Analizator automatyczny - AutoAnalyzer

Dąbrowa Górnicza 411

Autoanalizatora jest zautomatyzowany analizator przy użyciu techniki zwanej analizy przepływu ciągłego przepływu (CFA), lub bardziej prawidłowo segmentowane analizy przepływowej (SFA) raz pierwszy przez Technicon Corporation . Instrument został wynaleziony w 1957 roku przez dr Leonarda Skeggsa i skomercjalizowany przez firmę Jack Whitehead's Technicon Corporation. Pierwsze zastosowania dotyczyły analiz klinicznych, ale wkrótce pojawiły się metody analizy przemysłowej i środowiskowej. Konstrukcja opiera się na segmentacji ciągłego strumienia za pomocą pęcherzyków powietrza.

Zasada działania

Ciągła analiza przepływu (CFA) to ogólny termin obejmujący zarówno analizę przepływu segmentowego (SFA), jak i analizę wtrysku przepływu (FIA). W analizie przepływu segmentowego ciągły strumień materiału jest dzielony przez pęcherzyki powietrza na dyskretne segmenty, w których zachodzą reakcje chemiczne. Ciągły strumień ciekłych próbek i odczynników jest łączony i transportowany w rurkach i wężownicach mieszających. Rurki przenoszą próbki z jednego aparatu do drugiego, przy czym każdy aparat wykonuje różne funkcje, takie jak destylacja, dializa, ekstrakcja, wymiana jonowa, ogrzewanie, inkubacja, a następnie rejestracja sygnału. Podstawową zasadą SFA jest wprowadzenie pęcherzyków powietrza. Pęcherzyki powietrza dzielą każdą próbkę na oddzielne pakiety i działają jako bariera między pakietami, aby zapobiec zanieczyszczeniu krzyżowemu podczas przemieszczania się wzdłuż szklanej rurki. Pęcherzyki powietrza wspomagają również mieszanie, tworząc przepływ turbulentny (przepływ bolusa) i zapewniają operatorom szybkie i łatwe sprawdzenie właściwości przepływu cieczy. Próbki i wzorce są traktowane w dokładnie identyczny sposób, ponieważ przemieszczają się wzdłuż ścieżki przepływu, eliminując jednak potrzebę sygnału stanu ustalonego, ponieważ obecność pęcherzyków tworzy prawie prostokątny profil fali, doprowadzając system do stanu ustalonego. nie zmniejsza znacząco przepustowości (analizatory CFA trzeciej generacji średnio 90 lub więcej próbek na godzinę) i jest pożądane, ponieważ sygnały stanu ustalonego (równowaga chemiczna) są dokładniejsze i bardziej powtarzalne. Osiągnięcie stanu ustalonego umożliwia osiągnięcie najniższych granic wykrywalności.

Ciągły segmentowy analizator przepływu (SFA) składa się z różnych modułów, w tym próbnika, pompy, wężownic mieszających, opcjonalnej obróbki próbek (dializa, destylacja, ogrzewanie itp.), Detektora i generatora danych. Większość analizatorów przepływu ciągłego opiera się na reakcjach barwnych wykorzystujących fotometr przepływowy, jednak opracowano również metody wykorzystujące ISE, fotometrię płomieniową, ICAP, fluorometrię i tak dalej.

Analizator przepływu wtryskowego

Analiza wtrysku przepływowego (FIA), została wprowadzona w 1975 r. Przez Ruzicką i Hansena, Pierwsza generacja technologii FIA, zwana wtryskiem przepływowym (FI), została zainspirowana techniką AutoAnalyzer wynalezioną przez Skeggs we wczesnych latach pięćdziesiątych XX wieku. Podczas gdy AutoAnalyzer firmy Skeggs wykorzystuje segmentację powietrza do rozdzielenia przepływającego strumienia na liczne oddzielne segmenty w celu ustalenia długiego ciągu pojedynczych próbek przemieszczających się przez kanał przepływu, systemy FIA oddzielają każdą próbkę od kolejnej próbki za pomocą odczynnika nośnika. Podczas gdy AutoAnalyzer miesza próbkę jednorodnie z odczynnikami, we wszystkich technikach FIA próbka i odczynniki są łączone w celu utworzenia gradientu stężeń, który daje wyniki analizy.

Metody FIA można stosować zarówno do reakcji szybkich, jak i wolnych. W przypadku powolnych reakcji często stosuje się grzejnik. Reakcja nie musi być zakończona, ponieważ wszystkie próbki i wzorce mają taki sam okres reakcji. W przypadku typowych testów powszechnie mierzonych za pomocą FIA (np. Azotyn, azotan, amoniak, fosforan) nie jest rzadkością wydajność 60-120 próbek na godzinę.

Metody FIA są ograniczone przez ilość czasu niezbędnego do uzyskania mierzalnego sygnału, ponieważ czas przemieszczania się przez rurkę ma tendencję do rozszerzania pików do punktu, w którym próbki mogą łączyć się ze sobą. Zasadniczo metody FIA nie powinny być stosowane, jeśli nie można uzyskać odpowiedniego sygnału w ciągu dwóch minut, a najlepiej mniej niż jedną. Reakcje, które wymagają dłuższego czasu reakcji, powinny być podzielone na segmenty. Jednak biorąc pod uwagę liczbę publikacji FIA i szeroką gamę zastosowań FIA w testach seryjnych, ograniczenie czasowe „jednej minuty” nie wydaje się być poważnym ograniczeniem dla większości testów rzeczywistych. Jednak testy oparte na powolnych reakcjach chemicznych muszą być przeprowadzane albo w trybie zatrzymanego przepływu (SIA), albo przez segmentację przepływu.

Firma OI Analytical, w swojej metodzie amperometrycznej amperometrycznej całkowitej ilości cyjanku z dyfuzją gazów, wykorzystuje technikę analizy przepływu segmentowego z wtryskiem, która umożliwia czas reakcji do 10 minut na podstawie analizy wtrysku przepływu.

Technicon eksperymentował z FIA na długo przed tym, jak Ruzicka i Hansen zdobyli mistrzostwo. Andres Ferrari poinformował, że analiza była możliwa bez pęcherzyków, jeśli natężenie przepływu wzrosło, a średnica rurek zmniejszyła się. W rzeczywistości pierwsze próby Skegga w automatycznym analizatorze nie były segmentowane. Technicon zdecydował się nie realizować FIA, ponieważ zwiększyło to zużycie odczynników i koszt analizy.

Druga generacja techniki FIA, zwana sekwencyjną analizą wtrysku (SIA), została opracowana w 1990 roku przez Ruzicką i Marszałka i była dalej rozwijana i miniaturyzowana w ciągu następnej dekady. Wykorzystuje programowanie przepływu zamiast reżimu ciągłego przepływu (stosowanego przez CFA i FIA), co umożliwia dostosowanie natężenia i kierunku przepływu do potrzeb poszczególnych etapów protokołu analitycznego. Reagenty są mieszane przez odwrócenie przepływu i pomiar jest wykonywany, podczas gdy mieszanina reakcyjna jest zatrzymywana w detektorze poprzez zatrzymanie przepływu. Chromatografię mikrominiaturyzowaną przeprowadza się na mikrokolumnach, które są automatycznie odnawiane przez manipulacje mikroprzepływowe. Dyskretne pompowanie i odmierzanie mikrolitrowej próbki i objętości odczynników stosowanych w SI generuje odpady tylko na każde wstrzyknięcie próbki. Ogromna ilość literatury FI i SI dokumentuje wszechstronność FI i SI oraz ich przydatność w rutynowych testach (w testach glebowych, wodnych, środowiskowych, biochemicznych i biotechnologicznych), które wykazały ich potencjał do wykorzystania jako wszechstronne narzędzie badawcze.

Moduł dializatora

W zastosowaniach do badań medycznych i próbkach przemysłowych o wysokich stężeniach lub materiałach zakłócających często w urządzeniu znajduje się moduł dializatora , w którym analit przenika przez membranę dializacyjną do oddzielnej ścieżki przepływu, która jest następnie poddawana dalszej analizie. Zadaniem dializatora jest oddzielenie analitu od substancji zakłócających, takich jak białko , których duże cząsteczki nie przechodzą przez membranę dializacyjną, ale trafiają do oddzielnego strumienia odpadów. Odczynniki, objętości próbek i odczynników, szybkości przepływu i inne aspekty analizy przyrządu zależą od tego, który analit jest mierzony. Analizator automatyczny jest również bardzo małą maszyną

Rejestracja wyników

Wcześniej rejestrator wykresów, a ostatnio rejestrator danych lub komputer osobisty rejestruje sygnał wyjściowy detektora w funkcji czasu, tak że każda próbka wyjściowa pojawia się jako pik, którego wysokość zależy od poziomu analitu w próbce.

Komercjalizacja

Technicon sprzedał swoją działalność Revlonowi w 1980 roku, który później sprzedał firmę oddzielnym nabywcom klinicznym (Bayer) i przemysłowym (Bran + Luebbe - obecnie SEAL Analytical) w 1987 roku. W tym czasie aplikacje przemysłowe stanowiły około 20% sprzedanych maszyn CFA.

W 1974 roku Ruzicka i Hansen przeprowadzili w Danii i Brazylii wstępne eksperymenty z konkurencyjną techniką, które nazwali analizą wtrysku przepływowego (FIA). Od tego czasu technika ta znalazła zastosowanie na całym świecie w badaniach i rutynowych zastosowaniach, a następnie została zmodyfikowana poprzez miniaturyzację i zastąpienie przepływu ciągłego przepływem programowalnym sterowanym komputerowo.

W latach sześćdziesiątych laboratoria przemysłowe wahały się przed użyciem analizatora automatycznego. Akceptacja przez agencje regulacyjne ostatecznie nastąpiła poprzez wykazanie, że techniki nie różnią się od rejestrowania spektrofotometru z odczynnikami i próbkami dodanymi w dokładnych proporcjach chemicznych, jak tradycyjnie akceptowane metody ręczne.

Najbardziej znanymi instrumentami CFA firmy Technicon są AutoAnalyzer II (wprowadzony w 1970 r.), Sequential Multiple Analyzer (SMA, 1969) oraz Sequential Multiple Analyzer with Computer (SMAC, 1974). Autoanalyzer II (AAII) to instrument, na którym opisano większość metod EPA. AAII to segmentowy analizator przepływu drugiej generacji, który wykorzystuje rurki szklane o średnicy wewnętrznej 2 milimetrów i pompuje odczynnik z szybkością przepływu 2 - 3 mililitry na minutę. Typowa przepustowość próbek w przypadku AAII wynosi 30–60 próbek na godzinę. W literaturze zaproponowano segmentowe analizatory przepływu trzeciej generacji, ale nie opracowano ich komercyjnie, dopóki Alpkem nie wprowadził RFA 300 w 1984 roku. RFA 300 pompuje z natężeniem przepływu mniejszym niż 1 mililitr na minutę przez szklane wężownice mieszające o średnicy wewnętrznej 1 milimetra. Wydajność RFA może zbliżać się do 360 próbek na godzinę, ale w większości testów środowiskowych wynosi średnio blisko 90 próbek na godzinę. W 1986 roku Technicon (Bran + Luebbe) wprowadził własny system mikroprzepływowy TRAACS-800.

Bran + Luebbe kontynuowała produkcję AutoAnalyzer II i TRAACS, analizatora mikroprzepływu do próbek środowiskowych i innych, wprowadziła AutoAnalyzer 3 w 1997 r. I QuAAtro w 2004 r. Bran + Luebbe CFA został zakupiony przez SEAL Analytical w 2006 r. kontynuować produkcję, sprzedaż i obsługę systemów AutoAnalyzer II / 3 i QuAAtro CFA, a także analizatorów dyskretnych.

Są też inni producenci instrumentów CFA.

Skalar Inc., spółka zależna Skalar Analytical, założona w 1965 r. Z siedzibą w Bredzie (Holandia), jest od momentu powstania niezależną firmą, w pełni należącą do jej personelu. Rozwój robotycznych analizatorów, sprzętu TOC i TN oraz monitorów poszerzył linie produktów o długiej żywotności analizatorów ciągłego przepływu SAN ++. Pakiety oprogramowania do gromadzenia danych i sterowania analizatorem są również produktami firmowymi, działającymi z najnowszymi wymaganiami oprogramowania i obsługującymi wszystkie kombinacje sprzętowe analizatorów.

Na przykład Astoria-Pacific International została założona w 1990 roku przez Raymonda Pavitta, który był wcześniej właścicielem firmy Alpkem. Astoria-Pacific z siedzibą w Clackamas w stanie Oregon w USA produkuje własne systemy mikroprzepływowe. Jej produkty obejmują linie Astoria Analyzer do zastosowań środowiskowych i przemysłowych; analizator SPOTCHECK do badań przesiewowych noworodków; oraz FASPac (pakiet oprogramowania do analizy przepływu) do zbierania danych i interfejsu komputerowego.

FIAlab Instruments, Inc., w Seattle w stanie Waszyngton, również produkuje kilka systemów analizatorów.

Alpkem został zakupiony przez Perstorp Group , a później przez OI Analytical w College Station Texas. Firma OI Analytical produkuje jedyny segmentowy analizator przepływu, w którym zamiast szklanych cewek mieszających zastosowano rurki polimerowe. OI jest również jedynym dużym producentem przyrządów, który zapewnia opcje analizy przepływu segmentowego (SFA) i analizy wtrysku przepływu (FIA) na tej samej platformie.

Analiza kliniczna

Analizatory automatyczne były używane głównie do rutynowych, powtarzalnych analiz laboratoryjnych , ale w ostatnich latach coraz częściej zastępowane były przez dyskretne systemy robocze, które pozwalają na mniejsze zużycie odczynników. Instrumenty te zazwyczaj określają poziomy albuminy , fosfatazy alkalicznej , transaminazy asparaginianowej (AST) , azotu mocznikowego we krwi , bilirubiny , wapnia , cholesterolu , kreatyniny , glukozy , fosforu nieorganicznego , białek i kwasu moczowego w surowicy krwi lub innych próbkach ustrojowych. AutoAnalizery automatyzują powtarzalne etapy analizy próbek, które w innym przypadku byłyby wykonywane ręcznie przez technika , dla takich testów medycznych, jak te wspomniane wcześniej. W ten sposób AutoAnalyzer może analizować setki próbek każdego dnia przez jednego technika. Wczesne instrumenty AutoAnalyzer testowały kolejno wiele próbek dla poszczególnych analitów. Późniejsze modele analizatorów automatycznych, takich jak SMAC, testowały jednocześnie wiele analitów w próbkach.

W 1959 roku Hans Baruch z Research Specialties Company wprowadził konkurencyjny system analizy . System ten stał się znany jako Discrete Sample Analysis i był reprezentowany przez instrument znany jako „Robot Chemist”. Z biegiem lat metoda Discrete Sample Analysis powoli zastępowała system Continuous Flow w laboratorium klinicznym.

Analiza przemysłowa

Pierwsze zastosowania przemysłowe - głównie do wody, ekstraktów glebowych i nawozów - wykorzystywały ten sam sprzęt i techniki, co metody kliniczne, ale od połowy lat 70. opracowano specjalne techniki i moduły, aby do 1990 r. Można było przeprowadzić ekstrakcję rozpuszczalnikową, destylację, filtracja on-line i mineralizacja UV w ciągłym strumieniu. W 2005 roku około dwie trzecie systemów sprzedawanych na całym świecie służyło do analizy wody wszelkiego rodzaju, począwszy od poziomów składników odżywczych poniżej 1 ppb w wodzie morskiej do znacznie wyższych poziomów w ściekach; inne powszechne zastosowania to analiza gleby, roślin, tytoniu, żywności, nawozów i wina.

Bieżące zastosowania

Analizatory automatyczne są nadal używane w kilku zastosowaniach klinicznych, takich jak badania przesiewowe noworodków lub anty-D, ale większość instrumentów jest obecnie wykorzystywana do prac przemysłowych i środowiskowych. Standardowe metody zostały opublikowane przez ASTM (ASTM International), Amerykańską Agencję Ochrony Środowiska (EPA) oraz Międzynarodową Organizację Normalizacyjną (ISO) dla analitów środowiskowych, takich jak azotyny , azotany , amoniak , cyjanek i fenol . Autoanalizatory są również powszechnie używane w laboratoriach badań gleby, analizy nawozów, kontroli procesu, analizy wody morskiej, zanieczyszczeń powietrza i analizy liści tytoniu.

Arkusze metodyczne

Opublikowane przez Technicon arkusze metod dla szerokiego zakresu analiz, a kilka z nich wymieniono poniżej. Te i późniejsze metody są dostępne w SEAL Analytical. Listy metod instrumentów producentów są łatwo dostępne na ich stronach internetowych.

Uwagi

Zewnętrzne linki

• Artykuł z Uniwersytetu Stanowego Nowego Meksyku