Кіріспе
Ағынды техниканы қолданатын автоматтандырылған талдағыш. Автоанализатор – үздіксіз ағынды талдау (CFA) немесе одан да дұрысы, сегменттелген ағынды талдау (SFA) деп аталатын ағынды техниканы қолданатын автоматтандырылған талдағыш. Бұл құрал 1957 жылы Леонард Скеггс (PhD) ойлап тапты және Джек Уайтхедтің «Техникон» корпорациясы оны өндіріске енгізді. Алғашқы қолданылуы клиникалық талдау саласында болды, бірақ одан кейін өнеркәсіптік және қоршаған ортаны талдау әдістері де пайда болды. Құрылымы үздіксіз ағып тұратын ағынды ауа көпіршіктерімен бөліп-бөлуге негізделген.
The AutoAnalyzer is an automated analyzer using a flow technique called continuous flow analysis (CFA), or more correctly segmented flow analysis (SFA) first made by the Technicon Corporation. The instrument was invented in 1957 by Leonard Skeggs, PhD and commercialized by Jack Whitehead's Technicon Corporation. The first applications were for clinical analysis, but methods for industrial and environmental analysis soon followed. The design is based on segmenting a continuously flowing stream with air bubbles.
Жұмыс істеу принципі
Үздіксіз ағынды талдау (CFA) – сегменттелген ағынды талдау (SFA) және ағынды инъекциялық талдау (FIA) ұғымдарын қамтитын жалпы термин. Сегменттелген ағынды талдауда материалдың үздіксіз ағыны химиялық реакциялар жүзеге асырылатын дискретті сегменттерге ауа көпіршіктерімен бөлінеді. Сұйық сынамалар мен реагенттердің үздіксіз ағыны құбырлар мен араластыру орамдарында біріктіріліп, тасымалданады. Құбырлар сынамаларды бір аппараттан екіншісіне жеткізеді, әрбір аппарат дистилляция, диализ, экстракция, ион алмасу, қыздыру, инкубация және сигналды кейіннен тіркеу сияқты әртүрлі функцияларды орындайды. SFA-ның маңызды принципі – ауа көпіршіктерін енгізу. Ауа көпіршіктері әр сынаманы жеке пакеттерге бөледі және олар шыны құбырдың бойымен қозғалғанда өзара ластанудың алдын алып, пакеттер арасындағы тосқауыл ретінде қызмет етеді. Ауа көпіршіктері турбулентті ағынды (болус ағыны) туғызу арқылы араласуға да көмектеседі және операторларға сұйықтықтың ағын сипаттамаларын жылдам және оңай тексеруге мүмкіндік береді. Сынамалар мен стандарттар сұйықтық жолының бойымен бірдей өңделеді, бұл тұрақты күйдегі сигналдың қажеттілігін жояды. Алайда, көпіршіктердің болуы дерлік тіктөртбұрышты толқын профилін құрайды, сондықтан жүйені тұрақты күйге келтіру өнімділікті айтарлықтай төмендетпейді (үшінші буын CFA анализаторлары сағатына 90 немесе одан да көп сынаманы талдай алады) және тұрақты күйдегі сигналдар (химиялық тепе-теңдік) дәлірек және қайталанатындықтан тиімді. Тұрақты күйге жету ең төменгі анықтау шегіне қол жеткізуге мүмкіндік береді. Ұздіксіз сегменттелген ағынды анализатор (SFA) әртүрлі модульдерден тұрады, оның ішінде сынама алушы, сорғы, араластыру орамдары, қосымша сынамаларды өңдеу (диализ, дистилляция, қыздыру және т.б.), детектор және деректер генераторы бар. Көптеген үздіксіз ағынды анализаторлар түстік реакцияларға негізделген, олар ағын арқылы фотометрді пайдаланады, бірақ ISE, жалынды фотометрия, ICAP, флюорометрия және т.б. сияқты әдістер де әзірленген.
Ағынды инъекция анализаторы
Ағынды инъекциялық талдау (FIA) 1975 жылы Ruzicka және Hansen ұсынған. FIA технологиясының бірінші буыны – ағынды инъекция (FI) деп аталады, ол 1950 жылдардың басында Skeggs ойлап тапқан AutoAnalyzer техникасынан туындаған. Skeggs-тің AutoAnalyzer-ы ағып жатқан ағынды көптеген дискретті сегменттерге бөлу үшін ауа сегментациясын пайдаланады, бұл арқылы ағынды канал арқылы қозғалатын жеке үлгілердің ұзақ тізбегі құрылады, ал FIA жүйелері әрбір үлгіні келесі үлгіден тасымалдаушы реагентпен бөліп алады. AutoAnalyzer-да сынамалар реагенттермен біртекті араластырылса, барлық FIA әдістерінде сынамалар мен реагенттер біріктіріліп, талдау нәтижелерін беретін концентрация градиенті пайда болады. FIA әдістерін жылдам және баяу реакциялар үшін де қолдануға болады. Баяу реакциялар үшін көбінесе жылытқыш қолданылады. Реакция толыққанша аяқталуы міндетті емес, өйткені барлық сынамалар мен стандарттарға реакцияға қатысу үшін бірдей уақыт беріледі. FIA-мен жиі өлшенетін типтік сынақтарда (мысалы, нитрит, нитрат, аммиак, фосфат) сағатына 60-120 үлгіні өлшеу жиі кездеседі. FIA әдістері өлшенетін сигналды алуға қажетті уақытпен шектеледі, себебі түтіктер арқылы өту уақыты шыңдарды кеңейтіп, үлгілердің бірімен-бірі бірігуіне әкелуі мүмкін. Жалпы ереже бойынша, егер екі минут ішінде, тіпті мүмкін болса бір минуттан кем уақытта жеткілікті сигнал алынбаса, FIA әдістерін қолданбау керек. Ұзақ реакция уақытын қажет ететін реакциялар сегменттелген болуы керек. Дегенмен, FIA бойынша жарияланған материалдардың саны мен FIA-ны сериялық талдаулар үшін қолданудың кең ауқымын ескере отырып, "бір минуттық" уақыт шектеуі көптеген нақты жағдайлардағы талдаулар үшін маңызды шектеу болып көрінбейді. Алайда, баяу химиялық реакцияларға негізделген талдаулар тоқтатылған ағын режимінде (SIA) немесе ағынды сегменттеу арқылы жүргізілуі керек. OI Analytical газды диффузиялық амперметрлік жалпы цианид әдісінде ағынды инъекциялық талдау техникасын қолданады, бұл ағынды инъекциялық талдау арқылы 10 минутқа дейін реакция уақытын қамтамасыз етеді. Technicon, Ruzicka және Hansen-нің FIA-ны қолдауынан бұрын FIA-мен көп тәжірибе жасаған. Андрес Феррари ағынды жылдамдықты арттырып, түтіктердің диаметрін азайту арқылы көпіршіксіз талдау жүргізуге болатынын хабарлаған. Шындығында, Skeggs-тің AutoAnalyzer-ді жасаудағы алғашқы әрекеттері сегменттелмеген. Technicon FIA-ны дамытуды тоқтатты, өйткені ол реагенттердің тұтынуын және талдау құнын арттырды. FIA техникасының екінші буыны – тізбекті инъекциялық талдау (SIA) деп аталады, ол 1990 жылы Ruzicka және Marshal ұсынған және келесі онжылдықта одан әрі дамытылып, кішірейтілген. Ол CFA және FIA қолданғандай, үздіксіз ағын режимінен гөрі ағынды бағдарламалауды қолданады, бұл ағын жылдамдығы мен бағытын талдау хаттамасының жеке қадамдарының қажеттіліктеріне сәйкес келтіруге мүмкіндік береді. Реактивтер ағынды кері бұру арқылы араластырылады және реакциялық қоспаны детекторда тоқтату арқылы ұстап тұрып, өлшеу жүргізіледі. Микроминиатюралы хроматография микроколонналарда жүргізіледі, олар микрофлюидтік манипуляциялар арқылы автоматты түрде жаңартылады. SI-де қолданылатын микролитрлік сынама және реагент көлемін дискретті сорғылау және өлшеу тек әрбір сынама инъекциясы үшін қалдықтар тудырады. FI және SI әдебиетінің кең көлемі FI және SI-дің әмбебаптығын және олардың әдеттегі талдаулардағы (топырақ, су, экологиялық, биохимиялық және биотехнологиялық талдаулар) пайдалылығын көрсетеді, сондай-ақ оларды әмбебап зерттеу құралы ретінде пайдалануға болатындығын дәлелдейді.
Диализатор модулі
Медициналық сынақтарда қолданылуында және жоғары концентрациялы немесе кедергі келтіретін материалдары бар өнеркәсіптік сынамаларда, аспаптың ішінде диализатор модулі жиі кездеседі, онда анықталатын зат диализдік мембрана арқылы бөлек ағынға өтеді де, одан әрі талдау жүргізіледі. Диализатордың мақсаты – анықталатын затты протеин сияқты кедергі келтіретін заттардан бөлу, себебі оның ірі молекулалары диализдік мембранадан өтпейді, ал бөлек қалдық ағынына жіберіледі. Реагенттер, сынамалар және реагенттердің көлемі, ағын жылдамдығы және аспаптық талдаудың басқа да жақтары, қандай зат анықталып жатыр дегенге байланысты болады. Автоанализатор да өте шағын машина.
Нәтижелерді есепке алу
Бұрын диаграммалық тіркегіш, ал соңғы кезде деректерді тіркегіш немесе жеке компьютер детектордың шығысын уақытқа қарай тіркейді, нәтижесінде әрбір сынаманың шығысы сынамадағы аналит мөлшеріне пропорционал биіктіктегі шың ретінде көрінеді.
Коммерциялық мақсатта пайдалану
Technicon өз бизнесін 1980 жылы Revlon компаниясына сатты, кейіннен 1987 жылы компанияны жеке клиникалық (Bayer) және өнеркәсіптік (Bran+Luebbe, қазір SEAL Analytical) сатып алушыларға сатты. Ол кезде өнеркәсіптік қолданысқа арналған машиналар сатылған КФА машиналарының шамамен 20 пайызын құрады. 1974 жылы Рузицка мен Хансен Данияда және Бразилияда бәсекелес техника бойынша алғашқы тәжірибелер жүргізді, олар оны ағынды инъекциялық талдау (FIA) деп атады. Содан бері бұл техника зерттеу және күнделікті қолданыстарда бүкіл әлемде қолданыс тапты және миниатюризация арқылы, сондай-ақ үздіксіз ағынды компьютерлік басқарылатын бағдарламаланатын ағысқа алмастыру арқылы одан әрі жетілдірілді. 1960 жылдары өнеркәсіптік зертханалар автоанализаторды пайдалануға құлшынбады. Регуляторлық органдардың қабылдауы, ақыр соңында, дәстүрлі түрде қабылданған қолмен әдістердегідей дәл химиялық пропорцияларда реагенттер мен сынамалар қосылған спектрофотометрден бұл техника ешқандай айырмашылығы жоқ екенін көрсету арқылы болды. Technicon-ның ең танымал КФА құралдары – AutoAnalyzer II (1970 жылы ұсынылған), Sequential Multiple Analyzer (SMA, 1969) және Computerмен жабдықталған Sequential Multiple Analyzer (SMAC, 1974). AutoAnalyzer II (AAII) – көптеген ЭПА әдістері жазылған және сілтеме берілген құрал. AAII – 2 миллиметрлік ішкі диаметрлі шыны түтіктерді пайдаланатын және реагентті минутына 2-3 миллилитр жылдамдықпен соратын екінші буын сегменттік ағынды анализаторы. AAII үшін сынама өткізу қабілеті сағатына 30-60 сынаманы құрайды. Үшінші буын сегменттік ағынды анализаторлары әдебиетте ұсынылған, бірақ 1984 жылы Alpkem RFA 300-ді ұсынғанға дейін коммерциялық тұрғыда дамытылмады. RFA 300 1 миллиметрлік ішкі диаметрлі шыны араластыру орамдары арқылы минутына 1 миллилитрден аз жылдамдықпен сорады. RFA-дағы өнімділік сағатына 360 сынамаға дейін жете алады, бірақ көптеген қоршаған орта сынақтарында сағатына 90 сынамаға жуықтап келеді. 1986 жылы Technicon (Bran+Luebbe) өзінің микроағынды TRAACS 800 жүйесін ұсынды. Bran+Luebbe AutoAnalyzer II және TRAACS, қоршаған орта және басқа да сынамаларға арналған микроағынды анализаторды өндіруді жалғастырды, 1997 жылы AutoAnalyzer 3 және 2004 жылы QuAAtro ұсынды. 2006 жылы Bran+Luebbe CFA бизнесін SEAL Analytical сатып алды және олар AutoAnalyzer II/3 және QuAAtro CFA жүйелерін, сондай-ақ дискретті анализаторларды өндіруді, сатуды және қолдауды жалғастыруда. КФА құралдарын өндіретін басқа да компаниялар бар. Skalar Inc., Skalar Analytical компаниясының 1965 жылы құрылған еншілес компаниясы, штаб-пәтері Бредада (Нидерланды) орналасқан, құрылғаннан бері дербес компания болып табылады және толығымен оның қызметкерлеріне тиесілі. Роботизацияланған анализаторларды, TOC және TN жабдықтарын және мониторларды дамыту оның ұзақ өмір сүрген SAN++ үздіксіз ағынды анализаторларының өнімдік желісін кеңейтті. Деректерді жинау және анализаторды басқаруға арналған бағдарламалық пакеттер де компанияның өнімдері болып табылады, соңғы бағдарламалық қамтамасыз ету талаптарына сай келеді және анализатордың барлық аппараттық комбинацияларын басқарады. Мысалы, Astoria Pacific International компаниясы 1990 жылы бұрын Alpkem компаниясының иесі болған Raymond Pavitt құрды. Орегон штатының Клаккамас қаласында орналасқан Astoria Pacific өзінің микроағынды жүйелерін өндіреді. Оның өнімдеріне қоршаған орта және өнеркәсіптік қолданысқа арналған Astoria Analyzer желілері; нәрестелерді тексеруге арналған SPOTCHECK анализаторы; және деректерді жинау және компьютерлік интерфейс үшін FASPac (Flow Analysis Software Package) кіреді. FIAlab Instruments, Inc., Сиэтл, Вашингтон, сонымен қатар бірнеше анализатор жүйесін өндіреді. Alpkem компаниясын Perstorp Group сатып алды, содан кейін оны Техас штатының Колледж Стейшн қаласындағы OI Analytical сатып алды. OI Analytical шыны араластыру орамдарының орнына полимерлік түтіктерді пайдаланатын жалғыз сегменттік ағынды анализаторды өндіреді. OI сонымен қатар сегменттік ағынды талдау (SFA) және ағынды инъекциялық талдау (FIA) опцияларын бір платформада ұсынатын жалғыз ірі құрал өндірушісі болып табылады.
Клиникалық талдау
Автоанализаторлар негізінен медициналық зертханалық талдауларды қайталау үшін қолданылды, бірақ соңғы жылдары олар реактивтердің аз қолданылуын қамтамасыз ететін дискретті жұмыс жүйелерімен көбірек алмастырылды. Бұл құралдар әдетте қан сарысуындағы немесе басқа дене сұйықтықтарындағы альбумин, сілтілік фосфатаза, аспартат трансаминаза (АСТ), қандағы мочевина азоты, билирубин, кальций, холестерин, креатинин, глюкоза, бейорганикалық фосфор, ақуыздар және зәр қышқылының деңгейін анықтайды. Автоанализаторлар техникалық қызметкердің қолмен орындайтын қайталанатын үлгіні талдау қадамдарын автоматтандырады, мысалы, жоғарыда аталған медициналық тесттерде. Осылайша, бір оператормен автоанализатор күніне жүздеген үлгіні талдай алады. Алғашқы AutoAnalyzer құралдары әрбір аналит бойынша үлгілерді бірінен соң бірін тексерді. SMAC сияқты кейінгі үлгідегі автоанализаторлар үлгілерде бірнеше аналитті бір уақытта тексерді. 1959 жылы Research Specialties Company компаниясының Ханс Барух бәсекелестік талдау жүйесін енгізді. Бұл жүйе Дискретті үлгіні талдау деп аталды және "Робот-химик" деп белгіленген құралмен ұсынылды. Клиникалық зертханада жылдар бойы Дискретті үлгіні талдау әдісі Үздіксіз ағынды жүйені біртіндеп ығыстырды.
Өнеркәсіптік талдау
Алғашқы өнеркәсіптік қолданыстар негізінен су, топырақ сығындылары және тыңайтқыштарды талдау үшін клиникалық әдістерде қолданылатын жабдықтар мен техникаларды пайдаланды. Бірақ 1970 жылдардың ортасынан бастап арнайы техникалар мен модульдер әзірленді, соның арқасында 1990 жылға қарай үздіксіз ағында еріткішпен сығындыру, дистилляциялау, онлайн сүзгілеу және УФ-қою жүргізуге мүмкіндік туды. 2005 жылы әлемде сатылған жүйелердің үштен екісінің үлесі судың барлық түрлерін талдауға кетті – теңіз суындағы қоректік заттардың ppb деңгейінен бастап, кәрі судың жоғары деңгейлеріне дейін. Басқа да кең таралған қолданыстар: топырақ, өсімдік, темекі, азық-түлік, тыңайтқыш және шарап талдауы.
Қазіргі қолданысы
Автоанализаторлар әлі де жаңа туған нәрестелерді тексеру сияқты немесе Anti D-ге ұқсас кейбір клиникалық қолданыстарда қолданылады, бірақ көптеген құралдар қазір өнеркәсіптік және қоршаған ортаны зерттеу жұмыстарына пайдаланылады. Нитрит, нитрат, аммиак, цианид және фенол сияқты қоршаған ортадағы талдау үшін ASTM (ASTM International), АҚШ Қоршаған ортаны қорғау агенттігі (EPA) және Халықаралық стандарттау ұйымы (ISO) стандартталған әдістерді жариялаған. Автоанализаторлар сонымен қатар топырақ сынау зертханаларында, тыңайтқыштарды талдау, өндіріс процесін бақылау, теңіз суын талдау, ауадағы зиянды заттарды анықтау және темекі жапырағын талдау үшін жиі қолданылады.
Әдіс қағаздары
Техникон кең ауқымды талдаулар үшін әдіс нұсқаларын жариялаған, олардың бірнешеуі төменде тізімделген. Бұл әдістер және одан кейінгі әдістерді SEAL Analytical компаниясынан алуға болады. Өндірушілердің құралдарына арналған әдіс тізімдері олардың веб-сайттарында оңай қолжетімді. Нөмір. Анықтау Үлгі Негізгі реагент(тер) N 1c Уреа азоты Қан немесе зәр Диацетил моноксимі 520 нм N 2b Глюкоза Қан Калий феррицианиді 420 нм N 3b Кжельдаль азоты Тағамдық өнімдер Фенол және гипохлорит 630 нм P 3b Фосфат Қазан су Молибдат 650 нм.