El AutoAnalyzer es un analizador automático que utiliza una técnica de flujo denominada análisis de flujo continuo (CFA), o más correctamente análisis de flujo segmentado (SFA), que fabricó por primera vez 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 la segmentación de una corriente de flujo continuo 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. La corriente continua de muestras líquidas y reactivos se combina y transporta en tubos y bobinas de mezcla. Los tubos pasan las muestras de un aparato a otro y cada aparato realiza diferentes funciones, como destilación, diálisis, extracción, intercambio iónico, calentamiento, incubación y posterior registro de una señal. Un principio esencial del 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 de bolo) y proporcionan a los operadores una verificación rápida y sencilla de las características de flujo del líquido. Las muestras y los estándares se tratan de una manera exactamente idéntica a medida que recorren la longitud 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 reduce 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, entre los que se incluyen un muestreador, una bomba, bobinas de mezcla, tratamientos opcionales de la muestra (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 mediante un fotómetro de flujo continuo; sin embargo, también se han desarrollado métodos que utilizan ISE, fotometría de llama, ICAP, fluorometría, etc.
El análisis por 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 los años 1950. [3] [4] Mientras que el AutoAnalyzer de Skeggs utiliza la segmentación del aire para separar una corriente que fluye en numerosos segmentos discretos para establecer un tren largo 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 forma 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 de análisis.
Los métodos FIA se pueden utilizar tanto para reacciones rápidas como para reacciones lentas. Para reacciones lentas, se suele utilizar un calentador. No es necesario que la reacción llegue a su fin, ya que todas las muestras y estándares tienen el mismo período para reaccionar. Para los ensayos típicos que se miden comúnmente con FIA (por ejemplo, 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 medible, ya que el tiempo de viaje a través de la tubería tiende a ensanchar los picos hasta el punto en que las muestras pueden fusionarse entre sí. Como regla general, los métodos FIA no deben usarse si no se puede obtener una señal adecuada en dos minutos, y preferiblemente en menos de uno. [ cita requerida ] Las reacciones que necesitan tiempos de reacción más largos deben segmentarse. Sin embargo, considerando la cantidad de publicaciones FIA y la amplia variedad de usos de 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 requerida ] Sin embargo, los ensayos basados en reacciones químicas lentas deben llevarse a cabo 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 por inyección de flujo segmentado que permite tiempos de reacción de hasta 10 minutos mediante análisis de inyección de flujo. [5]
Technicon experimentó con FIA mucho antes de que Ruzicka y Hansen lo defendieran. Andrés Ferrari informó que era posible realizar análisis sin burbujas si se aumentaban los caudales y se reducían los diámetros de los tubos. [6] De hecho, los primeros intentos de Skegg con el analizador automático no segmentaron. Technicon decidió no seguir con el FIA porque aumentaba el consumo de reactivos y el coste del análisis. [ cita requerida ]
La segunda generación de la técnica FIA, llamada análisis de inyección secuencial (SIA), fue concebida en 1990 por Ruzicka y Marshal, y se ha desarrollado y miniaturizado aún más en el transcurso de la década siguiente. [ cita requerida ] Utiliza programación de flujo en lugar del régimen de flujo continuo (como se usa en CFA y FIA), que permite que la velocidad 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 deteniendo el flujo. La cromatografía microminiaturizada se lleva a cabo en microcolumnas que se renuevan automáticamente mediante manipulaciones microfluídicas. El bombeo y la medición discretos de volúmenes de muestra y reactivo de microlitros 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 ensayos de suelo, agua, ambientales, bioquímicos y biotecnológicos) ha demostrado su potencial para ser utilizados como una herramienta de investigación versátil.
En aplicaciones de pruebas médicas y muestras industriales con altas concentraciones o material interferente, a menudo hay un módulo dializador en el instrumento en el que el analito permea a través de una membrana de diálisis hacia una ruta de flujo separada para continuar con el análisis. El propósito de un dializador es separar el analito de las sustancias que interfieren, como las proteínas , cuyas moléculas grandes no pasan a través de 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 separados, tanto clínicos (Bayer) como industriales (Bran+Luebbe, ahora SEAL Analytical), en 1987. En ese momento, las aplicaciones industriales representaban aproximadamente el 20% de las máquinas CFA vendidas.
En 1974, Ruzicka y Hansen realizaron en Dinamarca y Brasil los primeros experimentos sobre una técnica competitiva, que denominaron análisis de inyección de flujo (FIA). Desde entonces, la técnica se ha utilizado en todo el mundo en investigaciones y aplicaciones rutinarias, y se ha modificado aún más mediante la miniaturización y la sustitución del flujo continuo por un flujo programable controlado por ordenador.
Durante la década de 1960, los laboratorios industriales se mostraban reticentes a utilizar el autoanalizador. La aceptación por parte de las agencias reguladoras finalmente se produjo cuando se demostró que las técnicas no son diferentes de un espectrofotómetro de registro con reactivos y muestras agregadas en las proporciones químicas exactas como los métodos manuales tradicionalmente aceptados. [8]
Los instrumentos CFA más conocidos de Technicon son el AutoAnalyzer II (introducido en 1970), el Sequential Multiple Analyzer (SMA, 1969) y el Sequential Multiple Analyzer with Computer (SMAC, 1974). El Autoanalyzer II (AAII) es el instrumento en el que se escribieron y se hace referencia a la mayoría de los métodos de EPA. [ cita requerida ] 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 velocidades de flujo de 2 a 3 mililitros por minuto. El rendimiento típico de la muestra 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 velocidades de flujo inferiores a 1 mililitro por minuto a través de bobinas de mezcla de vidrio de 1 milímetro de diámetro interior. El rendimiento del RFA puede alcanzar las 360 muestras por hora, pero en la mayoría de las pruebas ambientales el promedio se acerca a las 90 muestras por hora. En 1986, Technicon (Bran+Luebbe) presentó 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, presentó el AutoAnalyzer 3 en 1997 y el QuAAtro en 2004. El negocio CFA de Bran+Luebbe fue comprado por SEAL Analytical en 2006 y continúa fabricando, vendiendo y brindando soporte para los sistemas CFA AutoAnalyzer II/3 y QuAAtro, así como también para los analizadores discretos.
Y hay otros fabricantes de instrumentos CFA.
Skalar Inc., filial de Skalar Analytical, fundada en 1965 y con sede central en Breda (Países Bajos), es desde su fundación una empresa independiente, propiedad íntegramente de su personal. El desarrollo de 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 adquisición de datos y control de analizadores también son productos propios, que funcionan con las últimas demandas de software y manejan todas las combinaciones de hardware de analizadores.
Astoria-Pacific International, por ejemplo, fue fundada en 1990 por Raymond Pavitt, que anteriormente era propietario de Alpkem. Con sede en Clackamas, Oregón, EE. UU., Astoria-Pacific fabrica sus propios sistemas de microflujo. Entre sus productos se incluyen las líneas Astoria Analyzer 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 informática.
FIAlab Instruments, Inc., en Seattle, Washington, también fabrica varios sistemas analizadores.
Alpkem fue adquirido 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 bobinas de mezcla de vidrio. OI también es el único fabricante de instrumentos importante que ofrece opciones de análisis de flujo segmentado (SFA) y análisis de inyección de flujo (FIA) en la misma plataforma.
Los autoanalizadores se utilizaron principalmente para análisis médicos repetitivos de rutina en laboratorios , pero en los últimos años se han ido sustituyendo 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 autoanalizadores automatizan los pasos repetitivos de análisis de muestras que, de otro modo, realizaría manualmente un técnico , para pruebas médicas como las mencionadas anteriormente. De esta forma, un autoanalizador puede analizar cientos de muestras cada día con un técnico operativo. Los primeros instrumentos autoanalizadores analizaban varias muestras de forma secuencial para analitos individuales. Los modelos posteriores de autoanalizadores, como el SMAC, analizaban varios analitos simultáneamente en las muestras.
En 1959, Hans Baruch , de Research Specialties Company, introdujo un sistema de análisis competitivo, conocido como análisis de muestras discretas, y que estaba representado por un instrumento conocido como "químico robot". Con el paso de los años, el método de análisis de muestras discretas fue sustituyendo poco a poco al sistema de flujo continuo en el laboratorio clínico. [12]
Las primeras aplicaciones industriales, principalmente para agua, extractos de suelo y fertilizantes, utilizaban el mismo hardware y las mismas técnicas que los métodos clínicos, pero desde mediados de la década de 1970 se desarrollaron técnicas y módulos especiales, de modo que en 1990 era posible realizar extracción de disolventes, destilación, filtración en línea y digestión UV en la corriente de flujo continuo. En 2005, aproximadamente dos tercios de los sistemas vendidos en todo el mundo se destinaban al análisis de agua de todo tipo, desde niveles de nutrientes inferiores a ppb en el agua de mar hasta niveles mucho más altos en las aguas residuales; otras aplicaciones comunes son el análisis de suelos, plantas, tabaco, alimentos, fertilizantes y vino.
Los autoanalizadores todavía se utilizan para algunas aplicaciones clínicas, como el cribado neonatal o la detección de anticuerpos anti-D, pero la mayoría de los instrumentos se utilizan ahora para trabajos industriales y medioambientales. La ASTM (ASTM International), la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) y la Organización Internacional de Normalización (ISO) han publicado métodos estandarizados para analitos medioambientales como el nitrito , el nitrato , el amoníaco , el cianuro y el fenol . Los autoanalizadores también se utilizan habitualmente 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 algunas de ellas 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.
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