Фотометр для чего используется
Как это работает. Фотометр
Россия входит в первую пятерку государств по уровню тестирования на коронавирус. Сегодня в стране, помимо ПЦР-тестов, широко применяется ИФА-метод выявления инфекции. Иммуноферментный тест позволяет показать наличие либо отсутствие в крови пациента антител.
Проведение большого числа ИФА-тестов на коронавирус потребовало ускоренного производства специального оборудования – фотометров. Такие приборы в контуре Госкорпорации Ростех выпускает холдинг «Швабе». Фотометрами производства Корпорации оснащены сотни клиник и лабораторий России.
Иммуноферментный анализ и битва «антиген-антитело»
Иммуноферментный анализ (сокращенно ИФА) – это лабораторный метод качественного или количественного определения различных низкомолекулярных соединений, макромолекул, вирусов и др. В его основе лежит специфическая реакция «антиген-антитело» – антитела связываются исключительно с определенными антигенами. Далее подбирается фермент в качестве метки для антитела или антигена. Для обнаружения вносится субстрат (фермент-чувствительное вещество), которое под действием фермента разлагается, образуя цветной продукт. Окрашенные соединения поглощают видимый свет, то есть электромагнитное излучение с длинами волн 400-700 нм. Поглощение света подчиняется известному закону – оптическая плотность раствора в определенном диапазоне прямо пропорциональна концентрации вещества. Для измерения оптической плотности и применяется фотометр. Прежде чем подробнее рассмотреть устройство и принцип работы этого прибора, стоит разобраться в непростых взаимоотношениях антигенов и антител, а также понять, о чем они могут рассказать.
Антиген – это чужеродное белковое соединение (молекула), попавшее в организм человека с бактериальной, вирусной или другой инфекцией. На защиту организма от таких вредителей встают антитела – это иммунные клетки (иммуноглобулины). Существует несколько видов антител – каждый вступает в действие на определенном этапе иммунного ответа. Так, при проникновении антигена в организм, первыми отпор дают иммуноглобулины класса М (IgM). Высокий уровень этих антител наблюдается в первые дни заболевания.
Позже иммунная система выбрасывает в кровь иммуноглобулины класса G (IgG), которые борются с антигенами до победного, а потом продолжают циркулировать по сосудам, обеспечивая иммунитет к повторному заражению. Также существуют иммуноглобулины класса А, которые защищают «ворота» организма – в большом количестве содержатся в слизистых оболочках. Существуют и другие виды иммуноглобулинов, но именно IgM, IgG и IgA чаще других являются объектами лабораторных исследований. По их количеству в крови можно оценить, на какой стадии находится инфекционный процесс, а также узнать, перенес ли ранее человек то или иное инфекционное заболевание, например, краснуху, ветряную оспу или COVID-19. Именно ИФА-тесты активно проводят в пандемию, для выявления коронавируса или наличия антител к нему.
В случае с коронавирусной инфекцией, иммуноферментный метод может «подсветить» некоторые важные моменты. Например, выявить бессимптомных носителей вируса, которые могут и не знать о том, что инфицированы. Такой тест может показать и наличие иммунитета, количество выработанных антител. Кроме того, ИФА-тест важен для пациентов, у кого с момента заражения прошло более двух недель. В это время мазок из носа или ротоглотки методом ПЦР не так информативен – вирус мог опуститься в легкие.
Как правильно «подсветить»: устройство и принцип работы фотометра
В лабораториях и клиниках для иммуноферментного анализа широко используются планшетные фотометры. Такие автоматические ИФА-анализаторы проводят анализ сразу большого количества проб – включают от восьми до сотен лунок. Планшетный фотометр ЭФОС 9305, который производится московским заводом «САПФИР» холдинга «Швабе» Госкорпорации Ростех, автоматически обрабатывает до 96 проб.
Планшетный фотометр ЭФОС 9305
В основе любого фотометра лежат физические законы поглощения света – устройство позволяет вычислить концентрации различных окрашенных растворов по поглощению света ими. В структуру такого прибора обычно входят: лампа, светофильтр, кювета для растворов, фотоприемник, преобразователь сигнала (усилитель), устройство измерительное (гальванометр).
Итак, луч света от источника света – лампы – светит через светофильтр. Полученный монохроматический свет следует через кювету с раствором. Кюветы (их минимум две) представляют из себя сосуды, в которые наливают раствор для сравнения и исследуемый раствор. Прошедший через раствор световой спектр, следует на фотоприемник, преобразующий энергию световой волны в электрический ток. Полученный электрический сигнал усиливается усилителем и попадает на измерительное устройство, которое покажет оптическую плотность раствора и коэффициент пропускания. Таким образом, принцип измерения базируется на том, что на фотоприемник поочередно направляют потоки света – прошедший через анализируемый раствор и контрольный поток. Это и есть основа работы фотометра – измерение отношения двух световых потоков.
В фотометрический блок модели ЭФОС 9305 встроена микро-ЭВМ с программным обеспечением, которая управляет перемещением 96-луночного планшета и отвечает за обработку результатов измерений по методикам иммуноферментного анализа. ИФА-метод используется не только при диагностике бактериальных и вирусных инфекций, но и онкозаболеваний (выявление онкомаркеров), аутоиммунных и наследственных заболеваний. «Швабе» активно поставляет эти устройства в сотни российских лабораторий и клиник, а также за рубеж.
Значение слова «фотометр»
[От греч. φω̃ς, φωτός — свет и μετρέω — мерю]
Источник (печатная версия): Словарь русского языка: В 4-х т. / РАН, Ин-т лингвистич. исследований; Под ред. А. П. Евгеньевой. — 4-е изд., стер. — М.: Рус. яз.; Полиграфресурсы, 1999; (электронная версия): Фундаментальная электронная библиотека
При использовании фотометра осуществляют определённое пространственное ограничение потока излучения и регистрацию его приёмником излучения с заданной спектральной чувствительностью. Освещённость измеряют люксметрами, яркость — яркомерами, световой поток и световую энергию — с помощью фотометра интегрирующего. Приборы для измерения цвета объекта называют колориметрами.
Если в качестве приёмника используется глаз, фотометры называются визуальными, или зрительными, если же применяется какой-либо физический приёмник, фотометры называются физическими. Оптический блок фотометра, иногда называемый фотометрической головкой, содержит линзы, светорассеивающие пластинки, ослабители света, светофильтры, диафрагмы и приёмник излучения.
Чаще всего в фотометрах с физическими приёмниками поток излучения преобразуется в электрический сигнал, регистрируемый устройствами типа микроамперметра, вольтметра и т. д. В импульсных фотометрах применяют регистрирующие устройства типа электрометра, запоминающего осциллографа, пикового вольтметра. В визуальном фотометре равенство яркостей двух полей сравнения, освещаемых по отдельности сравниваемыми световыми потоками, устанавливается глазом, который располагается у окуляра фотометрической головки.
Фотометры находят широкое применение в лабораторной практике. Например, с помощью фотометров можно определять спектр образцов, что позволяет установить их химический состав. Особый класс этих приборов – пламенные фотометры – предназначен для выявления в образцах наличия щелочных металлов (литий, натрий, калий). Для этого образец сжигается при высокой температуре, а анализ спектра пламени с помощью фотометра позволяет выявить наличие щелочных металлов в образце. Решить эту задачу другими способами гораздо труднее. В современных фотометрах световое излучение обычно преобразуется в электрические импульсы, которые регистрируются по принципу вольтметра и амперметра и затем преобразуются в компьютерный формат.
ФОТО’МЕ’ТР, а, м. [от греч. phōs — свет и metreō — измеряю]. 1. Прибор для измерения силы света, исходящего от светящегося предмета, источника света (физ.). 2. Прибор для определения яркости звезд (астр.).
Источник: «Толковый словарь русского языка» под редакцией Д. Н. Ушакова (1935-1940); (электронная версия): Фундаментальная электронная библиотека
ФОТОМЕТР
Создание и применение импульсных Ф. сопряжено с необходимостью использования приёмников излучения с высоким разрешением во времени и широким динамич. диапазоном. Кроме того, в Ф. для сверхкоротких лазерных импульсов могут оказаться существенными длительность переходной или импульсной характеристики оптич. системы, возможные лучевые пробои оптич. элементов в местах фокусировки пучка, изменения коэф. пропускания сред и т. п. Для Ф. с абс. градуировкой характерны относительно большие систематич. погрешности измерений (обычно 10-20%); фотометрирование с погрешностью менее 5% возможно только в специализир. лабораториях.
Ф. для измерения отношения потоков излучения (коэф. пропускания и отражения образцов) имеют более высокую точность и строятся по одноканальной и двухканальной оптич. схемам. В однолучевом случае измеряется относит. уменьшение потока излучения при установке образца на пути луча. В двухлучевом случае ослабление образцом потока излучения в измерит. луче определяется по отношению к потоку излучения в т. н. опорном канале. Для уравнивания потоков излучения в каналах применяются регулируемые диафрагмы, фотометрич. клин и др. подобные устройства. Ф. для измерения коэф. пропускания и отражения светорассеивающих образцов строятся на базе фотометрич. шаров.
Лит. см. при ст. Фотометрия. А. С. Дойников.
Когда необходим фотометр?
Благодаря измерению световых величин человеческой цивилизации стали известны многие космические и земные тайны. В 19 веке при помощи первых визуальных фотометров астрономы измеряли яркость звезд, планет и Луны, сравнивая со светом искусственной звезды. В наши дни фотометры помогают совершать научные открытия и решать множество практических задач в различных областях человеческой деятельности.
Изучение веществ
Физический смысл закона Бугера — Ламберта — Бера весьма прост — чем больше окрашивающего вещества находится в растворе, тем больше света такой раствор поглощает. На этом законе основана работа колориметров, фотоколориметров, фотометров, спектрофотометров различного назначения и конструкции, позволяющих обнаруживать и количественно определять практически все известные простые и сложные вещества.
Фотометрический анализ является одним из наиболее востребованных методов аналитической химии. Медицинские, фармацевтические, химические, металлургические, нефтепромышленные, пищевые, сельскохозяйственные, экологические, экспертные лаборатории используют эти приборы в своей деятельности.
Фотометрическими методами определяют количественный и качественный состав различных сред и материалов, их чистоту, наличие примесей, опасных веществ, криминальных следов.
Спектрофотометры нового поколения В 1200 или В 1100 способны обеспечить бесперебойную работу по анализу веществ в любой из этих областей.
Фотометры в медицине
Диагностические возможности современной медицины существенно расширяются благодаря методам лабораторной диагностики.
При помощи пламенных фотометров измеряют электролитный состав биологических жидкостей. Клиническая биохимия располагает методами определения десятков показателей белкового, углеводного, липидного обмена, ферментов, различных минеральных и органических веществ. Приборы для экспресс-диагностики отдельных жизненно важных показателей (глюкоза, гемоглобин, билирубин и др.) помогают в экстренных ситуациях.
Фотометрическое определение результатов иммунохимических реакций позволили поставить на поток скрининг большого количества болезней, диагностика которых другими методами была сложной и дорогостоящей.
Содержание
История
До того, как были разработаны электронные светочувствительные элементы, фотометрия производилась визуально. Относительный световой поток источника сравнивался со стандартным источником. Фотометр размещен таким образом, чтобы освещенность исследуемого источника была равна освещенности стандартного источника, так как человеческий глаз может определить одинаковую освещенность. Затем можно рассчитать относительные световые потоки, поскольку освещенность уменьшается пропорционально обратному квадрату расстояния. Стандартный пример такого фотометра представляет собой лист бумаги с масляным пятном на нем, которое делает бумагу немного более прозрачной. Когда пятно не видно ни с одной стороны, освещенность с двух сторон одинакова.
К 1861 году в употреблении было три типа. Это были фотометр Рамфорда, фотометр Ричи и фотометры, которые использовали угасание теней, которое считалось наиболее точным.
Фотометр Рамфорда
Фотометр Рамфорда (также называемый теневым фотометром) основывался на принципе, согласно которому более яркий свет отбрасывает более глубокую тень. Два сравниваемых источника света использовались для отбрасывания тени на бумагу. Если бы тени были одинаковой глубины, разница в расстоянии источников света указала бы на разницу в интенсивности (например, свет в два раза дальше будет в четыре раза больше интенсивности).
Фотометр Ричи
Фотометр Ричи зависит от равномерного освещения поверхностей. Он состоит из ящика (а, б) длиной шесть или восемь дюймов и одного по ширине и глубине. В середине деревянный клин (f, e, g) был загнут вверх и покрыт белой бумагой. Глаз пользователя смотрел через трубку (d) в верхней части коробки. Высота устройства также регулируется с помощью подставки (c). Источники света для сравнения были помещены сбоку от коробки (m, n), которые освещали бумажные поверхности, так что глаз видел обе поверхности одновременно. Путем изменения положения фонарей они были сделаны так, чтобы освещать обе поверхности одинаково, с разницей в интенсивности, соответствующей квадрату разницы в расстоянии.
Метод гашения теней
Этот тип фотометра зависел от того факта, что если свет отбрасывает тень непрозрачного объекта на белый экран, существует определенное расстояние, на котором, если туда попадает второй свет, стираются все следы тени.
Принцип фотометров
Подсчет фотонов
Из-за своей индивидуальной природы счета фотонов эти инструменты ограничены наблюдениями при низкой освещенности. Освещенность ограничена временным разрешением соответствующей электроники считывания детектора. С современной технологией это находится в мегагерцовом диапазоне. Максимальная освещенность также ограничена параметрами пропускной способности и усиления самого детектора.
Светочувствительным элементом в устройствах счета фотонов в ближнем ИК, видимом и ультрафиолетовом диапазонах длин волн является фотоумножитель, обеспечивающий достаточную чувствительность.
Фотография
Фотометрия отражения видимого света
Отражательная фотометр измеряет отражательную способность поверхности в зависимости от длины волны. Поверхность освещается белым светом, и отраженный свет измеряется после прохождения через монохроматор. Этот тип измерения имеет в основном практическое применение, например, в лакокрасочной промышленности для объективной характеристики цвета поверхности.
Фотометрия пропускания УФ и видимого света
Фотометрия пропускания инфракрасного света
Атомно-абсорбционная фотометрия
Смотрите также
Рекомендации
Статья частично основана на соответствующей статье в шведской Википедии.