检验仪器2013自动生化分析仪2版

第八章

临床自动生物化学分析仪器

教学目标和要求掌握

自动生化分析仪的分类、基本结构及其特点、分析原理熟悉

影响自动生化分析仪的因素和分析仪性能指标。了解

分析仪的工作过程和操作方法，常用分析仪的分析性能。某些分析参数的特殊意义概述自动生物化学分析仪(automaticbiochemicalanalyzer)的发展史1957年Technicon公司第一台单通道连续流动式60年代连续流动式70年代电子计算机崭新的时期80、90年代后各种自动生物化学分析仪竞相发展21世纪新技术得到广泛应用取样

加试剂

去干扰物

混合

保温反应

测定

数据处理

打印报告

清洗

生化检验的一般过程

第一节

自动生物化学分析仪的分类

1.按反应装置

连续流动式(continuous

streamingmovement

style)

离心式(centrifugationstyle)

分立式(discrete

style)

干片式

(dryingstyle)2.按自动化程度

全自动

半自动型

3.按同时可测定项目

单通道多通道

4.按仪器的复杂程度及功能

小型中型大型

5.按测定程序可否更改程序固定程序可变

第二节

自动生化分析仪的基本结构

和工作原理基本原理

分光光度法程序控制基本结构分光光度计计算机一、连续流动式自动生物化学分析仪

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流动的过程中完成（一）仪器结构

样品盘比例泵混合器透析器恒温器检测装置其它1．样品盘

组成可转动的圆盘，圆盘上置放聚乙烯塑料杯(或试管）、采样探头、循环洗涤装置作用置放待测样品标准液质控物空白液对照液工作原理在程序控制器的控制下，转盘的移动与采样管上塑料软管探头的活动同步。

2．比例泵

组成

金属压板泵管转轴弹簧空气调节器作用类似心脏的“舒”

“缩”功能，吸入样品、试剂、空气。排出废液等3．混合器

组成是一种由玻璃制成的螺旋管（见图）作用是将比重不同的液体充分混合，代替手工操作中的搅拌、振摇或倒转，使流经的液体各组分达到充分混匀的目的。

4．透析器

是连续流动式分析仪的特殊部件组成2快相对塑料板及中间透析膜（见图）作用去除反应管道中大、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。工作原理5.恒温器维持反应温度6.检测器7.计录仪8.微处理器－计算机9.功能监视器－显示屏(二)工作原理

在计算机控制下，通过比例泵将标本和试剂注入到连续的管道系统中，在一定的温度下，在管道内完成混合，去除干扰物；保温，比色测定，信号放大，运算处理，最后将结果显示并打印出来。因为这种检测分析是一个标本接一个标本在连续流动状态下进行的，故称之为连续流动式自动生物化学分析仪

(三)仪器特点

连续流动式生物化学自动分析仪在检测过程中，样品和样品之间需用空气进行隔离，或用空白试剂或者是缓冲液来隔离。用空气分隔的叫空气分段式系统(air-segmentedsystem)，用空白试剂或缓冲液分隔的叫非分段式系统(non-segmentedsystem)。

二、离心式自动生物化学分析仪

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(一)仪器结构

1.加样部分：样品盘、试剂盘、吸样臂、试剂臂和电子控制等。

2.分析部分：离心转盘、温控、光学检测系统、微机信息处理和显示系统仪器的关键部分：转盘(见图)

转盘具有粘水极少的特性。转盘上有圆形排列的相同的12个凹槽组合，每个组合有2-3个凹槽，沿离心力方向相通

(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（三）特点1反应器就是转盘2同步分析(paralledanalysis)

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“顺序分析”(sequentialanalysis)。3微量分析样品量和试剂量均为微量级(样品1-50ul试剂120-130u1)4分析速度快

可达600test／h三、分立式自动生物化学分析仪

目前国内外最多采用的设计模式特点各个样品在各自的测定管或反应杯中进行(一)工作原理

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.如图20-2所示(二)仪器结构与功能

1．样品、试剂系统

A.组成

样品盘（架）和试剂盘、识别装置、机械臂、加液器、搅拌器B.功能

模仿人工操作，识别样品和试剂，并把它们加入到反应器中(1)样品盘、样品架：

放置样品管的装置有条形码的分析仪，可直接阅读样品管上的条形码信息，指令分析仪进行分析检测；无条形码的分析仪，需人工输入患者的有关信息及检测的项目样品盘、样品架

样品盘（specimendisc）：放置待测样品的转盘，可放置一定数量的样品杯（specimencup）或不同规格的采血试管，通过样品盘的转动来控制不同样品的进样。

样品架（specimenstock）：每个样品架可放数只样品杯或采血试管（多为5只或10只）。样品架的移动通过样品传送带来进行。样品架上的条形码（barcode）或编码孔可识别样品架号及样品位置号。样品架的优点①随着样品架移动及样品的被检测，可不断追加已放置样品杯或采血试管的样品架；②通过样品架的移动能将样品传送到另一个分析模块（analysis

die-block）甚至另一台分析仪上再进行分析。

（2）试剂室和试剂瓶

转盘式试剂室（reagentchamber）：内装放置试剂瓶的转盘，一般可放置20种以上具有一定形状的塑料试剂瓶，大型分析仪可放置30～45种试剂瓶。试剂瓶容量一般为10～100ml。通过试剂转盘的转动来选用不同试剂。

试剂架式试剂室：可放置容量为250ml～500ml的任意形状的试剂瓶，试剂瓶不能转动，但每个试剂瓶内引出一条试剂管路及其喷嘴，即每种试剂均有专用的加试剂装置，因而不同试剂间无交叉污染。但试剂管路较长使试剂存在一定的死体积，因而适宜用于使用频率高、消耗试剂量大的检测项目。

大型分析仪同时备有第一试剂室和第二试剂室，即具备对同一检测项目添加两次试剂的功能，个别分析仪还具有加入第三试剂的功能。对有条形码装置的仪器可将带条形码的试剂瓶放在试剂室转盘上的任意位置，仪器能自动识别试剂的种类、批号和有效期。试剂室均具有冷藏装置，可将试剂保存在4～10℃。

(3)加液器：加液器由定量吸量器和加样针组成。由机械臂控制加液器的移动，根据仪器的指令机械臂携带加液器运动至指定位置。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。分立式生物化学分析仪的加液器由采样器和加第一试剂的加液器组合而成，也称稀释器，结构如图所示。

①．取样装置（sampling

assembly）：由取样针、取样臂、取样管路、取样注射器和阀门组成，能定量吸取样品并加入到反应杯。不同分析仪的取样容量有不同的范围，一般为2～35μl，步进0.1微升不等。

取样针设有电子液面感应器，取样针于样品上方下降，一旦接触到样品液面即停止下降而开始吸样。适用于不同的采血试管上机测定

多数加样装置设有防撞功能，遇到阻碍时取样针立即停止运动并报警。某些取样针还设有阻塞报警功能，当取样针被样品中的凝块、纤维蛋白等物质阻塞时，机器会自动报警、冲洗取样针，并跳过当前样品，进行下一个样品的取样检测。

取样针防交叉污染（crossing

contamination）措施

绝大多数采用水洗方式（又有瀑布式和涌泉式之分），在吸取另一个样品前对接触样品的样品针内外壁进行冲洗；也有采用化学惰性液（chemicalinertia

fluid）膜的方式来隔绝样品与取样针内外壁之间的接触。②．加试剂装置

加试剂装置用于定量吸取试剂加入反应杯，可加入试剂容量一般为20～350μl。步进1～5微升不等，取样精度在1微升左右。

注射器方式：组成部件与取样装置类似，其液面感应系统能检测并提示试剂剩余量。

灌注式：具有许多条试剂管路及其喷嘴，每种试剂单独使用一条试剂管路和喷嘴，不存在各试剂间的交叉污染。

大型自动生化仪多具有两组加试剂装置，可分别从两个试剂室吸取同一个检测项目的第一试剂和第二试剂，大多数分析仪所有检测项目加入第二试剂的时间点统一固定为1个或2个点，也有分析仪有3个加入时间点可供选择。

(4)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。

2．检测系统

(1)

光学系统：1）光源卤素灯波长325－800nm

氙灯波长285－750nm

产热较严重，安装水冷装置，提高光源的使用寿命2）光路系统是由一组透镜、聚光镜、光径(比色杯)和分光元件等组成。有前分光和后分光之分.

前分光光路与一般分光光度计相同

光源分光元件样品检测器

后分光光路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，见图20-5。优点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。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。

①分光装置

干涉滤光片

（interferencefilter）

插入式可旋转式常带有340、380、405、500、550、600、660nm等几种滤光片

光栅分光（raster）光栅分光

分为全息反射式光栅、蚀刻式凹面光栅二种形式。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。

②比色杯(反应杯)

比色杯的厚度有l.0cm、0.6cm和0.5cm三种。光径小的可以节省试剂，减少样品用量。光径小于lcm时，仪器能自动校正为lcm。比色杯有分立式和流动池式两种形式分立式比色杯

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由双圈比色杯组成，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。全自动生物化学分析仪的多采用此类比色杯，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。各测定之间需消耗一定时间，尤其是速率法检测所耗时间更长，因此此类分析仪的工作速度难以提高。流动池式比色杯多用于半自动生物化学分析仪。

(2)信号检测器

光学系统产生的光信号由信号检测器接收，然后将光信号转换成电信号并加以放大，再把它们传送至数据处理单元。信号接收器：硅(矩阵)二极管信号传送方式：有光电信号传送和光导纤维传送两种，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。

3．恒温装置

自动生物化学分析仪通过温度控制系统保持温度的恒定，以保证反应的正常进行。

三种方式(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⑶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—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。4.清洗装置

（1）组成吸液针、吐液针、擦拭块（2）工作流程吸出反应液－注入清洗剂一吸干－注入纯水一吸干一擦干（见图）（3）清洗剂：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。

(三)仪器计算机系统核心作用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由于计算机的发展速度极快，新一代的仪器总比老一代的自动化程度高，代替人工操作的功能多，试剂及样品用量更少，可以不断提高工作效率、降低成本。有以下功能

1．样品及试剂的识别

贴在样品管上的条形码用于识别待测样品，盛放试剂的瓶上的条形码用于测定项目试剂的选择，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，再将条形码信息转换成相应的动作，始终贯彻在整个测定过程中，直至最后报出结果。2．加样及混合恒温

样品和试剂的吸取、加入是由计算机控制的机械手完成的，机械手的一端装有吸液针，加入液体可用注射器、蠕动泵及气动泵方式进行。吸液针的内腔和外周用每次冲洗法清洗或采用惰性物质包被，使它既不与样品混合，又不影响检测，以免样品间的交叉污染。混合装置流动式自动分析仪；采用蠕动泵和螺旋形混合管的装置分立式分析仪；使用磁力、机械力搅拌混合。混合的力度和时间由计算机控制。恒温温度有37度、30度、25度。多用37℃。温度的调控和恒定均由计算机控制完成。3．结果计算及打印

计算机通过检测系统将检测到的光信号转变成电信号计算出检测结果，并将数据结果列成表格，再由计算机指令打印机打印结果发送病房或患者。4．数据处理

强大数据处理功能各种校准方法测定方法多种质控方式结果计算统计功能多种报告打印方式数据储存、调用

四、干化学式自动生物化学分析仪

定义采用干化学(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）特点

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。不同于湿化学(wetchemistry)，实际上，干化学也是在不同程度潮湿状态下的化学反应。

（二）工作原理1.采用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2.分光检测反射光度法(reflectancespectroscopy)离子择电极(ISE)差示电位法(differenfialpotentiometry)荧光光度计临床检验中的固相化学法最具代表性的是多层膜法(multiplelayerfilm)。它集现代化学、光学、酶工程、化学计量学和计算机技术于一体，已使其作为定量方法达到了常规湿化学的水平。

(三)仪器的类型三种类型1.反射光度法系统(reflotronsystem)使用试条2.胶片涂层技术化学分析系统(vitroschemistrysystem)使用试剂片、块状试剂3.袋式分析仪采用干试剂包1.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。

2．胶片涂层技术化学分析系统

(1)结构4个功能层分布层(展开层)接受样品中介层(试剂层)1-2个

以改变样品的物理化学性质指示剂层(显色层)对待测物进行定量（2）反应都在干片(多层膜片)内进行干片的测试方式，有单个干片进行测试，也可对数十个单个干片进行连续测试干化学的原理（a）反应过程演示干化学的原理（b）

比色展开层试剂层显色层支持层

接收器3．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。测定择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．捏合及保温，然后透明小袋经机械碾压形成比色杯用于制定，最后通过计算机系统换算结果并发出报告。第三节

自动生化自动分析仪的性能指标与相关参数一、自动生化自动分析仪的性能指标自动化程度分析效率

应用范围分析准确度

（一）自动化程度

自动化程度越高仪器功能越强自动化程度高低取决于计算机功能根据仪器计算机功能的不同分为全自动和半自动（二）分析效率

指在测定方法相同的情况下不同分析仪的分析速度分析速度决定于一次测定中可测样品多少和可测项目的多少不同类型的分析仪，其结构和设计原理的不同，微机应用程序不同造成自动化程度的差异，也直接影响到分析仪的分析效率（三）应用范围

可测试的生化项目、其它项目反应的类型、分析方法的种类如除了分光光度法外，还能进行浊度比色法、ＩＳＥ、荧光法（四）分析准确度愈高愈好准确度取决于各部件（加液、温控、波长、记时等）的加工精确度及其精确的工作状态克服交叉污染保证测定结果准确（五）其它仪器的寿命、仪器的维修保养方式和途径、测定所需样品和试剂的数量，以及配套试剂盒的供应等，特别是仪器的性能价格比，在选用时都应一并考虑，使选用的分析仪能够物尽其用，且又经济实惠，能够取得最大的效益。

二、自动生物化学分析仪相关参数

实验名称样品量试剂量分析方法校正方法反应时间测定波长控制因素

（一）实验名称、样品与试剂量测定项目标识符（英文缩写）样品与试剂量的确定一般按照试剂说明书上的比例，并结合仪器的特性进行设置。仪器的特性有：样品和试剂的最小加样量及加量范围、最小反应液的体积等。亦可根据手工法按比例缩减或者重新设计。但要考虑到检测灵敏度、线性范围,尽可能将样品稀释倍数大些,以降低样品中其他成分的影响

（二）试剂的选择1．单试剂法

在反应过程中仅加一次试剂的方法，常见的有：

单试剂单波长法单试剂双波长法标本空白法

①单试剂单波长法：

指在选定的温度和某一特定的波长,读取反应一定时间时的吸光度的方法。单试剂法中最常见的方法反应温度常选择37℃；

反应时间：根据反应特性和特定的仪器而定,为使仪器有效工作,以不超过仪器的一个分析周期为佳。根据反应的特性,本法又可分为一点标准法、标准曲线法、非线性标准曲线法

②单试剂双波长法：单试剂双波长法主要是为了消除检测体系或标本的混浊而设置。自动生物化学分析仪大部分终点分析均用此法

③标本空白法：使用单波长或双波长均可，当使用双波长还纠正不了混浊、色素、脂血等带来的影响时,常用本法来做终点分析。

2．双试剂法双试剂法可消除一些干扰和非特异性反应,特别当试剂不稳定时,要分开配制和加入反应系统,以确保检测结果的准确。常见的有：

双试剂单波长一点法双试剂二点法双试剂双波长法

①双试剂单波长一点法：

检测试剂分成两部分加入,只读一次吸光度。对不宜采用单试剂的方法可用

②双试剂双波长法：不同的仪器,功能不一样,有的全用双波长,有的可自行设置。实际工作中应根据需要确定选用

③双试剂二点法：

为了去掉标本色素、浊度的影响,可用双试剂,在加入第一试剂后读取一次吸光度(此时试剂与标本不发生反应,吸光度为标本或试剂所产生),再加第二试剂,反应一定时间后再读取一次吸光度,依两次吸光度之差计算结果。此法不但可避免试剂不稳造成的影响,还可消除标本带来的某些影响。目前较多的全自动生物化学分析仪的终点分析均用此法。（三）分析方法的选择

半自动生物化学分析仪一般具备其中的一点终点、两点终点(单试剂)。全自动生物化学分析仪的功能较全面，具有多种方法，可根据需要进行选择

（四）波长的选择

1．单波长

单波长是用一个波长检测物质的光吸收强度的方法。当测定体系中含有一种组分或在混合溶液中待测组分的吸收峰与其他共存物质的吸收波长无重叠时，可选用。如果一个物质有几个吸收峰,可选择吸光度最大的一个波长,或者选择在吸收峰处吸光度随波长变化较小的某个波长

2．双波长

用两个不同波长检