全自动生化分析仪

自动生化分析仪的原理、构成及使用
一、自动生化分析仪的功能及特点
自动生化分析仪是将生化分析中的取样、加试剂、混合、保温、比色、结果计算、书写报告等步骤的部分或全部由模仿手工操作的仪器来完成。

它可进行定时法、连续监测法等各种反应类型的分析测定。

除了一般的生化项目测定外，有的还可进行激素、免疫球蛋白、血药浓度等特殊化合物的测定以及酶免疫、荧光免疫等分析方法的应用。

它具有快速、简便、灵敏、准确、标准化、微量等特点。

二、自动生化分析仪的分类
自动生化分析仪有多种分类方法，最常用的是按其反应装置的结构进行分类。

按此法可将自动生化分析仪分为流动式和分立式两大类。

所谓流动式自动生化分析仪是指测定项目相同的各待测样品与试剂混合后的化学反应在同一管道流动的过程中完成。

这是第一代自动生化分析仪。

过去说得多少通道的生化分析仪指的就是这一类。

存在较严重的交叉污染，结果不太准确，现已淘汰。

分立式自动生化分析仪与流动式的主要差别是每个待测样品与试剂混合间的化学反应都是分别在各自的反应皿中完成的，不易出现较差污染，结果可靠。

三、自动生化分析仪的构成
因为自动生化分析仪是模仿手工操作的过程，所以无论哪一类的自动生化分析仪，其结构组成均与手工操作的一些器械设备相似，一般可有以下几个部分组成：
1、样品器：放置待测样本、标准品、质控液、空白液和对照液等。

2、取样装置：包括稀释器、取样探针和输送样品和试剂的管道等。

3、反应池或反应管道：一般起比色皿（管）的作用。

4、保温器：为化学反应提供恒定的温度。

5、检测器：如比色计、分光光度计、荧光分光光度计、火焰光度计、电化学测定仪等。

不同仪器配置不同。

6、微处理器：是分析仪的电脑部分，又叫程序控制器。

控制仪器所有的动作和功能，使用者可通过键盘与仪器“对话”，同时电脑还能接受从各部件反馈来的信号，并作出相应的反应，对异常情况发出一定的指示信号。

分析软件和分析结果一般贮存在磁盘中，可共查询。

7、打印机：可绘制反应动态曲线和打印检验报告单等。

8、功能监测器：显示屏就是其中一部分，可查看反应状态、人机“对话”的情况、当前仪器工作状态、分析结果等。

四、流动式自动生化分析仪
流动式自动生化分析仪又可分为空气分段系统和非分段系统。

前者是流动式分析仪中最典型的一种。

（一）空气分段系统
这种分析仪的特点是通过比例定量泵挤压弹性样品管、空气管和试剂管（通称“泵管”），将样品依次连续地吸入并沿样品管输送，另一方面由空气管吸入的气泡将由同样原理吸入并在试剂管道中连续流动的试剂分成均匀的节段，样品流和试剂流在连续向前流动的过程中相遇、混合、透吸（必要时）、保温、反应及被测定。

整个分析过程是液流在管道中连续流动的过程中完成的。

（二）非分段系统
非分段系统是靠试剂空白或缓冲液来间隔每个样品的反应液，这样，在管道中连续流动的液体不被分段。

非分段系统可再分为流动注入系统和间隙系统。

1、流动注入系统：该系统的组成与空气分段系统相似，但某些结构和工作原理有所不同，空气分段系统是利用气泡分段来防止管道中各反应液在流动过程中的交叉污染，而流动注入系统则是通过将样品依次注入连续流动的试剂流管道中来达到防止交叉污染的目的的。

2、间隙系统：该系统的结构、组成和工作原理与流动注入系统相似，但其特点是每一次进样都必须在前一样品的分析过程结束后（包括管道的清洗）才能开始，而不能连续地依次进样，每次进样间有一时间间隙，故有人称为不连续流动式分析仪。

五、分立式自动生化分析仪
分立式为第二代自动生化分析仪，它与流动式的主要差别是每个待测样品与试剂混合间的化学反应都是分别在各自的反应皿中完成的。

称为第三代自动生化分析仪的离心式自动生化分析仪，也应属于分立式。

因为在离心式分析仪中，每个待测样品都是在离心力作用下，在各自的反应槽内与试剂混合，并完成化学反应，继而被测定的。

离心式分析仪属于“同步分析”，在离心
力的作用下，各待测样品几乎同时与试剂混合、反应并被测定后打出报告；而其它分析仪是“顺序分析”，即各待测样品依次与试剂混合、反应先后被测定。

袋式自动生化分析仪也应属于分立式，它是用试剂袋代替反应管和比色皿，测定时每个待测样品在各自的试剂袋内进行反应并被检测。

还有一种称为“干式自动生化分析仪”也属于分立式。

它的主要特点是采用固相化学技术，即将试剂固相于胶片或滤纸小片等载体上。

测定时使一定量的待测样品分布于一张试纸片上，一定时间后用反射光度计测定。

分立式自动生化分析仪，是目前各实验室普遍使用的自动生化分析仪，一般都可以任意选择测定项目，故称为任选式自动生化分析仪。

下面将重点介绍任选式自动生化分析仪。

六、任选式自动生化分析仪的主要部件
（一）加样系统
1、样品转盘：可放置小型样品杯数十只。

有的分析仪可直接用盛样本的试管，有的还附有条形码阅读装置，能识别样本试管上的条形码信息，不需给样本编号，也不必输入病人资料即可打印出该病人的化验报告。

2、试剂室（仓）：不同的分析仪试剂室可容纳的试剂盒数量不同，一般可容纳20多种试剂。

有的试剂室带有冷藏装置，带有条形码识别装置的试剂室试剂可以任意放置试剂盒位置。

3、取样装置：有的分析仪取样本和取试剂公用同一采样针，由内部的分流阀控制取样本和取试剂；有的仪器有两套取样装置，分别取样本和取试剂。

采样针前端有液面传感器防止空吸或采样针外壁液体挂淋，采样臂中有预温装置。

如果采用多试剂分析方法，将占用试剂室中试剂盒位置，会减少测定项目。

（二）比色系统
1、光源：大多数分析仪使用卤素钨丝灯，工作波长325～800nm。

有的分析仪使用氙灯，工作波长285～750nm。

2、比色杯：有分立式比色杯、分立式转盘式比色杯、离心式比色盘、流动池。

干式生化仪不需要比色杯，袋式生化仪由试剂袋经挤压自动形成比色杯。

比色杯光径6-7mm，少数为10mm。

比色杯中的反应液需要恒温，有37℃、30℃、25℃三档可选择，有的固定为37℃。

多数用吹入恒温空气的方式，也有用恒温水浴或半导体温控装置的。

为了保证比色杯中反应液有±0.1℃的精确度，分析仪的环境温度必需保持18～30℃，室温波动不宜超过2℃。

3、单色器：（1）干涉滤光片（2）光栅
4、检测器：（1）光电倍增管，已很少用。

（2）列阵固态光敏二极管。

（三）供排水系统
自动生化分析仪中有很多供水管道与电磁阀。

只读存储器中软件参数控制电磁阀与输液泵供给各个部件的冲洗与吸液，最后排出机外。

随机存储器内的分析参数控制电磁阀与注射器的步进电机，供应样本、试剂和稀释用水。

有的生化仪还能自动冲洗比色杯供反复使用。

（四）数据处理系统
每个项目的检测结果暂时储存在随机存储器中，待某个样本所需的项目全部检测完毕，由微机汇总打印出综合报告单。

微机的存储器中可以存储相当数量的病人数据与逐日的室内质控数据，随时可以按指令调出，在荧光屏上显示或打印，也可存储在软盘中长期保存，随时调阅。

七、任选式自动生化分析仪的分析顺序
每份样品可以任选试剂室内预置试剂盒的一项或全部项目的检测。

微机按输入的指令，安排项目检测次序，一般先做孵育时间长的终点法，后做监测时间短的速率法，以便恒速打印综合报告单。

当指定样本进入待测位置时，微机指令试剂盒进入试剂取样位置，按所测项目的参数由加样系统定量取样，同时比色杯按微机的指令到达指定位置加样。

生化仪的分析速度与仪器加样周期的时间有关。

加样周期的时间越短分析仪的速度越快。

双试剂法占用两个加样周期，分析速度减半。

八、任选式自动生化分析仪的主要分析参数
1、试验代号14、连续监测时间
2、试验名称15、标准液数量
3、试验方法16、标准液浓度
4、试验类型17、重复校标次数
5、温度18、计算因子（F值）
6、波长：可选择主波长和次波长。

19、计量单位
7、反应类型20、小数点位数
8、终点法零点读数21、底物耗尽
9、样本量与稀释水量22、线性度
10、试剂量与稀释水量23、试剂吸光度上限与下限
11、样本空白24、线性范围
12、孵育时间25、参考范围
13、延迟时间26、等等等等
全自动生化分析仪－结构篇
作者：coolautumn
全自动生化分析仪是目前医院检验科最常用也是最大型的分析设备，由于生化工作在检验工作中的重要地位，对生化分析仪的需求相当的高，自50年代全自动生化分析仪出现以来，各种全自动生化分析仪层出不穷，现在在国内各级医院充斥着美国，日本，法国，意大利等各国各类的全自动生化分析仪（好象没有中国的:-( )，其中以日本日立、奥林巴斯，美国贝克曼、杜邦最多,令人眼花瞭乱。

其实，全自动生化分析仪的原理并不复杂，近20年来只不过是在自动化程度和功能扩展上下功夫而已。

现就全自动生化分析较系统的发表一下见解，望方家指证。

全自动生化分析仪是以分光光度法为基础而发展起来的，至今分光光度法也是其核心方法。

全部的生化分析仪其实都是如图构成：
光电比色部分是整个仪器的核心，进样系统是分析的前提，控制单元是分析的保证，数据处理系统是功能的扩展。

从全自动生化分析仪的发展来看，曾经以进样和反应方式分为连续流动式，离心式，和分立式三大类。

连续流动式的原理近式所谓的“半自动生化分析仪”（不如叫自动比色仪来的恰当），固定比色杯，用清洗减少互染率。

优点：结构简单，价格便宜，无比色
杯的吸光性差异。

缺点：1 互染率高，标本间，试剂间相互影响不可避免。

2 每次使用后需要长时间冲洗才能进行下一次测定，速度极慢。

只有全自动生化分析最初的产品使用，随着离心式的产生而被淘汰，目前已经绝迹。

离心式全自动生化分析仪的出现是一大进步，其原理是：使用不同的反应比色杯减小互染，无需测定中清洗反应池加快了速度，样品和试剂分离加样，依靠旋转制动产生的离心力使其混合反应，批量检测。

其优点突出：1 避免了互染，提高了比色的准确性（虽然使用不同比色杯存在吸光度差，但因为工艺的进步，同质比色杯的差异已很小，相较互染的影响小得多）；2 测试中不用清洗反应比色杯，批量同时反应，大大减少了时间，提高了分析速度。

缺点：1 加样，比色分离，自动化程度低；2 按项目检测，不能按样本检测，使用不灵活；3 使用不同比色杯存在吸光度差；4 因为分离加样，样本和试剂上限受限，同时因为靠制动离心力混均对试剂的下限有严格限制，样本试剂比范围狭窄；5 因要离心，对比浊分析有影响（特别是温控差的）6 温控与反应分别，温控不能反映反应温度。

离心式的出现终结了连续流动式，在70-80年代占据了相当市场，即使在分立式出现后，因为初期分立式的速度制约，离心式仍有一定市场。

但当分立式技术成熟以后全面超越离心式，离心式已渐消亡。

分立式的原理：同样使用不同的反应比色杯，但样本和试剂同时加入反应比色杯即时混合，即时检测。

能以样本为单位测定（离心式以项目为单位）因此使用灵活，同时不存在样本试剂比范围狭窄的缺陷以及不用离心也使得应用范围宽。

温控也是测定反应体系温度。

总之，分立式克服了离心式的大部分致命缺陷，在初期因为离心式是多样本同时反应节省了时间，因而速度较分立式快。

但现在因技术的进步，分立式的速度已经提了上来，而在高速分析的时候离心式加样与测定分离的缺点反成了速度的瓶颈因此离心式就速度而言也趋于落后，因此分立式已经全面取代了离心式，目前离心式只有少数二手机在流通。

自动生化分析仪基本结构及工作原理
一、基本结构
（一）按照反应装置的结构，自动生化分析仪主要分为流动式(Flow system)、分立式(Discrete system)两大类。

1．流动式指测定项目相同的各待测样品与试剂混合后的化学反应在同一管道流动的过程中完成。

这是第一代自动生化分析仪。

2．分立式指各待测样品与试剂混合后的化学反应都是在各自的反应杯中完成。

其中有几类分支。

(1)典型分立式自动生化分析仪。

此型仪器应用最广。

(2)离心式自动生化分析仪，每个待测样品都是在离心力的作用下，在各自的反应槽内与试剂混合，完成化学反应并测定。

由于混合，反应和检测几乎同时完成，它的分析效率较高。

3．袋式自动生化分析仪是以试剂袋来代替反应杯和比色杯，每个待测样品在各自的试剂袋内反应并测定。

4．固相试剂自定生化分析仪(亦称干化学式自动分析仪) 是将试剂固相于胶片或滤纸片等载体上，每个待测样品滴加在相应试纸条上进行反应及测定。

操作快捷、便于携带是它的优点。

(二)典型分立式自动生化分析仪基本结构
1．样品(Sample)系统
样品包括校准品、质控品和病人样品。

系统一般由样品装载、输送和分配等装置组成。

样品装载和输送装置常见的类型有：
(1)样品盘(Sample disk)，即放置样品的转盘有单圈或内外多圈，单独安置或与试剂转盘或反应转盘相套合，运行中与样品分配臂配合转动。

有的采用更换式样品盘，分工作和待命区，其中放置多个弧形样品架(Sector)作转载台，仪器在测定中自动放置更换，均对样品盘上放置的样品杯或试管的高度、直径和深度有一定要求，有的需专用样品杯，有的可直接用采血试管。

样品盘的装载数，以及校准品、质控品、常规样品和急诊样品的装载数，一般都是固定的。

这些应根据工作需要选择。

(2)传动带式或轨道式进样即试管架(Rack)不连续，常为10个一架，靠步进马达驱动传送带，将试管架依次前移，再单架逐管横移至固定位置，由样品分配臂采样。

(3)链式进样试管固定排列在循环的传动链条上，水平移动到采样位置，有的仪器随后可清洗试管。

分配加样装置大都由注射器、步进马达或传动泵、加样臂和样品探针等组成，①注射器(syrine unit)。

根据注射器直径和活塞移动距离的多少，定量吸取样品或试剂。

它的精度决定加样的精度，一般可精确到1微升。

注射器漏液时，首先考虑是否探针堵塞，其次是注射器活塞磨损等。

有的加液系统采用容积型注射泵和数控脉冲步进马达，提高精度。

②样品探引(Probe)与加样臂相联，直接吸取样品。

探针均设有液面感应器，防止探针损伤和减少携带污染。

有的设有阻塞检测报警系统当探针样品中的血凝块等物质阻塞时．仪器会自动报警冲洗探针，并跳过当前样品，对下一样品加样。

有的还有智能化防撞装置遇到阻碍探针立即停止运动并报警。

即使如此，它仍是非正规操作时的易损件。

为了保护探针，除预先需要根据样品容器的高低、最低液面高度等进行设置外、，样品容器的规格、放置以及液面高度等设定条件不得随意改变。

在某些仪器上，采样器和加液器组合在一起，加样品和加试剂或稀释液一个探针一次完成。

③加样臂。

连接探引，在样品杯(试剂瓶)和反应杯之间运动，完成采样和加样(加试剂)。

它的运动方式，与仪器工作效率及工作寿命有一定关系。

④阀门用以决定液体流动方向。

⑤稀释系统。

对样品进行预稀释、过后稀释或加倍，对标准原液系列稀释等。

不同仪器的稀释方式有所差异，要注意识别。

试剂系统亦有稀释功能：
2.试剂(Reagent)系统一般由试剂储放和分配加液装置组成。

(1)试剂仓常与试剂转盘结合在起。

多数仪器将试剂仓设为冷藏室，以提高在线试剂的稳定期。

(2)分配加液装置(Dispense unit)。

与样品系统的类似。

，试剂探针常常可以对试剂预加温，双试剂系统的试剂2(R2)探针起始量宜较下，以便配合不同R1/R2比例的试剂。

(3)试剂瓶(Bottle)。

有不同的形状及大小规格。

如 COBAS MIRA PLUS仪有4、10、15、35ml等规格，瓶底呈凹形，OLYMPUS Au600仪有30和60ml两种；日立7060仪有20、50、100ml三种等规格。

应根据工作量和试剂规格．考虑试剂瓶残留死体积和更换频率，合理选用。

独特设计的卡式试剂盒，体积小，防蒸发，方便储存。

(4)配套试剂常有条形码，仪器设有条形码检查系统，可对试剂的种类、批号、存量、有效期和校准曲线等货剌，进行核对校验，如BeckmanCX7等。

(5)试剂瓶盖自动开关系统，更有利于试剂保存。

有的仪器可在运行中添加，更换试剂，有的则须在暂停状态进行。

3.条形码(Barcode)识读系统
一般由扫描系统、信号整形和译码器三部分组成。

扫描系统以光源扫射黑条白空相间的条码符号由于条和空对光的反射不同、不同宽窄的条符反射光持续时间不同，产生强度不同的反射光．再经光电转换元件接收并转换成相应强度的电信号，最后通过信号整形，由译码器解译。

系统自动识别样品架及样品编号识别试剂、校准品及其批号、失效期，有的并可识别校验校准曲线等信息。

实验室常用条形码类型有CODE 39、CODE 128、2 of 5 Standard、Interleaved2of 5等。

要自编样品条形码需要条形码输入器，条形码阅读系统与条形码要匹配。

已有全自动试管分配暨条形码粘贴准备系统。

4．反应系统
(1)反应盘装载一系列反应比色杯（Cuvettes）,多为转盘形式。

反应测定过程中按固定程序，在加样臂、加液臂、搅拌棒、光路和清洗装置之间转动。

有的仪器在反应杯中完成反应后再吸入比色杯比色，现在更常见反应和检测同在比色杯中进行，效率更高，尤其适于连续监测法。

比色杯多采用硬质石英玻璃、硬质玻璃、无紫外光吸收的丙烯酸塑料等，使用寿命不一。

Dimension系列的比色杯在机器内自动制造，自动封口，免冲洗，无污染。

流动池式主要在小型分析仪用。

容积一般几十微升，但抽液管道占用较多反应液，多样品连续使用，增加交叉污染机会。

蠕动泵(Pump)。

半自动生化仪需要蠕动泵抽吸反应液进人流动比色池作测定。

要求定期对蠕动泵校准，即通过吸人定量的水来检验泵的吸液量是否准确。

一般均设有泵校准功能。

(2)混合装置(Mixing unit) 如采用多头回旋搅拌棒(二头双清洗式搅拌系统)。

搅拌棒常具特氟隆不粘涂层，避免液体粘附。

(3)温控装置生化分析仪通过恒温控制装置来保持孵育温度的调控和恒定也是由计算机来控制的，理想的孵育温度波动应小于±01℃。

保持恒温的方式有三种。

①空气浴恒温：即在比色杯与加热器之间隔有空气。

空气浴恒温的特点是方便、速度快、不需要特殊材料，但稳定性和均匀性较水浴稍差。

罗氏(Roche)的cobas和0lympus Au2700系统采用的就是空气浴恒温模式。

②水浴循环式：即在比色杯周围充盈有水，加热器控制水的温度。

水浴恒热的特点是温度恒定，但需特殊的防腐剂以保证水质的洁净，且要定期更换循环水。

日立系统生化分析仪采用的即是水浴循环恒温装置。

⑧恒温液循环间接加热式：结构是在比色杯周围流动着一种特殊的恒温液(具无味、无污染、惰性、不蒸发等特点)。

比色杯和恒温液之间有极小的空气狭缝，恒温液通过加热狭缝的空气达到恒温，其温度稳定性优于干式，和水浴式循环式相比不需要特殊保养。

5．清洗(Wash)系统
探针和搅拌棒采用激流式等方式自动冲洗。

清洗装置一般由吸液针、吐液针和擦拭刷组成。

清洗工作流程为吸出反应一吸于一注入纯水一吸干一擦干。

清洗液有碱性和酸眭两种。

一般说来，在吸出反应液后，仪器先用碱性液冲洗，再
用酸性液冲洗，最后用去离子水冲洗三遍。

擦拭刷的功能是吸去杯壁上挂淋的水，刷体内部有负吸装置。

使用进程中要注意擦拭刷是否磨损。

值得注意的是，对于常规冲洗还不能清除交叉污染(carry—over)的实验要特别处理，以减少交叉污染或携带污染。

例如，胆固醇测定试剂中的胆酸盐对血清总胆汁酸的测定有干扰，在消除交叉污染的程序中，可输入程序，指令总胆汁酸不在测试胆固醇的比色杯中进行测定，如不能避开，仪器则对比色杯进行特别冲洗，防止发生交叉污染。

冲洗水的水温自动控制到与恒温反应槽温度相近，保证反应系统的恒温，并增加去污力。

急诊测定后采用针对性清洗，似乎比采用固定的全面清洗程序更有效率更经济。

耗水量仪器间相差较大。

ABBOTT AEROSET 自动生化分析仪等系统具有自动清洗功能(smart wash)和最佳标本顺序选择功能(OSS)。

即仪器根据试剂或样品间交叉污染的项目组合，自动改变检测顺序，避免互有影响的分析项目；确实无法回避时，则采用选定的特殊清洗剂作自动清洗。

6．比色系统
(1)光源多数采有卤素灯，工作波长为325～800nm。

卤素灯的使用寿命较短，一般只有1 000～l 500小时。

当灯的发光强度不够时，仪器会自动报警，应及时更换，部分生化分析仪采用的是长寿命的氙灯，24小时待机可工作数年，工作波长285-750nm。

(2)比色杯自动生化分析仪的比色杯也是反应杯。

比色杯的光径0.5～0.7 cm 不等，通常为石英或优质塑料。

光径小的省试剂，当比色杯光径小于1 cm时，部分仪器可自动校正为1cm。

生化分析仪的比色杯自动冲洗装置在仪器完成比色分析后做自动反复冲洗、吸干的动作，比色杯在自动检查合格后继续循环使用。

要及时更换不合格的比色杯。

如采用的是石英比色杯，比色杯要定期检查清洗。

(3)单色器与检测器各类自动生化分析仪应用的是可见一紫外吸收光谱法，即监测200-700nm光区某特定波长下发色基团吸光度的变化，辅以微机软件系统的计算来完成测定。

可见一紫外吸光谱定量的基础是Lamber—Beer定律。

传统的分光度测定普遍采用前分光，即在光源灯和样品杯之间先要用滤光片、棱镜或光栅分光，通过可调的狭缝，取得与样品“互补”的单色光之后，照射到样品杯，再用光电池或光电管作为检测器，测定样品对单色光的吸收量(吸光度)。

而现代大多生化分析仪采用后分光测量技术。

后分光测定：将一束白光(混合光)先照到样品杯，然后再用光栅分光，同时用一列发光二极管排在光栅后面作为检测器。

后分光的优点是不需移动仪器比色系统中的任何部件，可同时选用双波长或多波长进行测定，这样可降低比色的噪声，提高分析的精确度和减少故障率。