Том 2 (1109662), страница 28

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 28)

Механизация и автоматизация лабораторий 153- Гибкость, возможность более быстрого, чем при использова­нии непрерывных анализаторов, изменения программы рабо­ты, последовательности и продолжительности отдельных опе­раций.- Уменьшение расхода реагентов по сравнению с непрерывнымианализаторами.выдерживаниераствораР и с . 7.2. Транспортная карусель для механизации фотометрического анализа.Основным недостатком дискретных анализаторов является сравни­тельно низкая надежность в работе из-за большой сложности ме­ханического устройства.Дискретные анализаторы: «безреактивный» анализПрименение дискретных анализаторов позволяет не только механи­зировать последовательность операций, выполняемых вручную, нои полностью исключить или, по крайней мере, свести к минимумунекоторые из них.

В первую очередь это относится к операциямдозирования и смешения растворов. Весь анализ можно выполнитьна одной тестовой пластинке, состоящей из последовательности сло­ев пористых материалов (мембран), пропитанных растворами необ­ходимых реагентов. Перемещение раствора пробы от слоя к слоюосуществляется самотеком, под действием диффузии или силы тя­жести. В отдельных слоях могут осуществляться все необходимыестадии пробоподготовки, разделения, проведения химических реак­ций и измерения.Рассмотрим использование такой техники анализа на примереопределения мочевины в крови.

Устройство соответствующей те-154 Глава 7. Автоматизация анализа и производственный анализстовой пластинки схематически представлено на рис. 7.3. Каплю ана­лизируемой пробы объемом порядка 10 мкл помещают на пластинку.В ходе проникновения в самый верхний слой порция крови равномер­но в нем распределяется. Второй (сверху) слой содержит ферментуреазу, вызывающий гидролиз мочевины с образованием аммиака(см. уравнение (7.5)).

Выделяющийся аммиак диффундирует сквозьследующий слой, представляющий собой полупроницаемую мембра­ну, в слой, пропитанный раствором кислотно-основного индикато­ра, и вызывает изменение рН этого раствора и, соответственно,окраски индикатора. Анализ производят фотометрическим мето­дом, направляя луч света через прозрачное окошко в нижней частипластинки.

Нижняя поверхность самого верхнего слоя частично от­ражает свет, поэтому пластинка представляет собой аналог обыч­ной фотометрической кюветы для измерений в проходящем свете.BHS+H 2 0 - > 2NH 3+ CO,HI+NH3—> I + N H ;*источник света' H S »г»)Л.,'детекторР и с . 7.3. Тестовая пластинка для определения мочевины в крови. Мочеви­на в результате ферментативой реакции превращается в амми­ак, который определяют фотометрически при помощи кислотноосновного индикатора HI.Подобным образом можно осуществлять не только процессы диф­фузионного транспорта и мембранного разделения компонентов рас­твора, но и фильтрование, селективную адсорбцию, стабилизациюреагентов, замедление процессов химического взаимодействия, мас­кирование и прочие химические реакции, в том числе с участиемнескольких реагентов.

Такие тестовые пластинки широко приме­няются в кинетических, особенно ферментативных, методах анали­за, например, для определения различных субстратов в присутствииферментов или кофакторов (раздел 8.3).«,дао*© ш-7.1. Механизация и автоматизация лабораторий 155Миниатюрные тестовые пластинки могут служить одноразовы­ми химическими сенсорами (датчиками). Более подробно об этоммы поговорим в разделе 7.2 на примере оптических датчиков.Существуют и одноразовые потенциометрические датчики (од­норазовые ионселективные электроды). Их применяют в медицинедля определения различных ионов в биологических жидкостях. Схе­ма устройства одноразового ионселективного электрода для опре­деления калия приведена на рис. 7.4.электродэлектрод дляР и с .

7.4. Определение калил в сыворотке крови при помощи одноразовогоионселективного электрода.Устройство состоит из двух идентичных ионселективных элек­тродов — для анализируемого раствора и раствора сравнения с из­вестной концентрацией калия. Электролитический контакт междуобоими электродами осуществляется при помощи полоски влажнойбумаги. Концентрацию калия в анализируемом растворе находят,измерив разность потенциалов между электродами.

Достоинстватаких миниатюризированных средств клинической диагностики со­стоят в следующем.- Дешевизна устройства.- Отсутствие необходимости периодического обновления ионселективной мембраны.- Отсутствие отравления мембраны в результате адсорбции бел­ков из плазмы крови и связанного с этим снижения чувстви­тельности.156Глава 7. Автоматизация анализа и производственный анализОчевидным недостатком любого одноразового датчика являетсяневозможность его повторного использования.Непрерывные анализаторыНепрерывные анализаторы работают по принципу анализа в пото­ке. Раствор пробы, буфера и всех необходимых реагентов вводятв поток жидкости, перемешивают и регистрируют аналитическийсигнал при помощи соответствующего детектора. Различают про­точные методы анализа с использованием и без использования сег­ментации потока.

Для сегментации используют пузырьки воздуха,вводимые в поток жидкости с определенной периодичностью. Мето­ды с сегментацией потока называются методами непрерывного про­точного анализа (НПА), а без сегментации — методами проточноинжекционного анализа (ПИА).Непрерывный проточный анализ (НПА)Метод непрерывного проточного анализа предложил Л.Т.Скеггс в1958 г. Анализируемый раствор подается при помощи перистальти­ческого насоса в непрерывный поток жидкости, содержащий реа­генты и буфер, и смешивается с ним в смесительной спирали. По­лученную смесь в ряде случаев подвергают дополнительным опера­циям, например, термостатированию или диализу. Продукт реак­ции определяют в проточной ячейке при помощи соответствующегодетектора.

Чтобы уменьшить размывание зоны продукта реакциивследствие диффузии, поток жидкости сегментируют при помощипериодически вводимых пузырьков воздуха. Схематическое устрой­ство непрерывного проточного анализатора показано на рис. 7.5.спираль-смесительтермостатсепаратор> детекторР и с . 7.5. Схема непрерывного проточного анализатора с сегментацией по­тока пузырьками воздуха и фотометрическим детектированием(согласно Скеггсу).ГАМ»»* sjs7.1. Механизация и автоматизация лабораторий 157Перед детектированием из потока жидкости удаляют пузырькивоздуха при помощи сепаратора. Возможно и детектирование не­посредственно в сегментированном потоке. Помехи со стороны пу­зырьков в этом случае устраняют при помощи электронных устройств.В НПА-анализаторах применяют и многоканальные насосы, упра­вляющие несколькими потоками реагентов.

Устройства для непре­рывного проточного анализа позволяют автоматизировать множе­ство операций химического анализа: дозирование раствора пробы,разделение компонентов, разбавление, добавление реагентов, пере­мешивание, термостатирование, выдерживание (инкубирование) рас­творов, измерение, обработку и представление результатов. Детек­тирование чаще всего осуществляют фотометрическим методом вУФ- или видимой области. Часто используют и другие методы де­тектирования: флуориметрию, фотометрию пламени, потенциометрию с использованием ионселективных электродов.Анализ неизвестного образца можно совместить с градуиров­кой, вводя в анализатор порции растворов пробы и стандартныхрастворов в чередующемся порядке.

НПА можно использовать и вкинетических, в частности, ферментативных, методах анализа, вы­держивая реакционную смесь перед измерением в течение некото­рого определенного времени (см. раздел 2.7).Применение многоканальных насосов позволяет выполнять од­новременный анализ нескольких проб или анализ одной пробы нанесколько компонентов. Например, в плазме крови можно опре­делять восемь компонентов — Na + , K + , C l - , СОг, глюкозу, мочевинный азот, альбумин и общее содержание белков — с произ­водительностью до 2000 полных анализов в час.

В кинетическихметодах можно использовать большие времена инкубации реакци­онных смесей (и, соответственно, медленно протекающие реакции),поскольку вследствие сегментирования потока продольная диффу­зия и размывание зон весьма незначительны. В механическом отно­шении устройство НПА-анализаторов достаточно простое, поэтомуони надежны в работе.Недостатком метода является возможность загрязнения раство­ров в результате продолжительного движения по жидкостной систе­ме. Переоборудование НПА-анализаторов для решения другой зада­чи осуществить сложнее, чем в случае дискретных анализаторов илипри использовании технологии ПИА (см.

ниже). НПА-анализаторыприспособлены лишь для выполнения множества серийных анали­зов; производить отдельные нерегулярные анализы с их помощьюневозможно или нецелесообразно. Многие методики НПА включены158 Глава 7. Автоматизация анализа и производственный анализв официальные нормативные документы. Например, собрание гер­манских стандартов DIN содержит методики определения аммония,нитритов, нитратов, цианидов и фосфатов в водах методом НПА.Как правило, в подобных случаях в сборники стандартов включаюти методики ПИА для решения тех же задач.Конструкция непрерывных проточных анализаторов с середины1970-х годов, практически не изменялась.Проточно-инжекционный анализ (ПИА)Дальнейшим развитием проточных методов явилось создание в 1974 г.Пунгором и, независимо, Ружичкой метода проточно-инжекционного анализа.

В этом методе определенный объем пробы, около 100 мкл,вводят в ламинарный несегментированный непрерывный поток жид­кости (носителя или раствора реагента) и осуществляют детекти­рование приблизительно через 30 с. Первоначально поток жидко­сти создавали самотеком, под действием силы тяжести. Затем дляэтой цели стали применять высокоэффективные жидкостные насо­сы. По своему устройству проточно-инжекционный анализатор схо­ден с высокоэффективным жидкостным хроматографом без разде­ляющей колонки (рис.

Характеристики

Список файлов книги