中红外ATR光谱法人体血糖检测系统研究

摘要

糖尿病是一种严重威胁着人类健康的疾病,传统的利用生化分析来进行糖尿病检测的方法有创伤,耗费大量试剂而且给病人带来痛苦感。利用光学的方法可以进行无创伤血糖检测,这种检测方法快速、便捷、具有实时性。它不仅可以取代传统生化检测方法达到节省耗材和快速测量的目的,而且也是无创检测血糖浓度的前提和基础。
　　 本文根据葡萄糖分子在中红外区域具有特征吸收的特性,基于衰减全反射(ATR)原理,构建血糖浓度测量系统。
　　 首先,针对中红外波段光不可见造成光路调试的困难,设计红光引导系统；其次,光路系统中的样品池对输入光发散角度有要求,设计激光扩束光路,使入射光与样品池匹配。然后搭建单光路检测系统。其中以多波长可调谐脉冲调制的CO2激光器为系统光源,采用锁定放大技术进行信号处理,获得反映血糖浓度的信号,据此对该系统性能进行评价,测试结果表明:系统输出稳定性在3％-8％之间,信噪比在0.004-0.02之间。对不同浓度葡萄糖水溶液实验结果,发现由于溶液自身吸光度低和激光器稳定性不够高,该系统的预测精度不够好。为减弱乃至消除由于激光器输出功率波动对测量精度的影响,设计并比较了两种双光路差动测量系统方案,并对系统可能的影响因素做了系统分析。
　　 论文所构建的测量系统,为中红外光谱法进行人体血糖检测的深入研究奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究的目的和意义

1.2 国内外发展的现状

1.3 本文的主要内容

第二章 ATR中红外光谱法人体血糖浓度测量原理

2.1 红外光谱测量原理

2.2 朗伯比尔定律

2.3 全反射原理和衰减全反射现象

第三章 单光路中红外光谱血糖检测系统设计

3.1 系统的整体结构

3.1.1 CO2激光器光源

3.1.2 中红外衰减器

3.1.3 光电探测器

3.1.4 数据采集卡

3.1.5 水平衰减全反射装置

3.1.6 激光扩束系统

3.1.7 红光引导系统

3.2 单光路系统设计

3.3 系统电路设计

3.3.1 滤波放大电路

3.3.2 锁定放大电路

3.4 数据采集软件设计

3.5 系统性能测试和实验结果分析

3.5.1 激光器波长标定实验

3.5.2 检测系统的稳定性测试

3.5.3 单光路系统葡萄糖水溶液实验结果和分析

3.6 本章小结

第四章 双光路血糖检测系统设计

4.1 系统光路设计

4.2 系统电路设计

4.3 双光路系统可能存在的问题和分析

4.3.1 激光器输出功率变化对于测量结果的影响

4.3.2 两个探测器对于同一波长的激光线性响应不同的影响

4.3.3 分光镜对于不同波长激光透反比不同的影响

第五章 总结和展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢