Дозировка или точное отмеривание жидких компонентов — одна из наиболее частых операций в лабораторном анализе. В связи с этим способ и применяемые средства для дозировки влияют на трудоемкость процесса, так и на его качество: точность и воспроизводимость.
Проведение анализов сопровождается такими технологическими операциями, как отбор проб, разведения, добавление реактивов, перенос аликвотной части. Довольно часто эти операции составляют около половины затрат времени и, соответственно, примерно в той же степени влияют на погрешность анализа.
Поскольку дозировка является наиболее массовой операцией, а при современных темпах роста лабораторных исследований объем этих операций увеличивается, то вопросы механизации и автоматизации этого процесса в последние десятилетия уделяется все большее внимание.
Довольно распространены традиционные дозирующие устройства — пипетки, бюретки и другие стеклянные изделия — не позволяют в необходимой степени повысить производительность дозирования. Как правило, эти изделия предназначены для ручной работы, а измерение связано с тщательной подгонкой жидкости по делениям шкалы и медленным выливанием, что достаточно трудоемко. В связи с этим весьма большое значение субъективной ошибки.
Резкое увеличение производительности дозирования достигается применением механизированных и автоматизированных средств: механических пипеток, дозаторов, дилюторов, широко распространенных за рубежом и внедряемых в последние годы в практику в нашей стране. При этом точностные параметры дозирования не только сохраняются, но, как правило, повышаются.
Для жидкости характерны свойства текучести, практической несжимаемости и постоянство объемного веса, поэтому измерение проводится почти исключительно объемным методом.
Жидкости, подлежащих дозировки, обладают очень разными свойствами. Это биологические жидкости, растворы реактивов, кислоты, щелочи и другие агрессивные жидкости. Кроме того, для ряда исследований требуется выполнение специфических условий, например стерильности при работе. Кстати, дозаторы медицинские лабораторные вы можете приобрести на страницах нашего специализированного сайта.
Применяемая аппаратура должна иметь такие свойства, как устойчивость к воздействию химических реагентов и агрессивных сред, легкостью промывки и очистки, устойчивостью к стерилизации и дезинфекции. Все эти свойства совместить не всегда возможно и поэтому является приборы, специализированные для того или иного вида анализа.
При постановке исследований практически нельзя обойти процедуру отбора пробы. Если исключить современные автоматические анализаторы, в которых отбор проб и их распределение производятся автоматически по заданной программе, то в обычной практике отбор пробы производится с помощью мерной пипетки, которая забирает много времени, затрачиваемого на их промывку и тщательную подгонку при измерениях.
Четко определился переход к микроаналитическим методов, при одновременном увеличении общего объема работы в лабораториях, стимулировал появление ряда механизированных и автоматизированных дозирующих устройств. К ним относятся механизированные пипетки, предназначенные для отбора и распределения биопроб и реактивов. Известно несколько моделей таких пипеток, выпускаемых различными фирмами. Впервые такие «микролитровые» пипетки были разработаны фирмой «Эппендорф» (ФРГ), а затем их модификации стали выпускаться в других странах.
Полуавтоматическими пинетками «Эппендорф» отбор проб значительно облегчен. Измерения происходит автоматически, а перекрестное загрязнение при переходе от пробы одного исследуемого материала к другому исключается, так как предусмотрена замена загрязненного наконечника на чистый. Промывать пипетку не нужно. Пипетки данного типа могут быть также использованы для дозирования реактивов (рис. 135). Необходимо, однако, отметить, что при таком использовании их дозировки происходит медленнее, чем дозаторами.
Фирма «Эппендорф» выпускает пипетки на следующие объемы: 5; 10; 20 50; 100; 200; 500; 1000 мкл. Поршневой механизм смазывается специально приложенной к пипеткам смазкой. Смазку наносят равномерно тонким слоем. При нарушении герметичности пипеток, что обнаруживается при проверке дозы, необходимо восстановить смазку, если нужно — поджать уплотнение. В пипетках малого объема уплотнением служит резиновая шайба, которая может быть поджата гайкой.
Проверку объема дозы лучше всего проводить с помощью аналитических весов. Взвешивают вылитую дозу дистиллированной воды в закрытый сосуд крышкой (бюкс). Точность определения повышается, если учитывается плотность воды при температуре помещения.
К пипеткам фирмы «Эппендорф» прилагаются сменные наконечники из полипропилена, которые заменяются после использования. Пипетки не требуют промывки, так как жидкость содержится только в съемном наконечнике и с механизмом не контактирует. Точное измерение объема обеспечивается строго определенным ходом поршня. Максимальная ошибка дозировка — 1 -1,5%, для наименьших доз 2%. Ошибка воспроизведения — менее 0,5%.
В ЧССР разработана ручная микропипетка модель «progresso» 69026 [19] (рис. 136). В первом, основном варианте инструкции рассчитаны на один объем(5, 10, 20, 25, 50, 100, 200, 250, 500 и 1000 мкл). В другом варианте разработана четырехобъемная микропипетка, которая позволяет выбрать для работы один из четырех возможных объемов. В основе конструкции лежит поршневой принцип.
Рис. 135 Рис. 136 Рис. 137 Рис. 138
Рис. 135. Схематическое изображение Эппендорф пипетки.
а — в разрезе; б — сменный наконечник; в — внешний вид; 1 — кнопка; 2 — шток; 3 — поршень; 4 — место насадки наконечника.
Рис. 136. Ручная микропипетка, модель «progresso» 69026.
Рис. 137. Шприцевой Дозатор, полуавтоматический ДШП-5.
Рис. 138. Дозатор жидкости лабораторный ДЖЛ-10.
К группе полуавтоматических дозаторов для точного разлива жидкостей относятся разработанные в ЛФ ВНИИМП группа дозаторов ДШП-5 [10], ДШ-10 [9], ДШП-20.
Дозатор ДШП-5 состоит из стеклянного шприца на 5 мл, всасывающего и нагнетательного клапанов и градуированной шкалы [10]. Объемы жидкости, которые может издавать этот дозатор, находятся в пределах от 0,2 до 5 мл. Цена деления шкалы — 0,1 мл Допустимая погрешность установки дозы — 0,04 мл, вариация значений доз — 0,03 мл Дозатор устанавливается в горловине сосуда, из которой происходит разлив, приводится в действие нажатием руки на головку поршня, при этом возможно получение 30 доз в минуту. ДШП-5 позволяет разливать растворы солей до 5% и кислот до 2% концентрации (рис. 137).
Дозаторы ДШ-10 и ДШП-20 относятся к одному тику, отличаясь по величине доз. Их производство освоено на Одесском экспериментальном заводе лабораторной медицинской техники. Дозаторы оснащены взаимозаменяемыми цилиндрами и поршнями, которые в случае поломки или износа заменяются, причем градуировка и точностные параметры сохраняются неизменными.
В ЛФ ВНИИМП разработано простое устройство: дозатор жидкости лабораторный ДЖЛ-10, внешний вид которого приведен на рис. 138. Он рассчитан на разлив процентных растворов и снабжен устройством для автоматического воспроизведения заданной дозы. Объемы жидкостей, которые можно отмерять этим дозатором, находятся в пределах от 2 до 10 мл. Дозатор состоит из эластичного полиэтиленового флакона, питательной трубки и укрепленного на ней измерительного сосуда со шкалой. При сжатии флакона рукой жидкость поднимается 6 измерительный посуда, избыток ее стекает обратно, а отмеренную дозу сливают в соответствующий приемник. После установки дозы уровень жидкости при повторных процедурах воспроизводится автоматически. Дозатор устойчив к воздействию растворов солей, щелочей и кислот в концентрациях до 20%. Цена деления мерной емкости — 1 мл, допустимая погрешность ±0,2 мл. Установочная серия этих дозаторов выпущена на Московском заводе «Технолог» в 1973 г. [8].
Тем же институтом разработан шприцевой дозатор самозаполняющийся ДШС-2 [11], который позволяет отмерять и разливать жидкости в объеме от 0,2 до 2 мл Дозатор этого типа особенно удобен для проведения серологических и микробиологических исследований. Дозатор состоит из стеклянного шприца на 2 мл, всасывающего и нагнетательного клапанов. Во время работы всасывающая трубка дозатора находится в сосуде с дозируемой жидкостью. Для установления дозы нужно поставить ограничитель хода поршня в соответствующее положение и закрепить его. Нажимая большим пальцем и, удерживая шток поршня, насасывают и выдают установленную дозу. Дозатор обладает хорошей воспроизводимостью: вариация значений доз — 0,02 мл (рис. 139). Установочная серия этих дозаторов выпущена на медико-инструментальном заводе им. Ленина (р. Ворсма) в 1973 г.
Рис. 139. Шприцевой Дозатор самонаполняющийся ДШС-2.
Полуавтоматические дозаторы, скомпонованные на пластмассовом флаконе, выпускаются рядом фирм — «Оксфорд» (США), «Сакура» (Япония) и другими.
Так, ручной дозатор японской фирмы «Сакура» [17] выпускается четырех типов с диапазоном взвешивания от 0,2 до 10 мл. Дозаторы крепятся к полиэтиленовым сосудах различных объемов (от 250 до 1000 мл). Дозатор типа А крепится на емкость объемом до 250 мл и при нажатии поршня выдает дозы от 0,2 до 1 мл Дозатор типа Б имеет сосуд емкостью 500 мл и дозирует объемы от 0,5 до 2 мл Дозатор типа с резервуаром также на 500 мл дозирует объемы от 2,5 до 6 мл, а дозатор типа Г крепится к резервуару на 1000 мл в. выдает дозы от 5 до 10 мл. Точность дозирования находится в пределах ±0,2%. Внешний вид дозатора типа приведены на рис. 140.
Рис. 140. Ручной дозатор «Сакура».
Для обеспечения большого объема работ по дозировке сотен и тысяч доз ручная дозировка уже не может быть рекомендовано. Для снижения трудоемкости таких работ должны применяться автоматизированные средства. В последние годы на мировом рынке появились десятки различных дозаторов для одной, двух и нескольких жидкостей, дозированных одновременно. Среди них есть так называемые дилюторы — дозаторы для разведений, которые объединяют в одном приборе отбор проб и их разведения в заданном соотношении. Есть также устройства многопозиционного пипетирования, дозирования, перемешивания и разведения.
Дозатор автоматический ДА-5 разработан в Ленинградском филиале Всесоюзного научно-исследовательского института медицинского приборостроения. Дозатор состоит из стеклянного шприца, всасывающего и нагнетательного клапана, шкалы для точной установки дозы и электропривода. Отмеривания дозы осуществляется в цилиндре поршнем шприца с регулируемой величиной хода, доза же устанавливается по шкале. Дозировка может производиться серийно, со скоростью 15 доз в минуту, а также отдельными дозами при нажатии специальной кнопки. Пределы дозированных объемов — от 0,2 до 5 мл. Цена деления шкалы — 0,1 мл, допустимая погрешность ±0,04 мл при величине вариации доз 0,03 мл
При выходе из строя шприца он заменяется на равноценный комплект. Точностные параметры сохраняются. Выпуск намечен на Одесском экспериментальном заводе лабораторной медицинской техники.
В лабораторной практике за рубежом используются также шланговые (перистальтические) дозаторы, в которых дозирование происходит за счет перекатывания ролики с эластичной трубки. Путь, пройденный роликом, пропорционален количеству выданной жидкости. В этих дозаторах нет клапанов и кранов, что является их существенным преимуществом. Поскольку жидкость соприкасается только с материалом трубки, такие дозаторы удобны для работы со стерильными, радиоактивными или токсичными жидкостями. Для замены или стерилизации трубка может быть быстро снята.
Дозаторы, основанные на этом принципе, существуют как непрерывного действия, так и дискретного, для выдачи отдельных доз. Один из таких дозаторов дискретного действия выпускается фирмой «Baird and Tatlock» (Англия) [28]. Он может работать с трубками двух диаметров. Одна из трубок рассчитана на объем 0,2 мл за оборот, другая — 0,3 мл Объем дозы более 0,2 или 0,3 мл может быть получен кратным числом повторений. Количество оборотов регулируется в пределах от 1 до 20 за цикл. Каждый цикл может быть повторен нажатием кнопки. Повторяемость величины доз, что характеризуется коэффициентом вариации, составляет около 1%.
Несколько типоразмеров шланговых дозаторов выпускает фирма «Kraft apparatus» (США). Объемы доз устанавливаются на реле времени. Одна из моделей П-155 рассчитана на объемы от 0,5 до 20 мл, точность 2% [25].
Перистальтические дозаторы в соответствующем конструктивном исполнении позволяют дозировать несколько разных жидкостей, для чего они снабжаются соответствующим количеством эластичных трубок. Такие дозаторы могут использоваться как самостоятельные приборы, так и в виде блоков в других системах. В автоанализаторах фирмы «Техникон» (США) перистальтический блок дозатора производит дозирование, перемешивание и перемещение всех компонентов анализа (см. разд. 5.1 настоящей главы).
Специальное конструкторское бюро биологического приборостроения АН СССР разработало лабораторный дозатор жидкости, предназначенный для подачи с заданной производительностью различных стерильных растворов при биологических исследованиях. Дозатор рассчитан на работу с жидкостями, которые не имеют механических примесей и обладают вязкостью не более 2 спз. Дозатор дискретного действия. Величина единичной дозы — 0,3 мл
Изменение производительности обеспечивается плавной регулировкой частоты следования доз. Суммарное количество доз жидкости регистрируется счетчиком.
Узлы и коммуникации, имеющих контакт с дозируемой жидкостью, допускают многократную стерилизацию в автоклаве при температуре 120° С, они выполнены из нержавеющей стали и силиконовой резины [14].
Техническая характеристика
Величина единичной дозы, мл…….с точностью 0,3
±1%
Производительность, мл/ч…….. 50-1200
Габариты……………… 425x165x215 мм
Масса 7,5 кг………………………………..
Переносное быстродействующий дозатор выпускается английской фирмой «Lab-Line Instruments» [26]. По данным фирмы гарантируется точность дозирования ±0,2% в пределах доз от 0,3 до 6,3 мл Пипетирование с помощью этого дозатора в 20 раз быстрее, чем работа с пипеткой. Объем сосуда для дозированной жидкости — 500 мл Специальный регулятор дозы позволяет быстро изменять дозу дозированных растворов. Вся система изготовлена из коррозионноустойчивых материалов и пригодна как для щелочных растворов, так и для кислот, за исключением фтористоводородной.
Фирма «Аминко» (США) выпускает два типа автоматических дозаторов [21]. В первом 8 пипеток автоматически передвигаются над пластинкой (одноразового пользования), имеет 96 ячеек, или над соответствующим количеством микропробирок. Объемы доз, которые выдает дозатор, находятся в пределах от 0,05 до 0,5 мл. В конструкции дозатора предусмотрена также возможность не только дозировку, но и других операций (перемешивание, разбавление). После окончания цикла работы и при необходимости смены дозирующего раствора пипетки, изготовлены из несмачиваемого материала, нуждаются лишь в промывании дистиллированной водой. Внешний вид прибора приведен на рис. 141. Прибор может использоваться при вирусологических, микробиологических и иммунологических исследованиях.
Рис. 141. Автоматический дозатор на 8 доз.
Автоматический дозатор для серийного разлива микродоз объемом 25 или 50 мкл построен по тому же принципу, что и первый, но может проводить розлив одновременно 12 доз. Головка движется горизонтально, имеет 12 пипеток, проходящих над пластиной-приемником доз. Пластина также одноразового пользования.
Объединением «Medicor» (Венгрия разработан разбавляют и дозирующий прибор типа РА-1. Прибор РА-1 автоматического действия и предназначен для широкой сферы применения: в гематологических, химических, серологических лабораториях. Прибор обеспечивает дозирования двух компонентов или приготовления проб (разведение) [27].
Пределы дозирования……………………от 1 до 15 мл
Подбор и дозирование пробы…………….10-100 мкл
Коэффициент разбавления………от 1:10 до 1:1500
Точность дозирования и разведения …. 0,5-1%
При использовании прибора для подготовки проб при счете форменных элементов в одно из разведений автоматически может быть добавлен сапонин.
Фирмой «LKB (Швеция) разработан и выпущен универсальный прибор Ultralab Diluter рассчитан для применения в микроанализе. Прибор позволяет проводить как дозировки, так и разведения [34]. Производительность при разведении — до 400 разведений в час., при дозировке — до 900 доз в час. Согласно данным фирмы, точность около ±1%. Величины доз — от Ю до 3000 мкл. Прибор снабжен двумя насосами: первый — на дозы 10-150 мкл, второй -0 2 до 3 мл Размеры — 197X173X232 мм, масса — 11 кг
Прибор используется в автоматизированной системе анализа той же фирмы «Ultralab System» в блоке подготовки проб.
В качестве примера более сложных универсальных систем приводим краткое описание автоматизированной системы дозирования и разведения фирмы «Fisons Instruments» (Англия) [23]. Система позволяет производить дозирование и разведение в пределах 0,02-20 мл
Дозаторы и дилюторы системы могут быть укомплектованы шприцами от 0,1 до 20 мл из стекла и нейлона и могут работать в различных комбинациях последовательно или параллельно. В системе есть ручной прибор управления со шлангом, которая состоит из электрических проводов и трубок для жидкостей, что позволяет проводить операции разведения, отбора проб и разлива жидкостей. Система достаточно универсальна и позволяет механизировать процессы дозирования и разведения при различных исследованиях. По описанию точность довольно высокая. Стандартное отклонение при дозе 10 мл ±0,004 мл, при разведении в 500 раз коэффициент вариации ±1,4%.