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【FAQ】化学发光免疫分析仪

化学发光免疫分析仪是极微弱光探测应用的典型设备,光子计数探头是化学发光免疫分析仪产品中主要的探测器类型。本网页列举了一些化学发光免疫分析仪中与探测器相关的常见问题。如果有任何问题与反馈, 欢迎与我们联系。


[使用相关]PMT在使用中有什么需要注意的安全问题?

[使用相关]都说PMT对光很敏感,有可能被强光打坏,那么如何判断什么样的光对于PMT是会造成损伤的“强光”?

[使用相关] 测试中发现背景高/信噪比不好,从PMT的角度,有可能有哪些原因?

[使用相关]滨松的光子计数探头的输出线性如何?如果我的化学发光仪需要更大的线性范围有没有什么方案?

[使用相关] 化学发光仪中PMT的安装有什么讲究?

[使用相关]从探测器的角度,如何校正同一型号化学发光仪的台间差?

[使用相关] 在实际使用中,PMT探头有寿命问题么?其灵敏度还会受什么因素影响?

[使用相关]在化学发光仪的设计中,如何减小电磁干扰对光子计数探头的影响?

[选型相关]滨松有没有针对探测器评价用的稳定光源产品?


 

CLIA-PQ001:PMT在使用中有什么需要注意的安全问题?

1. 高压问题


光子计数探头内部有1000V左右的高压,滨松公司已经做了良好的屏蔽,所以在正常使用情况下,不会有高压电击的问题,不建议可以进行探头拆解,如果拆解使用谨防高压损伤。


2. 曝光损坏问题


光子计数探头核心是光电倍增管,光电倍增管受到强光照射以后,会发生光敏效应,造成光子计数探头一段时间内的暗计数上升,一般在不通电的情况下,这种暗计数上升是可恢复的,需要在暗环境下静置一段时间,为加快这种恢复,可以加电在环境下静置。但是如果是带电见强光的话,可能会对PMT造成不可恢复的损坏。带电见强光是造成光子计数探头损坏的主要原因,对于这种损失我们也叫曝光损坏。


3. 光窗挤压问题


光子计数探头的光窗就是PMT的窗口,都是属于玻璃易碎产品,不允许大力挤压,其中有部分光子计数探头的光窗和外壳基本上在一个平面上,安装过程中要特别注意避免对光窗的挤压。


CLIA-PQ002:都说PMT对光很敏感,有可能被强光打坏,那么如何判断什么样的光对于PMT是会造成损伤的“强光”?

(1) 对于没有通电的PMT,如果被夏天中午的太阳直射,就会造成永久损伤——所以说,只要环境光显著地弱于夏天中午的太阳直射(如日常的室内环境),是不会对没有通电的PMT造成永久损伤的。


(2) 对于已经通电的PMT,如果被满月的月光直射,就能使其输出饱和——所以说,强于满月月光直射的环境光对于已经通电的PMT是需要避免的。



需要强调的是,以上提到的都是会对PMT造成损伤的光强;为了在使用中得到高信噪比,PMT需要非常严格的避光,具体要求可以参考“测试中发现背景高/信噪比不好,从PMT的角度,有可能有哪些原因?”


CLIA-PQ003:测试中发现背景高/信噪比不好,从PMT的角度,有可能有哪些原因?

1. 漏光影响


暗计数是光子计数探头的主要参数,影响暗计数因素主要有温度、漏光等因素,大部分在应用中遇到的暗计数高、本底高的问题,都是由于漏光引起的,PMT是非常灵敏的探测器,对于单光子信号就有非常好的响应,我们通常会收到客户的说法,例如:“在晚上我把灯关掉,还是暗计数很高呀;”“我没有拆开给你们提供的窗口纸呀;”“光窗我是用黑胶带贴上的”。类似这样的避光是远远不够的,远远没有达到光子计数探头要求的工作环境,光子计数探头要求的绝对暗室,不允许有任何的光线透过,所以在光子计数探头使用过程中完全避光应该是最基本的要求。如果仅仅是评价暗计数测试时候建议用黑布进行多层的包裹,并且上电稳定半小时以后进行暗计数评价。


2. 温度对暗计数的影响


另外一个影响暗计数的因素就是温度,工作温度升高热电子发射加剧,暗计数上升,温度降低,暗计数下降,对于化学发光免疫分析中使用的光子计数探头,一般情况温度下降到10℃以下,暗计数就变化很小了。图1为H10682典型的暗计数和温度的关系图请参考。



图1. H10682典型的暗计数和温度的关系图


3. 暗计数对化学发光免疫分析仪的影响


暗计数特性和仪器的检测下限有关系,常温下(25℃)光子计数探头的暗计数都在150cps以内,而化学发光试剂发光要远强于这个数值,所以在常规的试剂体系和设备中暗计数都不会对测试造成太大影响。全自动化学发光设备中由于有温浴系统,温度一般会高于25℃,暗计数会有所上升,对于大部分的设备中都影响不大,不过在设备设计过程中要充分考虑到充分散热,尽量使得光子计数探头安装到远离热源的地方,并且做好通风散热。


CLIA-PQ004:滨松的光子计数探头的输出线性如何?如果我的化学发光仪需要更大的线性范围有没有什么方案?

动态范围是化学发光免疫分析仪的关注的一个重要参数,也是光子计数探头的重要参数。


1. 光子计数探头线性


光子计数探头的动态范围受到光电倍增管、放大电路等因素的影响,考虑到成本、功耗,一般情况下滨松公司的光子计数探头设计最大输出线性为5Mcps或者6Mcps,这样的线性范围完全可以满足化学发光免疫分析仪的使用。下图是H10682典型是线性曲线。


 

图2. H10682线性输出曲线


2. 线性校正


一般情况下光子计数探头最大线性输出5-6Mcps就可以满足客户的使用,但是有个别客户提出在特殊的试剂下,需要更高的线性输出上限,一般情况下遇到这种情况下有两种处理方法,1. 对试剂进行稀释,稀释以后进行测试,可以有效的降低光产额;2. 对光子计数探头的输出进行线性校正,就像我们上面提到的CH326配合CH297-011,在输出线性校正前,最大输出线性为6Mcps如果使用CH297-011内嵌的线性校正功能最大线性输出可以达到20M,当然H10682配合CH297-011也可以实现这个功能。下图3是线性校正前后H10682的最大输出


图3. 线性校正前后H10682的最大输出特性曲线


特性曲线。另外我们也提供线性输出校正公式供用户参考,参考公式如下:


N:真实计数(cps,count per second)

M:测量计数(cps,count per second)

t:脉冲分布率(s)


CLIA-PQ005:化学发光仪中PMT的安装有什么讲究?

1. 距离


安装距离是一个用户问的比较多的问题,安装距离主要会影响PMT的探测率,例如图4所示同样面积的探测器距离点光源越远,如果不加其他光学系统的情况下,探测效率越低,而在化学发光免疫分析仪中,一般情况是直接探测,不加其他的光学系统,所以我们建议是靠近样品池,这样会保证比较好的光耦合效果。如果是安装空间有限制,可以考虑使用光纤,但是使用光纤会带来耦合效率的降低,不是特别推荐。


图4. 安装距离对探测效率影响示意图


2. 探测窗口大小


在全自动化学发光免疫分析仪中,大部分采用直径为1cm左右的圆形的试管,也有其他的异形的试管,当然还有使用微孔板的反应器。在化学发光免疫分析仪中使用的典型产品H10682光窗尺寸为φ8,CH326光窗尺寸为φ25,一般情况下,我们建议客户使用PMT80%的有效面积,这样在光子计数中的能够保证比较好的稳定性和一致性,φ8mm接近试管尺寸,建议使用光窗小于φ8mm,这样可以避免由于试管和PMT的对齐问题,造成的台间差。如果使用φ25mm的产品,就不用考虑对齐问题,也可以保证探测率。


3. 窗材


一般在应用反应皿(试管)和光子计数探头窗口之间不需要加任何的隔离窗口材料,但是有些用户考虑到隔离、污染、腐蚀等因素,希望在窗口和光子计数探头进行隔离,如果有这种需求,我们建议使用石英玻璃作为窗材,并且要求窗口和光子计数探头窗口之间保持3mm以上的距离。


4. 光子计数探头接地


光子计数探头需要安装到一个暗室系统中,大部分用户会用金属材质进行暗室系统的设计,并利用探头提供的固定孔进行探头固定,同时通过固定孔,可以实现探头与设备的整体接地,一般情况下这样会取得更好的EMC性能。但是有些情况下,我们会发现,探头接地以后,会产生偶发的干扰信号产生,大多是由于整机的地线没有做好屏蔽,带来的干扰,这种情况下,我们建议用户,对地线进行进一步的屏蔽和滤波处理。如果不能解决,可以ZAI 探头安装时候,探头外壳不要和大地连接,采用绝缘连接,或者暗盒系统采用聚四氟乙烯的外壳,这样可以有效的减少地线的干扰,不过会带来探头的EMC性能的其他隐患。


CLIA-PQ006:从探测器的角度,如何校正同一型号化学发光仪的台间差?

台间差是设备品控的重要指标,设备台间差和设备的各个部件的台间差是相关的,光子计数探头作为化学发光免疫分析仪的重要部件,它的输出差异也会对设备的台间差造成影响,怎么去减小或者消除这种差异是用户经常遇到的问题。


1. 软件校正


光子计数探头是目前来说测试极微弱光能力最强的探测器,是目前化学发光免疫分析中唯一的探测器选择,正常工作环境下探头灵敏度完全可以满足设备探测器下限信噪比的需求,对于同一个探测器,输出的结果能够反应被探测光的强度和变化,一般情况下这种变化是线性的,所以说对于一个探测器来说只要满足探测信噪比,满足输出线性,输出不受采集设备的现在,输出的绝对值大小就变的没有意义了。

在这个前提下,我们建议用户用标准试剂对每台设备进行一致性标定,在光子计数探头的输出基础上进行系数的校正,在线性范围内只需要一个系数校正即可,如果是在非线性区,需要根据实际输出情况进行校正。


图5. 标准试剂校正


2. 光子计数探头出厂控制


虽然我们上面介绍了光子计数探头的只要满足信噪比情况下,台间差可以通过软件进行修正,不过也有客户希望在探头上做挑选控制,北京滨松根据客户要求,出厂前对光子计数探头例如CH326进行灵敏度挑选,在北京滨松内部测试条件下,可以将灵敏度离散型控制在±10%以内。


CLIA-PQ007:在实际使用中,PMT探头有寿命问题么?其灵敏度还会受什么因素影响?

1. 寿命问题


光电倍增管的寿命只与输出的总电荷数有关,我们定义光子计数探头灵敏度下降50%的时间为光子计数探头的寿命。光子计数法是光电倍增管用于极微弱光探测的一种方法,相比于常规的模拟法应用,一般情况下光子计数探头平均输出电流要小很多,所以说光子计数法寿命非常长,可以达到几十万小时,在正常的工作状态下化学发光免疫分析仪设备,不需要太多考虑光子计数探头的寿命问题。


2. 温度对灵敏度影响


光电倍增的灵敏度受温度的影响,在可见光波段温度升高,光电倍增管灵敏度下降,光子计数探头也继承了光电倍增管的特性,图6所示 H11123温度灵敏度变化曲线,可以看到每升高10℃灵敏度会下降2-3%。


图6. 光电倍增管灵敏度随工作温度变化曲线


CLIA-PQ008:在化学发光仪的设计中,如何减小电磁干扰对光子计数探头的影响?

EMC特性是医疗设备必须考虑的问题,不仅仅是安全的问题,更重要的EMC对于设备稳定性的影响。滨松公司设计的光子计数探头是充分考虑到EMC特性的,虽然目前还没有针对光电倍增管或者光子计数探头的EMC标准,不过滨松公司在光子计数探头的设计和开发过程中有严格的内控指标和测试。对于光子计数探头的EMC特性主要体现下电磁干扰对光子计数探头输出稳定上的影响。


1. 磁场对光子计数探头输出的影响


光电倍增管有空间电子运动,所以在磁场作用下,电子轨迹会发生改变,影响光电倍增管的输出特性,并且不同方向的磁场影响的大小也是不同的,同样光子计数探头输出也会收到磁场影响,图7是H10682输出受磁场影响的典型曲线。在全自动化学发光免疫分析仪中有大量的电磁阀和蠕动泵,这些器件在工作的时候都会产生磁场,这种磁场是光子计数探头干扰磁场的主要来源。滨松的在设计光子计数探头时候已经做了部分的磁屏蔽措施,如果用户在另外增加磁屏蔽处理起到的作用也有限,所以我们建议客户不再进行额外的屏蔽处理。距离降低磁场影响非常有效的手段,我们建议用户要尽量把探测器原理磁场干扰源,一般要求在10cm以上。


图7. H10682受磁场影响输出曲线


2. 信号干扰


磁场会对输出信号造成影响,但是在化学反光免疫仪设计中并不是最棘手的问题,信号输出不稳定、波动、跳点才是最难处理的,并且一般在遇到类似问题的时候很难找到问题所在。对于信号干扰的问题,我们建议用于在设备设计之初就要进行考虑。一般要注意以下几个方面:


a) 电源选择,我们建议用户选择正规的有EMC认证的电源给光子计数探头进行供电;

b) 运动控制、探测电路、线路隔离;

c) 光子计数探头外壳与机壳隔离;

d) 信号输出线排布不横穿、横跨电磁干扰源;

e) 做好整体机壳的屏蔽、接地,防止周围大功率用电器干扰。


CLIA-PQ009:滨松有没有针对探测器评价用的稳定光源产品?

用户一直希望有一个稳定的光源产品能够用于探测器的评价以及设备的标定,基于客户的需求滨松开发了稳定光源产品,一个是试管状、一个是试剂卡状,型号分别为L11416和L11494,图8是产品的基本信息,具体的产品技术信息可以参考滨松的产品样本。

在这里我们主要想向用户说明,稳定光源产品仅仅是一个能够实现稳定输出的光源,由于内部使用LED作为发光器件,所以光谱是一种窄线光谱,与化学发光试剂发光的光谱不是完全相同,所以一般不用于设备一致性的标定。我们定位这个产品主要是评价探测器的输出稳定性、评价设备的输出稳定性,用户可以根据自身的需求,进行产品的选择购买。


图8. 稳定光源产品基本信息



# 相关工程师


 

针对以上内容,如您有任何问题,欢迎联系我们



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