【公司】山東國康
【標題】《全自動生化分析儀原理,結構及故障排除（滿滿的干貨）》
【摘要】所謂全自動生化分析儀，就是把分析過程中的取樣、加試劑、混勻、保溫反應、檢測、結果計算和顯示以及清洗等步驟進行自動化操作的生化分析儀器。由于自動化程度高且具有定標、自動校正功能，故主觀誤差和系統誤差都相對較小，使用便利。
【關鍵詞】全自動生化分析儀原理、結構、故障排除
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一、 全自動生化分析儀的定義
所謂全自動生化分析儀，就是把分析過程中的取樣、加試劑、混勻、保溫反應、檢測、結果計算和顯示以及清洗等步驟進行自動化操作的生化分析儀器。由于自動化程度高且具有定標、自動校正功能，故主觀誤差和系統誤差都相對較小，使用便利。
二、 全自動生化分析儀的工作原理
分光光度法，其基本測量原理依據比爾定律。
三、 全自動生化分析儀結構及應用
它包裹分光光度計的主要組成部分：光源、單色器（F色散裝置）比色池、檢測器等；另外，它還包裹生化分析所需的特有部分，如加樣系統、清洗系統、溫控系統、軟件系統等。其多用于常規(guī)生化、特殊蛋白和藥物監(jiān)測等檢測，程序選擇多樣化，采用微機控制。可自由編程、可進行統計學處理。有的分析儀采用化學惰性“液囊式技術（capsule chemistry technogy）”,將分析標本或試驗項目嚴格隔離，(加樣探針、試劑探針、比色杯保持清潔)防止交叉感染。
（一）分類：
按照反應裝置的結構，自動生化分析儀主要分為流動式(Flow system)、分立式(Discrete system)兩大類。
1．流動式 指測定項目相同的各待測樣品與試劑混合后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儀。
2．分立式 指各待測樣品與試劑混合后的化學反應都是在各自的反應杯中完成。其中有幾類分支。
(1)典型分立式自動生化分析儀。此型儀器應用最廣。
(2)離心式自動生化分析儀，每個待測樣品都是在離心力的作用下，在各自的反應槽內與試劑混合，完成化學反應并測定。由于混合，反應和檢測幾乎同時完成，它的分析效率較高。
3．袋式自動生化分析儀是以試劑袋來代替反應杯和比色杯，每個待測樣品在各自的試劑袋內反應并測定。
4．固相試劑自定生化分析儀(亦稱干化學式自動分析儀) 是將試劑固相于膠片或濾紙片等載體上，每個待測樣品滴加在相應試紙條上進行反應及測定。操作快捷、便于攜帶是它的優(yōu)點。
(二)典型分立式自動生化分析儀基本結構
1．樣品(Sample)系統
樣品包括校準品、質控品和病人樣品。系統一般由樣品裝載、輸送和分配等裝置組成。
樣品裝載和輸送裝置常見的類型有：
(1)樣品盤(Sample disk)，即放置樣品的轉盤有單圈或內外多圈，單獨安置或與試劑轉盤或反應轉盤相套合，運行中與樣品分配臂配合轉動。有的采用更換式樣品盤，分工作和待命區(qū)，其中放置多個弧形樣品架(Sector)作轉載臺，儀器在測定中自動放置更換，均對樣品盤上放置的樣品杯或試管的高度、直徑和深度有一定要求，有的需專用樣品杯，有的可直接用采血試管。樣品盤的裝載數，以及校準品、質控品、常規(guī)樣品和急診樣品的裝載數，一般都是固定的。這些應根據工作需要選擇。
(2)傳動帶式或軌道式進樣，即試管架(Rack)不連續(xù)，常為10個一架，靠步進馬達驅動傳送帶，將試管架依次前移，再單架逐管橫移至固定位置，由樣品分配臂采樣。
(3)鏈式進樣試管固定排列在循環(huán)的傳動鏈條上，水平移動到采樣位置，有的儀器隨后可清洗試管。
分配加樣裝置大都由注射器、步進馬達或傳動泵、加樣臂和樣品探針等組成。
①注射器(syrine unit)。根據注射器直徑和活塞移動距離的多少，定量吸取樣品或試劑。它的精度決定加樣的精度，一般可精確到1微升。注射器漏液時，首先考慮是否探針堵塞，其次是注射器活塞磨損等。有的加液系統采用容積型注射泵和數控脈沖步進馬達，提高精度。
②樣品探引(Probe)與加樣臂相聯，直接吸取樣品。探針均設有液面感應器，防止探針損傷和減少攜帶污染。有的設有阻塞檢測報警系統當探針樣品中的血凝塊等物質阻塞時。儀器會自動報警沖洗探針，并跳過當前樣品，對下一樣品加樣。有的還有智能化防撞裝置遇到阻礙探針立即停止運動并報警。即使如此，它仍是非正規(guī)操作時的易損件。為了保護探針，除預先需要根據樣品容器的高低、最低液面高度等進行設置外，樣品容器的規(guī)格、放置以及液面高度等設定條件不得隨意改變。在某些儀器上，采樣器和加液器組合在一起，加樣品和加試劑或稀釋液一個探針一次完成。
③加樣臂。連接探引，在樣品杯(試劑瓶)和反應杯之間運動，完成采樣和加樣(加試劑)。它的運動方式，與儀器工作效率及工作壽命有一定關系。
④閥門用以決定液體流動方向。
⑤稀釋系統。對樣品進行預稀釋、過后稀釋或加倍，對標準原液系列稀釋等。不同儀器的稀釋方式有所差異，要注意識別。試劑系統亦有稀釋功能：
2.試劑(Reagent)系統：
一般由試劑儲放和分配加液裝置組成。
(1)試劑倉常與試劑轉盤結合在起。多數儀器將試劑倉設為冷藏室，以提高在線試劑的穩(wěn)定期。
(2)分配加液裝置(Dispense unit)。與樣品系統的類似。，試劑探針常?？梢詫υ噭╊A加溫，雙試劑系統的試劑2(R2)探針起始量宜較下，以便配合不同R1/R2比例的試劑。
(3)試劑瓶(Bottle)。有不同的形狀及大小規(guī)格。如 COBAS MIRA PLUS儀有4、10、15、35ml等規(guī)格，瓶底呈凹形，OLYMPUS Au600儀有30和60ml兩種；日立7060儀有20、50、100ml三種等規(guī)格。應根據工作量和試劑規(guī)格．考慮試劑瓶殘留死體積和更換頻率，合理選用。獨特設計的卡式試劑盒，體積小，防蒸發(fā)，方便儲存。
(4)配套試劑常有條形碼，儀器設有條形碼檢查系統，可對試劑的種類、批號、存量、有效期和校準曲線等貨剌，進行核對校驗，如BeckmanCX7等。
(5)試劑瓶蓋自動開關系統，更有利于試劑保存。有的儀器可在運行中添加，更換試劑，有的則須在暫停狀態(tài)進行。
3.條形碼(Barcode)識讀系統
一般由掃描系統、信號整形和譯碼器三部分組成。掃描系統以光源掃射黑條白空相間的條碼符號由于條和空對光的反射不同、不同寬窄的條符反射光持續(xù)時間不同，產生強度不同的反射光．再經光電轉換元件接收并轉換成相應強度的電信號，最后通過信號整形，由譯碼器解譯。系統自動識別樣品架及樣品編號識別試劑、校準品及其批號、失效期，有的并可識別校驗校準曲線等信息。
實驗室常用條形碼類型有CODE 39、CODE 128、2 of 5 Standard、Interleaved2of 5等。要自編樣品條形碼需要條形碼輸入器，條形碼閱讀系統與條形碼要匹配。已有全自動試管分配暨條形碼粘貼準備系統。
4.反應系統
(1)反應盤裝載一系列反應比色杯（Cuvettes）,多為轉盤形式。反應測定過程中按固定程序，在加樣臂、加液臂、攪拌棒、光路和清洗裝置之間轉動。有的儀器在反應杯中完成反應后再吸入比色杯比色，現在更常見反應和檢測同在比色杯中進行，效率更高，尤其適于連續(xù)監(jiān)測法。比色杯多采用硬質石英玻璃、硬質玻璃、無紫外光吸收的丙烯酸塑料等，使用壽命不一。Dimension系列的比色杯在機器內自動制造，自動封口，免沖洗，無污染。流動池式主要在小型分析儀用。容積一般幾十微升，但抽液管道占用較多反應液，多樣品連續(xù)使用，增加交叉污染機會。
蠕動泵(Pump)。半自動生化儀需要蠕動泵抽吸反應液進人流動比色池作測定。要求定期對蠕動泵校準，即通過吸人定量的水來檢驗泵的吸液量是否準確。一般均設有泵校準功能。
(2)混合裝置(Mixing unit) 如采用多頭回旋攪拌棒(二頭雙清洗式攪拌系統)。攪拌棒常具特氟隆不粘涂層，避免液體粘附。
(3)溫控裝置生化分析儀通過恒溫控制裝置來保持孵育溫度的調控和恒定也是由計算機來控制的，理想的孵育溫度波動應小于±01℃。
保持恒溫的方式有三種。
①空氣浴恒溫：即在比色杯與加熱器之間隔有空氣?？諝庠『銣氐奶攸c是方便、速度快、不需要特殊材料，但穩(wěn)定性和均勻性較水浴稍差。羅氏(Roche)的cobas和0lympus Au2700系統采用的就是空氣浴恒溫模式。
②水浴循環(huán)式：即在比色杯周圍充盈有水，加熱器控制水的溫度。水浴恒熱的特點是溫度恒定，但需特殊的防腐劑以保證水質的潔凈，且要定期更換循環(huán)水。日立系統生化分析儀采用的即是水浴循環(huán)恒溫裝置。
③恒溫液循環(huán)間接加熱式：結構原理是在比色杯周圍流動著一種特殊的恒溫液(具無味、無污染、惰性、不蒸發(fā)等特點)。比色杯和恒溫液之間有極小的空氣狹縫，恒溫液通過加熱狹縫的空氣達到恒溫，其溫度穩(wěn)定性優(yōu)于干式，和水浴式循環(huán)式相比不需要特殊保養(yǎng)。
5．清洗(Wash)系統
探針和攪拌棒采用激流式等方式自動沖洗。清洗裝置一般由吸液針、吐液針和擦拭刷組成。清洗工作流程為吸出反應一吸于一注入純水一吸干一擦干。清洗液有堿性和酸眭兩種。一般說來，在吸出反應液后，儀器先用堿性液沖洗，再用酸性液沖洗，最后用去離子水沖洗三遍。擦拭刷的功能是吸去杯壁上掛淋的水，刷體內部有負吸裝置。使用進程中要注意擦拭刷是否磨損。
值得注意的是，對于常規(guī)沖洗還不能清除交叉污染(carry—over)的實驗要特別處理，以減少交叉污染或攜帶污染。例如，膽固醇測定試劑中的膽酸鹽對血清總膽汁酸的測定有干擾，在消除交叉污染的程序中，可輸入程序，指令總膽汁酸不在測試膽固醇的比色杯中進行測定，如不能避開，儀器則對比色杯進行特別沖洗，防止發(fā)生交叉污染。
沖洗水的水溫自動控制到與恒溫反應槽溫度相近，保證反應系統的恒溫，并增加去污力。急診測定后采用針對性清洗，似乎比采用固定的全面清洗程序更有效率更經濟。耗水量儀器間相差較大。
ABBOTT AEROSET 自動生化分析儀等系統具有自動清洗功能(smart wash)和最佳標本順序選擇功能(OSS)。即儀器根據試劑或樣品間交叉污染的項目組合，自動改變檢測順序，避免互有影響的分析項目；確實無法回避時，則采用選定的特殊清洗劑作自動清洗。
6．比色系統
(1)光源多數采有鹵素燈，工作波長為325～800nm。鹵素燈的使用壽命較短，一般只有1 000～l 500小時。當燈的發(fā)光強度不夠時，儀器會自動報警，應及時更換，部分生化分析儀采用的是長壽命的氙燈，24小時待機可工作數年，工作波長285-750nm。
(2)比色杯，自動生化分析儀的比色杯也是反應杯。比色杯的光徑0.5～0.7 cm不等，通常為石英或優(yōu)質塑料。光徑小的省試劑，當比色杯光徑小于1 cm時，部分儀器可自動校正為1cm。生化分析儀的比色杯自動沖洗裝置在儀器完成比色分析后做自動反復沖洗、吸干的動作，比色杯在自動檢查合格后繼續(xù)循環(huán)使用。要及時更換不合格的比色杯。如采用的是石英比色杯，比色杯要定期檢查清洗。
(3)單色器與檢測器各類自動生化分析儀應用的是可見一紫外吸收光譜法，即監(jiān)測200-700nm光區(qū)某特定波長下發(fā)色基團吸光度的變化，輔以微機軟件系統的計算來完成測定?？梢娨蛔贤馕庾V定量的基礎是Lamber—Beer定律。
傳統的分光度測定普遍采用前分光，即在光源燈和樣品杯之間先要用濾光片、棱鏡或光柵分光，通過可調的狹縫，取得與樣品“互補”的單色光之后，照射到樣品杯，再用光電池或光電管作為檢測器，測定樣品對單色光的吸收量(吸光度)。
而現代大多生化分析儀采用后分光測量技術。后分光測定：將一束白光(混合光)先照到樣品杯，然后再用光柵分光，同時用一列發(fā)光二極管排在光柵后面作為檢測器。后分光的優(yōu)點是不需移動儀器比色系統中的任何部件，可同時選用雙波長或多波長進行測定，這樣可降低比色的噪聲，提高分析的精確度和減少故障率。
生化儀的單色器即分光裝置，有干涉濾光片和光柵分光兩類。干涉濾光片有插入式和可旋轉的圓盤式兩種。插入式就是將需用的濾光片插入濾片槽中，圓盤式是將儀器配備的濾光片都安裝在圓盤中，使用時旋轉至所需濾光片處即可。干涉濾光片價格便宜，但易變潮霉變，從而影響檢測結果的準確性，半自動生化分析儀多采用此種濾光片。
光柵分光可分為全息反射式光柵和蝕刻式凹面光柵兩種。前者是在玻璃上覆蓋一層金屬膜后制成，有一定程度的相差易被腐蝕；后者是將所選波長固定地刻制在凹面玻璃上，耐磨損、抗腐蝕、無相差。全自動生化分析儀多采用光柵分光。
7．程序控制系統
計算機是自動生化分析儀的大腦，標本、試劑的注加和識別，條碼的識別，恒溫控制，沖洗控制，結果打印，質控的監(jiān)控，儀器各種故障的報警等都是由計算機控制完成。儀器一代勝過一代，自動化程度越來越高，有的儀器甚至可以完成部分日常保養(yǎng)程序。自動生化分析儀數據處理功能日趨完善，如：反應進程中吸光度，各種測定方法，各種校準方法室內質控結果的統計等，生化儀都可進行處理。計算機還可以調看病人的數據、儀器的性能指標、儀器的運行狀態(tài)等。自動生化儀中的質控和病人結果還可通過儀器計算機與實驗室信息系統(LIS)的對接進行網絡管理。
程序控制器是系統的硬件部分。它主要包括：
(1)微處理器和主機電腦。用于儀器各個單元和總體控制，應具有程控操作、故障診斷、多種數據處理和儲存等強大功能。一般根據儀器功能的需要和電腦硬件市場的主流產品來配置。
(2)顯示器(CRT monitor unit)。通常用鍵盤、鼠標、觸摸屏等方式進行操作。
(3)系統及配套軟件。多采用Windows-NT或windows界面，具全圖形化設計，多菜單選擇，信息導引，故障報警，幫助提示，人機“對話”，方便直觀，不少儀器有即時反應曲線顯示。
(4)通過Rs 232 c等數據接口與其他計算機、打印機等設備傳輸數據。具人工智能雙向通訊系統(Host query)，儀器可直接自行向主電腦詢問病人／樣品基本資料及檢測項目。有的具遠程通訊及監(jiān)控功能，可遙控遠處測試及維修檢查，實現網絡工作。
自動生化分析儀均采用程序控制的自動分析。分析程序一經確定，工作時只要簡單地輸入測定項目或編碼，儀器即可按編制程序自動完成測定、計算和報告。具體的控制程序因儀器而異，一般分為固定程序和自編程序兩種。固定程序為儀器廠家預先設定，常與指定試劑配套；有的不能更改，有的也可由用戶修改。它與配套試劑一同使用時，既方便工作，質量也比較可靠，但成本較高。自編程序靈活實用，便于開發(fā)新項目，強調程序的靈活性。比如，成批測定過程中應可隨時插入急診標本測定而不打亂原有程序；單個急診標本測定操作簡捷、消耗少，可靈活預稀釋或重復測定。
四、自動生化分析儀故障快查法
對于生化分析儀這種大型設備，如果能搞清機器原理，進行分塊查尋，能實現故障快查。
1、實現條件
如果想做到快速排除設備故障，第一要掌握原理；第二要有一整套保養(yǎng)的程序；第三臨床工程師要有強烈的責任心，最好在技術上能保證有維修資料。
2 、對生化分析儀進行分塊
目前、市場上的生化分析儀不論是進口的還是國產的、雖然彼此之間可能采用的檢測原理不同、但是基本模塊大同小異、最重要的是這種設備的電路很少出問題、所以可快速修復的可能性比較大。一般來說、各種生化分析儀硬件都可分為三大塊：一是光學系統；二是液體的分配傳送系統；三是溫控系統。這三大系統經相關電路與機算計連接起來，通過軟件編輯進行參數選擇操作。所以、當用戶出現問題時首先判斷問題可能出現在哪個系統內。做到快速定位。一般情況下，電路出現問題很少，多是光學系統和分配系統出現問題，其次是直流供電系統。光學系統中的光能檢測器一般是封閉的、幾乎不能拆卸、而且壽命長、一般最易出現問題的部分是從燈泡通過聚光鏡透過比色杯中的反應物到轉接鏡這一段光路，其中、最常見的是燈泡老化問題、在一些設備中會有光不足的報警提示，根據提示內容有利于快速定位。
分配系統比較復雜，這部分管道多，其模塊又可細分為三塊：一是試劑分配；二是樣品分配；三是清洗。具體包裹管道、去離子水、混勻器、轉盤、分配針、清洗臂、機構臂、注射泵等。此部分可能會出現漏氣、吸樣不準、管道及針孔堵塞等問題。針孔清洗時間長短可用程序編程，一般來做強酸和強堿項目時、一定要分開編輯、中間最好有其它弱酸堿項目、形成一個緩沖器、而且沖洗時純水質量也很重要、對于水質的要求一般是二級以上的反滲透水、要求水電阻率在1MQ以上。
生化分析儀的軟件功能主要包裹三方面：一是為用戶提供操作界面，以實現編輯、樣本/試劑設置，項目的申請、執(zhí)行，結果的輸出和歷史記錄查詢等；二是控制儀器各個部分工作，實現各種生化分析方法及一些輔助功能，對于一臺生化分析儀來說，自動化程度越高、儀器的功能就越強；三是數據的分析處理與計算，如患者信息和原始數據存儲、化驗結果匯總報告、失控報告、質控數據計算繪圖、質控回顧性檢查分析、質控物和質控數據管理等。
3、故障定位
采取相應的處理策略根據上述分析，對于設備常見故障就可以做到心中有數，這樣維修起來比較得心應手、可以加快解決問題的速度。
排除任何一種故障、其實都是有層次的。一種是從高到低，既先前所述的從大的原理處著手、先行功能分塊。另一種是從低到高，即從最直接的故障表象著手、有一些問題比較簡單、而且很多機器都有報錯功能、根據提示就可直接找到故障點。如光源問題，若燈泡已塤壞，直接更換即可。用不著從頭到尾進行功能分類，這就要看故障的具體表現實質性和虛偽性進行分析判斷。
定位過程中，要充分利用好機器的自我報警信息。但是有時報錯信息并不是故障直接原因，還要依據具體原理進行分析。還有一個快速判斷設備的軟硬故障的方法是以據儀器檢查結果的重復性好壞來斷定設備是軟件出現問題、還是硬件本身出現問題。如果重復性差、表明可能是機器硬件出現問題；反之、則表明機器本身沒問題、可能要重新編輯技術文件。
4、直流供電系統。
供電系統：當前的各種醫(yī)械供電系統（不包裹舊機型）大部分采用開關電源、開關電源主要有全橋整流電路、啟動電路、開關激勵電路、穩(wěn)壓控制電路、輸出整流濾波電路以及各種保護電路、特殊（逆變、智能）電路等組成。只要熟悉掌握電源的工作原理就可很容易的排除電源故障、特別要注意輸出電壓的純凈度以及電壓值等參數。機器出現故障應根據故障點首先檢測供電電壓、有些時候能獲得很大程度上的檢修效果。
5、維修總結
生化儀廠家在對各種醫(yī)療設備特別是大型設備維修時，一定要弄清原理再進行維修，因其涉及的各種知識繁多，所以進行功能分塊和定位處理是快速維修的關鍵。
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