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自動分析儀

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科巴斯u411

自動分析儀是一種使用Technicon公司首先進行的稱為連續流動分析（CFA）或更準確地說是分段流動分析（SFA）的流動技術的自動化分析儀 。 該儀器由Leonard Skeggs博士於1957年發明，並由Jack Whitehead的Technicon Corporation商業化。 最初的應用是用於臨床分析，但是很快就用於工業和環境分析。該設計基於用氣泡分割連續流動的流體。

工作原理

連續流動分析（CFA）是一個通用術語，涵蓋分段流動分析（SFA）和流動注入分析（FIA）。 在分段流動分析中，連續的物料流被氣泡分成離散的部分，在其中發生化學反應。連續不斷的液體樣品和試劑流在管道和混合盤管中合併並運輸。管道將樣品從一個設備傳遞到另一個設備，每個設備執行不同的功能，例如蒸餾、透析、萃取、離子交換、加熱、培養和信號的後續記錄。SFA的基本原理是引入氣泡。 氣泡將每個樣本分成離散的小包，並充當小包之間的屏障，以防止當它們沿着玻璃管的長度行進時發生交叉污染。 氣泡還通過產生湍流來幫助混合，並為操作員提供了快速簡便的液體流動特性檢查。樣品和標準品在流經流體路徑的過程中以完全相同的方式進行處理，從而消除了穩態信號的必要性，但是，由於氣泡的存在會產生一個幾乎為方波的波形，使系統處於穩定狀態不會顯著降低吞吐量（第三代CFA分析儀平均每小時可採集90個或更多樣品），並且因為穩態信號（化學平衡）更準確，可重現，是理想的。 [1] 。 達到穩態可達到最低檢測極限。

連續分段流量分析儀（SFA）由不同的模塊組成，包括採樣器、泵、混合線圈、可選的樣品處理儀器（透析，蒸餾，加熱等）、檢測器和數據生成器。 大多數連續式流量分析儀取決於使用光度計的顏色反應 ，但是，還發展了ISE、火焰光度法、ICAP、熒光法等方法。

流動注射分析儀

流動注射分析（FIA）由Ruzicka和Hansen於1975年提出， [2]第一代FIA技術被稱為流動注射（FI），其靈感來自於1950年代初期由Skeggs發明的自動分析儀技術。 [3] [4] 斯凱格斯（Skeggs）的自動分析儀使用空氣分段將流動的流分成許多離散的段，以建立通過流動通道移動的一連串的單個樣品，而FIA系統將每個樣品與後續樣品與載體試劑分離。 自動分析儀將樣品與試劑均勻混合，而在所有FIA技術中，樣品和試劑會合併形成濃度梯度，從而產生分析結果。

FIA方法可用於快速反應以及緩慢反應。對於緩慢的反應，通常使用加熱器。由於所有樣品和標準品的反應時間都相同，因此反應無需完全完成。對於通常使用FIA測量的典型測定（例如亞硝酸鹽，硝酸鹽，氨，磷酸鹽），每小時處理60-120個樣品的情況並不罕見。

FIA方法受限於獲得可測量信號所需的時間量，因為通過管道的行進時間往往會使峰變寬到樣品可以相互融合的程度。通常，如果在兩分鐘內（最好小於一分鐘）無法獲得足夠的信號，則不應使用FIA方法。[來源請求] 應對需要更長反應時間的反應進行分段。但是，考慮到FIA相關出版物的數量以及FIA在系列測定中的廣泛使用，「一分鐘」的時間限制似乎並不嚴重限制大多數現實中的測定。[來源請求]然而，基於慢速化學反應的分析必須以停止流動模式（SIA）或通過分段流動進行。

OI Analytical在其氣體擴散安培總氰化物方法中使用分段式流動注射分析技術，該技術通過流動注射分析可實現長達10分鐘的反應時間。 [5]

Technicon在FIA被Ruzicka和Hansen提倡之前就進行了試驗。 安德列斯·法拉利（Andres Ferrari）報告說，如果流速增加而油管直徑減小，則沒有氣泡就可以進行分析。 [6] 實際上，Skegg在自動分析儀上的首次嘗試並未分段。 Technicon選擇不採用FIA，因為這會增加試劑消耗和分析成本。   [ 需要引用 ] 第二代FIA技術稱為順序注射分析（SIA），由Ruzicka和Marshal於1990年提出，並在隨後的十年中得到了進一步發展和小型化。[來源請求]它使用流量編程而不是連續流量模式（由CFA和FIA使用），從而可以根據分析規程的各個步驟定製流量和流量方向。反應物通過反向流動進行混合，並在反應混合物通過停止流動在檢測器內停止時進行測量。微型色譜是在微柱上進行的，微柱通過微流控操作自動更新。 SI中使用的微升樣品和試劑量的離散泵送和計量僅在每次進樣時都會產生浪費。 FI和SI的大量文獻記錄了FI和SI的多功能性及其在常規測定（在土壤，水，環境，生化和生物技術測定中的用途）的實用性，已證明它們具有用作多功能研究工具的潛力。

透析儀模塊

在醫學測試應用和具有高濃度或干擾物質的工業樣品中，儀器中經常有一個透析儀模塊，其中分析物會通過透析膜滲透到單獨的流路中，以進行進一步分析。 透析器的目的是將分析物與蛋白質之類的干擾物質分離，後者的大分子不通過透析膜而是進入單獨的廢物流。試劑、樣品和試劑的體積、流速以及儀器分析的其他方面取決於要測量的分析物。 自動分析儀也是非常小的機器。

結果記錄

以前是圖表記錄儀 ，現在是數據記錄儀或個人計算機，它會將檢測器的輸出記錄為時間的函數，因此每個樣品的輸出都顯示為一個峰，其高度取決於樣品中的分析物含量。

商業化

Technicon於1980年將其業務出售給露華濃[7] ，露華濃隨後於1987年將該公司出售給了獨立的臨床（拜耳）和工業（Bran+Luebbe，現為SEAL Analytical）買家。當時，工業應用約占CFA機器銷量的20％。

1974年Ruzicka和Hansen在丹麥和巴西進行了一項競爭性技術的初步實驗，他們將其稱為流動注射分析 （FIA）。 從那以後，該技術在全世界的研究和常規應用中得到廣泛應用，並且通過小型化和通過用計算機控制的可編程流量代替連續流量得到了進一步的改進。

在1960年代，工業實驗室一直不願使用自動分析儀。 最終，通過監管機構的接受證明是，該技術與記錄分光光度計沒有什麼不同，記錄分光光度計的試劑和樣品的化學比與傳統接受的手動方法相同。 [8]

Technicon最著名的CFA儀器是AutoAnalyzer II（於1970年推出），順序多重分析儀（SMA，1969年）和帶計算機順序多重分析儀（SMAC，1974年）。 Autoanalyzer II（AAII）是大多數EPA方法編寫和參考的儀器。   AAII是第二代分段式流量分析儀，它使用2毫米ID的玻璃管，以每分鐘2-3毫升的流速泵送試劑。 AAII的典型樣品通量為每小時30-60個樣品。 [9] 第三代分段式流量分析儀是在文獻中提出的[10]但直到1984年Alpkem推出RFA 300才商業化開發。 RFA 300通過1毫米ID的玻璃混合線圈以每分鐘小於1毫升的流量泵送。 RFA的吞吐量每小時可以處理360個樣本，但是在大多數環境測試中，平均每小時可以接近90個樣本。 1986年，Technicon（Bran + Luebbe）推出了自己的微流TRAACS-800系統。 [11]

Bran + Luebbe繼續製造AutoAnalyzer II和TRAACS，這是一種用於環境和其他樣品的微流分析儀，於1997年推出了AutoAnalyzer 3，並於2004年推出了QuAAtro。 Bran + Luebbe CFA業務於2006年被SEAL Analytical收購，他們繼續製造、銷售和支持AutoAnalyzer II / 3和QuAAtro CFA系統以及離散分析儀。

其他的CFA儀器製造商如下。

Skalar Inc.是Skalar Analytical的子公司，成立於1965年，總部位於荷蘭布雷達（Breda），自成立以來是一家由員工全資擁有的獨立公司。 機器人分析儀，TOC和TN設備以及監測儀的開發擴展了其使用壽命長的SAN ++連續流量分析儀的產品線。 內部產品還提供用於數據採集和分析儀控制的軟件包，這些軟件包可以根據最新的軟件需求運行並處理所有分析儀硬件組合。

例如，Astoria-Pacific International由以前擁有Alpkem的Raymond Pavitt於1990年創立。 總部位於美國俄勒岡州Clackamas的Astoria-Pacific生產自己的微流系統。 其產品包括用於環境和工業應用的Astoria分析儀系列；用於新生兒篩查的SPOTCHECK分析儀；和FASPac（流量分析軟件包）用於數據採集和計算機接口。

華盛頓州西雅圖市的FIAlab Instruments，Inc.還生產幾種分析儀系統。

Alpkem被Perstorp Group收購 ，隨後又被德克薩斯大學學院的OI Analytical收購。 OI Analytical生產唯一使用聚合物管代替玻璃混合盤管的分段式流量分析儀。 OI還是唯一一家在同一平台上提供分段流量分析（SFA）和流量注入分析（FIA）選項的主要儀器製造商。

臨床分析

AutoAnalyzers主要用於常規重複性醫學實驗室分析，但在最近幾年中，它們逐漸被離散的工作系統所取代，這些系統可降低試劑的消耗量。 這些儀器通常確定血清或其他身體樣本中白蛋白、鹼性磷酸酶 天冬氨酸轉氨酶（AST）、血液尿素氮、膽紅素、鈣、膽固醇 、肌酐、葡萄糖 、無機磷、蛋白質和尿酸的水平。 自動分析儀使重複的樣品分析步驟自動化，否則這些步驟將由技術人員手動進行，以進行如前所述的醫學測試。這樣一台自動分析儀每天就可以與一位操作技術員一起分析數百個樣品。早期的自動分析儀儀器分別按順序測試了多個樣品中的單個分析物。後來的自動分析儀（例如SMAC）在樣品中同時測試了多種分析物。

1959年，Research Specialties Company的Hans Baruch引入了競爭性分析系統。 該系統被稱為離散樣品分析，並由一種稱為「機器人化學家」的儀器代表。 多年來，離散樣本分析方法逐漸取代了臨床實驗室中的連續流動系統。 [12]

產業分析

最初的工業應用——主要用於水，土壤提取物和肥料——使用與臨床方法相同的硬件和技術，但是從1970年代中期開始開發了特殊的技術和模塊，以便到1990年可以進行溶劑提取、蒸餾、連續流中的在線過濾和紫外線消解。 2005年，全球售出的系統中約有三分之二用於各種水質分析，範圍從海水中的亞ppb水平到廢水中的高得多的水平；其他常見的應用是土壤，植物，煙草，食品，肥料和葡萄酒的分析。

當前用途

自動分析儀仍用於一些臨床應用中，例如新生兒篩查或Anti-D，但現在大多數儀器都用於工業和環境工作。ASTM （ASTM International），美國環境保護署（EPA）以及國際標準化組織 （ISO）已針對環境分析物（例如亞硝酸鹽、硝酸鹽、氨、氰化物和苯酚 ）發布了標準化方法。自動分析儀還普遍用於土壤測試實驗室、肥料分析、過程控制、海水分析、空氣污染物和煙葉分析。

方法表

Technicon發布了用於各種分析的方法表，下面列出了其中的一些方法。 這些方法和後續方法可從SEAL Analytical獲得。 製造商儀器的方法列表可在其網站上輕鬆獲得。

圖紙編號 判定 樣品 主要試劑 比色計
N-1c 尿素氮 血液或尿液 二乙酰一肟 520  納米
N-2b 葡萄糖 血液 鐵氰化鉀 420  納米
N-3b 凱氏氮 食材 苯酚和次氯酸鹽 630  納米
P-3b 磷酸鹽 鍋爐水 鉬酸鹽 650  納米

注釋

  1. ^ Coakly, William A., Handbook of Automated Analysis, Mercel Dekker, 1981 p 61
  2. ^ J., Rulika; Hansen, E. H. Flow injection analyses: I. New concept of fast continuous-flow analysis. Anal. Chim. Acta. 1975, 78: 145–157. doi:10.1016/S0003-2670(01)84761-9. 
  3. ^ Technicon AutoAnalyzer Sampler Unit. Chemical Heritage Foundation. [7 December 2015]. （原始內容存檔於5 January 2016）. 
  4. ^ Rocco, edited by Richard M. Landmark papers in clinical chemistry. 1st. Amsterdam: Elsevier. 2006 [7 December 2015]. ISBN 978-0-444-51950-4. （原始內容存檔於2020-07-26）. 
  5. ^ Archived copy. [2008-08-02]. （原始內容存檔於2007-10-30）. 
  6. ^ (Technicon Symposia, 1967, Vol I)
  7. ^ Whitehead Institute - Making clinical progress 網際網路檔案館的存檔，存檔日期June 26, 2010，.
  8. ^ Coakly, William A., Handbook of Automated Analysis, Marcel Dekker, Inc., 1981
  9. ^ Ewing, Galen Wood, Analytical Instrumentation Handbook, Second Edition pp152
  10. ^ C.J. Patton, PhD. Dissertation, Michigan State University (1982)
  11. ^ Ewing, Galen Wood, Analytical Instrumentation Handbook, Second Edition pp153
  12. ^ Rosenfeld, Louis. Four Centuries of Clinical Chemistry. Gordon and Breach Science Publishers, 1999. ISBN 90-5699-645-2. Pp. 490-492

外部連結

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