第十九章 临床生物化学分析仪的性能与应用
临床生化自动分析仪，就是把生化分析中的取样、加试剂、去干扰、混合、保温反应、检测、结果计算、显示和打印，以及清洗等步骤自动化的仪器。它完全模仿并代替了手工操作。不仅提高了工作效率，而且减少了主观误差，稳定了检验质量。由于这类仪器一般都具有灵敏、准确、快速、节省和标准化等优点，使得生化自动分析仪在临床生化分析中得到了广泛应用。
第一节 临床生化自动分析仪的类型
一、概述
自50年代Skeggs首次介绍一种临床生化分析仪的原理以来，随着科学技术尤其是医学科学的发展，各种生化自动分析仪和诊断试剂均有了很大发展，根据仪器的结构原理不同，可分为连续流动式（管道式）、分立式、离心式和干片式四类。新型的自动分析仪常装有：样品识别、自动加样、自动检测、数据处理、打印报告和自动报警等装置。
（一）管道式分析仪
管道式分析仪的特点是测定项目相同的各待测样品与试剂混合后的化学反应，是在同一管道中经流动过程完成的。这类仪器一般可分为空气分段系统式和非分段系统式。所谓空气分段系统是指在吸入管道的每一个样品、试剂以及混合后的反应液之间，均由一小段空气间隔开；而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。在管道式分析仪中，以空气分段系统式最多，且较典型，整套仪器是由样品盘、比例泵、混合管、透析器、恒温器、比色计和记录器几个部件所组成（图19-1）。管道内的圆圈表示气泡，气泡可将样品及试剂分隔为许多液柱，并起一定的搅拌作用，但气泡影响比色，必须在比色前除去。
图19-1 单通道管道式自动分析仪结构示意图
将几个单通道管道式分析仪结合起来，对一个样品同时测定几个项目。著名的有12通道分析仪，命名为顺序多项自动分析仪（sequential multiple autoanalyzer），简称SMA12/60。同时发展为SMAC，C为计算机（computer）的缩写。这类大型分析仪至今仍有使用者。它对每个样品可同时分析12个项目，每小时可分析60个样品。后来发现不加入空气泡，更有利于结果的检测，发展为流动注射分析法（flow injection analysis）。试剂的流动仍用比例泵驱动，样品用转动阀加入液流，反应后比色检测。
（二）分立式分析仪
所谓分立式，是指按手工操作的方式编排程序，并以有节奏的机械操作代替手工，各环节用转送带连接起来，按顺序依次操作。分立式分析仪与管道式分析仪在结构上的主要区别为：前者各个样品和试剂在各自的试管中起反应，而后者是在同一管道中起反应；前者采用由采样器和加液器组成的稀释器来取样和加试剂，而不用比例泵；前者一般没有透析器，如要除蛋白质等干扰，需另行处理。恒温器必须能容纳需保温的试管和试管架，所以比管道式分析仪的体积要大。除此以外，其它部件与管道式的基本相似。分立式分析仪的基本结构如图19-2。Dupout公司还推出一种袋式分析仪，即试管变为塑料袋，反应在袋内进行，也以袋作比色杯。这种袋只能一次性使用。
图19-2 分立式自动分析仪结构示意图
（三）离心式分析仪
离心式分析仪是1969年以后发展起来的一种分析仪，由Anderson设计，其特点是化学反应器装在离心机的转子位置，该圆形反应器称为转头，先将样品和试剂分别置于转头内，当离心机开动后，圆盘内的样品和试剂受离心力的作用而相互混合发生反应，最后流入圆盘外圈的比色槽内，通过比色计进行检测（图19-3）。这类分析仪特点是①在整个分析过程中，各样品与试剂的混合、反应和检测等每一步骤，几乎都是同时完成的，不同于管道式和分立式分析仪的“顺序分析”，而是基于“同步分析”的原理而设计。②样品量和试剂量均为微量级（样品用1-50μl，试剂120-300μl），快速分析（每小时可分析600个样品以上）。③转头是这类分析仪的特殊结构。早期的转头由转移盘、比色槽、上下玻璃卷和上下套壳六个部件组成，现已被一次成型的塑料制品代替。转头转动时，各比色槽被轮流连续监测，如转速为960r/min，转头上有20个比色槽，则每分钟可接受19200个电信号，配有微机进行控制和数据处理。
图19-3 离心式自动分析仪工作原理示意图
离心式分析仪主要由两部分组成，一为加样部分，二为分析部分。加样部分包括样品盘、试剂盘、吸样臂（或管）、试剂臂（加液器）和电子控制部分（键盘和显示器等）。加样时转头置于加样部分。加样完毕后将转头移至离心机上。分析部分，除安装转头的离心机外，还有温控和光学检测系统，并有微机信息处理和显示系统。
（四）干片式分析仪
干片式分析仪是80年代问世的。首先Eastman Kodak公司以其精湛的化学工艺造出了测定血清中血糖、尿素、蛋白质、胆固醇等的干式试剂片。当加上定量的血清后，在干片的前面产生颜色反应，用反射光度计检测即可进行定量。这类方法完全革除了液体试剂，故称干化学法。Boehringer Mannheim公司推出了用全血的干征试剂。即将血细胞排除于滤膜之外，而血浆与试剂发生反应后显色检测。干片试剂结构示意图见图19-4。
图19-4 平片试剂结构示意图
干片不仅包括试剂，也可由电极构成，所以这类分析仪也可进行电解质的测定。这类干片均为一次性使用，故成本较贵。
二、半自动生化分析仪
半自动生化分析仪指在分析过程中的部分操作（如加样、保温、吸入比色、结果记录等某一步骤）需手工完成，而另一部分操作则可由仪器自动完成。这类仪器的特点是体积小，结构简单，灵活性大，既可分开单独使用，又可与其他仪器配套使用，价格便宜，一般在分立式分析仪中多常见。
荷兰Vital Scientific生产的ISP-M半自动生化分析仪，是一种典型且性能比较好的半自动生化分析仪，能应用于动力学法、两点法及终点法的检测，可以采用人机对话的方式把要检测的30个项目的各参数输入仪器进行贮存，也可以随试验项目、方法、试剂等条件的改变而随时进行修改。它有一个微量流动比色杯，因此每次检测所需反应液很少，一般用400μl左右即可。还有一个非常敏感的能控制三种温度（25℃、30℃、37℃）的恒温器，能在数秒钟内迅速达到要求的温度。所有的检测步骤及试剂结果，可由显示窗显示及由打印机自动打印出来。
这类仪器一般不受试剂、方法的限制，国产试剂、自己配制的试剂及自行设计的方法均可在仪器上进行检测，而且由于仪器的体积小、重量轻、操作方便、反应迅速，尤其适合中、小型检验单位作为日常生化检测的主要仪器，也适用于作急诊生化检测及外出执行任务时使用。
这类仪器使用时应注意：①大多使用固定的比色池，结果的重复性比较好，但由于检测方法、所加试剂及样品量都很少，因此要特别注意取样和加试剂的准确性。②如反复出现非线性（NL）大于10％，应考虑试剂是否变质及所编程序是否合适。③在作动力学方法检测时，要注意试验的反应原理，如果是吸光度下降的应在浓度因数（F）值前面加负号，否则结果不准。做酶动力学方法检测时，还要注意开始的吸光度（Ai），如果特别低，可能由于样品中酶活力较高，在延迟时间内基质已被消耗完。此时，必须把样品进行稀释后再进行检测。④出现仪器不吸液体，常常由于仪器长时间不用，吸液管被压扁而堵塞，只要稍加揉擦即可畅通，如管道由于不及时清洗而造成的堵塞，这就要进行清洗或更换。⑤在使用过程中，严格吸入强酸试剂，否则将会损坏吸管的金属头，每次使用完毕，都必须用蒸馏水冲洗比色池和管道，如果在反复多次吸入蒸馏水后，不能调整零点，应用清洁液浸泡比色池。具体操作是将温度放在37℃，用10％清洁液（dete-rgent）充满比色池，浸泡15分钟，再用水冲洗。仪器长时间不用，应在一个月内通电一次，否则仪器内程序的记忆即消失。
三、全自动生化分析仪
全自动生化分析仪，从加样至出结果的全过程完全由仪器自动完成。操作者只需把样品放在分析仪的特定位置上，选用程序开动仪器即可等取检验报告。由于分析中没有手工操作步骤，故主观误差很少，且由于该类仪器一般都具有自动报告异常情况，自动校正自身工作状态的功能，因此系统误差也较小，给使用者带来很大的便利。
自美国Technicon公司于1957年成功地生产了世界上第一台全自动生化分析仪后，各种型号和功能不同的全自动生化分析仪不断涌现，为医院临床生化检验的自动化迈出了十分重要的一步。这类仪器的功能全，灵活性大，易于操作，大多采用吸光度、荧光、光散、浊度测定技术和离子选择电极系统，用于常规生化、特殊蛋白和药物监测等检测，可随机安排程序，既可根据需要输入单一项目成批分析，又可按临床医生根据患者病情不同要求，选择性的多项组合分析；结果报告既能打印出每个项目的报告，也能按人打印出所做全部项目的累积报告。在测试过程中可随时加入急诊项目，优先分析，打印出报告后，仪器仍按原输入程序继续进行检测。仪器以微机控制，采用人机对话方式来安排程序操作，可自由编排和清除程序，可贮存100个以上分析方法，可进行统计学处理，求均值、标准差、变异系数、相关系数等。有的分析仪采用了化学惰性“液囊式技术”（capsule chemistry technology），可将不同的分析标本或各种试验项目严格地分立开，互不掺杂，无需用水作为冲洗系统去防止交叉污染，更有利于随时任选项目检测。
这类仪器适应在大、中型检测单位用于临床生化项目的检测。
纵观临床生化自动分析仪的发展史，也是临床生化检测方法学的发展史，最初出现的管道式分析仪适应了化学分析的需要，设计了透析器等排除蛋白质干扰的装置，但是随着表面活性剂的应用，消除了蛋白质的沉淀干扰，已无必要进行透析分离。随着酶试剂的生产，许多以特异性酶促反应的测定方法，消除了干扰物的影响。这是分立式和离心式分析仪发展的原因之一。干片式分析仪更是试剂生产工艺革新的产物。随着方法学的改进，分析的反应部分的体积逐渐缩小，而检测、监控和信息处理部分，多数由微机担任，体积则逐渐扩展，直至可将测定结果通过网络系统，输送至病房。有人预言，随着电化学分析法的进展，各种特异性电极的研制成功，将来的自动分析仪有可能由许多精细的电极组成，则其结构将比现有的分析仪更简单化。