Nghiên cứu ứng dụng phương pháp đo kinetic trên thiết bị uv vis spectrometer
- 88 trang
- file .pdf
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Nghiên cứu ứng dụng phương pháp đo
KINETIC trên thiết bị UV-VIS
SPECTROMETER
HOÀNG THỊ MAI PHƯƠNG
Ngành Kỹ thuật Y sinh
Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS. Vũ Duy Hải
Trường: Điện – Điện tử
HÀ NỘI, 2022
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Nghiên cứu ứng dụng phương pháp đo
KINETIC trên thiết bị UV-VIS
SPECTROMETER
HOÀNG THỊ MAI PHƯƠNG
Ngành Kỹ thuật Y sinh
Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS. Vũ Duy Hải
Chữ ký của GVHD
Trường: Điện – Điện tử
HÀ NỘI, 2022
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
--------------------------------
BIÊN BẢN XẤC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn: Hoàng Thị Mai Phương
Đề tài luận văn: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP
ĐO KINETIC TRÊN THIẾT BỊ UV-VIS SPECTROMETER
Chuyên ngành: Kỹ thuật y sinh
Mã số HV : 20202353M
Tác giả, người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác
nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản học Hội đồng
ngày….. tháng 10 năm 2022 với các nội dung sau:
- Đã chỉnh sửa lại các lỗi văn bản
- Đã chỉnh sửa lại các hình vẽ
- Đã hoàn thiện các yêu cầu khác theo biên bản của hội đồng.
Ngày …. tháng …….năm 2022
Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn
PGS.TS. Vũ Duy Hải Hoàng Thị Mai Phương
Chủ tịch Hội đồng
TS. Nguyễn Phan Kiên
LỜI CẢM ƠN
Dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Vũ Duy Hải, luận văn: Nghiên
cứu ứng dụng phương pháp đo Kinetic trên thiết bị UV VIS Spetrometer” đã
được hoàn thành.
Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Vũ Duy Hải đã tận
tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành khóa luận tốt nghiệp. Tôi
cũng xin gửi lời cảm đến ơn các thầy, cô giáo đã tận tình truyền đạt những kiến
thức quan trọng và bổ ích trong suốt quá trình học tập tại trường Đại học Bách
khoa Hà Nội.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới bố mẹ tôi, tới gia đình và bạn bè - những
người đã hết sức ủng hộ, giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình học tập đã
qua.
Khóa luận của tôi còn những hạn chế về năng lực và những thiếu sót trong
quá trình nghiên cứu. Tôi xin lắng nghe và tiếp thu những ý kiến của giáo viên
phản biện để hoàn thiện, bổ sung kiến thức.
Cuối cùng, tôi xin kính chúc các thầy cô giao, lãnh đạo các phòng ban chức
năng Trường Đại học Bách khoa Hà Nội dồi dào sức khỏe và thành công trong sự
nghiệp
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 20 tháng 9 năm 2022
Tác giả
Hoàng Thị Mai Phương
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng phương pháp đo Kinetic trên thiết bị UV
VIS Spetrometer.
Tác giả luận văn: Hoàng Thị Mai Phương
Khóa: 2020B
Người hướng dẫn: PGS.TS. Vũ Duy Hải
Từ khóa (Keyword): Bức xạ tử ngoại, Ánh sáng khả kiến, Bức xạ hồng ngoại,
Quang phổ hấp thụ nguyên tử, Xét nghiệm miễn dịch, Điện cực lựa chọn ion,
Chứng chỉ chất lượng, Mật độ quang.
Nội dung tóm tắt:
a) Lý do chọn đề tài
Theo cùng với sự phát triển mạnh mẽ của thế giới, các ngành khoa học, đặc
biệt là ở lĩnh vực kỹ thuật điện tử, tự động hóa đang chứng minh được tốc độ tiên
tiến và đi lên của mình. Thật vậy, khoa học kỹ thuật đã và đang được ứng dụng
hiệu quả ở trên mọi lĩnh vực, trong thực tế đời sống của con người. Trong đó, y tế
không chỉ là một trong những lĩnh vực thể hiện rõ nhất tính ứng dụng của khoa
học kỹ thuật, mà còn là một môi trường hoàn hảo, đầy tiềm năng cho các nhà khoa
học, kỹ sư đầu tư nghiên cứu. Ngày nay, trên thế giới, ở các quốc gia đang phát
triển nói chung và Việt Nam nói riêng, các trang thiết bị y tế đang được sử dụng
tân tiến và hiện đại không thua kém gì các phát minh về khoa học kỹ thuật trong
lĩnh vực y tế của các nước phát triển. Trong đó, máy xét nghiệm sinh hóa là một
trong những thiết bị hiện đại và vô cùng hữu dụng, đang được sử dụng liên tục tại
các phòng xét nghiệm ở các bệnh viện, phòng khám lớn và nhỏ.
Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó, cùng sự hướng dẫn của thầy giáo, em đã
chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng phương pháp đo Kinetic trên thiết bị UV VIS
Spetrometer”
b) Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu.
Mục đích: Trợ giúp các kỹ sư, kỹ thuật viên trong quá trình sử dụng, sửa
chữa, khai thác và phát triển tối ưu các thiết bị mà vẫn có thể nắm vững được các
nguyên lý làm việc cơ bản của các máy xét nghiệm sinh hóa; để sinh viên, các kỹ
sư tương lai được tiếp cận với các kiến thức cơ bản của quy trình xét nghiệm
Đối tượng: Sự phát triển của các kỹ thuật xét nghiệm sinh hóa nói chung,
phương pháp đo Kinetic trên thiết bị UV VIS Spetrometer nói riêng, và sự ứng
dụng thực tế tại Bệnh viện.
Phạm vi nghiên cứu:
- Tổng quan về định luật Lambert Beer và các phương pháp phân tích
- Thiết bị đo quang phổ UV VIS và phần mềm Logger pro
- Thực hành nghiên cứu ứng dụng phương pháp đo Kinetic trên thiết bị đo
quang phổ UV- VIS.
c) Tóm tắt cô đọng các nội dung chính và đóng góp mới của tác giả
Tìm hiểu kỹ thuật xét nghiệm sinh hóa ở máy UV VIS Spetrometer, chỉ ra
một số hạn chế của kỹ thuật và ứng dụng tại Bệnh viện. Từ đó nghiên cứu, trình
bày trong luận văn phương hướng triển khai thực hiện thực tế tại Bệnh viện, phục
vụ công tác khám chữa bệnh sau này.
d) Phương pháp nghiên cứu
- Thu thập, phân tích các tài liệu và những thông tin liên quan đến đề
tài.
- Tìm hiểu thuật toán, mô hình làm việc, trao đổi dữ liệu giữa các thành
phần của thiết bị sử dụng kỹ thuật xét nghiệm sinh hóa, từ đó đi sâu vào nghiên
cứu nguyên lý máy UV VIS Spetrometer và ứng dụng thực tế của máy.
- Kết hợp với các nghiên cứu đã và đang thực hiện của các tác giả trong
nước cùng với sự chỉ bảo, góp ý của Giảng viên hướng dẫn để hoàn thành nội dung
nghiên cứu.
e) Kết luận
Hoàn thành nghiên cứu về kỹ thuật xét nghiệm sinh hóa ở máy UV VIS
Spetrometer và giới thiệu về máy đo quang phổ UV-VIS có trong phòng thí
nghiệm, đây là một thiết bị phân tích quang phổ cầm tay sử dụng ánh sáng trong
dải nhìn thấy (VIS) và dải cực tím (UV). Thiết bị này có cấu tạo cơ bản của các
máy xét nghiệm thông thường, tuy nhiên đơn giản, nhỏ gọn và ít phức tạp hơn các
thiết bị xét nghiệm sinh hóa tại các phòng khám và bệnh viện. Vì vậy, thiết bị có
độ sai số cao hơn các máy tự động và bán tự động, phù hợp trong giáo dục và thực
hành, thí nghiệm tại trường học, cơ sở giảng dạy.
Đồng thời, em cũng giới thiệu đến phần mềm thu nhận kết quả Logger pro,
một phần mềm với giao diện ổn định, thân thiện với người dùng, tích hợp những
tính năng thông minh để hỗ trợ người sử dụng.
Hà Nội, ngày….. tháng … năm 2022
HỌC VIÊN
Hoàng Thị Mai Phương
MỤC LỤC
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT....................................................................... iii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................... iv
DANH MỤC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ MINH HỌA ........................................ v
LỜI NÓI ĐẦU .............................................................................................. 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỊNH LUẬT LAMBERT-BEER VÀ
CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ........................................................... 3
1.1. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH XÉT NGHIỆM ............. 3
1.1.1 Phương pháp phân tích theo phổ nguyên tử hấp thụ (AAS) ..... 3
1.1.2 Phương pháp đo màu quang điện .............................................. 5
1.1.3 Phương pháp sắc ký .................................................................. 7
1.2 SỰ HẤP THỤ BỨC XẠ ĐIỆN TỪ ................................................. 8
1.2.1 Sự phân loại phổ........................................................................ 8
1.2.2 Bản chất của bức xạ điện từ .................................................... 10
1.2.3 Sự hấp thụ bức xạ điện từ của vật chất ................................... 10
1.2.4 Phổ UV - VIS ......................................................................... 11
1.3 ĐỘ TRUYỀN QUANG VÀ ĐỘ HẤP THỤ .................................. 12
1.3.1 Độ truyền quang ...................................................................... 12
1.3.2 Độ hấp thụ quang .................................................................... 12
1.4 ĐỊNHLUẬT LAMBERT BEER ................................................... 13
1.4.1 Phát biểu định luật................................................................... 13
1.4.2 Chứng minh định luật ............................................................. 13
1.4.3 Phương trình định luật ............................................................ 14
1.4.4 Các yếu tố làm sai lệch định luật Lambert Beer ..................... 15
1.4.5 Độ chính xác của phép đo độ hấp thụ và phép đo nồng độ .... 16
1.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TRONG MÁY XÉT NGHIỆM
SINH HÓA ............................................................................................... 17
1.5.1 Phương pháp phân tích điểm cuối (End-Point)....................... 17
1.5.2 Phương pháp phân tích động học hai điểm (Fixed - time) ..... 18
1.5.3 Phương pháp phân tích động học (Kinetics)........................... 19
i
1.5.4 Phương pháp đo 2 màu............................................................ 21
1.5.5 Phân tích đa chuẩn (Multistandards) ....................................... 21
1.5.6 Phương pháp đo huyết thanh trắng (Serum Blank)................. 22
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ..................................................................... 23
CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ ĐO QUANG PHỔ UV-VIS VÀ PHẦN MỀM
LOGGER PRO ............................................................................................ 24
2.1 TỔNG QUAN VỀ MÁY QUANG PHỔ ....................................... 24
2.1.1 Khái niệm ................................................................................ 24
2.1.2 Cấu tạo..................................................................................... 24
2.1.3 Nguyên lý hoạt động của máy quang phổ:.............................. 25
2.2 THIẾT BỊ ĐO QUANG PHỔ UV-VIS VÀ PHẦN MỀM LOGGER
PRO: .......................................................................................................... 26
2.2.1 Thành phần chính của máy đo quang phổ UV-VIS Vernier... 27
2.2.2 Cách kết nối và thông số kỹ thuật của máy phân tích quang phổ
UV-VIS................................................................................................... 37
2.3 PHẦN MỀM LOGGER PRO: ........................................................ 38
2.3.1 Tính năng: .......................................................................... 38
2.3.2 Cách sử dụng Logger Pro ........................................................ 40
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ............................................................................ 60
CHƯƠNG 3: THỰC HÀNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG
PHÁP ĐO KINETIC TRÊN THIẾT BỊ ĐO QUANG PHỔ UV-VIS ........ 61
3.1 THÍ NGHIỆM SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐỘNG
HỌC (KINETICS): ĐO NỒNG ĐỘ MEN GAN GOT/AST ................... 61
3.1.1 Hóa chất AST/GOT................................................................. 61
3.1.2 Tiến hành thí nghiệm .............................................................. 64
3.2 QUÁ TRÌNH PHẢN ỨNG............................................................. 69
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ............................................................................ 73
KẾT LUẬN ................................................................................................. 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................... 75
ii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Từ đầy đủ Nghĩa tiếng việt
UV Ultra Violet Bức xạ tử ngoại
VIS Visible Ánh sáng khả kiến
IR Ifrared Bức xạ hồng ngoại
Automic Abrsorption Quang phổ hấp thụ nguyên
AAS
Spectrophotometric tử
EIA Enzyme immunoassay Xét nghiệm miễn dịch
ISE Ion selective electrode Điện cực lựa chọn ion
QC Quality Control Chứng chỉ chất lượng
OD Optical density Mật độ quang
PCB Printed circuit board Bo mạch in
iii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2. 1 Nguyên tắc hấp thụ quang .......................................................... 26
Bảng 2. 2 Bước sóng ánh sáng khả kiến và màu sắc tương ứng ................ 26
Bảng 2. 3 Thông số kỹ thuật máy UV-VIS Spectrometer ............................ 38
Bảng 3. 1 Thành phần hóa chất AST/GOT ................................................. 63
Bảng 3. 2 Khuyến cáo sử dụng hóa chất ..................................................... 63
Bảng 3. 3 Giá trị tham khảo ........................................................................ 63
Bảng 3. 4 Bảng tỉ lệ trộn hóa chất .............................................................. 64
Bảng 3. 5 Bảng thống kê sự thay đổ độ dốc của đường đặc tuyến ............. 67
Bảng 3. 6 Sự thay đổi của chỉ số AST/GOT khi thay đổi thể tích mẫu ....... 69
iv
DANH MỤC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ MINH HỌA
Hình 1. 1 Sơ đồ cấu tạo hệ thống máy AAS .................................................. 4
Hình 1. 2 Mô tả phương pháp sắc ký ............................................................ 8
Hình 1. 3 Dải bước sóng của bức xạ điện từ .............................................. 10
Hình 1. 4 Hình mô phỏng hiện tượng hấp thụ ánh sáng của dung dịch mẫu
..................................................................................................................... 10
Hình 1. 5 Hình vẽ mô phỏng ánh thí nghiệm định luật Lambert Beer ....... 12
Hình 1. 6 Mô tả cho phương pháp đo điểm cuối với tham số lượng Glucose
trong máu .................................................................................................... 18
Hình 2. 1 Sơ đồ khối cấu tạo máy quang phổ ............................................. 25
Hình 2. 2 Sơ đồ cấu tạo máy quang phổ ..................................................... 26
Hình 2. 3 Hình mặt trước máy máy đo quang phổ UV-VIS ........................ 27
Hình 2. 4 Hình mặt bên máy máy đo quang phổ UV-VIS ........................... 27
Hình 2. 5 Hình ảnh máy đo quang phổ UV-VIS và phụ kiện ...................... 28
Hình 2. 6 Hình ảnh máy đo quang phổ UV-VIS và phụ kiện ...................... 28
Hình 2. 7 Cấu tạo bên trong thiết bị phân tích quang phổ UV-VIS............ 29
Hình 2. 8 Nguồn sáng.................................................................................. 30
Hình 2. 9 Khối cấp nguồn cho đèn và cảm biến nhiệt độ ........................... 32
Hình 2. 10 Quạt tản nhiệt cho thiết bị........................................................ 33
Hình 2. 11 Bộ chọn sóng của thiết bị đo quang phổ UV-VIS Vernier ........ 34
Hình 2. 12 Mô phỏng lại quá trình phân tách ánh sáng trên thiết bị ......... 35
Hình 2. 13 Detector của máy đo quang phổ ............................................... 35
Hình 2. 14 Thông số khi mở một file mẫu ................................................... 41
Hình 2. 15 Vị trí Change Units trên phần mềm .......................................... 41
Hình 2. 16 Bảng hiển thị để lựa chọn đơn vị hoặc dữ liệu ......................... 42
Hình 2. 17 Cách chọn Calibrate để máy sẵn sàng trước khi sử dụng ........ 42
Hình 2. 18 Phần mềm hiển thị bảng Calibrate ........................................... 43
Hình 2. 19 Quá trình Calibration hoàn tất ................................................. 44
v
Hình 2. 20 Giao diện chính của phần mềm Logger Pro ............................. 44
Hình 2. 21 Giao diện bảng Configure Spectrophotometer Data Collection
..................................................................................................................... 57
Hình 2. 22 Ví dụ khi chọn Linear fit............................................................ 59
Hình 3. 1 Hình ảnh trích ra từ chỉ định sử dụng ( tờ sớ) của nhà sản xuất 62
Hình 3. 2 Hình ảnh mẫu trước khi thực hiện phản ứng .............................. 64
Hình 3. 3 Hai hóa chất trước khi tác dụng với mẫu ................................... 65
Hình 3. 4 Dung dịch sau khi đưa mẫu vào với hai hóa chất....................... 65
Hình 3. 5 Biểu đồ kết quả đo lần 1 bằng phương pháp Kinetic trên
LoggerPro ................................................................................................... 66
Hình 3. 6 Biểu đồ kết quả đo lần 2 bằng phương pháp Kinetic trên
LoggerPro ................................................................................................... 66
Hình 3. 7 Biểu đồ kết quả đo lần 3 bằng phương pháp Kinetic trên
LoggerPro ................................................................................................... 67
Hình 3. 8 Các phản ứng oxy hóa khử của nicotinamide adenine
dinucleotide ................................................................................................. 70
Hình 3. 9 Phổ hấp thụ UV của NAD + và NADH........................................ 71
vi
LỜI NÓI ĐẦU
Theo cùng với sự phát triển mạnh mẽ của thế giới, các ngành khoa
học, đặc biệt là ở lĩnh vực kỹ thuật điện tử, tự động hóa đang chứng minh
được tốc độ tiên tiến và đi lên của mình. Thật vậy, khoa học kỹ thuật đã và
đang được ứng dụng hiệu quả ở trên mọi lĩnh vực, trong thực tế đời sống của
con người. Trong đó, y tế không chỉ là một trong những lĩnh vực thể hiện rõ
nhất tính ứng dụng của khoa học kỹ thuật, mà còn là một môi trường hoàn
hảo, đầy tiềm năng cho các nhà khoa học, kỹ sư đầu tư nghiên cứu. Ngày
nay, trên thế giới, ở các quốc gia đang phát triển nói chung và Việt Nam nói
riêng, các trang thiết bị y tế đang được sử dụng tân tiến và hiện đại không
thua kém gì các phát minh về khoa học kỹ thuật trong lĩnh vực y tế của các
nước phát triển. Trong đó, máy xét nghiệm sinh hóa là một trong những thiết
bị hiện đại và vô cùng hữu dụng, đang được sử dụng liên tục tại các phòng
xét nghiệm ở các bệnh viện, phòng khám lớn và nhỏ.
Xét nghiệm sinh hóa là một xét nghiệm y học phổ biến, thường dùng
trong chẩn đoán và theo dõi bệnh lý. Xét nghiệm sẽ đo nồng độ một số chất
trong máu, từ đó đánh giá chức năng của một số bộ phận cơ thể đặc trưng
cho chỉ số sinh hóa đó. Máy xét nghiệm sinh hóa lại là một thiết bị giúp cho
công tác xét nghiệm sinh hóa diễn ra tự động hoặc bán tự động, giúp làm
giảm thời gian và nhân lực cho công tác xét nghiệm, chẩn đoán bệnh. Ngày
nay, các thiết bị xét nghiệm sinh hóa đang được thiết kế để trở nên hiện đại,
tiện lợi hơn, nhanh chóng và hiệu quả hơn, quy trình xét nghiệm diễn ra hoàn
toàn kín và tự động. Tuy vậy, sự đổi mới trên các thiết bị xét nghiệm sinh
hóa là tốc độ xử lý và hiệu quả của quy trình, vẫn giữ nguyên nguyên lý và
phương pháp xét nghiệm.
Vấn đề đặt ra ở đây là làm sao để giúp các kỹ sư, kỹ thuật viên trong
quá trình sử dụng, sửa chữa, khai thác và phát triển tối ưu các thiết bị mà vẫn
có thể nắm vững được các nguyên lý làm việc cơ bản của các máy xét nghiệm
1
sinh hóa; để sinh viên, các kỹ sư tương lai được tiếp cận với các kiến thức
cơ bản của quy trình xét nghiệm.
Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó, cùng sự hướng dẫn của PGS.TS.
Vũ Duy Hải, em đã chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng phương pháp đo
Kinetic trên thiết bị UV-VIS Spectrometer” .
Nội dung của đồ án gồm 3 phần:
Phần 1: Tổng quan về định luật Lambert Beer và các phương pháp
phân tích.
Phần 2: Thiết bị đo quang phổ UV-VIS và phần mềm Logger pro.
Phần 3: Thực hành nghiên cứu ứng dụng phương pháp đo Kinetic trên
thiết bị đo quang phổ UV- VIS.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS. Vũ Duy Hải đã tận tình
hướng dẫn, động viên và quan tâm giúp đỡ em trong quá trình hoàn thành đề
tài. Mặc dù vậy, với kiến thức còn nhiều hạn chế, đồ án của em không tránh
khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự quan tâm, đánh giá của các
thầy cô giáo.
2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỊNH LUẬT LAMBERT-BEER VÀ
CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
Định luật Lambert-Beer, hay Beer-Lambert, Beer–Lambert–Bouguer,
là một định luật có nhiều ứng dụng trong hoá học và vật lý. Định luật này
được dựa trên hiện tượng hấp thụ bức xạ điện từ của một dung dịch, và được
sử dụng nhiều trong hoá phân tích hữu cơ và vật lý quang học. Định luật
Lambert-Beer được tìm ra lần đầu bởi nhà khoa học người Pháp Pierre
Bouguer, tuy nhiên những đóng góp quan trọng lại thuộc về Johann Heinrich
Lambert và August Beer.
Trước khi đi vào tìm hiểu về định luật Lambert Beer, ta cần hiểu thêm
về một số những khái niệm cơ bản như: sự hấp thụ bức xạ, độ truyền quang,
độ hấp thụ quang của mẫu và mối quan hệ giữa chúng để nắm được các biến
số trong phương trình định luật Lambert-Beer.
Trong chương này, ta chứng minh định luật Lambert Beer, đồng thời
nêu một số đặc điểm của phương trình định luật Lambert Beer khi ứng dụng
trong thực tiễn với mỗi loại phương pháp phân tích khác nhau.
1.1. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH XÉT NGHIỆM
Nhờ sự phát triển của các ngành kĩ thuật quang học, vi điện tử, công
nghệ vật liệu, công nghệ hóa học, kĩ thuật máy tính nên các máy sinh hóa đã
đạt tự động hóa, độ chính xác và năng suất cao. Máy xét nghiệm sinh hóa sử
dụng nhiều phương pháp khác nhau, sau đây là một số phương pháp phân
tích được sử dụng trong máy sinh hóa.
1.1.1 Phương pháp phân tích theo phổ nguyên tử hấp thụ (AAS)
Phương pháp AAS được viết tắt từ phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
(Atomic Abrsorption Spectrophotometric). Các nguyên tử ở trạng thái bình
thường thì chúng không hấp thụ hay bức xạ năng lương nhưng khi chúng ở
trạng thái tự do dưới dạng những đám hơi nguyên tử thì chúng hấp thu và
bức xạ năng lượng. Mỗi nguyên tử chỉ hấp thu những bức xạ nhất định tương
ứng với những bức xạ mà chúng có thể phát ra trong quá trình phát xạ của
3
chúng. Khi nguyên tử nhận năng lượng chúng chuyển lên mức năng lượng
cao hơn gọi là trạng thái kích thích. Quá trình đó gọi là quá trình hấp thu
năng lượng của nguyên tử tự do ở trạng thái hơi và tạo ra phổ của nguyên tử
đó. Phổ sinh ra trong quá trình này gọi là phổ hấp thu nguyên tử. Chiếu một
chùm tia sáng có bước sóng xác định vào đám hơi nguyên tử thì các nguyên
tử tự do sẽ hấp thụ các bức xạ mà nó có thể phát ra được trong quá trình bức
xạ. Mô tả quá trình như hình 1.1.
Hình 1. 1 Sơ đồ cấu tạo hệ thống máy AAS
Trong đó:
1. Nguồn phát tia bức xạ đơn sắc.
2. Hệ thống nguyên tử hóa mẫu.
3. Hệ thống đơn sắc và detector.
4. Bộ khuếch đại và chỉ thị kết quả đo.
Ưu nhược điểm của phép đo AAS
Ưu điểm:
- Độ nhạy và độ chọn lọc cao.
- Tốn ít nguyên liệu mẫu, tốn ít thời gian và không phải sử dụng nhiều
hóa chất tinh khiết cao khi làm giàu mẫu. Mặt khác tránh được sự nhiễm bẩn
mẫu khi xử lý qua các giai đoạn phức tạp.
- Có thể xác định đồng thời hay liên tiếp nhiều nguyên tố trong một
mẫu. Các kết quả phân tích rất ổn định, sai số nhỏ.
Nhược điểm:
- Hệ thống máy tương đối đắt tiền.
4
- Vì độ nhạy cao nên sự nhiễm bẩn có ý nghĩa tới kết quả phân tích, đòi
hỏi môi trường phải rất sạch, dụng cụ và hóa chất có độ tinh khiết cao.
- Máy móc khá phức tạp đòi hỏi kỹ sư phải có trình độ cao để bảo trì,
bảo dưỡng, sữa chữa.
- Nhược điểm chính là ta chỉ biết thành phần nguyên tố của chất ở trong
mẫu phân tích mà không chỉ ra trạng thái liên kết của các nguyên tố ở trong
mẫu
1.1.2 Phương pháp đo màu quang điện
Phương pháp đo màu quang điện là một trong những phương pháp phân
tích thành phần dung dịch dựa trên việc so sánh cường độ màu của dung dịch
nghiên cứu với cường độ của dung dịch chuẩn(có nồng độ xác định).
Phương pháp này chủ yếu dùng để xác định lượng nhỏ của các chất có trong
dung dịch, ít tốn thời gian phân tích hơn so với các phương pháp khác.
Ngoài ra, trước khi phân tích đo màu thường không cần thiết tách riêng
các chất phải xác định.
* Định luật đo màu quang điện:
Nếu rọi một dòng sáng (cường độ I0) vào một cuvet đựng dung dịch thì
một phần của nó (cường độ Ir) bị phản xạ từ mặt cuvet, một phần khác (cường
độ Ia) bị dung dịch hấp thụ, còn phần còn lại (cường độ It) đi qua cuvet. Giữa
các đại lượng này có hệ thức sau:
I0 = Ia + Ir + It (1.1)
Trong thực tế, vì đối với một dung dịch phân tích ta chỉ sử dụng 1 cuvet
nên cường độ dòng sáng phản xạ là không đổi, nó lại không tăng lên nên ta
có thể bỏ qua. Cho nên phương trình trên có thể đơn giản thành:
I0 = Ia + It (1.2)
Bằng cách đo lường trực tiếp ta có thể xác định được cường độ dòng
sóng dọi vào (I0) và dòng sáng xuyên qua dung dịch nghiên cứu (It). Đại
lượng Ia có thể tìm được theo hiệu số của đại lượng I0 và It chứ nó không đo
được trực tiếp.
* Cơ sở của phương pháp đo màu quang điện: là hiệu ứng quang điện.
5
Hiệu ứng quang điện là hiện tượng electron bị bật ra khỏi nguyên tử của
chất dưới tác dụng của dòng sáng rọi vào chất đó.
Nếu các electron bị bật ra khỏi bề mặt của vật thể thì gọi là hiệu ứng
quang điện ngoài. Còn nếu các electron bật ra khỏi các nguyên tử nằm sâu
trong vật thể thì hiệu ứng đó gọi là hiệu ứng quang điện trong hay hiệu ứng
quang điện thể tích.
Hiệu ứng quang điện tuân theo những định luật sau:
- Hiệu ứng quang điện tăng khi cường độ dòng sáng tăng.
- Hiệu ứng quang điện chỉ phát sinh khi chiếu sáng bởi ánh sáng có
bước sóng nhỏ hơn một giá trị xác định gọi là giới hạn đỏ của hiệu ứng quang
điện.
* Tế bào quang điện:
Tia sáng là một dòng các lượng tử năng lượng có năng lượng khác nhau.
Khi tia sáng như vậy dọi vào bề mặt kim loại các lượng tử năng lượng bị các
nguyên tử hấp thụ. Kết quả nội năng của các nguyên tử ấy tăng lên. Khi đó
các electron của nguyên tử chuyển sang những mức năng lượng mới cao hơn.
Nếu lượng tử năng lượng đủ lớn thì electron sẽ đi ra khỏi trường lực hút của
hạt nhân nguyên tử và rời khỏi bề mặt kim loại, đó là nguyên nhân của hiệu
ứng quang điện ngoài.
Tuỳ vào cấu trúc của các tế bào quang điện, có thể phân loại như sau:
- Tế bào quang điện có hiệu ứng quang điện ngoài.
- Tế bào quang điện có hiệu ứng quang điện trong.
- Tế bào quang điện có lớp chắn.
Mỗi tế bào quang điện đặc trưng bởi:
- Đặc tuyến quang phổ: đó là đường cong phụ thuộc của cường độ
dòng quang điện vào bước sóng của ánh sáng rọi vào tế bào quang điện.
- Độ nhạy: là cường độ dòng điện tính ra Micoroampe (10-6 A) phát
sinh trong tế bào quang điện, khi rọi lên tế bào đó một dòng sáng cường độ
1lumen (1lumen (1/m) là dòng sáng phát ra bởi vật đen tuyệt đối tại nhiệt độ
nóng chảy của platin (1772,30C) từ bề mặt có tiết diện 5,305.10-3cm2).
6
- Ngưỡng quang điện: đó là bước sóng lớn nhất mà từ đó tế bào quang
điện trở nên trơ với sự chiếu sáng.
Tóm lại, với việc áp dụng định luật đo màu quang điện và ứng dụng tế
bào quang điện trong quá trình đo ta hoàn toàn có thể xác định được nồng độ
các chất ứng với các chỉ tiêu sinh hóa.
1.1.3 Phương pháp sắc ký
Sắc ký (Chromatography) là phương pháp phân tách, phân ly các chất
dựa vào sự phân bố khác nhau của chúng giữa hai pha động và tĩnh.
Khi tiếp xúc với pha tĩnh các cấu tử của hỗn hợp sẽ phân bố giữa pha động
và pha tĩnh tương ứng với tính chất của chúng (tính hấp thụ, tính tan). Trong
hệ thống sắc ký chỉ có các phân tử pha động mới chuyển động dọc theo hệ
sắc ký. Các chất khác nhau sẽ có lực khác nhau với pha động và pha tĩnh.
Trong quá trình chuyển động dọc theo hệ sắc ký hết lớp pha tĩnh này đến lớp
pha tĩnh tĩnh khác sẽ lặp đi lặp lại quá trình háp thụ và phản hấp thu. Hệ quả
là các chất có lực lớn hơn pha tĩnh sẽ chuyển động chậm hơn qua hệ thống
sắc ký so với các chất tương tác yếu hơn pha này. Nhờ đặc điểm này mà
người ta có thể tách được các chất qua quá trình sắc ký. Mô tả phương pháp
sắc khí được trình bày trên hình 1.2.
Cơ sở của phương pháp sắc ký: phương pháp sắc ký dựa vào sự phân
bố khác nhau giữa hai pha động và tĩnh. Có nhiều nguyên nhân đưa đến sự
phân bố khác nhau của các chất, nhưng chính sự lặp đi lặp lại của hiện tượng
hấp thụ- phản hấp thụ của các chất khi dòng pha động chyển động qua pha
tĩnh là nguyên nhân chủ yếu của việc tách sắc ký.
7
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Nghiên cứu ứng dụng phương pháp đo
KINETIC trên thiết bị UV-VIS
SPECTROMETER
HOÀNG THỊ MAI PHƯƠNG
Ngành Kỹ thuật Y sinh
Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS. Vũ Duy Hải
Trường: Điện – Điện tử
HÀ NỘI, 2022
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Nghiên cứu ứng dụng phương pháp đo
KINETIC trên thiết bị UV-VIS
SPECTROMETER
HOÀNG THỊ MAI PHƯƠNG
Ngành Kỹ thuật Y sinh
Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS. Vũ Duy Hải
Chữ ký của GVHD
Trường: Điện – Điện tử
HÀ NỘI, 2022
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
--------------------------------
BIÊN BẢN XẤC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn: Hoàng Thị Mai Phương
Đề tài luận văn: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP
ĐO KINETIC TRÊN THIẾT BỊ UV-VIS SPECTROMETER
Chuyên ngành: Kỹ thuật y sinh
Mã số HV : 20202353M
Tác giả, người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác
nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản học Hội đồng
ngày….. tháng 10 năm 2022 với các nội dung sau:
- Đã chỉnh sửa lại các lỗi văn bản
- Đã chỉnh sửa lại các hình vẽ
- Đã hoàn thiện các yêu cầu khác theo biên bản của hội đồng.
Ngày …. tháng …….năm 2022
Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn
PGS.TS. Vũ Duy Hải Hoàng Thị Mai Phương
Chủ tịch Hội đồng
TS. Nguyễn Phan Kiên
LỜI CẢM ƠN
Dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Vũ Duy Hải, luận văn: Nghiên
cứu ứng dụng phương pháp đo Kinetic trên thiết bị UV VIS Spetrometer” đã
được hoàn thành.
Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Vũ Duy Hải đã tận
tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành khóa luận tốt nghiệp. Tôi
cũng xin gửi lời cảm đến ơn các thầy, cô giáo đã tận tình truyền đạt những kiến
thức quan trọng và bổ ích trong suốt quá trình học tập tại trường Đại học Bách
khoa Hà Nội.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới bố mẹ tôi, tới gia đình và bạn bè - những
người đã hết sức ủng hộ, giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình học tập đã
qua.
Khóa luận của tôi còn những hạn chế về năng lực và những thiếu sót trong
quá trình nghiên cứu. Tôi xin lắng nghe và tiếp thu những ý kiến của giáo viên
phản biện để hoàn thiện, bổ sung kiến thức.
Cuối cùng, tôi xin kính chúc các thầy cô giao, lãnh đạo các phòng ban chức
năng Trường Đại học Bách khoa Hà Nội dồi dào sức khỏe và thành công trong sự
nghiệp
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 20 tháng 9 năm 2022
Tác giả
Hoàng Thị Mai Phương
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng phương pháp đo Kinetic trên thiết bị UV
VIS Spetrometer.
Tác giả luận văn: Hoàng Thị Mai Phương
Khóa: 2020B
Người hướng dẫn: PGS.TS. Vũ Duy Hải
Từ khóa (Keyword): Bức xạ tử ngoại, Ánh sáng khả kiến, Bức xạ hồng ngoại,
Quang phổ hấp thụ nguyên tử, Xét nghiệm miễn dịch, Điện cực lựa chọn ion,
Chứng chỉ chất lượng, Mật độ quang.
Nội dung tóm tắt:
a) Lý do chọn đề tài
Theo cùng với sự phát triển mạnh mẽ của thế giới, các ngành khoa học, đặc
biệt là ở lĩnh vực kỹ thuật điện tử, tự động hóa đang chứng minh được tốc độ tiên
tiến và đi lên của mình. Thật vậy, khoa học kỹ thuật đã và đang được ứng dụng
hiệu quả ở trên mọi lĩnh vực, trong thực tế đời sống của con người. Trong đó, y tế
không chỉ là một trong những lĩnh vực thể hiện rõ nhất tính ứng dụng của khoa
học kỹ thuật, mà còn là một môi trường hoàn hảo, đầy tiềm năng cho các nhà khoa
học, kỹ sư đầu tư nghiên cứu. Ngày nay, trên thế giới, ở các quốc gia đang phát
triển nói chung và Việt Nam nói riêng, các trang thiết bị y tế đang được sử dụng
tân tiến và hiện đại không thua kém gì các phát minh về khoa học kỹ thuật trong
lĩnh vực y tế của các nước phát triển. Trong đó, máy xét nghiệm sinh hóa là một
trong những thiết bị hiện đại và vô cùng hữu dụng, đang được sử dụng liên tục tại
các phòng xét nghiệm ở các bệnh viện, phòng khám lớn và nhỏ.
Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó, cùng sự hướng dẫn của thầy giáo, em đã
chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng phương pháp đo Kinetic trên thiết bị UV VIS
Spetrometer”
b) Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu.
Mục đích: Trợ giúp các kỹ sư, kỹ thuật viên trong quá trình sử dụng, sửa
chữa, khai thác và phát triển tối ưu các thiết bị mà vẫn có thể nắm vững được các
nguyên lý làm việc cơ bản của các máy xét nghiệm sinh hóa; để sinh viên, các kỹ
sư tương lai được tiếp cận với các kiến thức cơ bản của quy trình xét nghiệm
Đối tượng: Sự phát triển của các kỹ thuật xét nghiệm sinh hóa nói chung,
phương pháp đo Kinetic trên thiết bị UV VIS Spetrometer nói riêng, và sự ứng
dụng thực tế tại Bệnh viện.
Phạm vi nghiên cứu:
- Tổng quan về định luật Lambert Beer và các phương pháp phân tích
- Thiết bị đo quang phổ UV VIS và phần mềm Logger pro
- Thực hành nghiên cứu ứng dụng phương pháp đo Kinetic trên thiết bị đo
quang phổ UV- VIS.
c) Tóm tắt cô đọng các nội dung chính và đóng góp mới của tác giả
Tìm hiểu kỹ thuật xét nghiệm sinh hóa ở máy UV VIS Spetrometer, chỉ ra
một số hạn chế của kỹ thuật và ứng dụng tại Bệnh viện. Từ đó nghiên cứu, trình
bày trong luận văn phương hướng triển khai thực hiện thực tế tại Bệnh viện, phục
vụ công tác khám chữa bệnh sau này.
d) Phương pháp nghiên cứu
- Thu thập, phân tích các tài liệu và những thông tin liên quan đến đề
tài.
- Tìm hiểu thuật toán, mô hình làm việc, trao đổi dữ liệu giữa các thành
phần của thiết bị sử dụng kỹ thuật xét nghiệm sinh hóa, từ đó đi sâu vào nghiên
cứu nguyên lý máy UV VIS Spetrometer và ứng dụng thực tế của máy.
- Kết hợp với các nghiên cứu đã và đang thực hiện của các tác giả trong
nước cùng với sự chỉ bảo, góp ý của Giảng viên hướng dẫn để hoàn thành nội dung
nghiên cứu.
e) Kết luận
Hoàn thành nghiên cứu về kỹ thuật xét nghiệm sinh hóa ở máy UV VIS
Spetrometer và giới thiệu về máy đo quang phổ UV-VIS có trong phòng thí
nghiệm, đây là một thiết bị phân tích quang phổ cầm tay sử dụng ánh sáng trong
dải nhìn thấy (VIS) và dải cực tím (UV). Thiết bị này có cấu tạo cơ bản của các
máy xét nghiệm thông thường, tuy nhiên đơn giản, nhỏ gọn và ít phức tạp hơn các
thiết bị xét nghiệm sinh hóa tại các phòng khám và bệnh viện. Vì vậy, thiết bị có
độ sai số cao hơn các máy tự động và bán tự động, phù hợp trong giáo dục và thực
hành, thí nghiệm tại trường học, cơ sở giảng dạy.
Đồng thời, em cũng giới thiệu đến phần mềm thu nhận kết quả Logger pro,
một phần mềm với giao diện ổn định, thân thiện với người dùng, tích hợp những
tính năng thông minh để hỗ trợ người sử dụng.
Hà Nội, ngày….. tháng … năm 2022
HỌC VIÊN
Hoàng Thị Mai Phương
MỤC LỤC
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT....................................................................... iii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................... iv
DANH MỤC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ MINH HỌA ........................................ v
LỜI NÓI ĐẦU .............................................................................................. 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỊNH LUẬT LAMBERT-BEER VÀ
CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ........................................................... 3
1.1. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH XÉT NGHIỆM ............. 3
1.1.1 Phương pháp phân tích theo phổ nguyên tử hấp thụ (AAS) ..... 3
1.1.2 Phương pháp đo màu quang điện .............................................. 5
1.1.3 Phương pháp sắc ký .................................................................. 7
1.2 SỰ HẤP THỤ BỨC XẠ ĐIỆN TỪ ................................................. 8
1.2.1 Sự phân loại phổ........................................................................ 8
1.2.2 Bản chất của bức xạ điện từ .................................................... 10
1.2.3 Sự hấp thụ bức xạ điện từ của vật chất ................................... 10
1.2.4 Phổ UV - VIS ......................................................................... 11
1.3 ĐỘ TRUYỀN QUANG VÀ ĐỘ HẤP THỤ .................................. 12
1.3.1 Độ truyền quang ...................................................................... 12
1.3.2 Độ hấp thụ quang .................................................................... 12
1.4 ĐỊNHLUẬT LAMBERT BEER ................................................... 13
1.4.1 Phát biểu định luật................................................................... 13
1.4.2 Chứng minh định luật ............................................................. 13
1.4.3 Phương trình định luật ............................................................ 14
1.4.4 Các yếu tố làm sai lệch định luật Lambert Beer ..................... 15
1.4.5 Độ chính xác của phép đo độ hấp thụ và phép đo nồng độ .... 16
1.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TRONG MÁY XÉT NGHIỆM
SINH HÓA ............................................................................................... 17
1.5.1 Phương pháp phân tích điểm cuối (End-Point)....................... 17
1.5.2 Phương pháp phân tích động học hai điểm (Fixed - time) ..... 18
1.5.3 Phương pháp phân tích động học (Kinetics)........................... 19
i
1.5.4 Phương pháp đo 2 màu............................................................ 21
1.5.5 Phân tích đa chuẩn (Multistandards) ....................................... 21
1.5.6 Phương pháp đo huyết thanh trắng (Serum Blank)................. 22
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ..................................................................... 23
CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ ĐO QUANG PHỔ UV-VIS VÀ PHẦN MỀM
LOGGER PRO ............................................................................................ 24
2.1 TỔNG QUAN VỀ MÁY QUANG PHỔ ....................................... 24
2.1.1 Khái niệm ................................................................................ 24
2.1.2 Cấu tạo..................................................................................... 24
2.1.3 Nguyên lý hoạt động của máy quang phổ:.............................. 25
2.2 THIẾT BỊ ĐO QUANG PHỔ UV-VIS VÀ PHẦN MỀM LOGGER
PRO: .......................................................................................................... 26
2.2.1 Thành phần chính của máy đo quang phổ UV-VIS Vernier... 27
2.2.2 Cách kết nối và thông số kỹ thuật của máy phân tích quang phổ
UV-VIS................................................................................................... 37
2.3 PHẦN MỀM LOGGER PRO: ........................................................ 38
2.3.1 Tính năng: .......................................................................... 38
2.3.2 Cách sử dụng Logger Pro ........................................................ 40
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ............................................................................ 60
CHƯƠNG 3: THỰC HÀNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG
PHÁP ĐO KINETIC TRÊN THIẾT BỊ ĐO QUANG PHỔ UV-VIS ........ 61
3.1 THÍ NGHIỆM SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐỘNG
HỌC (KINETICS): ĐO NỒNG ĐỘ MEN GAN GOT/AST ................... 61
3.1.1 Hóa chất AST/GOT................................................................. 61
3.1.2 Tiến hành thí nghiệm .............................................................. 64
3.2 QUÁ TRÌNH PHẢN ỨNG............................................................. 69
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ............................................................................ 73
KẾT LUẬN ................................................................................................. 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................... 75
ii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Từ đầy đủ Nghĩa tiếng việt
UV Ultra Violet Bức xạ tử ngoại
VIS Visible Ánh sáng khả kiến
IR Ifrared Bức xạ hồng ngoại
Automic Abrsorption Quang phổ hấp thụ nguyên
AAS
Spectrophotometric tử
EIA Enzyme immunoassay Xét nghiệm miễn dịch
ISE Ion selective electrode Điện cực lựa chọn ion
QC Quality Control Chứng chỉ chất lượng
OD Optical density Mật độ quang
PCB Printed circuit board Bo mạch in
iii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2. 1 Nguyên tắc hấp thụ quang .......................................................... 26
Bảng 2. 2 Bước sóng ánh sáng khả kiến và màu sắc tương ứng ................ 26
Bảng 2. 3 Thông số kỹ thuật máy UV-VIS Spectrometer ............................ 38
Bảng 3. 1 Thành phần hóa chất AST/GOT ................................................. 63
Bảng 3. 2 Khuyến cáo sử dụng hóa chất ..................................................... 63
Bảng 3. 3 Giá trị tham khảo ........................................................................ 63
Bảng 3. 4 Bảng tỉ lệ trộn hóa chất .............................................................. 64
Bảng 3. 5 Bảng thống kê sự thay đổ độ dốc của đường đặc tuyến ............. 67
Bảng 3. 6 Sự thay đổi của chỉ số AST/GOT khi thay đổi thể tích mẫu ....... 69
iv
DANH MỤC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ MINH HỌA
Hình 1. 1 Sơ đồ cấu tạo hệ thống máy AAS .................................................. 4
Hình 1. 2 Mô tả phương pháp sắc ký ............................................................ 8
Hình 1. 3 Dải bước sóng của bức xạ điện từ .............................................. 10
Hình 1. 4 Hình mô phỏng hiện tượng hấp thụ ánh sáng của dung dịch mẫu
..................................................................................................................... 10
Hình 1. 5 Hình vẽ mô phỏng ánh thí nghiệm định luật Lambert Beer ....... 12
Hình 1. 6 Mô tả cho phương pháp đo điểm cuối với tham số lượng Glucose
trong máu .................................................................................................... 18
Hình 2. 1 Sơ đồ khối cấu tạo máy quang phổ ............................................. 25
Hình 2. 2 Sơ đồ cấu tạo máy quang phổ ..................................................... 26
Hình 2. 3 Hình mặt trước máy máy đo quang phổ UV-VIS ........................ 27
Hình 2. 4 Hình mặt bên máy máy đo quang phổ UV-VIS ........................... 27
Hình 2. 5 Hình ảnh máy đo quang phổ UV-VIS và phụ kiện ...................... 28
Hình 2. 6 Hình ảnh máy đo quang phổ UV-VIS và phụ kiện ...................... 28
Hình 2. 7 Cấu tạo bên trong thiết bị phân tích quang phổ UV-VIS............ 29
Hình 2. 8 Nguồn sáng.................................................................................. 30
Hình 2. 9 Khối cấp nguồn cho đèn và cảm biến nhiệt độ ........................... 32
Hình 2. 10 Quạt tản nhiệt cho thiết bị........................................................ 33
Hình 2. 11 Bộ chọn sóng của thiết bị đo quang phổ UV-VIS Vernier ........ 34
Hình 2. 12 Mô phỏng lại quá trình phân tách ánh sáng trên thiết bị ......... 35
Hình 2. 13 Detector của máy đo quang phổ ............................................... 35
Hình 2. 14 Thông số khi mở một file mẫu ................................................... 41
Hình 2. 15 Vị trí Change Units trên phần mềm .......................................... 41
Hình 2. 16 Bảng hiển thị để lựa chọn đơn vị hoặc dữ liệu ......................... 42
Hình 2. 17 Cách chọn Calibrate để máy sẵn sàng trước khi sử dụng ........ 42
Hình 2. 18 Phần mềm hiển thị bảng Calibrate ........................................... 43
Hình 2. 19 Quá trình Calibration hoàn tất ................................................. 44
v
Hình 2. 20 Giao diện chính của phần mềm Logger Pro ............................. 44
Hình 2. 21 Giao diện bảng Configure Spectrophotometer Data Collection
..................................................................................................................... 57
Hình 2. 22 Ví dụ khi chọn Linear fit............................................................ 59
Hình 3. 1 Hình ảnh trích ra từ chỉ định sử dụng ( tờ sớ) của nhà sản xuất 62
Hình 3. 2 Hình ảnh mẫu trước khi thực hiện phản ứng .............................. 64
Hình 3. 3 Hai hóa chất trước khi tác dụng với mẫu ................................... 65
Hình 3. 4 Dung dịch sau khi đưa mẫu vào với hai hóa chất....................... 65
Hình 3. 5 Biểu đồ kết quả đo lần 1 bằng phương pháp Kinetic trên
LoggerPro ................................................................................................... 66
Hình 3. 6 Biểu đồ kết quả đo lần 2 bằng phương pháp Kinetic trên
LoggerPro ................................................................................................... 66
Hình 3. 7 Biểu đồ kết quả đo lần 3 bằng phương pháp Kinetic trên
LoggerPro ................................................................................................... 67
Hình 3. 8 Các phản ứng oxy hóa khử của nicotinamide adenine
dinucleotide ................................................................................................. 70
Hình 3. 9 Phổ hấp thụ UV của NAD + và NADH........................................ 71
vi
LỜI NÓI ĐẦU
Theo cùng với sự phát triển mạnh mẽ của thế giới, các ngành khoa
học, đặc biệt là ở lĩnh vực kỹ thuật điện tử, tự động hóa đang chứng minh
được tốc độ tiên tiến và đi lên của mình. Thật vậy, khoa học kỹ thuật đã và
đang được ứng dụng hiệu quả ở trên mọi lĩnh vực, trong thực tế đời sống của
con người. Trong đó, y tế không chỉ là một trong những lĩnh vực thể hiện rõ
nhất tính ứng dụng của khoa học kỹ thuật, mà còn là một môi trường hoàn
hảo, đầy tiềm năng cho các nhà khoa học, kỹ sư đầu tư nghiên cứu. Ngày
nay, trên thế giới, ở các quốc gia đang phát triển nói chung và Việt Nam nói
riêng, các trang thiết bị y tế đang được sử dụng tân tiến và hiện đại không
thua kém gì các phát minh về khoa học kỹ thuật trong lĩnh vực y tế của các
nước phát triển. Trong đó, máy xét nghiệm sinh hóa là một trong những thiết
bị hiện đại và vô cùng hữu dụng, đang được sử dụng liên tục tại các phòng
xét nghiệm ở các bệnh viện, phòng khám lớn và nhỏ.
Xét nghiệm sinh hóa là một xét nghiệm y học phổ biến, thường dùng
trong chẩn đoán và theo dõi bệnh lý. Xét nghiệm sẽ đo nồng độ một số chất
trong máu, từ đó đánh giá chức năng của một số bộ phận cơ thể đặc trưng
cho chỉ số sinh hóa đó. Máy xét nghiệm sinh hóa lại là một thiết bị giúp cho
công tác xét nghiệm sinh hóa diễn ra tự động hoặc bán tự động, giúp làm
giảm thời gian và nhân lực cho công tác xét nghiệm, chẩn đoán bệnh. Ngày
nay, các thiết bị xét nghiệm sinh hóa đang được thiết kế để trở nên hiện đại,
tiện lợi hơn, nhanh chóng và hiệu quả hơn, quy trình xét nghiệm diễn ra hoàn
toàn kín và tự động. Tuy vậy, sự đổi mới trên các thiết bị xét nghiệm sinh
hóa là tốc độ xử lý và hiệu quả của quy trình, vẫn giữ nguyên nguyên lý và
phương pháp xét nghiệm.
Vấn đề đặt ra ở đây là làm sao để giúp các kỹ sư, kỹ thuật viên trong
quá trình sử dụng, sửa chữa, khai thác và phát triển tối ưu các thiết bị mà vẫn
có thể nắm vững được các nguyên lý làm việc cơ bản của các máy xét nghiệm
1
sinh hóa; để sinh viên, các kỹ sư tương lai được tiếp cận với các kiến thức
cơ bản của quy trình xét nghiệm.
Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó, cùng sự hướng dẫn của PGS.TS.
Vũ Duy Hải, em đã chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng phương pháp đo
Kinetic trên thiết bị UV-VIS Spectrometer” .
Nội dung của đồ án gồm 3 phần:
Phần 1: Tổng quan về định luật Lambert Beer và các phương pháp
phân tích.
Phần 2: Thiết bị đo quang phổ UV-VIS và phần mềm Logger pro.
Phần 3: Thực hành nghiên cứu ứng dụng phương pháp đo Kinetic trên
thiết bị đo quang phổ UV- VIS.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS. Vũ Duy Hải đã tận tình
hướng dẫn, động viên và quan tâm giúp đỡ em trong quá trình hoàn thành đề
tài. Mặc dù vậy, với kiến thức còn nhiều hạn chế, đồ án của em không tránh
khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự quan tâm, đánh giá của các
thầy cô giáo.
2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỊNH LUẬT LAMBERT-BEER VÀ
CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
Định luật Lambert-Beer, hay Beer-Lambert, Beer–Lambert–Bouguer,
là một định luật có nhiều ứng dụng trong hoá học và vật lý. Định luật này
được dựa trên hiện tượng hấp thụ bức xạ điện từ của một dung dịch, và được
sử dụng nhiều trong hoá phân tích hữu cơ và vật lý quang học. Định luật
Lambert-Beer được tìm ra lần đầu bởi nhà khoa học người Pháp Pierre
Bouguer, tuy nhiên những đóng góp quan trọng lại thuộc về Johann Heinrich
Lambert và August Beer.
Trước khi đi vào tìm hiểu về định luật Lambert Beer, ta cần hiểu thêm
về một số những khái niệm cơ bản như: sự hấp thụ bức xạ, độ truyền quang,
độ hấp thụ quang của mẫu và mối quan hệ giữa chúng để nắm được các biến
số trong phương trình định luật Lambert-Beer.
Trong chương này, ta chứng minh định luật Lambert Beer, đồng thời
nêu một số đặc điểm của phương trình định luật Lambert Beer khi ứng dụng
trong thực tiễn với mỗi loại phương pháp phân tích khác nhau.
1.1. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH XÉT NGHIỆM
Nhờ sự phát triển của các ngành kĩ thuật quang học, vi điện tử, công
nghệ vật liệu, công nghệ hóa học, kĩ thuật máy tính nên các máy sinh hóa đã
đạt tự động hóa, độ chính xác và năng suất cao. Máy xét nghiệm sinh hóa sử
dụng nhiều phương pháp khác nhau, sau đây là một số phương pháp phân
tích được sử dụng trong máy sinh hóa.
1.1.1 Phương pháp phân tích theo phổ nguyên tử hấp thụ (AAS)
Phương pháp AAS được viết tắt từ phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
(Atomic Abrsorption Spectrophotometric). Các nguyên tử ở trạng thái bình
thường thì chúng không hấp thụ hay bức xạ năng lương nhưng khi chúng ở
trạng thái tự do dưới dạng những đám hơi nguyên tử thì chúng hấp thu và
bức xạ năng lượng. Mỗi nguyên tử chỉ hấp thu những bức xạ nhất định tương
ứng với những bức xạ mà chúng có thể phát ra trong quá trình phát xạ của
3
chúng. Khi nguyên tử nhận năng lượng chúng chuyển lên mức năng lượng
cao hơn gọi là trạng thái kích thích. Quá trình đó gọi là quá trình hấp thu
năng lượng của nguyên tử tự do ở trạng thái hơi và tạo ra phổ của nguyên tử
đó. Phổ sinh ra trong quá trình này gọi là phổ hấp thu nguyên tử. Chiếu một
chùm tia sáng có bước sóng xác định vào đám hơi nguyên tử thì các nguyên
tử tự do sẽ hấp thụ các bức xạ mà nó có thể phát ra được trong quá trình bức
xạ. Mô tả quá trình như hình 1.1.
Hình 1. 1 Sơ đồ cấu tạo hệ thống máy AAS
Trong đó:
1. Nguồn phát tia bức xạ đơn sắc.
2. Hệ thống nguyên tử hóa mẫu.
3. Hệ thống đơn sắc và detector.
4. Bộ khuếch đại và chỉ thị kết quả đo.
Ưu nhược điểm của phép đo AAS
Ưu điểm:
- Độ nhạy và độ chọn lọc cao.
- Tốn ít nguyên liệu mẫu, tốn ít thời gian và không phải sử dụng nhiều
hóa chất tinh khiết cao khi làm giàu mẫu. Mặt khác tránh được sự nhiễm bẩn
mẫu khi xử lý qua các giai đoạn phức tạp.
- Có thể xác định đồng thời hay liên tiếp nhiều nguyên tố trong một
mẫu. Các kết quả phân tích rất ổn định, sai số nhỏ.
Nhược điểm:
- Hệ thống máy tương đối đắt tiền.
4
- Vì độ nhạy cao nên sự nhiễm bẩn có ý nghĩa tới kết quả phân tích, đòi
hỏi môi trường phải rất sạch, dụng cụ và hóa chất có độ tinh khiết cao.
- Máy móc khá phức tạp đòi hỏi kỹ sư phải có trình độ cao để bảo trì,
bảo dưỡng, sữa chữa.
- Nhược điểm chính là ta chỉ biết thành phần nguyên tố của chất ở trong
mẫu phân tích mà không chỉ ra trạng thái liên kết của các nguyên tố ở trong
mẫu
1.1.2 Phương pháp đo màu quang điện
Phương pháp đo màu quang điện là một trong những phương pháp phân
tích thành phần dung dịch dựa trên việc so sánh cường độ màu của dung dịch
nghiên cứu với cường độ của dung dịch chuẩn(có nồng độ xác định).
Phương pháp này chủ yếu dùng để xác định lượng nhỏ của các chất có trong
dung dịch, ít tốn thời gian phân tích hơn so với các phương pháp khác.
Ngoài ra, trước khi phân tích đo màu thường không cần thiết tách riêng
các chất phải xác định.
* Định luật đo màu quang điện:
Nếu rọi một dòng sáng (cường độ I0) vào một cuvet đựng dung dịch thì
một phần của nó (cường độ Ir) bị phản xạ từ mặt cuvet, một phần khác (cường
độ Ia) bị dung dịch hấp thụ, còn phần còn lại (cường độ It) đi qua cuvet. Giữa
các đại lượng này có hệ thức sau:
I0 = Ia + Ir + It (1.1)
Trong thực tế, vì đối với một dung dịch phân tích ta chỉ sử dụng 1 cuvet
nên cường độ dòng sáng phản xạ là không đổi, nó lại không tăng lên nên ta
có thể bỏ qua. Cho nên phương trình trên có thể đơn giản thành:
I0 = Ia + It (1.2)
Bằng cách đo lường trực tiếp ta có thể xác định được cường độ dòng
sóng dọi vào (I0) và dòng sáng xuyên qua dung dịch nghiên cứu (It). Đại
lượng Ia có thể tìm được theo hiệu số của đại lượng I0 và It chứ nó không đo
được trực tiếp.
* Cơ sở của phương pháp đo màu quang điện: là hiệu ứng quang điện.
5
Hiệu ứng quang điện là hiện tượng electron bị bật ra khỏi nguyên tử của
chất dưới tác dụng của dòng sáng rọi vào chất đó.
Nếu các electron bị bật ra khỏi bề mặt của vật thể thì gọi là hiệu ứng
quang điện ngoài. Còn nếu các electron bật ra khỏi các nguyên tử nằm sâu
trong vật thể thì hiệu ứng đó gọi là hiệu ứng quang điện trong hay hiệu ứng
quang điện thể tích.
Hiệu ứng quang điện tuân theo những định luật sau:
- Hiệu ứng quang điện tăng khi cường độ dòng sáng tăng.
- Hiệu ứng quang điện chỉ phát sinh khi chiếu sáng bởi ánh sáng có
bước sóng nhỏ hơn một giá trị xác định gọi là giới hạn đỏ của hiệu ứng quang
điện.
* Tế bào quang điện:
Tia sáng là một dòng các lượng tử năng lượng có năng lượng khác nhau.
Khi tia sáng như vậy dọi vào bề mặt kim loại các lượng tử năng lượng bị các
nguyên tử hấp thụ. Kết quả nội năng của các nguyên tử ấy tăng lên. Khi đó
các electron của nguyên tử chuyển sang những mức năng lượng mới cao hơn.
Nếu lượng tử năng lượng đủ lớn thì electron sẽ đi ra khỏi trường lực hút của
hạt nhân nguyên tử và rời khỏi bề mặt kim loại, đó là nguyên nhân của hiệu
ứng quang điện ngoài.
Tuỳ vào cấu trúc của các tế bào quang điện, có thể phân loại như sau:
- Tế bào quang điện có hiệu ứng quang điện ngoài.
- Tế bào quang điện có hiệu ứng quang điện trong.
- Tế bào quang điện có lớp chắn.
Mỗi tế bào quang điện đặc trưng bởi:
- Đặc tuyến quang phổ: đó là đường cong phụ thuộc của cường độ
dòng quang điện vào bước sóng của ánh sáng rọi vào tế bào quang điện.
- Độ nhạy: là cường độ dòng điện tính ra Micoroampe (10-6 A) phát
sinh trong tế bào quang điện, khi rọi lên tế bào đó một dòng sáng cường độ
1lumen (1lumen (1/m) là dòng sáng phát ra bởi vật đen tuyệt đối tại nhiệt độ
nóng chảy của platin (1772,30C) từ bề mặt có tiết diện 5,305.10-3cm2).
6
- Ngưỡng quang điện: đó là bước sóng lớn nhất mà từ đó tế bào quang
điện trở nên trơ với sự chiếu sáng.
Tóm lại, với việc áp dụng định luật đo màu quang điện và ứng dụng tế
bào quang điện trong quá trình đo ta hoàn toàn có thể xác định được nồng độ
các chất ứng với các chỉ tiêu sinh hóa.
1.1.3 Phương pháp sắc ký
Sắc ký (Chromatography) là phương pháp phân tách, phân ly các chất
dựa vào sự phân bố khác nhau của chúng giữa hai pha động và tĩnh.
Khi tiếp xúc với pha tĩnh các cấu tử của hỗn hợp sẽ phân bố giữa pha động
và pha tĩnh tương ứng với tính chất của chúng (tính hấp thụ, tính tan). Trong
hệ thống sắc ký chỉ có các phân tử pha động mới chuyển động dọc theo hệ
sắc ký. Các chất khác nhau sẽ có lực khác nhau với pha động và pha tĩnh.
Trong quá trình chuyển động dọc theo hệ sắc ký hết lớp pha tĩnh này đến lớp
pha tĩnh tĩnh khác sẽ lặp đi lặp lại quá trình háp thụ và phản hấp thu. Hệ quả
là các chất có lực lớn hơn pha tĩnh sẽ chuyển động chậm hơn qua hệ thống
sắc ký so với các chất tương tác yếu hơn pha này. Nhờ đặc điểm này mà
người ta có thể tách được các chất qua quá trình sắc ký. Mô tả phương pháp
sắc khí được trình bày trên hình 1.2.
Cơ sở của phương pháp sắc ký: phương pháp sắc ký dựa vào sự phân
bố khác nhau giữa hai pha động và tĩnh. Có nhiều nguyên nhân đưa đến sự
phân bố khác nhau của các chất, nhưng chính sự lặp đi lặp lại của hiện tượng
hấp thụ- phản hấp thụ của các chất khi dòng pha động chyển động qua pha
tĩnh là nguyên nhân chủ yếu của việc tách sắc ký.
7