El AutoAnalyzer es un analizador automatizado que utiliza una técnica de flujo llamada análisis de flujo continuo (CFA), o más correctamente análisis de flujo segmentado (SFA), realizado por primera vez por Technicon Corporation . El instrumento fue inventado en 1957 por Leonard Skeggs, PhD y comercializado por Technicon Corporation de Jack Whitehead. Las primeras aplicaciones fueron para análisis clínicos, pero pronto siguieron métodos para análisis industriales y ambientales. El diseño se basa en segmentar una corriente que fluye continuamente con burbujas de aire.
El análisis de flujo continuo (CFA) es un término general que abarca tanto el análisis de flujo segmentado (SFA) como el análisis de inyección de flujo (FIA). En el análisis de flujo segmentado, una corriente continua de material se divide mediante burbujas de aire en segmentos discretos en los que se producen reacciones químicas. El flujo continuo de muestras líquidas y reactivos se combina y transporta en tubos y serpentines de mezcla. El tubo pasa las muestras de un aparato a otro y cada aparato realiza diferentes funciones, como destilación, diálisis, extracción, intercambio iónico, calentamiento, incubación y registro posterior de una señal. Un principio esencial de SFA es la introducción de burbujas de aire. Las burbujas de aire segmentan cada muestra en paquetes discretos y actúan como una barrera entre los paquetes para evitar la contaminación cruzada a medida que viajan a lo largo del tubo de vidrio. Las burbujas de aire también ayudan a la mezcla creando un flujo turbulento (flujo en bolo) y brindan a los operadores una verificación rápida y sencilla de las características del flujo del líquido. Las muestras y los estándares se tratan de una manera exactamente idéntica a medida que viajan a lo largo de la vía fluídica, lo que elimina la necesidad de una señal de estado estable; sin embargo, dado que la presencia de burbujas crea un perfil de onda casi cuadrado, llevar el sistema al estado estable no lo hace. no disminuye significativamente el rendimiento (los analizadores CFA de tercera generación promedian 90 o más muestras por hora) y es deseable porque las señales de estado estable (equilibrio químico) son más precisas y reproducibles. [1] Alcanzar el estado estable permite alcanzar los límites de detección más bajos.
Un analizador de flujo segmentado continuo (SFA) consta de diferentes módulos que incluyen un muestreador, una bomba, serpentines de mezcla, tratamientos de muestra opcionales (diálisis, destilación, calentamiento, etc.), un detector y un generador de datos. La mayoría de los analizadores de flujo continuo dependen de las reacciones de color utilizando un fotómetro de flujo continuo; sin embargo, también se han desarrollado métodos que utilizan ISE, fotometría de llama, ICAP, fluorometría, etc.
El análisis de inyección de flujo (FIA) fue introducido en 1975 por Ruzicka y Hansen, [2] La primera generación de tecnología FIA, denominada inyección de flujo (FI), se inspiró en la técnica AutoAnalyzer inventada por Skeggs a principios de la década de 1950. [3] [4] Mientras que el AutoAnalyzer de Skeggs utiliza la segmentación de aire para separar una corriente que fluye en numerosos segmentos discretos para establecer un largo tren de muestras individuales que se mueven a través de un canal de flujo, los sistemas FIA separan cada muestra de la muestra posterior con un reactivo portador. Mientras que el AutoAnalyzer mezcla la muestra de manera homogénea con los reactivos, en todas las técnicas FIA la muestra y los reactivos se fusionan para formar un gradiente de concentración que produce resultados del análisis.
Los métodos FIA se pueden utilizar tanto para reacciones rápidas como para reacciones lentas. Para reacciones lentas, suele utilizarse un calentador. No es necesario que la reacción se complete ya que a todas las muestras y estándares se les da el mismo período para reaccionar. Para ensayos típicos medidos comúnmente con FIA (p. ej., nitrito, nitrato, amoníaco, fosfato), no es raro tener un rendimiento de 60 a 120 muestras por hora.
Los métodos FIA están limitados por la cantidad de tiempo necesario para obtener una señal mensurable, ya que el tiempo de viaje a través del tubo tiende a ampliar los picos hasta el punto en que las muestras pueden fusionarse entre sí. Como regla general, los métodos FIA no deben utilizarse si no se puede obtener una señal adecuada en dos minutos, y preferiblemente en menos de uno. [ cita necesaria ] Las reacciones que necesitan tiempos de reacción más largos deben segmentarse. Sin embargo, considerando el número de publicaciones de la FIA y la amplia variedad de usos de la FIA para ensayos en serie, la limitación de tiempo de "un minuto" no parece ser una limitación grave para la mayoría de los ensayos de la vida real. [ cita necesaria ] Sin embargo, los ensayos basados en reacciones químicas lentas deben realizarse en modo de flujo detenido (SIA) o segmentando el flujo.
OI Analytical, en su método amperométrico de difusión de gas para cianuro total, utiliza una técnica de análisis de inyección de flujo segmentado que permite tiempos de reacción de hasta 10 minutos mediante análisis de inyección de flujo. [5]
Technicon experimentó con la FIA mucho antes de que Ruzicka y Hansen la defendieran. Andrés Ferrari informó que el análisis era posible sin burbujas si se aumentaban los caudales y se disminuían los diámetros de las tuberías. [6] De hecho, los primeros intentos de Skegg con el analizador automático no segmentaron. Technicon decidió no seguir adelante con la FIA porque aumentaba el consumo de reactivos y el costo del análisis. [ cita necesaria ]
La segunda generación de la técnica FIA, denominada análisis de inyección secuencial (SIA), fue concebida en 1990 por Ruzicka y Marshal, y se desarrolló y miniaturizó aún más a lo largo de la década siguiente. [ cita necesaria ] Utiliza programación de flujo en lugar del régimen de flujo continuo (como lo utilizan CFA y FIA), que permite que el caudal y la dirección del flujo se adapten a la necesidad de los pasos individuales del protocolo analítico. Los reactivos se mezclan mediante inversiones de flujo y se lleva a cabo una medición mientras la mezcla de reacción se detiene dentro del detector al detener el flujo. La cromatografía microminiaturizada se realiza en microcolumnas que se renuevan automáticamente mediante manipulaciones de microfluidos. El bombeo y la medición discretos de volúmenes de microlitros de muestra y reactivo utilizados en SI solo generan desechos por cada inyección de muestra. El enorme volumen de literatura sobre FI y SI documenta la versatilidad de FI y SI y su utilidad para ensayos de rutina (en suelos, agua, ensayos ambientales, bioquímicos y biotecnológicos) ha demostrado su potencial para ser utilizado como una herramienta de investigación versátil.
En aplicaciones de pruebas médicas y muestras industriales con altas concentraciones o material que interfiere, a menudo hay un módulo dializador en el instrumento en el que el analito penetra a través de una membrana de diálisis hacia una ruta de flujo separada que continúa con un análisis posterior. El objetivo de un dializador es separar el analito de sustancias que interfieren, como las proteínas , cuyas moléculas grandes no atraviesan la membrana de diálisis sino que van a un flujo de desechos separado. Los reactivos, los volúmenes de muestra y reactivo, los caudales y otros aspectos del análisis del instrumento dependen del analito que se esté midiendo. El autoanalizador también es una máquina muy pequeña.
Anteriormente, un registrador gráfico y, más recientemente, un registrador de datos o una computadora personal registran la salida del detector en función del tiempo, de modo que cada salida de muestra aparece como un pico cuya altura depende del nivel de analito en la muestra.
Technicon vendió su negocio a Revlon en 1980 [7], quien luego vendió la empresa a compradores clínicos (Bayer) e industriales (Bran+Luebbe - ahora SEAL Analytical) en 1987. En ese momento, las aplicaciones industriales representaban alrededor del 20% del CFA. máquinas vendidas.
En 1974, Ruzicka y Hansen llevaron a cabo en Dinamarca y Brasil experimentos iniciales sobre una técnica competitiva, que denominaron análisis de inyección de flujo (FIA). Desde entonces, la técnica encontró uso mundial en investigación y aplicaciones de rutina, y se modificó aún más mediante la miniaturización y la sustitución del flujo continuo por un flujo programable controlado por computadora.
Durante la década de 1960, los laboratorios industriales dudaban en utilizar el autoanalizador. La aceptación por parte de las agencias reguladoras finalmente se produjo mediante la demostración de que las técnicas no son diferentes de un espectrofotómetro de registro con reactivos y muestras agregados en las proporciones químicas exactas como los métodos manuales tradicionalmente aceptados. [8]
Los instrumentos CFA de Technicon más conocidos son el AutoAnalyzer II (introducido en 1970), el Analizador múltiple secuencial (SMA, 1969) y el Analizador múltiple secuencial con computadora (SMAC, 1974). El Autoanalyzer II (AAII) es el instrumento en el que se escribieron y como referencia la mayoría de los métodos de la EPA. [ cita necesaria ] El AAII es un analizador de flujo segmentado de segunda generación que utiliza tubos de vidrio de 2 milímetros de diámetro interior y bombea reactivo a caudales de 2 a 3 mililitros por minuto. El rendimiento de muestra típico para el AAII es de 30 a 60 muestras por hora. [9] Los analizadores de flujo segmentados de tercera generación se propusieron en la literatura, [10] pero no se desarrollaron comercialmente hasta que Alpkem introdujo el RFA 300 en 1984. El RFA 300 bombea a caudales inferiores a 1 mililitro por minuto a través de serpentines mezcladores de vidrio de 1 milímetro de diámetro interior. . El rendimiento del RFA puede acercarse a las 360 muestras por hora, pero tiene un promedio cercano a las 90 muestras por hora en la mayoría de las pruebas ambientales. En 1986, Technicon (Bran+Luebbe) introdujo su propio sistema de microflujo TRAACS-800. [11]
Bran+Luebbe continuó fabricando el AutoAnalyzer II y TRAACS, un analizador de microflujo para muestras ambientales y de otro tipo, introdujo el AutoAnalyzer 3 en 1997 y el QuAAtro en 2004. SEAL Analytical compró el negocio Bran+Luebbe CFA en 2006 y Continuar fabricando, vendiendo y brindando soporte a los sistemas AutoAnalyzer II/3 y QuAAtro CFA, así como analizadores discretos.
Y hay otros fabricantes de instrumentos CFA.
Skalar Inc., filial de Skalar Analytical, fundada en 1965, con sede en Breda (NL), es desde su fundación una empresa independiente, totalmente propiedad de su personal. El desarrollo en analizadores robóticos, equipos TOC y TN y monitores ha ampliado las líneas de productos de sus analizadores de flujo continuo SAN++ de larga duración. Los paquetes de software para la adquisición de datos y el control del analizador también son productos internos, funcionan con las últimas demandas de software y manejan todas las combinaciones de hardware del analizador.
Astoria-Pacific International, por ejemplo, fue fundada en 1990 por Raymond Pavitt, quien anteriormente era propietario de Alpkem. Con sede en Clackamas, Oregón, EE. UU., Astoria-Pacific fabrica sus propios sistemas de microflujo. Sus productos incluyen las líneas de analizadores Astoria para aplicaciones ambientales e industriales; el analizador SPOTCHECK para detección neonatal; y FASPac (paquete de software de análisis de flujo) para adquisición de datos e interfaz de computadora.
FIAlab Instruments, Inc., en Seattle, Washington, también fabrica varios sistemas analizadores.
Alpkem fue comprado por Perstorp Group y luego por OI Analytical en College Station Texas. OI Analytical fabrica el único analizador de flujo segmentado que utiliza tubos poliméricos en lugar de serpentines mezcladores de vidrio. OI también es el único fabricante importante de instrumentos que ofrece opciones de análisis de flujo segmentado (SFA) y análisis de inyección de flujo (FIA) en la misma plataforma.
Los AutoAnalyzers se utilizaban principalmente para análisis rutinarios repetitivos de laboratorio médico , pero en los últimos años han sido reemplazados cada vez más por sistemas de trabajo discretos que permiten un menor consumo de reactivos. Estos instrumentos suelen determinar los niveles de albúmina , fosfatasa alcalina , aspartato transaminasa (AST) , nitrógeno ureico en sangre , bilirrubina , calcio , colesterol , creatinina , glucosa , fósforo inorgánico , proteínas y ácido úrico en suero sanguíneo u otras muestras corporales. Los AutoAnalyzers automatizan pasos repetitivos de análisis de muestras que de otro modo los realizaría manualmente un técnico , para pruebas médicas como las mencionadas anteriormente. De esta manera, un AutoAnalyzer puede analizar cientos de muestras cada día con un solo técnico operativo. Cada uno de los primeros instrumentos AutoAnalyzer probó varias muestras secuencialmente para analitos individuales. Los AutoAnalyzers de modelos posteriores, como el SMAC, probaron múltiples analitos simultáneamente en las muestras.
En 1959, Hans Baruch de Research Specialties Company introdujo un sistema de análisis competitivo . Ese sistema pasó a ser conocido como Análisis de Muestras Discretas y estaba representado por un instrumento conocido como "Robot Químico". Con el paso de los años, el método de análisis de muestras discretas reemplazó lentamente al sistema de flujo continuo en el laboratorio clínico. [12]
Las primeras aplicaciones industriales -principalmente para agua, extractos de suelo y fertilizantes- utilizaron el mismo hardware y técnicas que los métodos clínicos, pero a partir de mediados de la década de 1970 se desarrollaron técnicas y módulos especiales para que en 1990 fuera posible realizar extracción por solventes, destilación, Filtración en línea y digestión UV en la corriente que fluye continuamente. En 2005, alrededor de dos tercios de los sistemas vendidos en todo el mundo eran para análisis de agua de todo tipo, [ cita necesaria ] desde niveles de nutrientes inferiores a ppb en agua de mar hasta niveles mucho más altos en aguas residuales; Otras aplicaciones comunes son el análisis de suelos, plantas, tabaco, alimentos, fertilizantes y vinos.
Los AutoAnalyzers todavía se utilizan para algunas aplicaciones clínicas, como la detección neonatal o Anti-D, pero la mayoría de los instrumentos ahora se utilizan para trabajos industriales y medioambientales. La ASTM (ASTM International), la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. (EPA) y la Organización Internacional de Normalización (ISO) han publicado métodos estandarizados para analitos ambientales como nitrito , nitrato , amoníaco , cianuro y fenol . Los autoanalizadores también se utilizan comúnmente en laboratorios de análisis de suelos, análisis de fertilizantes, control de procesos, análisis de agua de mar, contaminantes del aire y análisis de hojas de tabaco.
Technicon publicó hojas de métodos para una amplia gama de análisis y algunos de ellos se enumeran a continuación. Estos métodos y métodos posteriores están disponibles en SEAL Analytical. Las listas de métodos para los instrumentos de los fabricantes están disponibles en sus sitios web.
{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)