尿液分析仪的发展及原理

一、尿液分析仪发展简史公元前400年，Hippocrates注意到发热时．尿液颜色和气味的变化。18-19世纪－开始显微镜下尿液检查及尿液化学分析。1827年，Bright，最早把尿液检验用于患者的诊断和护理。1930－首先在滤纸上进行尿液斑点试验。1956－美国Ames和Lilly公司几乎同时创建了尿糖试剂带。1960-80－多项参数尿试剂带开始应用于临床。70年代，第一台尿液化学分析仪问世。80年代后，半自动---全自动尿液干化学分析仪开始逐渐应用于临床。80年代中后期，韩国光电转换元件CCD(电荷耦合器件)生产出Uriscan-S300型11项尿液分析仪。1985年国内从日本引进MA-4210型尿液分析仪和专用试剂带的生产技术及设备。1990年尿液分析仪达到全部国产化。1992年，尿10项分析仪及专用试剂带。1994年推出了Uritest—100型10项尿液分析仪及专用试剂带。1997年上半年又推出了Uritest-200型11项尿液分析仪及专用试剂带。二、尿液分析仪分类１.按工作方式分类（1）液式尿液分析仪（2）干式尿液分析仪２.按测试项目分类（1）8项尿液分析仪：MA-4210型（日本和国产）PRO、GLU、PH、KET、BIL、UBG、ERY、NIT；（2）9项尿液分析仪：RL-9型（德国）PRO、GLU、PH、KET、BIL、UBG、ERY、NIT、LEU；（3）10项尿液分析仪：MIDITRON型（德国）、CLINITEK200型（美国）、Uritest-100型（国产）PRO、GLU、PH、KET、BIL、UBG、ERY、NIT、LEU、BG；（4）11项尿液分析仪：CLINITEKAtlas型（美国）、URISCAN-S300型（韩国）、Uritest-200型（国产）PRO、GLU、PH、KET、BIL、UBG、ERY、NIT、LEU、BG、颜色或维生素C；（5）12项尿液分析仪：CLINITEK500型（美国）、AutionMaxTMAX-4280型（日本）、宝灵曼/罗氏公司Urysis2400型，PRO、GLU、PH、KET、BIL、UBG、ERY、NIT、LEU、BG、颜色和浊度。３.按自动化程度分类（1）半自动尿液分析仪：MIDITRON型（德国）、CLINITEK200型（美国）、URISCAN-S300型（韩国）、Uritest-200型（国产）、Uritest-100型（国产）包括尿8项、尿9项、尿10项、尿11项。（2）全自动尿液分析仪：SUPERTRON型（德国）、CLINITEKAtlas型、（美国）、AutionMaxTMAX-4280型（日本）、宝灵曼/罗氏公司Urysis2400型，包括尿10项、尿11项、尿12项。三、工作原理１.试剂带（1）结构：第一层尼龙膜：起保护作用，防止大分子物质对反应的污染。第二层绒制层：它包括碘酸盐层和试剂层，碘酸盐层可破坏维生素C等干扰物质，试剂层含有试剂成分，主要与尿液中所测定物质发生化学反应，产生颜色变化。第三层吸水层：可使尿液均匀快速地浸入，并能抑制尿液流到相临反应区。第四层:尿液不浸润的塑料片作为支持体。（2）试剂带的反应原理1）pH测定：采用甲基红和溴麝香草酚蓝组成的复合型指示剂，pH4.5-pH9颜色由橘黄色、绿色变为蓝色。2）尿蛋白质测定：利用pH指示剂蛋白质误差的原理。参比方法：磺基水杨酸法。3）尿葡萄糖测定：A葡萄糖氧化酶法。B铜还原法4）尿酮体测定：亚硝基铁氰化钠法5）尿隐血测定：利用游离血红蛋白、溶解红细胞或肌红蛋白中的血红素具有过氧化物酶样作用，能催化过氧化氢释放出新生态氧，使色原氧化而显色、其颜色深浅与血红蛋白含量有关。6）尿胆红素测定：采用重氮反应法原理。7）尿胆原测定：采用Ehrlich重氮反应法原理。8）尿亚硝酸盐测定：是利用某些细菌能将尿中硝酸盐还原成亚硝酸盐的特性。颜色变化与细菌数量成比例，阳性结果表明尿中细菌数量在105/ml。9）尿白细胞测定：利用中性粒细胞的脂酶能水解吲哚酚生成吲哚酚和有机酸，吲哚酚可进一步氧化成靛蓝的原理；或吲哚酚和重氮盐反应成重氮色素而显色，颜色深浅与粒细胞量的多少有关。10）尿比密测定：基于某种预处理的多聚电解质在一定离子浓度溶液中pKa测定比密。参比方法：折射仪法。11）尿维生素C测定：采用磷钼酸缓冲液或甲基绿与尿中维生素C反应，形成钼蓝，颜色深浅与尿中维生素C含量有关。（3）试剂带的应用不同型号的尿液分析仪一般使用自己配套的专用试剂带。另外多一个空白块和一个参考块。2.测量原理把试剂带浸入尿液后，除了空白块外，其余的试剂块都因和尿液发生了化学反应而产生了颜色变化。试剂块的颜色深浅与光的反射率成比例关系，而颜色的深浅又与尿液中个种成分的浓度成比例关系。只要测得光的反射率即可求得尿液中各种成分的浓度。一般采用微电脑控制，采用球面积分仪接受双波长反射光的方式测定试剂带上的颜色变化进行半定量测定。测定波长是被测试剂块的敏感特征波长，另一种为参比波长，被测试剂块的不敏感波长，用于消除背景光和其他杂散光的影响。R试纸=Tm（试纸块对测量波长的反射强度）/Ts（试纸块对参考波长的反射强度）×100%R空白=Cm（空白块对测量波长的反射强度）/Cs（空白块对参考波长的反射强度）×100%R总=R试纸/R空白=TmCs/TsCm×100%四、仪器的结构与组成１.机械系统传送装置、采样装置、加样装置、测量测试装置。２.光学系统光源、单色处理、光电转换。光线照射到反应区表面产生反射光，反射光的强度与各个项目的反应颜色成正比。不同强度的反射光再经光电转换器件转换为电信号进行处理。MA-4210型（日本）和Uritest-100/200（国产）尿液分析仪，采用光源灯（卤灯）发出的白光通过球面积分仪的通光筒照射到试剂带上，试剂带把光反射到球面积分仪中透过滤色片，得到特定波长的单色光，照射到光电二极管上，实现光电转换。MIDITRON型尿液分析仪，采用了可发射特定波长的发光二极管(LED)作为检测光源，各检测头上都有三个不同波长的光电二极管，对应于试剂带上特定的检测项目分别为红、橙、绿单色(660nm、620nm、555nm)，它们相对于检测面以60°照射在反应区上。作为光电转换器件的光电二极管垂直安装在反应区的上方，在检测光照射的同时接收反射光。由于距反应区近，不需要光路进行传导，所以无信号衰减，这使得光强度较小的光电二极管照射也能得到较强的光信号。CLINTEK200型尿液分析仪，以高亮度的卤钨灯为光源，经光导纤维传导到两个检测头。每个检测头有11个检测位置，入射光以45°角照射在反应区上。在反应区的正上方也固定有一组光纤，反射光被传导至滤光片分光(510～690nm分为10波长)，单色化之后的光信号再经光电二极管转换为电信号。URISCAN—S300型尿液分析仪，采用了目前比较尖端的光学元件CCD技术进行光电转换。它是把反射光分解为红绿蓝(RGB：610nm、540nm、460nm)三原色，又将三原色中的每一种，颜色分为2592色素，这样整个反射光分为7776色素，可精确分辨颜色由浅到深的各种微小变化。CCD器件具有良好的光电转换特性，从可见光到近红外光。通常采用高压氙灯作光源，特点是发光光谱接近日光；放电通路窄，可形成线状光源或点光源；发光效率高。３.电路系统光电检测器将试剂带所反射的光信号的强弱转换成电信号的大小，送往前置放大器进行放大,然后将电信号送往电压/频率变换器,将送来的模拟信号的大小转换成数字信号的多少后，送往计数电路予以计数。计数后的信号送给CPU单元。CPU将信号运算、处理后送往仪器的内置热敏打印机，由打印机将测试结果打印出来。五、使用方法参照仪器说明书。六、维护保养１.调校：新仪器安装后，或每次大维修之后：①首先应该对尿液分析仪进行校正，校正的目的是让仪器进入厂商规定的状态。尿液分析只有在校正通过时才能进行实验，否则要停机。②应该对尿液分析仪及试剂带的准确度进行评价。③用传统的方法与尿液分析仪测定作对比分析，对尿液分析仪的敏感性和特异性进行评价。④了解该仪器对每项测试指标的测试范围，并建立该仪器的正常人的参考值范围。２.注意事项（1）保持仪器的清洁，才能维持良好的运行。（2）保证使用干净的取样杯。（3）使用新鲜的混匀尿液，标本留取后，一般检查不超过2h。（4）不同类型的尿液分析仪使用不同的尿试带，在试带从冷藏温度变成室温时，不要打开盛装试剂带的瓶盖。每次取用后应立即盖上瓶盖，防止试剂带受潮变质。（5）试剂带浸入尿样的时间为2s，试剂带过多的尿液标本应用滤纸吸走，所有试剂块包括空白块在内都要全部浸入尿液中。（6）仪器使用最佳温度应在20℃一25℃室温，尿液标本和试剂带最好也维持在这个温度范围内。（7）在观看仪器测试结果时，由于各类尿液分析仪设计的结果档次差异较大，不能单独以符号代码结果来解释，要结合半定量值进行分析，以免因定性结果的报告方式不够妥当给临床解释带来混乱。３.维护与保养（1）尿液分析仪日常维护在常规工作中必须严格按一定的操作规程进行操作，否则会因使用不当影响实验结果。①操作尿液分析仪之前，应仔细阅读分析仪说明书及尿试剂带说明书；每台尿液分析仪应建立操作程序，并按其进行操作。②对尿液分析仪要有专人负责，建立专用的仪器登记本，对每天仪器操作的情况、出现的问题，以及维护、维修情况逐项登记。③每天测定开机前，要对仪器进行全面检查(各种装置及废液装置、打印纸情况，以及仪器是否需要校正等)，确认无误时才能开机。测定完毕，要对仪器进行全面清理、保养。④开瓶但未使用的尿试剂带，应立即收入瓶内盖好瓶盖。（2）尿液分析仪的保养①每日保养：每日用完应清除干净，并用水清洗干净。②每周或每月保养：各类尿液分析仪的每周或每月保养，要根据仪器的具体情况而定。４.尿液分析仪的常见故障仪器的故障分为必然性故障和偶然性故障。必然性故障是各种元器件、零部件经长期使用后，性能和结构发生老化，导致仪器无法进行正常的工作；偶然性故障是指各种元器件、结构等因受外界条件的影响，出现突发性质变，而使仪器不能进行正常的工作。尿液分析仪出现故障的原因分为以下几类。（1）人为引起的故障这类故障是由于操作不当引起的，一般多由操作人员对使用程序不熟练或不注意所造成的。故障轻者导致仪器不能正常工作，重者可能损害仪器。因此在操作使用前，必须熟读用户使用说明书，了解正确的使用操作步骤，慎重行事才能减少这类故障的产生。（2）器设备质量缺陷引起的故障这类故障是指仪器元器件质量不好、设计不合理、装配工艺上因疏忽造成的故障。（3）长期使用后的故障这类故障与元器件使用寿命有关，因各种元器件衰老所致，所以是必然性故障，如光电器件、显示器的老化，传送机械系统的逐渐磨损，等等。（4）外因所致的故障这类故障是由仪器设备的使用环境条件不符合要求所引起的，常常是造成仪器故障的主要原因。一般指的是电压、温度、电场、磁场及振动等。