CN102768187A - 一种波长自由选择的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种波长自由选择的方法，包括以下步骤：确定落在两二极管之间的波长对应的所述的两个二极管；根据波长排布方案，分别将所有落在两二极管之间的波长对应的所述的两个二极管正极短接和负极短接。所述波长自由选择的方法能够支持任意波长方案，使一切的波长方案都能够实现。

Description

一种波长自由选择的方法

技术领域

本发明涉及生化分析仪的技术领域，特别是指一种波长自由选择的方法。

背景技术

在生化分析仪系统中，都有一个波长方案，其实质是该种仪器能提供的所有波长的集合。一般地，各个厂家的波长方案并不相同，不光是波长数量不同，就是在波长数量相同的情况下，对应波长也不尽相同，一般地某几个波长都会相差5-10nm甚至更多。

从生化分析仪临床角度来说，对于某种特定的项目的测试，它使用的测试主波长是固定的，这个波长是该项目反应液的吸收光谱的吸收峰，使用了这个波长，则光的吸收最大，测试精度最高；并且，在吸收峰附近，谱线是近乎水平的，如果波长有几个纳米的误差，也不会带来测试数据的错误。既然如此，各个厂家的波长方案可以不尽相同，但是在对应的波长处应该是确定的波长值，实际上，仍然有很多波长是有5-10个纳米的差异。

产生这样的问题主要的原因是，不是每个波长都是那么容易实现的，有时候有些波长没法实现，只能采用该波长附近相差个5-10nm的波长。之所以能选择附近的波长，是因为在吸收峰附近的波长仍然具有较大的吸收量，测量精度影响较小，且此时谱线也近乎比较平，仍然可以将波长误差的影响降到最低。相差5nm或者10nm是为了波长值尽量好看，不至于出现太怪异的波长数值。

而有些波长无法实现是因为每个波长都是使用一个光电二极管来接收光强，并将光信号转变为电信号的。在光栅分光的情况下，将这些波长分开成一个彩色条纹带，条纹不同的颜色就对应着不同的波长，在对应波长区域放置探测器就能得到想要的波长值，由于现在很多高档的生化分析仪提供的波长都有12个、16个或者更多。因此，这么多波长肯定需要使用一个光电二极管阵列来接收，并选择其中的16个管子或者更多。光电二极管阵列等接收器每个接收二极管都是一样的，间距也都完全一样，这样每个二极管接收的波长值范围也是固定的，如果第一个二极管已经安排好了接收340nm，那么第二个、第三个二极管能接收的波长范围也是固定的，如果你选择了某个波长，而如果在半波宽8nm内，这个波带有可能会落在两个二极管交界处。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种波长自由选择的方法，能够解决存在的有些波长没法实现的问题。

基于上述目的本发明提供的一种波长自由选择的方法，包括以下步骤：

A.确定落在两二极管之间的波长对应的所述的两个二极管；

B.根据波长排布方案，分别将所有落在两二极管之间的波长对应的所述的两个二极管正极短接和负极短接。

可选的，所述的步骤A前包括：根据需求选择生化分析仪的波长输出方案。

可选的，所述的步骤A前还包括：根据所述的波长输出方案得出生化分析仪中光源与光电探测器阵列之间的波长排布方案。

可选的，所述的波长输出方案计算得出每个波长在探测器面上所形成的色带宽度。

可选的，所述的每个波长在探测器面上所形成的色带宽度小于等于二极管的宽度。

可选的，所述每个波长在探测器面上所形成的色带宽度根据每个波长之间的间隔距离计算得到。

可选的，所述的每个波长之间的间隔距离是根据下面公式得出：

$\frac{{\mathrm{d\χ}}_i}{{\mathrm{d\λ}}_i}=-0.00058*R*\frac{1}{{\cos }^2(\mathrm{\β}-\arcsin (0.00058*{\mathrm{\λ}}_i))}*\frac{1}{\sqrt{1-{(0.00058*{\mathrm{\λ}}_i)}^2}}$

其中，χ_i为每个波长在光电探测器上的位置，λ_i为每个波长的衍射波长，R为光栅中心到光电探测器面的距离，β为光电探测器面与光轴的夹角。

可选的，所述的步骤B将所述波长方案中波长对应的二极管的负极短接在一起，分别将所有落在两二极管之间的波长对应的所述的两个二极管正极短接。

从上面所述可以看出，本发明提供的一种波长自由选择的方法，确定落在两二极管之间的波长对应的所述的两个二极管；根据波长排布方案，分别将所有落在两二极管之间的波长对应的所述的两个二极管正极短接和负极短接。从而，可以使所述的两个二极管作为一个二极管进行使用，接收识别落在两二极管之间的波长。因此，所述波长自由选择的方法能够支持任意波长方案，使一切的波长方案都能够实现。

附图说明

图1为本发明实施例的一种波长自由选择的方法的流程示意图；

图2为本发明实施例的光电探测器阵列结构示意图；

图3为本发明实施例的波长在探测器上的位置分析示意图；

图4为本发明实施例的波长排布方案示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

参阅图1所示，为本发明实施例的一种波长自由选择的方法的流程示意图，包括：

步骤101，根据需求选择生化分析仪的波长输出方案，具体实施过程如下：

在本实施例中，采用了岛津公司生产的光栅P0580-1，该光栅的工作范围为340nm-850nm，刚好是生化分析仪所用波长的工作范围。它将相邻两个波长在光电二极管阵列面上分开的距离约为0.06mm/nm，而采用的滨松公司的光电二极管阵列S4114，该光电二极管阵列中两个二极管之间的距离为1mm，每个二极管的尺寸为0.9mm*4.4mm，通过1/0.06=16.7nm得出，至少两个波长要相差17nm才可以被光电二极管探测出。否则，一个光电二极管上有两个波长，那就无法分辨。在实际操作过程中，生化分析仪采用的波长间隔都在25nm以上，远远大于17nm。

因此，只要满足两个波长相差17nm即可，最后选择的波长方案为：

340

380

405

450

480

505

546

570

600

635

660

700

735

765

800

850

表1

参阅图2所示，为本发明实施例的光电探测器阵列结构示意图，在本实施例中，所述的光电探测器阵列包括了光电二极管阵列201，所述的光电二极管阵列201包括35个二极管202。

步骤102，根据所述的波长输出方案得出生化分析仪中光源与光电探测器阵列之间的波长排布方案，具体实施过程如下：

1)根据选择的波长方案计算得出每个波长在所述的探测器面上所形成的色带宽度：在本实施例中，根据光栅公式dsinθ_i＝mλ_i，其中θ_i为每个波长对应的衍射角，λ_i为衍射波长，根据使用的岛津光栅P0580-1的参数得到光栅常数d＝1/580、光栅级次m＝1。因此，由光栅公式可以得到每个波长对应的衍射角公式为

${\mathrm{\θ}}_i=\arcsin (\frac{{\mathrm{\λ}}_i}{{10}^6}\×580\×1)---\left(1\right)$

根据选定的波长方案，可以计算出衍射角度，根据衍射角度和探测器面和光栅之间的距离，以及探测器面的倾斜角度，计算出每个波长在探测器面上的位置。在本实施例中，参阅图3所示，为本发明实施例的波长在探测器上的位置分析示意图，χ_i为每个波长在探测器上的位置，θ_i为每个波长的衍射角度。根据计算公式：

χ_i=R*tan(β-θ_i)，

其中，R为光栅中心到光电探测器面的距离，β为光电探测器面与光轴的夹角。在本实施例中光栅中心到探测器面的距离为99.4，探测器面与光轴的夹角为20°，99.4和20°都是从光栅厂家得到的常数，即得到：

χ_i=99.4*tan(20°-θ_i)，

这样便可通过每个波长对应的衍射角度θ_i得到每个波长在探测器上的位置。

每个波长在探测器面上的位置之所以有正负值是因为该位置位于了光栅中心到探测器面垂足的两侧，垂足位置为原点，短波侧为正，长波测为负。在本实施例中，光栅中心到探测器面的垂足位置居于θ₃₄₀和θ₈₅₀之间。

由每个波长在探测器面上的位置可以进一步得出每个波长之间的间隔，即将公式（1）代入公式

χ_i=99.4*tan(20°-θ_i)

整理得到：

χ_i=99.4*tan(20°-arcsin(0.00058*λ_i))

然后求导得到：

将每个波长的衍射波长λ_i代入公式（2），便可以得到每个波长之间的间隔距离，距离在0.060mm-0.068mm之间。

如表2中所示。

表2

根据以上所述的可以得出每相隔一个波长，则探测器面上相隔0.06mm。根据半波宽为8nm，通过0.06*8=0.48mm，得到半波宽8nm的波长间隔在探测器面上形成了约为0.5mm的色带宽度，也就是每个波长需要提供的探测宽度为0.5mm。需要说明的是，在本实施例中，取0.06mm并不失一般性。一方面是因为取平均值0.064mm和取0.06mm形成的色带宽度都是约为0.5mm；另一方面波长340nm与波长341nm之间的波长间隔为0.06mm，而波长340nm是波长方案中的重点和难点。

2）得出所述波长的排布方案：对于一个选定的光栅来说，它的每个波长所在位置是完全固定的，当选择了一套波长方案后，一般都是根据选择的光电二极管阵列，在本实施例中是35个二极管的阵列，间隔1mm，每个二极管宽度0.9mm，将色带宽度为0.5mm的半波宽放在0.9mm宽的二极管上是非常容易实现的。

参阅图4所示，为本发明实施例的波长排布方案示意图，将第一个波长340nm放在第一个二极管的中央，将以后的每个波长都按照表2中的间隔位置来放置。

步骤103，确定落在两二极管之间的波长对应的所述的两个二极管，根据波长排布方案，分别将所有落在两二极管之间的波长对应的所述的两个二极管正极短接和负极短接，所述的两个二极管作为一个二极管使用。具体实施过程如下：

1）根据波长排布方案得到所有落在所述光电二极管阵列中两二极管之间的波长：在本实施例中，如图4所示的波长排布方案可得到，其中波长450nm、波长480nm、波长546nm、波长660nm、波长735nm、波长765nm和波长800nm都落在了两个二极管之间。这种情况理论上说来是可以避免的，比如可以通过选择不同的探测器来精心设计，但大量情况下是很难避免的，几乎是无法避免的，对于高端的16种波长的情况，就更是无法避免的。

2）分别将所述波长对应的两个二极管正极短接和负极短接，所述的两个二极管作为一个二极管使用：在本实施例中，由于所述的光电探测器阵列是一个芯片，所述的35个二极管202的负极本身就是短接一起而使用的，因此负极不用处理，仅从公共负极端引出即可。正极短接就是将有波长落在两个二极管之间的这两个二极管都引出正极线，进行正极短接。这样两个二极管当成一个二极管即合成二极管使用，合成二极管的正极就是两个二极管的短接正极，合成二极管的负极就是两个二极管的短接负极。从而，可以将落在两个二极管之间的波长450nm、波长480nm、波长546nm、波长660nm、波长735nm、波长765nm和波长800nm，不需要进行波长数值的微调就可以被二极管接收。

值得注意的是，为了证明所述的波长自由选择方法中的这种短接方法是完全可行的，对450nm和660nm两个波长进行测试，分别使用340nm测试溶液重铬酸钾和505nm测试溶液氯化钴来测量这两个波长，原因是并没有专门针对这两个波长的测试标准溶液，340nm的溶液在450nm处的吸光度仍然可以作为标准比对值。分别使用分光光度计测出重铬酸钾溶液在450nm处的吸光度和氯化钴溶液在660nm处的吸光度作为比对值，比对二者是否在误差允许范围内一致。

三次测量结果：

450nm

表3

表4

由表3和表4反映出的测量结果可以看出，两个波长450nm和660nm表现非常好，误差很小。450nm和660nm是两个比较重要的波长，因此用这两个波长作为测试波长，但并不失去一般性。通过此测量结果从而证明了所述的波长自由选择方法中的正极短接和负极短接方法是有效地和正确地。

从上面的描述可以看出，本发明所述的一种波长自由选择方法，创造性地提出了分别将所述落在两个二极管之间的波长对应的两个二极管正极短接和负极短接，打破常规，所述的两个二极管作为一个二极管使用。采用本发明提供的方法可以简单方便的解决生化分析仪中波长方案选择的自主灵活性问题，使得在满足波长间隔大于一定数值（一般生化分析仪都能满足）情况下，任何的波长方案都能实现，再也不用修改波长方案。并且简单而方便，容易理解也容易接受，更容易实现。同时具有极大的推广性，使得不管采用何种光栅，何种光电二极管阵列都可以采用此方法，从而波长方案将会更加完美，更好的满足市场、医院以及科学技术发展的需要。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种波长自由选择的方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.确定落在两二极管之间的波长对应的所述的两个二极管；

B.根据波长排布方案，分别将所有落在两二极管之间的波长对应的所述的两个二极管正极短接和负极短接。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤A前包括：根据需求选择生化分析仪的波长输出方案。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的步骤A前还包括：根据所述的波长输出方案得出生化分析仪中光源与光电探测器阵列之间的波长排布方案。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的波长输出方案计算得出每个波长在探测器面上所形成的色带宽度。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的每个波长在探测器面上所形成的色带宽度小于等于二极管的宽度。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述每个波长在探测器面上所形成的色带宽度根据每个波长之间的间隔距离计算得到。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的每个波长之间的间隔距离是根据下面公式得出：

$\frac{{\mathrm{d\χ}}_i}{{\mathrm{d\λ}}_i}=-0.00058*R*\frac{1}{{\cos }^2(\mathrm{\β}-\arcsin (0.00058*{\mathrm{\λ}}_i))}*\frac{1}{\sqrt{1-{(0.00058*{\mathrm{\λ}}_i)}^2}}$

其中，χ_i为每个波长在光电探测器上的位置，λ_i为每个波长的衍射波长，R为光栅中心到光电探测器面的距离，β为光电探测器面与光轴的夹角。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的方法，其特征在于，所述的步骤B将所述波长方案中波长对应的二极管的负极短接在一起，分别将所有落在两二极管之间的波长对应的所述的两个二极管正极短接。

Images