Автоанализатор

This article needs additional citations for verification. Please help improve this article by adding citations to reliable sources. Unsourced material may be challenged and removed. Find sources: "AutoAnalyzer" – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (October 2020) (Learn how and when to remove this message)

AutoAnalyzer — это автоматизированный анализатор , использующий технологию потока, называемую непрерывным анализом потока (CFA) или, правильнее сказать, сегментированным анализом потока (SFA), впервые созданный корпорацией Technicon . Прибор был изобретен в 1957 году доктором философии Леонардом Скеггсом и коммерциализирован корпорацией Technicon Джека Уайтхеда. Первые приложения были для клинического анализа, но вскоре последовали методы промышленного и экологического анализа. Конструкция основана на сегментации непрерывно текущего потока пузырьками воздуха.

Анализ непрерывного потока (CFA) — это общий термин, который охватывает как сегментированный анализ потока (SFA), так и анализ потока с инъекцией (FIA). При сегментированном анализе потока непрерывный поток материала разделяется пузырьками воздуха на дискретные сегменты, в которых происходят химические реакции. Непрерывный поток жидких образцов и реагентов объединяется и транспортируется в трубках и смесительных змеевиках. Трубки передают образцы из одного аппарата в другой, причем каждый аппарат выполняет различные функции, такие как дистилляция, диализ, экстракция, ионный обмен, нагрев, инкубация и последующая запись сигнала. Важным принципом SFA является введение пузырьков воздуха. Пузырьки воздуха сегментируют каждый образец на дискретные пакеты и действуют как барьер между пакетами, предотвращая перекрестное загрязнение по мере их перемещения по длине стеклянной трубки. Пузырьки воздуха также способствуют смешиванию, создавая турбулентный поток (болюсный поток), и предоставляют операторам возможность быстро и легко проверить характеристики потока жидкости. Образцы и стандарты обрабатываются абсолютно идентично по мере их перемещения по длине жидкостного пути, что устраняет необходимость в стационарном сигнале, однако, поскольку наличие пузырьков создает почти прямоугольный волновой профиль, приведение системы в стационарное состояние не приводит к значительному снижению производительности (анализаторы CFA третьего поколения в среднем обрабатывают 90 или более образцов в час) и желательно, поскольку стационарные сигналы (химическое равновесие) более точны и воспроизводимы. ^[1] Достижение стационарного состояния позволяет достичь самых низких пределов обнаружения.

Непрерывный сегментированный анализатор потока (SFA) состоит из различных модулей, включая пробоотборник, насос, смесительные катушки, дополнительные обработки образцов (диализ, дистилляция, нагрев и т. д.), детектор и генератор данных. Большинство непрерывных анализаторов потока зависят от цветных реакций с использованием проточного фотометра, однако были разработаны также методы, которые используют ISE, пламенную фотометрию, ICAP, флуорометрию и т. д.

Анализ методом впрыска потока (FIA) был представлен в 1975 году Ружицкой и Хансеном, ^[2] Первое поколение технологии FIA, называемой методом впрыска потока (FI), было вдохновлено техникой AutoAnalyzer, изобретенной Скеггсом в начале 1950-х годов. ^{[3] [4]} В то время как AutoAnalyzer Скеггса использует сегментацию воздуха для разделения текущего потока на многочисленные дискретные сегменты для установления длинной цепочки отдельных образцов, движущихся через канал потока, системы FIA отделяют каждый образец от последующего образца с помощью реагента-носителя. В то время как AutoAnalyzer однородно смешивает образец с реагентами, во всех методах FIA образец и реагенты объединяются для формирования 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 обязательно должна быть завершена, поскольку всем образцам и стандартам дается одинаковое время для реакции. Для типичных анализов, обычно измеряемых с помощью FIA (например, нитрита, нитрата, аммиака, фосфата), не редкость иметь пропускную способность 60-120 образцов в час.

Методы FIA ограничены количеством времени, необходимым для получения измеримого сигнала, поскольку время прохождения через трубку имеет тенденцию расширять пики до точки, где 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. ^{[ необходима цитата ]} Реакции, требующие более длительного времени реакции, следует сегментировать. Однако, учитывая количество публикаций FIA и широкий спектр использования FIA для серийных анализов, ограничение по времени «одна минута» не кажется серьезным ограничением для большинства реальных анализов. ^{[ необходима цитата ]} Тем не менее, анализы, основанные на медленных химических реакциях, должны проводиться либо в режиме остановленного потока (SIA), либо путем сегментации потока.

Компания OI Analytical в своем газодиффузионном амперометрическом методе определения общего цианида использует технологию сегментированного проточно-инжекционного анализа, которая позволяет сократить время реакции до 10 минут при проточно-инжекционном анализе. ^[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 автоматический анализатор не сегментировались. Technicon решил не заниматься FIA, поскольку это увеличивало расход реагентов и стоимость анализа. ^{[ необходима цитата ]}

Второе поколение метода FIA, называемое анализом последовательного впрыска (SIA), было задумано в 1990 году Ружичкой и Маршалом и было дополнительно разработано и миниатюризировано в течение следующего десятилетия. ^{[ необходима цитата ]} Он использует программирование потока вместо режима непрерывного потока (как используется в CFA и FIA), что позволяет адаптировать скорость и направление потока к потребностям отдельных этапов аналитического протокола. Реагенты смешиваются путем изменения направления потока, а измерение выполняется, пока реакционная смесь задерживается внутри детектора путем остановки потока. Микроминиатюрная хроматография выполняется на микроколонках, которые автоматически обновляются с помощью микрофлюидных манипуляций. Дискретная перекачка и измерение микролитровых образцов и объемов реагентов, используемых в SI, генерируют только отходы при каждой инъекции образца. Огромный объем литературы по FI и SI документирует универсальность FI и SI и их полезность для рутинных анализов (почвенных, водных, экологических, биохимических и биотехнологических анализов), демонстрируя их потенциал для использования в качестве универсального исследовательского инструмента.

В медицинских тестовых приложениях и промышленных образцах с высокими концентрациями или мешающих материалов в приборе часто имеется модуль диализатора , в котором аналит проникает через диализную мембрану в отдельный поток, идущий на дальнейший анализ. Цель диализатора — отделить аналит от мешающих веществ, таких как белок , чьи большие молекулы не проходят через диализную мембрану, а попадают в отдельный поток отходов. Реагенты, объемы образцов и реагентов, скорости потока и другие аспекты анализа прибора зависят от того, какой аналит измеряется. Автоанализатор также является очень маленькой машиной

Ранее самописец , а в последнее время регистратор данных или персональный компьютер регистрировали выходной сигнал детектора как функцию времени, так что каждый выходной сигнал образца отображается в виде пика, высота которого зависит от уровня аналита в образце.

В 1980 году Technicon продала свой бизнес компании Revlon ^[7] , которая в 1987 году продала компанию отдельным покупателям — клиническому (Bayer) и промышленному (Bran+Luebbe — теперь SEAL Analytical). В то время на промышленные 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 инжекции потока (FIA). С тех пор эта методика нашла всемирное применение в исследованиях и рутинных приложениях и была дополнительно модифицирована посредством миниатюризации и замены непрерывного потока на управляемый компьютером программируемый поток.

В 1960-х годах 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 реагентами и образцами, добавленными в точных химических соотношениях, как и традиционно принятые ручные методы. ^[8]

Наиболее известными из приборов CFA компании Technicon являются AutoAnalyzer II (представленный в 1970 году), Sequential Multiple Analyzer (SMA, 1969 год) и Sequential Multiple Analyzer with Computer (SMAC, 1974 год). Autoanalyzer II (AAII) — это прибор, на котором было написано и на который ссылается большинство методов EPA. ^{[ требуется ссылка ]} AAII — это сегментированный анализатор потока второго поколения, который использует стеклянную трубку с внутренним диаметром 2 миллиметра и перекачивает реагент со скоростью потока 2–3 миллилитра в минуту. Типичная производительность AAII составляет 30–60 образцов в час. ^[9] Сегментированные анализаторы потока третьего поколения были предложены в литературе, ^[10], но не получили коммерческого развития, 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 среднем приближается к 90 образцам в час на большинстве экологических тестов. В 1986 году Technicon (Bran+Luebbe) представила свою собственную систему микропотока TRAACS-800. ^[11]

Компания Bran+Luebbe продолжила производство AutoAnalyzer II и TRAACS, микропотокового анализатора для образцов окружающей среды и других образцов, представила AutoAnalyzer 3 в 1997 году и QuAAtro в 2004 году. Бизнес CFA компании Bran+Luebbe был куплен компанией SEAL Analytical в 2006 году, и они продолжают производить, продавать и поддерживать системы CFA AutoAnalyzer II/3 и QuAAtro, а также дискретные анализаторы.

Существуют и другие производители инструментов CFA.

Skalar Inc., дочерняя компания Skalar Analytical, основанная в 1965 году, головной офис которой находится в г. Бреда (Нидерланды), с момента своего основания является независимой компанией, полностью принадлежащей ее персоналу. Разработка роботизированных анализаторов, оборудования TOC и TN, а также мониторов расширила линейки продукции ее долговечных анализаторов непрерывного потока SAN++. Программные пакеты для сбора данных и управления анализатором также являются собственными продуктами, работают с последними требованиями к программному обеспечению и обрабатывают все комбинации аппаратного обеспечения анализатора.

Например, Astoria-Pacific International была основана в 1990 году Рэймондом Пэвиттом, который ранее владел Alpkem. Расположенная в Клакамасе, штат Орегон, США, Astoria-Pacific производит собственные системы микропотоков. Ее продукция включает в себя линейки анализаторов Astoria для экологических и промышленных применений; анализатор SPOTCHECK для неонатального скрининга; и FASPac (программный пакет анализа потока) для сбора данных и компьютерного интерфейса.

Компания FIAlab Instruments, Inc. в Сиэтле, штат Вашингтон, также производит несколько систем анализаторов.

Alpkem была куплена Perstorp Group , а затем OI Analytical в Колледж-Стейшн, Техас. OI Analytical производит единственный сегментированный анализатор потока, который использует полимерные трубки вместо стеклянных смесительных катушек. OI также является единственным крупным производителем приборов, который предоставляет опции сегментированного анализа потока (SFA) и анализа впрыска потока (FIA) на одной платформе.

Автоанализаторы использовались в основном для рутинных повторяющихся медицинских лабораторных анализов , но в последние годы их все больше заменяли дискретные рабочие системы, которые позволяют снизить потребление реагентов. Эти приборы 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 образцов, которые в противном случае выполнялись бы вручную техником , для таких медицинских тестов, как упомянутые ранее. Таким образом, автоанализатор может анализировать сотни образцов каждый день с одним оператором. Ранние приборы автоанализатора каждый тестировал несколько образцов последовательно для отдельных аналитов. Более поздние модели автоанализаторов, такие как SMAC, тестировали несколько аналитов одновременно в образцах.

В 1959 году Ганс Барух из Research Specialties Company представил конкурентоспособную систему анализа . Эта система стала известна как Discrete Sample Analysis и была представлена ​​инструментом, известным как «Robot Chemist». С годами метод Discrete Sample Analysis постепенно заменил систему Continuous Flow в клинической лаборатории. ^[12]

Первые промышленные приложения — 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 выполнять экстракцию растворителем, дистилляцию, онлайн-фильтрацию и УФ-расщепление в непрерывно текущем потоке. В 2005 году около двух третей систем, проданных по всему миру, были предназначены для анализа воды всех видов, ^{[ необходима ссылка ]} от уровней питательных веществ ниже ppb в морской воде до гораздо более высоких уровней в сточных водах; другие распространенные приложения — для анализа почвы, растений, табака, продуктов питания, удобрений и вина.

Автоанализаторы по-прежнему используются для некоторых клинических применений, таких как неонатальный скрининг или Anti-D, но большинство инструментов теперь 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 таких экологических аналитов, как нитрит , нитрат , аммиак , цианид и фенол . Автоанализаторы также широко используются в лабораториях по тестированию почвы, анализе удобрений, контроле технологических процессов, анализе морской воды, загрязнителей воздуха и табачных листьев.

Technicon опубликовала методические листы для широкого спектра анализов, и некоторые из них перечислены ниже. Эти и более поздние методы доступны в SEAL Analytical. Списки методов для приборов производителей легко доступны на их веб-сайтах.

• Статья из Университета штата Нью-Мексико