2. Концептуальная модель автоанализатора

1. Выбор автоанализатора

Наиболее подходящим для идентификации возбудителей является метод времяпролётной масс-спектрометрии. Этот метод обладает высокой диагностической эффективностью, экономической эффективностью, быстротой получения результатов идентификации и простотой выполнения процедуры. Масс-спектрометрия позволяет с высокой точностью разделить ионы по отношениям их масс к заряду, что позволит быстро идентифицировать возбудителей на основе полученных масс-спектров и имеющихся баз данных.

Внешние условия, необходимые для проведения измерений:

• Чистота измерительного оборудования, используемого при проведении пробообработки и аналитического исследования;

• Соблюдение концентраций веществ и реагентов на всех этапах анализа в соответствии с методикой;

• Использование дистиллированной воды;

• Источник ионизации – лазер;

• Чистота лабораторных помещений для проведения исследования. [1]

Технические средства, необходимые для проведения анализа:

• Времяпролётный масс-анализатор – для проведения измерений;

• Лазерный ионный источник;

• Чистые дозаторы и мерные колбы;

• Мерные колбы объёмом не менее 1 мл для забора материала;

• Перемешивающее устройство;

• Аппарат для центрифугирования.

Требуемый уровень подготовки персонала для проведения нефелометрических исследований – техник-лаборант клинико-диагностической лаборатории. К выполнению подготовки проб и измерений методом масс-спектрометрии допускаются лица, прошедшие соответствующий курс обучения и освоившие настоящую методику выполнения измерений.

2. Концептуальная модель лабораторной системы

Структурная схема с позиций биотехнической системы лабораторного анализа представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Структурная схема биотехнической системы лабораторного анализа

На представленной схеме:

БО – биологический объект, пациент.

Биопроба – анализируемая биологическая проба, в рассматриваемом случае – кровь или ликвор.

Стерильный контейнер – средство отбора пробы. Стерильность контейнера обеспечивает отсутствие посторонних загрязнений и повышает точность анализа.

Реагенты – все вещества, используемые для пробообработки и анализа.

Дозаторы реагентов, а также оборудование для перемешивания – оборудование для пробоподготовки.

Времяпролётный масс-анализатор – используемый для лабораторных исследований анализатор.

Блок обработки – средство обработки результатов,

Дисплей – информационное устройство для визуализации.

Идентификация возбудителей – параметр, получаемый в результате исследования. [2]

3. Принцип работы автоанализатора

1. Тип автоанализатора

Центрифужные анализаторы используют центробежную силу для перемещения пробы, реагентов и формирования смеси. В центрифужном анализаторе аналитическая система основана на специально сконструированной центрифуге. Все необходимые добавки реагентов, разбавление и даже масс-спеткрометрические измерения делаются при работающей центрифуге.

Принцип действия центробежного анализатора основана на быстром вращении специального ротора 1, по внешнему диаметру которого укреплены кюветы 2. Кювета имеет сложную форму, как минимум две емкости для пробы и реагента, а также рабочую область, где происходит ионизирование с последующими масс-спектрометрическими измерениями. [3]

Рисунок 3 – Центрифужный автоанализатор

На рисунке видны полости в пластиковой кювете, в которые загружен образец 4 и реагент 3. При вращении ротора под действием центробежной силы реагент и проба попадают в емкость 5, где происходит ионизация образца в режиме электронного удара (луч лазера 6) или химической ионизации. В результате свободного пролета пластина детектора 7 фиксирует попавшие на нее иноны.

В качестве детекторов ионов в таких анализаторах используется электронный умножитель с большим быстродействием (с малой постоянной времени) для того, чтобы регистрировать ионы без просчетов. Времяпролетные масс-спектрометры позволяют анализировать ионы с массой до 7000 а.е.м. [4]

Давайте подробнее опишем механизм, протекающий между 6 и 7 элементом на рисунке 3. Для этого обратимся к схеме масс-спектрометра с лазерной десорбционной ионизацией представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 – Масс-спектрометр с лазерной десорбционной ионизацией

Если применить прерывистый ускоряющий потенциал, то пучок ионов можно разбить на отрезки или импульсы. Это дает возможность сортировать ионы по их скоростям, что равносильно сортировке по массам. К сетке приложен ускоряющий потенциал порядка 2000 В в форме импульсов длительностью 1 мкс или менее, повторяющихся около 20000 раз в секунду. Эти импульсы положительного напряжения сообщают ускорение ионам, которые затем движутся в длинной свободной от полей трубе дрейфа со своими собственными скоростями. [4]

Времяпролетные масс-спектрометры отличаются тем, что в них с помощью, например, импульса ионизирующего лазера или с помощью импульса высокого напряжения в электрическом затворе ионы стартуют в одно и то же время. После прохождения через ускоряющую разность потенциалов U ион с зарядом z, массой m и скоростью V при­обретает кинетическую энергию Е:

При этом время пролета t составляет:

где L — длина трубы дрейфа, м; U — ускоряющее напряжение, В.

Если принять L = 1 м, U = 2 кВ, М = МН (масса водорода) = 1,67× 10–27 кг, е = 1,6× 10–19 Кл, то согласно уравнению время прохождения ионом водорода пролетного расстояния равно 1,58 мкс. [5]