干化学尿液分析仪的相关理论基础.doc

干化学尿液分析仪的相关理论基础1 干化学分析的理论基础2 尿液分析仪的原理2.1尿干化学试带各项测试原理2.2 尿液分析仪测量原理2.3 尿液分析仪的基本原理及研究现状 干化学尿液分析仪是测定尿中某些化学成分的自动化仪器，它是医学实验室尿液自动化检测的重要工具。这种仪器虽然具有操作简单、快速等优点，但是使用不当，许多应用环节因素可直接影响尿液分析仪的准确性，不合理的应用会带来实验结果的误差，甚至延误诊断。因此，这就要去操作者对自动化仪器的原理、性能、注意事项及影响因素等方面的知识有全面的了解，才能更好的使用自动化仪器，是尿液分析仪得出的结果更可靠、准确。1 干化学分析的理论基础当代的干化学技术是多种前沿科学的交融，其测定方法主要是差示电位法和反射光度法两大类。尿液的干化学检验使用的湿反射光度法。干化学分析所涉及的反射光度法主要为漫反射(diffuse reflection),有其两个特点：因显色反应发生在固相，其对透射光均有明显的散射作用，因此计算不服从Lambert-Beer定律，而遵循Kubelka-Munk理论;固相反应膜的上下界之间存在多重内反射。Kubelka-Munk理论的数学表达式：表示反射率，表示固相反应层的厚度，表示单位的厚度的光吸收系数，表示固相反应层的散射系数。其中， ，由于K正比于待测物质的浓度C，因此由上述表达式可见，当S和X固定时，反射率R仅与待测物质的浓度有关。换言之，即可由反射光度仪器测得的R值推算出待测物质的浓度C。由于固相层存在着明显的散射作用，因此反射吸收光度A与待测物质浓度C不成线性关系，Kubelka-Munk理论简单用公式表示为：其中C为待测物浓度，B为吸收比例常数，为反射吸光度，为空白反射度，为空白反射光强度，为测定的反射光强度，非线性校正因子。由于固相反应层不仅存在着光的散射作用，它的上下界面之间的多重内反射的作用也不容忽视，因此要对Kubelka-Munk理论进行修正，为此可推导出如下的Williams-Clapper公式：其中代表Williams-Clapper转换函数。2 尿液分析仪的原理单项试纸带是干化学发展初期的一种结构形式，它以滤纸为载体，将各种试纸成分浸渍后干燥，作为试纸层，再在其表面覆盖一层纤维素作为反射层。尿液浸入试纸带后，与试剂发生反应，产生颜色变化。多联试纸带式将多种项目试纸集成在一个试纸带上，使用多联试剂袋，浸入一次尿液可同时测定多个项目，图1为德国宝灵曼公司试纸带。它采用了多层结构：第一层尼龙膜起保护作用，防止大分子 物质对反应的污染；第二层绒制层，它包括碘酸盐层可破坏维生素C等干扰物质，试剂层含有实际成分，主要与尿液所测定物质发生化学变化，产生颜色变化；第三层是固定有试剂的吸水层，可使尿液均匀、快速地浸入，并能抑制尿液流到相邻反应区；最后一层选取尿液不浸润的塑料片作为支持体。 2.1尿干化学试带各项测试原理（1)ph测定采用pH指示剂原理，常用甲基红(pH4662)和溴麝香草酚蓝(pH6076)组成的复合型指示剂，呈色范围为pH459，颜色由橘黄色、绿色直至蓝色，由此反映尿液的pH。(2)尿蛋白员测定利用pH指示剂蛋白质误差的原理。蛋白质膜块中主要含有pH指示剂如溴酚蓝或四氯酚四溴磺酞、柠檬酸缓冲系统和表面活性剂。尿中带阳离子的白蛋白与带阴离子的指示剂结合，引起指示剂进一步电离，从而发生颜色变化，其颜色深浅与尿中白蛋白的含量有关。(3)尿葡萄糖测定一般均采用葡萄糖氧化酶法，使尿液中的葡萄糖氧化成葡萄糖酸和过氧化氢，在过氧化物酶存在下无色的色原是一供氢体，经脱氢后分子结构发生变化而显色，其颜色变化与尿葡萄糖含量有关?目前各厂使用的色原有两类，一类为邻联甲苯胺(德国宝灵曼公司COMBURTEST)，颜色从黄色变为绿色、蓝色；另一类为碘化钾(以美国A1TieS公司为代表的试带)，颜色由蓝色变绿色、棕色。为此，尿液化学分析仪应采用专用的配套试带。(4)尿酮体测定用亚硝基铁氰化钠反应测定酮体，即在碱性条件下，尿中的乙酰乙酸与亚硝基铁氰化钠反应而呈色。丙酮反应次之，但不与尿中的B羟丁酸发生反应。(5)尿隐血反应利用破坏红细胞中的血红蛋白、游离血红蛋白及肌红蛋白中的血红素，后者具有类似过氧化物酶的作用，在过氧化氢存在下使色原脱氢氧化，分子构型改变而呈色，其颜色深浅与尿中的血红蛋白含量有关。(6)尿胆红素测定采用重氮反应法原理，即在酸性条件下，尿中直接胆红素能与重氮盐起偶联反应形成偶氮色素，颜色深浅与尿中胆红素量的多少有关。(7)尿胆原测定根据干化学试带组成的不同，其测定方法有所差异。美国Ames采用在酸性条件下尿胆原和对-二甲氨基苯甲醛发生醛化反应，生成樱红色缩合物；而德国宝灵曼公司则采用在酸性条件下尿胆原和对-甲醛基苯重四氮四氟发生重氮偶联反应，生成胭脂红色化合物。(8)尿亚硝酸盐测定尿亚硝酸盐试验的化学基础是利用某些G杆菌能产生硝酸盐还原酶，后者可使尿中的硝酸盐还原成亚硝酸盐，因此，尿中如存在亚硝酸盐说明尿路有G杆菌的感染。在酸性条件下，亚硝酸盐与芳香胺结合形成偶氮化合物，再与苯喹啉结合产生偶氮色素，其颜色变化与细菌数量不成比例，但阳性结果表明尿中细菌数在105ml以上。(9)尿白细胞测定利用中性粒细胞的酯酶能水解吲哚酚酯生成吲哚酚和有机酸，吲哚酚可进一步氧化靛蓝的原理；或者吲哚酚和重氮盐反应生成重氮色素而显色，颜色深浅与中性粒细胞的数量有关。淋巴细胞无此反应。(10)尿比重测定尿中电解质离子可与聚甲乙烯顺丁烯二酸共聚体中的氢离子发生置换，换出来的氢离子使溴麝香草酚蓝指示剂的颜色发生变化，颜色由蓝绿色、绿色变成黄绿色。此法只能反映尿中电解质的多少。(11)Vit C测定采用磷钼酸缓冲液或甲基绿与尿中的Vit C进行反应，形成钼蓝，颜色由蓝色变成紫色，颜色深浅与尿中Vit C的含量有关。由于尿于化学试带产品尚未标准化，各厂的产品量级标准差异较大，给各实验室带来不同结果，应引起大家注意。2.2 尿液分析仪测量原理这类仪器一般用微电脑控制，根据球面积分仪和双波长测定试剂带上的颜色变化，得出实验结果。试剂带上有数个含有各种试剂的试剂垫，各自与尿中相应成风进行反应而显示不同颜色，颜色的深度与尿液中某种成分成比例关系。这类仪器由光电转换系统、传送机构、I/V转换器（电流、电压转换器）、CPU（中央处理器），以及辅助的打印机、显示器、键板、电源等组成。其机构示意图如图2把浸了尿液的试剂带放入分析仪的试剂带传送带槽内，传送系统将试剂带传送到积分球下面进行扫描。试剂带上已产生化学反应的各种试剂垫被光源照射，器反射光被球面积分仪接收，球面积分仪的光电管被反射的双波长光（通过滤光片的测定光和一束参考光）照射，各波长的比例由检测项目决定在几十秒钟（根据不同分析仪自己的设定时间而定）的反应时间内，各个项目（空白块不参加反应，只作标准参考用）的试剂带块由于化学反应而呈现颜色变化，并吸收照射的单色光，测定每种试剂带块反射光的光亮值与空白块的反射光量值进行比较，通过计算机求出反射率，换算成浓度值，便可由分析仪打印出半定量的数值9。仪器的检测过程为：光源灯发出的光通过积分球照射在试剂带的模块上，试剂带模块颜色的深浅对光的吸收反射是不一样的，颜色越深，吸收光量值越大，反射光量值越小，则反射率越小；反之，颜色越浅，吸收光量值越小，反射光量值越大，则反射率也越大，也就是说颜色的深浅与尿样品中的各种成分的浓度成正比，其反射率可以从下式中求出：式中反射率； 试剂垫对测定波长的反射强度； 试剂垫对参考波长的反射强度； 标准垫对测定波长的强度； 标准垫对参考波长的反射强度。2.3 尿液分析仪的基本原理及研究现状尿液分析仪一般由机械系统、光学系统、电路系统三部分组成。1 机械系统机械系统的主要功能是将待检测的试剂带传送到位，检测后将 排送到废物盒。2.光学系统光学系统通常包括光源、单色处理、光电转换三部分，光线照射到反应区表面产生反射光， 反射光的强度与各个项目的反应颜色成正比。不同强度的反射光再经光电转换器件转换为电信号进行处理。日本的MA-4210型和国产桂林医疗电子仪器厂的Uritest-100/200型尿液分析仪，采用光源灯（卤灯）发出的白光通过球面积分仪的通光筒照射到试剂带上，试剂带把光反射到球面积分仪中，透过滤光片，得到待定波长的单色光，照射到光电二极管上，实现光电转换全自动尿化学分析仪通过自动吸取尿液，并定量加至每仪模块上，到时将尿液试纸带送达规定的位置检测，检测完毕送到废物箱内；光学系统用于正确判断模块反应的眼色变化及深浅；CPU及打印机部分用来将光电转换信息打印出结果。仪器识别模块颜色深浅一般采用双波长法测定模块的颜色变化，主波长为测定膜块敏感特征的波长，副波长用于消除背景光或其他杂散光的影响。各种测试模块都有相应的测定主波长，其中亚硝酸盐、酮体、胆红素、尿胆原的测定主波长为550mm，PH、葡萄、蛋白质、隐血的测定主波长为620mm。各模块的副波长为720mm。膜块颜色的深浅除随被测成分的多少而变化外，还与尿液本身的颜色有关。多联试带中没有空白模块，后者不随波被测成分发生颜色变化，采用双波长测定空白模块可抵消尿液本身带来的误差，提高测量的精度。膜块的反射率R由下面的公式求得：空白膜块的反射率由下面的公式求得：膜块总的反射率为：尿液分析仪