臨床檢驗儀器----臨床化學(xué)檢驗儀器（下）

        自動生化分析儀 
        自動化分析儀就是將生化分析中的取樣、加試劑、去干擾物、混合、保溫反應(yīng)、檢測、結(jié)果 計算和顯示以及清洗等步驟自動化的儀器，實現(xiàn)自動化的關(guān)鍵在于采用了微機(jī)控制系統(tǒng)。 生化分析儀的基本原理是用光電比色法進(jìn)行工作的，其結(jié)構(gòu)是由光電比色計或分光光度計 加微機(jī)控制兩部分組成。測試過程是自動完成的，在采樣、進(jìn)樣、反應(yīng)等過程中使用了特殊性能的部件。 自動生化分析儀可分為離心式、連續(xù)流動式、干片式和分立式幾大類，結(jié)構(gòu)裝置和工作 模式各不相同。其中，分立式自動圭化分析儀應(yīng)用普及。

        （一）離心式自動分析儀 離心式自動分析儀是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的，其特點是把樣品和試劑放在特別設(shè)計的位于圓盤上的液槽內(nèi)，圓盤放在離心機(jī)上作為轉(zhuǎn)頭。當(dāng)離心機(jī)開動后，圓盤內(nèi)的 樣品和試劑受離心力的作用流人圓盤外圖的比色槽內(nèi)．相互混合并發(fā)生反應(yīng)，光線通過比色槽，利用吸光光度法進(jìn)行測定。離心機(jī)以1000-2000r 'min轉(zhuǎn)動時，數(shù)秒后即可完成 混合、反應(yīng)、數(shù)據(jù)處理。離心式分析儀的結(jié)構(gòu)如圖8一j所示：轉(zhuǎn)頭圓盤外圈裝有多個一次 性小容器，如圖8—6所示，其小容器的左側(cè)有兩個小池一裝樣品，一裝試劑，右側(cè)是比色槽。 圖8-5所示的轉(zhuǎn)盤，左側(cè)表示注A樣品和試劑的靜止?fàn)顟B(tài)．右側(cè)表示轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)動后樣品和試劑受離心的作用流人比色槽內(nèi)邊轉(zhuǎn)動邊測定的狀態(tài)。 離心式分析儀的特點是所需樣品和試劑量很少（數(shù)微升），能快速反應(yīng)并連續(xù)比色，1秒 內(nèi)可以進(jìn)行多次測定，因此要求比色計的靈敏度高。該儀器的檢測部分多用光電倍增管，記 錄器多用示渡器，以便連續(xù)觀察。測定方法除吸光光度法外還有熒光光度法，這時測光的光路和測定系統(tǒng)的光路垂直，易獲得混濁粒子的散光。

        一種新型的離心式分析儀具有樣品識別、自動加樣品和試劑、溫度自動調(diào)節(jié)、自動分析和數(shù) 據(jù)處理、自動顯示和打印實驗結(jié)果及曲線、自動 清洗和自動診斷等功能。除分離血清外，其他操作均自動進(jìn)行。每小時可完成肝功能試驗300。 余項次，心肌酶譜280項次，葡萄糖、尿素、氮測 定300余項次?？梢詫ε繕悠吩谕粫r間里 進(jìn)行分析，也司同時測定6個不同項目，還可隨時插入急診化驗樣品。

        （二）連續(xù)流動式自動生化分析儀 待測的反應(yīng)液在管路中邊流動邊反應(yīng)的裝置稱為流動式自動分析儀。流動式分析儀有兩 種：一種是1957年由斯克格斯提出的連續(xù)流動式(continuous flow analysis，CFA)，它是在反應(yīng)達(dá)到平衡時進(jìn)行測定的方式；另一種是1975年南魯斯卡提出的流動注射式(flow injection analysis，F(xiàn)IA)，這是一種在反應(yīng)達(dá)到平衡前進(jìn)行測量的方式。這里重點介紹連續(xù)流動式。 連續(xù)流動式的基本原理是虛用比例泵將試樣、試劑和空氣按一定比例送進(jìn)管路，在流動過程中經(jīng)過混合、加溫、去干擾物等一系列處理，流人檢測池檢測后經(jīng)數(shù)據(jù)處理輸出給記錄器。一臺以光吸收為檢測手段的單項連續(xù)流動分析儀應(yīng)由采樣盤、比例泵、混合管、透析器、 恒溫器、比色計和記錄器組成，其原理結(jié)構(gòu)如圖8—7所示。圖中，管路內(nèi)的圓圈表示氣泡，氣泡把試樣和試劑混合液分為一段一段的液柱，使試樣和試劑充分混合，這些氣泡借助擦拭管 壁的作用可清洗管路，還起到防止管壁附近滯留層形成的作用。但氣泡影響比色，所以在比 色前必須把它除去。

        1.采樣盤它是一個可自動轉(zhuǎn)動的圓盤，載有許多杯子（試管），杯內(nèi)裝有各種樣品或標(biāo)準(zhǔn)液或?qū)φ沼醚濉＾D(zhuǎn)盤按時轉(zhuǎn)動，由與管路相連的吸管依次吸取樣品。此裝置有精確 的可調(diào)節(jié)的時間控制器。有的采樣盤上還裝有樣品號碼識別器，在計算機(jī)的控制下，樣品測定結(jié)果可打印在該編號下。 
        2.比例泵它是由轉(zhuǎn)軸、彈簧壓板和管徑不同的塑料管組成的，其作用是代替手工操 作時的各種吸管。轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時擠壓塑料管一張一弛地輸送管道中的樣品、試劑和空氣。由于同一時間吸入各管子的流量與各管管徑有一定的比例關(guān)系，所以稱為比例泵；又由于吸入的樣品、試劑和空氣的多少都由此比例泵決定，所以義稱為稱量泵。從圖8－7右側(cè)可以看 出，當(dāng)比例泵開動后，樣品、試劑和空氣同時被吸入管道，下面的訂二試制和空氣也同時被吸人另一管道。

        3.混合管 它是用玻璃制成蛇形管，根據(jù)反應(yīng)時間的長短可選用長短不同的規(guī)格。 混合符的作用是使兩氣泡間的比重不同的樣品和試劑靠重力作用充分混合。 4透析器它的作用是使管道中的大分子物質(zhì)（如蛋白質(zhì)）與小分子物質(zhì)（如葡萄桃、 尿素等）分離．凡是需要排除干擾物質(zhì)的檢驗（如去除蛋白質(zhì)），都要使樣品通過透析器。透 析器分上下兩半具有精確對準(zhǔn)的呈鏡像的上下溝道中問放置透析膜，使在薄膜上下各形成 一管道。圖8－7中的樣品和試劑從上側(cè)管道流過，而第二試劑則從下側(cè)管道流過，此時樣品中的小分子物質(zhì)透過薄膜進(jìn)入下側(cè)管道，與第二試劑反應(yīng)，樣品中的蛋白質(zhì)則從上側(cè)管 道排出。透析薄膜可有各種不同的規(guī)格，對各種物質(zhì)的透過速度不同，需要根據(jù)擬排除的干擾物，適當(dāng)選用。

        5. 恒溫器有些反應(yīng)需在一定溫度中進(jìn)行，所以反應(yīng)管道需要通過恒溫槽。一般采用 油浴，溫度在25～95℃間任意調(diào)節(jié)。槽內(nèi)裝有盤旋的玻璃管，其長度可根據(jù)反應(yīng)時間的長短加以選擇。

        6.檢測部。可以是分光光度計、熒光光度計和離子選擇性電極裝置等，也有的裝有固 定化酶柱的酶分析系統(tǒng)。一般多采剛濾光片的比色計。

        7.記錄器常用有筆式記錄器和打印記錄器。記錄的數(shù)值可以是光密度、濃度、晰的 活力單位(IU)。大型分析儀的記錄器必須以一定順序?qū)⒃S多比色計的信號記錄下來，所以 在記錄器和比色計之州還需有控制調(diào)節(jié)器。打印記錄址通過計算機(jī)與樣品號碼漢別裝置聯(lián) 系在一起，打印報告時樣品的號碼和測定結(jié)果不會弄錯。 上述這些部件可以組成單道的連續(xù)流動式分析儀，也可以組成復(fù)雜的多道分析儀。前者只能進(jìn)行一種項日的分析，后者可同時分析多種項目，又稱為順序多項分析儀（sequentialMultiple analysis．SM/Y)。有的分析儀每小時可作60個樣品的分析，每個樣品可分析12個 項目。更高水平的儀器可達(dá)150個樣品/小時，每個樣品可測20個指標(biāo)。

        （三）分立式自動生化分析儀 分立式( discrete analytical system)也叫分離獨立式或D方式。分立式是指按手工操作 的方式編排程序，以機(jī)械操作代替手工操作，各部分由傳動裝置來實現(xiàn)，按順序依次操作，放 在傳送帶上的編碼試管架可使試管自動升降。當(dāng)反應(yīng)試管加好樣品后，就可以向保溫水浴移動，到一定部位時，在行進(jìn)的過程中運(yùn)行的時間應(yīng)等于反應(yīng)時間，義由另外的注射加液器 加入反應(yīng)試劑．并伸入攪拌器攪拌均勻，如圖8- 8所示。

         反應(yīng)結(jié)束后，由泵依次吸至流動比色池中進(jìn)行比色，經(jīng)信號處理后，記錄或打印出結(jié)果。比色后的試管推出水浴沖洗干凈，以備下一批分析使用

        l.加樣系統(tǒng)加樣系統(tǒng)如圖8 -9所示 
        (l)試管架（試樣器）：試管架有圓盤型和吊籃型2種，被測試樣放在試樣器上，試樣在驅(qū)動裝置帶動下，按一定速度移動，使試樣一個一個地傳遞到取樣針下，待取樣。

        (2)吸量裝置和分布器：注射器活塞通常采用氣動控制機(jī)械傳動裝置帶動，可定量吸取試樣和試劑。加樣后，取樣探針進(jìn)入洗滌池，洗凈探針以防交叉污染。如反應(yīng)中還需要加第 二種、第三種試劑，則仍由分布器按以上原理完成。

        (3)反應(yīng)管：固定在由微型馬達(dá)帶動鏈?zhǔn)絺魉蛶?，步進(jìn)式向前移動。步進(jìn)速度乘以反 應(yīng)終點位號，即為總反應(yīng)時間，可依反應(yīng)時間選擇適宜步進(jìn)速度。

        (4)樣品吸取：吸樣由計算機(jī)控制。吸樣針上通常裝有液面感應(yīng)器，主要目的是為了防止空吸或吸人下層的血凝塊。用條形碼的分析儀，可直接閱讀樣品管子的條形碼信息，從而 指令分析儀進(jìn)行分析檢測。

        (5)試劑分配；試劑分配由試劑室、試劑加樣器、攪拌等部分組成。試劑室一般具有冷藏裝置，可放置十幾種至幾十種試劑，試劑容器大小與試劑的用量和工作速度成正比。用條 形碼的儀器可自動識別試劑的種類。試劑加樣器的工作方式與樣品吸樣基本相同，只是 多了一步攪拌過程。攪拌可由試劑沖液混合或攪拌棒直接攪拌完成。雙試劑式分析儀由第二試劑室和第二試劑加樣器所組成，部分儀器還可根據(jù)計算機(jī)指令，添加第三試劑 甚至第四試劑。

        2．反應(yīng)系統(tǒng)主要是恒溫水浴，可控制溫度有25℃、30℃、37℃，由傳送帶帶動反應(yīng)管 至恒溫水浴中保溫。 3檢測系統(tǒng)

        (l)光源：多數(shù)采用鹵素?zé)?，工作波長為325-830nm。少數(shù)分析儀用氙燈，丁作波長為 285-750nm．氤燈可檢測部分需紫外光檢測的項目。由于光源自身產(chǎn)熱較嚴(yán)重．有些分析 儀還特意安裝了水冷裝置，使光源的使用壽命大幅提高。

        (2)分光裝置：采用干涉濾光片或光柵分光。干涉濾光片雖然價格便宜，但用久后易受 潮霉變．影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度，尤其是340nm濾光片。光柵分光較干涉濾光片有明顯優(yōu) 點，尤其采用340nm波長的酶類測定結(jié)果更穩(wěn)定可靠。 光柵分光可分為前分光和后分光兩種方式。后分光原理圖如圖8 -10所示，其白熾光（全色光）直接透過比色溶液，再照射到光柵進(jìn)行分光，色散后取10-12個同定單色光，單色 光各投到不同波長段的固定光敏二極管上，計算機(jī)按不同項目的分析參數(shù)選擇單波長、雙波 長或多波長的光。前分光與后分光的主要區(qū)別為前分光先分出多個單色光，再照射到比色杯窗口，前分光一般不能進(jìn)行不同波長項目的不間斷檢測，通常只能單項一次測完后，再測 第二項；后分光可連續(xù)不斷檢測不同波長的反應(yīng)，但光強(qiáng)度過高時可引起血清膽紅素降低， 其他原理類似。

        (3)比色杯（反應(yīng)杯）：主要有分立式比色杯和流動池式比色杯。分立式比色杯的數(shù)量與檢測速度有關(guān)，一般都在100個左右。比色杯的光徑一般為0.5~1cm，比色結(jié)束后比 色杯作自動反復(fù)沖洗、噯干，自動校正空白，合格后繼續(xù)循環(huán)使用。流動池式比色杯將樣品與試劑的反應(yīng)在圓盤式反應(yīng)杯中完成，然后按順序抽吸人比色杯中進(jìn)行比色測定，各測定之間需消耗一定時間，尤其是速率法檢測所耗時間更長，因此此類分析儀的工作速 度難以提高。

        (4)檢測器：反應(yīng)結(jié)束后，進(jìn)行檢測。

        4．計算機(jī)系統(tǒng)計算機(jī)是自動生化分析儀的核心部分，測試的每一步驟都由它下指令完成。自動生化分析儀計算機(jī)與儀器的動作結(jié)合，一般有以下的功能。

        (l)樣品識別：用條形碼閱讀器將患者的鑒別信息和需要測定的項目輸入計算機(jī)。 計算功能將條形碼信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的動作，始終貫徹在整個測定過程中，直至后報出 結(jié)果。 
        (2)控制樣品與試劑的吸加：計算機(jī)指令的機(jī)械手一端裝有吸液針，溶液吸人可用注射 器式、蠕動泵及氣動泵方式進(jìn)行。吸液針用內(nèi)腔／外周每次沖洗法清洗或采用惰性物質(zhì)包被，使它既不與樣品混合，又不影響檢測，避免樣品間的交叉污染。一個功能正常的吸加液 裝置應(yīng)正確地吸加液量。

        (3)控制攪拌混合：混合裝置在連續(xù)流動式自動生化分析儀中采用蠕動泵和螺旋形混 合管的裝置，但在分立式中使用磁力、機(jī)械攪拌予以混合?；旌系牧Χ群蜁r間由計算機(jī)控制。干化學(xué)式自動生化分析儀中沒有混合裝置。

        (4)調(diào)控溫度：各類化學(xué)反應(yīng)尤其是酶類的檢測需要一個恒定的溫度，才能得到可靠的結(jié)果。大多數(shù)儀器的恒溫溫度有37℃、30℃或25℃在三擋可供選擇，有的固定為37℃。恒溫 方式可分為恒溫空氣流、恒溫水浴流或Peltier半導(dǎo)體控溫等。計算機(jī)通過溫度感應(yīng)器調(diào)節(jié) 溫度變化。 
        (5)結(jié)果顯示、儲存和打?。旱湫偷淖詣由治鰞x用比色杯讀取吸光度／透光度結(jié)果，將數(shù)據(jù)結(jié)果列成表格換算成結(jié)果，由計算機(jī)指令儲存、打印或發(fā)送?，F(xiàn)代化的生化分析儀通 常與實驗室信息系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)管理，將原始資料和數(shù)學(xué)運(yùn)算數(shù)據(jù)儲存與流通。

        5．輔勖系統(tǒng)

        (l)電源要求：電源總功率應(yīng)大于儀器指定的安培容量。

        (2)穩(wěn)壓要求：有穩(wěn)壓器和不間斷電源。

        (3)恒溫、干燥和無塵要求：有空調(diào)、干燥器等。

        (4)急診部位。

        （四）干化學(xué)式自動生化分析儀
        千化學(xué)(dry chemistry)又稱干試劑化學(xué)，屬于同相化學(xué)范疇，是相對于經(jīng)典的“濕化學(xué)(wet chemistry)”而言?；瘜W(xué)上為大家所熟知的在反應(yīng)容器中加入液態(tài)試劑和樣品，混合 后發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)稱為“濕化學(xué)”。“干化學(xué)”是指水溶性的酶用物理或化學(xué)方法處理，使其吸附、包埋或共價結(jié)合在載體上或發(fā)生酶分子的交聯(lián)，使之變成不溶于水的仍具有酶活性的酶衍生物，成為同化在載體上的試劑，當(dāng)液體樣品（血清、血漿、全血、尿液等）直接加到已固 化于特殊結(jié)構(gòu)的試劑載體上，以樣品中的水為溶劑，將固化在載體上的試劑溶解后再與樣品中的待測成分進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，從而進(jìn)行分析測定的一種方法。干化學(xué)既具有液體化學(xué)的優(yōu) 點，又有自己獨特的優(yōu)勢。干化學(xué)分析無須太多準(zhǔn)備工作，測定項目多，適用于小型醫(yī)院和門診實驗，保養(yǎng)維護(hù)簡單，但檢測成本高，適用于每天樣本量較少的情況。 干化學(xué)式自動生化分析儀是采用多層薄膜的固相試劑技術(shù)，僅需將樣品加在同相試劑 上進(jìn)行測定的一種分析系統(tǒng)。它完全脫離了傳統(tǒng)的采用試管和吸管的分析方法，儀器操作 簡便，測定速度快，靈敏度和準(zhǔn)確度與典型的分立式儀器相近。所有的測定參數(shù)均儲存在儀 器的信息磁塊中，當(dāng)編有條形碼的特定試驗的試條、試片或袋式試劑包放進(jìn)測定裝置后．其儲存的信息就變成測定動作，直至后報出結(jié)果。 基本結(jié)構(gòu)大體與分立式相同，不同的是分立式針對的是液體試劑，而干片式的試劑是同 相試劑。它無攪拌裝置．樣品在試條（片）迅速均勻擴(kuò)散而完成化學(xué)反應(yīng)。

        （五）臨床自動生化分析儀的主要技術(shù)參數(shù)及應(yīng)用范圍
        1．主要技術(shù)參數(shù)

        (1）波長范圍：通常設(shè)置7、9、11、14個波長的濾光片。

        (2)光源及分光方式：前分光、后分光。

        (3)溫度控制：有25℃、30℃、37℃三種，通常設(shè)置30℃。

        (4)測試方法：線性終點法、非線性終點法（標(biāo)準(zhǔn)曲線法）、兩點法（同定時間法）、速率法 （動力學(xué)法）、單（雙）波長法、吸光法、樣品空白法。

        (5)項目參數(shù)：根據(jù)用戶需要設(shè)定，如急診項目、常規(guī)生化項目等。

        (6)鍵盤：薄膜輕觸鍵。

        (7)樣品用量：l0-20µl。

        (8)程序設(shè)置：開放式編程。

        (9)試劑：開放、任選。 (10)進(jìn)樣系統(tǒng)：轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)或傳送系統(tǒng)。 2應(yīng)用范圍 常規(guī)生化分析儀的可測定項目包括：常規(guī)生化、同工酶、電解質(zhì)、藥物監(jiān)測、特殊蛋白、免疫分析(IgA、IgG、IgM、C3、C4、CH50)、激素、腫瘤標(biāo)志物、自由基、毒理學(xué)監(jiān) 測、細(xì)胞因子、微量元素測定等。