生化分析儀的優缺點（生化分析儀發展）

2023-04-27 23:55:41 2

#頭號有新人#

生命科學這個領域在21世紀已經成為全球熱門和重點關注對象，隨著該領域的關注度變高，研究該領域所需要的生物化學儀器也備受關注。作為一個經常使用生化儀器的大學生，本人通過在網絡上搜索和查閱部分文獻的方式重點研究了生化分析儀的發展歷程。

生化分析儀又常被稱為生化儀，是採用光電比色原理來測量體液中某種特定化學成分的儀器。由於其測量速度快、準確性高、消耗試劑量小，現已在各級醫院、防疫站、計劃生育服務站得到廣泛使用。配合使用可大大提高常規生化檢驗的效率及收益。生化分析儀用於檢測、分析生命化學物質的儀器，給臨床上對疾病的診斷、治療和預後及健康狀態提供信息依據。

分光光度計，又稱光譜儀(spectrometer)，是將成分複雜的光，分解為光譜線的科學儀器。測量範圍一般包括波長範圍為380~780 nm的可見光區和波長範圍為200～380 nm的紫外光區。不同的光源都有其特有的發射光譜,因此可採用不同的發光體作為儀器的光源。鎢燈的發射光譜：鎢燈光源所發出的380～780nm波長的光譜光通過三稜鏡折射後，可得到由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫組成的連續色譜；該色譜可作為可見光分光光度計的光源。

分光光度計分類：原子吸收分光光度計、螢光分光光度計、可見分光光度計、紅外分光光度計、紫外可見分光光度計。不同的分類有不同的應用領域

原子吸收光譜儀又稱原子吸收分光光度計，根據物質基態原子蒸汽對特徵輻射吸收的作用來進行金屬元素分析。它能夠靈敏可靠地測定微量或痕量元素。

1860年克希霍夫和本生根據鈉發射線和夫勞霍弗暗線的光譜中的位置相同這一事實，證明太陽連續光譜中的暗線D線，是太陽外圍大氣圈中的Na原子對太陽光譜在Na輻射吸收的結果；並進一步闡明了吸收與發射的關係——氣態的原子能發射某些特徵譜線，也能吸收同樣波長的這些譜線。這是歷史上用原子吸收光譜進行定性分析的第一例證。

1916年帕邢首先研製成功空心陰極燈，可作為原子吸收分析用光源。1954年澳大利亞墨爾本物理研究所在展覽會上展出世界上第一臺原子吸收分光光度計。空心陰極燈的使用，使原子吸收分光光度計商品儀器得到了發展。

原子吸收分光光度法應用也有一定的局限性，即每種待測元素都要有一個能發射特定波長譜線的光源。原子吸收分析中，首先要使待測元素呈原子狀態，而原子化往往是將溶液噴霧到火焰中去實現，這就存在理化方面的幹擾，使對難溶元素的測定靈敏度還不夠理想，因此實際效果理想的元素僅30餘個；由於儀器使用中，需用乙炔、氫氣、氬氣、氧化亞氮（俗稱笑氣）等，操作中必須注意安全。

螢光分光光度計是用於掃描液相螢光標記物所發出的螢光光譜的一種儀器。其能提供包括激發光譜、發射光譜以及螢光強度、量子產率、螢光壽命、螢光偏振等許多物理參數，從各個角度反映了分子的成鍵和結構情況。通過對這些參數的測定，不但可以做一般的定量分析，而且還可以推斷分子在各種環境下的構象變化，從而闡明分子結構與功能之間的關係。

螢光現象最早被西班牙內科醫生、植物學家Nicolas Monardes在1575年發現並記錄下來。直到1852年，Stokes用自製的分光計觀察到螢光波長比激發波長稍長，確定了有些物質在吸收光能後重新發射出不同波長的光，從而提出了「螢光」這一術語，並指出螢光是光發射現象，而不是光的漫射所引起的。此後，對螢光現象的研究和解釋日益增多，螢光分析法也逐漸發展成為一種重要的分析測試手段。螢光分析方法的發展與螢光儀的發展密切相關。然而，螢光儀的發展僅有幾十年的歷史。1928年Jette和West，共同研製了世界上第一臺光電螢光計。1948年，Studer推出了第一臺自動光譜校正裝置，直至1952年才出現商品化的校正光譜儀器。

螢光分光光度計並不是理想化的儀器，由於激發光源、單色器、檢測器等儀器組件存在明顯的光譜特性，一般螢光分光光度計所測得的譜圖均為表觀光譜 (未校正過的光譜)，並不是真實的螢光光譜。在常規的定量測定中，得到的光譜是表觀光譜並不會影響測試結果。但也有一些情況下，必須要求採用真實的螢光光譜，比如測量螢光量子產率時，進行積分的光譜必須是經過校正後的真實光譜。

可見分光光度計是一種結構簡潔、使用方便的單光束分光光度計，基於樣品對單色光的選擇吸收特性可用於對樣品進行定性和定量分析。其定量分析根據相對測量原理工作，即選定樣品的溶劑(或空氣 )作為標準試樣，設定其透射比為100%，被測樣品的透射比則相對於標準試樣(或空氣)而得到。

廣泛應用於醫藥衛生、臨床檢測、生物化學、石油化工、環保監測、食品生產和質量控制等部門作定性、定量分析，還可作為高校和中學相關課程的教學演示和實驗儀器。

紅外分光光度計是一種用稜鏡或光柵進行分光的紅外光譜儀。由光源發出的紅外線分成完全對稱的兩束光：參考光束與樣品光束。它們經半圓型調製鏡調製，交替地進入單色儀的狹縫，通過稜鏡或光柵分光後由熱電偶檢測兩束光的強度差。當樣品光束的光路中沒有樣品吸收時，熱電偶不輸出信號。一旦放入測試樣品，樣品吸收紅外光，兩束光有強度差產生，熱電偶便有約10Hz的信號輸出，經過放大後輸至電機，調節參考光束光路上的光楔，使兩束光的強度重新達到平衡，由筆的記錄位置直接指出了某一波長的樣品透射率，波數的連續變化就自動記錄了樣品的紅外吸收光譜或透射光譜。

紅外光譜儀的研製可追溯的20世紀初期。1908年Coblentz製備和應用了用氯化鈉晶體為稜鏡的紅外光譜議；1910年Wood和Trowbridge研製了小階梯光柵紅外光譜議；1918年Sleator和Randall研製出高分辨儀器。20世紀40年代開始研究雙光束紅外光譜議。1950年由美國PE公司開始商業化生產名為Perkin-Elmer21的雙光束紅外光譜議（圖1.2）。與單光束光譜儀相比，雙光束紅外光譜議不需要由經過專門訓練的光譜學家進行操作，能夠很快的得到光譜圖。因此Perkin-Elmer21很快在美國暢銷。Perkin-Elmer21的問世大大的促進了紅外光譜儀的普及。

紫外分光光度計就是根據物質的吸收光譜研究物質的成分、結構和物質間相互作用的有效手段。許多有機化合物在紫外區具有特徵的吸收光譜，因此可用紫外分光光度法對有機物質進行定性鑑定、結構分析及定量測定。紫外分光光度法使用基於朗伯-比耳定律。

1852年，比爾參考了布給爾1729年和朗伯在1760年所發表的文章，提出了分光光度的基本定律，即液層厚度相等時，顏色的強度與呈色溶液的濃度成比例，從而奠定了分光光度法的理論基礎，這就是著名的朗伯比爾定律。1854年，杜包斯克和奈斯勒等人將此理論應用於定量分析化學領域，並且設計了第一臺比色計。到1918年，美國國家標準局製成了第一臺紫外可見分光光度計。此後，紫外可見分光光度計經不斷改進，又出現自動記錄、自動列印、數字顯示、微機控制等各種類型的儀器，使光度法的靈敏度和準確度也不斷 提高，其應用範圍也不斷擴大。 紫外可見分光光度法從問世以來，在應用方面有了很大的發展，尤其是在相關學科發展的基礎上，促使分光光度計儀器的不斷創新，功能更加齊全，使得光度法的應用更拓寬了範圍。

半自動分析儀指在分析過程中的部分操作（如加樣、保溫、吸入比色、結果記錄等某一步驟）需要手工完成，而另一部分操作 則可由儀器自動完成。這類儀器的特點是體積小，結構簡單，靈活性大，即可分開單獨使用，又可與其他儀器配合使用，價格便宜。

20世紀50年代經Skeggs提出設計方案而產生。當時儀器命名為自動分析儀 (auto analyzer)，是臺單通道、連續流動式分析儀，只能以光密度值形式報告結果。1964年，skeggs又報導了能同時測定多個項目的自動化分析儀。70年代中期隨著計算機技術的迅猛發展.大大加快了自動生化分析儀的進程。由電子計算機控制，分析速度每小時可達一百多項 (Tests)，同時檢測多個項目的多通道連續流動式以及離心式自動化分析儀在不斷問世。

全自動生化分析儀，從加樣至出結果的全過程完全由儀器自動完成。操作者只需把樣品放在分析儀的特定位置上，選用程序開動儀器即可等取檢驗報告。

二十世紀80年代末開放的、分立式為主的自動生化分析儀遍及全球。它以其結構簡化、操作方便、準確度高、精密度高、檢測速度快等優點贏得廣大用戶的信賴 。近年來臨床實驗室在自動生化分析儀上發生了新的變化,模塊組合式自動生化分析儀將成為實驗室主流。幹化學技術、蛋白晶片和生物晶片技術也以逐步被應用到臨床檢驗中來。

自動生化分析器有多種分類方法，最常用的是按其反應裝置的結構進行分類。按此法可將自動生化分析器分為流動式和分立式兩大類。所謂流動式自動生化分析器是指測定項目相同的各待測樣品與試劑混合後的化學反應在同一管道流動的過程中完成。這是第一代自動生化分析器。過去說得多少通道的生化分析儀指的就是這一類。存在較嚴重的交叉汙染，結果不太準確，現已淘汰。分立式自動生化分析器與流動式的主要差別是每個待測樣品與試劑混合間的化學反應都是分別在各自的反應皿中完成的，不易出現交叉汙染，結果可靠。

自動生化分析儀以其高技術含量、高準確性、高精密度、高靈活性、高工作效率為特點，已成為現代臨床檢驗科必不可少的設備之一。擔負著越來越繁重的常規檢驗工作。臨床檢驗經歷手工操作、半自動分析和全自動分析過程，科學技術的飛速發展，使得自動化分析類型不斷更新，功能不斷完蓋，檢測速度不斷提高。實驗室的工作正以自動化、標準化、系統化、一體化和網絡化為特點加速全實驗室自動化的進程。

回顧生化分析儀的發展歷史，由十九世紀的西方科學家提出了分光光度的基本定律開始算起，生化分析儀器的發展已經逐漸成熟，但仍有部分研究領域所需的生化儀器還未完善。而且在查閱資料的時候發現，我國自主的生物儀器技術仍不算發達，但隨著新的政策的出臺，該領域已經逐漸出現中國的身影，希望在不久的將來，我國可以位於該領域的前列並引領研發和生產下一代的生化儀器。