Автоанализатор - AutoAnalyzer

Cobas u 411

В Автоанализатор является автоматический анализатор используя методику потока, называемую анализом непрерывного потока (CFA), или, точнее, сегментированный анализ потока (SFA), впервые выполненный Technicon Corporation. Инструмент был изобретен в 1957 году доктором философии Леонардом Скеггсом и коммерциализирован корпорацией Джека Уайтхеда Technicon Corporation. Первые приложения были для клинического анализа, но вскоре последовали методы промышленного анализа и анализа окружающей среды. Конструкция основана на сегментировании непрерывно текущего потока пузырьками воздуха.

Принцип работы

Анализ непрерывного потока (CFA) - это общий термин, который охватывает как сегментированный анализ потока (SFA), так и анализ закачки потока (FIA). При сегментированном анализе потока непрерывный поток материала разделяется пузырьками воздуха на отдельные сегменты, в которых происходят химические реакции. Непрерывный поток жидких образцов и реагентов объединяется и транспортируется в трубах и смесительных змеевиках. По трубке пробы передаются от одного устройства к другому, при этом каждое устройство выполняет разные функции, такие как дистилляция, диализ, экстракция, ионный обмен, нагревание, инкубация и последующая запись сигнала. Важный принцип ОТВС - введение пузырьков воздуха. Пузырьки воздуха разделяют каждый образец на отдельные пакеты и действуют как барьер между пакетами, чтобы предотвратить перекрестное загрязнение, когда они проходят по длине стеклянной трубки. Пузырьки воздуха также способствуют перемешиванию, создавая турбулентный поток (поток болюса), и позволяют операторам быстро и легко проверить характеристики потока жидкости. Образцы и стандарты обрабатываются абсолютно идентичным образом по мере их прохождения по жидкостному пути, что устраняет необходимость в устойчивом сигнале, однако, поскольку наличие пузырьков создает почти прямоугольный волновой профиль, переводя систему в устойчивое состояние. существенно не снижает пропускную способность (анализаторы CFA третьего поколения в среднем составляют 90 или более образцов в час) и желательно в том случае, если сигналы устойчивого состояния (химическое равновесие) более точны и воспроизводимы.^[1] Достижение устойчивого состояния позволяет достичь самых низких пределов обнаружения.

Анализатор непрерывного сегментированного потока (SFA) состоит из различных модулей, включая пробоотборник, насос, змеевики для смешивания, дополнительную обработку образцов (диализ, дистилляцию, нагревание и т. Д.), Детектор и генератор данных. Большинство анализаторов непрерывного потока зависят от цветовые реакции однако с использованием проточного фотометра были разработаны методы, использующие ISE, пламенную фотометрию, ICAP, флуорометрию и т. д.

Анализатор впрыска потока

Основная статья: Анализатор впрыска потока

Анализ впрыска потока (FIA) был введен в 1975 году Ружичкой и Хансеном,^[2] Первое поколение технологии FIA, называемой впрыском потока (FI), было вдохновлено техникой AutoAnalyzer, изобретенной Скеггсом в начале 1950-х годов.^[3][4] В то время как AutoAnalyzer Skeggs использует сегментацию воздуха для разделения текущего потока на многочисленные дискретные сегменты, чтобы создать длинную последовательность отдельных образцов, движущихся через канал потока, системы FIA отделяют каждый образец от последующего образца с помощью реагента-носителя. В то время как AutoAnalyzer гомогенно смешивает образец с реагентами, во всех методах FIA образец и реагенты объединяются для образования градиента 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 требует завершения, так как всем образцам и стандартам дается одинаковый период для реакции. Для типичных анализов, обычно измеряемых с помощью FIA (например, нитритов, нитратов, аммиака, фосфатов), нередко производительность составляет 60-120 образцов в час.

Методы FIA ограничены количеством времени, необходимым для получения измеряемого сигнала, поскольку время прохождения через трубку имеет тенденцию расширять пики до точки, где образцы могут сливаться друг с другом. Как правило, методы FIA не должны использоваться, если адекватный сигнал не может быть получен в течение двух минут, а лучше менее одной.^{[нужна цитата ]} Реакции, требующие более длительного времени реакции, следует сегментировать. Однако, учитывая количество публикаций FIA и широкий спектр использования FIA для серийных анализов, ограничение времени «одна минута» не кажется серьезным ограничением для большинства реальных анализов.^{[нужна цитата ]} Тем не менее, анализы, основанные на медленных химических реакциях, необходимо проводить либо в режиме остановленного потока (SIA), либо путем сегментирования потока.

OI Analytical в своем газодиффузионном амперометрическом методе общего цианида использует метод анализа с сегментированным потоком, который позволяет время реакции до 10 минут с помощью анализа потока.^[5]

Technicon экспериментировала с FIA задолго до того, как ее поддержали Ружичка и Хансен. Андрес Феррари сообщил, что анализ возможен без пузырьков, если скорость потока увеличится, а диаметр трубок уменьшится.^[6] Фактически, первые попытки Скегга создать автоматический анализатор не привели к сегментации. Technicon решила не проводить FIA, потому что это увеличивало потребление реагентов и стоимость анализа.^{[нужна цитата ]}

Второе поколение метода FIA, называемое анализом последовательного впрыска (SIA), было задумано в 1990 году Ружичкой и Маршалом и в течение следующего десятилетия было усовершенствовано и уменьшено.^{[нужна цитата ]} 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 реверсирования потока, и измерения проводятся, в то время как реакционная смесь задерживается в детекторе путем остановки потока. Микроминиатюрная хроматография проводится на микроколонках, которые автоматически обновляются с помощью микрожидкостных манипуляций. Дискретная перекачка и дозирование микролитровых объемов пробы и реагентов, используемых в SI, приводит только к образованию отходов при каждом вводе пробы. 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) продемонстрировал их потенциал для использования в качестве универсального исследовательского инструмента.

Модуль диализатора

В медицинских испытаниях и промышленных образцах с высокими концентрациями или мешающим материалом часто наблюдается диализатор модуль в приборе, в котором аналит проникает через диализную мембрану в отдельный путь потока, идущий для дальнейшего анализа. Назначение диализатора - отделить анализируемое вещество от мешающих веществ, таких как белок, чей большой молекулы не проходят через диализную мембрану, а попадают в отдельный поток отходов. Реагенты, образцы и объемы реагентов, скорости потока и другие аспекты анализа прибора зависят от того, какой аналит измеряется. Автоанализатор - тоже очень маленькая машина

Запись результатов

Ранее самописец и совсем недавно Регистратор данных или же персональный компьютер записывает выходной сигнал детектора как функцию времени, так что каждый выходной сигнал образца выглядит как пик, высота которого зависит от уровня аналита в образце.

Коммерциализация

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 промышленные приложения приходилось около 20% проданных машин CFA.

В 1974 г. Ружичка и Хансен провели в Дания И в Бразилия начальные эксперименты по соревновательной технике, которые они назвали анализ закачки потока (FIA). С тех пор этот метод нашел применение во всем мире в исследованиях и рутинных приложениях и был дополнительно модифицирован путем миниатюризации и замены непрерывного потока на управляемый компьютером программируемый поток.

В 1960-е годы промышленные лаборатории не решались использовать автоанализатор. Принятие регулирующими органами в конечном итоге произошло благодаря демонстрации того, что эти методы ничем не отличаются от записывающего спектрофотометра с реагентами и образцами, добавленными в точных химических соотношениях, как это традиционно принято ручными методами.^[8]

Наиболее известными инструментами CFA Technicon являются AutoAnalyzer II (выпущен в 1970 г.), последовательный множественный анализатор (SMA, 1969) и последовательный множественный анализатор с компьютером (SMAC, 1974). Autoanalyzer II (AAII) - это прибор, на котором написано и используется большинство методов EPA.^{[нужна цитата ]} AAII - это сегментированный анализатор потока второго поколения, в котором используются стеклянные трубки с внутренним диаметром 2 мм и перекачивается реагент со скоростью потока 2–3 миллилитра в минуту. Типичная пропускная способность для AAII составляет 30-60 проб в час.^[9] В литературе предлагались сегментные анализаторы потока третьего поколения,^[10] но не разрабатывался коммерчески, пока Alpkem не представил RFA 300 в 1984 году. RFA 300 перекачивает со скоростью потока менее 1 миллилитра в минуту через стеклянные змеевики с внутренним диаметром 1 мм. Пропускная способность RFA может приближаться к 360 образцам в час, но в среднем приближается к 90 образцам в час по большинству экологических тестов. В 1986 году компания Technicon (Bran + Luebbe) представила собственную систему микропотоков TRAACS-800.^[11]

Компания Bran + Luebbe продолжила производство AutoAnalyzer II, а TRAACS, анализатора микропотока для проб окружающей среды и других проб, представила AutoAnalyzer 3 в 1997 году и QuAAtro в 2004 году. Подразделение Bran + Luebbe CFA было куплено 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, с головным офисом 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 продукции анализаторов непрерывного потока SAN ++ с длительным сроком службы. Пакеты программного обеспечения для сбора данных и управления анализатором также являются собственными продуктами, работающими в соответствии с последними требованиями к программному обеспечению и обеспечивающими работу со всеми комбинациями аппаратного обеспечения анализатора.

Например, Astoria-Pacific International была основана в 1990 году Раймондом Павиттом, который ранее владел компанией Alpkem. Компания Astoria-Pacific, расположенная в Клакамасе, штат Орегон, США, производит собственные микропоточные системы. Ее продукция включает линии Astoria Analyzer для экологических и промышленных применений; 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 систем анализаторов.

Альпкем был куплен Perstorp Group, а затем - OI Analytical в Колледж-Стейшн, Техас. OI Analytical производит единственный сегментированный анализатор потока, в котором вместо стеклянных змеевиков для смешивания используются полимерные трубки. OI также является единственным крупным производителем приборов, который предоставляет варианты сегментированного анализа потока (SFA) и анализа закачки потока (FIA) на одной платформе.

Клинический анализ

Автоанализаторы использовались в основном для рутинных повторяющихся операций. медицинская лаборатория анализы, но в последние годы их все больше и больше заменяют дискретные рабочие системы, которые позволяют снизить расход реагентов. Эти инструменты обычно определяют уровни альбумин, щелочная фосфатаза, аспартаттрансаминаза (AST), азот мочевины крови, билирубин, кальций, холестерин, креатинин, глюкоза, неорганический фосфор, белки, и мочевая кислота в сыворотка крови или другие образцы тела. AutoAnalyzers автоматизируют этапы повторяющегося анализа проб, которые в противном случае выполнялись бы вручную техник, для таких медицинских тестов, как упомянутые ранее. Таким образом, AutoAnalyzer может анализировать сотни образцов каждый день с помощью одного технического специалиста. Каждый из первых инструментов AutoAnalyzer тестировал несколько образцов последовательно для отдельных аналитов. Более поздние модели автоанализаторов, таких как SMAC, тестировали одновременно несколько аналитов в образцах.

В 1959 г. конкурентная система анализа была введена Ганс Барух компании "Исследовательские специальности". Эта система стала известна как дискретный анализ образцов и была представлена ​​прибором, известным как «робот-химик». С годами метод дискретного анализа проб постепенно вытеснил систему непрерывного потока в клинической лаборатории.^[12]

Промышленный анализ

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 возможно выполнять экстракцию растворителем, дистилляцию и др. on-line фильтрация и УФ-разложение в непрерывно текущем потоке. В 2005 году около двух третей проданных во всем мире систем предназначались для анализа воды всех видов.^{[нужна цитата ]} варьируется от уровней питательных веществ в морской воде до гораздо более высоких уровней в сточных водах; другие распространенные применения - анализ почвы, растений, табака, продуктов питания, удобрений и вина.

Текущее использование

Автоанализаторы по-прежнему используются для нескольких клинических применений, таких как неонатальный скрининг или Anti-D, но большинство инструментов в настоящее время используются для промышленных и экологических работ. Стандартизированные методы были опубликованы ASTM (ASTM International), Агентство по охране окружающей среды США (EPA), а также Международная организация по стандартизации (ISO) для аналитов окружающей среды, таких как нитрит, нитрат, аммиак, цианид, и фенол. Автоанализаторы также широко используются в лабораториях по исследованию почвы, при анализе удобрений, управлении технологическими процессами, анализе морской воды, загрязнении воздуха и анализе табачных листьев.

Таблицы методов

Основная статья: Колориметрический анализ

Компания Technicon опубликовала таблицы методов для широкого спектра анализов, некоторые из которых перечислены ниже. Эти и более поздние методы доступны в SEAL Analytical. Списки методов для инструментов производителей легко доступны на их веб-сайтах.

Лист №	Определение	Образец	Основной реагент (ы)	Колориметр
N-1c	Азот мочевины	Кровь или моча	Диацетил моноксим	520 нм
N-2b	Глюкоза	Кровь	Феррицианид калия	420 нм
N-3b	Азот по Кьельдалю	Продовольственные товары	Фенол и гипохлорит	630 нм
P-3b	Фосфат	Котловая вода	Молибдат	650 нм

Примечания

1. Coakly, Уильям А., Справочник по автоматизированному анализу, Мерсель Деккер, 1981, стр. 61.
2. Дж., Рулика; Хансен, Э. Х. (1975). «Анализ закачки потока: I. Новая концепция быстрого анализа непрерывного потока». Анальный. Чим. Acta. 78: 145–157. Дои:10.1016 / S0003-2670 (01) 84761-9.
3. "Пробоотборник Technicon AutoAnalyzer". Фонд химического наследия. Архивировано из оригинал 5 января 2016 г.. Получено 7 декабря 2015.
4. Рокко, под редакцией Ричарда М. (2006). Основные статьи в клинической химии (1-е изд.). Амстердам: Эльзевир. ISBN  978-0-444-51950-4. Получено 7 декабря 2015.
5. «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2007-10-30. Получено 2008-08-02.
6. (Симпозиумы Technicon, 1967, Том I)
7. Институт Уайтхеда - Достижение клинического прогресса Архивировано 26 июня 2010 г. Wayback Machine
8. Coakly, Уильям А., Справочник по автоматизированному анализу, Marcel Dekker, Inc., 1981 г.
9. Юинг, Гален Вуд, Справочник по аналитическим приборам, второе издание 152 стр.
10. Си Джей Паттон, Кандидат наук. Диссертация, Государственный университет Мичигана (1982)
11. Юинг, Гален Вуд, Справочник по аналитическим приборам, второе издание 153 стр.
12. Розенфельд, Луи. Четыре века клинической химии. Издательство Gordon and Breach Science, 1999. ISBN  90-5699-645-2. Стр. 490-492

внешняя ссылка

• Статья Университета штата Нью-Мексико