【doc】 人体微量元素医学专用MB5和MG2检测仪的研制开发.doc

人体微量元素医学专用MB5和MG2检测仪的研制开发仪器用于测定水中油含量,后来我们将应用领域扩展到测定压缩气体中润滑油含量,以及扩展到干纤维油剂含量检测,这样从仪器的应用领域来说,就是从测定水体中油,到测定气体中油,再到测定体中油.从产品的性能功能来看,我们从实验室分析仪器扩展到实验室全自动分析以至扩展到在线分析.从产品的附件来看,我们不仅开发了自动萃取器与实验室分析仪器配套使用,作为实验室分析仪器的前处理附件,还开发了溶剂回收精制装置,作为仪器的重要附件,用于萃取溶剂回收利用,实现_r降低萃取溶剂使用量,减少废液排放实现环保.总而言之,仪器必须服务于用户,必须与用户密切结合,必须不懈地用高新技术改善提高我们现有产品,而且要有独创性,要有自主知识产权,这样才能为”MadeinChina”分析仪器进入世界舞台创造条件.最后,感谢现代科学仪器开辟了国产仪器介绍专栏,为我们与业界同行和用户提供了新的交流平台,感谢朱良漪教授在华夏科创制定企业发展战略和新产品开发过程11给予的悉心指导,以及在本文撰写过程的具体指导.电感谢国内无数热心专家,学者,用户,供应商在公司发展过程l给与的支持,在此一并表示感谢!人体微量元素医学专用MB5和MG2检测仪的研制开发齐璐璐宋雅东何乃文(北京普析通用仪器有限责任公司北京100081)摘要用创新的思路,从科学发展-b市场规律出发,提出用成熟的分析仪器产品技术开拓出新的应用领域,介绍MB5和MG2多元素同步检测原子吸收分光光度计的结构,特点,性能和应用,以及MB5结合分析技术开发的发展前景.关键词微量元素;同步检测;原子吸收分光光度计TheDevelopmentofProfessionalMedicinalInstrumentforTraceElementsInspectionofBlood-MB5andMG2Multi.channelAASQiLulu,SongYadong,HeNaiwen(BeijingPurkinjeGeneralInstrumentCo.,Ltd.,Beijing100081,China)AbstractIncreativemannerfromscienceandmarketaspect,weintroducethenovelinstrumentMB5andMG2.Inthisarticle,thestructure,characteristic,performanceandapplicationofmultichannelAtomicAbsorptionSpectrophotometerthatdesignedbyChineseinstrumentalcompanywereintroduced.Also,thedevelopmentfutureofMB5combinedwithexploitationofanalysistechniquewasintroduced.Keywordstraceelements;synchroinspect;atomicabsorptionspectrophotometer1引言北京普析通用仪器有限责任公司自1991年建厂.从2,30人发展到现在500人的队伍,拥有1万多平方米的正规厂房和5条产品专业生产线.虽然在紫外可见分光光度计,原子吸收分光光度计等通用仪器歼发上,取得了一定的成绩,形成了年产销额上亿元的规模.产品除了国内市场外,也开始进入到国际市场.回顾十年来我们虽然也有成果,但是目光仅限于众所周知而又力所能及的通用产品,也是我们的一个教训.于是要改变我们的思路,要用创新带动我仃J的工作.于是经过我们查阅有限的国际分析技术科技资料和市场分析,我们感到只有运用成熟的产品生产技术加上新的技术,新的材料,新的方法去开拓新的应用领域.于是我们发现:12哈佛大学的Whitesides教授提出分析化学分为服务型(测试型)工作和研究型工作两大类.对于生化分析而言,服务型的工作主要是了解物质的组成;而研究型的工作则要研究物质的功能.他指出目前分析化学正发生的革命性变化是人们将更加关注和重视以研究功能为目标的研究型T作.二卜世纪70年代出现生命科学研究深人,有一大批为蛋白质,基因,DNA等的新型生化分析仪器要做.结合我国人口众多的现实,并与生命科学有关的医疗系统对高效快速的服务型自动化分析仪器的需求日益迫切.目前在医院广泛应用于生化指标测定的大型生化分析仪,目前所使用的紫外一可见分光光度计虽然可是承担一些分析任务,但由于紫外一可见分光光度计繁杂的样品预处理程序不仅增大测试人员的劳动强度,降低丁作效率,还使样品污染机会增多,准确性下降,因ModernScientificInstruments20054此取而代之的必然是全自动化大型生化分析仪.由此引申,我们发现随着人们对微量元素与健康关系的深入认识,在医院中广泛应用势在必行.2对人体微量元素分析技术的探讨1)人的身体由化学元素组成目前已知天然存存的92种化学元素中,在人体内已发现81种,这些元素又分为必需元素,非必需元素和有害元素.其中必需元素25种,包括常量必需元素l1种:氧,碳,氢,氮,钙,磷,钾,硫,钠,铝,镁,微量必需元素l4种:铁,锌,铜,锰,铬,钼,钴,硒,镍,钒,碘,氟,硅.那些生物学作用还不明确,又没有发现其明显毒性的元素称为非必需元素,如:锶,铷,硼.些重金属元素如镉,汞,铅和非金属砷等是有害元素.元素在人体内是一个平衡过程,必需元素过量时,也会造成危害.人体内微量元素科学史现代生命科学和现在医学的前沿科学,经过多年探索,人类在微量元素与健康方面的研究取得了丰硕成果.2)测定微量元素分析仪器方法的综合评议表1测定微量元素的分析仪器3)现有生产开发的国内外厂商生产的元素柃测仪器的局限与不足的分析检测过程耗时长;部分以头发为样品进行检测的产品测试准确性差;静脉取样难度大;前处理过程的污染严重;结果可信度低并需要专业人员操作等使得测试很难满足大量样品的检测需求.注:表中所给出的检测限为一般情况下的检测限,仅作为方法及仪器选择的参考.由f仪器不同,分析方法不同,分析样品不同及不同的测量元素其检出限各不相同.小结,我们公司的技术开发人员在研究探讨上述内容的基础上,认为我们已经有了成熟的经验和广大用户的考核,并能稳定生产的原子吸收分光光度计是最好的开发基础.但是必需参考吸取其它公司仪器的现代科学仪器20054优点确定好初步的技术方案,经过几年来多次的反复与修改,最终试制成功专用于测定人体血液样品中有益元素含量的MB5多通道原子吸收分光光度计(以下简称MB5).经过几十家医院与研究单位的使用初步认为:具有准确性好,进样量小,灵敏度高,无污染,简便快速,一次进样可同时测量铜,锌,钙,镁,铁五种元素含量,测量结果自动计算整理并按医院要求的标准格式打印等特点.初步使得具有中国特色与专利的微量血测试人体微量元素的方法开始在医院普及,推动了微量元素的研究进程.我们继续做更大的努力来开发这个人体微量元素专用测试仪的开发.3仪器研制我们公司经过几年的不懈终于成功的研制出两种自动化,多通道,微量进样,免样品前处理的原子吸收光谱仪一一用十测定人体中有益元素含量的”MB5多通道原子吸收分光光度计”和测定人体中有害微量元素含量的”MG2血液铅镉分析仪”(以下简称MB5和MG2).并具有五项创新,四项专利,技术特征与攻关项目简单介绍如下:表2MB5的功能置和技术指标项目内容光学系统具有争利的插针式铜,锌,钙,镁,铁五元素复合灯眨自动定位系统;密封,全反射镜,五通道光学系统(专利),能量损失小接收器五只倍增管原子化器大倾斜角微量溶液专用雾化系统(专和),废液排放顺畅燃烧头燃烧缝宽,灵敏度高;小易结垢气路系统固定流量乙炔气路系统;压力开关监测宅气压,J;管理员限时30秒监控模式乙炔压力及气味检测系统电路系统采用F020系列单片机,集成度高,电路工作稳定软件向导提示系统,错误报警提示栏,画面简单,实用,参数调整只需一键完成基线稳定性0006Abs/30分钟(铜锌,钙,镁铁同时测量)相对标准偏差l%(铜,锌,钙镁铁司时测量)测样量l8O个/小时抗腐蚀能力吸人5%的王水溶液20min,无腐蚀电源电压变化O002Abs(电压lO%)信号处理功能一次进样,叮以同时测试铜锌,钙,镁铁五种元素含量,-对测试数据进行自动计算,整理,仔并打印(单位mol/Lmmol/L)外形516mmX480mmX380mm光源两元素复合宅心阴极灯原子化器行墨炉通道数两通道采样量(溶血量)40L气路系统无需调节崮定式RSD3%测样量3O个/小时信号处理功能一次进样,可以同时测试铅,镉两种元素禽量,叮对测试数据进行自动计算,整理,存并打印(单位moll,mmol/L)133.1光源一体化装置当前绝大多数原子吸收分光光度计的光源均为单元素灯,只能做到次进样检测一种元素.这就意味着每测一种元素需要进行一次校正,作?次标准曲线,这一过程耗时较长,难以满足大量样品的测试需求.MB5光源采用特制的铜,锌,钙,镁,铁五种元素的复合空心阴极灯,可发出五种特征谱线辐射光,使得光路简单易集成,从而实现了操作方便,测试快速的检测要求.同样,MG2采用?支垂直于水平位置放置的特制插针式铅,镉双阴极复合灯发出铅,镉及与之对应的背景元素特征谱线,解决了扣背景光源分离,吸收与背景的光斑同心度不一致的问题;克服了自吸扣背景铅镉灯寿命短,灵敏度损失大的缺点,使其使用寿命达1000小时以上;同时仪器基线稳定性相对于自吸扣背景方式均有明显提高.3.2多通道光学系统MB5和MG2均采用完全密封,全反射镜,多通道光学系统的设计,使得仪器的能量和信噪比得以提高.MB5的五元素灯发出五种特征谱线分别照射存与之对应的五只光电倍增管上,经能量平衡后,各自达到100%平衡能量,当雾ft系统吸喷溶解了人血的专用稀释液时,铁,镁,铜,锌,钙五元素的特征谱线均产生各自的特征吸收,分光系统内的五只光电倍增管将变化的光信号转化为电信号,经电路处理系统处理,运算,显示测量结果.MG2双阴极元素灯发出的铅,镉及与之对应的背景元素特征谱线,经凹面镜,平面镜将光斑汇聚在石墨管的中心,将溶解了人血的特制全血溶解剂加入石墨管内,石墨管在大电流的作用下产生热量(最高温度3000)使石墨管内部的样品产生原子蒸气,铅,镉及与之对应的背景元素特征谱线将分别被石墨管内两种元素原子蒸气及背景光谱同步吸收,已被吸收的光斑再经凹面镜将光斑聚焦在入射狭缝上,经单色器分光,经光电倍增管将光信号转化为电讯号后,送人电路处理系统处理,运算,显示扣除背景后的纯原子吸收测量结果.3.3无需样品前处理为获取准确数据,传统的微量元素柃测采取静脉血,利用湿法消化对血浆或血清中的元素进行测试,但静脉取血需血量大,彼测者痛苦,尤其对儿童很难取样,此种取样方式存在两个致命弱点:第一,测试前有一个相当繁杂的样品预处理过程,此过程无论对环境还是操作人员都会造成严重污染,出结果时间长且需专业人士才能操作.第二,操作环节多,对样品的污染机会增多,使结果的准确性降低.为此,北京普析通用仪器有限责任公司与北京市检验检疫局合作,为新研制的MB5和MG2两种多元素同步检测仪14配备了用血液溶解剂,并对原子化系统进行优化设计,只需将40微升末梢放人稀释液中摇匀,即可上机测量,从而省略了对样品繁杂的前处理过程,减轻操作人员劳动强度的同时消除了对操作人员,环境和样品的污染,避免了样品前处理所导致的测试偏差.MB5采用的火焰原子化器为片式设计,能够快速达到热平衡,3秒内即可实现铜,锌,钙,镁,铁五元素的同时检测.MG2则采用特制石墨杯型电热原子化器,在12分钟内即可完成铅,镉两元素的同时检测.其石墨杯具有大开13,使得燃烧不充分的血液残渣容易排掉;石墨杯内的凹槽设计使得加样量可以高达60微升.自动进样器的配备更增强了MB5和MG2的自动化程度,降低系统误差的产生,使分析结果的准确度,精密度大大提高.冈1MG2血液铅镉分析仪外观图冈2MB5多通道原于吸收分光光度计外观图3.4固化设计MB5和MG2都对一些程序进行了固化设计,如固化燃气及助燃气流量,固定灯位置,原子化器和殃缝,无需任何再次调整,从而减小了系统误差的产生.两者均采用一体化灯架,自动设定灯的最佳工作位置,免去了分析人员调整灯位置的工作,减少了因元素灯位置影响产生的问题.MB5固化最佳助燃比的燃气C2H2流量大小,使得分析人员每一次开机时的最佳助燃比不会改变;MG2固化最佳氩气流量大小,使得每一次开机时氩气流量不会改变.MB5固化最佳火焰高度位置,MG2固化最佳石墨炉电源升温程序,使得每一次的测量具有更加准确,可靠的数据.MB5和MG2的MAWin主操作界面如图3,4所示,五(两)路能量一键操作,各自达到100%平衡能量,五(两)条标准曲线也可一键同时显示.ModemScientiticInstruments20054图3MB5的MAWin主操作界_白】图4MG2的MAWin主操作界向3.5人性化设计两种仪器均设有安全管理员模式,未经安全管理员同意的其它人员不能使用该仪器.仪器利用最先进的元器件,具有自动设置负高压,自动较零控制,自动能量平衡,自动保护功能.同时仪器配有通用微机,运行专用软件,最先进的编程实现人性化的人机对话窗口,操作人员对主机自动控制,在显示器上能一键同时显示各种数据和分析曲线,具有对分析结果按需打印,储存,调出和再处理的自动控制系统功能.悦机时,微机也可独立使用.MB5和MG2的样品测量与标准曲线测量结果如图5,6所示.4仪器使用MB5多通道原子吸收分光光度计为医疗专用仪器,测量人体血液中铜,锌,钙,镁,铁五种元素含量.专用血液溶解剂的配备更简化了分析方法,提升了分析效率.4.1样品前处理现代科学仪器20054习5MB5样品测量窗口6MG2标准曲线测量窗口针对传统样品预处理方法的弱点,北京普析通用仪器有限责任公司与北京市检验检疫局合作,为MB5开发了专用血液溶解剂,只需将40微升末梢血放入稀释液中摇匀,即可直接上机测量,不仅省略了样品繁杂的前处理过程,减轻操作人员劳动强度同时消除了对操作人员,环境和样品的污染,避免了样品前处理所导致的测试偏差,更缩短了测试时间,提高分析效率,使MB5能够满足大量样品的测试需求.4.2样品测试以下是MB5的测量全血中cu,zn,Ca,Mg和Fe的操作过程.样品测量与标准曲线测量结果如图7,8所示.(1)血样制备准确吸取40微升全血,注入1.96毫升血液稀释剂中,在试管振荡器上振荡充分混匀约一分钟.(2)仪器测试条件启动仪器,按说明书执行仪器初始化,预热仪器20分钟;启动乙炔检测装置的测试功能;15点火,点击”能量自动平衡”使五元素能量自动达到100%;(3)分析4.3制作校准曲线吸喷0#标准溶液并校零,采数,再依次吸喷1#,2#,3#标准溶液并采数,仪器将自动建立五个元素各自的校准曲线.4.4血样分析建立各元素满意的校准曲线后,吸喷稀释好的血样,仪器立即报告出血液中这五元素的浓度并在MB5样品测量窗口(图8)中显示.16图7标准曲线量结果图罔8样品测最页向4.5用户反馈MB5多通道原子吸收分光光度计进入市场已一年多.武汉协和医院,河南中医学院第一附属医院,辽宁省妇幼保腱院,山东淄博淄川中医院,厦门妇幼保健院,天津塘沽区妇幼保健院,新疆克拉玛依中心医院,内蒙古自治区医院,江汉油田疾控中心等全国百十余家医疗机构购买并使用了该仪器,为几万名患者做了体检,经用户反馈仪器使用状态良好,数据准确,操作简便,测量快捷,使用安全,为医院带来了社会和经济效益.5结束语MB5五元素同时检测原子吸收分光光度计的使用提高了医疗界人体元素检测手段的准确性和快速性,初步推动了微量元素检测的普及,同时由于其优良的性价比,使其具有良好的经济效益.随着科学研究的不断深入和分析检测技术的飞速发展,各行业对微量元素快速,同步检测需求不断提高,作为分析仪器专业制造厂商的北京普析通用仪器有限责任公司将致力于中国分析仪器的发展,秉怀科技服务社会的理念,立足于目前血液样品中五种微量元素的检测,深入:砰发其它多种微量元素的同步检测技术,并进一步拓展MB5的应用领域,使其应用于生物流体等其他生物样品中微量元素检测,并开发其在冶金,环保,医药,食品等领域中的应用,使其服务于更加广泛的行业.感谢现代科学仪器杂志开辟了国产分析仪器介绍专栏,使得有机会把我们的理念与体会,供大家批评指正.感谢朱良漪先生对我公司仪器开发的关心与支持,并对本文的编制给予指导.用成熟的产品技术开拓出新的应用领域,必需与”用”及和使用科技人员相结合,经过不断的改进和创新才会有很大的前途,也可以使我们有信心创建有中国特色的高档专用分析仪器,登上世界舞台.ModemScientificInstruments2Oo54