LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây các ngành khoa học cơ bản và công nghệ đã
có những tiến bộ vượt bậc. Chuyên ngành thiết bị xét nghiệm được thừa hưởng
nhưng tiến bộ đó cho phép các kết quả xét nghiệm có độ tin cậy cao, giá thành
hạ, thời gian thực hiện ngắn. Tuy nhiên điều này lại gắn với mức độ phức tạp
có tích hợp cao của thiết bị xét nghiệm.Việc vận hành bảo dưỡng, sửa chữa
thiết bị đòi hỏi phải có hiểu biết sâu về nguyên lý làm việc và cấu tạo của thiết
bị. Máy xét nghiệm sinh hoá hiện được dùng rất phổ biến trong tất cả các viện
và phòng khám, là thiết bị không thể thiếu trong cận lâm sàng. Giáo trình này
ngoài mục đích cung cấp các kiến thức trên còn hướng dẫn các thủ tục vận
hành, bảo dưỡng cơ bản cho máy xét nghiệm sinh hoá.
Tài liệu này được viết dành cho học sinh hệ dài hạn của trường Kỹ Thuật
Thiết Bị Y tế, ngoài ra còn là tài liệu tham khảo cho đối tượng là các Kỹ thuật
viên sửa chữa thiết bị xét nghiệm.
Trong quá trình biên soạn tài liệu chắc chắn còn có thiếu sót. Rất mong
nhận được sự góp ý xây dựng của các thầy cô, các chuyên gia, các bạn đồng
nghiệp và các em học sinh.
Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về Ban Thiết Bị Xét Nghiệm Y Tế –
Trường Kỹ Thuật Thiết Bị Y tế -1/89 Lương Đình Của - Đống Đa – Hà Nội
Xin trân trọng cảm ơn!
Tác giả
Nguyễn Hữu Tư
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 1
BÀI 12. QUANG PHỔ KẾ 3
PHẦN 1 3
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG VỀ MÁY XÉT NGHIỆM SINH HOÁ 3
1. CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA MÁY XÉT NGHIỆM SINH HOÁ 3
1.1. Một số khái niệm quang học cơ bản 3
1.2. Một số dụng cụ quang học cơ bản 6
1.3. Định luật đo màu 12

1.4. Cơ sở quang điện của phương pháp đo màu 16
2. TÍNH NĂNG TÁC DỤNG CỦA MÁY XÉT NGHIỆM SINH HOÁ 26
2.1. Giới thiệu về xét nghiệm sinh hoá 26
2.2. Một số thông số trong máy xét nghiệm sinh hoá 28
2.3. Cơ sở hoá sinh dùng trong máy sinh hoá 35
3. MÁY XÉT NGHIỆM SINH HOÁ 40
3.1. Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của máy sinh hoá 40
3.2. Các phương pháp đo trong xét nghiệm sinh hoá 44
LƯỢNG GIÁ KIẾN THỨC PHẦN 1 46
PHẦN 2 50
GIỚI THIỆU MÁY QUANG KẾ 722 50
1. Tổng quan về máy quang kế 722 50
1.1. Giới thiệu chung 50
1.2. Đặc tính kỹ thuật 50
1.3. Cấu trúc mặt máy 51
2. Nguyên lý làm việc 52
2.1. Sơ đồ khối và chức năng các khối 52
2.2. Nguyên lý làm việc 53
3. Vận hành 54
3.1. Pha, ủ hoá chất và cách đo mẫu 54
3.2. Thao tác vận hành máy quang kế 722 65
4. Bảo dưỡng 66
4.1. Bảo dưỡng thường xuyên 66
4.2. Bảo dưỡng định kỳ 67
5. Một số hư hỏng thường gặp và cách khắc phục 68
LƯỢNG GIÁ KIẾN THỨC PHẦN 2 71
Đáp án câu hỏi trắc nghiệm phần lượng giá kiến thức 74
2
BÀI 12. QUANG PHỔ KẾ
PHẦN 1

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG VỀ MÁY XÉT NGHIỆM SINH HOÁ
1. CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA MÁY XÉT NGHIỆM SINH HOÁ
1.1. Một số khái niệm quang học cơ bản
1.1.1. Ánh sáng đơn sắc
Mỗi ánh sáng ứng với một giá trị xác định của bước sóng λ trong chân
không có một sắc màu riêng biệt gọi là ánh sáng đơn sắc

3
λ
E
t
MỤC TIÊU
1. Trình bày được các cơ sở vật lý của máy sinh hoá về quang học,
điện học.
2. Trình bày được các thông số thường đo trong máy sinh hoá, cơ sở
hoá sinh để đo được các thông số này.
3. Vẽ được sơ đồ nguyên lý của máy sinh hoá, phân tích được hoạt
động của sơ đồ.
4. Trình bày được các phương pháp đo trong máy sinh hoá.
5. Vẽ được sơ đồ khối và phân tích được nguyên lý hoạt động của
máy quang kế 722.
6. Trình bày được cách pha và ủ một số loại hoá chất thông dụng và
cách đo trên máy quang kế 722.
7. Trình bày được quy trình bảo dưỡng máy quang kế 722.
8. Trình bày được một số lỗi thường gặp khi sử dụng máy quang kế
722, phân tích được nguyên nhân và cách khắc phục các lỗi
Hình 1.1. Dạng sóng của ánh sáng đơn sắc
Véctơ năng lượng
E
của sóng ánh sáng là một véctơ có phương vuông

góc với phương truyền sóng, có vận tốc truyền c= 3.10
8
m/s.
Phương trình sóng ánh sáng đơn sắc có dạng:






+=
ϕ
π
t
T
Ax
t
0
2
cos

Trong đó:
x
t
: là giá trị biên độ tại thời điểm t, A: là biên độ cực đại
T
0
: là chu kỳ sóng
ϕ: là pha
λ: là bước sóng của ánh sáng, λ=c/f.

1.1.2. Ánh sáng trắng
Nhà bác học Newton đã làm một thí nghiệm như sau:
Ông dán một tờ giấy trắng lên một đĩa kim loại tròn và chia hình tròn
đó thành nhiều hình quạt nhỏ, sau đó ông lần lượt tô màu theo thứ tự đỏ, cam,
vàng, lục, lam, chàm, tím lên các hình quạt đó như hình 1.2. Cho đĩa quay
quanh trục O, ban đầu quay chậm thì còn thấy 7 màu, khi quanh tốc độ quay
đủ lớn, do hiện tượng lưu ảnh của mắt lên cảm giác cả bảy màu hoà trộn vào
nhau và lúc đó mắt chỉ cảm giác được màu trắng.
Từ đó, ông rút ra kết luận: “Ánh sáng trắng là hỗn hợp của nhiều ánh
sáng đơn sắc, có màu biến thiên liên tục từ màu đỏ đến màu tím.”
4
Đỏ
Cam
Vàng
Hình 1.2. Mô phỏng thí nghiệm tổng hợp ánh sáng trắng
Lục
Lam
Chàm
Tím
Hình 1.3 biểu diễn phổ điện từ trường của vùng quang học. Dải ánh
sáng mà mắt thường nhìn thấy được (vùng khả kiến) trong vùng có bước sóng
xấp xỉ 0,4ữ0,7àm. Ta thấy các dải màu chính trong vùng khả kiến từ ánh
sáng màu tím tới ánh sáng màu đỏ. Vùng tia tử ngoại bao gồm các bước sóng
từ 0,1ữ0,4àm và vùng tia hồng ngoại bao gồm các bước sóng trong khoảng
0,7ữ1000àm.
Hình 1.3. Phổ điện từ trường của vùng quang học
Vùng ánh sáng 7 màu là vùng khả kiến, có bước sóng biến thiên từ 390
nm đến 770 nm. Trong thực tế, các nguồn sáng trắng không chỉ có bước sóng
nằm trong vùng này mà còn lan sang cả vùng hồng ngoại và tử ngoại. Các ánh
sáng đơn sắc có bước sóng lân cận nhau thì gần như có cùng một màu ví dụ:

Vùng màu đỏ : λ=622÷770nm
Vùng màu da cam: λ=597÷622nm
Vùng màu vàng : λ=577÷597nm
Vùng màu lục : λ=492÷577nm
Vùng màu lam chàm : λ=455÷492nm
Vùng màu tím : λ=390÷455nm
5
1.1.3. Khái niệm quang phổ
Khi phân tích một nguồn sáng ra thành các ánh sáng đơn sắc gọi là
quang phổ. Có 3 loại quang phổ: Quang phổ liên tục, quang phổ vạch phát xạ
và quang phổ vạch hấp thụ.
Quang phổ tiên tục là quang phổ gồm nhiều dải sáng, màu sắc khác
nhau, nối tiếp nhau một cách liên tục. Ví dụ ánh sáng mặt trời, bóng đèn dây
tóc nóng phát ra ánh sáng Quang phổ liên tục do các chất rắn, lỏng và khí có
tỷ khối lớn phát ra khi bị nung nóng.
Quang phổ vạch phát xạ là quang phổ gồm các vạch màu riêng lẻ, ngăn
cách nhau bằng những khoảng tối. Nguồn phát quang phổ vạch là các chất
khí, hay hơi có tỷ khối nhỏ phát ra khi nóng sáng. Quang phổ vạch do các
nguyên tố khác nhau là khác nhau về cả màu sắc lẫn số lượng vạch. Ví dụ, hơi
natri bị đốt nóng sẽ cho quang phổ là 2 vạch màu vàng, quang phổ của hơi
hiđrô cho 4 vạch là đỏ, lam, chàm, tím
Quang phổ liên tục, thiếu vạch màu do bị chất khí hay hơi hấp thụ,
được gọi là quang phổ hấp thụ của khí hay hơi đó.
Việc ứng dụng quang phổ liên tục trong xét nghiệm là rất cần thiết,
nguồn sáng dùng trong đó phải có dải phổ rộng để có thể lọc ra được các bước
sóng cần thiết trong cả 3 miền: tử ngoại, vùng khả kiến và vùng hồng ngoại.
Quang phổ vạch được ứng dụng trong các máy đo đốt quang trong xét
nghiệm để xác định định tính của một số chất trong dung dịch. Tuy nhiên,
hiện này phương pháp này không còn được dùng vì phức tạp và kết quả
không định lượng.

1.2. Một số dụng cụ quang học cơ bản
Phần này giới thiệu một số dụng cụ quang học cơ bản có ứng dụng
trong các máy xét nghiệm sinh hoá hiện nay. Để hiểu thêm về cấu tạo chi tiết
của từng dụng cụ và các lý thuyết liên quan, bạn đọc tham khảo trong các tài
liệu chuyên môn về quang học.
6
1.2.1. Gương
Gương là dụng cụ quang học phản xạ hoàn toàn khi có ánh sáng chiếu
tới. Gương chia làm 3 loại: gương phẳng, gương cầu lồi, gương cầu lõm.
Trong máy sinh hoá, thường dùng gương cầu lõm để tập trung được cường độ
ánh sáng, tạo thành chùm sáng song song.
Cấu tạo của gương thường gồm 3 lớp:
- Lớp trên cùng là thuỷ tinh trong suốt để ánh sáng đi qua. Ngoài ra nó
còn có tác dụng tạo bề mặt phẳng để phủ lớp phản xạ.
- Lớp ở giữa được phủ lên lớp thuỷ tinh có tác dụng phản xạ ánh sáng,
lớp này thường là bạc hoặc nhôm.
- Lớp cuối cùng thường là lớp sơn bảo vệ cho lớp phản xạ.
1.2.2. Thấu kính
Thấu kính là một môi trường trong suốt giới hạn bởi hai mặt cầu hoặc
một mặt phẳng, một mặt cầu.
7
Lớp kính
trong suốt
Lớp phản xạ Lớp bảo vệ
Hình 1.4. Cấu tạo của gương
Hình 1.5. Hình dạng một số loại thấu kính
Nếu thấu kính có độ hội tụ D>0 ta có thấu kính hội tụ, D<0 ta có thấu
kính phân kỳ. Trong máy xét nghiệm, người ta chỉ sử dụng thấu kính hội tụ để
tập trung ánh sáng hoặc tạo chùm sáng song song. Chùm sáng tới song song
sẽ hội tụ tại tiêu điểm F của thấu kính hoặc chùm sáng tới tại tiêu điểm F sẽ

tạo chùm sáng song song.
1.2.3. Lăng kính
Ngày nay, lăng kính không được sử dụng phổ biến trong các máy đo
màu và quang phổ kế nhưng về mặt lịch sử lại có ý nghĩa vô cùng quan
trọng. Lăng kính tách ánh sáng trắng thành ánh sáng đơn sắc do góc khúc
xạ của các bước sóng khi đi qua lăng kính là không giống nhau, nên đầu ra
của lăng kính sẽ là phổ liên tục của ánh sáng trắng như hình 1.6.
8
Hình 1.6. Sự tập trung ánh sáng của thấu kính hội tụ
Hình 1.7. Sự tán sắc của ánh sáng trắng qua lăng kính
Độ rộng của dải quang phổ thu được qua lăng kính phụ thuộc chủ
yếu vào năng lượng khuếch tán, bản chất của lăng kính và góc ở đỉnh lăng
kính. Lăng kính sử dụng trong các máy đo màu được làm từ thuỷ tinh và có
thể cho ánh sáng đơn sắc có bước sóng nằm trong dải 350 - 800nm. Nếu
phép đo yêu cầu thực hiện trong vùng cực tím thì sử dụng lăng kính thạch
anh vì thạch anh có sự hấp thụ bức xạ yếu trong vùng này nên cường độ
chùm sáng tốt hơn.
1.2.4. Bộ lọc Gelatin
Bộ lọc loại này có giá thành thấp, có thể tạo ra hoặc truyền dải bức
xạ rộng
±
20nm. Cấu trúc của kính lọc giống như một chiếc bánh sandwich,
kẹp giữa hai tấm kính mỏng là một lớp mỏng gelatin nhuộm màu sắc mong
muốn. Hạn chế của các bộ lọc gelatin là:
1. Chúng có dải thông rộng là nguyên nhân gây ra sự không tuyến tính cho
các đường chuẩn
2. Bộ lọc này hấp thụ gần 30-40% bức xạ tới, vì thế làm giảm năng lượng
ánh sáng đi vào bộ phát hiện quang.
Tuy nhiên, các bộ kính lọc này lại thích hợp với hầu hết các ứng
dụng thông thường. Để đảm bảo tất cả các bước sóng nằm trong dải quang

phổ nhìn thấy được, có thể ghép nhiều kính lọc Gelatin khác nhau.
1.2.5. Kính lọc giao thoa
Sử dụng các kính lọc giao thoa sẽ cho dải thông hẹp gần 10nm, bộ
lọc loại này chỉ hấp thụ gần 10% bức xạ tới qua toàn bộ dải quang phổ vì
thế ánh sáng đi tới cảm biến quang có cường độ cao hơn. Do vậy, hiện nay
hầu hết các loại máy sinh hoá đều sử dụng loại kính lọc này.
Chúng được thiết kế bởi nhiều lớp kính được đặt rất gần nhau và
khoảng cách giữa các lớp kính bằng 1/2 độ dài của bước sóng mà ta cần
9
lọc ra. Nguyên lý lọc màu của loại kính này như sau: Khi ta cho một chùm
ánh sáng trắng đi qua kính lọc, các tia sáng đi vào kính sẽ tán xạ bởi nhiều
lớp kính được đặt cách nhau 1/2 λ, những tia sáng nào có bước sóng không
trùng với bước sóng của kính lọc tương ứng thì sẽ bị triệt tiêu và ở đầu ra ta
thu được ánh sáng có bước sóng tương ứng.
1.2.6. Cách tử nhiễu xạ
Cách tử được cấu tạo dựa trên hiện tượng nhiễu xạ. Khi ánh sáng đi
qua một khe hẹp sẽ xuất hiện hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng. Vùng nhiễu xạ
sẽ cho phổ của ánh sáng chiếu tới.
Một cách tử nhiều xạ gồm một số lượng lớn các rãnh song song cách
đều nhau được khắc gần nhau trên cùng một bề mặt có độ bóng cao như
thép, thuỷ tinh hoặc thạch anh. Cách tử nhiễu xạ điển hình có 1200 - 2000
vạch/mm, mật độ càng dày thì độ đơn sắc càng tốt.
Khi ánh sáng trắng chiếu lên cách tử, các bước sóng khác nhau sẽ bị
chệch theo các góc khác nhau như hình 1.9.
10
Ánh sáng tới
Màu ánh sáng đơn sắc được xác định bởi góc này
Hình 1.9. Các mức nhiễu xạ trên cách tử phản xạ
1/2
λ


Hình 1.8. Cấu tạo kính lọc giao thoa
Nếu chùm sáng khuếch tán sau đó được hội tụ lại trên một khe hẹp
thì có thể chọn bước sóng ánh sáng đó bằng cách dịch chuyển khe hẹp đó.
Cách tử loại này được gọi là cách tử phản xạ thường dùng để phân tích
vùng tử ngoại. Trong phân tích ánh sáng khả kiến thường sử dụng cách tử
truyền có cấu trúc như hình 1.10.
1.2.7. Cuvét
Được dùng trong máy xét nghiệm để dựng mẫu khi đo, vì vậy cuvét
phải được làm với các đặc tính:
- Cho qua tất cả các bước sóng dùng trong xét nghiệm
- Có bề mặt quang học đảm bảo song song và phẳng tuyệt đối để tránh
sự phản xạ của ánh sáng chiếu tới.
- Phải có độ bền về hoá học, không bị các hoá chất làm hỏng.
11
Nguồn sáng
Thấu kính hội tụ
Khe sáng
Khe sáng
Cách tử trong suốt
Hình 1.10. Cấu trúc của cách tử truyền
Trong thực tế có nhiều loại cuvet phụ thuộc vào chất liệu chế tạo. Cuvét
thường được làm từ thạch anh, thuỷ tinh hoặc nhựa trong, có chiều dày quang
học chuẩn là 1 cm để đảm bảo các tính chất trên.
1.3. Định luật đo màu.
Phương pháp đo màu là một trong những phương pháp phân tích thành
phần dung dịch dựa trên việc so sánh cường độ cường độ màu của dung dịch
nghiên cứu với cường độ của dung dịch chuẩn (dung dịch có nồng độ đã biết
trước).
Người ta dùng phương pháp đo màu chủ yếu là để xác định lượng nhỏ

các của các chất có trong dung dịch. Phân tích bằng phương pháp đo màu tốn
ít thời gian hơn so với phương pháp khác, nó cho kết quả chính xác mà không
cần phải tách riêng các chất cần xác định ra khỏi thành phần dung dịch.
Phương pháp đo màu được thực hiện bằng hai cách cơ bản:
+ Phương pháp đo màu chủ quan ( Quan sát bằng mắt )
+ Phương pháp đo màu khách quan ( Đo màu quang điện)
Phương pháp đo màu chủ quan hiện nay không còn được dùng do tính
chính xác chỉ mang tính chất tương đối, phụ thuộc vào người quan sát.
Phương pháp đo màu quang điện cho kết quả chính xác, khách quan nên được
ứng dụng phổ biến trong xét nghiệm.
1.3.1. Sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch
Nếu rọi một chùm sáng có cường độ I
0
vào một cuvét đựng một dung
dịch nào đó thì một phần I
r
bị phản xạ trên bề mặt của cuvét, một phần khác I
a
bị dung dịch hấp thụ, phần còn lại I
t
đi qua cuvét ra ngoài, giữa các đại lượng
cường độ ánh sáng này có các hệ thức sau:
I
0
=I
r
+I
a
+I
t

(1-1)
Trên thực tế, trong một loại phân tích ta chỉ sử dụng một loại cuvét nên
cường độ ánh sáng phản xạ I
r
là không đổi. Mặt khác, bề mặt cuvét được làm
rất phẳng và ánh sáng chiếu vào được tập trung gần như vuông góc với bề mặt
12
cuvét nên I
r
là rất nhỏ. Vì vậy có thể bỏ qua thành phần phản xạ. Ta có hệ
thức đơn giản hơn như sau:
I
0
= I
a
+I
t
(1-2)
Bằng cách đo cường độ ánh sáng tới I
0
và cường độ ánh sáng ra khỏi
cuvét I
t
, ta có thể tìm được cường độ ánh sáng bị hấp thụ I
a
.
1.3.2. Định luật Bouguer - Lambert
Dựa trên thực nhiệm, P. Bouguer và I.Lambert đã thiết lập được mối
liên hệ giữa ánh sáng truyền trong môi trường với bản chất của môi trường
truyền dẫn. Định luật Bouguer - Lambert phát biểu như sau:

“Những lớp chất có chiều dày đồng nhất, trong những điều kiện như
nhau luôn hấp thụ một tỉ lệ như nhau của dòng sáng rọi vào những lớp chất
đó.”
Để giải thích điều này, ta giả thiết một chùm sáng có cường độ 100 lux,
qua lớp dung dịch có chiều dày nhất định, chùm sáng bị hấp thụ mất đi 50%
ban đầu. Như vậy, chùm sáng đó ló ra sau dung dịnh chỉ còn lại 50 lux. Ta
tiếp tục cho chùm sáng đi qua một lớp dung dịch cùng tính chất và chiều dày
như lớp dung dịch trước. Sau khi qua lớp thứ hai này, chùm sáng lại bị hấp
thụ 50% cường độ và do đó chỉ còn lại 25 lux.
13
I
a
I
t
I
r
I
0
Hình 1.11. Mô tả đường truyền của ánh sáng qua cuvét chứa dung dịch
Giả sử có một lớp môi trường có bề dày x (hình 1.11) được một
chùm sáng đơn sắc chiếu tới mà cường độ sáng trước khi vào môi trường là
I
0
, sau khi đi qua môi trường cường độ ánh sáng là I
x
. Trường hợp này các
yếu tố phản xạ và khúc xạ coi là vô cùng nhỏ và có thể bỏ qua.
Mối quan hệ giữa cường độ ánh sáng trước và sau khi đi qua môi
trường được biểu diễn bởi công thức:
x

x
eII
µ
−
=
.
0
(1-3)
Trong đó
µ
là hệ số hấp thụ của môi trường, phụ thuộc vào bản chất,
mật độ môi trường và vào bước sóng của ánh sáng chiếu tới. Dấu trừ cho
biết cường độ ánh sáng qua bề dày x bị giảm đi.
Biểu thức trên cũng là biểu thức biểu diễn định luật Bouguer -
Lambert cho biết qui luật giảm cường độ ánh sáng sau khi truyền qua môi
trường. Thường người ta viết định luật Bouguer dưới dạng sau:
Kx
II
−
=
10.
0
(1-4)
Trong đó k là hệ số tắt, k = 0,43
µ
. Nếu
10
1
0
=

I
I
thì
x
K
1
=
. Vậy hệ số tắt có
giá trị bằng nghịch đảo bề dày mà với nó cường độ ánh sáng bị yếu đi 10
lần. Nói khác đi, nếu lấy chiều dày hấp thụ bằng đại lượng nghịch đảo của
hệ số tắt thì cường độ ánh sáng sẽ bị giảm đi 10 lần.
14
I
0
I
x
x
Hình 1.12. Sự hấp thụ ánh sáng của môi trường
1.3.3. Định luật Bouguer – Lambert - Beer
Khi nghiên cứu sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch, Beer đã thiết lập
được mối liên hệ giữa hệ số tắt K với nồng độ của chất hấp thụ ánh sáng như
sau:
K =
ε
.C (1-5)
Trong đó:
C: nồng độ chất tan trong dung dịch
ε: hệ số không phụ thuộc vào nồng độ
Định luật Beer cùng tương tự như định luật Bouguer – Lambert. Nhưng
nếu định luật Bouguer – Lambert khảo sát sự thay đổi độ hấp thụ ánh sáng với

dung dịch có nồng độ xác định khi thay đổi chiều dày của lớp dung dịch hấp
thụ, còn định luật Beer lại khảo sát sự thay đổi độ hấp thụ ánh sáng của dung
dịch với sự thay đổi nồng độ của một lớp dung dịch có chiều dày không đổi.
Kết hợp hai định luật này, ta có định luật Bouguer – Lambert – Beer:
“Độ hấp thụ cường độ ánh sáng của một lớp dung dịch phụ thuộc vào
bản chất, nồng độ và bề dày của lớp dung dịch có ánh sáng rọi qua”
Về mặt toán học, định luật được biểu diễn bằng phương trình:
LC
x
II

0
10.
ε
−
=
(1-6)
Trong đó:
C: là nồng độ chất tan
L: chiều dày lớp dung dịch
ε: hệ số tắt không đổi, chỉ phụ thuộc vào bản chất của chất tan và bước
sóng của ánh sáng rọi vào dung dịch.
Trong xét nghiệm, chúng ta thường sử dụng một số các thông số gián
tiếp từ định luật Bouguer – Lambert – Beer
Tỷ số giữa cường độ chùm sáng sau khi qua dung dịch I
x
với cường độ
chùm sáng chiếu tới I
0
được gọi độ truyền qua, ký hiệu là T

0
I
I
T
x
=
15
Nếu đặt sau cuvet thứ nhất một cuvet thứ hai giống cuvét thứ nhất và
cũng chứa dung dịch có nồng độ như vậy, cường độ ánh sáng I
2
sau khi đi
qua cuvét thứ hai là:
12
TII =
hay
0
2
2
ITI =
Như vậy, ánh sáng truyền qua các cuvet đặt liên tiếp nhau giảm theo
cấp số nhân. Với lý do này có thể biểu diễn độ truyền như một phép đo
logarit. Phép đo này là độ hấp thụ A hay gọi là mật độ quang D hay O.D
(Optical Density):

o
t
I
I
A log−=
(1-7)

Hay
T
A
1
log=
(Định luật Bouguer-Lambert)

aCLA =
(Định luật Bouguer-Lambert- Beer)
1.4. Cơ sở quang điện của phương pháp đo màu
Trên thực tế, trong các máy xét nghiệm, người ta không thể tính toán
trực tiếp trên tín hiệu quang mà phải tính trên tín hiệu điện, vì vậy cần phải có
những linh kiện chuyển đổi các tín hiệu quang thành tín hiệu điện và dòng
điện do linh kiện này tạo ra phải tỷ lệ với cường độ ánh sáng chiếu tới. Các
linh kiện này gọi là linh kiện quang điện, hiện tượng biến đổi quang thành
điện gọi là hiện tượng quang điện. Vì vậy phương pháp phân tích thành phần
dung dịch dựa trên những linh kiện này còn gọi là phương pháp đo màu quang
điện.
1.4.1. Hiệu ứng quang điện
Năm 1887, nhà bác học Hexer làm thí nghiệm với tấm kẽm tích điện
âm, và ông phát hiện ra rằng chiếu tia hồ quang thì tấm kẽm sẽ bị bớt âm đi.
Khi thay bằng tấm kẽm tích điện dương thì điện tích trên tấm kẽm không đổi.
Nhưng khi chắn chùm tia hồ quang bằng một tấm kính trong suốt có tác dụng
hấp thụ các tia tử ngoại thì tấm kẽm không bị mất điện tích âm. Các thí
nghiệm với các kim loại khác cho kết quả tương tự đã dẫn tới kết luận: “Khi
16
chiếu một chùm sáng thích hợp vào mặt kim loại thì làm cho các electron ở
mặt kim loại bị bật ra”. Đó chính là hiện tượng quang điện.
Để khảo sát chi tiết hiện tượng quang điện, người ta làm thí nghiệm
như sau:

Một bóng đèn có độ chân không cao ( áp suất khoảng 10
-6
mmHg)
trong bóng đặt hai bản cực kim loại: bản cực dương anốt (A) và bản cực âm
catốt (K). Bản cực âm làm bằng kim loại cần nghiêm cứu hiệu ứng quang
điện. Nguồn điện và điện kế được mắc như hình vẽ. Biến trở R để điều chỉnh
điện áp nguồn đặt vào hai bản cực A, K.
Hình 1.13. Thí nghiệm hiện tượng quang điện
Cho ánh sáng tử ngoại chiếu vào bản cực K, chùm sáng này cấp năng
lượng giúp cho các electron bứt khỏi bề mặt kim loại. Dưới tác động của điện
trường đặt giữa A và K, các eletron này chuyển động về phía A và tiếp tục đi
trong mạch điện tạo thành một dòng điện không đổi, cường độ này được đo
bằng điện kế G. Điện áp đặt vào AK đo bằng vôn kế V.
Sau khi làm thí nghiệm với các trường hợp khác nhau, người ta thấy
rằng:
- Khi chiếu vào catốt một chùm sáng đơn sắc thì trong mạch xuất hiện
dòng điện, đây gọi là dòng quang điện có chiều từ anốt sang catốt.
17
- Dùng các bước sóng khác nhau chiếu vào người ta thấy hiện tượng
quang điện chỉ sảy ra khi các bước sóng này nhỏ hơn một giá trị λ
0
nào đó
(gọi là giới hạn quang điện).
- Thay đổi hiệu điện thế U đặt vào AK, khi U tăng thì dòng quang điện I
cũng tăng, nhưng đến một mức nào đó thì đạt giá trị bão hoà I
bh
. Khi đó dù U
có tăng thì I cũng không tăng.
1.4.2. Các định luật quang điện
Từ các kết quả đã thí nghiệm ở trên về hiện tượng quang điện, các nhà

bác học như Stoletov, Lenard đã tiếp tục nghiên cứu và phát triển và rút ra 3
định luật gọi là các định luật quang điện.
Định luật quang điện thứ nhất ( định luật về giới hạn quang điện)
“Đối với mỗi kim loại dùng làm catốt có một bước sóng giới hạn
λ
0
xác
định gọi là giới hạn quang điện của kim loại đó, hiện tượng quang điện chỉ
sảy ra khi bước sóng của ánh sáng kích thích nhỏ hoặc bằng giới hạn quang
điện (
λ≤λ
0
)
Ví dụ: giới hạn quang điện của một số kim loại
Bạc 260nm, đồng 300nm, kẽm 350nm, nhôm 360nm, canxi 450nm, kali
550nm, xêđi 660nm. Vì vậy, trong xét nghiệm cần phải chọn loại có đầu thu
quang có giới hạn quang điện đủ lớn.
Định luật quang điện thứ hai ( định luật về dòng quang điện)
“Đối với một ánh sáng thích hợp, cường độ dòng quang điện bão hoà
tỷ lệ thuận với cường độ của chùm sáng kích thích”
Điều này được Anhstanh giải thích là do số electron quang điện bị bật
ra khỏi mặt catôt trong một đơn vị thời gian tỷ lệ với số phôtôn đến đập vào
mặt catôt trong thời gian đó. Mặt khác số phôtôn này lại tỷ lệ với cường độ
chùm sáng chiếu tới. Đây là một tính chất hết sức quan trọng, mà nhờ đó để
có thể chế tạo được máy đo màu quang điện.
Trên đây là hai định luật quang điện có ý nghĩa ứng dụng trong máy
sinh hoá, còn định luật thứ 3 ta không xét tới trong tài liệu này.
18
1.4.3. Một số linh kiện quang điện
1.4.3.1. Tế bào quang điện

 Tế bào quang điện Selenium (LRD-Quang trở)
Đây là loại tế bào quang điện đơn giản nhất, tế bào quang điện này
đáp ứng tốt trong vùng quang phổ nhìn thấy được và không cần nguồn
nuôi. Các tế bào quang điện này hoạt động dựa theo hiệu ứng quang điện
trong, bằng cách chuyển đổi các phôtôn ánh sáng thành các điện tử trong tế
bào, khi đó sẽ xuất hiện một điện thế qua bản cực bởi sự thay đổi cấu trúc
điện tử trong lớp selinium. Đầu ra của tế bào tỉ lệ với cường độ ánh sáng.
 Tế bào quang điện Silic
Tế bào quang điện này cũng tạo ra điện áp khi phôtôn ánh sáng đập
vào bề mặt bán dẫn. Nhưng độ nhạy của loại tế bào này ở trong vùng UV
kém hơn trong vùng nhìn thấy của quang phổ.
 Pin quang điện
Ưu điểm của pin quang điện là giá thành thấp vào có độ nhạy cao
trong vùng cực tím (UV-Ultra Violet) và ánh sáng nhìn thấy được. Cấu trúc
của pin quang điện gồm một bóng thuỷ tinh bên trong tráng một lớp vật
19
ánh sáng
Selenium
Đế sắt
Hình 1.14. Cấu trúc của tế bào quang điện Selenium
liệu nhạy quang (Xezi hoặc Kali Ôxit). Trong bóng thổi đầy khí và một
anốt được duy trì ở điện áp cao. Pin quang điện hoạt động dựa trên hiệu
ứng quang điện ngoài. Khi phôtôn ánh sáng đập vào catốt quang sẽ giải
phóng các điện tử và các điện tử này chuyển động về phía anốt, như vậy tín
hiệu ánh sáng đã được chuyển đổi thành tín hiệu điện.
Hiệu suất chuyển đổi ánh sáng thành tín hiệu điện của pin quang điện
cao hơn so với các tế bào quang điện. Các pin quang điện cho phép hoạt
động với các mức năng lượng ánh sáng thấp hơn vì thế các bộ lọc thông dải
thấp hơn.
 Ống nhân quang điện

Ống nhân quang điện chính là sự kết hợp của một pin quang điện và
một bộ khuếch đại có hệ số khuếch đại cao. Độ nhạy có thể điều chỉnh
được bằng cách điều chỉnh điện áp đưa vào ống nhân quang.
Ống nhân quang điện gồm một catốt quang và một số các bản cực
đinôt. Mỗi lần một điện tử đập vào một bản cực đinôt thì lại có vài điện tử
20
ánh sáng
anốt
Catốt
Hình 1.15. Cấu trúc của pin quang điện
phát ra. Kết quả này sẽ được nhân lên gấp nhiều lần so với tín hiệu gốc. Vì
vậy, ống nhân quang điện này có độ nhạy rất cao và vì thế nó được sử dụng
nhiều trong các máy quang phổ kế.
1.4.3.2. Photođiốt
Photođiốt là một loại linh kiện quang bán dẫn, hoạt động của nó dựa
trên 2 hiệu ứng quang dẫn và quang điện trong. Cấu trúc và ký hiệu của
photođiốt đơn giản được trình bày như trên hình 1.17 a,b.
Hình 1.17. a/ cấu trúc của photođiốt, b/ ký hiệu, c,d/ cách mắc
Dưới tác dụng của năng lượng ánh sáng, trong miền chuyển tiếp p-n
của chất bán dẫn nhạy quang có thể xảy ra sự ion hoá các nguyên tử của chất
cơ bản và của tạp chất dẫn đến việc sinh ra các cặp điện tử và lỗ trống. Các
21
Hình 1.16. Cấu trúc của ống nhân quang điện
ánh sáng
đầu ra
điện tử và lỗ trống này tập trung ở hai đầu bán dẫn. Nếu mạch ngoài ta nối hai
đầu bán dẫn thì sẽ có dòng điện chạy qua gọi là dòng quang điện I
φ
, hai đầu
photođiốt xuất hiện hiệu điện thế U.

Có hai cách mắc photođiốt: cách mắc không dùng nguồn nuôi ở mạch
ngoài như hình 1.17 c, và có nguồn nuôi ở mạch ngoài như hình 1.17 d. Khi
mắc với nguồn nuôi một chiều, điện áp đặt vào phải theo chiều phân cực
ngược.
Đặc trưng von-ampe của photođiốt được trình bày trên hình 1.18.
Hình 1.18. Đường đặc trưng Von-Ampe của photođiốt
Trên hình vẽ ta thấy, cường độ ánh sáng rọi vào mạnh thì dòng ngược
của photođiốt càng lớn, có nghĩa là điện trở ngược của photođiốt càng giảm
khi chùm sáng rọi càng tăng.
Đặc trưng biểu diễn sự phụ thuộc của dòng quang điện vào cường độ
chiếu sáng φ được trình bày trên hình 1.19.
22
I
φ
φ
U
3
U
2
U
1
Hình 1.19. Sự phụ thuộc của dòng quang điện vào cường độ ánh sáng
Sự phụ thuộc này được biểu diễn bằng công thức: I
φ
=K
φ
.φ
Trong đó K
φ
được gọi là độ nhạy tích phân của photođiốt, K

φ
= I
φ
/φ. Sự
phụ thuộc của độ nhạy vào bước sóng ánh sáng được gọi là đặc trưng phổ của
photođiốt. Với các bước sóng khác nhau thì độ nhạy của photođiốt cũng khác
nhau. Độ nhạy còn được hiểu là hiệu suất lượng tử của photođiốt, Hiệu suất
lượng tử được định nghĩa là số cặp điện tử - lỗ trống được sinh ra ứng với mỗi
photon tới.
Hiệu suất lượng tử được tính theo công thức
1−












=
ν
η
h
P
q
I

optp

Trong đó, I
p
là dòng quang điện tạo ra từ việc hấp thụ ánh sáng có công suất
P
opt
tại bước sóng λ (tương ứng với năng lượng photon hv). Một trong các
hằng số ảnh hưởng tới hiệu suất lượng tử là hằng số hấp thụ α. Vì α là một
hàm phụ thuộc rất lớn vào bước sóng mà dải bước sóng là yếu tố quy định
giới hạn dòng quang điện. Độ dài bước sóng cắt λ
c
được tạo ra bởi độ rộng
vùng cấm, ví dụ bước sóng cắt khoảng 1.8µm với Gemani và cỡ 1.1µm với
silic. Với các bước sóng dài hơn λ
c
, giá trị của α quá nhỏ để xuất hiện sự hấp
thụ trong. Với các bước sóng ngắn thì giá trị của α rất lớn (~10
5
cm
-1
), và vì
vậy việc phát xạ chủ yếu bởi các hấp thụ gần bề mặt, nơi thời gian tái hợp rất
ngắn. Do đó, các hạt dẫn có thể tái hợp trước khi chúng bị tập trung tại lớp
tiếp giáp p-n.
Hình 1.20 là giản đồ điển hình của hiệu suất lượng tử theo bước sóng
của một số điốt quang tốc độ cao. Ta thấy rằng, trong vùng cực tím và vùng
khả kiến, các điốt quang bán dẫn kim loại có hiệu suất lượng tử cao, trong
vùng cận hồng ngoại, các điốt quang silic (có phủ lớp chống phản xạ) có thể
đạt hiệu suất tới 100% tại vùng bước sóng 0.8-0.9µm. Tại vùng có bước sóng

1.0-1.6µm, các điốt quang Gemani và điốt quang nhóm III-V (loại GaInAs)
cho hiệu suất cao. Với các bước sóng dài hơn, các điốt quang có thể được làm
lạnh (khoảng 77K) để tăng hiệu suất quang tử.
23
Hình 1.20. Hiệu suất lượng tử phụ thuộc bước sóng của các bộ thu
quang
Do có cấu tạo đơn giản, độ nhạy cao và kích thước nhỏ nên photođiốt
được dùng nhiều trong máy sinh hoá hiện nay, đặc biệt là các máy xét nghiệm
xách tay.
1.4.3.3. Phototranzito
Phototranzito cũng là một dụng cụ quang bán dẫn, nó là phần tử nhạy
quang có cấu trúc như một tranzito, hoạt động như một photođiốt nhưng có
khả năng khuếch đại dòng quang điện.
Ánh sáng có thể rọi vào B, C, E hoặc cả 3 miền tuỳ vị trí của cửa sổ
quang. Tương tự như tranzito, phototranzito cũng có hai loại thuận p-n-p và
ngược n-p-n. Cấu trúc và kí hiệu của phototranzito được trình bày trên hình
1.21.
24
Hình 1.21. Cấu trúc và kí hiệu của phototranzito
Có thể mắc phototranzito trong các sơ đồ đo quang như các tranzito
thông thường (hình 1.22 d) hoặc có thể mắc trở tải với các cực EB, BC hoặc
EC còn để trống một chân ( hình 1.22. a,b,c)
Hình 1.22. Sơ đồ mắc phototranzito
Họ các đường đặc trưng von-ampe của phototranzito được trình bày
trên hình 1.23.
25
I
T
U
CE

I
c
(mA)
φ
0
φ
1
φ
2
φ
3
Hình 1.23. Đường đặc trưng von-ampe của
phototranzito