatka

dyfrakcyjna

w 2

na 2

pomiarowa

ment

Pokr

tło regulacji

długo

ci fali

. Schemat blokowy układu optycznego spektrofotometru SPEKOL 1.

Rys. 9 Budowa spektrofotometru SPEKOL 1.

systemu mikroprocesorowego współpracującego z układem optycznym

trofotometru SPEKOL 1.

sor

otometru SPEKOL 1.

cego z układem optycznym spek-

3.2. Budowa i zasada działania półautomatu biochemicznego STAT-FAX 1904
Półautomat biochemiczny STAT-FAX jest mikroprocesorowym fotometrem bichromatycz-
nym, wyposaŜonym w 6 filtrów interferencyjnych (340, 405, 492, 550, 600 i 630 nm) o sze-
rokości półfali 10 nm. Jest to znacznie nowocześniejszy następca spektrofotometru SPEKOL
1, zaliczający się do grupy fotometrów jednowiązkowych, zmiennostrumieniowych.

wiatło pochodzące z halogenowej lampy przechodząc przez próbówkę z badaną sub-

stancją ulega osłabieniu. Za probówką znajduje się wirujący bęben, w którym umieszczonych
jest 6 wymienionych wyŜej filtrów. KaŜdy z filtrów, znajdujących się przed fotodetektorem,
„wycina” określoną część widma promieniowania. W efekcie, w czasie jednego obrotu bębna,
do fotodetektora dociera 6 kolejnych impulsów monochromatycznego światła, których ampli-
tudy  zaleŜne  są  od  pochłaniania  danej  długości  fali  przez  badaną  próbkę  (rys.  12).  Wspo-
mniany bęben obraca się z prędkością 240–300 rpm (obrotów na minutę), jest on wyposaŜony
w tarczę ze specjalnym systemem nacięć, dzięki którym znana jest jego pozycja. Za pomocą
dwóch transoptorów szczelinowych spektrofotometr ustala, w jakiej fazie obrotu jest bęben i
przez jaki filtr w danej chwili przechodzi promieniowanie. Następnie światło pada na fotoo-
gniwo,  które  dostarcza  sygnał  pomiarowy  do  dalszych  układów.  Dzięki  obecności  układu
próbkująco - pamiętającego, wartość szczytowa kaŜdego impulsu jest pamiętana i zamieniana
na postać cyfrową, która podlega dalszej obróbce cyfrowej. Obróbka sygnałów oraz sterowa-
nie  całym  układem  fotometru,  realizowana  jest  przez  system  mikroprocesorowy,  oparty  na
układzie  Z80.  Wyniki  pomiarów  są  pokazywane  na  wyświetlaczu  oraz  mogą  być  wydruko-
wane na wewnętrznej drukarce termicznej.

Rys. 12. Sygnały testowe w półautomacie biochemicznym STAT-FAX 1904.

4. Wymagania BHP

W trakcie realizacji programu ćwiczenia naleŜy przestrzegać zasad odczytanych i omó-

wionych we wstępie do ćwiczeń, zawartych w: „Regulaminie porządkowym w laboratorium z
miernictwa  przemysłowego  z  uwzględnieniem  przepisów  BHP”  oraz  w  „Instrukcji  obsługi
urządzeń  elektronicznych  znajdujących  się  w  laboratorium  z  uwzględnieniem  przepisów
BHP”.  Regulamin  i  instrukcja  są  dostępne  w  pomieszczeniu  laboratoryjnym  w  widocznym
miejscu.

Z uwagi na specyfikę niniejszego ćwiczenia naleŜy dodatkowo przestrzegać następują-

cych zasad:

−

włączać i wyłączać zasilanie elektryczne przyrządu podczas obecności prowadzącego ćwi-
czenie,

−

zachować szczególną ostroŜność przy pracy z odkrytą obudową urządzenia; w głównej
mierze dotyczy to obszaru transformatora zasilacza,

5. Program i wykonanie badań
A. Badanie spektrofotometru SPEKOL 1.
1.

Uruchomić komputer, a następnie w programie DasyLAB otworzyć plik SPEKOL.DSB.

Zapoznać się ze schematem ideowym urządzenia, a następnie ustalić, które z sygnałów
analogowych są doprowadzone do karty akwizycji danych.

Nastawić długość fali na wartość podaną przez prowadzącego, otworzyć przesłonę i włą-
czyć spektrofotometr. Rejestrować przebieg napięcia na wyjściu przetwornika prąd-
napięcie przez 30 min. Po upływie zadanego czasu zatrzymać rejestrację oraz zmienić na-
zwę powstałego pliku FOT.ASC na WYGRZEWANIE.TXT.

Ponownie  rozpocząć  rejestrację.  UŜywając  woltomierza  zaimplementowanego  w  progra-
mie  DasyLAB  dołączonego  do  wyjścia  przetwornika  I/U  dokonać  pomiarów  charaktery-
styki widmowej toru optycznego w zakresie długości fal od 400 do 700 nm z krokiem co
25  nm.  Wyznaczyć  długość  fali,  dla  której  czułość  przyrządu  jest  największa  i  zmierzyć
maksymalne napięcie w torze pomiarowym.

Wykonać pomiaru absorbancji roztworu hemoglobiny dla następujących długości fali:
405, 450, 492, 545 oraz 600 nm.

Nastawić długość fali 545 nm. Dokonać 10 pomiarów absorbancji w cyklu:
ZEROWANIE TRANSMISJI

→

ZEROWANIE ABSORBANCJI

→

POMIAR w odstę-

pach nie większych niŜ kilka sekund.

Zarejestrować przebiegi napięć w układzie pomiarowym (I/U, OFFSET, DIFF, ADC In)
w trakcie zerowania transmisji i absorbancji oraz podczas działania funkcji AUTOZERO.

B. Badanie fotometru STATFAX.
1.

Włączyć spektrofotometr i oscyloskop.

Dwukrotnie nacisnąć przycisk CLEAR w celu przejścia do menu głównego.

Wybrać opcję pomiaru absorbancji (ABS).

Dokonać wyboru odpowiedniego filtra optycznego za pomocą klawiszy 1..6.

Wyłączyć pomiar róŜnicowy (klawisz NO) i zatwierdzić przyciskiem ENTER.

Odczekać kilka sekund, aŜ pojawi się napis „READ BLANK TUBE”. W kuwecie pomia-
rowej umieścić probówkę z wodą destylowaną.

Po pojawieniu się napisu „READ SAMPLE” usunąć roztwór o zerowej absorbancji i
umieścić w przyrządzie badany roztwór hemoglobiny. Odczytać i zanotować wynik.

Czynności opisane w punktach 2–7 powtórzyć dla pozostałych długości fali.

Przejść w tryb pomiaru próbki przy dowolnie wybranej długości fali i uruchomić rejestra-
cję na oscyloskopie. Umieścić w kuwecie pomiarowej próbkę o zerowej absorbancji i od-
czytać poziomy napięć dla poszczególnych długości fal.

10.

Umieścić w kuwecie probówkę z roztworem hemoglobiny i ponownie odczytać wartości
napięć. W razie potrzeby zmieniać wzmocnienie oscyloskopu i powtarzać pomiar za po-
mocą przycisku „RUN/HOLD”.

11.

Dokonać 10 pomiarów absorbancji roztworu hemoglobiny dla długości fali 545nm, kaŜ-
dorazowo zerując absorbancję przyrządu za pomocą próbki z wodą destylowaną.

6. Opracowanie wyników pomiarów
1.

Obliczyć liniowy trend długoterminowy na podstawie prostej regresji, korzystając z da-
nych zarejestrowanych w punkcie 5.A.3. Wyrazić go w %/godz.