生化分析原理及应用课件.ppt

1、 生化分析仪（Chemistry Analyzer）是临床检验中经常使用的重要分析仪器之一它通过对血液或者其他体液的分析来测定各种生化指标：如转氨酶、血红蛋白、白蛋白、总蛋白、胆固醇、肌肝、葡萄糖、无机磷、淀粉酶、钙等。结合其他临床资料，进行综合分析，可以帮助诊断疾病，对器官功能做出评价，鉴别并发因子，以及决定今后治疗的基准等。全自动生化分析仪，就是把分析过程中的取样、加试剂、混匀、保温反应、检测、结果计算和显示以及清洗等步骤进行自动化的仪器，它可完全模仿并代替手工操作，因此，可以认为目前市场上需要手动更换比色杯（或比色盘）的分析仪不是真正的“全自动”分析仪。全自动生化分析仪灵敏、准确、快速，

2、不仅提高了工作效率，而且减少了主观误差，提高了检验质量。全自动生化分析仪涉及光学、精密机械、自动控制、电子电路、热工学、生物化学、分析化学等学科，且要求高精度、高可靠性，是一个十分复杂的系统，全自动生化分析仪属于光学式分析仪器，它基于物质对光的选择性吸收，即分光光度法。单色器将光源发出的复色光分成单色光，特定波长的单色光通过盛有样品溶液的比色池，光电转换器将透射光转换为电信号后送入信号处理系统进行分析。分光光度法是基于不同分子结构的物质对电磁辐射的选择性吸收而建立起来的方法，属于分子吸收光谱分析。当光通过溶液时，被测物质分子吸收某一波长的单色光，被吸收的光强度与光通过的距离成正比。Lamber

3、t 于1760年最早发现表达式，其数学形式为：T=I/I0=e-kb其中I0为入射光强，I为透射光强，e为自然对数的底，k为常数，b为光程长度（通常以cm 表示）。比尔定律等同于Bouguer 定律，只是比尔定律以浓度来表达。将两个定律结合起来，组成Beer-Bouguer定律：T=I/I0=e-kbc其中c为吸光物质的浓度（通常以g/L 或mg/L 为单位）。将上式取以10为底的对数后，得到线性表达式：A=-logT=-log（I/I0）=log（I0/I）=bc其中A 为吸光度，是摩尔吸收光系数或消光系数。上述表达式通常称为比尔定律。它表明，当特定波长的单色光通过溶液时，样品的吸光度与溶液

4、中吸收物浓度和光通过的距离成正比。在波长、溶液和温度确定的情况下，摩尔消光系数是由给定物质的特性决定的。实际上，测得的摩尔消光系数也和使用的仪器有关。因此，在定量分析中，通常并不用已知物质的摩尔消光系数，而是用一个或多个已知浓度的待测物质作一条校准或工作曲线。由于电子跃迁在基态和激发态之间能量差别较大，因此，室温下几乎所有分子的电子都处于基态。吸收光及返回基态的速度非常快，平衡迅速实现，这使得光吸收的定量准确性相当高。根据工作波段的不同，分光光度法可分为真空-紫外、可见光、紫外-可见和紫外-可见-近红外，其工作波段分别为0.1nm200nm、350nm700nm、185nm900nm和185n

5、m2500nm。作为临床生化分析使用，一般要求工作波长为340nm800nm，属于紫外-可见分光光度法。吸光度与浓度之间简单的线性关系及紫外-可见光相对容易测量，使得紫外-可见分光光度法成为上千种定量分析方法的基础。全自动生化分析仪可以说是在传统的分光光度计的基础上发展来的。从结构上来说，它包含分光光度计的主要组成部分，如:光源、单色器（色散装置）、比色池、检测器等；另外，它还包括生化分析所需的特有部分，如：加样系统、清洗系统、温控系统、软件系统等。理想的光源应在整个波长范围内产生恒定的光强度，噪声低，长期稳定。遗憾的是实际上没有这样的光源，因此，需要依工作波段的不同选取不同的光源。氘灯可在紫

6、外区产生一定强度的连续光谱，在可见区也能提供有用的光强。尽管现在的氘灯噪声已很低，但灯的噪声仍是限制整个仪器噪声水平的主要因素。卤钨灯在部分紫外区和整个可见光范围内可产生较强的连续光谱，噪声低，漂移小。大多数全自动生化分析仪采用卤钨灯作为光源。反应盘装载一系列反应比色杯（Cuvettes）,多为转盘形式。反应测定过程中按固定程序，在加样臂、加液臂、搅拌棒、光路和清洗装置之间转动。有的仪器在反应杯中完成反应后再吸入比色杯比色，现在更常见反应和检测同在比色杯中进行，效率更高，尤其适于连续监测法。比色杯多采用硬质石英玻璃、硬质玻璃、无紫外光吸收的丙烯酸塑料等，使用寿命不一。Dimension系列的比

7、色杯在机器内自动制造，自动封口，免冲洗，无污染。流动池式主要在小型分析仪用。容积一般几十微升，但抽液管道占用较多反应液，多样品连续使用，增加交叉污染机会。蠕动泵(Pump)：半自动生化仪需要蠕动泵抽吸反应液进人流动比色池作测定。要求定期对蠕动泵校准，即通过吸入定量的水来检验泵的吸液量是否准确。一般均设有泵校准功能。混合装置(Mixing unit)如采用多头回旋搅拌棒(二头双清洗式搅拌系统)。搅拌棒常具特氟隆不粘涂层，避免液体粘附。温控装置生化分析仪通过恒温控制装置来保持孵育温度的调控和恒定也是由计算机来控制的，理想的孵育温度波动应小于01。保持恒温的方式有三种。空气浴恒温：即在比色杯与加热器

8、之间隔有空气。空气浴恒温的特点是方便、速度快、不需要特殊材料，但稳定性和均匀性较水浴稍差。罗氏(Roche)的cobas和0lympus Au2700系统采用的就是空气浴恒温模式。水浴循环式：即在比色杯周围充盈有水，加热器控制水的温度。水浴恒热的特点是温度恒定，但需特殊的防腐剂以保证水质的洁净，且要定期更换循环水。日立系统生化分析仪采用的即是水浴循环恒温装置。恒温液循环间接加热式：结构原理是在比色杯周围流动着一种特殊的恒温液(具无味、无污染、惰性、不蒸发等特点)。比色杯和恒温液之间有极小的空气狭缝，恒温液通过加热狭缝的空气达到恒温，其温度稳定性优于干式，和水浴式循环式相比不需要特殊保养。探针和

9、搅拌棒采用激流式等方式自动冲洗。清洗装置一般由吸液针、吐液针和擦拭刷组成。清洗工作流程为吸出反应一吸于一注入纯水一吸干一擦干。清洗液有碱性和酸眭两种。一般说来，在吸出反应液后，仪器先用碱性液冲洗，再用酸性液冲洗，最后用去离子水冲洗三遍。擦拭刷的功能是吸去杯壁上挂淋的水，刷体内部有负吸装置。使用进程中要注意擦拭刷是否磨损。值得注意的是，对于常规冲洗还不能清除交叉污染(carryover)的实验要特别处理，以减少交叉污染或携带污染。例如，胆固醇测定试剂中的胆酸盐对血清总胆汁酸的测定有干扰，在消除交叉污染的程序中，可输入程序，指令总胆汁酸不在测试胆固醇的比色杯中进行测定，如不能避开，仪器则对比色杯进

10、行特别冲洗，防止发生交叉污染。冲洗水的水温自动控制到与恒温反应槽温度相近，保证反应系统的恒温，并增加去污力。急诊测定后采用针对性清洗，似乎比采用固定的全面清洗程序更有效率更经济。耗水量仪器间相差较大。ABBOTT AEROSET 自动生化分析仪等系统具有自动清洗功能(smart wash)和最佳标本顺序选择功能(OSS)。即仪器根据试剂或样品间交叉污染的项目组合，自动改变检测顺序，避免互有影响的分析项目；确实无法回避时，则采用选定的特殊清洗剂作自动清洗。(1)光源多数采有卤素灯，工作波长为325800nm。卤素灯的使用寿命较短，一般只有1 000l 500小时。当灯的发光强度不够时，仪器会自动

11、报警，应及时更换，部分生化分析仪采用的是长寿命的氙灯，24小时待机可工作数年，工作波长285-750nm。(2)比色杯 自动生化分析仪的比色杯也是反应杯。比色杯的光径0.50.7 cm不等，通常为石英或优质塑料。光径小的省试剂，当比色杯光径小于1 cm时，部分仪器可自动校正为1cm。生化分析仪的比色杯自动冲洗装置在仪器完成比色分析后做自动反复冲洗、吸干的动作，比色杯在自动检查合格后继续循环使用。要及时更换不合格的比色杯。如采用的是石英比色杯，比色杯要定期检查清洗。(3)单色器与检测器各类自动生化分析仪应用的是可见一紫外吸收光谱法，即监测200-700nm光区某特定波长下发色基团吸光度的变化，辅

12、以微机软件系统的计算来完成测定。可见一紫外吸光谱定量的基础是LamberBeer定律。传统的分光度测定普遍采用前分光，即在光源灯和样品杯之间先要用滤光片、棱镜或光栅分光，通过可调的狭缝，取得与样品“互补”的单色光之后，照射到样品杯，再用光电池或光电管作为检测器，测定样品对单色光的吸收量(吸光度)。而现代大多生化分析仪采用后分光测量技术。后分光测定：将一束白光(混合光)先照到样品杯，然后再用光栅分光，同时用一列发光二极管排在光栅后面作为检测器。后分光的优点是不需移动仪器比色系统中的任何部件，可同时选用双波长或多波长进行测定，这样可降低比色的噪声，提高分析的精确度和减少故障率。生化仪的单色器即分光

13、装置，有干涉滤光片和光栅分光两类。干涉滤光片有插入式和可旋转的圆盘式两种。插入式就是将需用的滤光片插入滤片槽中，圆盘式是将仪器配备的滤光片都安装在圆盘中，使用时旋转至所需滤光片处即可。干涉滤光片价格便宜，但易变潮霉变，从而影响检测结果的准确性，半自动生化分析仪多采用此种滤光片。光栅分光可分为全息反射式光栅和蚀刻式凹面光栅两种。前者是在玻璃上覆盖一层金属膜后制成，有一定程度的相差易被腐蚀；后者是将所选波长固定地刻制在凹面玻璃上，耐磨损、抗腐蚀、无相差。全自动生化分析仪多采用光栅分光。计算机是自动生化分析仪的大脑，标本、试剂的注加和识别，条码的识别，恒温控制，冲洗控制，结果打印，质控的监控，仪器各

14、种故障的报警等都是由计算机控制完成。仪器一代胜过一代，自动化程度越来越高，有的仪器甚至可以完成部分日常保养程序。自动生化分析仪数据处理功能日趋完善，如：反应进程中吸光度，各种测定方法，各种校准方法室内质控结果的统计等，生化仪都可进行处理。计算机还可以调看病人的数据、仪器的性能指标、仪器的运行状态等。自动生化仪中的质控和病人结果还可通过仪器计算机与实验室信息系统(LIS)的对接进行网络管理。程序控制器是系统的硬件部分。它主要包括：(1)微处理器和主机电脑。用于仪器各个单元和总体控制，应具有程控操作、故障诊断、多种数据处理和储存等强大功能。一般根据仪器功能的需要和电脑硬件市场的主流产品来配置。(2

15、)显示器(CRT monitor unit)。通常用键盘、鼠标、触摸屏等方式进行操作。(3)系统及配套软件。多采用Windows-NT或windows界面，具全图形化设计，多菜单选择，信息导引，故障报警，帮助提示，人机“对话”，方便直观，不少仪器有即时反应曲线显示。(4)通过RS 232 c等数据接口与其他计算机、打印机等设备传输数据。具人工智能双向通讯系统(Host query)，仪器可直接自行向主电脑询问病人样品基本资料及检测项目。有的具远程通讯及监控功能，可遥控远处测试及维修检查，实现网络工作。自动生化分析仪均采用程序控制的自动分析。分析程序一经确定，工作时只要简单地输入测定项目或编码，

16、仪器即可按编制程序自动完成测定、计算和报告。具体的控制程序因仪器而异，一般分为固定程序和自编程序两种。固定程序为仪器厂家预先设定，常与指定试剂配套；有的不能更改，有的也可由用户修改。它与配套试剂一同使用时，既方便工作，质量也比较可靠，但成本较高。自编程序灵活实用，便于开发新项目，强调程序的灵活性。比如，成批测定过程中应可随时插入急诊标本测定而不打乱原有程序；单个急诊标本测定操作简捷、消耗少，可灵活预稀释或重复测定。(一)一般工作流程 生化分析仪的正确应用，只是掌握了测定技术原理还不够，还需要对具体仪器的工作流程及测定计算方法有足够的了解。工作流程可以通过仪器的测定周期来考察。重点关注比色杯空白

17、读数点(CB)、加样品点（S）、各试剂加液点(R1、R2、)、试剂空白读数点(RB)、各测定读数点(P)、各点时间间隔及周期总时间等。每个仪器一般都在反应转盘的固定位置和反应测定周期的固定时间设置样品试剂和稀释的加液位，以及测定读数点。如HITACHI 7170在P1到P34周期为10分钟时，PO前加样品，Rl在Pl前，R2在P5和P6间，R3在P16和P17间，R4在：P33和P34间。(二)数据处理计算方法 仪器在各个吸光度读数点读取的吸光度数据，并不一定都纳人浓度计算。仪器往往根据仪器定义和操作者设定的要求，对吸光度原始数据作计算处理，转换成所谓反应数据，再按系数或公式作浓度计算。举例如

18、下：1HITACH 7170的终点法测定点(A)吸光度计算为(AX+AX1)2。实际吸光度=吸光度数据10 000。20LYHPUS AU 600试剂空白数据：P0点试剂空白(RB)=P0点吸光度一比色杯水空白(wB)；任一测定点试剂空白(RB)。该点吸光度一比色杯水空白(WB)。3Monarch 1 000两点终点法的反应数据。(终点测定吸光度一终点空白吸光度)一(始点测定吸光度一始点空白吸光度)。4AU 600的终点法(带试剂空白，END法)的反应数据=终点吸光度一P0点吸光度(试剂空白，RB)。终点法(不带试剂空白，END)法)的反应数据=终点吸光度-比色杯水空白(WB)。5Au 600

19、的两点法(自身空白)的反应数据=加第二试剂后测定点读数一P0点读数一加第二试剂前测定点读数一PO点读数。(一)仪器运行前操作程序 主要进行仪器的基本设置：l试验项目设置对试验名称、编码，试验组合(Profile)、试验轮次(Round)，必要时包括试验顺序等设置。2各试验的参数设置包括试验间比值、结果核对等参数的设定。3剂设置根据有关试验参数，设置各试验的试剂位、试剂瓶规格，必要时设定试剂批号、失效期等。4校准品设置对校准品的位置、浓度和数量等进行设置。5质控设置 根据质控要求。设置质控物个数，质控规则，质控项目及相应质控参数等。6样品管设置 包括样品管类型，残留液高度（死体积），识别方式等设

20、置。7其他设置对数据传输方式、结果报告格式、复查方式及复查标准等设置。(二)常规操作程序 开机(预热、保养)-设置开始条件(日期时间索引、轮次、样品起始号等)-根据需要，申请校准、质控和病人测定项目(包括架号、杯号或顺序号。测定中可继续申请)_装载校准品、质控物和病人标本-装载试剂-核对仪器起始状态（未应用条码系统，采用顺序识别样品时，尤其要核对测定起始编号是否与样品架号和申请号相符）-定标和质控测定-检查定标和质控结果-病人标本测定-测定过程监控（试剂检查，观察分析结果，编辑校正）-数据传递（打印报告，向检验管理系统传输，包括工作量统计、财务统计、病人情况追踪、质控分析等)。测定后保养。(三

21、)测定结果检查分析 1要了解和熟悉仪器的各种警示符号的含义与作用在正确设定参数的前提下，利用各种警示符能提高我们发现问题和解决问题的效率。2要熟悉和灵活运用仪器的相关操作屏(界面)如：用反应过程监测(Reaction Monitor)，观察反应时间进程曲线；用校准追踪(Calibration Trace)回顾分析校准曲线；利用统计(Statistics)了解不同日期段病人测定均值及数据分析；运用分析数据编辑(Data Edit)察看和校正测定数据。3校准的检查要充分利用仪器设置的功能，监测校准曲线图形、各校准点吸光度值(不能忽略试剂空白值及空白速率值)、计算K值等的波动情况，以及与以往的比较。

22、必要时，应进一步检查反应时间进程曲线。必须结合质控数据来把握实验条件。4病人结果的检查除了目测观察或用血清指数了解标本性状，注意和了解临床资料及诊断外，学会分析反应时间进程曲线及数据是重要的基本功。(一)终点法(End point method)根据反应达到平衡时反应产物的吸收光谱特征及其吸光度大小，对物质进行定量分析的方法。对一般化学反应来说，反应完全(或正、逆反应动态平衡)、反应产物稳定时为反应终点。对抗原一抗体反应来说，是抗原和抗体完全反应、形成最大且稳定的免疫复合物时为终点。在反应时间进程曲线上为与x轴平行线区段。在测定计算方式上，一般分为一点法和两点法两种。(一)终点法 1一点法(O

23、ne Point)以试剂和样品混合之前的空气空白(GB)、水空白(WB)或试剂空白(RB)的吸光度值为测定计算基点，以反应终点的吸光度读数减去空白读数，得到反应吸光度。通过与相同条件下校准液反应吸光度的比较，求得测定结果。常与一点校准法配合使用，即采用一个校准浓度，校准曲线通过零点且成线性。也应用多点校准。2两点终点法(Two Point End)即终点一始点法 以试剂和样品混合之后的某一时间点作为始点，以反应终点的吸光度读数减去始点读数。一定条件下可降低样品对反应或反应本身的特异性于扰(主要指色度干扰)。常采用双试剂，多以加R2前某一点作测定始点；某些情况下，也可以加R2后一点作测定始点。若

24、使用单试剂，主反应启动太快或仪器起始读数点受限时难以运用。固定时间法(Fixed Method)与两点终点法的区别只是在：测定读数的末点不在反应平衡区段，而是根据方法学选择。如血清肌酐(苦味酸法)测定。3三点终点法 即双终点法，在一个通道内一次进行两项反应相关的终点法测定。比如同测游离脂肪酸和甘油三酯。某些仪器(如HITACHI系列)设置此方法。(二)连续监测法(Continuous monitoring method)又称速率法(Rate Assay)。即连续监测反应过程，根据所测定的产物生成或底物消耗的速度进行定量分析的方法。在反应时间进程曲线上为反应呈恒速区段(斜率保持不变)，常用于酶活

25、性线性反应期测定。1连续监测法即零级反应速率法，亦称斜率法。在较长的反应时间区段内(至少90-120秒)，每隔一定时间(常为230秒)读取一次吸光度值，至少读取4点，得到3个A；一般将连续多次读数作最小二乘法处理，读数间隔时间太短的作带速率时间(TR)多点法处理，均取线性反应部分的读数，求出单位时间内的反应速率A/min。此法必须以零级反应为测定计算的基础，因为只有在零级反应下，单位时间内的吸光度变化(反应速率A/min)才与酶活力呈正比。此法相对减少了分析误差，大大提高了分析速度和准确性。但是，半自动生化分析仪采用单样品连续监测，相当耗时。应用连续监测法，首先应准备线性范围内的高、中、低浓度

26、的样品，分别作反应时间进程曲线，了解不同浓度下反应全过程，兼顾确定延迟时间和线性监测期。(二)连续监测法(Continuous monitoring method)2两点速率法即所谓拟一级速率法。在反应中选取两时问点t 1、t 2，读取吸光度A 1、A2，计算(A2-A1)，(t2-t1)=A，t。此方法与终点两点法的区别主要有两点：后一读数点反应未达终点，以速率计算结果。它与连续监测法比较，缺点在于人为确定t 1、t 2，不定因素较多，不能保证反应在t 1-t 2期间呈线性，影响结果准确性；应在常规测定前，先做预试验来确定线性时间段。若在选择的时间段内反应不成线性(如零级反应期短，仪器无法设

27、置或测定)，则只能改用终点法。优点在于方法简单；酶活力较低、测定吸光度值较小时，可增加测定时间段而不受仪器连续监测时间点的局限，减少读数误差。(二)连续监测法(Continuous monitoring method)3速率B法在一个通道内一次进行两项反应相关的速率法测定。它既可以是两项试验测定，也可用于干扰或及样品空白自动补偿0后一用途的原理是：利用仪器的微机自动处理，在第一反应(干扰反应)一直维持线性的前提下，可以从第二反应(主反应)速率中扣除第一反应速率的延续影响。如用于消除胆红素转化为胆绿素吸光度下降、对肌酐苦味酸法测定的负干扰等。某些仪器(如HITACHI系列)设置此方法。(三)空白

28、(blank)校正 在分光光度法中，常利用空白溶液来调节仪器的吸光度零点，或用来抵消某些测定的干扰因素。在生化分析仪测定中，除了采用双或多波长、两点法等排除背景干扰外，常要运用专门空白测定，以便从样品测定吸光度中扣除其影响。正确选择空白校正，对提高准确度起重要作用。1试剂空白一般在方法类型和校准模式中，即分为有或无试剂空白两大类。试剂空白单独测定或与校准配合测定，并需预选装载去离子水样品杯或试剂空白架。校准或病人样品的各测定点吸光度，均要扣除相应测定点的试剂空白吸光度或空白速率值。无试剂空白的方法，多直接以反应杯的水空白作为测定基准值。在不少仪器中，试剂空白测定类似校准测定，并非在病人样品测定时实时测定。所以，要注意它的测定频率，避免因试剂批号或质量的变化造成试剂空白的改变引起的计算误差。2.样品空白 主要为了消除样品本身混浊或色度的干扰。常采用空白通道法，测定校正结果=显色反应通道结果-空白通道结果。多数仪器须另外占用测定通道，分析速度减半，但去干扰的准确性应高于两点终点法。a.谢谢欣赏a.THANK YOU FOR WATCHING