陳奧運 部德才 繆御全

摘?要：本文提出了一種運用手機APP“Phyphox”中原始傳感器中的光傳感器以及APP“RGB調(diào)色板”，測定血液樣本中血紅蛋白濃度的實驗方法。以疊氮高鐵法使被測物形成紅褐色復合物，在朗伯比爾定律基礎(chǔ)上利用Phyphox接受的原始數(shù)據(jù)推算并準確測定血紅蛋白濃度。該方法簡易快速、便利靈活地運用于不定向采供血、常規(guī)保健等，同時優(yōu)化大學物理教學創(chuàng)新方式，促進學生自我探討。

關(guān)鍵詞：Phyphox;智能手機;朗伯比爾定律;血紅蛋白

1?緒論

血氧含量作為一大生命體征，血紅蛋白是準確檢測氧合作用的關(guān)鍵。血紅蛋白測定是臨床上運用最普遍、最必備的項目，也是檢查貧血的辦法之一。傳統(tǒng)移動采供血機構(gòu)均采用硫酸銅滴定法研究血紅蛋白含量測定[13]，有較大的自我籌備誤差和易受環(huán)境溫度的影響。本文通過基于Phyphox平臺設(shè)計的簡便血紅蛋白檢測實驗方法，可以很好地解決多數(shù)化驗的費時和大型生化分析儀的費力問題。同時，對于血袋等不易接觸取樣的情況也有所幫助。在該實驗基礎(chǔ)上，設(shè)計出多種簡便檢測血液中不同物質(zhì)含量的實驗方法，也可在其他吸收光或與光作用的地方發(fā)揮作用[4]。

2?實驗原理

（1）疊氮高鐵法提取血紅蛋白原理如圖1所示，疊氮高鐵法使血液中血紅蛋白與疊氮高鐵試劑反應生成的紅褐色復合物，去氧膽酸鈉溶解并分散紅血球細胞膜致使血紅蛋白被釋放出來，氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白中的二價鐵離子則被亞硝酸鈉氧化成三價鐵離子，即高鐵血紅蛋白，高鐵血紅蛋白和疊氮化鈉形成有顏色（紅褐色）的復合物。

（2）在互補色原理的基礎(chǔ)上得知紅褐色高鐵血紅蛋白疊氮化鈉復合物的互補色是黃綠色[5]，根據(jù)朗伯比爾定律，該紅褐色復合物濃度與其互補單色光的吸收程度成一定的比例關(guān)系：

A=lg（I/I0）=K×C×d（1）

（1）式中，A是吸光度，I是透光度，I0是入射光強度，K是摩爾吸收系數(shù)，C是溶液濃度，d是透射溶液寬度[6]，如圖2物理模型所示，利用RGB軟件經(jīng)過設(shè)置后發(fā)出的較為精純的單色光垂直照射該溶液之后再用Phyphox軟件接收到的透射光強度數(shù)據(jù)并反算出吸光度，以準確地測定出血液中血紅蛋白的濃度。

3?血紅蛋白測量裝置設(shè)計

本實驗利用兩部手機、長方體硬紙盒、長方體硬塑料盒等易獲取的裝置，實驗過程中將其中一部作為光傳感器的手機豎直橫立在硬紙盒一側(cè)，將另一部作為黃綠色光源的手機豎直橫立在硬紙盒另一側(cè)，且均相對比色皿平行固定，使得手機的光線感應孔、比色皿和黃綠色光源形成通路。封閉的硬紙盒提供黑暗密閉環(huán)境，避免其他光線干擾，實物裝置如圖3所示。該實驗裝置制作簡單方便，實現(xiàn)了裝置的綠色化、小型化和生活化。

4?血紅蛋白的測量

4.1?標準溶液的配置

取已配制好的血液樣本儲備液配制成如圖4的標準溶液和待測溶液（120mg/ml）。

4.2?數(shù)據(jù)處理

疊氮高鐵血紅蛋白溶液的實驗數(shù)據(jù)如下表所示（經(jīng)過多次測量取平均，入射光強度I0=211.0Lx），根據(jù)朗伯比爾定律算出各溶液對應的吸光度A。

由圖5中的數(shù)據(jù)可知，疊氮高鐵血紅蛋白標準溶液的測試值在67～167mg/ml范圍內(nèi)有很好的線性關(guān)系，樣品數(shù)n=9，兩者的擬合相關(guān)性因子R達到0.99419，非常接近于1，實驗結(jié)果很理想。

函數(shù)表達為C=190.48A+2.21，取待測溶液（120.0mg/ml）并測得透射光強為48.2Lx，計算得吸光度A為0.6428，代入上述方程解得C為124.65mg/ml，與待測溶液的實際濃度120.0mg/ml相比，有3.9%相對誤差，在本次實驗中是較為理想的結(jié)果。

4.3?實驗驗證

為驗證實驗裝置的合理性、真實性和準確度，筆者及工作人員在醫(yī)院獲取不同性別的志愿者的血樣，將其分成容量均等的兩份，將其中一份即刻進行血紅蛋白濃度的檢測，另一份同時在醫(yī)院進行化驗。將志愿者的血樣進行單次測量，并將本實驗的血紅蛋白測定系統(tǒng)的測量值與醫(yī)院測得的真實值比較。例如：取未知濃度血樣測得透射光強為38.2Lx，計算得吸光度A為0.7428，代入上述方程解得C為143.69mg/ml，與醫(yī)院化驗結(jié)果中的血紅蛋白實際濃度150.0mg/ml相比，有42%相對誤差，在本次實驗中是較為理想的結(jié)果。

該驗證在極大程度上可以反映血紅蛋白濃度的測量情況，實驗裝置具有較高的真實性和準確性。然而，仍然存在測量誤差，由于測量條件的限制、驗證組的血液樣本較少、環(huán)境因素等會在一定程度上影響檢測結(jié)果，降低測量值與真實值之間的相關(guān)性。

5?結(jié)語

通過Phyphox物理實驗軟件導出不同濃度下血紅蛋白溶液的透光度數(shù)據(jù)，使用Origin軟件對導出的數(shù)據(jù)進行處理，分析出血紅蛋白溶液對單色光的透光關(guān)系，運用朗伯比爾定律得出擬合回歸方程表達式并進行分析，再與已知的溶質(zhì)吸收光譜關(guān)系進行對比，較準確地測定了血紅蛋白濃度。通過本實驗方案進行拓展，能夠方便地測量多種溶液中物質(zhì)的濃度，提高實驗裝置和實驗原理的可用性。同時本實驗利用智能手機，激發(fā)大學生做實驗的興趣和動機，對發(fā)展大學生科學探究能力具有重要作用。

參考文獻：

[1]黃博，姚玉峰，姜瑞舉.血紅蛋白濃度的光學測量方法與裝置[J].光學精密工程，2009，17（12）：28932898.

[2]楊婭，屠一鋒.可見分光光度法快速檢測碳氧血紅蛋白飽和度[J].現(xiàn)代科學儀器，2008（06）：2425+34.

[3]李曉燕，張元勤，劉志昌，劉凡.一種高靈敏度測定血紅蛋白的熒光分析法[J].分析化學，2005（01）：5456.

[4]韓廣，劉蓉，徐可欣.近紅外無創(chuàng)血糖檢測中基于差動式浮動基準測量的有效信號提取[J].光譜學與光譜分析，2018，38（05）：15991604.

[5]GB/T?97212006.化學試劑分子吸收分光光度法通則（紫外和可見光部分）[S].

[6]霍瑞崗.朗伯——比爾定律在化學分析中的應用及局限性[J].學周刊，2013（33）：1415.

基金項目：2020年遼寧省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（S202011258035）;教育部產(chǎn)學合作協(xié)同育人項目（20180201?9023）;大連大學2018年教學改革項目（2018073）

作者簡介：陳奧運（1999—?），男，安徽淮南人，本科，大連大學光電信息科學與工程專業(yè)。

*通訊作者：部德才（1972—?），男，黑龍江寧安人，碩士，副教授，研究方向：物理實驗教學。