Механизированная обработка проб

Анализаторы, работающие по дискретному принципу, обрабатывают каждую пробу отдельно.

Рассмотрим дискретный способ автоматизации анализа на примере операции смешения реагирующих веществ. Для этого можно заранее приготовить необходимые растворы и при каждом определении отмерять и смешивать их определенные порции. Можно также смешивать отдельные, заранее приготовленные, порции реагентов. В обоих случаях смешение обычно осуществляют непосредственно в измерительной ячейке, например, в фотометрической кювете.

Процесс автоматического дозирования и смешения порций двух растворов схематически показан на рис. 7.1 на примере фотометрического определения. Даже если перемешивание растворов будет неполным, стандартизация условий автоматического смешения позволяет получать правильные результаты.

Рис. 7.1. Простейшая конструкция ячейки для автоматизированного фотометрического анализа, (а) Устройство измерительной ячейки, (б) Последовательность операций, предшествующих измерению.

Для механизированной обработки пробы используют различные перемещаемые пластинки, конвейерные ленты или карусельные устройства. На рис. 7.2 схематически показано карусельное устройство для транспортировки ячейки, изображенной на рис. 7.1.

Транспортное карусельное устройство работает по заранее заданной программе и управляется от компьютера. Различные управляющие программы можно создавать, например, для отдельных методик ферментативного анализа в медицине.

Достоинства дискретных анализаторов состоят в следующем.

- Простота механизации стандартных методик.

- Гибкость, возможность более быстрого, чем при использовании непрерывных анализаторов, изменения программы работы, последовательности и продолжительности отдельных операций.

- Уменьшение расхода реагентов по сравнению с непрерывными анализаторами.

Рис. 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» анализ

Применение дискретных анализаторов позволяет не только механизировать последовательность операций, выполняемых вручную, но и полностью исключить или, по крайней мере, свести к минимуму некоторые из них. В первую очередь это относится к операциям дозирования и смешения растворов. Весь анализ можно выполнить на одной тестовой пластинке, состоящей из последовательности слоев пористых материалов (мембран), пропитанных растворами необходимых реагентов. Перемещение раствора пробы от слоя к слою осуществляется самотеком, под действием диффузии или силы тяжести. В отдельных слоях могут осуществляться все необходимые стадии пробоподготовки, разделения, проведения химических реакций и измерения.

Рассмотрим использование такой техники анализа на примере определения мочевины в крови. Устройство соответствующей тестовои 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 фермент уреазу, вызывающий гидролиз мочевины с образованием аммиака (см. уравнение (7.5)). Выделяющийся аммиак диффундирует сквозь следующий 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 части пластинки. Нижняя поверхность самого верхнего слоя частично отражает свет, поэтому пластинка представляет собой аналог обычной фотометрической кюветы для измерений в проходящем свете.

Рис. 7.3. Тестовая пластинка для определения мочевины в крови. Мочевина в результате ферментативой реакции превращается в аммиак, который определяют фотометрически при помощи кислотно-основного индикатора HI.

Подобным образом можно осуществлять не только процессы диффузионного транспорта и мембранного разделения компонентов раствора, но и фильтрование, селективную адсорбцию, стабилизацию реагентов, замедление процессов химического взаимодействия, маскирование и прочие химические реакции, в том числе с участием нескольких реагентов. Такие тестовые пластинки широко применяются в кинетических, особенно ферментативных, методах анализа, например, для определения различных субстратов в присутствии ферментов или кофакторов (раздел 8.3).

Миниатюрные тестовые пластинки могут служить одноразовыми химическими сенсорами (датчиками). Более подробно об этом мы поговорим в разделе 7.2 на примере оптических датчиков.

Существуют и одноразовые потенциометрические датчики (одноразовые ионселективные электроды). Их применяют в медицине для определения различных ионов в биологических жидкостях. Схема устройства одноразового ионселективного электрода для определения калия приведена на рис. 7.4.

Рис. 7.4. Определение калия в сыворотке крови при помощи одноразового ионселективного электрода.

Устройство состоит из двух идентичных ионселективных электродов — для анализируемого раствора и раствора сравнения с известной концентрацией калия. Электролитический контакт между обоими электродами осуществляется при помощи полоски влажной бумаги. Концентрацию калия в анализируемом растворе находят, измерив разность потенциалов между электродами. Достоинства таких 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.

Очевидным недостатком любого одноразового датчика является невозможность его повторного использования.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: