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第8章 常用器械及仪器设备(7)

2.分光光度计原理当光线穿过某种化学溶液时,总要被吸收一部分,即出射光总要小于入射光,二者之间的比值称作吸收值。就某一溶液来说,虽然对各种波长的光都有所吸收,但其吸收值是不一样的。有其特征的吸收峰,即对某一个(或几个)波段的光吸收特别强烈。并且其吸收率与溶液中该成分的浓度有一定的关系。因此,根据溶液在全波段光扫描中的特征峰,可以判断溶液中的某些组分,达到定性的目的,或者用某一特定波段的光穿透样品,根据样品对光的吸收程度,确定该组分的浓度,达到定量的目的。这就是应用分光光度计的基本原理。

许多物质的吸收峰在可见光波段以内,由于有些生化物质如蛋白、核酸等,其吸收波在紫外光波段内,因此有时将紫外和可见光发生器安装在一台仪器中,此即紫外—可见光分光光度计。

3.分光光度计的调试和使用分光光度计是光学、精密机械和电子技术三者紧密结合的仪器。正确安装、使用和定期检查仪器的性能,加强维护和维修,才能保证从仪器获得准确的分析结果,延长仪器使用寿命和提高仪器使用效果。

3.1装备分光光度计实验室的基本要求

3.1.1温度:装备中高档的分光光度计的实验室最好安装空调设备,使室温保持在20℃±2℃,条件较差的实验室,最高温度也不宜超过28℃,最低不低于15℃。棱镜的折射率随温度而改变,因而温度的变化影响棱镜色散特性,也会影响光学零件的成像质量。

3.1.2湿度:一般控制在45%~65%,上限不超过70%。湿度大,容易使光学零件表面发霉、生雾,特别严重时,水蒸气对359-450nm辐射产生吸收而干扰测定,潮湿气体因易产生漏电而影响光电转换元件的暗电流。

3.1.3防尘:尘土对光学和电子系统都有不良的影响,如尘土散落在光学部件表面,会增加仪器的杂散光和降低透光性和反射率。也会导致电子元件的旁路、短路或接触不良。因此应尽可能减少实验室的尘土污染。

3.1.4防震和防电磁干扰:震动可导致棱镜和光栅的位移而产生波长差异,也使测量系统产生波动。外界的电磁场使仪器电子系统产生扰动,尤其影响光源灯稳定性,导致整机电子系统工作不稳定。因而应尽可能远离震源和避免与用电量变化大的其他大型仪器共用电源。

3.1.5防腐蚀:分光光度计工作室与化学室操作室必须分开,避免化学操作室的酸雾及其他腐蚀性气体进入仪器室,当测量具有挥发性或腐蚀性样品溶液时,应加样品池盖,实验结束时,应及时对样品室进行清理。

3.2分光光计度波长的测试及校正:波长的变化对分析结果的质量影响极大,对于购置的新仪器,必须对其波长进行检测,正在使用的仪器也要定期每年检查2-3次。产生波长误差的原因,主要是仪器在装备或运输过程中,波长装置中各种部件与出射狭缝间相对位置发生变化,或是工作室温度、湿度变化过大,记录系统的机械零件的磨损、积尘而不能正常转动,记录纸受潮变形等。常用的检查和校正的方法有:

3.2.1用标准镨钕滤光片、钬玻璃滤光片等,主要用于检测可见光。以镨钕滤光片为例,方法是测量529nm和808nm两个吸收峰,如测出的吸收峰与名义值(刻度值)不同,即通过调节准直镜反射角度,使出的单色光波长发生改变,或者通过调整刻度来校正。

3.2.2用氢灯、氘灯或低压汞灯发射的光谱线进行检查和校正。以汞灯为例,其方法如下:将仪器预热到正常工作温度,保持一定的室温,将汞灯置于靠近单色器的入射狭缝处,使孤光形成一直线聚焦于入射狭缝,狭缝宽度调至最小,以最慢速度进行扫描,全部测量应按仪器正常扫描方向进行,避免反转。对手动式仪器。最常用的谱线是579.0nm、576.9nm、435.8nm、404.5nm、364.9nm和253.7nm,将观测到的最大透光率谱线位置与上述相应的谱线之间的差值(波长误差)作图,得出校正曲线,全波段的波长误差一般不应超过±lnm。

3.2.3采用Ho(ClO4)3、CuSO、COSO4、K2Cr2O4、K2Cr207等标准样品溶液。Ho(C1O4)3在紫外—可见光谱区有狭窄的锐带,吸收峰值可以精确到lnm,是最常用的标准溶液。

4.分光光度计的维护

4.1光源:光源灯有一定的寿命,仪器不工作时不要开灯,若工作间歇时间短,可不关灯和停机,一旦停机,则要待灯冷却后再重新启动,并预热15分钟。灯泡发黑或亮度明显减弱或不稳定,应及时更换;移动光源不要用手直接接触窗口(要戴手套),以免手上油污沾附在窗口上,经紫外光照后形成结痕(可用无水乙醇去除)。更换光源时要注意调好灯丝和进光窗的相对位置,使光尽可能多地进入光路,否则灵敏度下降。

4.2单色器:是分光光度计的核心部分,装置在一密封盒内,一般不宜拆开,要经常更换单色器盒的干燥剂,以防色散元件受潮生霉;仪器使用半年以上或搬动后,要进行波长读数校正。

4.3吸收池:是光度测量最常用的器件,要注意保护吸收池的光学面,不允许将容易擦伤光学面的物体放入吸收池内。一般用柔软的棉织布物或绸布擦干,不用时拭于置于吸收池盒内或浸泡在蒸馏水中。用后的吸收池应立即清洗。

测试样品时必须根据波长选用吸收池,用紫外光测定时须用石英杯,否则紫外光无法透过。

八、电泳仪

1.电泳仪的用途和种类电泳仪是为电泳技术提供电源的装置,它和电泳槽配合成一体,是血清学诊断和分子生物学诊断技术必不可少的设备,如对流免疫电泳、圆盘电泳、火箭电泳、聚丙烯酰胺凝胶电泳和琼脂糖电泳等。目前使用的电泳仪主要有稳压电泳仪、稳压稳流电泳仪、直流电泳仪和高压电泳仪等。电泳仪电压一般在600V,电流为l00mA,可用于对流免疫电泳、圆盘电泳、火箭电泳和聚丙烯酰胺凝胶电泳。高压电泳仪电流和电压较高,可用于各种不同用途的电泳,如转移电泳(蛋白印迹)需要较高的电压。

2.电泳仪的调试和使用新购入电泳仪首先应认真阅读使用说明书。接通电源开关,检查电压表指针和电流表指针是否在“0”的位置。如偏移,可用调谐旋钮慢慢调整。现有的电泳仪的电压、电流强度一般在显示面板上直接显示。

现将使用程序介绍如下:

2.1选择工作状态,如“稳压”、“稳流”等。

2.2选择工作量程,如“电压0-100V”或“100-200V”等。

2.3接通电源,观察电流是否有指示。否则应检查是否是接触不良。

2.4观察电流或电压是否达到设定值。

3.电泳仪使用注意事项和维护

3.1电泳仪应放置在干燥、通风的地方,以免受潮,引起短路或失灵。

3.2电泳仪工作时,不能触摸缓冲液,以免造成危险。

3.3电泳时,正负极必须接正确,否则电泳区带会朝相反的方向迁移。

3.4在做转移电泳时,应注意电泳仪的通风散热,否则由于时间过长造成某些部件烧坏。可用电风扇进行散热(有的电泳仪配有风扇)。

3.5电泳时应该经常检查电压和电流是否稳定,否则将影响试验结果。同时检查电泳槽的缓冲液是否有泄漏现象,如发现应及时加补缓冲液。

3.6电泳仪为一种较精密的试验仪器,应注意防尘,以免影响精确度,一般不用时应加盖防尘罩。

九、PCR基因扩增仪

1.PCR基因扩增仪的用途和类型PCR技术是80年代中期美国Cetus公司Mullis等发明的快速体外基因扩增技术。在建立PCR方法的初期,使用大肠杆菌DNA聚合酶I的Klenow片段,在两个不同温度的水浴槽中完成模板DNA的扩增,出现了PCR基因扩增仪的雏形。由于DNA聚合酶I的Klenow片段在DNA变性温度下失活,每轮反应都要补加酶,不利于自动化;1988年Saiki等将耐热DNA聚合酶(Taq酶)引入PCR,使操作大为简化,从而加速了PCR的自动化,各种类型的PCR基因扩增仪相继问世,推动了PCR技术的发展和应用。PCR基因扩增仪的设计,均按照DNA变性、复性和延伸三个环节,以及温度均恒、传导快和升降温迅速等原则,结合传感技术、微电子技术和电子计算机等技术发展而成的自动化和智能化的仪器设备。其种类包括水浴式PCR基因扩增仪、气流式PCR仪、金属模块式PCR基因扩增仪。

2.PCR基因扩增仪的原理

2.1水浴式PCR基因扩增仪:水浴式PCR基因扩增仪一般由3个不同温度的水浴槽和机械臂组成,样品管分别浸于3个水浴槽中,完成变性、复性和延伸三个过程,反应管在每个槽中停留的时间和槽间移动通过微电脑及其控制的机械臂完成。该仪器温度可调,恒温精度高,温度均匀,价格低廉,适用于基层实验室使用。但机械臂易出故障,水浴槽中水分易蒸发(覆盖矿物油可防止蒸发),体积较大。还有一类水浴式PCR仪,只有一个固定样品槽,通过微机控制将不同温度的水泵入或排出达到温度控制完成DNA扩增的目的。此类型的PCR仪问世较早,目前应用较少。

2.2气流式PCR基因扩增仪:气流式PCR仪主要由对流恒温箱(机壳)、热气源、冷气源、控制器等组成。将样品管置于对流恒温箱中,由控制器控制热空气枪、热辐射源和大功力风扇,以提供冷热空气,变换反应管的温度。该仪器成本低,整个系统没有液体流动,安全度高。

2.3金属模块式PCR基因扩增仪:此类扩增仪的核心为铝或不锈钢加热块,上面分布数量不等的样品管孔,采用电阻加热、压缩机制冷、半导体调制温度或电子调制温度。该机体积小,升降温速度快,样品基座温度准确,均一度高,自动化程度高,扩增程序容量较大,检测样品的数目多,可用于普通0.5ml管、薄壁DNA扩增和原位DNA扩增。操作简单、方便,检测结果稳定,可靠性高,但价格较贵,是目前国内外生产和使用较为普遍的PCR基因扩增仪。

3.PCR基因扩增仪的使用与维护

虽然PCR基因扩增仪的生产厂家、型号很多,工作原理不尽相同,使用方法也不尽一致,但都具有向自动化和智能化发展的趋势。这对于使用者来说比较方便,只要参考说明书轻轻触动键钮,输入或改变扩增程序、反应时间、温度等,置入扩增样品,扩增仪就会自动完成整个扩增过程。

十、酸度(pH)计

1.酸度计的用途酸度计是用来测量溶液pH值的仪器,通过测量原电池的电动势来求出被测物的含量。pH计反映的是溶液的酸碱度。用酸度计进行电位测量是测量pH最精密的方法。

2.酸度计的原理和结构酸度计由三个部件构成:①一个参比电极;②一个玻璃电极,其电位取决于周围溶液的pH;③一个电流计,该电流计能在电阻极大的电路中测量出微小的电位差。由于采用最新的电极设计和固定电路技术,现在的pH计可分辨出0.005pH单位,而且采用数显的方式显示测量结果。

参比电极的基本功能是维持一个恒定的电位,作为测量各种偏离电位的对照。银-氧化银电极是目前pH计中最常用的参比电极。玻璃电极的功能,是建立一个对所测量溶液的氢离子活度发生变化作出反应的电位差。把对pH敏感的电极和参比电极放在同一溶液中,就组成一个原电池,该电池的电位是玻璃电极和参比电极电位的代数和,E电池=E参比+E玻璃。如果温度恒定,这个电池的电位随待测溶液的pH变化而变化,而测量酸度计中电池产生的电位是困难的,因其电势非常小,且电路的阻抗又非常大(1-100MΩ);因此,必须把信号放大,使其足以推动标准毫伏表或毫安表。电流计的功能就是将原电池的电位放大若干倍,放大的信号通过电表显示出来,电表指针偏转的程度表示其推动的信号的强度。为了使用上的需要,pH电流表的表盘刻有相应的pH数值;而数式pH计则直接以数字显出pH值。

3.酸度计的调试和使用目前实验室常用的酸度计均为数字式酸度计。数字式酸度计的设定温度和pH值都在屏幕上以数字的形式显示。无论哪种酸度计在使用前均需用标准缓冲液进行二次重点校正。

首先阅读仪器使用说明书,接通电源,安装电极,指示灯亮后,最好预热半小时以上,使零点有较好的稳定性。在小烧怀中加入pH值为7.0的标准缓冲液,将电极浸入,轻轻摇动烧杯,使电极所接触的溶液均匀。按不同的酸度计所附的说明书读取溶液的pH值,校正pH计,使其读数与标准缓冲液(pH7.0)的实际值相同并稳定;然后再将电极从溶液中取出并用蒸馏水充分淋洗,在小烧杯中换人pH4.01或pH0.01的标准缓冲液,把电极浸入,重复上述步骤使其读数稳定。这样就完成了二次重点校正。校正完毕,用蒸馏水冲洗电极和烧怀。校正后切勿再旋转定位调节器,否则必须重新校正。

所测溶液的温度应与标准缓冲液的温度相同。因此,使用前必须调节温度调节器或斜率调节旋钮。先进的pH计在线路中安插有温度补偿系统,仪器经初次校正后,能自动调整温度变化。