Обладнання клінічних лабораторій
Клінічні лабораторії, розташовані в будівлях поліклінік і оснащені за останнім словом техніки з високим рівнем професіоналізму, що робить можливим початкове обстеження і подальше спостереження пацієнтів з будь-якими захворюваннями. У клінічній лабораторії проводяться всі можливі варіанти аналізів призначені лікарем, у зв’язку з хворобою і в повній відповідності з побажаннями пацієнта. При необхідності, повне обстеження може бути вироблено з максимальною швидкістю і без втрати якостей всього за пару годин.
Після проходження аналізів, прямо в лабораторії пацієнт може отримати короткий опис стану та консультацію за методами подальшого лікування або профілактики.
У клінічній лабораторії налічується кілька головних напрямків обстежень: біохімія; коагулологія; бактеріологія; гематологія; загальні дослідження; гормонологія; ІПСШ (інфекції передаються статевим шляхом).
Біохімія
Це напрям займається дослідженням речовин органічного і не органічного походження, протіканням біохімічних процесів в рідинах людського організму та їх патологій.
Гематологія
Гематологія займається дослідженням крові, клітин та їх патологій. До гематології мають відношення і загальні дослідження – розгляд стану клітин в біологічних рідинах організму та їх патологій. У клінічній лабораторії проводиться загальний аналіз стану крові. За результатами визначають кількість у крові еритроцитів, тромбоцитів, ретикулоцитів. Встановлюють лейкоцитарну формулу. З’ясовують рівень електролітів у крові. У лабораторних умовах кожен показник може бути виявлений і розглянуто окремо.
Коагулологія
Займається процесами згортання і їх патологічними порушеннями. Для аналізу згортання розглядають складові системи гемостазу.
Необхідними в такому випадку є такі процедури: електрокоагулограмма; гемокоагулограмма; визначення часу згортання крові; фібриноген; протромбін.
Бактеріологія
Дана галузь займається вивченням бактерій в біологічних рідинах людини. Клінічна лабораторія проводить тести на мікрофлору біологічних рідин: кров, сеча, грудне молоко, сперма. При дослідженні мікрофлори стає можливим виявити мікроорганізми, що викликають патогенні впливу на організм, визначити їх у кількісному еквіваленті.
Гормонологія
Включає в себе діагностику всіх типів гормонів і пухлинних маркерів.
Клінічна лабораторія проводить оцінку діяльності щитовидної залози. Для постановки діагнозу захворювання, проводять визначення тіреодних панелі.
Клінічна лабораторія дає можливість обстеження пацієнтів з проблемою безпліддя і репродуктивної функції організму.
Серологія та діагностика ІПСШ
У клінічній лабораторії можливе виявлення ІПСШ – інфекцій що передаються статевим шляхом. Найпоширеніші з них – хламідіоз, герпес другого типу, гонорея, кандидоз, сифіліс, мікоплазмоз.
1. Спектрофотометрія
Спектрофотометрія – метод дослідження і аналізу речовин, заснований на вимірюванні спектрів поглинання в оптичній області електромагнітного випромінювання. Даний метод є основою багатьох приладів, що використовуються в клінічній лабораторії.
Основна залежність, яка вивчалася в спектрофотометрії – залежність інтенсивності поглинання падаючого світла від довжини хвилі.
Основний принцип спектрофотометричного вимірювання полягає в наступному: якщо розглядати належним чином обрану і досить вузьку смугу електромагнітного спектра, то поглинаючі властивості аналізованого речовини можна використовувати для визначення його концентрації. У переважній більшості випадків ці речовини в тому вигляді, про який вони в нормі присутні в отриманих від пацієнтів зразках (наприклад, в сироватці крові, в сечі, або в спинномозковій рідини), не мають необхідних характеристик поглинання електромагнітної енергії. У подібних випадках у зразки додаються peaгенти, що викликають протікання хімічної реакції. Ця реакція дасть продукт, який вже має необхідні характеристики. Далі продукти реакції поміщують в кювету для аналізу. Процедури калібрування приладу забезпечують облік можливої різниці між концентрацією продукту реакції і вихідною кількістю аналізованої речовини.
Інтерференція світлових хвиль
Інтерференція – додавання в просторі двох (або кількох) хвиль, при якому в різних його точках виходить посилення або ослаблення амплітуди результуючої хвилі.
Стійку інтерференційну картину дають тільки когерентні хвилі.
Когерентні хвилі – це хвилі, що мають однакові частоти, постійну різницю фаз, а коливання відбуваються в одній площині.
Дифракція на відбиваючій дифракційній решітці
Майже у всіх спектральних дослідженнях використовується дифракція при відбитті. Дію відбиваючої решітки можна легко зрозуміти, розглянувши інтерференцію деяких плоских хвиль, які були відбиті на гранях штрихів решітки.
Закон Бугера – Ламберта – Бера
При проходженні випромінювання через розчин світло-поглинаючої речовини потік випромінювання послаблюється тим сильніше, чим більше енергії поглинають частки даної речовини. Пониження інтенсивності залежить від концентрації поглинаючої речовини і довжини шляху, прохідного потоком. Ця залежність виражається законом Бугера – Ламберта – Бера.
Відношення інтенсивності падаючого і вихідного потоків світла називають пропусканням або коефіцієнтом пропускання:
де – інтенсивність падаючого світла, – інтенсивність потоку світла, що пройшов через розчин.
Пропускання виражають в процентах. Для абсолютно прозорих розчинів , для абсолютно непрозорих . Взятий з оберненим знаком логарифм називають оптичною щільністю :
Спектрофотометр
Спектрофотометр призначений для вимірювання коефіцієнта пропускання і оптичної щільності рідин (у тому числі біологічних) з метою визначення концентрації розчинених у них компонентів, а також вимірювання коефіцієнта пропускання і оптичної щільності твердих і рідких проб різного походження. Застосовується в еколого-аналітичних та санітарно-епідеміологічних лабораторіях медичних установ, а також хімічних, оптичних, біологічних лабораторіях промислових підприємств, наукових та навчальних інститутів.
Спектрометр складається з чотирьох основних частин:
1. Галогенної або дейтерієвої лампи як джерела світла.
2. Монохроматора для відділення необхідної довжини хвилі і видалення небажаного опромінення другого порядку.
3. Кюветне відділення для поміщення досліджуваного взірця.
4. Детектор для реєстрації пропущеного світла і його перетворення в електричний сигнал та відображення на екрані.
Джерела випромінювання. Водневі або дейтерієві газорозрядні лампи використовуються для одержання енергетичного потоку в діапазоні 200-360 нм. лампи розжарювання з вольфрамовою ниткою використовуються в діапазоні 360-800 нм. Як водневі, так і дейтерієві лампи мають безперервний спектр випромінювання, але проблема у використанні цих джерел полягає в тому. що 90% випромінюваної енергії припадає на інфрачервоний діапазон. Інтенсивність використовувати у видимому та ультрафіолетовому діапазонах можна збільшити, якщо не користуватися лампи під напругою, що перевищує номінальне значення, але такий підхід суттєво скорочує термін служби лампи Інша проблема, пов’язана з використанням вольфрамових ламп, полягає в тому, що в процесі роботи вольфрам поступово випаровується з нитки розжарювання і конденсується на скляній колбі лампи Цей шар, який зазвичай осідає нерівномірно, змінює спектральні характеристики лампи, що може призвести до помилок у вимірах.
Монохроматори – це пристрої, в яких використовуються призми і дифракційні решітки. Вони видають дуже вузьку смугу частот з регульованим значенням центральної (номінальної) частоти. Основним принципом роботи цих пристроїв є просторове розкладання вхідного світлового пучка залежно від довжини хвилі. Далі використовується механічне пристосування, що дозволяє світлу в необхідній смузі частот проходити через щілину.
Призми виготовляються зі скла або кварцу. Кварцові призми необхідні при роботі на довжинах хвиль коротше 350 нм. Система лінз направляє світловий пучок від джерела на вхідну щілину. Призма відхиляє світловий промінь на кут, який є функцією довжини хвилі. Світло з найбільш короткою довжиною хвилі (ультрафіолет) відхиляється найсильніше. Таким чином виходить вихідний пучок, в якому необхідна смуга частот може бути виділена за допомогою непрозорого екрану з вузькою щілиною, встановленого на шляху випромінювання. Спектр довжин хвиль для пучка, що пройшов через щілину, має номінальну трикутну форму. Для призм, як і для фільтрів, частота (довжина хвилі), на якій спостерігається максимум пропускання, називається номінальною (центральною) частотою (довжиною хвилі). За допомогою пристроїв даного типу можна отримати ширину смуги в 0.5 нм. Призми використовуються в діапазоні довжин хвиль 220-950 нм. Нелінійний характер просторового розподілу енергетичного потоку, породжуваного призмою, вимагає досить складних механічних пристроїв для керування положенням щілини при виборі різних номіналів довжини хвилі.
Дифракційні решітки робляться шляхом нанесення великої кількості близько розташованих паралельних ліній на скло або метал. Дифракційна решітка використовує явище відхилення світлових променів на гострих кутах (дифракція). Ступінь відхилення є функцією довжини хвилі. Це призводить до розкладу світла в спектр на кожній лінії. У міру руху і взаємодії цих хвильових фронтів спостерігається їх взаємне посилення або придушення (інтерференція). Просторовий дозвіл світлового пучка по довжинах хвиль, отриманий за допомогою дифракційної решітки, має лінійний характер – на відміну від призми, для якої із збільшенням довжини хвилі просторовий дозвіл зменшується. Як і для призми, при виборі необхідної смуги частот використовується щілина. Механіка пристрою, керуючого становищем щілини, менш складна, ніж у випадку призового монохроматора, внаслідок лінійності просторового дозволу по довжині хвилі. Дифракційні решітки можуть видавати ширину смуги до 0.5 нм і використовуються в діапазоні довжин хвиль 200 – 800 нм.
Кювета. Кювета містить аналізовану речовину. Її оптичні властивості повинні бути такі, щоб вона не вносила істотних викривлень у спектральні характеристики світла, що через неї проходить. Ретельність і, відповідно, вартість її виготовлення залежать від запланованого рівня загальної точності та надійності спектрофотометра.
Зразок. «Зразок» (у більшості випадків так називають речовину, утворену в результаті взаємодії вихідного біологічного зразка з відповідними реактивами) селективно поглинає світло відповідно до законів Ламберта, Бугера. Бунзена, Роско і Бера.
2. Полум’яні фотометри
Полум’яна фотометрія є одним з варіантів емісійного спектрального аналізу і заснована на вимірюванні інтенсивності світла, випромінюваного порушеними частками (атомами або молекулами) при введенні речовини в полум’я пальника.
Полум’яні фотометри використовуються для визначення концентрацій лужних, лужноземельних металів в розчинах, питних, мінеральних, стічних водах, винах, напитках, біологічних речовинах, фармпрепаратах. Прилад широко використовується у медичних, біологічних та навчальних лабораторіях.
Полум’яні фотометри мають три важливі відмінності від приладу, обговореного вище. По-перше, функції джерела енергії та пристрою, що містить зразок, поміщений в полум’я. По-друге, у більшості програм полум’яної фотометрії метою є вимірювання випромінювання світла зразком, а не поглинання ним світла, хоча ми і будемо також обговорювати полум’яні фотометри атомно-абсорбційного типу. По-третє, вогняні фотометри можуть визначати тільки концентрації чистих металів.
При звичайному рівні потужності, використовуваному в полум’яних фотометрах, тільки близько 1% атомів переходить в збуджений стан. Крім того, лише деякі елементи видають достатню потужність випромінювання на одній довжині хвилі при переходах з високоенергетичних на низькоенергетичні орбіталі. Ці два фактори обмежують застосування атомно-емісійної полум’яної фотометрії визначенням, в основному, іонів , та . Розроблено прилади, які можуть здійснювати визначення інших елементів, таких як але для них потрібна значно складніша оптична схема.
Простий полум’яний фотометр складається з наступних основних компонентів:
1. Полум’я, яке може підтримуватися в постійному вигляді і при постійній температурі: – “Пальник”.
2. Засоби транспортування гомогенного розчину в полум’я з постійною швидкістю: – “Розпилювач* і камера змішувача”.
3. Засіб ізоляції світла з довжиною хвилі, що вимірюється від сторонніх викидів: – “Прості кольорові фільтри” (тип перешкоди).
4. Засіб вимірювання інтенсивності випромінювання полум’я: – “Фото Детектор”.
Проста оптична схема, що включає тільки фільтр і лінзу, фокусуючи відфільтрований світловий промінь на детекторі, зазвичай використовується при визначенні та . Для інших вимірів потрібна більш складна оптична схема, що включає монохроматор.
Зразок разом з розчинником подається в розпилювач, що перетворює рідину в тонко дисперсний аерозоль, який вводиться в полум’я. У полум’яних фотометрах використовується кілька типів палива. В даний час зазвичай використовується суміш пропану або природного газу зі стисненим повітрям. Розчинник випаровується в полум’ї, залишаючи мікроскопічні частинки зразка. Ці частинки розпадаються на атоми. Як вже було відмічено, лише невелика частина цих атомів переходить в збуджений стан. Коли атоми повертаються в основний стан, вони випускають енергію у вигляді електромагнітних хвиль на характеристичних частотах.
3. Флуориметрія
Флуориметрія – метод фотометричного аналізу, заснований на вимірюванні інтенсивності вторинного випромінювання, що виникає в результаті взаємодії променевої енергії з визначальною речовиною. Одним із завдань люмінесцентного аналізу є визначення хімічного складу і структури речовин на підставі результатів вивчення їх люмінесцентних характеристик.
Фізичний ефект флуоресценції полягає в тому, що молекула досліджуваної речовини поглинає квант світла збудження і при цьому переходить у новий, енергетично більш багатий стан, через деякий мікропроміжок часу вона випромінює надлишкову енергію у вигляді кванта світла флуоресценції (емісії).
Флуориметр
Використовується при виконанні фотометричного, флуориметричного і хемілюмінесцентного методу вимірювання масової концентрації органічних і неорганічних речовин, а також аналізу фармацевтичних препаратів.
В основі флуометричних вимірювань лежить той факт, що деякі молекули випромінюють світло характеристичного спектру (спектр випускання) негайно після поглинання ними електромагнітної енергії і переходу в збуджений стан (явище флуоресценції). Ступінь, до якої молекули збуджуються, залежить від амплітуди і довжини хвилі променевої енергії в спектрі збудження. У цьому процесі невелика частина енергії втрачається, що призводить до того, що спектр випускання в цілому лежить у більш довгохвильовій області, ніж спектр збудження.
Кожен флуориметр або спектро-флуориметр містить три основні блоки:
1) Джерело світла для порушення флуоресценції зразка.
2) Тримач зразка (Кювета).
3) Детектор для спостереження або вимірювання флуоресценції.
Під флуориметром різної чутливості використовуються різноманітні джерела випромінювання, хвильові селектори та реєструючі схеми. В якості джерела випромінювання зазвичай використовуються ртутні дугові лампи. Вони видають лінійчатий спектр з максимумами на 365, 405, 436 і 546 нм. В якості детекторів зазвичай використовуються фотопомножувачі. Унікальною властивістю цих пристроїв є необхідність вибору робочої смуги частот для двох спектрів – збудження і випускання.
Однією з переваг флуориметрії є більш висока чутливість, яка може на чотири порядки перевищувати чутливість фотометричних методів. Це відбувається тому, що в фотометричних методах для визначення невідомої концентрації аналізованого речовини в зразку вимірюється різниця в поглинанні між розчином, що містить нульову концентрацію аналізованим речовини (% Т = 100) і аналізованих зразком. У випадку сильно розбавлених зразків (для яких, наприклад, % Т = 98), невеликі відхилення в процесі вимірювання можуть привести до великих відносних помилок в результатах вимірювання. У випадку флуориметрії, навпаки, здійснюється пряме вимірювання флуоресценції зразка для визначення невідомої концентрації міститься в ньому аналізованого речовини.
Фотоелектронний помножувач (ФЕП), електровакуумний прилад, в якому потік електронів, що емітується фотокатодом під дією оптичного випромінювання (фотострум), посилюється в результаті вторинної електронної емісії; струм в ланцюзі анода (колектора вторинних електронів) значно перевищує первинний фотострум. Пристрій використовується для виявлення дуже слабких сигналів.
Принцип дії цих детекторів полягає в множенні електронів, випущених фотокатодом під дією потоку фотонів.
ФЕП отримує світло через скляне або кварцове вікно, покрите фоточутливою поверхнею – фотокатодом, який випускає електрони, а вони в свою чергу множаться в спеціальних електродах (відомих як діоди). Наприкінці діодного ланцюжка знаходиться анод або збірний електрод. Як правило, струм, що йде через анод пропорційний фотострумів, що генерується фотокатодом.
Такі характеристики фотоелектронні помножувача як спектральна чутливість, квантова ефективність, чутливість, темновий струм, визначаються структурою фотокатода. Кращі фотокатоди, працюють у видимій області світла, мають квантову ефективність менше 30%. Це означає, що 70% фотонів, що потрапляють на фотокатод, не виробляють фотоелектронів, тобто не детектуються. Товщина фотокатода є важливим параметром, за яким необхідно стежити, що б відгук від поглинених фотонів був коректним. Якщо фотокатод буде товстим, то більше фотонів поглинеться при меншій кількості емітованих електронів, а якщо фотокатод буде дуже тонким, то занадто багато фотонів пролетить крізь нього без поглинання. У цій статті показаний фотоелектронний помножувач з непрозорим і досить товстим фотокатодом. Фотоелектрони витягуються з передньої частини фотокатода і прямують до діодами.
4. Гематологія
Клінічний аналіз крові – лікарський аналіз, дозволяючий оцінити ступінь гемоглобіну в системі червоної крові, кількість еретроцитів, лейкоцитів, тромбоцитів, кількість гемоглобіну в одному еретроциті, а також швидкість осідання еритроцитів.
Основним показником формених елементів крові є число елементів кожного типу в мікролітрі (мкл) крові. Нормальний діапазон змісту ЕРЦ для дорослого чоловіка становить 4.6-6.2 х 107 мкл, а для дорослої жінки 4.2-5.4 х 106 / мкл. Нормальні діапазони вмісту ЛКЦ і тромбоцитів для чоловіків і жінок однакові. Нормальний діапазон змісту ЛКЦ становить 4500-11000/мкл, а нормальний діапазон вмісту тромбоцитів дорівнює 15000-40000/мкл. Гематокріт (ГМК) – це відношення всіх форменних елементів крові до сумарного об’єму взірця крові. Гематокрит виражається у відсотках, і його нормальний діапазон для дорослої людини складає 40-54%, а для дорослої жінки 35-47%. Гемоглобін (Hb) є коньюгованим білком, що знаходиться в середині ЕРЦ. Цей білок транспортує основну частину О2, і частина СО2, які переносяться кров’ю. Його вміст виражається в грамах на децилітр. Нормальний діапазон для дорослого чоловіка становить 13.5-18 г / дл, а для дорослої жінки цей діапазон дорівнює 12-16 г / дл.
Іншою групою вимірів проводиться знаходження середнього об’єму клітин (СОК) в кубічних мікронах, середню кількість гемоглобіну в еритроциті (ССГ) в процентах та середня кількість гемоглобіну в (СКГ) в процентах.
Гематологічні аналізатори
Гематологічні аналізатори застосовуються для діагностики хвороб, як кровотворної системи, так і всього організму людини, і призначені для моніторингу аналізів в клініко-діагностичних лабораторіях. Прикладами таких аналізаторів є Cobas Micros, Hemocomp-10, Hemoscrin.
Самим сучасним і найбільш широко поширено використовується є гемаметр Колтера (Coulter STKS).
Аналізованим зразком для цього приладу є кров з додаванням антикоагулянту, елілендіамінтетраацетата (ЕДТА). Антикоагулянтами називаються речовини, які перешкоджають нормальному згортанню крові. Вони також запобігають злипання формених елементів крові, яка може завадити їх правильному підрахунку. ЕДТА виконує цю функцію шляхом зв’язування з крові іонів кальцію. Початковим етапом процедури аналізу є автоматичний відбір точно відміреної порції зразка. Далі зразок розбавляється щодо 1:224 розчином, близьким за характеристиками до плазмі крові, у пристрої як Розріджувач 1. Потім розбавлений зразок ділиться на частини, одна частина направляється в камеру змішування і лізису, а інша – в Розріджувач 2.
Призначення камери змішування і лізису – підготувати зразок до виміру вмісту гемоглобіну і ЛКЦ. Лізуючий агент викликає руйнування мембран ЕРЦ і вивільнення в розчин гемоглобіну, що міститься в них. ЛКЦ цим фактором не лізуються. Додавання розчину лікуючого агента збільшує ступінь розведення зразка до 1.250. У ньому також присутній ще один реагент, розчин Драбкина; він перетворює гемоглобін у ціанметгемоглобін. Це робиться для відповідності стандартними методиками визначення концентрації гемоглобіну. Перевагою цього методу є те, що він враховує практично всі форми гемоглобіну, присутні в крові. Потім зразок проходить через відсік рахунки ЛКЦ. який також грає роль кювети для спектрофотометра визначення концентрації гемоглобіну. Останнім етапом цього процесу є вимірювання вмісту ЛКЦ.
Вакуумний насос плавно витягує контрольований об’єм рідини з відсіку підрахунку ЛКЦ через апертуру. Між електродом, що знаходяться у відсіку підрахунку ЛКЦ і електродом, що знаходяться всередині апертурної трубки, через апертуру тече постійний електричний струм. Кожна клітина ЛКЦ, проходячи через апертуру, витісняє з неї об’єм розчину, рівний її власному обсягому. Питомий електричний опір ЛКЦ значно вище, ніж у розчину, тому в ланцюзі, підключеної до електродів, генерується імпульс напруги. Величина цього імпульсу залежить від об’єму клітини ЛКЦ.
Для збільшення надійності вимірювання в системі паралельно використовуються три пристрої для рахунку. Вони мають один спільний електрод у відсіку підрахунку ЛКЦ і три незалежні електрода в апертурних трубках. Вихідний сигнал від кожної з ланцюгів подається на передпідсилювач. Посилені імпульси напруги пропускаються через порогову схему. Вибір величини порогового напруги є частиною процедури калібрування. Еталонні зразки, для яких значення содернія ЛКЦ визначені незалежними методами, піддаються аналізу, і вели чини порогових напруг встановлюються так. щоб привести результати аналізу у відповідність з еталонними значеннями.
Імпульси, що перевищують граничне значення, пропускаються через ланцюг інтегратора імпульсів, яка видає сигнал постійного струму, пропорційний числу полічених ЛКЦ. Вихідні сигнали від трьох інтеграторів пропускаються через схему голосування. Якщо розходженні в величинах сигналів знаходяться в заданих межах, то їх значення усереднюються. Якщо відмінність однієї з величин від двох інших перевершує задану межу, то вона не використовується при обчисленні середнього значенні. Якщо відмінності всіх трьох величин один від одного перевищують задану межу, включається індикатор помилки і видається нульовий результат.
Наступним етапом обробки сигналу є внесення до усередненого сигналу поправки на збіги. Збіг – це одночасне проходження через апертуру двох або більше ЛКЦ. Для оцінки середнього рівня збігів для даного розміру апертури і даної концентрації клітин використовується статистичний аналіз. Введення поправки здійснюється аналоговою схемою. Чисельне значення вмісту ЛКЦ відображається на дисплеї і виводиться на принтер.
Розглянемо тепер праву частину приладу. Першим етапом є подальше розбавлення зразка 1:224 в розріджувачах II. Друге розбавлення потрібне тому, що концентрація ЕРЦ в крові значно перевершує концентрацію ЛКЦ. Для підрахунку ЕРЦ використовується система, ідентична застосованій для підрахунку ЕРЦ.
Клітини з обсягом, що перевищує 35.9 фл (фемтолітров), класифікуються як ЕРЦ. Будується 256-канальна гістограма розмірів. З цієї гістограмі обчислюються СОК і ДОЕ. ДОЕ визначається як коефіцієнт варіації для статистично розподілу обсягів ЕРЦ.
Клітини з обсягами в межах 2-20 фл класифікуються як тромбоцити. Для кожного з трьох апертурних каналів будується 64-канальна гістограма обсягів цих клітин. Гістограми для кожного каналу піддаються статистичній обробці для отримання величини вмісту тромбоцитів, а також середнього обсягу тромбоцита (СОТ) і ширини розподілу обсягів тромбоцитів (ДОГ). Для отримання кінцевих значень цих параметрів використовується процедура голосування, аналогічна описаній для підрахунку ЛКЦ. Величини СОТ и ДОТ в теперішній час використовуються, в основному, в процедурах контролю якості.
Величини ЕРЦ, Нb і СОК вводяться в спеціалізований комп’ютер, який обчислює значення ГМК, ССД і СКГ.
5. Хроматографія
Хроматографія – являє собою группу методів, призначених для розділення сполук речовин на компоненти. В цьому методі рухомою фазою є газ (газ-носій), а нерухомою — тверда речовина або рідина, яка нанесена на твердий інертний носій або рівномірно покриває внутрішні стінки колонки (нерухома фаза поміщена у колонку).
З точки зору застосування в клінічній лабораторії дані методи використовуються для детектування важких речовин, таких як лікарські препарати і гормони. Наприклад з допомогою газорідинної хроматографії зручно знаходити, в якій степені препарат використовувався у випадку передозування. Наявність даної інформації є життєво необхідною для лікаря, який повинен вибрати наступні терапевтичні процедури.
Для розділення компонентів суміші використовують різну швидкість їх руху в рухомій фазі, що визвана взаємодією цих речовин з нерухомою фазою.
Газова хроматографія заснована на механізмах адсорбції і розподілу. Обладнання складається з системи подавання газу, пристрою для введення проби, хроматографічної колонки, детектора і реєструючого пристрою. Колонки зазвичай виготовляють зі скла або нержавіючої сталі й заповнюють нерухомою фазою. Газ-носій проходить із заданою швидкістю через пристрій уведення проби, колонку, а потім — через детектор. Визначення проводять при сталій температурі або відповідно до заданої температурної програми. Детектори газової хроматографії (полуменево-іонізаційний, за теплопровідністю, термоіонний, мас-спектрометричний, за захопленням електронів тощо) найбільш універсальні й чутливі серед інших хроматографічних методів. Колонку, пристрій уведення проби і детектор термостатують при зазначеній температурі. Готують розчин, який випробовують, і розчин (-и) порівняння, як зазначено в окремій статті. Використовуючи розчини порівняння, налагоджують прилад і добирають об’єми проб, що вводяться і дозволяють одержати необхідний сигнал. Виконують повторні введення для перевірки збігу. Уводять розчини і реєструють результати хроматографування. Визначають висоту (при ізотермічному визначенні, якщо коефіцієнт симетрії становить 0,8–1,2) або площу піків аналізованих компонентів. Для розрахунків вмісту аналізованого компонента використовують методи зовнішнього або внутрішнього стандарту. Для розрахунку вмісту домішок може використовуватися, де це можливо, метод внутрішньої нормалізації. У цих випадках рекомендують застосовувати широкодіапазонний підсилювач та автоматичний інтегратор. У фармацевтичному аналізі газова хроматографія використовуються для контролю залишкових кількостей органічних розчинників у субстанціях, ідентифікації й кількісного визначення розчинників та інших сполук.
Пристрій для введення проби в хроматограф являє собою стальний циліндр з каналом, закритий резиновою прокладкою. Пробу вводять з допомогою мікрошприца, яким проколюється еластична мембрана. На трубці, що йде до хроматографічної колонки є дозатор.
Дозатор – пристрій для кількісного відбору проби і введення її в хроматографічну колонку.
Пристрій нагрівають, для того щоб проба після введення в хронограф швидко випарювалась. Пари, підхоплені несучим газом, починають рухатись по колонці. Газові проби вводять з допомогою іншого пристрою, який представляє собою подвійний кран з трубкою дозатором певного об’єму. При першому положенні крана через трубку продувають атмосферу аналізуючою газовою сумішшю. Потім поворотом крана перекривають трубки дозатора і наступним поворотом вводять в неї потік несучого газа.
Хроматографічна колонка – засіб для розділення компонентів суміші методом адсорбції. Вона запакована твердою підтримуючою матрицею, на яку нанесена рідка фаза. Колонка поміщена в термостат, в якому постійно контролюється рівень температури. Програматор температури поступово збільшує температуру колонки в послідовності, підібраної для отримання максимальної ефективності виділення саме тої речовини, яка аналізується. Колонки бувають різної довжини та форми, але зазвичай вона має довжину 1 м і діаметр менше 7 мм.
Капілярні колонки являють собою капіляр з внутрішнім діаметром 0,1-0,5 мм і довжиною декілька метрів. Стінки капіляра грають роль носія, рідка фаза носія наноситься безпосередньо на неї. Зменшується опір потоку газу, тому можна робити колонки великої довжини, зменшуючи ефективність розділення.
Детектор – прилад для знаходження змін в складі газу-носія, що пройшов через колонку. Покази детектора перетворюються в електричний сигнал і передаються пристрою, що веде фіксацію, наприклад комп’ютеру.
У реєстратора по осі відкладається час, а по осі – інтенсивність вихідного сигналу детектора. Таким чином, хроматограф показує як кількість присутніх елементів, так і час утримання, з якими ці речовинами елюються з колонки. Виходячи з даної інформації, присутні елементи можуть бути ідентифіковані по їх часу затримки або шляхом порівняння з хроммограмами, отриманими в результаті газорідинної хронографії аналізу речовин відомої структури.
6. Обладнання з використанням електрофорезу
Використовується для знаходження кількості типів білків в плазмі, сечі, і спинномозковій рідині, розділення ферментів на складові їх ізоферменти, для ідентифікації антитіл та ряду інших завдань.
У загальному випадку явище електрофорезу може бути визначене як рух твердої фази відносно рідкої (буферного розчину). Основна функція буферного розчину полягає в тому, що він проводить електричний струм і подорожувати постійне значення рН розчину в процесі міграції Буферний розчин стабілізується твердою матрицею, що називається підтримуючим середовищем.
Зональний електрофорез
У цій методиці зразок вводиться в підтримуючу середу, і під дією електричного поля частинки з однаковим зарядом, однакового розміру і форми, мігрують з однаковою швидкістю. Це призводить до поділу частинок по зонах. Фактори, що впливають на швидкість міграції частинок в електричному полі, описуються в наступних параграфах:
Величина заряду. Рухливість даної частинки безпосередньо залежить від сумарної величини її заряду. Рухливість визначається як «відстань, виражена в сантиметрах, яке частинка проходить за одиницю часу при одиничній напруженості поля, вираженої як падіння напруги на сантиметр». [рухливість = см2/(В*сек)].
Іонна сила буфера. Чим більше концентрація буфера, тим менше швидкість міграції частинок. Це відбувається тому, що чим більшу частку сумарного заряду складають буферні іони, тим більшу частку сумарного струму вони несуть. Крім того, це відбувається внаслідок взаємодії буферних іонів з частками.
Температура. Рухливість безпосередньо залежить від температури. Опір підтримуючої середовища проходить току виробляє тепло. Це тепло впливає на електрофоретичний процес двома шляхами. По-перше, воно викликає зростання температури підтримуючої середовища, що призводить до зменшення її опорі і. як наслідок, до збільшення швидкості міграції. По-друге, тепло викликає випаровування води з поверхні підтримуючого середовища. Це призводить до збільшення концентрації частинок і ще більше збільшує швидкість міграції. Внаслідок цих ефектів, для досягнення прийнятної відтворюваності результатів процедури необхідно підтримувати на постійному рівні або прикладена напруга, або силу струму Для коротких розділень при відносно невисокій напрузі можна підтримувати постійним як напруга, так і струм. Однак, при використанні в якості підтримуючої середовища різних гелів, нагрівання є суттєвою проблемою. Для мінімізації виділення тепла в середовищах цього типу зазвичай використовуються джерела, підтримуючу постійну силу струму.
Час. Довжина міграції безпосередньо залежить від часу, протягом якого протікає електрофоретичний процес. Інші фактори, що впливають на міграцію, включають в себе явища електроосмосу і хроматографії, форму частинок, «бар’єрний » ефект, «гнітів потік» і потенціал течії.
Типи підтримують середовищ. У різних додатках електрофоретичних методик використовується широке розмаїття підтримують середовищ. У їх числі – папір, ацетат целюлози, крохмальний гель, агарових гель, акріло-мідний гель і сахароза. Тут ми обговоримо електрофорез на ацетаті целюлози, оскільки цей метод широко застосовується в клінічних лабораторіях, і його загальний принцип підходить і для інших підтримуючих середовищ.
Плівки з ацетату целюлози мають ряд переваг перед фільтрувальної папером, яка спочатку використовувалася в якості підтримуючої середовища для електрофорезу.
Поділ заряджених частинок проводять в якому-небудь однорідному носії. Це хроматографічний папір, тонкі шари оксидів кремнію (IV) або алюмінію, крохмальні або інші гелі. На всіх носіях речовини розподіляються в електричному полі у вигляді зон, які можна виявити і виділити, тому метод отримав назву зонального електрофорезу.
7. Автоматичні хімічні аналізатори
Автоматичні хімічні аналізатори значно підвищують ефективність клінічних лабораторій. Дані пристрої характеризуються великою універсальністю, та дозволяють спростити та прискорити процес отримання результатів.
Система Синхрон CX4
Система Синхрон CX4 ідеальний біохімічний аналізатор для малих і середніх лабораторій, що виконує весь спектр тестів, включаючи лікарський моніторинг та визначення наркотичних засобів. Максимальна продуктивність 225 тестів на годину. Можливість визначення в одному зразку 24 різних параметрів.
Робочі характеристики. Оператор керує роботою приладу СХ4 з допомогою монітора та клавіатури. Основними є п’ять функцій: програмування взірців, загрузка реагентів, калібрування, спеціальні функції і параметри системи.
1. Програмування зразків. За допомогою цієї функції оператор може позначити матеріал, що міститься у певній чашці, як аналізований або контрольний зразок, ввести інформацію для ідентифікації матеріалу. і вказати, яким тестах цей матеріал повинен бути підданий. Передбачено спеціальні процедури, що дозволяють провести екстрений аналіз зразків. За допомогою системного принтера можна отримати список типів матеріалу, який передбачається помістити в кожну з чашок в секторі зразків (список завантаження). Характеристики сектора зразків будуть обговорюватись нижче. Цей список використовується при розміщенні в секторі отриманих від пацієнтів і контрольних зразків.
2. Завантаження реагентів. Ця процедура дозволяє оператору вставляти, вилучати і замінювати патрони з реагентами в 24 гніздах на барабані реагентів. Кожен патрон з реагентами має етикетку зі штрих-кодом, що містить повну інформацію про нього. включаючи тип тесту, в якому він використовується, і його термін придатності. Пристрій, що зчитує знімає інформацію зі штрих-коду при установці або витягує патрона з барабана, і ця інформація передається головному процесору системи.
3. Калібрування. Для забезпечення точності і надійності вимірювання використовуються матеріали з відомими концентраціями аналізованих речовин (стандартні зразки). Калібрування здійснюється як в момент завантаження реагентів у систему, так і через певні проміжки часу.
4. Спеціальні функції. Ці функції включають в себе установку і налаштування системи, діагностику системи та процедури обслуговування системи.
5. Параметри системи. У цьому режимі оператор може контролювати поточний робочий стан приладу, поточну конфігурацію системи (наприклад, типи активних тестів), і показання різних датчиків приладу (наприклад, температури і рівні рідин).
Опис системи. Система СХ4 включає в себе три основні підсистеми: блок зразків, блок реагентів і реакційну систему.
1. Блок зразків. Блок зразків складається з п’яти модулів: сектори зразків (до восьми), система автоматичного завантаження, поворотний стіл для зразків, пробовідбірник-змішувач, і чашка для промивання пробовідбірника-змішувача. Сектор зразків може нести до десяти чашок із зразками, отриманими від пацієнтів, або з контрольними зразками. Оператор вводить інформацію, що ідентифікує матеріал в кожній з чашок, за допомогою комп’ютерної системи управління (вище). Система автоматичного завантаження переносить сектори із зразками на барабан зразків під управлінням мікрокомп’ютера. У цьому процесі використовуються кроковий двигун і пневмогідравлічна система. По завершенні циклу тестування сектор аналогічним чином знімається з барабана. Поворотний стіл для зразків складається з барабана зразків і оптичного зчитувального пристрою. Барабан зразків є поворотним пристроєм з дискретними положеннями, і приводиться в рух кроковим двигуном. Управління поворотами здійснюється мікрокомп’ютером таким чином, щоб аналізований матеріал був доступний для пробовідбірника. Пробовідбірник має датчик рівня рідини, що дозволяє йому занурювати голку пробника на правильну глибину, забезпечуючи тим самим можливість відбору правильної кількості аналізованого матеріалу. Після того, як аналізований матеріал потрапляє в пробовідбірник, кранова система повертає пробовідбірник в таке положення, щоб голка пробника знаходилася над кюветою на реакційному барабані. За тим матеріал зливається в кювету.
2. Блок реагентів. Блок реагентів включає в себе патрони з реагентами, барабан реагентів і дозатор реагентів. Патрони з реагентами є одноразовими ємностями, в яких містяться реагенти, необхідні для певного тесту. Вони мають етикетки зі штрих-кодом, що вказує тест, в якому вони використовуються. Барабан реагентів обертається під управлінням мікрокомп’ютера, подаючи потрібний реагент до дозатора. Барабан реагентів несе 24 патрони.
3. Реакційна система. Реакційна система включає в себе реакційний барабан і фотометричний блок. Реакційний барабан несе 80 кювет, в яких протікають хімічні реакції У кюветах підтримується постійна температура в 30ºС, або 37ºС. Фотометричний блок складається з ксенонової лампи, коліматорної системи, оптичних фільтрів і фотодіодних детекторів. Ксенонова лампа видає спалах світла щоразу, коли кювету проходить через оптичний блок. Внаслідок того, що спалахи мають змінну інтенсивність, використовується система корекції спалахів. Ця система заснована на проведенні вимірювань поглинання на частотах, відмінних від основної частоти вимірювання. Світло, що пройшло через кювету із зразком, попадає в коліматорну систему, яка поділяє його на промені, спрямовані через кожен з десяти фільтрів (340. 380, 410, 470, 320, 560, 600, 650, 670 і 700 нм) на десять фотодіодних детекторів. Кожен з детекторів видає сигнал, пропорційний інтенсивності падаючого на нього світла. Сигнали проходять через логарифмічний ланцюг посилення і подаються на вхід комутатора. Комутатор, керований мікрокомп’ютером, в певні моменти робити замір сигналу, і передає аналоговий сигнал на аналогово-цифровий перетворювач. Дані вимірювань поглинання в цифровому представленні передаються центральному процесору системи.
Результати тестів роздруковуються в формі звіту, який можна вложити в медичну картку пацієнта і передати його лікуючому лікарю.
Автоматичний клінічний аналізатор
Автоматичний клінічний аналізатор (АКА) виробництва фірми DuPont відрізняється від високопродуктивних приладів, подібних Синхрону СХ4, своєю універсальністю, а не максимальною продуктивністю. Він виконує вимірювання послідовно, а не паралельно, але при цьому для кожного біологічного зразка він може автоматично здійснити будь-який набір з 40 тестів.
Принцип дії АКА заснований на концепції автоматичних маніпуляцій з касетами біологічних зразків (КБЗ) і з касетами хімічних реактивів (КХР). Для кожного біохімічного тесту використовується окрема КХР. У процесі роботи приладу КХР переміщується від блоку до блоку по транспортеру, причому для даного зразка можна вибрати будь-яку послідовність КХР. Час, потрібний для проведення будь-якого визначення за допомогою АКА, становить 7 хвилин, інтервал між визначеннями становить 37 секунд. Це означає, що аналізатор може провести будь-який аналіз як екстрений. Ця особливість представляє клінічній лабораторії важливі додаткові можливості, однак вона ж приводить до збільшення вартості аналізів в порівнянні з іншими автоматизованими методами. Функціональна блок-схема АКА.
Розглянемо основні характеристики АКА. Зразок, отриманий від пацієнта, поміщається в КБЗ, до якої прикріплена ідентифікаційна картка пацієнта. КХР, відповідні тестам, які передбачається провести для даного зразка, встановлюються на конвеєр позаду КБЗ. За останньою КХР на конвеєрі слідує спеціальна касета, що завершує робочий цикл. Кожна з підсистем приладу виконує такі основні функції:
Ідентифікація пацієнта. Коли КБЗ встановлюється в АКА в перший раз. вона проходить через блок, який зчитує і роздруковує інформацію, вручну записану на ідентифікаційну картку пацієнта, прикріплену до КБЗ.
Блок заповнення. У блоці заповнення з комплекту зразка відбираються аліквоти (відміряні обсяги рідини) і змішуються з розріджувачами, які можуть бути різним для різних визначень. Потім в кожен пакет КХР вводяться по 5 мл. змішаного розчину. Двійкові коди, нанесені на кожну КХР, зчитуються електронними пристроями блоку заповнення, щоб визначити, який саме розчинник використовувати для даного пакета КХР. Після заповнення КХР перемішаються до нагрівачів, а КБЗ поміщають у вихідний лоток.
Нагрівачі. У нагрівачах пакет КХР підігрівається до 37ºС. і ця температура підтримується до кінця процесу.
Відкривач-міксер 1. У цьому блоці руйнуються чотири пластикових капсули з реактивами, які змішуються з розведеним зразком.
Станції затримки. У міру того, як пакет КХР послідовно проходить п’ять станцій очікування, в ньому протікають хімічні реакції між першими чотирма реагентами, розбавляючим розчином і взірцем.
Відкривач – міксер 2. У цьому блоці розкриваються три залишкові капсули з реагентами, і їх вміст додається в реакційну суміш. Для деяких тестів на цьому етапі передбачається певна затримка, дозволяючи хімічним реакціям пройти до кінця перед тим, як КХР потрапить у фотометричний блок. Ця затримка визначається по двійковому коду, що вказує тип тесту, який зчитується в блоці заповненні.
Фотометр. У фотометричному блоці з допомогою особливого преса пластиковий конверт КХР перетвориться в кювету. При цьому в пластиковому пакеті з міряється тиск, а результат вимірювання використовується для того, щоб визначити, чи правильне кількість зразка і розріджувача було введено в КХР. Якщо тиск дуже мало, результати тесту позначаються символом «Р» (від слова presure тиск). Двійковий код КХР зчитується заново, після чого схема управління фотометра вибирає метод вимірювання, тип фільтра і параметри АЦП.
АКА використовує один з трьох методів вимірювання : кінетичний, двухфільтровий і двокасетний (з двома КХР). Для визначення концентрації аналізованої речовини по кінетичному методу, поглинання світла в кюветі вимірюється двічі. При цьому проміжок часу між вимірами суворо фіксований, в рамках двухфільтрового методу вимірювання поглинання здійснюється з двома різними світлофільтрами. Концентрація аналізованої речовини пропорціональна різниці між отриманими значеннями поглинання світла. При роботі по двохкасетному методу, на одній і тій же довжині хвилі визначається різниця поглинання світла сумішшю з аналізованої речовини і реагентів двох різних КХР. Вихідний сигнал фотометра перетворюється в цифрову форму, що задається контролером фотометра, і пересилається на принтер.
Принтер. Принтер видає звіт, який включає в себе ідентифікаційні дані пацієнта, зчитані блоком заповнення і результати фотометричного виміру для кожного пакета КХР, заповненого даним зразком.
