3.3.3. Рефлектометрия

Отражательные фотометры или рефлектометры - особый вид фотометрических устройств для количественного измерения света, отраженного поверхностью. В клинической лабораторной диагностике они находят применение в «сухой химии», когда цветная биохимическая реакция проводится на полоске (стрипе), в результате чего определенная зона полоски окрашивается. Технически эти методы просты и занимают мало времени, клинический персонал может проводить их непосредственно у постели больного.

В качестве источников света в таких системах используются светодиоды, эмитирующие свет той длины волны, которая специально подобрана для определенной цветной реакции на исследуемой зоне диагностической полоски. Для детекции отраженного от окрашенных зон полоски света могут применяться измерительные головки, воспринимающие свет через отрезок времени, соответствующий скорости развития окрашивания зоны, предназначенной для детекции определенного аналита.

Принцип действия: свет от светодиода (1) попадает на тестовую зону (2) и отражается на детектор (3), фиксирующий интенсивность отраженного света на соответствующей длине волны. Электрический сигнал из детектора поступает в аналого-цифровой преобразователь (4). Преобразованный цифровой сигнал поступает в процессор (5), который рассчитывает результаты исследований.

Особенность отражательной фотометрии в том, что нужно измерить сумму световых потоков, которые отразились от исследуемой поверхности в разных направлениях. Предварительно свет надо собрать в одно место. Это достигается таким образом, что исследуемый объект помешается в сферу (шар), внутренние стенки которого равномерно отражают все цвета спектра. Лучи света, отраженные и рассеянные в разных направлениях, многократно отражаются от внутренней поверхности шара, внутри которого создается равномерная освещенность, интенсивность которой определяется суммой всего отраженного исследуемой поверхностью света.

В качестве детектора используется сфера Ульбрихта – «интегрирующая сфера», позволяет собрать излучение во всем телесном угле 4π.

На внутренней поверхности сферической полости радиуса R нанесено диффузно отражающее покрытие с коэффициентом отражения ρ, близким к единице. Каждая точка поверхности шара освещена первичным потоком от источника света и вторичным, многократно переотраженным. Расчет показывает, что вторичная освещенность Е одинакова для всех точек сферы, не зависит от места расположения источника и его диаграммы направленности, линейно зависит от светового потока Ф, излучаемого источником и равна:

Если ρ → 1, то Е → ∞. Рожденный источником свет никуда не исчезает, так что бесконечно накапливается. Поскольку всегда ρ < 1 и существуют потери света на неизбежных технологических отверстиях, в том числе – для ввода излучения или самого источника излучения, для вывода света на регистрацию и т.д., то величина Е всегда конечна. Более того, из-за потерь света возникает и неравномерность освещения внутренней поверхности. Идеальная равномерность может быть достигнута при бесконечном числе переотражений, а в реальных конструкциях оно составляет 10–100.

Иными словами, сфера усредняет свет по всем направлениям. Фотоприемник вмонтирован в сферу, фиксируя освещенность внутри нее.

Интенсивность отраженного света связана с содержанием исследуемого вещества формулой Кубелки-Мунка:

,

где: С – концентрация исследуемого вещества,

S – отражающая поверхность,

ρ – коэффициент отражения света от полоски,

ε – молярный коэффициент поглощения.

Принцип отражательной фотометрии нашел применение при использовании различных вариантов «сухой химии» (диагностические полоски, многослойные аналитические элементы) для исследования различных аналитов в крови, сыворотке, плазме. В таблице представлены технические характеристики некоторых полуавтоматических отражательных фотометров для работы средствами «сухой химии» с кровью.