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[摘 要] 本文提出一种新的抗生素效价测量系统设计方法；该方法以绿色发光二极管为光源，采用微型透镜实现发光二极管的发光准直，以硅光电池作为光电接收器件，采用12位数据采集卡实现数据采集；整个系统一共有35个独立的测量单元，恒温系统可以保证系统恒温在37℃± 0.2℃准确度。系统采用Labview编写数据处理程序和显示界面，基于药典中一剂量标准曲线法对某种批号庆大霉素的效价进行测量，以北京潮声公司的标准仪器作为基准进行标定，准确度可以达到3%。
[关键词] 效价；发光二极管；一剂量法
中图分类号： TH788 文献标识码： A 文章编号：2095-5200（2016）01-013-03
0 引言
抗生素效价测量系统是对抗生素药物药效进行测量的系统，测量时在菌液中加入一定剂量药品，37℃恒温条件下，在6h或更长时间内测量并记录菌液浊度变化，根据药典中一剂量标准曲线法、二剂量法或三剂量法[1-2]对药物效价进行测量[3-4]。
目前，北京潮声公司已经推出基于浊度法抗生素效价测量系统，该系统内置单色仪，采用旋转机构使样品室转动从而实现对每个样品浊度测量，系统一共有42个测量单元，该系统为旋转机构，易产生重复性误差，且单色系统长时间工作易产生光强波动从而造成测量误差。
本文提出一种新的抗生素效价测量系统设计方法，特点是采用发光二极管做为光源，系统中没有活动部件，并且对光强波动进行校正。
1 系统总体结构
系统总体结构如图1所示。系统包括4个部分：恒温子系统、测量子系统（由35个测量单元构成）、数据采集系统和计算机系统，其中恒温子系统是定制，温度恒温范围是37℃± 0.2℃。数据采集系统由数据采集卡实现数据采集，通过USB通讯将数据传输到计算机，由Labview编写计算机程序进行数据处理，同时显示结果。
1.1 测量单元基本结构
测量子系统是整个系统核心；该部分有35个测量单元，每个单元结构完全一致，如图2所示。
绿色发光二极管前面放置直径为2mm光阑，作为光束口径限制，发光二极管灯丝中心位置放在准直物镜（镜焦距为5mm）焦点上，产生平行光射入菌液，经过菌液吸收，出射平行光被汇聚透镜汇聚由硅光电池接收。
系统中所使用样品池为10mm×20mm×150mm样品池，高于且宽于标准10mm×10mm×50mm样品池，主要由于试样体积较大，传统样品池容量太小。
每个测量单元底部装有一个电机，电机上装有磁铁，在样品池内加入磁珠，当磁铁随电机转动时，磁珠在样品池内转动，从而带动液体转动，可以防止菌液中悬浊物固化在样品池内壁上影响测量。
1.2 发光二极管驱动电路设计
系统工作时，要在恒温37℃条件下连续工作6h或更长，因此光强稳定性异常重要，如果光强发生偏差，则必会造成很大测量误差。为保证发光强度稳定性，系统采用恒流源驱动发光二极管，因发光二极管发光强度与流经二极管电流近似成线性关系，只要保证电路中电流恒定，即可保证发光二极管光强稳定性。电路如图3所示。
电源电压为+5V，电阻R1和R2阻值可以选择为5K欧姆，A电位为2.5V，根据虚短概念B点电位也为2.5V，C点电位也为2.5V，R3阻值为2.5K欧姆，三极管射级电流为1mA恒流，基极电流与射级电流相等，也为1mA，用来驱动发光二极管发光。R3可以改为电位器，可以根据实际情况改变R3阻值，从而改变发光二极管亮度。
2 数据采集实现
数据采集由阿尔泰公司数据采集卡PCI-2318实现，为采样速率100KSPS12位数据采集卡，由于系统有35个通道，因此，在采集卡前方放置一个多通道模拟开关，通过开关选择测量哪一个通道浊度。结构如图4所示。参比信号为通道1，每次测量时，同时采集参比信号与被测信号，按公式（2）计算后得到结果。
3 系统标定实现
对于每一个被测单元，均需要对其进行定标。定标基本方法为，配置6种不同吸光度菌液，分别为0.1个、0.3个、0.5个、0.7个、0.9个、1.1个吸光度[5-6]，菌液吸光度值均由标准紫外可见分光光度计（TU1901）测定，将标准吸光度菌液放入每个被测通道中，得到实际测量结果，实测结果与标准结果用最小二乘法拟合，得到标准曲线，实际测量时，测得被测值带入公式中，可得到标准吸光度值[7-9]。
4 实验
我国药典规定，可以采用一剂量标准曲线法、二剂量法和三剂量法计算某种药品效价，本次实验中采用一剂量标准曲线法。配置5种不同浓度标准样品（分别为10%、20%，30%，40%，50%），这些标准样品每种浓度配置5份，5种不同浓度标准品共25份，分别以相同剂量加入菌液中，被测样品同样配置5份，整个实验需30个测量单元，在37℃恒温条件下连续6 h测量并记录浊度，每个5min记录浊度测量结果，具体测量过程如图5所示。
搅拌防止悬浊物质凝固在样品池池壁上影响光透射，停止搅拌后等待110s目的是搅拌后液体彻底稳定，防止液体中存在漩涡等影响浊度测量。浊度测量结束后等待140s，保证每个测量周期为5min（300s），共进行6 h测量（也可以根据需要进行其他时长测量，如10h），共72次测量，保存每次测量结果以备未来查看。图6为某几个通道测量数据显示。
测量完毕后以浊度值平均值和标准样品浓度负对数值进行拟合，得到标准曲线。将被测样品浊度值带入标准曲线即可得到其效价。以北京潮声公司效价测量仪为定标仪器，可以确定本系统效价测量准确度为3%。（实验中所有操作均由国内某省级药检所专业人员完成）
5 小结
本文采用方法基于发光二极管抗生素效价测量，该方法特点是没有活动部件，系统中所有元件均固定，免除移动部件可能带来测量误差，而且对光强波动进行校正，系统一共35个测量单元，每个单元独立且功能完全一致，使用方便，可以推广。 参 考 文 献
[1] 中国药典中生物检定统计法[M].北京：中国医药科技出版社，1989.
[2] 张皓帆，张镇梁. 抗生素效价测定操作方法革新[J]. 西部医学，2006，18（2）：241-242.
[3] 尹亮，李哲，祁欣. 透射光补偿浊度测量方法研究[J]. 北京化工大学学报（自然科学版），2013，40（3）：89-91.
[4] 朱泽昊，张扶人. 浊度测量中两种基本方法比较[J]. 西南师范大学学报（自然科学版），1995，20（2）：148-153.
[5] 康亚，龚丽萍. 浊度测量原理探讨[J]. 电子测试，2013（8）：245-247.
[6] WANG HUANQIN， YANG YIXIN， HUANG ZHE， et al. Instrument for real-time measurement of low turbidity by using time-correlated single photon counting technique[J]. IEEE Trans. Instrum. Meas.， 2015， 64（4）： 1075-1083.
[7] SERWAN M. J. BABAN. Detecting water quality parameters in Norfolk Broads， UK. using Landsat imagery[J]. International Journal of Remote Sensing， 1993， 14（7）：1247-1267.
[8] DEKKER A G， PETERS S W M. The Use of the Thematic Mapper for the Analysis of Eutrophic Lakes：A Case Study in The Netherlands[J]. International Journal of Remote Sensing， 1993， 14（5）：799-822.
[9] KOLAR H R， CRONIN J， HARTSWICK P， et al. Complex real-time environmental monitoring of the hudson river and estuary system[J]. IBM J. Res. & Dev.， 2009， 53（3）： 4：1-4：10.
[关键词] 效价；发光二极管；一剂量法
中图分类号： TH788 文献标识码： A 文章编号：2095-5200（2016）01-013-03
0 引言
抗生素效价测量系统是对抗生素药物药效进行测量的系统，测量时在菌液中加入一定剂量药品，37℃恒温条件下，在6h或更长时间内测量并记录菌液浊度变化，根据药典中一剂量标准曲线法、二剂量法或三剂量法[1-2]对药物效价进行测量[3-4]。
目前，北京潮声公司已经推出基于浊度法抗生素效价测量系统，该系统内置单色仪，采用旋转机构使样品室转动从而实现对每个样品浊度测量，系统一共有42个测量单元，该系统为旋转机构，易产生重复性误差，且单色系统长时间工作易产生光强波动从而造成测量误差。
本文提出一种新的抗生素效价测量系统设计方法，特点是采用发光二极管做为光源，系统中没有活动部件，并且对光强波动进行校正。
1 系统总体结构
系统总体结构如图1所示。系统包括4个部分：恒温子系统、测量子系统（由35个测量单元构成）、数据采集系统和计算机系统，其中恒温子系统是定制，温度恒温范围是37℃± 0.2℃。数据采集系统由数据采集卡实现数据采集，通过USB通讯将数据传输到计算机，由Labview编写计算机程序进行数据处理，同时显示结果。
1.1 测量单元基本结构
测量子系统是整个系统核心；该部分有35个测量单元，每个单元结构完全一致，如图2所示。
绿色发光二极管前面放置直径为2mm光阑，作为光束口径限制，发光二极管灯丝中心位置放在准直物镜（镜焦距为5mm）焦点上，产生平行光射入菌液，经过菌液吸收，出射平行光被汇聚透镜汇聚由硅光电池接收。
系统中所使用样品池为10mm×20mm×150mm样品池，高于且宽于标准10mm×10mm×50mm样品池，主要由于试样体积较大，传统样品池容量太小。
每个测量单元底部装有一个电机，电机上装有磁铁，在样品池内加入磁珠，当磁铁随电机转动时，磁珠在样品池内转动，从而带动液体转动，可以防止菌液中悬浊物固化在样品池内壁上影响测量。
1.2 发光二极管驱动电路设计
系统工作时，要在恒温37℃条件下连续工作6h或更长，因此光强稳定性异常重要，如果光强发生偏差，则必会造成很大测量误差。为保证发光强度稳定性，系统采用恒流源驱动发光二极管，因发光二极管发光强度与流经二极管电流近似成线性关系，只要保证电路中电流恒定，即可保证发光二极管光强稳定性。电路如图3所示。
电源电压为+5V，电阻R1和R2阻值可以选择为5K欧姆，A电位为2.5V，根据虚短概念B点电位也为2.5V，C点电位也为2.5V，R3阻值为2.5K欧姆，三极管射级电流为1mA恒流，基极电流与射级电流相等，也为1mA，用来驱动发光二极管发光。R3可以改为电位器，可以根据实际情况改变R3阻值，从而改变发光二极管亮度。
2 数据采集实现
数据采集由阿尔泰公司数据采集卡PCI-2318实现，为采样速率100KSPS12位数据采集卡，由于系统有35个通道，因此，在采集卡前方放置一个多通道模拟开关，通过开关选择测量哪一个通道浊度。结构如图4所示。参比信号为通道1，每次测量时，同时采集参比信号与被测信号，按公式（2）计算后得到结果。
3 系统标定实现
对于每一个被测单元，均需要对其进行定标。定标基本方法为，配置6种不同吸光度菌液，分别为0.1个、0.3个、0.5个、0.7个、0.9个、1.1个吸光度[5-6]，菌液吸光度值均由标准紫外可见分光光度计（TU1901）测定，将标准吸光度菌液放入每个被测通道中，得到实际测量结果，实测结果与标准结果用最小二乘法拟合，得到标准曲线，实际测量时，测得被测值带入公式中，可得到标准吸光度值[7-9]。
4 实验
我国药典规定，可以采用一剂量标准曲线法、二剂量法和三剂量法计算某种药品效价，本次实验中采用一剂量标准曲线法。配置5种不同浓度标准样品（分别为10%、20%，30%，40%，50%），这些标准样品每种浓度配置5份，5种不同浓度标准品共25份，分别以相同剂量加入菌液中，被测样品同样配置5份，整个实验需30个测量单元，在37℃恒温条件下连续6 h测量并记录浊度，每个5min记录浊度测量结果，具体测量过程如图5所示。
搅拌防止悬浊物质凝固在样品池池壁上影响光透射，停止搅拌后等待110s目的是搅拌后液体彻底稳定，防止液体中存在漩涡等影响浊度测量。浊度测量结束后等待140s，保证每个测量周期为5min（300s），共进行6 h测量（也可以根据需要进行其他时长测量，如10h），共72次测量，保存每次测量结果以备未来查看。图6为某几个通道测量数据显示。
测量完毕后以浊度值平均值和标准样品浓度负对数值进行拟合，得到标准曲线。将被测样品浊度值带入标准曲线即可得到其效价。以北京潮声公司效价测量仪为定标仪器，可以确定本系统效价测量准确度为3%。（实验中所有操作均由国内某省级药检所专业人员完成）
5 小结
本文采用方法基于发光二极管抗生素效价测量，该方法特点是没有活动部件，系统中所有元件均固定，免除移动部件可能带来测量误差，而且对光强波动进行校正，系统一共35个测量单元，每个单元独立且功能完全一致，使用方便，可以推广。 参 考 文 献
[1] 中国药典中生物检定统计法[M].北京：中国医药科技出版社，1989.
[2] 张皓帆，张镇梁. 抗生素效价测定操作方法革新[J]. 西部医学，2006，18（2）：241-242.
[3] 尹亮，李哲，祁欣. 透射光补偿浊度测量方法研究[J]. 北京化工大学学报（自然科学版），2013，40（3）：89-91.
[4] 朱泽昊，张扶人. 浊度测量中两种基本方法比较[J]. 西南师范大学学报（自然科学版），1995，20（2）：148-153.
[5] 康亚，龚丽萍. 浊度测量原理探讨[J]. 电子测试，2013（8）：245-247.
[6] WANG HUANQIN， YANG YIXIN， HUANG ZHE， et al. Instrument for real-time measurement of low turbidity by using time-correlated single photon counting technique[J]. IEEE Trans. Instrum. Meas.， 2015， 64（4）： 1075-1083.
[7] SERWAN M. J. BABAN. Detecting water quality parameters in Norfolk Broads， UK. using Landsat imagery[J]. International Journal of Remote Sensing， 1993， 14（7）：1247-1267.
[8] DEKKER A G， PETERS S W M. The Use of the Thematic Mapper for the Analysis of Eutrophic Lakes：A Case Study in The Netherlands[J]. International Journal of Remote Sensing， 1993， 14（5）：799-822.
[9] KOLAR H R， CRONIN J， HARTSWICK P， et al. Complex real-time environmental monitoring of the hudson river and estuary system[J]. IBM J. Res. & Dev.， 2009， 53（3）： 4：1-4：10.