第五章自動(dòng)生化分析儀§4.1自動(dòng)生化分析儀的發(fā)展和特點(diǎn)一、自動(dòng)生化分析儀的出現(xiàn)隨著科學(xué)技術(shù)和醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展，臨床化學(xué)檢驗(yàn)的樣品、數(shù)量迅速增加，新的檢驗(yàn)項(xiàng)目不斷增添，傳統(tǒng)的手工操作方法已不能滿足臨床需求。這主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①隨著醫(yī)學(xué)研究的進(jìn)步，對(duì)疾病診斷需要更多的檢驗(yàn)信息來(lái)輔助診斷②對(duì)檢驗(yàn)信息的時(shí)效性要求也越來(lái)越高③對(duì)一些快速流行的傳染型疾病發(fā)病病原的快速篩查④研制新藥時(shí)的大量的藥物成分藥效的篩查1957年美國(guó)醫(yī)師發(fā)明了臨床化學(xué)自動(dòng)分析技術(shù)，建立了臨床化學(xué)自動(dòng)分析法的里程碑，同時(shí)也開(kāi)通了整個(gè)臨床醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)，向自動(dòng)化分析發(fā)展的道路。近幾十年來(lái)，各種自動(dòng)生化分析儀器和試劑均得到很大發(fā)展．生化分析由手工操作進(jìn)入機(jī)械化、自動(dòng)化階段。自動(dòng)生化分析儀在實(shí)驗(yàn)室和臨床檢驗(yàn)中均得到了廣泛的應(yīng)用。二、自動(dòng)生化分析儀的發(fā)展歷程1957年美國(guó)泰克尼康公司根據(jù)Skeggs教授的設(shè)計(jì)方案制造了世界首臺(tái)自動(dòng)化分析儀1965年誕生了分立式自動(dòng)分析儀70年代干化學(xué)分析儀和半自動(dòng)型分析儀開(kāi)始獲得應(yīng)用。80年代初美國(guó)泰克尼康公司發(fā)明了任選式測(cè)定方式的自動(dòng)生化分析儀90年代以來(lái)，自動(dòng)分析技術(shù)主要是向著完善儀器各種功能的方向發(fā)展。三、自動(dòng)生化分析的優(yōu)點(diǎn)提高工作效率，即在單位時(shí)間內(nèi)，一個(gè)實(shí)驗(yàn)室工作人員可以完成更多的工作，通過(guò)自動(dòng)化可以大大降低單個(gè)勞動(dòng)力所消耗的費(fèi)用。提高試驗(yàn)的精密度與準(zhǔn)確度，減少測(cè)定結(jié)果的室內(nèi)和室間變異系數(shù)，增加了結(jié)果的可比性和可信度。減少產(chǎn)生差錯(cuò)的因素，不受操作人員的技術(shù)高低、工作時(shí)間內(nèi)技能狀態(tài)（疲勞）等各種因素的影響。改進(jìn)了分析方法。時(shí)許多難以用手工操作方法進(jìn)行精密分析的項(xiàng)目通過(guò)自動(dòng)分析來(lái)完成。有監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)、儲(chǔ)存等多種功能，并可以及時(shí)報(bào)警糾正錯(cuò)誤。節(jié)約每個(gè)樣品的檢驗(yàn)費(fèi)用。自動(dòng)分析測(cè)定一個(gè)項(xiàng)目一般所需樣品量?jī)H數(shù)微升，試劑用量通常數(shù)百微升，而且分析快，獲得結(jié)果的時(shí)間短，十分有利于患者的及時(shí)診斷和治療。四、現(xiàn)代自動(dòng)生化分析儀的特點(diǎn)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展后，目前國(guó)際上的最新的自動(dòng)生化分析儀都具有以下的一些特點(diǎn)：有效的抗交叉污染措施任選式儀器樣品和試劑的冷藏設(shè)計(jì)工作效率的提高§4.2生化分析儀的分類生化分析儀的種類較多，可從不同的角度進(jìn)行分類：1．按反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)劃分可分為連續(xù)流動(dòng)式、分立式、離心式和干片式4類。2．按自動(dòng)化程度劃分可分為全自動(dòng)、半自動(dòng)和手工型3類。3．按同時(shí)可測(cè)定項(xiàng)目劃分可分為單通道和多通道兩類。單通道每次只能檢測(cè)一個(gè)項(xiàng)目，項(xiàng)目可以更換。多通道每次同時(shí)可以測(cè)多個(gè)項(xiàng)目。4．按儀器的復(fù)雜程度及功能劃分

可分為小型、中型和大型3類。小型一般為單通道、半自動(dòng)及專用分析儀；中型為單通道(可更換幾十個(gè)項(xiàng)目)或多通道，常同時(shí)可測(cè)2—10個(gè)項(xiàng)目；大型均為多通道儀器，同時(shí)可測(cè)10個(gè)以上項(xiàng)目5．按規(guī)定程序可變與否劃分

可分為程序固定式和程序可變式兩類?！?.3不同類型的自動(dòng)生化分析儀的工作原理及基本結(jié)構(gòu)所謂自動(dòng)生化分析儀就是生化分析中的取樣、加試劑、去干擾物、混合、保溫反應(yīng)、檢測(cè)、結(jié)果計(jì)算和顯示，以及清洗等步驟都能自動(dòng)完成的儀器。目前，絕大多數(shù)生化分析儀都是基于光電比色法的原理進(jìn)行工作的。其結(jié)構(gòu)可粗略地看成是由光電比色計(jì)或分光光度計(jì)、微機(jī)（數(shù)據(jù)分析）和自動(dòng)傳輸裝置等幾部分組成?！?.3.1不同結(jié)構(gòu)類型的自動(dòng)生化分析儀一、連續(xù)流動(dòng)式（管道式）自動(dòng)生化分析儀

1.工作原理整個(gè)分析儀主要是由樣品盤、比例泵、混合管、透析器、恒溫器、比色計(jì)和記錄器等組成自動(dòng)生化分析儀工作過(guò)程如下：首先通過(guò)比例泵，將標(biāo)本和試劑按比例地吸到連續(xù)的管道系統(tǒng)中，并在一定的條件下，在管道系統(tǒng)內(nèi)完成混合、分離干擾物、保溫反應(yīng)、顯色、比色等步驟，然后將所測(cè)得的信號(hào)進(jìn)行放大、運(yùn)算等處理，最后，將測(cè)試結(jié)果顯示并打印輸出連續(xù)流動(dòng)式分析儀特點(diǎn)就是測(cè)定項(xiàng)目的各待測(cè)樣品與試劑混合后的化學(xué)反應(yīng)是在同一管道中經(jīng)流動(dòng)過(guò)程完成的。在連續(xù)流動(dòng)式分析儀中，檢測(cè)分析是一個(gè)樣品接著一個(gè)樣品在連續(xù)流動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行的。這類儀器中，樣品和樣品之間可用空氣來(lái)隔離，也可用空白試劑或緩沖液來(lái)隔離。用空氣分隔的叫空氣分段式系統(tǒng)．用空白試劑或緩沖液分隔的叫非分段式系統(tǒng)。在管道式分析儀中。以空氣分隔式最多，且較典型

非分段系統(tǒng)是依靠試劑空白或緩沖液來(lái)間隔每個(gè)樣品的反應(yīng)液。所以在管道中流動(dòng)的液體不被分段。非分段系統(tǒng)又可分為流動(dòng)注入系統(tǒng)和間隙系統(tǒng)兩種。流動(dòng)注入系統(tǒng)的原理2.結(jié)構(gòu)⑴樣品盤(加樣器)

為一可轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤狀架子，在圓盤上放若干聚乙烯塑料杯(或試管)，用以盛放待測(cè)樣品和校正儀器用的標(biāo)準(zhǔn)液。在程序控制器的控制下，轉(zhuǎn)盤的移動(dòng)與采樣管上塑料軟管探頭的活動(dòng)同步，即圓盤每隔一定時(shí)間自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)一格，采樣管吸取一次樣品。⑵比例泵(稱量泵)

是一種蠕動(dòng)泵，執(zhí)行兩個(gè)功能，即提供能使樣品在儀器內(nèi)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的壓力和向流經(jīng)塑料管的液體注入空氣。

(a)一種比例泵的外形(b)轉(zhuǎn)軸的橫切面及其鄰近裝置的關(guān)系(c)一只轉(zhuǎn)軸的縱切面及其鄰近裝置的關(guān)系⑶混合管(反應(yīng)器)

由玻璃螺旋管制成，它的作用是將比重不同的液體充分混合、以便通過(guò)保溫、加溫、冷卻等過(guò)程完成測(cè)定反應(yīng)。混合管外形及混合原理

⑷透析器其作用是使反應(yīng)管道中的大分子物質(zhì)(如蛋白質(zhì))與小分子物質(zhì)(如葡萄糖、尿素等)分離。透析器的結(jié)構(gòu)二、分立式自動(dòng)生化分析儀1.工作原理

所謂分立式，是指按手工操作的方式編排程序，并以有節(jié)奏的機(jī)械操作代替手工，各環(huán)節(jié)用傳送帶連接起來(lái)，按順序依次操作.2.結(jié)構(gòu)⑴試樣器為圓盤式或吊籃式。被測(cè)試樣放在試樣器上，試樣器在驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)下，按一定速度移動(dòng)，使試樣一個(gè)個(gè)地傳遞到取樣針下進(jìn)行取樣。⑵吸量裝置和分布器吸量裝置通常由注射器組成。注射器活塞通常采用氣動(dòng)控制機(jī)械傳動(dòng)裝置帶動(dòng)，可定量吸取試樣和試劑。⑶反應(yīng)管

反應(yīng)管固定在由微型馬達(dá)帶動(dòng)的鏈?zhǔn)絺魉蛶?，步進(jìn)式向前移動(dòng)。步進(jìn)速度乘以反應(yīng)終點(diǎn)位號(hào)，即為總反應(yīng)時(shí)間，可依反應(yīng)時(shí)間選擇適宜步進(jìn)速度。⑷加熱浴

恒溫槽可控溫于35t、37C、50℃⑸檢測(cè)器

為光電比色計(jì)(或分光光度計(jì))。待反應(yīng)完成后，進(jìn)行檢測(cè)。三、離心式自動(dòng)分析儀離心式分析儀由加樣部分和分析部分組成。在一個(gè)圓盤的外周呈放射狀排列著比色室，在比色室的內(nèi)側(cè)有與比色室呈對(duì)應(yīng)排列的試劑槽和試樣槽，槽間由隆起的脊隔開(kāi)。將圓盤放到離心機(jī)上，開(kāi)機(jī)后由于快速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力，使試劑、試樣向外移動(dòng)并混合、反應(yīng)，反應(yīng)物最后轉(zhuǎn)移到比色室中進(jìn)行檢測(cè)。離心式自動(dòng)分析儀的結(jié)構(gòu)圖四、干化學(xué)生化分析儀1.工作原理其原理是將某項(xiàng)測(cè)定所需要的全部試劑成分固化在具有特定結(jié)構(gòu)的反應(yīng)裝置(試劑載體)上，當(dāng)把樣品加到載體上之后，液體成分將試劑溶解并發(fā)生反應(yīng)．然后通過(guò)檢測(cè)器檢測(cè)反應(yīng)信號(hào)。干化學(xué)分析儀的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要表現(xiàn)在試劑片和檢測(cè)器兩個(gè)部分。試劑片采用涂層技術(shù)組成多層復(fù)合膜結(jié)構(gòu)，一般為四個(gè)功能層，可分為展開(kāi)層、兩個(gè)中介層，一個(gè)顯色劑層。干化學(xué)試劑片的定量測(cè)定方法有差式電位法和反射光度計(jì)法。

反射光度計(jì)原理示意圖

基于反射的比色法——反射光度法的測(cè)量原理當(dāng)對(duì)某些固態(tài)物質(zhì)的吸收光譜進(jìn)行比色分析時(shí)，通常采用反射光度法來(lái)測(cè)定其光譜。Kubelka-Munk理論和Williams-Clapper公式當(dāng)對(duì)固態(tài)物質(zhì)進(jìn)行反射光度法測(cè)量時(shí)碰到的主要問(wèn)題為漫反射(diffuse

reflection)。這種反射有兩個(gè)主要的特點(diǎn)：①因顯色反應(yīng)發(fā)生在“固相”，后者對(duì)透射光和反射光均有明顯的散射作用，因而不服從Lamber-Beer定律。②固相反應(yīng)膜的上下界面之間存在多重內(nèi)反射。對(duì)于前者，Kubelka-Munk理論基本上可以直接應(yīng)用，而對(duì)于后者，則需應(yīng)用Williams-Clapper方程來(lái)對(duì)結(jié)果進(jìn)行修正。（1）Kubelka-Munk理論

設(shè)某固相反應(yīng)層的厚度為X，來(lái)自外部的照射光可通過(guò)該固相反應(yīng)層后在下界面被反射；而在透射和反射的過(guò)程中除了光的吸收外，均存在明顯的散射作用?，F(xiàn)設(shè)照射光強(qiáng)度為In，在該固相反應(yīng)層內(nèi)距下界面距離為x的微分層厚度dx上的入射光強(qiáng)度與反射光強(qiáng)度分別為i與j，則可建立以下的微分方程組：式中S為固相反應(yīng)層單位厚度的散射系數(shù)，K為顯色反應(yīng)后或空白固相反應(yīng)層單位厚度的吸光系數(shù)。解以上的微分方程組，可得上表面處反射率R(R=j／Io)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：其中的雙曲正弦函數(shù)與雙曲余弦函數(shù)分別為：式中的系數(shù)分別為：由反射率的上述數(shù)學(xué)表達(dá)式可見(jiàn)，其數(shù)值由散射系數(shù)S，固相反應(yīng)層單位厚度的吸光系數(shù)K和固相反應(yīng)層的厚度X所決定。而K又正比于待測(cè)物質(zhì)的濃度C,因此當(dāng)S和X固定時(shí)，反射率R則僅與待測(cè)物質(zhì)的濃度有關(guān)。換言之，即可由測(cè)得的R，求出C。在實(shí)際工作中與在溶液中應(yīng)用的Lambert-Beer定律一樣，人們更感興趣的是吸光度而非透射率和反射率。為此，可用反射吸光度(reflection

absorbance)Rf來(lái)描述固態(tài)物質(zhì)的吸光程度:

Af=lg(R/R0)，

式中的R為實(shí)測(cè)的反射吸光度，R0為固相反應(yīng)層的空白反射率，即：

R0

=SX／(SX+1)（2）Williams-Clapper公式

在某些多層膜系統(tǒng)中，還需考慮膜上下界面之間的多重內(nèi)反射，此時(shí)應(yīng)對(duì)Kubelka-Munk理論予以修正。為此，可推導(dǎo)出如下的Williams-Clapper式：

Dr=Lg(Ro／(Rt—Rr))式中Dr為反射吸光度。R0為空白反射光強(qiáng)度，Rt為測(cè)定之反射光強(qiáng)度，Rr為非線性校正因子反射法的Kubelka-Munk理論曲線

(0≤SX≤20)Williams-Clapper變換前（Dr)后(Dt)反射吸光度與濃度的關(guān)系§4.3.2自動(dòng)化程度不同的生化分析儀一、半自動(dòng)生化分析儀

半自動(dòng)生化分析儀指在分析過(guò)程中的部分操作(如加樣、加試劑、混勾、結(jié)果記錄等步驟)由手工完成，如吸入反應(yīng)液、保溫、比色測(cè)定、吸光度監(jiān)測(cè)、結(jié)果的計(jì)算、打印等功能由儀器自動(dòng)完成。與普通分光光度計(jì)相比，優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省試劑、可進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)法的測(cè)試、精密度高。且儀器的體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈活件大，價(jià)格便宜。

半自動(dòng)生化分析儀主要用于動(dòng)力學(xué)法、兩點(diǎn)法及終點(diǎn)法的檢測(cè)，可以采用人機(jī)對(duì)話方式進(jìn)行操作。二、全自動(dòng)生化分析儀全自動(dòng)生化分析儀是從加樣開(kāi)始到結(jié)果打印完全由儀器自動(dòng)完成的自動(dòng)化儀器。操作者只需把樣品放在分析儀的特定位置上，選擇程序開(kāi)動(dòng)儀器即可等取檢驗(yàn)結(jié)果。這類儀器功能全，靈活性大，易于操作，主觀誤差?。疁?zhǔn)確度、精密度和分析效率高。大多采用吸光度法，也有熒光光度法、光散射法、濁度測(cè)定法和離子選擇性電極法，應(yīng)用于常規(guī)生化、特種蛋白和藥物監(jiān)測(cè)等．既能用于終點(diǎn)法測(cè)定，又可用于各種動(dòng)態(tài)法測(cè)定?！?.4自動(dòng)生化分析儀的性能評(píng)價(jià)與合理選用一、自動(dòng)化程度

自動(dòng)化程度指在人發(fā)出指令后，能夠由儀器自己獨(dú)立完成工作的程度。除此之外，自動(dòng)化程度還包括單位時(shí)間可處理標(biāo)本的能力，可同步分析的項(xiàng)目數(shù)等等。二、分析效率

分析效率是指在測(cè)定方法相同的情況下分析儀的分析速度。分析速度決定于一次測(cè)定中可測(cè)樣品多少和可測(cè)項(xiàng)目的多少。三、精度和準(zhǔn)確度自動(dòng)生化分析儀測(cè)定的精度和準(zhǔn)確度取決于儀器各部件(加液、溫度控制、波長(zhǎng)、記時(shí)等)的加工精度和精確的工作狀態(tài)。四、應(yīng)用范圍儀器的應(yīng)用范圍指所能進(jìn)行的分析方法以及可測(cè)定項(xiàng)目的種類，這是儀器的綜合性指標(biāo)，與儀器的設(shè)計(jì)原理及結(jié)構(gòu)有關(guān)。§4.5自動(dòng)生化分析儀的測(cè)量方法一、平衡法（終點(diǎn)法）在終點(diǎn)法反應(yīng)中，首先測(cè)定樣品添加前比色皿中的基準(zhǔn)吸光度值(即試劑空白)、然后測(cè)定當(dāng)樣品添加到達(dá)了一個(gè)標(biāo)志反應(yīng)完成的穩(wěn)定平臺(tái)后的吸光度值，其差值用于濃度的最后計(jì)算。典型的終點(diǎn)法反應(yīng)曲線二、動(dòng)態(tài)法（速率法）1.可變信號(hào)法⑴直接法⑵導(dǎo)數(shù)法⑶積分法2.固定信號(hào)法固定信號(hào)法測(cè)定的原理是隨著反應(yīng)的進(jìn)行，通過(guò)不斷添加試劑使吸光度變化在很窄范圍內(nèi)，此時(shí)再測(cè)得加試劑的量，并依此來(lái)計(jì)算待測(cè)物質(zhì)的濃度。三、固定時(shí)間法該方法是僅測(cè)指定一段時(shí)間內(nèi)的物質(zhì)的吸光度，如只測(cè)定開(kāi)始一分鐘的反應(yīng)?！?.6自動(dòng)生化分析儀的主要實(shí)驗(yàn)參數(shù)一般自動(dòng)生化分析儀有12個(gè)主要數(shù)據(jù)：波長(zhǎng)、溫度、標(biāo)本及試劑量、空白時(shí)間(Tb)、開(kāi)始收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)間（Ti）、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集窗時(shí)間（Tw）、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集完成時(shí)間（Td）和最后時(shí)間（Tf）、速率時(shí)間（Tr）、線性限度（L）、異常吸收率（ABN）、曲線擬合、濃度因素（F）。這些參數(shù)都是通過(guò)方法學(xué)的研究之后，根據(jù)反應(yīng)的具體情況加以確定。波長(zhǎng)溫度樣品量及試劑量分析時(shí)間的確定線性判斷標(biāo)準(zhǔn)異常吸收率限度§4.7生化分析儀實(shí)例1：ISP型半自動(dòng)生

化分析儀一、技術(shù)參數(shù)⑴測(cè)量范圍：吸光度，0.3～2.3

濃度：0.000～19999

延遲時(shí)間：2～9999s

測(cè)量頻率：每?jī)擅霚y(cè)量一次⑵吸光度分辨力：

儀器內(nèi)部：儀器內(nèi)部：10-4，顯示：10-3

⑶光源：石英碘燈12V20W⑷顯示：6位液晶顯示⑸泵：吸入量：25～1500μl⑹比色皿：為可拆式流動(dòng)式石英比色皿。容量為32μl⑺波長(zhǎng)選擇：干涉濾光片，其半寬度為8～12nm⑻波長(zhǎng)范圍：300～1000nm⑼電源：220v±22v或110v±11v⑽環(huán)境溫度：10

～30℃ISP型半自動(dòng)生化分析儀的外觀圖ISP型半自動(dòng)生化分析儀的原理方框圖§4.7生化分析儀實(shí)例2：日立7170(A)全

自動(dòng)生化儀一、7170(A)的基本結(jié)構(gòu)及其功能

7170型全自動(dòng)生化分析儀主要由樣品盤、吸樣機(jī)構(gòu)、試劑盤、試劑吸量機(jī)構(gòu)、反應(yīng)盤、反應(yīng)槽、攪拌機(jī)構(gòu)、清洗機(jī)構(gòu)、試劑冷藏裝置、光度計(jì)、操作系統(tǒng)及附屬裝置等組成。1．樣品盤(SampleDisk)

共有兩個(gè)樣品盤，均為內(nèi)、外因圓盤狀結(jié)構(gòu)，用于存放樣品杯。2．吸樣機(jī)構(gòu)〔SampleMechanism)

由樣品吸量管、樣品探針(帶有液面檢測(cè)器)和針頭清洗槽等組成，用于從樣品杯中吸取一定量的樣品，然后注入反應(yīng)杯內(nèi)。吸樣機(jī)構(gòu)流程圖3．試劑盤(ReagentDisk)

共有兩個(gè)試劑盤，各有45個(gè)試劑瓶。用于放置四種試劑。4.試劑吸量機(jī)構(gòu)(ReagentPipettingMechanism)

由試劑吸量管、試劑探針(包括一液面檢測(cè)器)及針頭清洗槽等組成，用于從各試劑瓶中吸取一定量的試劑，然后注入反應(yīng)杯內(nèi)。5.反應(yīng)盤(ReactionDisk)

可放置160個(gè)比色杯