【《人体无机盐环境葡萄糖混合溶液浓度检测实验探究案例》2400字】

人体无机盐环境葡萄糖混合溶液浓度检测实验探究案例目录TOC\o"1-3"\h\u19304人体无机盐环境葡萄糖混合溶液浓度检测实验探究案例 1284591.1实验依据 157921.2溶液配置方法与测量步骤 1279561.3实验结果与分析 3130761.4误差分析 5131361.4.1溶液引起的误差 5289181.4.2器件引起的误差 584821.4.3环境引起的误差 61.1实验依据光学检测方法在血糖浓度检测领域，对于测量部位的体液，主要可分为眼前房水和血液两大类。涡旋光干涉法需要透射过样品进行干涉测量，而光对血液的穿透性差，并且透过血液的光较难进行干涉。因此，我们选择眼前房水为最终的测量部位。房水中除了水外的主要成分包括葡萄糖、乳酸驻、尿素及抗坏血酸盐，实验所用的人造房水溶液都以生理盐水为基底完成调配[71]。本测量系统处于初步研究阶段，本章首先研究基于人体无机盐环境下（生理盐水），盐含量在人体正常范围内波动对本葡萄糖浓度测量系统所带来的影响。1.2溶液配置方法与测量步骤无机盐在人体中是以离子的形式存在于细胞与体液中，他们维持着身体的电解质平衡，若无机盐在体内分布紊乱，会对人体造成严重影响，因此人体无机盐的含量是在一定的范围内波动的。在生物与医学实验中，通常使用氯化钠溶解在蒸馏水中配置成生理盐水作为基底溶液使用，正常人体的氯化钠含量的波动范围为，不同条件下人体血糖葡萄糖含量如表5-1所示。因此我们配置两组以生理盐水为基底溶液的葡萄糖梯度溶液，两组的氯化钠含量分别为正常波动范围的最大值和最小值，进行实验验证。表5-1不同条件下人体血液葡萄糖含量table5-1sugerlevelatdifferentconditionsConditionFastingJustate3haftereatingNormal80~100170~200120~140Pre-diabetics101~125190~230140~160Diabetics≥126220~300≥200NaCl无机盐颗粒采用由国药集团化学试剂有限公司所生产。溶液配制计算与步骤：通过物质的量公式，根据人体的氯化钠波动范围计算出一定溶剂所需要的溶质的质量。根据第一步溶剂的量，分别计算出以4%为浓度梯度，7%~31%葡萄糖溶液与5%葡萄糖溶液所需要溶质的质量。分别取相应质量的氯化钠和葡萄糖放入同一个容量瓶中，加入蒸馏水使其溶解，溶解后添加蒸馏水到刻线定容（最初计算的总体积），转移到细口瓶中。按照第三步分别配置氯化钠含量分别为正常波动范围最大值和最小值的两组葡萄糖梯度溶液。实验测量步骤：将按照配置要求所有配置好的溶液在实验室中放置24h，使其温度均匀，测量光路与葡萄糖水溶液一致。打开激光器、空间光调制器等仪器电源，预热十分钟，使其输出保持稳定。比色皿中加入5%的葡萄糖盐溶液，进行光路微调校正，保证涡旋光与平面波有较好的干涉场，并将其微调旋钮固定。调整CCD相机曝光等参数，使干涉条纹在计算机PC2上有较好的对比度。在保证比色皿的稳定性前更换待测溶液，并使用待测液体清洗一次，以保证比色皿中液体浓度的准确性。依次加入不同浓度梯度的葡萄糖盐溶液，待溶液静止后，通过PC2控制CCD相机记录干涉场光斑图样。1.3实验结果与分析由CCD相机采集5%葡萄糖盐溶液作为基础图像（初始旋转角度），依次记录两组氯化钠含量在正常波动范围最大值和最小值，以4%为浓度梯度，7%~31%葡萄糖盐溶液的两组干涉光斑，随着葡萄糖浓度的增加，通过溶液后产生的干涉光斑角度会沿顺时针方向逐渐增大。在同一测量环境中对葡萄糖水溶液与葡萄糖盐溶液进行测量，并使用图像处理算法对三组实验数据进行处理，不同葡萄糖折射率对应的角度变化如表5-2所示，表中角度1为葡萄糖水溶液对应角度变化，角度2为含量135mmol/L氯化钠的葡萄糖盐溶液对应角度变化，角度3为含量145mmol/L氯化钠的葡萄糖盐溶液对应角度变化。表5-2不同葡萄糖折射率对应的角度变化Table5-2TheAnglechangecorrespondingtotherefractiveindexofglucose序号溶液中葡萄糖含量葡萄糖对应折射率角度1角度2角度3150mg/mL1.3382270mg/mL1.34060.760.820.863110mg/mL1.34541.651.781.824150mg/mL1.35012.542.532.615190mg/mL1.35493.773.723.686230mg/mL1.35964.694.734.817270mg/mL1.36441.431.491.528310mg/mL1.36916.616.536.51将葡萄糖水溶液变化角度（角度1）与基准直线在同坐标系下进行验证，验证结果如图5-1所示。图5-1基准直线与实验数据值的对比图Figure5-27Comparisonchartofreferencestraightlineandexperimentaldatavalue通过计算，得出在基准直线下的理论折射率与实验的折射率差值分别为0.00154、0.00081、0.00017、0.0106、0.0005、0.00092、0.00022，则该检测系统在此环境下的测量不确定度为0.00113。根据数据对比图与不确定度分析能够发现葡萄糖水溶液变化角度与本文得出的基准线的整体趋势及数据值基本吻合，证明此基准直线基本符合该实验环境下的葡萄糖浓度检测结果，即根据该基准线可以通过实验测量出的旋转角度，得出该角度所对应的葡萄糖折射率，从而得出该溶液环境中葡萄糖的浓度。我们将上述表中两组葡萄糖盐溶液对应角度（角度2、角度3）测量数据与基准直线放入同一坐标系中进行对比分析，如图5-2所示，从结果图可以看出两组实验数据与基准直线整体趋势基本吻合，证明该基准直线符合该实验环境的测量结果，在正常人体氯化钠含量波动范围内，氯化钠的浓度变化对葡萄糖溶度测量的影响很小。图5-2不同浓度葡萄糖盐溶液与基准直线实验数据对比图Fig.5-2Comparisonofglucosesaltsolutionsofdifferentconcentrationswithbaselinelineexperimental通过计算，得出在基准直线下的理论折射率与实验的折射率差值，含量135mmol/L氯化钠的葡萄糖盐溶液差值为0.00181、0.00141、0.000129、0.000767、0.000683、0.00064、0.00059，含量145mmol/L氯化钠的差值为0.00201、0.00158、0.000494、0.000584、0.00105、0.00054、0.00068，则该检测系统在此环境下的测量不确定度为0.001304，0.00135。1.4误差分析1.4.1溶液引起的误差配置溶液的精度与温度。实验数据分析给出浓度对应角度变化的关系，溶液配制的精度一定会影响实验数据的分析；温度不同的情况下，同种浓度溶液的折射率亦不相同。在精确配制溶液的同时，保证所有配置溶液的温度均匀，便可减少溶液所引起的误差。1.4.2器件引起的误差光学实验器件的清洁度，如透镜、偏振片、分光棱镜等镜片表面的浮尘以及更换比色皿中的待测溶液所产生的气泡均会对干涉条纹的成像质量产生影响。CCD相机在采集图像时，也会因为干涉场的光强强弱而产