Требования, предъявляемые к методам аналитического исследования

Лекция №3

Требования, предъявляемые к методам аналитического исследования

Требования, которые предъявляются к методам аналитических ис­следований, в первую очередь определяются биологической природой и свойствами объекта исследования.

Требования, ко­торые необходимо учитывать при    выборе метода лабораторного анализа:

Для проб внутренней среды:

— возможность исследования при малых уровнях воз-действующих энергий и гарантии сохранения исследуемого вещества  неповрежденным;

— обеспечение специфичности исследования, т. е. способности по­лучать показатели именно тех компонентов гетерогенной системы, ко­торые позволяют эффективно решить поставленную медико-биологи­ческую задачу;

Рекомендуемые материалы

— высокая чувствительность метода, т. е. получение существен­ных изменений выходных параметров сигналов при малых изменениях свойств биопробы;

— малые размеры активной зоны, т. е. минимизация объемов ана­лизируемых биопроб;

— минимально возможное время исследования, например за счет перехода к импульсным режимам работы

Для проб окружающей среды:

— возможность определения следов органических и неорга-нических веществ, находящихся в пробе на уровне долей 10^-9;

—  достаточная селективность (специфичность);

—  отсутствие сложной процедуры пробоподготовки;

—  небольшая длительность выполнения исследования;

— возможность автоматизации методики (для проведения серий­ных анализов);

— независимость от уровня квалификации персонала;

—  доступная стоимость оборудования;

— минимальные массогабаритные характеристики анализа-торов, позволяющие проводить исследование в полевых условиях;

— достаточная универсальность (определение большого количе­ства веществ, с одной стороны, и возможность одновременного опре­деления нескольких компонентов пробы — с другой.

Отмеченные требования определяют требования к измерительным преобразователям, например, такие, как их минимизация, высокая чув­ствительность, помехоустойчивость и др.

МЕТОДИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПРОВЕДЕНИЯ

АНАЛИТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Каждый из перечисленных выше методов предназначен для полу­чения информации о состоянии или свойствах изучаемого объекта. Чтобы такая информация стала доступной для исследователя, послед­нему необходимо организовать само исследование, т. е. предварительно подготовить оборудование и объект к эксперименту, а затем под­ключить технические средства таким образом, чтобы получить требуе­мый результат с минимальными искажениями. Определим схему вза­имного расположения объекта исследования и всех технических средств, необходимых для реализации выбранного метода лаборатор­ного эксперимента, как методическую схему его выполнения.

При выборе методической схемы основное внимание должно быть уделено качеству получаемой исследовательской информации. При этом качество информации определяется степенью ее достоверности, достигаемой в ходе эксперимента, особенно при наличии мешающих факторов, сопровождающих процесс исследования.

Биопроба из ИС представляет интерес только потому, что несет в себе информацию о состоянии и свойствах этой среды, вещест­венным носителем которой является тот или иной ее компонент. В то же время Биопроба содержит мешающие компоненты, которые при проведении измерений могут исказить параметр сигнала, несущий исследовательскую информацию. Это различные примеси, а также вещества, которые могут дать при применении выбранного метода такую же реакцию, как и полезная составляющая. Такие компонен­ты можно считать вещественными помехами. Тогда смысл всех преобразований, проводимых с биопробой, следует определить как выделение из нее полезной (релевантной) составляющей. Следовательно, в про­цедуру пробоподготовки аналитического этапа целесообразно вклю­чать те операции по преобразованию биопробы в конечный про­дукт, которые позволяют освободиться (по возможности) от ме­шающих компонентов, но при этом сохранить сведения о тех свой­ствах исследуемой среды, ради изучения которых и ставится меди­ко-биологический эксперимент.

Получение достоверных результатов предполагает учет следующих принципов адекватности:

— измеряемый физический параметр должен соответствовать ис­следуемой характеристике биопробы;

— все преобразования, входящие в пробоподготовку, должны из­менять БП таким образом, чтобы обеспечить соответствие физических параметров конечного продукта свойствам исходной биопробы.

Методические схемы многих методов по принципам своего по­строения совпадают, что позволяет во всем их многообразии выделить несколько типовых вариантов.

Одной из самых распространенных схем является внутреннее энер­гетическое (методическое) воздействие на биопробу, которое осуществляется в первичном измерительном преобразователе анализатора. В зависимости от характера энергетического воздействия будут прояв­ляться различные свойства пробы — каждое воздействие порождает ряд измерительных эффектов (см. подгл. 2.5). При этом доля энергии, измененная взаимодействием с веществом, преобразуется в электриче­ский сигнал, параметры которого несут информацию об исследуемых свойствах пробы.

Все методы, осно­ванные на эффектах взаимодействия пробы с потоком энергии, могут быть представлены общей методической схемой (рис.1 ).

Рис.1  Обобщенная методическая схема аналитического исследования

Пусть Е — поток энергии, подаваемой от специального источника (И) на измерительную кювету с КП_ИВ. Пренебрегая потерями энергии на пути к кювете, в материале кюветы и индифферентных веществах, можем утверждать, что в общем случае

,

где — доли потока энергии, соответственно поглощенная (запасенная), рассеянная (отраженная) биопробой и прошедшая сквозь биопробу.

Энергия, запасенная биопробой, при определенных условиях мо­жет быть излучена в виде потока энергии Е*₁ обычно имеющего иные характеристики, чем поток Е или Е₁. Поток энергии Е₃ может быть подвергнут воздействию со стороны вещества биопробы, при этом некоторые его параметры изменятся. Например, может изме­ниться направление потока излучения в соответствии с законами преломления на границе сред с различными показателями преломле­ния, направление плоскости поляризации и т. д. Такой поток энер­гии обозначен как Е*₃. Энергия Е₂ несет в себе информацию о пара­метрах взаимодействия пробы с падающим потоком Е. Та доля рас­сеянной энергии, которая подлежит измерению, обозначена как Е*_2.

Доля энергии, содержащая информацию о свойствах пробы, улавли­вается приемником первичного измерительного преобразователя, в котором характеристики потока энергии преобразуются в физические параметры, удобные для дальнейшего преобразования или непосредственного измерения.

Рассмотренная методическая схема пригодна практически для всех методов прямого измерения, применяемых в аналитических ис­следованиях. Под методами прямого измерения обычно понимают методы, основанные на измерении энергии, несущей информацию о непосредственном взаимодействии вещества с падающим потоком энергии. Свойством, зависящим от природы вещества, является, на­пример, длина волны спектральной линии в эмиссионной спектроско­пии, потенциал полуволны в полярографии, а количественной харак­теристикой служит интенсивность сигнала — интенсивность спек­тральной линии в первом случае и сила диффузионного тока — во втором. В некоторых методах (абсолютные методы) связь аналитического сигнала с природой вещества установлена мате­матически строго.

В методах косвенного измерения измерительная информация за­ключена в характеристиках дополнительно воздействующего на био­пробу агента (например, химического), а рассмотренное ранее энер­гетическое воздействие используется только для индикации характер­ного состояния биопробы. Типичный пример — методы титрования, в которых концентрация исследуемого компонента в биопробе опреде­ляется таким количеством вещества известной концентрации (титранта), вступающего в химическую реакцию с анализируемым вещест­вом, которое приводит пробу в характерное состояние (достижение точки эквивалентности), обнаруживаемое тем или иным способом. В ходе титрования измеряется интенсивность аналитического сигнала и строится кривая титрования, представляющая зависимость интен­сивности сигнала от объема добавленного в пробу титранта. Точка эквивалентности   находится   по   кривой  титрования.   Виды   кривых весьма многообразны, так как интенсивность аналитического сигнала может быть связана с концентрацией определяемого компонента, тит­ранта или продукта реакции.

Связь интенсивности аналитического сигнала I с концентрацией исследуемого компонента в прямых методах измерения имеет различ­ный характер. Часто эта зависимость выражается простым линейным соотношением:

I = АС,                                              (2.5)

Где   - некоторая константа; С — определяемая концентрация ком­понента.

ЛАБОРАТОРНЫЙ АНАЛИЗ КАК СРЕДСТВО ПОЛУЧЕНИЯ ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

 Как было отмечено ранее задача КДЛ состоит в получении дос­товерной диагностической информации о функционировании различ­ных систем организма и о качестве среды его обитания.

Основными типами решаемых в лабораторных условиях задач яв­ляются определения вида и концентрации компонентов в исследуемой среде, а также структурного состояния отдельных компонентов путем проведения качественного или количественного анализа. Решив в комплексе зада­чи указанных типов, можно получить полное представление о любой пробе при данных условиях. Однако чаще всего бывает достаточно оп­ределить одно или несколько характерных свойств пробы, выявить какой-то специфический компонент или небольшую их группу, чтобы сделать необходимый вывод по существу поставленной диагностиче­ской, научной или производственной задачи.

Таким образом, в КДЛ определяются характеристики биологиче­ских субстанций, которые участвуют в процессах, протекающих в ор­ганизме. К подобным характеристикам можно отнести качественный и количественный состав биопробы, данные о структуре, геометриче­ских соотношениях, объемах, а также о динамике изменения свойств каких-либо компонентов в процессе жизнедеятельности.

Чаще всего целью анализа является определение наличия конкрет­ного компонента или диагностически значимого отклонения в его со­держании. Например, начальная стадия заболевания диабетом часто фиксируется по повышению уровня сахара в крови, а для диагностики анемии значимым является отклонение в содержании гемоглобина и эритроцитов в крови, которые в норме всегда присутствуют в организ­ме. Для многих заболеваний уже само наличие некоторого компонента свидетельствует о патологии, например присутствие белка или эритро­цитов в моче, изменение в лейкоцитарной формуле крови и т. п.

Для проб окружающей среды интерес представляет, прежде всего, опре­деление количественного содержания (концентрации) компонентов ве­щества, опасных для жизнедеятельности человека. Для описания каче­ства среды обитания человека вводятся предельно допустимые концен­трации (ПДК) основных токсических составляющих, контроль поддер­жания которых обеспечивается специальными службами — СЭС и СЭК. Примерами подобных исследований могут служить определение следов тяжелых металлов в питьевой воде, концентрации пестицидов в сточных водах, уровня запыленности воздуха в произ­водственных помещениях и др.

Анализ любой пробы подразумевает измерение ряда (множества) параметров различной физической природы — механических, электрических, магнитных, оптических и др., однозначно связанных с изучаемой характеристикой или компонентом исходного вещества пробы. Поэтому здесь применяются те же физико-химические методы, что и в лабораториях, исследующих другие органические и неоргани­ческие материалы, и используется универсальная аппаратура.

Прямое измерение соответствующего па­раметра биопробы часто оказывается невозможным из-за сложного со­става вещества и наличия примесей, которые дают те же реак­ции, что и интересующий исследователя компонент. Возникает необ­ходимость в специальных преобразованиях, которые позволили  бы, во-первых, подготовить его к соответствующей процедуре измере­ния и, во-вторых, трансформировать определенным образом для наи­более эффективного извлечения информации. Такие преобразования (так называемая пробоподготовка) обычно представляют собой доста­точно сложную и продолжительную по времени последовательность различных операций по трансформированию исходного вещества пробы в конечный продукт, физические параметры которого будут затем измерены. Процедура пробоподготовки предполагает выполнение целого ряда операций, отличающихся для разных методик лабораторного анализа: дозирование, перемешивание, термостатирование, фракционирование, химическая трансформация и т. п.

Сложной часто оказывается и последовательность операций, свя­занных с получением результата анализа (измерительная процедура). При использовании измерительных преобразователей, на выходе которых формируются электрические сигналы, в нее могут включаться различные операции по обра­ботке сигналов: частотная фильтрация, модуля­ция-демодуляция, интегрирование, нелинейные функциональные преобразования и т. п.

Последовательность всех описанных опера­ций, их продолжительность и условия выполне­ния образуют своеобраз­ный технологический  процесс (ТП) выполнения соответствующего анализа.

Для стандартизации, планирования, учета и контроля ТП делят на технологические операции (ТО).

Технологическая операция - комплекс непрерывно чередующихся действий оборудования и специалистов лаборатории, обеспечивающих заданное изменение свойств поступившего на исследования биологического материала в конкретных условиях. При этом границы операции устанавливаются исходя из удобств и возможностей "непрерывного" выполнения действий оборудованием и специалистами в определенный отрезок времени. Непрерывность выполнения действий, составляющих операцию, характеризуется строгой последовательностью взаимосвязанных и взаимозависимых действий внутри операции. Операция не может состоять из произвольного количества несвязанных между собой действий. Она всегда представляет их комплексно, т.е. в необходимом и целесообразном сочетании действий, образующих операцию.

Результат - это качественная лабораторная информация (результат анализа), способная влиять на качество оказания медицинской помощи пациенту. Результат является следствием процесса. Эффективность результатов лабораторных исследований - это степень соответствия достигнутого результата научно прогнозируемому и ожидаемому. Управление качеством результата - это непрерывное совершенствование технологического процесса производства клинических лабораторных исследований.

Для обоснованного суждения о качестве результатов необходимо разработать критерии оценки технологического процесса производства анализов, отслеживать критерии и на основании отклонения от них управлять этим качеством (посредством усовершенствования процесса). Обычно в качестве критериев выступают национальные стандарты профессиональных организаций по выполнению тех или иных процедур.

Единый процесс производства клинических лабораторных исследований состоит из 3-х этапов: доаналитический, аналитический и постаналитический. В свою очередь, каждый из этапов делится на частные лабораторные технологические процессы и технологические операции.

Доаналитический этап:

§ операция составления заявки на исследования;

§ технологический процесс подготовки пациента к исследованиям, взятия, сбора и транспортировки биоматериала в лабораторию; этот процесс состоит из следующих операций:

- подготовки пациента к лабораторным исследованиям;

- взятия крови на исследования;

- сбора различного биоматериала;

- доставки или транспортировки взятого и собранного материала в лабораторию.

Аналитический этап:

§ технологический процесс приема и обработки материала, доставленного в лабораторию, и подготовка его к исследованиям; этот процесс состоит из следующих операций:

- приема материала на исследования;

- подготовки доставленного материала к исследованиям;

§ технологический процесс проведения исследований, который состоит из следующих операций:

- подготовки анализаторов, реактивов, калибраторов к проведению исследований;

- калибровки анализаторов;

- проведения внутрилабораторного контроля качества;

- частных технологических процессов проведения исследований;

- обработки полученных результатов, их регистрации;

- написания заключений по результатам исследований;

- передачи результатов исследований;

- составления статистических отчетов;

- обслуживания и ухода за анализаторами.

Постаналитический этап:

§ технологический процесс оценки результатов лабораторных исследований, эффективного использования их в лечебно-диагностическом процессе и оценки влияния результатов анализов на улучшение качества оказания медицинской помощи пациентам, который состоит из следующих операций:

В лекции "28.Пандора" также много полезной информации.

- оценка результатов лабораторных исследований;

- использование результатов анализов в лечебно-диагностическом процессе;

- оценка влияния результатов анализов на улучшение качества оказания медицинской помощи пациентам.

Взаимосвязь трех этапов технологического процесса получения результатов лабораторных исследований и составляющих его операций представлена на схеме 1.

Схема 1. Этапы технологического процесса производства клинических лабораторных исследований