基于微型光谱仪的生化分析系统的软件设计与实现

　　1　引　　言

　　近年来,微型计算机硬件和软件在生化分析仪上的应用,使生化分析仪的操作和测量更加方便、快捷,功能也迅速增强,提高了自动化水平。生化分析软件主要有三个方面的功能:(1)协调整机硬件的操作和运行,实现数据采集、仪器标定等操作的自动化;(2)各种数据的分析处理、管理保存和打印显示;(3)提供方便的人机对话界面,使用户可以通过计算机终端的输入输出设备来控制、监视或调整仪器的运行状态,得到正确的分析结果。

　　以重庆大学微系统中心研制的微型生化分析仪为研究对象,介绍其生化分析系统的软件设计及实现。包括测量原理,软件系统的结构和功能,各主要模块的实现方法等。

　　2　测量原理

　　定理描述了光的吸收程度与溶液的浓度和吸收光程(即液层的厚度)的关系,可用公式(1)表示:

　　在生化分析领域,一般用已知浓度的标准溶液和样品溶液进行比色分析来获得样品溶液的浓度,如式(2)所示:

　　式中:C1是样品溶液的浓度,C0是标准溶液的浓度, A1是样品溶液的吸光度, A0是标准溶液的吸光度。在软件系统中,首先从数据采集器得到各光强信号,由(1)式计算各吸光度;然后由(2)式计算样品浓度。测量原理示意图如图1所示。

　　3　软件系统功能及结构

　　软件在Visual C++6.0平台上开发完成,可运行于Windows 9x/Windows 2000/Windows XP。整个软件根据仪器的功能及生化分析领域的需要,分为6个模块:项目管理、项目测量、测量数据管理、质量控制、仪器标定、滤波。软件系统的功能和结构如图2所示。

　　4　各主要模块的实现方法

　　4.1　项目管理模块

　　包括30余个常用检测项目。可以进行项目的添加、修改、删除和查询等操作。

　　所有项目信息数据保存在软件安装目录下capp.stg文件中。包括项目名称、代号、测量波长、测量温度及测量方法等。根据测量方法的不同,被测项目的各项属性会有所差异。

　　4.2　仪器标定及去噪模块

　　4.2.1　标定模块

　　生化仪是以微型光谱仪为核心模块的。在微型光谱仪中,采用线阵CCD作为探测器,光敏元数为2048个。每台生化仪出厂之前必须进行标定,以确定波长与光敏元之间的对应关系。

　　以1号生化仪为例,简述标定过程。采用高压汞灯作光源,对CCD接收的光谱信号进行分析,取得高压汞灯特征谱峰值对应的光敏元序号如表1所示。按(3)式采用最小二乘法拟合出每一光敏元对应的波长值。拟合效果如图3所示。