محلل تلقائي

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

جهاز التحليل الآلي هو جهاز تحليل آلي يستخدم تقنية التدفق المعروفة باسم تحليل التدفق المستمر (CFA)، أو بشكل أدق تحليل التدفق المجزأ (SFA)، وقد طُوّر لأول مرة من قِبل شركة تكنيكون . اخترع الجهاز عام 1957 الدكتور ليونارد سكيجز، وقامت شركة تكنيكون التابعة لجاك وايتهيد بتسويقه. كانت التطبيقات الأولى للجهاز في التحليلات السريرية، ولكن سرعان ما ظهرت طرق استخدامه في التحليلات الصناعية والبيئية. يعتمد تصميم الجهاز على تجزئة تيار متدفق باستمرار باستخدام فقاعات الهواء.

مبدأ التشغيل

محلل آلي | تكنيكون

يُعدّ تحليل التدفق المستمر (CFA) مصطلحًا عامًا يشمل كلاً من تحليل التدفق المجزأ (SFA) وتحليل حقن التدفق (FIA). في تحليل التدفق المجزأ، يُقسّم تيار مستمر من المادة بواسطة فقاعات الهواء إلى أجزاء منفصلة تحدث فيها التفاعلات الكيميائية. يُجمع تيار مستمر من عينات السوائل والكواشف ويُنقل عبر أنابيب وملفات خلط. تنقل الأنابيب العينات من جهاز إلى آخر، حيث يؤدي كل جهاز وظائف مختلفة، مثل التقطير، والغسيل الكلوي، والاستخلاص، والتبادل الأيوني، والتسخين، والحضانة، ثم تسجيل الإشارة. من المبادئ الأساسية لتحليل التدفق المجزأ إدخال فقاعات الهواء. تُقسّم فقاعات الهواء كل عينة إلى حزم منفصلة، ​​وتعمل كحاجز بين الحزم لمنع التلوث المتبادل أثناء مرورها عبر الأنبوب الزجاجي. كما تُساعد فقاعات الهواء في الخلط من خلال إحداث تدفق مضطرب (تدفق بلعة)، وتُتيح للمشغلين فحصًا سريعًا وسهلاً لخصائص تدفق السائل. تُعامل العينات والمعايير بنفس الطريقة تمامًا أثناء مرورها عبر المسار السائل، مما يُلغي الحاجة إلى إشارة حالة مستقرة. مع ذلك، ونظرًا لأن وجود الفقاعات يُنتج شكل موجة مربعة تقريبًا، فإن الوصول إلى حالة الاستقرار لا يُقلل الإنتاجية بشكل ملحوظ (يُنتج محلل CFA من الجيل الثالث 90 عينة أو أكثر في الساعة في المتوسط)، وهو أمر مرغوب فيه لأن إشارات الحالة المستقرة (التوازن الكيميائي) تكون أكثر دقة وقابلية للتكرار. [ 1 ] يُتيح الوصول إلى حالة الاستقرار الوصول إلى أدنى حدود للكشف.

يتكون محلل التدفق المجزأ المستمر (SFA) من وحدات مختلفة تشمل جهاز أخذ العينات، ومضخة، وملفات خلط، ومعالجات اختيارية للعينات (مثل الغسيل الكلوي، والتقطير، والتسخين، وما إلى ذلك)، وكاشف، ومولد بيانات. تعتمد معظم أجهزة تحليل التدفق المستمر على تفاعلات اللون باستخدام مقياس ضوئي للتدفق، ومع ذلك، فقد طُوّرت أيضًا طرق تستخدم أقطابًا انتقائية للأيونات، وقياسات ضوئية باللهب، وقياسات البلازما المقترنة بالحث، وقياسات التألق، وما إلى ذلك.

محلل حقن التدفق

Flow injection analysis (FIA), was introduced in 1975 by Ruzicka and Hansen,[2] The first generation of FIA technology, termed flow injection (FI), was inspired by the AutoAnalyzer technique invented by Skeggs in early 1950s.[3][4] While Skeggs' AutoAnalyzer uses air segmentation to separate a flowing stream into numerous discrete segments to establish a long train of individual samples moving through a flow channel, FIA systems separate each sample from subsequent sample with a carrier reagent. While the AutoAnalyzer mixes sample homogeneously with reagents, in all FIA techniques sample and reagents are merged to form a concentration gradient that yields analysis results.

FIA methods can be used for both fast reactions as well as slow reactions. For slow reactions, a heater is often utilized. The reaction does not need to reach completion since all samples and standards are given the same period to react. For typical assays commonly measured with FIA (e.g., nitrite, nitrate, ammonia, phosphate) it is not uncommon to have a throughput of 60-120 samples per hour.

FIA methods are limited by the amount of time necessary to obtain a measurable signal since travel time through the tubing tends to broaden peaks to the point where samples can merge with each other. As a general rule, FIA methods should not be used if an adequate signal cannot be obtained within two minutes, and preferably less than one. Reactions that need longer reaction times should be segmented. However, considering the number of FIA publications and wide variety of uses of FIA for serial assays, the "one minute" time limitation does not seem to be a serious limitation for most real life assays. Yet, assays based on slow chemical reactions have to be carried either in stopped flow mode ( SIA) or by segmenting the flow.

OI Analytical, in its gas diffusion amperometric total cyanide method, uses a segmented flow injection analysis technique that allows reaction times of up to 10 minutes by flow injection analysis.[5]

Technicon experimented with FIA long before it was championed by Ruzicka and Hansen. Andres Ferrari reported that analysis was possible without bubbles if flow rates were increased and tubing diameters decreased.[6] In fact, Skegg's first attempts at the auto analyzer did not segment. Technicon chose to not pursue FIA because it increased reagent consumption and the cost of analysis.

طُوّر الجيل الثاني من تقنية تحليل الحقن المتدفق (FIA)، والذي يُسمى تحليل الحقن المتسلسل (SIA)، عام 1990 على يد روزيتشكا ومارشال، وخضع لمزيد من التطوير والتصغير على مدار العقد التالي. تعتمد هذه التقنية على برمجة التدفق بدلاً من نظام التدفق المستمر (كما هو الحال في تحليل التدفق المستمر CFA وFIA)، مما يسمح بتخصيص معدل التدفق واتجاهه وفقًا لاحتياجات كل خطوة من خطوات البروتوكول التحليلي. يتم خلط المواد المتفاعلة عن طريق عكس اتجاه التدفق، ويُجرى القياس بينما يتم إيقاف خليط التفاعل داخل الكاشف عن طريق إيقاف التدفق. تُجرى عملية الفصل الكروماتوغرافي المصغر على أعمدة دقيقة يتم تجديدها تلقائيًا بواسطة عمليات التلاعب الميكروفلويدية. لا ينتج عن عملية الضخ والقياس المنفصلة لأحجام العينات والكواشف الميكرولترية المستخدمة في تقنية SIA سوى نفايات لكل حقنة عينة. إن الحجم الهائل من الأدبيات المتعلقة بـ FI و SI يوثق تنوع FI و SI وفائدتهما في التحليلات الروتينية (في التربة والمياه والبيئة والكيمياء الحيوية والتكنولوجيا الحيوية) وقد أثبت إمكانية استخدامهما كأداة بحث متعددة الاستخدامات.

وحدة غسيل الكلى

في تطبيقات الاختبارات الطبية والعينات الصناعية ذات التركيزات العالية أو التي تحتوي على مواد متداخلة، غالبًا ما يتضمن الجهاز وحدة غسيل كلوي، حيث يمرّ المُحلَّل عبر غشاء غسيل كلوي إلى مسار تدفق منفصل لمتابعة التحليل. يكمن الغرض من وحدة الغسيل الكلوي في فصل المُحلَّل عن المواد المتداخلة، مثل البروتينات ، التي لا تمر جزيئاتها الكبيرة عبر غشاء الغسيل الكلوي، بل تُصرَّف إلى تيار نفايات منفصل. تعتمد الكواشف، وأحجام العينات والكواشف، ومعدلات التدفق، وغيرها من جوانب تحليل الجهاز، على نوع المُحلَّل المراد قياسه. كما أن جهاز التحليل الآلي صغير الحجم.

تسجيل النتائج

في السابق، كان جهاز تسجيل المخططات، وفي الآونة الأخيرة جهاز تسجيل البيانات أو جهاز الكمبيوتر الشخصي ، يسجلان خرج الكاشف كدالة للوقت بحيث يظهر خرج كل عينة على شكل ذروة يعتمد ارتفاعها على مستوى المادة المراد تحليلها في العينة.

التسويق التجاري

إعداد جهاز التحليل الآلي (1966)

باعت شركة تكنيكون أعمالها لشركة ريفلون في عام 1980 [ 7 ] والتي باعت الشركة لاحقًا لمشترين منفصلين في المجالين السريري (باير) والصناعي (بران + لوب - الآن سيل أناليتيكال) في عام 1987. في ذلك الوقت، شكلت التطبيقات الصناعية حوالي 20٪ من آلات CFA المباعة.

في عام 1974، أجرى روزيكا وهانسن تجارب أولية في الدنمارك والبرازيل على تقنية منافسة أطلقوا عليها اسم تحليل الحقن التدفقية (FIA). ومنذ ذلك الحين ، وجدت هذه التقنية استخدامًا عالميًا في الأبحاث والتطبيقات الروتينية، وتم تعديلها لاحقًا من خلال التصغير واستبدال التدفق المستمر بتدفق قابل للبرمجة يتم التحكم فيه بواسطة الحاسوب.

خلال ستينيات القرن العشرين، ترددت المختبرات الصناعية في استخدام جهاز التحليل الآلي. وجاء قبول الهيئات التنظيمية في نهاية المطاف بعد إثبات أن هذه التقنيات لا تختلف عن استخدام مطياف ضوئي تسجيلي مع إضافة الكواشف والعينات بالنسب الكيميائية نفسها المتبعة في الطرق اليدوية التقليدية. [ 8 ]

من أشهر أجهزة التحليل التدفقية المتسلسلة (CFA) من شركة تكنيكون: جهاز التحليل الآلي الثاني (AutoAnalyzer II) (الذي طُرح عام 1970)، وجهاز التحليل المتعدد التسلسلي (SMA، 1969)، وجهاز التحليل المتعدد التسلسلي المزود بحاسوب (SMAC، 1974). يُعد جهاز التحليل الآلي الثاني (AAII) الجهاز الذي استندت إليه معظم طرق وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) في كتابة مراجعها. وهو من الجيل الثاني لأجهزة تحليل التدفق المجزأ، ويستخدم أنابيب زجاجية بقطر داخلي 2 مليمتر، ويضخ الكواشف بمعدلات تدفق تتراوح بين 2 و3 ملليلترات في الدقيقة. ويبلغ معدل معالجة العينات النموذجي لجهاز AAII ما بين 30 و60 عينة في الساعة. [ 9 ] وقد طُرحت أجهزة تحليل التدفق المجزأ من الجيل الثالث في الأدبيات العلمية، [ 10 ] ولكن لم يتم تطويرها تجاريًا حتى طرحت شركة ألبكيم جهاز RFA 300 عام 1984. ويضخ جهاز RFA 300 الكواشف بمعدلات تدفق أقل من 1 ملليلتر في الدقيقة عبر ملفات خلط زجاجية بقطر داخلي 1 مليمتر. تصل إنتاجية جهاز تحليل التدفق الترددي (RFA) إلى 360 عينة في الساعة، لكنها في المتوسط ​​أقرب إلى 90 عينة في الساعة في معظم الاختبارات البيئية. في عام 1986، قدمت شركة تكنيكون (بران + لوب) نظامها الخاص بالتدفق الدقيق TRAACS-800. [ 11 ]

واصلت شركة Bran+Luebbe تصنيع جهاز AutoAnalyzer II وجهاز TRAACS، وهو محلل تدفق دقيق للعينات البيئية وغيرها، وقدمت جهاز AutoAnalyzer 3 في عام 1997 وجهاز QuAAtro في عام 2004. تم شراء أعمال Bran+Luebbe CFA بواسطة SEAL Analytical في عام 2006، وهي لا تزال تقوم بتصنيع وبيع ودعم أنظمة AutoAnalyzer II/3 وQuAAtro CFA، بالإضافة إلى أجهزة التحليل المنفصلة.

وهناك مصنعون آخرون لأجهزة تحليل التدفق المستمر.

شركة سكالار، التابعة لشركة سكالار أناليتيكال، التي تأسست عام 1965 ويقع مقرها الرئيسي في بريدا (هولندا)، هي شركة مستقلة مملوكة بالكامل لموظفيها منذ تأسيسها. وقد ساهم تطويرها لأجهزة التحليل الروبوتية، ومعدات قياس الكربون العضوي الكلي (TOC) والنيتروجين الكلي (TN)، وأجهزة المراقبة، في توسيع خطوط إنتاج أجهزة تحليل التدفق المستمر SAN++ طويلة العمر. كما تُعدّ حزم البرامج الخاصة باكتساب البيانات والتحكم في أجهزة التحليل منتجات داخلية، تعمل بأحدث متطلبات البرامج وتدعم جميع تركيبات أجهزة التحليل.

تأسست شركة أستوريا-باسيفيك إنترناشونال، على سبيل المثال، عام 1990 على يد ريموند بافيت، الذي كان يملك سابقًا شركة ألبكيم. تتخذ أستوريا-باسيفيك من كلاكاماس بولاية أوريغون الأمريكية مقرًا لها، وتصنع أنظمة التدفق الدقيق الخاصة بها. تشمل منتجاتها خطوط أجهزة تحليل أستوريا للتطبيقات البيئية والصناعية؛ وجهاز تحليل سبوت تشيك لفحص حديثي الولادة؛ وبرنامج FASPac (حزمة برامج تحليل التدفق) لجمع البيانات والتفاعل مع الحاسوب.

تقوم شركة FIAlab Instruments, Inc.، ومقرها سياتل، واشنطن، بتصنيع العديد من أنظمة التحليل أيضًا.

استحوذت مجموعة بيرستورب على شركة ألبكيم ، ثم استحوذت عليها لاحقًا شركة أو آي أناليتيكال في كوليدج ستيشن، تكساس. تُصنّع أو آي أناليتيكال جهاز تحليل التدفق المجزأ الوحيد الذي يستخدم أنابيب بوليمرية بدلًا من ملفات الخلط الزجاجية. كما تُعدّ أو آي الشركة المصنّعة الرئيسية الوحيدة للأجهزة التي تُقدّم خيارات تحليل التدفق المجزأ (SFA) وتحليل حقن التدفق (FIA) على نفس المنصة.

التحليل السريري

استُخدمت أجهزة التحليل الآلي بشكل أساسي في التحاليل المخبرية الطبية الروتينية المتكررة ، ولكن في السنوات الأخيرة، حلت محلها تدريجيًا أنظمة عمل منفصلة تسمح باستهلاك أقل للمواد الكيميائية. وتقوم هذه الأجهزة عادةً بتحديد مستويات الألبومين ، والفوسفاتاز القلوي ، وناقلة أمين الأسبارتات (AST) ، ونيتروجين يوريا الدم ، والبيليروبين ، والكالسيوم ، والكوليسترول ، والكرياتينين ، والجلوكوز ، والفوسفور غير العضوي ، والبروتينات ، وحمض اليوريك في مصل الدم أو عينات أخرى من الجسم. تُؤتمت أجهزة التحليل الآلي خطوات تحليل العينات المتكررة التي كان يقوم بها فني المختبر يدويًا ، وذلك في مثل هذه الفحوصات الطبية المذكورة سابقًا. وبهذه الطريقة، يُمكن لجهاز التحليل الآلي تحليل مئات العينات يوميًا بواسطة فني واحد. في البداية، كانت أجهزة التحليل الآلي تختبر عينات متعددة بالتتابع لكل مُحلل على حدة. أما في الطرازات الأحدث، مثل جهاز SMAC، فكانت تختبر مُحللات متعددة في العينات في وقت واحد.

في عام 1959، قدم هانز باروخ من شركة ريسيرش سبيشاليتيز نظامًا تنافسيًا للتحليل. عُرف هذا النظام باسم تحليل العينات المنفصلة، ​​وكان يُمثل بجهاز يُعرف باسم "الكيميائي الآلي". على مر السنين، حلت طريقة تحليل العينات المنفصلة تدريجيًا محل نظام التدفق المستمر في المختبرات السريرية. [ 12 ]

التحليل الصناعي

The first industrial applications - mainly for water, soil extracts and fertilizer - used the same hardware and techniques as clinical methods, but from the mid-1970s special techniques and modules were developed so that by 1990 it was possible to perform solvent extraction, distillation, on-line filtration and UV digestion in the continuously flowing stream. In 2005 about two thirds of systems sold worldwide were for water analysis of all kinds, ranging from sub-ppb levels of nutrients in seawater to much higher levels in waste water; other common applications are for soil, plant, tobacco, food, fertilizer and wine analysis.

Current Uses

AutoAnalyzers are still used for a few clinical applications such as neonatal screening or Anti-D, but the majority of instruments are now used for industrial and environmental work. Standardized methods have been published by the ASTM (ASTM International), the US Environmental Protection Agency (EPA) as well as the International Organization for Standardization (ISO) for environmental analytes such as nitrite, nitrate, ammonia, cyanide, and phenol. Autoanalyzers are also commonly used in soil testing laboratories, fertilizer analysis, process control, seawater analysis, air contaminants, and tobacco leaf analysis.

Method sheets

Technicon published method sheets for a wide range of analyses and a few of these are listed below. These methods and later methods are available from SEAL Analytical. Method lists for manufacturers instruments are readily available on their websites.

Sheet no.DeterminationSampleMain reagent(s)Colorimeter
N-1cUrea nitrogenSerum or urineDiacetyl monoxime520 nm
N-2bGlucoseSerumPotassium ferricyanide420 nm
N-3bKjeldahl nitrogenFoodstuffsPhenol & hypochlorite630 nm
P-3bPhosphateBoiler waterMolybdate650 nm

Notes

  1. ↑Coakly, William A., Handbook of Automated Analysis, Mercel Dekker, 1981 p 61
  2. ↑J., Rulika; Hansen, E. H. (1975). "Flow injection analyses: I. New concept of fast continuous-flow analysis". Anal. Chim. Acta. 78: 145–157. doi:10.1016/S0003-2670(01)84761-9.
  3. ↑"Technicon AutoAnalyzer Sampler Unit". Chemical Heritage Foundation. Archived from the original on 5 January 2016. Retrieved 7 December 2015.
  4. ↑Rocco, Richard M., ed. (2006). Landmark papers in clinical chemistry (1st ed.). Amsterdam: Elsevier. ISBN 978-0-444-51950-4تم الاطلاع عليه بتاريخ 7 ديسمبر 2015 .
  5. ↑ "نسخة مؤرشفة" . مؤرشفة من الأصل في 30 أكتوبر 2007. تم الاطلاع عليها في 2 أغسطس 2008 .{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title ( link )
  6. ↑ (ندوات تكنيكون، 1967، المجلد الأول)
  7. ↑ معهد وايتهيد – إحراز تقدم سريري. مؤرشف بتاريخ 26 يونيو 2010 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine) .
  8. ↑ كوكلي، ويليام أ.، دليل التحليل الآلي ، مارسيل ديكر، 1981
  9. ↑ إيوينغ، جالين وود، دليل الأجهزة التحليلية، الطبعة الثانية ، ص 152
  10. ↑ سي جيه باتون، دكتوراه. أطروحة دكتوراه، جامعة ولاية ميشيغان (1982)
  11. ↑ إيوينغ، جالين وود، دليل الأجهزة التحليلية، الطبعة الثانية ، ص 153
  12. ↑ روزنفيلد، لويس. أربعة قرون من الكيمياء السريرية. دار نشر جوردون وبريتش للعلوم، 1999. ISBN 90-5699-645-2الصفحات 490-492
  • مقال جامعة ولاية نيو مكسيكو