CN1158166A - 分析的方法及实现该方法的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分析液体物质的方法，该方法借助于一种通流检验器(10)和一种试剂。物质样品体积通过供给管(30)被导入样品管(20)，上述样品体积和试剂体积混合在一起，引起相互反应，然后输送到上述检验器(10)中进行分析。上述样品体积和试剂体积通过上述供给管(30)上的孔(70)被一个紧接一个地导入上述样品管(20)中。借助于位于上述样品和试剂体积前面的空气段，上述样品体积和试剂体积在上述供给管(30)中，也可能在上述样品管(20)中混合。本发明还涉及实现上述方法的装置，涉及用于这个装置的、特别设计的供给管。

Description

分析的方法及实现该方法的装置

本发明涉及一种液体物质化学分析的方法，该方法借助于至少一种通流传感器或检验器，下文中称为检验器，和至少一种试剂；在上述方法中，一样品体积的上述被分析液体物质经过一个供给管被导入一个软管中，与一体积的试剂混合在一起，并引起相互反应，然后经过上述软管将其输送到上述检验器中。本发明还涉及实现上述方法的分析装置，及一种特别适用于上述装置供给管。

上述分析方法最好是一种分批方法，并且主要应用于临床应用，例如关于重症监护、外科手术、移植和其它临床应用，在这些应用中需要连续的监测病人的生化指标。上述方法特别适用于对较少的几个样品进行分析，例如对从医院病房中的一个或几个卧床病人提取的样品进行分析。

在现有技术中有许多不同类型的分析装置，它们大体上可以分为两大类：连续分析器和分批工作分析器(下文中称分批分析器)。

在连续分析器中，不同的样品借助于吸力被从各自的容器中抽入一个管子中，在这个管子中上述样品在整个分析过程中沿彼此相同的方向运动。在这种方法中，上述样品形成一个连续流，试剂在预定点连续地或分批地被导至上述连续流中。上述液体流最终达到测量室，在测量室中对上述液体进行检测。借助于泵，通常是旋转活塞泵，对在连续分析器中的所有液体的输送进行调节，上述泵同样对上述样品的输出产生影响。同样也可以将连续分析器分为两种：一种，借助于例如空气泡，将在上述管中的不同的样品彼此分离、分割；另一种，在上述管中的上述样品形成确定的液体柱，其本质上是分层的液体载流，试剂可能容纳在上述液体柱中。上述后一种分析器依照所谓流动注射分析(Flow Injection Analysis)，亦即FIA原理进行工作。一个与连续工作分析器有关的问题是：一种试剂或多种试剂通过各自独立的供给管、阀、泵等导入，这需要一种复杂的装置结构。另一个与连续工作分析器有关的问题是存在着试剂之间相互污染的风险。

文献US-A-4 853 336公开了一种连续分析方法和系统，其中：依次排列的若干液体段借助于至少一个不能混合的段(例如空气)彼此分离，上述若干液体段构成一个含有相关成分的液体链，在此液体链中形成分析混合物。上述若干液体段在上述装置中于输送线靠后的位置及时混合，以便获得上述不同成分的延时直接混合。在沿上述线上的所选择的点上消除或弄碎或物理移动上述不能混合的段，从而混合上述的不同成分。为防止上述样品间相互污染，在上述装置的内表面和探管的外表面上涂有一层不能混合的液体。

为了隔离上述样品的上述空气段的移去提供了分离区域，以便使上述成分混合在一起。

另一方面，在分批分析器中上述污染的风险较小，因为在这种分析过程中若干样品装在各自的容器中。在上述容器放入上述分析器之前，或者在向上述分析器中输送上述容器的同时，将试剂加入上述样品中。上述容器最终达到上述装置的实际分析部位，在实际分析部位上述样品的一部分借助于吸力从上述容器中导出，并被传送到分析检测室。在样品检测过程完成后，立即用洗涤液洗涤上述室。与分批分析器有关的一个问题源于：将试剂向上述系统添加，及试剂与上述样品的混合。上述过程在各种情形下是独立的工作步骤，但这一过程是一个费时的过程，可以手工或自动地进行。上述分批分析器的容器本身亦用作测量室，例如不同类型的光度计中的透明小容器，以此排除了将样品试剂混合物输送到一个单独的测量分析室的需要。分批过程的一个已知缺陷是需要较大数量的样品和试剂。可用的样品数量至少必须足以在实际上产生这样的一种样品试剂混合物，在这个混合物中样品与试剂数量的比率被恰当地调整。当使用少量的样品时，非常难以获得可接受的关于上述比率的精确度。另外，在从混合后到真正测量样品的过程中，上述样品试剂混合物放在或多或少打开的容器中，因而在较小体积的情况下，上述混合物对蒸发非常敏感。当上述容器自身成为一个测量室时，即一个透明小容器时，上述问题更加严重，其原因在于，为了覆盖上述光度计中的射束路线，以此防止散射光达到上述分析器的检验器，小透明容器必须相对大，因而需要较大体积的样品试剂混合物，这个问题在这一特定领域是众所周知的。

借助于分批分析器完成的浓度测定通常或者是最终结果分析或者是动力学检测。最终结果分析包括记录上述样品与上述试剂停止反应时的值，即在足够数量的、彼此连续的分析中所述值恒定的。上述测量值与原始样品浓度直接相关。当样品与试剂的反应速率较低时，当然需要较长的时间来完成上述分析。假如上述反应不是零级反应，则进行动力学检测，亦即，记录通过许多彼此连续的分析获得的上述值，并利用上述值描述的时间关系曲线计算出导数。随后，上述样品的原始浓度可由上述导数和上述样品体积的初始浓度计算出来。

包括小透明容器的分批分析器通常被设计放入转盘状装置中，依靠这个装置单独的小透明容器被移入上述检验器的射束路线中。上述装置按照过程序列、分析周期(持续时间通常是25-30秒)，以若干步骤进行工作，包括：

-洗涤样品吸移管；

-洗涤试剂吸移管；

-旋转上述透明小容器转盘用于样品分析或检测；

-用样品吸移管吸移样品；

-用试剂吸移管吸移试剂；

-旋转上述透明小容器转盘，将空的透明小容器转到前面，用于加入样品和试剂；

-用样品供给上述透明小容器；

-用试剂供给上述透明小容器；

-在透明小容器中混合样品与试剂；和其它必须的步骤，例如移动样品和试剂到不同的位置。大量的工作步骤对每一样品需要花费相当多的时间。通过在最大可能的程度上并行执行上述步骤可以减少分析每一个单独样品的时间，即并行分析众多样品，对每一样品所花费的时间是上述整个分析时间除以上述样品数。数学表达式如下： $A=\frac{M}{p}*(p+m-1)-----\left(1\right)$

其中：A是与样品数有关的整个分析时间；

      M是一个分析周期花费的时间；

      m是对每一样品的分析周期数；

      p是样品数。

从公式(1)立即可以看出随着样品数(的增加)上述每个样品的分析时间很快减少。相反，当只对几个样品进行分析时，上述分析时间相对较长。

通常，在临床环境下工作，例如在医院，需要极低的噪声水平。上述分析周期包括大量步骤，不可避免地产生声音，结果，由于噪声妨碍了分批分析器在临床上的应用。因为所产生的噪声水平不能适合于良好的护理条件，因此按照现有技术实际上不可能在卧床病人的房间中使用分析器。

用这种类型的分析装置可以做最终结果分析和动力学分析。在终点测量的情形中，上述值在多于获得恒定值所需的测量周期数后确定。在动力学测量的情形中，上述值在多于给定的、预先确定的测量周期数后确定。在所获得结果的基础上计算上述浓度变化的导数。通常需要7至10个测量点以在计算中达到足够精确。

由此可以看出，通常要把在医院中使用的、已知的分析器放在一个中心实验室中，样品从不同的病房输送到实验室。通过在中心实验室中使用同一分析器分析尽可能多的、从医院中采取的样品，病人将避免受到噪声的干挠，每一样品将在最可能短的时间内得到分析。上述过程的一个问题是对病人个人的上述值的监测变得复杂，由于按照计划的管理程序，样品和样品的分析结果必须在病人、实验室、医生和一些其它的医院职员间进行交换，增加了出错的危险。

本发明的一个总的目的是提供一种分析方法，使分析装置的结构与现有技术相比更加简化。

本发明的一个特定的目的是提供一种分析方法，使需要分析的非常小的样品量之间没有相互间污染的风险。

本发明的另一个特定的目的是提供一种分析方法，当样品数量相对较少时，对每一样品的分析时间比按现有技术进行的分析时间更短。

本发明的再另一个特定的目的是提供适合于在临床应用的分析装置，特别是提供能够在病人附近安装并使用的、能够对病人的生化指标进行连续监测的装置。

借助于一种在导言中定义的那种分析方法实现本发明的前述总的目的，在这种方法中上述样品体积和上述试剂体积通过上述供给管上的孔连续地供至上述分析装置；上述样品量和上述试剂量借助空气段在上述供给管中、也可能在上述软样品管中混合，上述空气段在上述样品和试剂体积的前面。在没有居中的空气段的情况下，立即连续地导入上述样品和试剂体积。

自然，空气将出现在上述样品和试剂的下游或在其后面，这意味着上述样品和试剂在两个空气段之间形成一个连着的链。

惊奇地发现用这种简单的方式可以将样品和试剂满意地混合在一起。一种可能的解释是：在上述液体与空气段的交界面处液体产生涡流，涡流向外然后向下沿着整个上述液体柱的长度移动，以此导致上述整个液体柱(即样品与试剂的组合体)混合在一起。在本质上，这种混合现象与上述液体流动是紊流还是层流无关。可是，通过选择合适的、与管子中液体的流动相对应的参数值可以对上述混合效果进行优化，这些参数例如为流速、液力直径、上述管子表面的粗糙度、个体阻力、液体流的粘度等。

本发明的方法同样有效地使样品和试剂惊人地、快速地混合在一起；在样品和试剂从上述供给管运动到上述检验器中的过程中，上述样品和试剂混合在一起，这意味着上述样品和试剂的混合时间最多大约为2秒，通常大约为1秒。

因为可以用这种简单的方式供给上述样品和试剂，同时满意地将它们混合在一起，而且只需要一个供给管用于供给样品和试剂，所以上述使用的分析装置可以具有更加简单的结构。自然，这将给予在这一领域内普通技术人员进行另外的、明显的结构简化的可能。

在一个优选具体实施例中，所用方法是一种分批方法。这种方法使得需要分析的、非常小的样品体积之间没有相互污染的风险。虽然上述方法是分批方法，降低了污染的风险，但是本发明借助于这样的事实，即当样品和试剂向上述分析装置供给的同时精确地混合，获得了对小样品数量进行分析的可能。本方法能够非常精确地对小样品和试剂体积进行提取；并且由于上述样品和试剂体积在被检测前的瞬间进行混合，并从它们的混合点开始到上述室所在位置，将它们保护在一个管子或一个软管子中，因而没有由于蒸发而改变上述混合比率的风险。

在本发明方法的一个特别优选具体实施例中，该实施例属于分批类型，在上述检测过程完成后用洗涤剂对上述检验器、上述软管和上述供给管进行洗涤，上述洗涤剂通过一个洗涤管供给上述检验器，然后通过上述检验器，洗涤剂冲洗上述供给管并经过上述软管从供给管中排出。这样，所获得的方法基本上只包括下列步骤：

-洗涤上述分析室和上述供给管；

-吸入空气(用于空气分段)；

-吸入样品(或试剂)；

-吸入试剂(或样品)；

-混合样品和试剂，并同时输送混合物至上述分析室；

-分析或检测；

-如可能，接着重新洗涤、吸入空气和新样品。

与上述常规的分批过程中包含的工作步骤数相比，立即可以看出利用上述新方法产生的噪声较低，并显著地缩短了分析每一个样品所花费的时间。由于连续地实行上述步骤，分析每一个样品的时间是恒定的，即该时间不随样品的数量而变化。在按照本发明方法进行动力学分析时，分析每一样品所花费的时间大约是1分钟。鉴于完成一个分析周期(M)的时间是25到30秒，当样品的数目P小于5到10个时所需的周期数M是7到10个，而动力学分析所用时间与所需得周期时间长度和所需周期的数目有关，借助于公式(1)可以方便地说明按照本发明方法产生的动力学分析比按照常规方法产生的动力学分析快得多。一般说来，可以看出，当少量样品需要较长的分析周期时，本发明方法比对许多样品同时进行并行操作的常规分批方法快。总之，当只对较少的样品进行分析，并且需要很快获得分析结果时，即当分析样品采自医院病房中的一个或几个卧床病人时，可以看出本发明的分批方法能更好地适用于这种分析过程。

本发明还涉及实现本发明方法的装置，所述装置包括：至少一个检验器；一个软管，它与检验器相连接；一个供给管，它具有一个第一自由端和一个与上述软管相连接的第二端；一个洗涤管，它与上述检验器相连接；至少一个泵，它用于将液体物质和液体试剂分别泵入和泵出上述检验器，它还用于泵送洗涤液通过上述洗涤管、检验器、样品管和供给管，上述供给管具有一个孔，通过这个孔可以一个接一个地依次供给样品和试剂。此供给管的结构最好适于在其中混合样品和试剂，同样也可以在后面样品管中混合样品和试剂。

在上述装置的一个优选具体实施例中，上述供给管具有至少两个大小彼此不同的通流面积，通过沿从上述第一端到上述第二端的方向上面积的突然增加，上述较小的通流面积与较大的通流面积汇合；并且面积的突然增加有助于在上述供给管中的流动中产生涡流或紊流，在上述样品管也有同样的可能，至少在沿从上述供给管的上述第一端到上述供给管的上述第二端的方向上，在上述面积突然增加的下游产生涡流。

按照一个特别优选具体实施例，上述装置是一种分批装置，该装置装有：一个计量泵，用于将液体物质和试剂泵入上述检验器；一个洗涤泵，将洗涤液由洗涤液容器经上述洗涤管泵入上述检验器，并从上述检验器中经上述供给管泵出。上述计量泵是一种往复活塞泵，例如柱塞泵或喷射泵；该计量泵在上述检验器与洗涤泵之间的位置与上述洗涤管相连接。上述洗涤泵是一种回转泵，例如蠕动泵。这种具体实施例提供了一种与常规装置相比特别不复杂设计的分批分析装置。上述泵的特别结合一举消除了对大量阀及其类似装置的需求，由于大量的阀导致现有技术的应用受到妨碍。下面对这一问题进行了更加详细的描述。凭借以较少的工作步骤对每一样品进行分析，并以此产生较低的噪声，上述装置同样适合于临床应用，特别是上述装置能够在病人附近安装并使用，对病人的生化指征进行连续地监测。

按照本发明装置的另一个具体实施例，上述装置包括一个与上述软样品管或上述洗涤软管相连接的样品环，所述样品环装有启动或停止样品环的阀，以改变在上述分析装置中和外部分析装置中的流动，上述外部分析装置可以是一种色谱分析装置，例如高效液体色谱装置。

下面参照附图对本发明进行更加详细的描述。

图1简要图示了发明装置的一个具体实施例；

图2是图1所示装置的供给管部分的横剖面图；

图3图示了一种洗涤上述供给管的方法。

在图1中所示的上述装置，首先借助于一个洗涤泵60，通过一个软的洗涤管40，将洗涤液从洗涤液容器90中泵出；在图示的情形中上述洗涤泵是一种蠕动泵。上述图示装置的洗涤管由聚氯乙烯塑料制造。上述洗涤液经过上述洗涤管40、测光检验器10、样品管20，以大约每秒50微升的流量，从上述供给管30的输出孔70泵出。上述样品管20由聚醚醚酮塑料制造，由于聚醚醚酮具有相对较低的疏水性，防止了大的空气泡粘附到上述样品管上。其它具有相似性能的塑料可以做为替代品。借助于洗涤容器130(参照图3对其进行更加详细的描述)，在洗涤过程中对上述供给管30的外表面进行清洗。在清洗完后，借助于机构170把上述供给管30从上述洗涤容器中升起，然后上述装置准备重新对样品进行分析。机构170垂直和侧向移动上述供给管，在这种情形下是在图纸所在平面内移动，并且在与图纸所在平面垂直的方向上移动试管180的支架。在用洗涤液将上述供给管30充满后，借助于计量泵50首先将大约1微升空气吸入上述供给管30，在图示中的上述计量泵是一种柱塞泵或者是一种喷射泵。上述静止蠕动泵60又起到闭合阀的功能，它阻止液体通过上述洗涤管40。然后，上述机构170使上述供给管30向试管180附近移动，向下进入试管180；在图示中的试管180为在瑞典专利申请第9303344-7号中所述的类型，即它具有一个橡胶隔膜和一个在管孔用于吸取非常小体积样品的毛细管。借助于上述计量泵50，经过上述供给管30上的孔70，样品(约0.1-2.0微升)被吸入上述供给管30。在将上述供给管30移向试剂容器(未示出)后，相应地经过上述供给管30上的孔70，试剂(约15微升)被吸入上述供给管30。因此，当上述样品柱和试剂柱被泵以约每秒5-50微升的流量(在上述管的内径的情形中，相应的流速是每秒4-40厘米)通过上述管20时，样品柱和试剂柱互相接触。依靠空气分段，上述样品与上述试剂在上述供给管30中开始混合。上述供给管30的截面积有突然的变化，在后面参照图2对其进行更加详细的描述，这种变化同样可能对样品和试剂的混合做出贡献。为了进行分析，当结合的液体柱位于测光检验器10处时，结合的液体柱将得到充分的混合。图示的上述检验器10为在文献SE-B-455 134中所述类型，即上述检验器包括一个透明材料薄管，在该管中装有上述混合物，光线与上述管的纵轴成锐角透过上述管的圆柱形壁，并在上述管内进行一次或多次地完全反射，然后成锐角经过上述圆柱形表面导出。借助于上述检验器10和与之相连接的计算机(未示出)，上述图示的具体实施例可以在少于30秒的时间内对样品与试剂的混合物进行有效的动力学分析，随后，借助于上述洗涤泵60将上述混合物从上述装置中洗涤掉，分析过程重新开始。上述整个过程费时大约1分钟。图1所示的上述装置适合于测量葡萄糖、乳酸、甘油、丙酮酸盐、尿素、肌酸酐、酒精、谷氨酸和二氧化碳等物质。借助于安装在上述洗涤管40上的六孔阀2，对氨基酸、嘌呤、乳酸、丙酮酸盐、抗坏血酸盐、组胺、多胺、白三烯(leukotriens)、自由基、离子或精选的药物制剂进行的分析也可以用外部分析装置，例如高效液体色谱装置来实现。上述阀2是一种二位阀，其产品号是C6W，由美国得克萨斯州休斯顿市的Valco仪器公司零售。上述阀2的功能是：当上述阀2处在第一位置时，连接样品环80和上述管40，以此借助上述计量泵50使上述环充满样品和试剂的混合物；当上述阀2处于第二位置时，上述样品环通过线4和线6与高效液体色谱装置(未示出)保持连接，以便能将上述样品环中的样品和试剂的混合物输送到上述高效液体色谱装置中。

如图2所示，图示具体实施例中的上述供给管30包括两个部分，即尖角插管100和管110。插管100为在瑞典专利申请第9303344-7号中所述的类型，如该文献所述的那样，它的外径仅为0.4毫米，特别适合于从被称为微透析试管中吸取非常小的样品体积。上述插管100的内径仅为0.15毫米，与上述喷射泵50结合，可以极为精密地吸取如0.1微升小的样品体积。上述插管100端接于上述管110中，端部位于突然增加的截面或剖面120处，并在上述截面固定上述管上。由于上述管110的内径是0.4毫米，这种截面的增加将略微超过600％，并将有助于上述样品与试剂的混合。

图3对用洗涤液洗涤上述供给管30的外表面进行了说明，洗涤液装在已知洗涤容器130中。如图中箭头所示，上述洗涤液从上述供给管30中流出，充满空间140，并溢过上述空间限定壁150。由此上述供给管30的外表面被清洗干净。然后，洗涤液从孔160流出。

可以理解，所描述并图示的本发明的范围包括不同于所述实施例的几个实施例。因此，本发明的范围仅受到下面权利要求书、及在权利要求书的基础上的进一步发展的限定。

Claims (9)

1.一种液体物质化学分析的方法，该方法借助于至少一种通流传感器或检验器(10)和至少一种试剂；在此方法中，上述液体物质的样品体积通过供给管(30)被导入样品管(20)，上述样品体积和试剂体积混合在一起，并引起相互反应，然后上述反应混合物通过上述样品管(20)被输送到上述通流传感器或检验器(10)中进行分析，其特征在于：

-将第一个空气段导入上述样品管(20)；

-通过入口孔(70)一个接一个地依次将在上述样品管(20)中的上述样品体积和试剂体积导入上述供给管(30)；

-此后，立即导入第二个空气段；

上述样品体积和上述试剂体积在流过上述供给管(30)时，也可以是在流过上述样品管(20)、直到流入上述通流传感器或检验器(10)中时相互混合。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：被上述两个空气段夹在一起的上述样品体积和试剂体积依靠涡流在上述供给管(30)中混合到一起；上述涡流借助上述空气段产生在上述供给管(30)内的上述样品和试剂的流动中，上述涡流也可产生在上述样品管(20)内的流动中。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：被上述两个空气段夹在一起的上述样品体积和试剂体积依靠在上述供给管(30)内的上述样品和试剂的流动中分段产生的横向和/或向后定向的层流，在上述供给管(30)内进行混合，上述层流也可在上述样品管(20)内的流动中存在。

4.如权利要求1到3中的任意一项所述的方法，在完成一次分析后，用洗涤液对上述通流传感器或检验器(10)、上述样品管(20)和上述供给管(30)进行彻底清洗，其特征在于：上述洗涤液流经洗涤管(40)流入上述通流传感器或检验器(10)，然后流过上述通流传感器或检验器(10)，此后上述洗涤液流经上述样品管(20)流过并流出上述供给管(30)。

5.借助于至少一种试剂对液体物质进行自动化学分析的装置，它包括：至少一个通流传感器或检验器(10)；一个样品管(20)，它与上述通流传感器或检验器(10)相连接；一个供给管(30)，它具有一个第一自由端和一个与样品管(20)相连接的第二端；一个洗涤管(40)，它与上述传感器或检验器(10)相连接；至少一个泵(50，60)，用于将液体物质和试剂泵入或泵出上述传感器或检验器(10)，并用于泵送洗涤液流过上述洗涤管(40)、上述传感器或检验器(10)、上述样品管(20)和上述供给管(30)，其特征在于：

-供给管(30)具有一个孔(70)，孔(70)按顺序一个接一个地供给样品和试剂；

-一个计量泵(50)，它用于将液体物质样品体积和试剂泵至上述通流传感器或检验器(10)；

-上述装置还包括一个洗涤泵(60)，它的功能是：经过上述洗涤管(40)，将洗涤液从洗涤液容器(90)泵入上述通流传感器或检验器(10)中；经过上述样品管(20)，将上述洗涤液从上述通流传感器或检验器(10)通过上述供给管(30)排出。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于：上述供给管(30)的结构使样品和试剂会在上述供给管(30)内、也可能在上述样品管(20)内混合。

7.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于：上述供给管(30)具有至少两个大小彼此不同的通流面积，通过沿从所说第一端到所说第二端的方向上面积的突然增加，上述较小的通流面积与上述较大的通流面积汇合；上述面积的突然增加有助于在上述供给管(30)中的流动中产生涡流，并且在上述样品管(20)中也可能产生涡流，至少在沿从上述供给管的所说第一端到其第二端的方向上、在所说面积突然增加的下游产生涡流。

8.如权利要求5到7中任意一项所述的装置，其特征在于：上述计量泵(50)是一种往复活塞泵，它在上述传感器或检验器(10)和洗涤泵(60)之间的位置与上述洗涤管(40)相连接；上述洗涤泵(60)是一种回转泵。

9.如权利要求5到8中任意一项所述的装置，其特征在于：上述供给管包括一个插管(100)，插管(100)的纵轴在其尖端附近弯曲；将上述插管尖端磨成斜面，使所说尖端的平面与上述插管尖端(100)的外表面切线相交在离曲率中心最远的外母线上，相交点在上述插管(100)的直线部分的中心轴的延长线的附近。

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