Автоанализатор
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( октябрь 2020 г. ) |
AutoAnalyzer использующий — это автоматизированный анализатор, метод потока, называемый анализом непрерывного потока (CFA) или, точнее, анализом сегментированного потока (SFA), впервые разработанный корпорацией Technicon . Инструмент был изобретен в 1957 году доктором философии Леонардом Скеггсом и коммерциализирован корпорацией Technicon Джека Уайтхеда. Первые применения были для клинического анализа, но вскоре последовали методы промышленного и экологического анализа. Конструкция основана на сегментировании непрерывно текущего потока пузырьками воздуха.
Принцип работы
[ редактировать ]
Анализ непрерывного потока (CFA) — это общий термин, который охватывает как анализ сегментированного потока (SFA), так и анализ нагнетания потока (FIA). При анализе сегментированного потока непрерывный поток материала разделяется пузырьками воздуха на отдельные сегменты, в которых происходят химические реакции. Непрерывный поток жидких проб и реагентов объединяется и транспортируется в трубках и смесительных змеевиках. По трубке образцы передаются из одного аппарата в другой, причем каждый аппарат выполняет различные функции, такие как дистилляция, диализ, экстракция, ионный обмен, нагревание, инкубация и последующая запись сигнала. Важным принципом SFA является введение пузырьков воздуха. Пузырьки воздуха разделяют каждый образец на отдельные пакеты и действуют как барьер между пакетами, предотвращая перекрестное загрязнение при их перемещении по стеклянной трубке. Пузырьки воздуха также способствуют перемешиванию, создавая турбулентный поток (болюсный поток), и позволяют операторам быстро и легко проверять характеристики потока жидкости. С образцами и стандартами обращаются совершенно одинаково, пока они проходят по длине пути жидкости, что устраняет необходимость в устойчивом сигнале, однако, поскольку наличие пузырьков создает почти прямоугольный волновой профиль, перевод системы в устойчивое состояние не делает не приводит к значительному снижению производительности (анализаторы CFA третьего поколения в среднем обрабатывают 90 или более образцов в час) и желательны, поскольку сигналы установившегося состояния (химическое равновесие) являются более точными и воспроизводимыми. [1] Достижение устойчивого состояния позволяет достичь самых низких пределов обнаружения.
Анализатор сегментированного потока непрерывного действия (SFA) состоит из различных модулей, включая пробоотборник, насос, смесительные змеевики, дополнительные средства обработки проб (диализ, дистилляция, нагревание и т. д.), детектор и генератор данных. Большинство анализаторов непрерывного потока основаны на цветных реакциях с использованием проточного фотометра, однако также были разработаны методы, использующие ИСЭ, пламенную фотометрию, ICAP, флуорометрию и т. д.
Анализатор нагнетания потока
[ редактировать ]Анализ нагнетания потока (FIA) был представлен в 1975 году Ружицкой и Хансеном. [2] Первое поколение технологии FIA, получившее название «впрыск потока» (FI), было основано на методе AutoAnalyzer, изобретенном Скеггсом в начале 1950-х годов. [3] [4] В то время как AutoAnalyzer Skeggs использует воздушную сегментацию для разделения текущего потока на множество отдельных сегментов, чтобы создать длинную цепочку отдельных образцов, движущихся по каналу потока, системы FIA отделяют каждую пробу от последующей пробы с помощью реагента-носителя. В то время как AutoAnalyzer гомогенно смешивает образец с реагентами, во всех методах FIA образец и реагенты объединяются, образуя градиент концентрации, который дает результаты анализа.
Методы FIA можно использовать как для быстрых, так и для медленных реакций. Для медленных реакций часто используют нагреватель. Реакция не обязательно должна быть завершена, поскольку всем образцам и стандартам дается одинаковый период реакции. Для типичных анализов, обычно измеряемых с помощью FIA (например, нитритов, нитратов, аммиака, фосфатов), производительность нередко составляет 60–120 проб в час.
Методы FIA ограничены количеством времени, необходимым для получения измеримого сигнала, поскольку время прохождения через трубку имеет тенденцию расширять пики до такой степени, что образцы могут сливаться друг с другом. Как правило, методы FIA не следует использовать, если адекватный сигнал не может быть получен в течение двух минут, а лучше менее одной. [ нужна ссылка ] Реакции, требующие более длительного времени реакции, следует сегментировать. Однако, учитывая количество публикаций FIA и широкое разнообразие вариантов использования FIA для серийных анализов, ограничение времени «одной минутой» не кажется серьезным ограничением для большинства реальных анализов. [ нужна ссылка ] Тем не менее, анализы, основанные на медленных химических реакциях, необходимо проводить либо в режиме остановки потока (SIA), либо путем сегментирования потока.
Компания OI Analytical в своем газодиффузионном амперометрическом методе определения общего содержания цианидов использует метод анализа с инжекцией сегментированного потока, который обеспечивает время реакции до 10 минут при анализе с инжекцией потока. [5]
Technicon экспериментировал с FIA задолго до того, как его поддержали Ружичка и Хансен. Андрес Феррари сообщил, что анализ возможен без пузырьков, если увеличить скорость потока и уменьшить диаметр трубок. [6] Фактически, первые попытки Скегга создать автоанализатор не сегментировали. Компания Technicon решила не участвовать в FIA, поскольку это увеличило расход реагентов и стоимость анализа. [ нужна ссылка ]
Второе поколение метода FIA, называемое анализом последовательного впрыска (SIA), было задумано в 1990 году Ружицкой и Маршалом и получило дальнейшее развитие и миниатюризацию в течение следующего десятилетия. [ нужна ссылка ] Он использует программирование потока вместо режима непрерывного потока (как используется CFA и FIA), что позволяет адаптировать скорость и направление потока к потребностям отдельных этапов аналитического протокола. Реагенты смешиваются путем изменения направления потока, и измерение проводится, пока реакционная смесь задерживается внутри детектора путем остановки потока. Микроминиатюрная хроматография проводится на микроколонках, которые автоматически обновляются посредством микрофлюидных манипуляций. Дискретная перекачка и дозирование микролитров образца и реагентов, используемое в SI, приводит к образованию отходов только при каждом вводе образца. Огромный объем литературы по FI и SI документирует универсальность FI и SI и их полезность для рутинных анализов (в почве, воде, окружающей среде, биохимических и биотехнологических анализах), продемонстрировав их потенциал для использования в качестве универсального исследовательского инструмента.
Модуль диализатора
[ редактировать ]При медицинских испытаниях и промышленных образцах с высокими концентрациями или мешающими материалами в приборе часто имеется модуль диализатора , в котором анализируемое вещество проникает через диализную мембрану в отдельный путь потока для дальнейшего анализа. Назначение диализатора — отделить анализируемое вещество от мешающих веществ, таких как белок , большие молекулы которого не проходят через диализную мембрану, а попадают в отдельный поток отходов. Реагенты, объемы проб и реагентов, скорости потока и другие аспекты инструментального анализа зависят от того, какой аналит измеряется. Автоанализатор также является очень маленькой машиной.
Запись результатов
[ редактировать ]Ранее самописец , а в последнее время регистратор данных или персональный компьютер записывали выходные данные детектора как функцию времени, так что выходные данные каждого образца представляют собой пик, высота которого зависит от уровня аналита в образце.
Коммерциализация
[ редактировать ]
Technicon продала свой бизнес Revlon в 1980 году. [7] который позже продал компанию отдельным клиническим (Bayer) и промышленным (Bran+Luebbe - теперь SEAL Analytical) покупателям в 1987 году. В то время на долю промышленного применения приходилось около 20% проданных машин CFA.
В 1974 году Ружичка и Хансен провели в Дании и Бразилии первые эксперименты по конкурентоспособной методике, которую они назвали анализом нагнетания потока (FIA). С тех пор этот метод нашел всемирное применение в исследованиях и рутинных приложениях и был дополнительно модифицирован за счет миниатюризации и замены непрерывного потока программируемым потоком, управляемым компьютером.
В 1960-е годы промышленные лаборатории не решались использовать автоанализатор. Принятие регулирующими органами в конечном итоге произошло после демонстрации того, что эти методы ничем не отличаются от записывающего спектрофотометра с добавлением реагентов и образцов в точных химических соотношениях, как это традиционно принято при ручных методах. [8]
Наиболее известными приборами CFA компании Technicon являются AutoAnalyzer II (выпущен в 1970 г.), последовательный множественный анализатор (SMA, 1969 г.) и последовательный множественный анализатор с компьютером (SMAC, 1974 г.). Autoanalyzer II (AAII) — это инструмент, на котором было написано и использовано большинство методов EPA. [ нужна ссылка ] AAII — это сегментный анализатор потока второго поколения, в котором используются стеклянные трубки с внутренним диаметром 2 миллиметра и перекачивается реагент со скоростью потока 2–3 миллилитра в минуту. Типичная производительность AAII составляет 30–60 образцов в час. [9] В литературе были предложены сегментированные анализаторы потока третьего поколения. [10] но не разрабатывался в коммерческих целях до тех пор, пока Alpkem не представила RFA 300 в 1984 году. RFA 300 перекачивает со скоростью потока менее 1 миллилитра в минуту через стеклянные смесительные змеевики с внутренним диаметром 1 миллиметр. Пропускная способность RFA может приближаться к 360 образцам в час, но в большинстве экологических испытаний она составляет в среднем около 90 образцов в час. В 1986 году компания Technicon (Бран+Люббе) представила собственную микропоточную систему TRAACS-800. [11]
Компания Bran+Luebbe продолжала производить AutoAnalyzer II, а TRAACS, микропоточный анализатор для проб из окружающей среды и других проб, представила AutoAnalyzer 3 в 1997 году и QuAAtro в 2004 году. Бизнес Bran+Luebbe CFA был куплен SEAL Analytical в 2006 году, и они продолжать производство, продажу и поддержку систем AutoAnalyzer II/3 и QuAAtro CFA, а также дискретных анализаторов.
Есть и другие производители инструментов CFA.
Skalar Inc., дочерняя компания Skalar Analytical, основанная в 1965 году, головной офис которой находится в Бреде (Нидерланды), с момента своего основания является независимой компанией, полностью принадлежащей ее персоналу. Разработка роботизированных анализаторов, оборудования TOC и TN, а также мониторов расширила линейку долгосрочных анализаторов непрерывного потока SAN++. Пакеты программного обеспечения для сбора данных и управления анализатором также входят в состав собственной продукции, соответствуют новейшим требованиям к программному обеспечению и поддерживают все комбинации аппаратного обеспечения анализатора.
Например, компания Astoria-Pacific International была основана в 1990 году Рэймондом Пэвиттом, ранее владевшим компанией Alpkem. Компания Astoria-Pacific, расположенная в Клакамасе, штат Орегон, США, производит собственные системы микропотока. Ее продукция включает в себя линии анализаторов Astoria для экологического и промышленного применения; анализатор SPOTCHECK для неонатального скрининга; и FASPac (пакет программного обеспечения для анализа потока) для сбора данных и компьютерного интерфейса.
FIAlab Instruments, Inc. в Сиэтле, штат Вашингтон, также производит несколько аналитических систем.
Alpkem была куплена Perstorp Group , а затем OI Analytical из Колледж-Стейшн, штат Техас. OI Analytical производит единственный сегментированный анализатор потока, в котором вместо стеклянных смесительных змеевиков используются полимерные трубки. OI также является единственным крупным производителем приборов, который предоставляет варианты сегментного анализа потока (SFA) и анализа впрыска потока (FIA) на одной платформе.
Клинический анализ
[ редактировать ]Автоанализаторы использовались в основном для рутинных повторяющихся медицинских лабораторных анализов , но в последние годы их все чаще заменяли дискретные рабочие системы, позволяющие снизить расход реагентов. Эти инструменты обычно определяют уровни альбумина , щелочной фосфатазы , аспартаттрансаминазы (АСТ) , азота мочевины крови , билирубина , кальция , холестерина , креатинина , глюкозы , неорганического фосфора , белков и мочевой кислоты в сыворотке крови или других образцах организма. Автоанализаторы автоматизируют повторяющиеся этапы анализа проб, которые в противном случае выполнялись бы вручную техническим специалистом , для таких медицинских тестов, как упомянутые ранее. Таким образом, AutoAnalyzer может анализировать сотни проб каждый день с помощью одного технического специалиста. Каждый из ранних инструментов AutoAnalyzer последовательно тестировал несколько образцов для отдельных аналитов. Более поздние модели автоанализаторов, такие как SMAC, тестировали несколько аналитов одновременно в образцах.
из Research Specialties Company представил конкурентную систему анализа В 1959 году Ганс Барух . Эта система стала известна как дискретный анализ проб и была представлена инструментом, известным как «Робот-химик». С годами метод дискретного анализа проб постепенно заменил систему непрерывного потока в клинической лаборатории. [12]
Промышленный анализ
[ редактировать ]Первые промышленные применения - в основном для воды, почвенных экстрактов и удобрений - использовали то же оборудование и методы, что и клинические методы, но с середины 1970-х годов были разработаны специальные методы и модули, так что к 1990 году стало возможным проводить экстракцию растворителем, дистилляцию, оперативная фильтрация и УФ-разложение в непрерывном потоке. В 2005 году около двух третей систем, проданных по всему миру, предназначались для анализа воды всех видов. [ нужна ссылка ] уровни питательных веществ в морской воде варьируются от субчастей на миллиард до гораздо более высоких уровней в сточных водах; Другие распространенные области применения — анализ почвы, растений, табака, продуктов питания, удобрений и вина.
Текущее использование
[ редактировать ]Автоанализаторы по-прежнему используются в некоторых клинических целях, таких как неонатальный скрининг или анти-D, но большинство инструментов в настоящее время используются для промышленных и экологических работ. Стандартизированные методы были опубликованы ASTM ( ASTM International), Агентством по охране окружающей среды США (EPA), а также Международной организацией по стандартизации (ISO) для экологических аналитов, таких как нитрит , нитрат , аммиак , цианид и фенол . Автоанализаторы также широко используются в лабораториях по тестированию почвы, анализу удобрений, управлении технологическими процессами, анализу морской воды, загрязнителей воздуха и анализе табачного листа.
Методические листы
[ редактировать ]Компания Technicon опубликовала методические таблицы для широкого спектра анализов, некоторые из них перечислены ниже. Эти и более поздние методы доступны в SEAL Analytical. Списки методов для инструментов производителей легко доступны на их веб-сайтах.
| Номер листа. | Определение | Образец | Основной реагент(ы) | Колориметр |
|---|---|---|---|---|
| Н-1с | Азот мочевины | Кровь или моча | Диацетилмоноксим | 520 нм |
| Н-2б | Глюкоза | Кровь | Феррицианид калия | 420 нм |
| Н-3б | Азот по Кьельдалю | Продукты питания | Фенол и гипохлорит | 630 нм |
| Р-3б | Фосфат | Котельная вода | Молибдат | 650 нм |
Примечания
[ редактировать ]- ^ Кокли, Уильям А., Справочник по автоматизированному анализу , Мерсель Деккер, 1981, стр. 61.
- ^ Ж., Рулика; Хансен, Э.Х. (1975). «Анализ нагнетания потока: I. Новая концепция быстрого анализа в непрерывном потоке». Анальный. Хим. Акта . 78 : 145–157. дои : 10.1016/S0003-2670(01)84761-9 .
- ^ «Пробоотборник Technicon AutoAnalyzer» . Фонд химического наследия . Архивировано из оригинала 5 января 2016 года . Проверено 7 декабря 2015 г.
- ^ Рокко, Ричард М., изд. (2006). Знаковые статьи по клинической химии (1-е изд.). Амстердам: Эльзевир. ISBN 978-0-444-51950-4 . Проверено 7 декабря 2015 г.
- ^ «Архивная копия» . Архивировано из оригинала 30 октября 2007 года . Проверено 2 августа 2008 г.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ) - ^ (Симпозиумы Technicon, 1967, Том I)
- ↑ Институт Уайтхеда – Клинический прогресс. Архивировано 26 июня 2010 г., в Wayback Machine.
- ^ Кокли, Уильям А., Справочник по автоматизированному анализу , Marcel Dekker, Inc., 1981.
- ^ Юинг, Гален Вуд, Справочник по аналитическим приборам, второе издание, стр. 152
- ^ Си Джей Паттон, доктор философии. Диссертация, Мичиганский государственный университет (1982).
- ^ Юинг, Гален Вуд, Справочник по аналитическим приборам, второе издание, стр. 153
- ^ Розенфельд, Луи. Четыре века клинической химии. Издательство Гордон и Бреч Сайенс, 1999. ISBN 90-5699-645-2 . стр. 490-492