基于LabVIEW的血铅分析仪开发
介绍应用虚拟仪器技术开发的血铅检测分析系统,该系统不仅造价低,且性能大大优于传统血铅分析仪。
随着计算机技术的飞速发展,测试技术的精确度和灵活性都大为提高,并向着数字化和智能化发展。近年来,强大的面向对象的程序开发工具的出现,使编写大规模程序更加简洁和容易,也为虚拟仪器的出现提供了前提。虚拟仪器是当前测控领域的热点,已广泛应用于航天、通信、生物工程、电子、机械等各领域。采用虚拟仪器技术构建的测试仪器开发效率高,可维护性强;测试精度、稳定性和可靠性都能够得到充分保证;具有很高的性价比,节省投资,便于设备更新和功能的转换与扩充。
虚拟仪器用图形化编程软件LabVIEW进行开发。LabVIEW是一个通用的编程系统,它不但具有一般的数**算、逻辑运算和输入输出功能,还带有专门的用于数据采集和仪器控制的库函数和开发工具,以及专业的数学分析程序包,可以满足复杂的工程计算和分析需要。在LabVIEW虚拟平台上进行仪器开发不但可行而且简单方便。本文将介绍在LabVIEW虚拟平台上开发的一套血铅分析仪。
铅是人体惟一不需要的微量元素,它几乎对人体所有的器官都能构成损害。即使人体内有 0.01μg的铅存在,也会对健康造成损害。而且,人们即便脱离了铅污染环境或经治疗使血铅水平明显下降,受损的器官和组织也不能修复。医生特别指出,并不是一定有什么临床症状才表明已有铅中毒发生。所以,铅对人体的危害十分严重并且不容易被察觉,检查人体铅的含量在临床上有着相当重要的意义。因此,血铅分析仪的开发有着深远的现实意义和工程意义。
电位溶出分析原理
目前市场上血铅分析仪的设计原理很多,但大部分都采用电位溶出分析法和极谱分析法来设计。本系统采用电位溶出分析法设计,下面是对电位溶出分析法的简要介绍。
1. 电位溶出分析原理
电位溶出分析是在恒电位下将被测物质预先富集在工作电极上,然后断开恒电位电路,此时溶液中的化学物质将在电极上被富集（测定）物质溶解下来,同时记录电位-时间（E-t）关系曲线。这种方法称为电位溶出分析（Potentiometric Stripping Analysis）,简称PSA。
2. 电位溶出分析法的特点
● 分析灵敏度高,可达到ppb-ppt级;分析试样需要量很少,适用于微量分析。
● 抗干扰能力强,对被测溶液没有严格的要求。
● 精密度和分辨率高。
● 测试仪器简单,可自行组装;目前市售几种电位溶出仪器价格低廉,仅为光谱仪器价格的1/15～1/10。
3. 微分电位溶出分析法
电位溶出分析按照不同的方法可以分成很多种,本系统采用的是微分电位溶出分析法（dPSA）。该方法是在经典的电位溶出分析基础上提出来的,不但灵敏度高,而且经倒数处理后的参数还可以进行电子放大。
经典电位溶出分析是在溶液经恒电位电解富集后,在恒电位电路中,同时记录电极电位随时间变化的曲线。在各种条件恒定的情况下,氧化所用的过渡时间τ与被测元素浓度成正比。式（1）为可逆体系PSA的E-t曲线方程。
（1）
式（1）中为汞膜的厚度,D为金属在汞膜中的扩散系数,t为时间,τ为被测金属离子溶出所经历的时间。进行微分溶出分析则可从式（1）E-t方程最终得到微分电位溶出峰高与浓度的关系。
系统设计
图1：信号流程图
血铅检测分析系统由数据采集（DAQ）、滤波、微分、求倒、显示和报表等功能模块组成,信号流程图如图1所示。系统接入传感器信号,采样器将模
