POLITECHNIKA BIAA
OSTOCKA
WYDZIAA
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 natę\
eniu Ć0 przechodząc pro-
stopadle przez próbkę o grubości warstwy d (Rys.1) ulega częściowemu odbiciu na granicy
ośrodków (Ćr).
Rys.1. Schemat zjawiska absorpcji promieniowania.
Pozostała część przechodzi przez próbkę, gdzie częściowo ulega pochłonięciu (Ćt). Na wyj-
ściu pojawia się promieniowanie o natę\
eniu Ć1. Pomiary absorpcji promieniowania wykonu-
je siÄ™ zwykle bÄ…dz
to wobec próbki uznanej za zerową, bądz
te\
wobec próbki wzorcowej.
Zatem odbita lub rozproszona część promieniowania i tak mała, jest stała i mo\
e być w dal-
szych rozwa\
aniach pominięta.
Bouguer oraz Lambert w XVIII wieku stwierdzili, \
e natÄ™\
enie 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. Mo\
na zapisać to w postaci:
dĆ
- = k0 Å" dx
(1)
Ć
Po dokonaniu całkowania w granicach Ć0, Ć1 oraz 0, d otrzymamy:
Ć1
- ln = k0 Å" d
(2)
Ć0
Po zmianie podstawy logarytmu z naturalnego na dziesiętny otrzymamy:
Ć1
- log = k Å" d
(3)
Ć0
Stosunek Ć1/Ć0 wskazuje, jaka część promieniowania zostaje przepuszczona przez ośrodek
absorbujÄ…cy i nosi nazwÄ™ transmisji:
Ć1
T =
(4)
Ć0
Lewa strona wyra\
enia (3) została nazwana absorbancją:
A = k Å" d (5)
Zale\
ność (5) nosi nazwę prawa Bouguer'a-Lambert'a (1760 r). Prawo Lambert'a-Beer'a (1852
r) określa natomiast zale\
ność współczynnika  k od stę\
enia  c oraz rodzaju substancji, a
Å›ciÅ›lej molowego współczynnika absorbancji  µ , dla danej substancji zale\
nego jedynie od
długości fali promieniowania :
2
k = µ() . c (6)
µ() - molowy współczynnik absorbancji, c - stÄ™\
enie substancji (mol/l).
Ostatecznie z zale\
ności (3), (5) oraz (6) otrzymujemy równanie znane pod postacią prawa
Bouguer'a- Lambert'a-Beer'a:
.
A = µ() d . c (7)
Prawo to dotyczy przypadku, gdy w próbce znajduje się jedna substancja absorbująca.
Je\
eli w próbce jest n substancji o stę\
eniach c1 ... cn i molowych współczynnikach ab-
sorbancji µ1 ... µn, wówczas absorbancja podlega prawu addytywnoÅ›ci, to jest:
n
A = Ai
(8)
"
i=0
Prawo addytywności absorbancji obowiązuje, gdy w próbce nie zachodzą \
adne reakcje miÄ™-
dzy zawartymi w niej substancjami.
W analityce medycznej najczęściej mamy do czynienia z badaniem próbek w postaci roz-
tworów zło\
onych z rozpuszczalnika o stÄ™\
eniu c0, substancji rozpuszczonych o stÄ™\
eniach c1
... cn tworzących mieszaninę jednorodną. W takim przypadku grubość warstwy d jest jedna-
kowa dla wszystkich substancji. Z (8) otrzymujemy wówczas:
n
A = d (  )ci
(9)
"µ
i
i=o
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.
0,5
0,4 Tmax
0,3
"1/2
"1/2
"1/2
"1/2
0,2 0,5Tmax
0,1
0,0
500 520 540 560 580 600
Długość fali (nm)
Rys. 2. Definicja szerokości półfali "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
stÄ™\
enia dla ró\
nego stopnia monochromatyzacji światła.
Na ogół dla szerokości półfalowych do kilku nanometrów nie obserwuje się znaczących
rozbie\
ności między zale\
nością (7), a rzeczywistą charakterystyką A = f(c) (Rys. 3, " = 1
nm). W zakresie "1/2 od kilku do kilkunastu nanometrów obserwuje się zmniejszenie czuło-
ści metody (Rys. 3, " = 10 nm); zale\
ność (7) przyjmuje wówczas postać:
A = k("1/2) Å" µ() . d . c; k("1/2) < 1 (10)
3
Transmisja
Dla większych szerokości półfali, szczególnie w przypadku du\
ych absorbancji charaktery-
styka A = f(c) staje siÄ™ nieliniowa (Rys. 3, " = 50 nm).
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
0 20 40 60 80 100
StÄ™\
enie substancji
Rys. 3. Absorbancja jako funkcja stÄ™\
enia dla ró\
nych szerokości półfali monochromatora.
Ogólnie mo\
na jednak stwierdzić, \
e stosujÄ…c niemonochromatyczne z
ródła promieniowania
nale\
y 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 stę\
enia substancji. Mo\
emy tego dokonać stosując trzy sposoby:
- bezpośrednio z prawa Bouguer a-Lambert a-Beer a znając molowy współczynnik absor-
bancji, z zale\
ności:
A
c =
(11)
µ( )Å" d
- metodą porównawczą, wówczas gdy dysponujemy wzorcem badanej substancji oraz jeste-
śmy pewni, \
e zale\
ność między absorbancją a stę\
eniem jest liniowa, wówczas:
(12)
A = µ() . d . c
Aw = µ() . d . cw (13)
stÄ…d:
A
c = cw
(14)
Aw
- z krzywej wzorcowej, wówczas gdy zale\
ność między stę\
eniem a absorbancjÄ… 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.
y
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 zale\
nością (7). Po przejściu przez skupia-
jący układ optyczny S2 pada na fotodetektor pomiarowy FP (najczęściej fotoogniwo), pracu-
jące w układzie z
ródła prądowego, współpracującego z przetwornikiem prąd napięcie. Na
4
Absorbancja
m
n
1
1
1
1
=
=
=
=




"
"
"
"
m
n
0
0
0
0
1
1
1
1
=
=
=
=




"
"
"
"
m
n
0
0
0
0
5
5
5
5
=
=
=
=




"
"
"
"
wyjściu układu pomiarowego otrzymujemy napi ą natę\

ciu układu pomiarowego otrzymujemy napięcie będące funkcją natę\
enia światła mono-
chromatycznego, które z kolei jest zale\
ne od stÄ™\
enia badanej substancji w próbce znajdują-
chromatycznego, które z kolei jest zale enia badanej substancji w próbce znajduj
cej siÄ™ w kuwecie pomiarowej.
w kuwecie pomiarowej.
Rys. 4. Schemat stałostrumieniowego, jednowiązkowego fotometru absorpcyjnego; pomiar
ostrumieniowego, zkowego fotometru absorpcyjnego; pomiar
transmisji próbki.
Fotodetektor pomiarowy, w rozpatrywanym przypadku fotoogniwo pracuj
Fotodetektor pomiarowy, w rozpatrywanym przypadku fotoogniwo pracujące w układzie z
ró-
Fotodetektor pomiarowy, w rozpatrywanym przypadku fotoogniwo pracuj
dła prądowego, przetwarza energi ąd I).
dowego, przetwarza energię świetlną w energię elektryczną (prąd I).
(15)
I = kf . Ć
kf - czułość fotoogniwa.
Prąd płynący przez fotoogniwo jest przetwarzany na napi cie przez przetwornik pr
cy przez fotoogniwo jest przetwarzany na napięcie przez przetwornik prąd - napię-
cie zgodnie z zale\
nością:
U = - R . I (16)
R - wartość rezystancji w sprz
rezystancji w sprzÄ™\
eniu zwrotnym wzmacniacza.
Zatem:
(17)
U = k . Ć
k = kf . R - stała przetwarzania.
Å‚a przetwarzania.
Po to, by właściwie zmierzyć transmisję próbki nale\
y uwzględnić czynniki zakłócaj
ciwie zmierzy ć czynniki zakłócające po-
miar.
Zakłócenia dla transmisji bliskich zera (przesłona P2 zasłania strumie
Zakłócenia dla transmisji bliskich zera (przesłona P2 zasłania strumień świetlny, Rys.5)
Zakłócenia dla transmisji bliskich zera (przesłona P2 zasłania strumie
są następujące:
- strumień rozproszony lub zewn
rozproszony lub zewnętrzny docierający do fotoelementu,
- zerowy (ciemny) prÄ…d fotoelementu,
Ä…d fotoelementu,
- prądy i napięcia niezrównowa enia wzmacniaczy układu elektronicznego.
cia niezrównowa\
enia wzmacniaczy układu elektronicznego.
Rys. 5. Schemat stałostrumieniowego, jednowiązkowego fotometru absorpcyjnego; pomiar i
ostrumieniowego, jednowi zkowego fotometru absorpcyjnego;
ustawianie zera transmisji.
zera transmisji.
5
Skutkiem występowania tych zakłóce na opisać zale\
nością:
powania tych zakłóceń jest napięcie: U0, które mo\
na opisa
(18)
U(Ć = 0) `" 0 = U0
Aby skompensować napi zera na wyjściu układu elektro-
ć napięcie Uc wprowadza się regulację zera na wyj
nicznego przy pomocy potencjometru to napięcie do wartości ze-
nicznego przy pomocy potencjometru P0 (Rys.5), doprowadzajÄ…c to napi
rowej U = 0 V (T = 0, A = "
").
Przyczyny zakłóceń dla transmisji bliskich jedności (przesłona odsłonięta, w torze
ń dla transmisji bliskich jedno ci (przesłona odsłoni
umieszczona kuweta odniesienia KO z roztworem o zerowym stÄ™\
eniu badanej substancji
umieszczona kuweta odniesienia KO z roztworem o zerowym stÄ™\
eniu badanej substancji,
Rys.6) są następujące:
- zmiana nastawianej długo ci fali promieniowania monochromatycznego,
astawianej długości fali promieniowania monochromatycznego,
- zmiana strumienia świetlnego emitowanego przez na skutek zmian napięcia zasi-
świetlnego emitowanego przez \
arówkę na skutek zmian napi
lającego oraz (lub) temperatury włókna \
arówki,
cego oraz (lub) temperatury włókna
- zmiany strumienia świetlnego powodowane zmianą tłumienia filtru optycznego lub reemi-
świetlnego powodowane zmian optycznego lub reem
sji siatki dyfrakcyjnej na skutek zmian temperatury zewn
sji siatki dyfrakcyjnej na skutek zmian temperatury zewnętrznej,
- zmiany wzmocnienia układu elektronicznego.
zmiany wzmocnienia układu elektronicznego.
Rys. 6. Schemat stałostrumieniowego, jednowiązkowego fotometru absorpcyjnego; pomiar i
ostrumieniowego, jednowi zkowego fotometru absorpcyjnego;
ustawianie transmisji
transmisji równej jedności.
Skutkiem występowania tych zakłóceń są zmiany napięcia wyjściowego. U1 = U(Ćmax). W
powania tych zakłóce ciowego. U
celu kompensacji zmiany napięcia U1 wprowadza się regulację wzmocnienia potencjometrem
celu kompensacji zmiany napi wzmocnienia potencjometrem
P100 (Rys. 6), doprowadzając to napięcie zawsze do stałej wartości, np. do wartości U1 = 1V,
), doprowadzajÄ… ci, np. do warto
co odpowiada T = 1 i absorbancji A = 0.
co odpowiada T = 1 i absorbancji A = 0.
Ręczna kompensacja zmian zera i jedności transmisji była stosowana w starszych roz-
czna kompensacja zmian zera i jedno ci transmisji była stosowana w starszych ro
wiązaniach fotometrów absorpcyjnych. Obecnie stosuje się zwykle pomiar wartości napięcia
zaniach fotometrów absorpcyjnych. Obecnie stosuje si zwykle pomiar warto
U0 oraz automatyczną zmian nienia układu na podstawie pomiaru U
zmianę wzmocnienia układu na podstawie pomiaru U1.
2.2.1. Fotometr absorpcyjny zmiennostrumieniowy dwuwi
2.2.1. Fotometr absorpcyjny zmiennostrumieniowy dwuwiÄ…zkowy
Korekta przesunięcia zera ( ) transmisji jest czynnością pracochłonną, co
cia zera (P0) i jedności (P100) transmisji jest czynnoś
jest szczególnie znaczące przy masowo wykonywanych badaniach (np. w biochemii klinic
Ä…ce przy masowo wykonywanych badaniach (np. w biochemii klinicz-
nej: 200 - 300 oznaczeń dziennie jednego parametru).
Å„ dziennie jednego parametru).
Dlatego te\
wprowadzono rozwi w których czynno
wprowadzono rozwiązania konstrukcyjne, w których czynności te są wyko-
nywane automatycznie. Przykład takiego rozwi stawiono na Rys. 7
nywane automatycznie. Przykład takiego rozwiązania przedstawiono na Rys. 7. Podstawo-
wym elementem układu jest wiruj ca się z trzech segmentów:
układu jest wirująca tarcza (T, Rys. 7b), składająca się z trzech segmentów:
- części nie przepuszczającej strumienia światła,
ci nie przepuszczajÄ…cej strumienia
- części odbijającej strumie
cej strumień światła - lustra,
- części przepuszczającej strumie
ącej strumień światła.
6
Rys. 7. Miernik do pomiaru stÄ™\
enia substancji w roztworach: a) schemat; b) budowa tarczy
Miernik do pomiaru st stancji w roztworach: a) schemat; b) budowa tarczy
wirujÄ…cej; c) przebiegi czasowe.
cej; c) przebiegi czasowe.
Strumień światła emitowany przez z
ródło (ś) po przejściu przez soczewkę, przesłonę (P) i
wiatła emitowany przez ciu przez soczewk
filtr (F) pada na lustro (L), przechodzi przez przepuszczaj wiruj
filtr (F) pada na lustro (L), przechodzi przez przepuszczającą część wirującej tarczy (T), pada
na lustro (L), przechodzi przez przesłon pomiarową (KP) i następnie na
na lustro (L), przechodzi przez przesłonę (P) i pada na kuwetę pomiarow
fotoelement pomiarowy (FP). Napi ciu wzmacniacza pomiarowego
fotoelement pomiarowy (FP). Napięcie na wyjściu wzmacniacza pomiarowego Up = U(Ś)
jest proporcjonalne do strumienia cego z kuwety (KP). Po
jest proporcjonalne do strumienia Åšp wychodzÄ…cego z kuwety (KP). Po wykonaniu przez
tarczę 1/3 obrotu strumień z pierwszego lustra (L) jest zatrzymywany na nieprzepuszczającej
Å„ z pierwszego lustra (L) jest zatrzymywany na nie
części lustra - nie docierają ciu wzmacniacza pomiarowego
nie docierając do fotoelementu (FP). Na wyjściu wzmacniacza pomiarowego
pojawia się napięcie Uc = U0. Po wykonaniu przez tarczę dalszej 1/3 obrotu strumie
c = U zej 1/3 obrotu strumień świetlny
z pierwszego lustra (L) pada na cz Ä™ i poprzez kolejne lustro
z pierwszego lustra (L) pada na część lustrzaną tarczy (T), odbija się i poprzez kolejne lustro
(L) i przesłonę (P) pada bezpośrednio na fotoelement (FP). Na wyjściu wzmacniacza pomi
(P) pada bezpo ściu wzmacniacza pomia-
rowego pojawia się napięcie Uj = U1, proporcjonalne do strumienia padającego na kuwetę
napięcie porcjonalne do strumienia padaj
(KP). Wzmocnienie odpowiednich torów układu pomiarowego dobiera się tak, by dla c = 0
(KP). Wzmocnienie odpowiednich torów układu pomiarowego dobiera si
(KP). Wzmocnienie odpowiednich torów układu pomiarowego dobiera si
(w kuwecie znajduje się próba zerowa) napięcie U1 = Up = U(Ś). Z tarcz
ę próba zerowa) napi . Z tarczą (T) jest mecha-
nicznie sprzÄ™\
ony bęben sterujący (BS), który poprzez fotoelementy (FS) i układ sterujący
ben steruj ), który poprzez fotoelementy (FS) i układ steruj
(US) rozdziela napięcia U0, U1, Up, kierując je do układu przetwarzania (UP) oraz regulato-
c je do układu przetwarzania (UP) oraz regulat
0
rów (Rc) i (Rj). Regulatory te, funkcjonujące w układach sprzę\
enia zwrotnego doprowadz
). Regulatory te, funkcjonuj enia zwrotnego doprowadza-
ją: napięcie U0 do wartości równej zero, napięcie U1 - do stałej wartości, równej warto
ści równej zero, napi ści, równej wartości za-
danej (np. 1V). Układ taki ma dodatkow : utrzymuje stałe napię
Układ taki ma dodatkową zaletę: utrzymuje stałe napięcie U1 niezale\
nie od
tłumienia światła w torze optycznym, zmieniaj na przykład przy zmianie filtru.
wiatła w torze optycznym, zmieniającego się na przykład przy zmianie filtru.
W tej sytuacji spełniona jest zale
W tej sytuacji spełniona jest zale\
ność:
7
Åš U
p p
T = =
(20)
Åš0 U0
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 H" 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 firmÄ™ Carl Zeiss Jena. Z uwagi na jego nieco prze-
starzałą konstrukcję części elektronicznej został on zmodyfikowany i wyposa\
ony w nowo-
cześniejszy układ zasilania \
arówki oraz mikroprocesorowy układ pomiaru transmisji i absor-
bancji. Spektrofotometr SPEKOL 1 jest typowym przedstawicielem fotometrów jednowiąz-
kowych, stałostrumieniowych. Jako z
ródło światła zastosowano w nim \
arówkę 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 \
arówki 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 podą\
ajÄ…c przez kolejne
soczewki jest skupiane na szczelinie znajdującej się w przedniej części spektrofotometru.
Wybór długości fali jest dokonywany poprzez obrót siatki dyfrakcyjnej za pośrednictwem
śruby 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
znajdujÄ…cego siÄ™ na zewnÄ…trz przyrzÄ…du (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) słu\
y do zerowania transmisji, czyli kompensacji prÄ…du ciemnego. Przycisk SW3
(\
óty), słu\
y do zerowania absorbancji, czyli takiej zmiany wzmocnienia w układzie, aby przy
próbce o zerowym stę\
eniu badanej substancji, jej transmisja wyniosła 1. Wynik pomiaru jest
odświe\
any 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/sekundÄ™.
8
śarówka
Obiektyw 1
Kondens
sor
Siatka
dyfrakcyjna
Lustro
Szczelina 1
Obiektyw 2
w
Pokrętło regulacji
Przesłon
na
długości fali
Szczelin 2
na
Kuweta p
pomiarowa
Fotoelem
ment
Rys. 8. Schemat blokowy układu optycznego spektrofotometru SPEKOL 1.
. Schemat blokowy otometru SPEKOL 1.
Rys.
Rys. 9 Budowa spektrofotometru SPEKOL 1.
Rys. 10. Budowa systemu mikroprocesorowego współpracującego z układem optycznym
systemu mikroprocesorowego współpracuj cego z układem optycznym spek-
trofotometru SPEKOL 1.
trofotometru SPEKOL 1.
9
Rys. 11. Schemat ideowy systemu współpracuj cego z układem optycznym spektrofotometru Spekol 1..
systemu współpracującego z układem optycznym spektrofotometru Spekol 1.
10
3.2. Budowa i zasada działania półautomatu biochemicznego STAT-FAX 1904
Półautomat biochemiczny STAT-FAX jest mikroprocesorowym fotometrem bichromatycz-
nym, wyposa\
onym 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.
Światło 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 wy\
ej filtrów. Ka\
dy 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 zale\
ne 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 wyposa\
ony
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 ka\
dego 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 nale\
y 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 nale\
y dodatkowo przestrzegać następują-
cych zasad:
11
- włączać i wyłączać zasilanie elektryczne przyrządu podczas obecności prowadzącego ćwi-
czenie,
- zachować szczególną ostro\
ność 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.
2. Zapoznać się ze schematem ideowym urządzenia, a następnie ustalić, które z sygnałów
analogowych sÄ… doprowadzone do karty akwizycji danych.
3. 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.
4. Ponownie rozpocząć rejestrację. U\
ywajÄ…c 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.
5. Wykonać pomiaru absorbancji roztworu hemoglobiny dla następujących długości fali:
405, 450, 492, 545 oraz 600 nm.
6. Nastawić długość fali 545 nm. Dokonać 10 pomiarów absorbancji w cyklu:
ZEROWANIE TRANSMISJI ZEROWANIE ABSORBANCJI POMIAR w odstÄ™-
pach nie większych ni\
kilka sekund.
7. 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.
2. Dwukrotnie nacisnąć przycisk CLEAR w celu przejścia do menu głównego.
3. Wybrać opcję pomiaru absorbancji (ABS).
4. Dokonać wyboru odpowiedniego filtra optycznego za pomocą klawiszy 1..6.
5. Wyłączyć pomiar ró\
nicowy (klawisz NO) i zatwierdzić przyciskiem ENTER.
6. Odczekać kilka sekund, a\
pojawi siÄ™ napis  READ BLANK TUBE . W kuwecie pomia-
rowej umieścić probówkę z wodą destylowaną.
7. Po pojawieniu się napisu  READ SAMPLE usunąć roztwór o zerowej absorbancji i
umieścić w przyrządzie badany roztwór hemoglobiny. Odczytać i zanotować wynik.
8. Czynności opisane w punktach 2 7 powtórzyć dla pozostałych długości fali.
9. 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-
mocÄ… przycisku  RUN/HOLD .
11. Dokonać 10 pomiarów absorbancji roztworu hemoglobiny dla długości fali 545nm, ka\
-
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.
12
2. Wyznaczyć względną charakterystykę toru optycznego spektrofotometru SPEKOL1 na
podstawie danych zebranych w punkcie 5.A.4.
3. Porównać charakterystyki widmowe roztworu hemoglobiny uzyskane za pomocą spektro-
fotometru SPEKOL1 (5.A.5) oraz STATFAX (III.B.8). Skomentować ewentualne ró\
nice
i podać ich przyczyny.
4. Obliczyć współczynniki zmienności dla pomiarów absorbancji roztworu hemoglobiny
dokonanych za pomocÄ… spektrofotometru SPEKOL1 (5.A.6) oraz STATFAX (5.B.11).
5. Obliczyć absorbancję na podstawie pomiarów oscyloskopowych (5.B.9-10) i porównać ją
z otrzymanymi wynikami pomiarów (5.B.8).
7. Literatura.
1. Wykład z przedmiotu  Elektroniczna aparatura medyczna .
2. Szyszko E.:  Instrumentalne metody analityczne , PZWL, Warszawa 1982.
3.  Stat Fax 1900 Series. Service Manual .
13