Der AutoAnalyzer ist ein automatisierter Analysator, der eine Strömungstechnik namens Continuous Flow Analysis (CFA) verwendet, die erstmals von der Technicon Corporation hergestellt wurde. Das Instrument wurde 1957 von Leonard Skeggs, PhD, erfunden und von der Technicon Corporation von Jack Whitehead kommerzialisiert. Die ersten Anwendungen waren für die klinische Analyse, doch bald folgten Methoden für die industrielle Analyse. Das Design basiert auf der Trennung eines kontinuierlich fließenden Stroms mit Luftblasen.
Arbeitsprinzip [ edit ]
Bei der kontinuierlichen Strömungsanalyse (CFA) wird ein kontinuierlicher Materialstrom durch Luftblasen in einzelne Segmente unterteilt, in denen chemische Reaktionen auftreten. Der kontinuierliche Strom von flüssigen Proben und Reagenzien wird kombiniert und in Schläuchen und Mischspulen transportiert. Der Schlauch leitet die Proben von einem Apparat zum anderen, wobei jeder Apparat verschiedene Funktionen erfüllt, wie Destillation, Dialyse, Extraktion, Ionenaustausch, Erhitzen, Inkubation und nachfolgende Aufzeichnung eines Signals. Ein wesentliches Prinzip des Systems ist die Einführung von Luftblasen. Die Luftblasen segmentieren jede Probe in einzelne Pakete und wirken als Barriere zwischen den Paketen, um eine Kreuzkontamination zu verhindern, wenn sie sich entlang der Länge des Schlauchs bewegen. Die Luftblasen unterstützen auch das Mischen, indem sie eine turbulente Strömung (Bolusströmung) erzeugen und dem Bediener eine schnelle und einfache Kontrolle der Strömungseigenschaften der Flüssigkeit ermöglichen. Proben und Standards werden auf exakt gleiche Weise behandelt, wenn sie die Länge des Rohrs durchlaufen, wodurch ein stationäres Signal entfällt. Da jedoch Blasen vorhanden sind, die ein nahezu rechteckiges Wellenprofil erzeugen, ist das System nicht in den stationären Zustand versetzt Der Durchsatz wird erheblich verringert (CFA-Analysatoren der dritten Generation haben durchschnittlich 90 oder mehr Proben pro Stunde) und ist insofern wünschenswert, als stationäre Signale (chemisches Gleichgewicht) genauer und reproduzierbarer sind. [1]
Ein Durchfluss-Analysator (CFA) besteht aus verschiedenen Modulen, einschließlich eines Probenehmer, Pumpe, Mischspulen, optionale Probenbehandlungen (Dialyse, Destillation, Heizung usw.), Detektor und Datengenerator. Die meisten kontinuierlichen Durchflussanalysatoren sind auf Farbreaktionen angewiesen, die ein Durchflussphotometer verwenden. Es wurden jedoch auch Methoden entwickelt, bei denen ISE, Flammenphotometrie, ICAP, Fluorometrie usw. verwendet werden.
Durchflussinjektionsanalysator [ edit ]
Die Durchflussinjektionsanalyse (FIA) wurde 1975 von Ruzicka und Hansen eingeführt. [2] Die erste Generation der FIA-Technologie, die als Durchflussinjektion bezeichnet wird (FI), inspiriert von der von Skeggs in den frühen fünfziger Jahren erfundenen AutoAnalyzer-Technik. [3][4] Während der AutoAnalyzer von Skeggs die Luftsegmentierung verwendet, um einen fließenden Strom in zahlreiche diskrete Segmente aufzuteilen, um einen langen Zug einzelner Proben zu bilden, die sich durch einen Strömungskanal bewegen, FIA-Systeme trennen jede Probe mit einem Trägerreagenz von der nachfolgenden Probe. Während der AutoAnalyzer die Probe homogen mit den Reagenzien mischt, werden bei allen FIA-Techniken Probe und Reagenzien zu einem Konzentrationsgradienten zusammengefügt, der Analyseergebnisse liefert.
Die FIA-Methoden können sowohl für schnelle Reaktionen als auch für langsame Reaktionen verwendet werden. Für langsame Reaktionen wird häufig ein Heizer verwendet. Die Reaktion muss nicht abgeschlossen sein, da alle Proben und Standards die gleiche Reaktionszeit haben. Für typische Assays, die üblicherweise mit FIA gemessen werden (z. B. Nitrit, Nitrat, Ammoniak, Phosphat), ist es nicht ungewöhnlich, dass sie einen Durchsatz von 60-120 Proben pro Stunde haben.
FIA-Verfahren sind auf die Zeit begrenzt, die erforderlich ist, um ein messbares Signal zu erhalten, da die Laufzeit durch den Schlauch dazu neigt, die Peaks bis zu dem Punkt zu erweitern, an dem Proben miteinander verschmelzen können. In der Regel sollten FIA-Methoden nicht verwendet werden, wenn ein ausreichendes Signal nicht innerhalb von zwei Minuten erhalten werden kann und vorzugsweise weniger als 1. [ Zitat erforderlich Reaktionen, die längere Reaktionszeiten erfordern sollte segmentiert werden. Betrachtet man jedoch die Anzahl der FIA-Publikationen und die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten der FIA für serielle Assays, scheint die Zeitbegrenzung von "einer Minute" keine ernsthafte Einschränkung für die meisten Assays im realen Leben zu sein. [ Zitat benötigt [19659014]] Assays, die auf langsamen chemischen Reaktionen basieren, müssen entweder im gestoppten Flussmodus (SIA) oder durch Segmentierung des Flusses durchgeführt werden.
OI Analytical verwendet in seiner amperometrischen Gasdiffusions-Gesamtcyanidmethode eine segmentierte Flussinjektionsanalysetechnik, die Reaktionszeiten von bis zu 10 Minuten durch Flussinjektionsanalyse erlaubt. [5]
Technicon experimentierte mit der FIA lange bevor sie von Ruzicka und Hansen vertreten wurde. Andres Ferrari berichtet, dass eine Analyse ohne Blasen möglich ist, wenn die Flussraten erhöht und die Durchmesser der Schläuche verringert wurden. [6] Tatsächlich segmentierten Skeggs erste Versuche mit dem automatischen Analysegerät nicht. Technicon entschied sich dafür, die FIA nicht zu verfolgen, weil sie den Reagenzienverbrauch und die Analysekosten erhöhte. [ Zitat erforderlich ]
Die zweite Generation der FIA-Technik, als sequenzielle Injektionsanalyse (SIA) bezeichnet ) wurde 1990 von Ruzicka und Marshal konzipiert und im Laufe des folgenden Jahrzehnts weiterentwickelt und miniaturisiert. [ Zitat benötigt ] Es verwendet Flussprogrammierung anstelle der kontinuierlichen Fließregime (wie von CFA und FIA verwendet), das die Anpassung der Fließgeschwindigkeit und Fließrichtung an die einzelnen Schritte des Analyseprotokolls ermöglicht. Die Reaktanten werden durch Flussumkehrungen gemischt und eine Messung wird durchgeführt, während das Reaktionsgemisch durch Stoppen des Flusses im Detektor angehalten wird. Mikrominiaturisierte Chromatographie wird an Mikrosäulen durchgeführt, die automatisch durch mikrofluidische Manipulationen erneuert werden. Das diskrete Pumpen und Dosieren der in SI verwendeten Mikroliterproben- und Reagenzienvolumina erzeugt nur Abfall pro Probeneinspritzung. Das enorme Volumen der FI- und SI-Literatur dokumentiert die Vielseitigkeit von FI und SI und ihre Nützlichkeit für Routineassays (in Boden-, Wasser-, Umwelt-, biochemischen und biotechnologischen Assays) hat gezeigt, dass sie als vielseitiges Forschungsinstrument eingesetzt werden können.
Dialysator-Modul [ edit ]
Bei medizinischen Testanwendungen und industriellen Proben mit hohen Konzentrationen oder interferierendem Material befindet sich häufig ein Dialysator-Modul in dem Instrument, in dem der Analyt durchläuft Dialysemembran in einen separaten Fließweg, der zur weiteren Analyse führt. Der Zweck eines Dialysators besteht darin, den Analyten von störenden Substanzen wie Protein zu trennen, deren große Moleküle nicht durch die Dialysemembran gehen, sondern in einen separaten Abfallstrom gelangen. Die Reagenzien, Proben- und Reagenzvolumen, Flussraten und andere Aspekte der Geräteanalyse hängen davon ab, welcher Analyt gemessen wird. Der Autoanalyzer ist auch eine sehr kleine Maschine
Aufzeichnen von Ergebnissen [ edit ]
Früher zeichnet ein Diagrammschreiber und in jüngster Zeit ein Datenlogger oder ein Personal Computer die Detektorausgabe als Funktion der Zeit auf, so dass jede Abtastausgabe als erscheint ein Peak, dessen Höhe vom Analyteniveau in der Probe abhängt.
Kommerzialisierung [ edit ]
Technicon verkaufte sein Geschäft 1980 an Revlon [7] der das Unternehmen später an klinische (Bayer) und industrielle (Bran + Luebbe - jetzt SEAL) verkaufte Analytical) Käufern im Jahr 1987. Damals machten industrielle Anwendungen etwa 20% der verkauften CFA-Maschinen aus.
1974 führten Ruzicka und Hansen in Dänemark und in Brasilien erste Versuche mit einer Konkurrenztechnik durch, die sie als Fließinjektionsanalyse (FIA) bezeichneten. Seitdem fand die Technik weltweit Anwendung in der Forschung und in Routineanwendungen und wurde durch Miniaturisierung und durch Ersetzen des kontinuierlichen Flusses durch einen computergesteuerten programmierbaren Fluss weiter modifiziert.
In den 1960er Jahren zögerten Industrielabore, den Autoanalyzer zu verwenden. Die Akzeptanz bei den Aufsichtsbehörden kam schließlich durch die Demonstration zustande, dass sich die Techniken nicht von einem Aufzeichnungsspektrophotometer unterscheiden, bei dem Reagenzien und Proben in genau den chemischen Verhältnissen als traditionell akzeptierte manuelle Verfahren hinzugefügt wurden. [8]
The Best Die CFA-Instrumente von Technicon sind der AutoAnalyzer II (1970 eingeführt), der Sequential Multiple Analyzer (SMA, 1969) und der Sequential Multiple Analyzer mit Computer (SMAC, 1974). Der Autoanalyzer II (AAII) ist das Instrument, auf das die meisten EPA-Methoden geschrieben wurden, und eine Referenz. [ Zitat benötigt ] Der AAII ist ein segmentierter Durchflussanalysator der zweiten Generation, der ein 2-Millimeter-ID-Glas verwendet Schlauch und Pumpen Reagenz bei Flussraten von 2 - 3 Milliliter pro Minute. Ein typischer Probendurchsatz für AAII beträgt 30 - 60 Proben pro Stunde. [9] In der Literatur wurden segmentierte Durchflussanalysatoren der dritten Generation vorgeschlagen [10] die jedoch erst kommerziell entwickelt wurden, bevor Alpkem 1984 die RFA 300 einführte. Die RFA 300 pumpt im Fluss Raten von weniger als 1 Milliliter pro Minute durch 1-Millimeter-ID-Glasmischschlangen. Der Durchsatz der RFA kann sich auf 360 Proben pro Stunde belaufen, liegt bei den meisten Umwelttests jedoch im Durchschnitt bei etwa 90 Proben pro Stunde. Im Jahr 1986 führte Technicon (Bran + Luebbe) sein eigenes Mikroflow-System TRAACS-800 ein. [11]
Bran + Luebbe stellte weiterhin den AutoAnalyzer II und TRAACS, einen Mikro-Durchfluss-Analysator für Umwelt- und Umwelttechnik, her Weitere Beispiele wurden 1997 mit dem AutoAnalyzer 3 und 2004 mit dem QuAAtro eingeführt. Das CFA-Geschäft von Bran + Luebbe wurde 2006 von SEAL Analytical gekauft und produziert, vertreibt und betreut weiterhin die Systeme AutoAnalyzer II / 3 und QuAAtro CFA sowie Diskrete Analysatoren.
Und es gibt andere Hersteller von CFA-Instrumenten.
Skalar Inc., Tochtergesellschaft von Skalar Analytical, gegründet 1965 mit Hauptsitz in Breda (NL), ist seit der Gründung eines unabhängigen Unternehmens im Besitz des Personals. Die Entwicklung von Analysegeräten für Roboter, TOC- und TN-Geräten und -Monitoren hat die Produktlinien seiner langlebigen SAN ++ - Durchlaufmessgeräte erweitert. Softwarepakete für die Datenerfassung und die Steuerung des Analysators sind ebenfalls In-House-Produkte, die mit den neuesten Softwareanforderungen ausgeführt werden und alle Kombinationen von Analysegeräten verarbeiten.
Astoria-Pacific International zum Beispiel wurde 1990 von Raymond Pavitt, dem früheren Alpkem, gegründet. Astoria-Pacific mit Sitz in Clackamas, Oregon, USA, stellt seine eigenen Mikrodurchflusssysteme her. Zu den Produkten gehören die Astoria Analyzer-Linien für Umwelt- und Industrieanwendungen; der SPOTCHECK Analyzer für das Neugeborenen-Screening; und FASPac (Flow Analysis Software Package) zur Datenerfassung und Computerschnittstelle.
FIAlab Instruments, Inc., in Seattle, Washington, stellt ebenfalls mehrere Analysensysteme her.
Alpkem wurde von Perstorp und später von OI Analytical in College Station Texas erworben. OI Analytical stellt den einzigen segmentierten Durchflussanalysator her, der anstelle von Glasmischbatterien polymeren Schlauch verwendet. OI ist auch der einzige große Instrumentenhersteller, der Optionen für segmentierte Strömungsanalyse (SFA) und Strömungsinjektionsanalyse (FIA) auf derselben Plattform bietet.
Klinische Analyse [ edit ]
AutoAnalyzer wurden hauptsächlich für routinemäßige, sich wiederholende medizinische Laboranalysen verwendet, aber sie wurden in den letzten Jahren immer mehr durch diskrete Arbeitssysteme ersetzt, die niedrigere Werte zuließen Reagenzienverbrauch. Diese Instrumente bestimmen typischerweise die Gehalte an Albumin, alkalischer Phosphatase, Aspartat-Transaminase (AST), Blutharnstoffstickstoff, Bilirubin, Calcium, Cholesterin, Kreatinin, Glucose, anorganischem Phosphor, Proteinen und Harnsäure in Blutserum oder anderen Körperproben. AutoAnalyzer automatisieren sich wiederholende Probenanalyseschritte, die sonst manuell von einem Techniker für medizinische Tests wie die zuvor genannten durchgeführt werden. Auf diese Weise kann ein AutoAnalyzer täglich hunderte von Proben mit einem einzigen Techniker analysieren. Frühe AutoAnalyzer-Instrumente testeten jeweils mehrere Proben sequenziell auf einzelne Analyten. Später modellierte AutoAnalyzer wie der SMAC testeten gleichzeitig mehrere Analyten in den Proben.
1959 wurde von Hans Baruch von Research Specialties Company ein kompetitives Analysesystem eingeführt. Dieses System wurde als Discrete Sample Analysis bekannt und wurde durch ein als "Robot Chemist" bekanntes Instrument dargestellt. Im Laufe der Jahre ersetzte die Discrete Sample Analysis-Methode langsam das Continuous Flow-System im klinischen Labor. [12]
Industrieanalyse [ edit ]
Die ersten industriellen Anwendungen - hauptsächlich für Wasser und Bodenextrakte und Dünger - verwendete die gleiche Hardware und Techniken wie klinische Methoden, aber ab Mitte der 70er Jahre wurden spezielle Techniken und Module entwickelt, so dass ab 1990 Lösungsmittelextraktion, Destillation, Online-Filtration und UV-Aufschluss im kontinuierlich fließenden Bereich durchgeführt werden konnten Strom. Im Jahr 2005 waren etwa zwei Drittel der weltweit verkauften Systeme für die Wasseranalytik aller Art. [Zitat erforderlich . Das Spektrum reicht von Sub-ppb-Gehalten an Nährstoffen im Meerwasser bis zu viel höheren Abwassergehalten ; Andere gebräuchliche Anwendungen sind für Boden-, Pflanzen-, Tabak-, Lebensmittel-, Düngemittel- und Weinanalysen.
Aktuelle Verwendungszwecke [ edit ]
AutoAnalyzer werden immer noch für einige klinische Anwendungen wie Neugeborenen-Screening oder Anti-D verwendet, aber die Mehrheit der Instrumente wird jetzt für Industrie und Umwelt verwendet Arbeit. Standardisierte Methoden, die von ASTM (ASTM International), der US-amerikanischen Umweltschutzbehörde (EPA) sowie der Internationalen Organisation für Normung (ISO) für Umweltanalyten wie Nitrit, Nitrat, Ammoniak, Cyanid und Phenol veröffentlicht wurden. Autoanalysatoren werden häufig auch in Bodentestlabors, Düngemittelanalysen, Prozesskontrollen, Meerwasseranalysen, Luftverunreinigungen und Tabakblattanalysen eingesetzt.
Methodenblätter [ edit ]
Von Technicon veröffentlichte Methodenblätter für ein breites Spektrum von Analysen. Einige davon sind unten aufgeführt. Diese und spätere Methoden sind bei SEAL Analytical verfügbar. Methodenlisten für Herstellerinstrumente sind auf ihren Websites verfügbar.
| Blatt Nr. | Bestimmung | Probe | Hauptreagenz (e) | Colorimeter |
|---|---|---|---|---|
| N-1c | Harnstoffstickstoff | Blut oder Urin | Diacetylmonoxim | 520 nm |
| N-2b | Glukose | Blut | Kaliumferricyanid | 420 nm |
| N-3b | Kjeldahl-Stickstoff | Lebensmittel | Phenol und Hypochlorit | 630 nm |
| P-3b | Phosphat | Kesselwasser | Molybdat | 650 nm |
- ^ Coakly, William A., Handbook of Automated Analysis Mercel Dekker, 1981, S. 61
- J., Rulika; Hansen, E. H. (1975). "Fließinjektionsanalysen: I. Neues Konzept der schnellen Durchlaufanalyse". Anal. Chim. Acta . 78 : 145–157. doi: 10.1016 / S0003-2670 (01) 84761-9.
- ^ "Technicon AutoAnalyzer Sampler Unit". Chemical Heritage Foundation . Nach dem Original am 5. Januar 2016 archiviert . 7. Dezember 2015 .
- ^ Rocco, herausgegeben von Richard M. (2006). Landmark Papers in der klinischen Chemie (1. Aufl.). Amsterdam: Elsevier. ISBN 978-0-444-51950-4 . Abgerufen 7. Dezember 2015 . CS1 maint: Zusätzlicher Text: Autorenliste (Link)
- ^ "Archivierte Kopie". Archiviert vom Original am 30.10.2007 . Abgerufen 2008-08-02 . CS1 Wartung: Archivierte Kopie als Titel (Link)
- ^ (Technicon Symposia, 1967, Vol. I) [19659893] Whitehead Institut - Klinische Fortschritte machen Archiviert am 26. Juni 2010 in der Wayback Machine
- ^ Coakly, William A., Handbuch der automatisierten Analyse Marcel Dekker, Inc., 1981
- ^ Ewing, Galen Wood, Handbuch für analytische Instrumente, zweite Auflage pp152
- ^ CJ Patton, PhD. Dissertation, Michigan State University (1982)
- ^ Ewing, Galen Wood, Handbuch für analytische Instrumente, Zweite Auflage pp153
- Rosenfeld, Louis. Vier Jahrhunderte klinischer Chemie. Gordon und Breach Science Publishers, 1999. ISBN 90-5699-645-2. Pp. 490-492
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