临床生物化学和生物化学检验20

第二十章自动生物化学分析仪的应用与原理蚌埠医学院生化与分子生物学教研室P496-5151授课对象：检验本科授课时数：4学时教学目的及要求：掌握：全自动生物化学分析仪性能指标与应用评价；生物化学分析仪检测的方法学。熟悉：生物化学分析仪的种类和设计原理。教学目标2自动生物化学分析仪的定义automaticbiochemicalanalyzer：是将生物化学分析过程中的取样、加试剂、去干扰物、混合、保温反应、自动监测、数据处理、打印报告及实验后的清洗等步骤进行自动化操作的仪器。1957年Technicon公司按Skeggs医生的设计方案，生产了第一台单通道连续流动式自动生物化学分析仪。

3试剂自动检测：借助条码技术识别种类及效期等。样本自动识别：量多少，有无溶血、脂血、黄疸、血球、凝块等。自动加样：试剂、样本、稀释液等。自动检测：样本杯、试剂架、反应杯。自动报警：4奥林巴斯的AU系列AU2700自动生化分析仪5自动生物化学分析仪的特点精密度高，功能齐全：配有完善的计算机控制系统，具备程序控制、自动调节、自动报警、误差校正、指示判断、数据处理、质量管理及故障诊断等功能。；可进行吸光度、浓度和酶活力的测定，能使用终点法和连续监测法、比浊法和均相酶免疫分析法进行分析。具有快速、简便、微量、标准化、样品和试剂用量低等优点。6第一节

自动生物化学分析仪的类型基本原理：是基于光电比色法原理进行工作的。基本结构光电比色计或分光光度计微机7分类①按反应装置的结构可分为连续流动式、离心式、分立式和干片式四类。（最常用的分类法）②按自动化程度可分为全自动和半自动型二类。③按同时可测定项目可分为单通道和多通道两类，单通道每次只能检测一个项目，但项目可以更换。多通道每次同时可以测多个项目。④按仪器的复杂程度及功能可分为小型、中型和大型三类。目前国内外的自动生物化学分析仪的设计多采用开放分立式，新设计开发的仪器已很少采用连续流动式和离心式。8一、连续流动式自动生物化学分析仪

是第一代自动分析仪，在测定过程中各待测样品与试剂混合后的化学反应均在同一管道内连续流动的过程中完成的。主要构成部件有：样品盘、比例泵、混合器、透析器、恒温器及检测装置组成。（一）仪器结构910比例泵：是一种蠕动泵，执行两个功能即提供能使样品在仪器内进行运动的压力和向流经管道的液体注入空气，作用是代替手工操作时的各种吸管，样品的用量和各种试剂的用量以及管道气泡的多少均由比例泵决定。透析器：是连续流动式分析仪的特殊部件，其作用是去除反应管道中大、小分子干扰物，特别是小分子物质的测定时常用透析器除去蛋白质等大分子物质以免其干扰实验。11（三）仪器特点1.空气分段系统：样品和样品之间需用空气进行隔离，来防止管道中各反应液在流动过程中的交叉污染。将几个单通道连续流动式分析仪结合起来，对一个样品同时测定几个项目(最多可测12个项目)，命名为顺序多项自动生物化学分析仪。2.试剂分段系统：用空白试剂或者是缓冲液来隔离。(1)流动注射系统的样品用转动阀加注，不再加入空气。按此规律，样品依次连续地被检测。(2)间隙式的特点是每一次进样都必须在前一样品的分析过程结束后(包括清洗)才能开始，而不能连续依次进样，每次进样之间有一定的时间间隔，故有人称之为不连续流动分析仪。12二、离心式自动生物化学分析仪加样部分：包括样品盘、试剂盘、吸样臂、试剂臂和电子控制部等。分析部分：除安装有特殊的离心转盘外，还有温控和光学检测系统，以及微机信息处理和显示系统。离心式生物化学分析仪是1969年发展起来的一种机型，它的全部检验过程是在一个类似离心机转头样的圆盘上完成的。（一）仪器结构13（二）工作原理先将样品和试剂分别置于转盘相应的凹槽内，当离心机开动后，受离心力的作用，试剂和样品相互混合发生反应，经适当的时间后，各样品最后流入转盘外圈的比色凹槽内，通过比色计检测。化学反应器装在离心机转子位置，反应器就是转盘。在整个分析过程中的每一个步骤几乎是同时完成的，不同于前两种分析是“顺序分析”，故又称为“同步分析”。样品量和试剂量均为微量级（样品1~50μl，试剂120~130μl），分析速度快（可达600tests/h）。此类仪器按照设计不同可用光度法、浊度法和散射法及终点法和动态法进行分析。（三）仪器特点1415三、分立式自动生物化学分析仪是按人工操作的方式编排程序，并以有序的机械动作代替人工，按程序依次完成各项操作的自动分析仪器。仪器操作过程中的各环节用传送带连接，按程序依次操作，它与流动式分析仪结构上的区别在于该类仪器的样品和试剂在各自的试管(或反应杯)中独立进行。因其具有结构简单、检测速度快的特点，故是目前国内外多采用的设计模式。（一）工作原理1617水及热空气等废水等样品盘试剂盘试剂针样品针清洗针反应池反应杯分立式全自动生化分析仪府视图试剂盘18191.样品处理系统：包括放置样品和试剂的场所、识别装置、机械臂和加液器等。（1）样品架和试剂盘：条形码阅读器识别样品和试剂。样品架分成圆盘状、传送条带状等类型。；样品吸取由计算机控制，吸样针上通常装有液面感应器，主要目的是为了防止空吸或吸入下层的血凝块。试剂盘为圆形。一般都有冷藏装置(4~15℃)，通常可放置十几种至几十种试剂。试剂加样的工作方式比样品吸样多了一步搅拌过程。第二试剂室和第二试剂加样器所组成，还有些具有第三甚至第四试剂。（二）仪器结构与功能20（2）加液器：加液器的组成：定量吸量器和加样针。由机械臂控制加液器的移动。吸量器：是用特殊的硬质玻璃(塑料)制成，包括阀门吸量器和阀门。现采用各自的管路和加样针进行样品和试剂的添加，加上特殊的冲洗技术，减少了交叉污染。目前较为先进的定量吸取技术是采用脉冲数字步进电机定位，定位准确，故障率低。加样针与静电液面感应器组成一体化探针，它具有自我保护功能，遇到障碍能自动停止并报警，可防止探针损坏。2122（3）搅拌器：

搅拌器由电机和搅拌棒组成，电机运动带动搅拌棒高速转动，使反应液被充分混匀。搅拌棒的下端是一个扁的金属杆，金属杆表面涂有一层不粘性材料，也有采用特殊的防粘附清洗剂，其作用是减少携带率，从而降低交叉污染率。232.检测系统(1)光路系统光源多数采用卤素灯，工作波长325~800nm。少数分析仪用氙灯，工作波长285~750nm，氙灯可检测部分需紫外光检测的项目。水冷装置，以提高光源的使用寿命。从发出光源到光信号接收的全部路径，是由一组透镜、聚光镜、光径(比色杯)和分光元件等组成。在光路设计方面有前分光和后分光之分。24前分光的光路：与一般分光光度计相同，即光源→分光元件→样品→检测器，后分光的光路：是光源→样品→分光元件→检测器，其光源是先照射到样品杯，然后通过光栅分光，再用检测器检测任何一个波长的吸光度。后分光的优点：是不需移动仪器的任何部件，可同时选用双波长或多波长进行测定，降低了噪声，提高了分析的精度和准确度，减少了故障率。前分光与后分光的主要区别：在于前分光先分出多个单色光，再照射到比色杯窗口。后分光可连续不断检测不同波长的反应，但光强度过高时可引起血清胆红素降低；前分光一般不能进行不同波长项目的不间断检测，通常只能单项一次测完后，再测第二项。目前全自动生物化学分析仪多采用后分光，半自动生物化学分析仪也有少数采用后分光原理。25前分光光路示意图后分光光路示意图26(2)分光装置：有干涉滤光片或光栅分光两类。干涉滤光片有插入式和可旋转式两种。插入式是将需用的滤光片插入滤片槽中；园盘式是将仪器配备的滤光片都安装在此盘中，使用时旋转至所需滤光片处即可。干涉滤光片虽然价格便宜，但用久后易受潮霉变，影响检测结果的准确度，尤其是340nm滤光片，因此用干涉滤光片的仪器最好经常进行摩尔吸光系数校验仪器。干涉滤光片多用在半自动生物化学分析仪中。27光栅分光又可分为全息反射式光栅和蚀刻式凹面光栅两种形式。全息反射式光栅是在玻璃上覆盖一层金属膜后制成，有一定程度的相差，且易被腐蚀；蚀刻式光栅是将所选波长固定地刻制在凹面玻璃上(1mm内可以蚀刻4000~10000条线)，有耐磨损、抗腐蚀、无相差等优点。光栅分光较干涉滤光片有明显优点，尤其采用340m波长的酶类测定结果更稳定可靠。28(3)比色杯（反应杯）：比色杯的厚度有1cm、0.6cm和0.5cm三种。光径小的可以节省试剂，减少样品用量，是目前的流行式。光径小于1cm时，仪器能自动校正为1cm。质地：玻璃、塑料或石英。①分立式比色杯：比色杯的数量与检测速度有关，一般都在100个左右，有些组合式分析仪可有双圈比色杯组成，其数量更多，速度更快。反应过程分别在各自比色杯中直接完成，经吸光度检测后计算出结果。比色结束后比色杯作自动反复冲洗、吸干，自动检查试剂杯空白，合格后继续循环使用。未通过自动检查的比色杯，仪器会自动报警提示，有些分析仪还会自动停止工作。（全自动生化分析仪的多采用）袋式自动生物化学分析仪，它使用的一种用特殊塑料制成的试验袋，经碾压后自动生成一种分立式比色杯。②流动池式比色杯：样品与试剂的反应在圆盘式反应杯中完成，吸液器将其吸入固定的比色杯，进行比色后测定后再吸出，此为单通道比色系统。流动池式比色杯多用于半自动生物化学分析仪。29(4)信号检测器：信号接收器一般为硅(矩阵)二极管，信号传送方式：光电信号传送和光导纤维传送，光导纤维传送技术更先进，可消除电磁波对信号的干扰，传送速度更快，目前新设计的高档自动生物化学分析仪均采用光导纤维传送技术。303.恒温装置(1)干式恒温器加热：在比色杯与加热器之间隔有空气，干式恒温的特点是方便，速度快，不需要特殊的防护，但稳定性和均匀性稍差。(2)水浴式循环加热式：在比色杯周围充盈有水，加热器控制水的温度。特点是温度准确，可达±0.1℃，但需要特殊的防腐剂才能保证水质的洁净。(3)恒温液循环间接加热：恒温液循环间接加热式，它的结构原理是在比色杯周围流动着一种特殊的恒温液(具有无味、无污染、不变质、不蒸发等特点)，在比色杯与恒温液之间又有一个几毫米的空气夹缝，恒温液通过加热夹缝的空气达到恒温。其均匀性、稳定性优于干式，又有升温迅速，不需特殊保养的优点。恒温控制器可以对25℃、30℃和37℃三种温度进行恒温，根据需要任意选择。31324.清洗装置

清洗装置一般由吸液针、吐液针和擦拭块组成。清洗的工作流程为吸出反应液→注入清洗剂→吸干→注入纯水→吸干→擦干。清洗剂可有碱性和酸性两种；吐入的纯水在一些大型仪器上可以加热成温水，并且可反复清洗2~3次，有些还可以风干。这些功能有效地提高了洗涤效果，减少了交叉污染的程度以及测定的精密度和准确度。33（三）仪器计算机系统计算机是自动生物化学分析仪的核心部分，标本的识别、混合恒温、数据处理、结果打印及校准方法、测定方法的选择、质量监控等内容均由计算机控制完成。1．样品及试剂的识别：条形码阅读器将患者的鉴别信息和需要测定的项目输入计算机，2．加样及混合恒温

3．结果计算及打印4．数据处理：主要表现在具有各种校准方法、测定方法、多种质量监控方式、项目间结果计算、各种统计功能、多种报告打印方式、数据储存和调用等。34四、干化学式自动生物化学分析仪

多采用以Kubelka-Munk理论为主要理论基础的多层薄膜的固相试剂技术，仅需将样品加在固相试剂上进行测定。它不同于大家所熟知的在反应容器中加入液态试剂和样品,混合后发生物化学学反应的“湿化学”(wetchemistry),所以“干化学”是相对于经典的“湿化学”而言。干化学式分析仪是80年代问世的，其采用干化学（drychemistry）方法，将发生在液相反应物中的反应，转移到一个固相载体上，利用分光检测系统进行检测的一类新型仪器。（一）工作原理35优点：它完全脱离了传统的采用试管和吸管的分析方法，仪器操作简便，测定速度快，灵敏度和准确度与典型的分立式仪器相近。原理分类：干化学分析仪大都采用反射光度法(reflectancespectroscopy)和基于离子选择电极(ionselectiveelectrode，ISE)的差示电位法(differentialpotentiometry)及近几年出现有采用荧光光度计的干化学分析仪。36（二）仪器的类型及特点一种是使用试条的反射光度法系统（reflotronsystem）；另一种是采用胶片涂层技术的化学分析系统（vitroschemistrysystem），采用的是干试剂包进行临床化学分析，常称为袋式分析仪。371．反射光度法系统：每一个检测项目都有各自专用的试剂条，由3个主要部分组成，①密码磁带：位于剂试条背面,是该项目的全部检测程序,存贮了全部方法学所必需的资料,包括:英文缩写符号、测试范围、血浆分离时间、波长选择、反应时间、换算因数和误差自检等,插入后即传送给微机。②血浆分离区：位于正面下部并标以红色,由玻璃纤维和纸层构成。③反应区：位于试剂条的正面上部。试剂条日常贮存在密封的盒内,每条的表面贴有一层锡箔,使用时再揭去。38血浆运输层试剂层反应层密码磁带血浆分离区辅助试剂层外膜层干试条的组成39测定过程首先定量指尖肝素化毛细血管血或任何部位的穿刺血标本加在红色的血浆分离区上。首先通过玻璃纤维层，红、白细胞被阻截，血浆被过滤到血浆分离区，另有辅助试剂层，当血浆层中的血浆溶解渗透辅助试剂层后，通过转移介质层将血浆运送到反应区的底部。此时仪器给反应区施加400Pa的压力，此时，试剂层2、试剂层1和透明片相继平贴于转移介质层(亦称血浆池)之上。血浆中的待测物与干试剂相作用而呈色并显示检测结果，全部过程均在接受密码信号后的微机控制下完成。402．胶片涂层技术的化学分析系统该干式化学系统使用的是试剂片（块），它采用的是胶片涂层技术,各种反应都在干片(多层膜片)内进行。

工作原理：应用涂层技术制作胶片基础的感光乳剂，将其均匀呈层状地涂布在支持层或下层上。在该干片中多涂层被置于一张透明聚酯片基上,然后夹在一个塑料壳中间，共有4个功能层：即分布层，接受样品；两个中介层，以改变样品的物理化学性质；一个指示剂层,对待测物进行定量。其层数视所采用的分析方法而定，干片的大小与一枚邮票大致相同，指示剂层呈现的颜色深浅随待测物的浓度变化而变化。41临床化学干片示意图42该类仪器采用袋式的干试剂包进行临床化学分析，所以称为袋式分析仪。袋式试剂包由透明的双层塑料薄膜制成，每袋均有不同的测定项目英文缩写标记。测定操作开始时将试剂包放进仪器，样品及其稀释液由探针刺孔注入包内，在反应过程中的不同阶段，试剂小袋经破裂器击碎，混合及保温，然后透明小袋经机械碾压形成比色杯用于测定，最后通过计算机系统换算结果并发出报告。3．袋式分析仪43袋式分析仪的试剂包44第二节

自动生物化学分析仪性能及评价自动化程度分析效率应用范围精度与准确度其他性能仪器的性能是选择仪器的主要依据，故正确评价与合理使用这些仪器十分重要。一、生物化学自动分析仪性能自动生物化学分析仪的性能包括的范围很广。45（一）自动化程度自动化程度：是指仪器能够独立完成生物化学测定操作程序的能力。包括：操作程序的自动化程度及其他许多内容：如单位时间处理标本的能力，可同步分析的项目数等。对于一台生物化学分析仪来说，自动化程度越高，仪器的功能越强。仪器自动化程度的高低取决于仪器所使用微机处理功能的大小。46（二）分析效率分析效率：是指在测定方法相同的情况下自动生物化学分析仪的分析速度。是快速向临床提供大量实验诊断数据的能力。分析速度取决于：一次测定中可测样品多少和可测项目的多少。前提条件：样本足够多，但如果只测一个样品一个项目，其速度有时还不如半自动分析仪快。47（三）应用范围仪器的应用范围：是仪器的一个综合性指标，包括仪器所能进行的分析方法以及可测定项目的种类，应用范围与仪器的设计原理及结构有关。仪器能进行的实验方法学越多、可测定项目越多，仪器的价格也将越高。目前的自动化分析仪另可应用免疫浊度法来测定特种蛋白、微量元素和药物监测分析；采用了双波长和多波长的光路技术，可以消除“背景噪声”，排除样品中溶血、脂血和胆红素的干扰。48（四）精度与准确度分析仪的精度和准确度是自动生物化学分析仪提供实验分析结果的精密度和准确度的基础。自动生物化学分析仪的精度和准确度取决于仪器各部件的加工精度和精确的工作状态。措施：要尽量将交叉污染的程度控制在最低限度，恒温方式和测光方式也不断改进等等。49（五）其他性能取液量决定样品与试剂的比例，该比例的范围越宽越好，这样才能适应选择更多试剂和方法之用。最小反应液体积指可被光度计准确检测的最小的反应液体积，反应液体积少，节省试剂，减少开支。根据实验室的检测量进行合理的选择测试速度（并一定是越快效率越高）试剂的使用是封