生化分析儀基本原理與結(jié)構(gòu)

生化分析儀基本原理與結(jié)構(gòu)第一頁，共四十八頁，2022年，8月28日生化分析儀是臨床診斷常用的重要儀器之一。它是通過對血液和其他體液的分析來測定各種生化指標，如血紅蛋白、膽固醇、肌肝、轉(zhuǎn)氨酶、葡萄糖、無機磷、淀粉酶、白蛋白、總蛋白、鈣等。同時結(jié)合其他臨床資料進行綜合分析，可幫助診斷疾病，并可鑒別并發(fā)因子以及決定今后治療的基準等。第二頁，共四十八頁，2022年，8月28日生化分析儀的種類較多，可從不同的角度進行分類：1．按反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)可分為連續(xù)流動式、分立式和離心式3類。2．按自動化程度可分為全自動、半自動和手工型3類。3．按同時可測定項目可分為單通道和多通道兩類。單通道每次只能檢測一個項目，但項目可以更換。多通道每次同時可以測多個項目。第三頁，共四十八頁，2022年，8月28日4．按儀器的復(fù)雜程度及功能可分為小型、中型和大型3類。小型一般為單通道、半自動及專用分析儀；中型為單通道（可更換幾十個項目）或多通道，常同時可測2～10個項目；大型均為多通道儀器，同時可測10個以上項目，分析項目可自選或組合，不僅能進行臨床生化檢驗，而且可進行藥物監(jiān)測及進行免疫球蛋白的測定。5．按規(guī)定程序可變與否，可分為程序固定式和程序可變式兩類。第四頁，共四十八頁，2022年，8月28日第一節(jié)工作原理及基本結(jié)構(gòu)所謂自動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。結(jié)果計算和顯示，以及清洗等步驟都能自動完成的儀器，實現(xiàn)自動化的關(guān)鍵在于采用了微機控制系統(tǒng)。第五頁，共四十八頁，2022年，8月28日目前，絕大多數(shù)生化分析儀都是基于光電比色法的原理進行工作的。其結(jié)構(gòu)可粗略地看成是由光電比色計或分光光度計加微機兩部分組成。由于整個測試過程是自動完成的，因此除微機外，在采樣、進樣、反應(yīng)等過程使用了一些特殊的部件。下面作簡要介紹。連續(xù)流動式自動生化分析儀第六頁，共四十八頁，2022年，8月28日圖1-1單通道連續(xù)流動式生化分析儀的結(jié)構(gòu)示意圖第七頁，共四十八頁，2022年，8月28日在微機控制下，通過比例泵將標本和試劑吸到連續(xù)的管道之中，在一定的溫度下，在管道內(nèi)完成混合、去除干擾物、保溫反應(yīng)、比色測定、信號放大及運算處理，最后將結(jié)果顯示并打印出來。因為這種檢測分析是一個樣品接著一個樣品在連續(xù)流動狀態(tài)下進行的，故稱之為連續(xù)流動式分析儀。這類儀器中，樣品和樣品之間可以用空氣來隔離，也可以用空白試劑或緩沖液來隔離。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)。第八頁，共四十八頁，2022年，8月28日1．樣品盤（加樣器）為一可轉(zhuǎn)動的圓盤狀架子，在圓盤上放若干聚乙烯塑料杯（或試管），用以盛放待測樣品和校正儀器用的標準液。在程序控制器的控制下，轉(zhuǎn)盤的移動與采樣管上塑料軟管探頭的活動同步，即圓盤每隔一定時間自動轉(zhuǎn)動一格，采樣管吸取一次樣品。依次類推，分析速度選用30份／h、40份/h、50份／h等。每個樣品（或標準液）之間要以空氣泡或蒸餾水隔開，或吸取少量生理鹽水，作為洗滌采樣管之用。新式樣品盤上還裝有樣號碼識別裝置裝置，該裝置通過計算機與打印記錄器相連，將某樣品測定結(jié)果打印在該樣品的編號下。2．比例泵（稱量泵）第九頁，共四十八頁，2022年，8月28日圖1-2第十頁，共四十八頁，2022年，8月28日是一種蠕動泵，執(zhí)行兩個功能，即提供能使樣品在儀器內(nèi)進行運動的壓力和向流經(jīng)塑料管的液體注入空氣。它的作用是代替手工操作時的各種吸管。樣品的用量和各種試劑的用量以及管道氣泡的多少均由比例泵決定，其結(jié)構(gòu)和作用原理如圖1-2所示。比例泵主要由彈簧、壓板、塑料管和轉(zhuǎn)軸組成。轉(zhuǎn)軸由電機帶動，幾個轉(zhuǎn)軸之間有鏈條相連，轉(zhuǎn)軸沿固定軌道循環(huán)轉(zhuǎn)動，反復(fù)從富有彈性的硅膠輸液管道上擠壓滾過，從而推動管內(nèi)的液體向前運動。第十一頁，共四十八頁，2022年，8月28日由于比例泵的馬達轉(zhuǎn)速是恒定的，但配有不同內(nèi)徑而壁厚相同的塑料管，即可得到不同的流速，也就是說流量與管徑間有一定的比例關(guān)系，故稱為比例泵。對管道質(zhì)量要求很高，既要耐腐蝕，又要在壓力解除后迅速恢復(fù)其原有的孔徑，以保持恒定的流速。3．混合管（反應(yīng)器）第十二頁，共四十八頁，2022年，8月28日圖1-3第十三頁，共四十八頁，2022年，8月28日由玻璃螺旋管制成，如圖1－3所示。它的作用是將比重不同的液體充分混合，以便通過保溫、加溫、冷卻等過程完成測定反應(yīng)?；旌瞎艿牟煌?guī)格可根據(jù)反應(yīng)時間的長短來選擇。4．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。在測定小分子物質(zhì)時，常用透析器除去蛋白質(zhì)造成的干擾。透析器由兩塊有機玻璃板組成，見圖1－4。第十四頁，共四十八頁，2022年，8月28日圖1-4第十五頁，共四十八頁，2022年，8月28日玻璃板相對的兩面刻有對稱的槽，由邊緣向中心呈螺旋狀環(huán)繞。兩塊板合攏時，上下槽合成一圓形孔道，液體可從一端流入而從另一端流出。透析時，在兩塊板之間夾一層透析薄膜，則在膜上下各形成一個管道。圖1－4中的樣品和第一試劑從上側(cè)管道通過，而第二試劑則從下側(cè)管道通過。此時小分子物質(zhì)透過膜進入下側(cè)管道與第二試劑反應(yīng)，而樣品中的蛋白質(zhì)則作為廢液從上側(cè)管道流出。第十六頁，共四十八頁，2022年，8月28日透析膜有各種規(guī)格，透析率與各種物質(zhì)透過程度、上下槽中的滲透壓差（濃度差）、透析孔徑大小及反應(yīng)溫度有關(guān)；透析總量則與螺旋長度及透析膜有效總面積有關(guān)。為了提高透析速度和減少溫度的影響，常將整個透析器浸沒在370C恒溫水箱內(nèi)。液體在流人透析器前亦應(yīng)先預(yù)熱至370C。第十七頁，共四十八頁，2022年，8月28日二、離心式自動分析儀這類儀器型號很多，但都是根據(jù)同步分析原理設(shè)計的，它與順序分析儀的不同處是可以同時進行若干試樣與試劑的混合、反應(yīng)、檢測等步驟，同步完成分析，故屬同步分析儀。這類儀器的優(yōu)點是快速，在幾分鐘內(nèi)可以完成20～30個試樣中一個項目的分析，試樣用量可少至3～20μL，試劑量100～250μL；其缺點是同一時間只能完成一個項目的分析。第十八頁，共四十八頁，2022年，8月28日圖1-6第十九頁，共四十八頁，2022年，8月28日離心式分析儀由加樣部分和分析部分組成，具體結(jié)構(gòu)參見圖1－6。在一個圓盤的外周呈放射狀排列著比色室，其上下各有石英窗，光束從上向下（或相反方向）通過比色室到達檢測器。在比色寶的內(nèi)側(cè)有與比色室呈對應(yīng)排列的試劑槽和試樣槽，槽間由隆起的脊隔開。將圓盤放到離心機上，開機后由于快速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力，使試劑、試樣向外移動并混合、反應(yīng)，反應(yīng)物最后轉(zhuǎn)移到比色室中。試樣和試劑的量是由吸量分布器完成的。分析部分則由圓盤轉(zhuǎn)干、溫度控制器、分光光度計、微機和打印機等組成。第二十頁，共四十八頁，2022年，8月28日三、分立式自動生化分析儀所謂分立式，是指按手工操作的方式編排程序，并以有節(jié)奏的機械操作代替手工，各環(huán)節(jié)用傳送帶連接起來，按順序依次操作，如圖1－7所示。第二十一頁，共四十八頁，2022年，8月28日圖1-7第二十二頁，共四十八頁，2022年，8月28日

1．試樣器為圓盤式或吊籃式。被測試樣放在試樣器上，試樣器在驅(qū)動裝置帶動下，按一定速度移動，使試樣一個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械傳動裝置帶動，可定量吸取試樣和試劑。當(dāng)吸量系統(tǒng)的閥I關(guān)、閥II開時，活塞下移，兩個注射器分別吸入定量試樣和試劑；當(dāng)閥I開、閥II關(guān)時，活塞上移，注射器中的試劑被推出，并將探針尖端的試樣沖入反應(yīng)管中。加樣后，取樣探針進入洗滌他，洗凈探針以防交叉污染。如反應(yīng)中尚需加第二、第三種試劑，則由分布器按以上原理完成。如圖1-8所示第二十三頁，共四十八頁，2022年，8月28日圖1-8第二十四頁，共四十八頁，2022年，8月28日

3．反應(yīng)管反應(yīng)管固定在由微型馬達帶動的鏈式傳送帶上，步進式向前移動。步進速度乘以反應(yīng)終點位號，即為總反應(yīng)時間，可依反應(yīng)時間選擇適宜步進速度。

4．加熱浴可控溫于250C、370C、500C，由傳送鏈帶動反應(yīng)管至恒溫槽中保溫。

5檢測器為光電比色計（或分光光度計）。待反應(yīng)完成后，進行檢測。如圖1-9第二十五頁，共四十八頁，2022年，8月28日圖1-9第二十六頁，共四十八頁，2022年，8月28日四全自動大型生化分析儀一、基本結(jié)構(gòu)（1）樣品（sample）系統(tǒng)：樣品包括校準品、質(zhì)控品和病人樣品。系統(tǒng)一般由樣品裝載、輸送和分配等裝置組成。l）樣品裝載和輸送裝置的常見類型有：第二十七頁，共四十八頁，2022年，8月28日

a．樣品盤（sampledisk）：即放置樣品的轉(zhuǎn)盤。有單圈或內(nèi)外多圈，單獨安置或與試劑轉(zhuǎn)盤或反應(yīng)轉(zhuǎn)盤相套合，運行中與樣品分配臂配合轉(zhuǎn)動。有的采用更換式樣品盤，分工作和待命區(qū)，其中放置多個弧形樣品架（sector）作轉(zhuǎn)載臺，儀器在測定中自動放置更換。對樣品盤上放置的樣品杯或試管的高度、直徑和深度有一定要求，有的需專用的樣品杯，有的可直接用采血試管。樣品盤的裝載數(shù)以及校準品、質(zhì)控品、常規(guī)樣品和急診樣品的裝載數(shù)，一般都是固定的，這些應(yīng)根據(jù)工作需要選擇。第二十八頁，共四十八頁，2022年，8月28日b二傳動帶式或軌道式進樣：即試管架（rack）不連續(xù)，常為10個一架，靠步進馬達驅(qū)動傳送帶，將試管架依次前移，再單架逐管模移至固定位置，由樣品分配臂采樣。C．鏈式進樣：試管固定排列在循環(huán)的傳動鏈條上，水平移動到采樣位置，有的儀器隨后可清洗試管。第二十九頁，共四十八頁，2022年，8月28日2）分配加樣裝置大都由注射器、步進馬達或傳動泵、加樣臂和樣品探針等組成。a．注射器（syringeunit）：根據(jù)注射器直徑和活塞移動距離的多少，定量吸取樣品或試劑。它的精度決定加樣的精度，一般可精確到1微升。注射器漏液時，首先考慮是否探針堵塞，其次是注射器活塞磨損等等。有的加液系統(tǒng)采用容積型注射泵和數(shù)控脈沖步進馬達，可提高精度。第三十頁，共四十八頁，2022年，8月28日b．樣品探針（probe）：與加樣臂相連，直接吸取樣品。探針均設(shè)有液面感應(yīng)器，防止探針損傷和減少攜帶污染。有的設(shè)有阻塞檢測報警系統(tǒng)，當(dāng)探針被樣品中的血凝塊等物質(zhì)阻塞時，儀器會自動報警，沖洗探針，并跳過當(dāng)前樣品對下一樣品加樣。有的還有智能化防撞裝置，遇到阻礙探針立即停止運動并報警。即使如此，它仍是非正規(guī)操作時的易損件。第三十一頁，共四十八頁，2022年，8月28日為了保護探針，除預(yù)先需要根據(jù)樣品容器的底高、最低液面高度等進行設(shè)置外，樣品容器的規(guī)格、放置位以及液面高度等設(shè)定條件不得隨意改變。在某些儀器上，采樣器和加液器組合在一起，加樣品和加試劑或稀釋液可用一個探針一次完成。第三十二頁，共四十八頁，2022年，8月28日C．加樣臂：連接探針，在樣品杯（試劑瓶）和反應(yīng)杯之間運動，完成采樣和加樣（加試劑）。它的運動方式與儀器工作效率及工作壽命有一定關(guān)系。d．閥門：用以決定液體流動的方向。e．稀釋系統(tǒng)：對樣品進行預(yù)稀釋、過后稀釋或加倍，對標準原液系列稀釋，等等。不同儀器的稀釋方式有所差異，要注意識別。試劑系統(tǒng)亦有稀釋功能。第三十三頁，共四十八頁，2022年，8月28日（2）試劑（reagent）系統(tǒng)：系統(tǒng)一般由試劑儲放和分配加液裝置組成。l）試劑倉：常與試劑轉(zhuǎn)盤結(jié)合在一起，多數(shù)儀器將試劑倉設(shè)為冷藏室，以提高在線試劑的穩(wěn)定期。2）分配加液裝置門dispenseunit）：與樣品系統(tǒng)的類似，試劑探針常?？梢詫υ噭╊A(yù)加溫。雙試劑系統(tǒng)的試劑2（R2）探針的起始量宜小一點，以便配合不同R1／R2比例的試劑。第三十四頁，共四十八頁，2022年，8月28日3）試劑瓶（bottle）：有不同的形狀、大小及規(guī)格。如COBASMIRAPLUS儀有4、10、15、35ml等規(guī)格，瓶底呈凹形；OLYMPUSAU600儀有30和60ml兩種；日立7060儀有20、50、100ml等三種規(guī)格。應(yīng)根據(jù)工作量和試劑規(guī)格，考慮試劑瓶殘留體積和更換頻率，合理選用。獨特設(shè)計的卡式試劑盒，體積小，防蒸發(fā)，便于儲存。

4）配套試劑常有條形碼，儀器設(shè)有條形碼檢查系統(tǒng)，可對試劑的種類、批號、存量、有效期和校準曲線等資料進行核對校驗，如BeckmanCX7等。第三十五頁，共四十八頁，2022年，8月28日5）試劑瓶蓋自動開關(guān)系統(tǒng)：更有利于試劑的保存，有的儀器可在運行中添加、更換試劑，有的則須在暫停狀態(tài)下進行。（3）條形碼（barcode）識讀系統(tǒng)：一般由掃描系統(tǒng)、信號整形和譯碼器三部分組成。掃描系統(tǒng)以光源掃射黑條白空相間的條碼符號，由于條和空對光的反射不同，不同寬窄的條符反射光的持續(xù)時間不同，產(chǎn)生強度不同的反射光，再經(jīng)光電轉(zhuǎn)換元件接收并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)強度的電信號，最后通過信號整形由譯碼器解譯。第三十六頁，共四十八頁，2022年，8月28日系統(tǒng)自動識別樣品架及樣品編號，識別試劑、校準品及其批號、失效期，有的還可識別校驗校準曲線等信息。實驗室常用的條形碼類型有CODE39、CODE128、2of5等等。要自編樣品條形碼需準備條碼輸入器，條形碼閱讀系統(tǒng)與條形碼要匹配。第三十七頁，共四十八頁，2022年，8月28日（4）反應(yīng)系統(tǒng)：l）反應(yīng)盤：裝載一系列反應(yīng)比色杯（cuvettes），多為轉(zhuǎn)盤形式。反應(yīng)測定過程中按固定程序，在加樣臂、加液臂、攪拌棒、光路和清洗裝置之間轉(zhuǎn)動。有的儀器在反應(yīng)杯中完成反應(yīng)后再吸入比色杯比色，現(xiàn)在更常見的是反應(yīng)和檢測同在比色杯中進行，效率更高，尤其適用于連續(xù)監(jiān)測法。比色杯多采用硬質(zhì)石英玻璃、硬質(zhì)玻璃、無紫外光吸收的丙烯酸塑料等，第三十八頁，共四十八頁，2022年，8月28日使用壽命不一。Dimension系列的比色杯在機器內(nèi)自動制造，自動封口，免沖洗，無污染。流動池式主要在小型分析儀上用。容積一般為幾十微升，但抽液管道占用較多反應(yīng)液，多樣品連續(xù)使用增加了交叉污染機會。2）蠕動泵（pump）：半自動生化儀需要蠕動泵抽吸反應(yīng)液進入流動比色地作測定。要求定期對蠕動泵進行校準，即通過吸入定量的水來檢驗泵的吸液量是否準確。一般均設(shè)有泵校準功能。第三十九頁，共四十八頁，2022年，8月28日3）混合裝置（mixingunit）：如采用多頭回旋攪拌棒（三頭雙清洗式攪拌系統(tǒng)）。攪拌棒常具特氟隆不粘涂層，避免液體粘附。4）溫控裝置：一般可設(shè)置25℃、30℃和對37℃，也常見只設(shè)37℃的。溫差應(yīng)小于±0．l℃。溫控方式有恒溫水浴、石蠟油浴，電熱恒溫、空氣恒溫、恒溫液循環(huán)加溫等，各具特點。使恒溫均勻穩(wěn)定。第四十頁，共四十八頁，2022年，8月28日（5）清洗（wash）系統(tǒng)：探針和攪拌棒采用激流式等方式自動沖洗。反應(yīng)比色杯的清洗常包括清潔液清洗、去離子水沖洗、抽吸、風(fēng)干等步驟。沖洗水的水溫自動控制到與保證反應(yīng)系統(tǒng)的恒溫，并增加去污能力。

AbbottAEROSET自動生化分析儀等系統(tǒng)具有自動清洗功能（smarwash）和最佳標本順序選擇功能（OSS）。即儀器根據(jù)試劑或樣品間交叉污染的項目組合，自動改變檢測順序，避免互有影響的分析項目；確實無法回避時，則采用選定的特殊清洗劑作自動清洗。第四十一頁，共四十八頁，2022年，8月28日（6）光路檢測系統(tǒng)：一臺性能穩(wěn)定、靈敏、高精確度的生化分析儀必須具有強度適宜、穩(wěn)定耐用的光源燈，波長準確、有效防止雜散光干擾的單色光器，和靈敏穩(wěn)定的光電轉(zhuǎn)換元件以及其他電路元件。l）光源燈（photometerlamp）：常用氙燈、鹵素鎢燈、鹵素石英燈等。閃爍式氙燈可延長燈泡壽命。第四十二頁，共四十八頁，2022年，8月28日2）單色光器：干涉濾光片，一般帶寬6nrn－10nrn。個別波長的干涉濾光片易發(fā)生霉變。光柵分光式，一般帶寬＜6nrn。無像差凹面蝕刻光柵，1毫米內(nèi)刻線4000條以上，縮小了體積，減少了雜散光，提高了精度。集束式全息光柵分光全數(shù)碼轉(zhuǎn)換的分光技術(shù)，波長范圍更寬、更穩(wěn)定。第四十三頁，共四十八頁，2022年，8月28日3）光電轉(zhuǎn)換元件：現(xiàn)在多采用光敏二極管矩陣。多波長直排式光電管，可對每一項光化學(xué)反應(yīng)同時作多波長分析。集束式光路、光路系統(tǒng)數(shù)碼處理技術(shù)與數(shù)字光纖傳輸檢測信號聯(lián)用，大大減少了各種干擾，提高了檢測精度和速度，有利于實現(xiàn)超微量檢測。（7）程序控制系統(tǒng)：利用現(xiàn)代電子工程學(xué)、計算機科學(xué)和自動化技術(shù)的迅速發(fā)展，第四十四頁，共四十八頁，202