Дозування або точне відмірювання рідких компонентів - одна з найбільш частих операцій в лабораторному аналізі. У зв'язку з цим спосіб і застосовувані засоби для дозування впливають як на трудомісткість процесу, так і на його якість: точність і відтворюваність.
Проведення аналізів супроводжується такими технологічними операціями, як відбір проб, розведення, додавання реактивів, перенесення аликвотной частини. Вельми часто ці операції складають близько половини витрат часу і, відповідно, приблизно в тій же мірі впливають на похибку аналізу.
Оскільки дозування є найбільш масовою операцією, а при сучасних темпах зростання лабораторних досліджень обсяг цих операцій все збільшується, то питання механізації та автоматизації цього процесу в останні десятиліття приділяється все більша увага.
Досить поширені традиційні дозуючі пристрої - піпетки, бюретки та інші скляні вироби - не дозволяють в необхідній мірі підвищити продуктивність дозування. Як правило, ці вироби призначені для ручної роботи, а вимір пов'язаний з ретельною підгонкою рідини по розподілам шкали і повільним виливанням, що вельми трудомістко. У зв'язку з цим вельми велике значення суб'єктивної помилки.
Різке збільшення продуктивності дозування досягається застосуванням механізованих і автоматизованих засобів: механічних піпеток, дозаторів, ділюторов, широко поширених за кордоном і впроваджуваних в останні роки в практику в нашій країні. При цьому точностні параметри дозування не тільки зберігаються, але, як правило, підвищуються.
Для рідини характерні властивості плинності, практичної несжимаемости і сталість об'ємної ваги, тому вимірювання їх виробляється майже виключно об'ємним методом.
Рідини, що підлягають дозированию, володіють дуже різними властивостями. Це біологічні рідини, розчини реактивів, кислоти, луги та інші агресивні рідини. Крім того, для ряду досліджень потрібне виконання специфічних умов, наприклад стерильності при роботі.
Застосовувана апаратура повинна мати такі властивості, як стійкість до впливу хімічних реагентів і агресивних середовищ, легкістю промивання та очищення, стійкістю до стерилізації та дезінфекції. Всі ці властивості поєднати не завжди можливо і тому є прилади, спеціалізовані для того чи іншого виду аналізу.
При постановці досліджень практично не можна минути процедуру відбору проби. Якщо виключити сучасні автоматичні аналізатори, в яких відбір проб та їх розподіл здійснюються автоматично, за заданою програмою, то в звичайній практиці відбір проби проводиться за допомогою мірних піпеток, що забирає багато часу, що витрачається на їх промивання та ретельну підгонку при вимірах.
Чітко визначився перехід до мікроаналітичних методам, при одночасному збільшенні загального обсягу роботи в лабораторіях, стимулював появу ряду механізованих і автоматизованих дозуючих пристроїв. До них відносяться механізовані піпетки, призначені для відбору і розподілу біопроб та реактивів. Відомо кілька моделей таких піпеток, що випускаються різними фірмами. Вперше такі «мікролітровие» піпетки були розроблені фірмою «Еппендорф» (ФРН), а потім їх модифікації стали випускатися в інших країнах.
Напівавтоматичними пінетками «Еппендорф» відбір проб значно полегшений. Вимірювання відбувається автоматично, а перехресне забруднення при переході від проби одного досліджуваного матеріалу до іншого виключається, тому що передбачена заміна забрудненого наконечника на чистий. Промивати піпетку не потрібно. Піпетки цього типу можуть бути також використані для дозування реактивів (рис. 135). Необхідно, однак, відзначити, що при такому використанні їх дозування відбувається повільніше, ніж дозаторами.
Фірма «Еппендорф» випускає піпетки на наступні обсяги: 5- 10- 20 50- 100- 200- 500- 1000 мкл. Поршневий механізм змазується спеціально прикладеної до піпетки мастилом. Мастило наносять рівномірно, тонким шаром. При порушенні герметичності піпеток, що виявляється при перевірці дози, необхідно відновити мастило, якщо потрібно - піджати ущільнення. У піпетках малого обсягу ущільненням служить гумова шайба, яка може бути підібгана гайкою.
Перевірку обсягу дози найкраще проводити за допомогою аналітичних ваг. Зважують вилиту дозу дистильованої води в закритий кришкою посудину (бюкс). Точність підвищується, якщо враховується щільність води при температурі приміщення.
До піпетки фірми «Еппендорф» додаються змінні наконечники з поліпропілену, які замінюються після використання. Піпетки не вимагають промивки, так як рідина поміщається тільки в найманому наконечнику і з механізмом не контактує. Точне вимірювання об'єму забезпечується строго певним ходом поршня. Максимальна помилка дозування - 1 -1,5%, для найменших доз 2%. Помилка відтворення - менше 0,5%.
У ЧССР розроблена ручна микропипетка модель 69026 [19] (рис. 136). У першому, основному, варіанті микропипетки розраховані на один об'єм (5, 10, 20, 25, 50, 100, 200, 250, 500 і 1000 мкл). В іншому варіанті розроблена четирехоб'емная микропипетка, яка дозволяє вибрати для роботи один з чотирьох можливих обсягів. В основі конструкції лежить поршневий принцип.
Рис. 135 Рис. 136 Рис. 137 Рис. 138
Рис. 135. Схематичне зображення піпетки Еппендорф.
а - в разрезе- б - змінний наконечнік- в - зовнішній вигляд-1 - кнопка- 2 - шток- 3 - поршень- 4 - місце насадки наконечника.
Рис. 136. Ручна микропипетка, модель 69026.
Рис. 137. Дозатор шприцевий, напівавтоматичний ДШП-5.
Рис. 138. Дозатор рідин лабораторний ДЖЛ-10.
До групи напівавтоматичних дозаторів для точного розливу рідин відносяться розроблені в ЛФ ВНІІМП група дозаторів ДШП-5 [10], ДШ-10 [9], ДШП-20.
Дозатор ДШП-5 складається з скляного шприца на 5 мл, всмоктуючого і нагнітає клапанів і градуйованою шкали [10]. Обсяги рідини, які може видавати цей дозатор, знаходяться в межах від 0,2 до 5 мл. Ціна поділки шкали - 0,1 мл. Допустима похибка установки дози - 0,04 мл, варіація значень доз - 0,03 мл. Дозатор встановлюється в горловині посудини, з якого виробляється розлив, приводиться в дію натисненням руки на головку поршня, при цьому можливе отримання 30 доз в хвилину. ДШП-5 дозволяє розливати розчини солей до 5% і кислот до 2% концентрації (рис. 137).
Дозатори ДШ-10 і ДШП-20 відносяться до одного тику, відрізняючись за величиною доз. Їх виробництво освоєно на Одеському експериментальному заводі лабораторної медичної техніки. Дозатори оснащені взаємозамінними циліндрами і поршнями, які в разі поломки або зносу замінюються, причому градуювання і точностні параметри зберігаються незмінними.
В ЛФ ВНІІМП розроблено простий пристрій: дозатор рідин лабораторний ДЖЛ-10, зовнішній вигляд якого наведено на рис. 138. Він розрахований на розлив процентних розчинів і забезпечений пристроєм для автоматичного відтворення заданої дози. Обсяги рідин, які можна відмірювати цим дозатором, знаходяться в межах від 2 до 10 мл. Дозатор складається з еластичного поліетиленового флакона, живильної трубки і укріпленого на ній вимірювальної посудини зі шкалою. При стисненні флакона рукою рідина піднімається 6 вимірювальний посудину, надлишок її стікає назад, а отмеренную дозу зливають у відповідний приймач. Після установки дози рівень рідини при повторних процедурах відтворюється автоматично. Дозатор стійкий до дії розчинів солей, лугів і кислот у концентраціях до 20%. Ціна поділки мірної посудини - 1 мл, допустима похибка ± 0,2 мл. Установча серія цих дозаторів випущена на Московському заводі «Технолог» в 1973 р [8].
Тим же інститутом розроблений дозатор шприцевий самозаповнюється ДШС-2 [11], який дозволяє відміряти і розливати рідини в обсязі від 0,2 до 2 мл. Дозатор цього типу особливо зручний для проведення серологічних та мікробіологічних досліджень. Дозатор складається з скляного шприца на 2 мл, всмоктуючого і нагнітає клапанів. Під час роботи усмоктувальна трубка дозатора знаходиться в посудині з дозируемой рідиною. Для установки дози потрібно поставити обмежувач ходу поршня у відповідне положення і закріпити його. Натискаючи великим пальцем і відпускаючи шток поршня, насмоктують і видають встановлену дозу. Дозатор має гарну відтворюваністю: варіація значень доз - 0,02 мл (рис. 139). Установча серія цих дозаторів випущена на медико-інструментальному заводі ім. Леніна (м Ворсма) в 1973 р
Рис. 139. Дозатор шприцевий самонаполняющійся ДШС-2.
Напівавтоматичні дозатори, скомпоновані на пластмасовому флаконі, випускаються рядом фірм - «Оксфорд» (США), «Сакура» (Японія ») та іншими.
Так, ручний дозатор японської фірми «Сакура» [17] випускається чотирьох типів з діапазоном дозування від 0,2 до 10 мл. Дозатори кріпляться до поліетиленових судинах різних обсягів (від 250 до 1000 мл). Дозатор типу А кріпиться на посудину об'ємом в 250 мл і при натисканні поршня видає дози від 0,2 до 1 мл. Дозатор типу Б має посудину ємністю 500 мл і дозує обсяги від 0,5 до 2 мл. Дозатор типу В з резервуаром також на 500 мл дозує обсяги від 2,5 до 6 мл, а дозатор типу Г кріпиться до резервуару на 1000 мл і. видає дози від 5 до 10 мл. Точність дозування знаходиться в межах ± 0,2%. Зовнішній вигляд дозатора типу В наведено на рис. 140.
Рис. 140. Ручний дозатор «Сакура».
Для забезпечення великого обсягу робіт з дозування сотень і тисяч доз ручне дозування вже не може бути рекомендовано. Для зниження трудомісткості таких робіт повинні застосовуватися автоматизовані засоби. В останні роки на світовому ринку з'явилися десятки різних дозаторів для однієї, двох і декількох рідин, дозованих одночасно. Серед них є так звані ділютори - дозатори для розведень, що поєднують в одному приладі відбір проб і розведення їх у заданому співвідношенні. Є також пристрої багатопозиційного піпетування, дозування, перемішування і розведення.
Дозатор автоматичний ДА-5 розроблений в Ленінградському філії Всесоюзного науково-дослідного інституту медичного приладобудування. Дозатор складається з скляного шприца, всмоктуючого і нагнітального клапана, шкали для точного встановлення дози і електроприводу. Відмірювання дози здійснюється в циліндрі шприца поршнем з регульованою величиною ходу, доза ж встановлюється за шкалою. Дозування може вироблятися серійно, зі швидкістю 15 доз в хвилину, а також окремими дозами при натисканні спеціальної кнопки. Межі дозованих обсягів - від 0,2 до 5 мл. Ціна поділки шкали - 0,1 мл, допустима похибка ± 0,04 мл при величині варіації доз 0,03 мл.
При виході з ладу шприца він замінюється на рівноцінний з комплекту. Точнісні параметри зберігаються. Випуск намічений на Одеському експериментальному заводі лабораторної медичної техніки.
У лабораторній практиці за кордоном використовуються також шлангові (перистальтические) дозатори, в яких дозування відбувається за рахунок перекочування ролика по еластичною трубці. Шлях, пройдений роликом, пропорційний кількості виданої рідини. У цих дозаторах немає клапанів і кранів, що є їх істотною перевагою. Оскільки рідина стикається тільки з матеріалом трубки, такі дозатори зручні для роботи зі стерильними, радіоактивними або токсичними рідинами. Для заміни або стерилізації трубка може бути швидко знята.
Дозатори, засновані на цьому принципі, існують як безперервної дії, так і дискретного, для видачі окремих доз. Один з таких дозаторів дискретної дії випускається фірмою «Baird and Tatlock» (Англія) [28]. Він може працювати з трубками двох діаметрів. Одна з трубок розрахована на обсяг 0,2 мл за оборот, інша - 0,3 мл. Обсяг дози більше 0,2 або 0,3 мл може бути отриманий кратним числом повторень. Кількість оборотів регулюється в межах від 1 до 20 за цикл. Кожен цикл може бути повторений натисненням кнопки. Повторюваність величини доз, що характеризується коефіцієнтом варіації, становить близько 1%.
Кілька типорозмірів шлангових дозаторів випускає фірма «Kraft apparatus» (США). Обсяги доз встановлюються по реле часу. Одна з моделей П-155 розрахована на обсяги від 0,5 до 20 мл, точність 2% [25].
Перистальтические дозатори у відповідному конструктивному виконанні дозволяють дозувати кілька різних рідин, для чого вони забезпечуються відповідною кількістю еластичних трубок. Такі дозатори можуть використовуватися як самостійні прилади, так і у вигляді блоків в інших системах. У автоаналізаторе фірми «Технікон» (США) перистальтический блок дозатора виробляє дозування, перемішування і переміщення всіх компонентів аналізу (див. Розд. 5.1 цієї глави).
Спеціальне конструкторське бюро біологічного приладобудування АН СРСР розробило лабораторний дозатор рідин, призначений для подачі з заданою продуктивністю різних стерильних розчинів при біологічних дослідженнях. Дозатор розрахований на роботу з рідинами, що не мають механічних домішок і володіють в'язкістю не більше 2 СПЗ. Дозатор дискретної дії. Величина одиничної дози - 0,3 мл.
Зміна продуктивності забезпечується плавним регулюванням частоти проходження доз. Сумарна кількість доз рідини реєструється лічильником.
Вузли та комунікації, що мають контакт з дозируемой рідиною, допускають багаторазову стерилізацію в автоклаві при температурі 120 ° С, вони виконані з нержавіючої сталі і силіконової гуми [14].
Технічна характеристика
Величина одиничної дози, мл ....... 0,3 з точністю
± 1%
Продуктивність, мл / год ........ 50-1200
Габарити .................. 425x165x215 мм
Маса ...................................... 7,5 кг
Переносний швидкодіючий дозатор випускається англійською фірмою «Lab-Line Instruments» [26]. За даними фірми гарантується точність дозування ± 0,2% в межах доз від 0,3 до 6,3 мл. Піпетування за допомогою цього дозатора в 20 разів швидше, ніж робота з піпеткою. Обсяг посудини для дозируемой рідини - 500 мл. Спеціальний регулятор дози дозволяє швидко змінювати дозу дозованих розчинів. Вся система виготовлена з коррозійнностійких матеріалів і придатна як для лужних розчинів, так і для кислот, за винятком фтористоводородной.
Фірма «Амінка» (США) випускає два типи автоматичних дозаторів [21]. У першому 8 піпеток автоматично пересуваються над платівкою (одноразового користування), що має 96 осередків, або над відповідною кількістю мікропробірок. Обсяги доз, які видає дозатор, знаходяться в межах від 0,05 до 0,5 мл. У конструкції дозатора передбачена також можливість не тільки дозування, але й інших операцій (перемішування, розведення). Після закінчення циклу роботи і при необхідності зміни дозируемого розчину піпетки, виготовлені з несмачіваемих матеріалу, потребують лише в промиванні дистильованою водою. Зовнішній вигляд приладу наведено на рис. 141. Прилад може використовуватися при вірусологічних, мікробіологічних та імунологічних дослідженнях.
Рис. 141. Автоматичний дозатор на 8 доз.
Автоматичний дозатор для серійного розливу мікродоз об'ємом 25 або 50 мкл побудований за тим же принципом, що і перший, але може проводити розлив одночасно 12 доз. Головка, що рухається горизонтально, має 12 піпеток, що проходять над пластиною-приймачем доз. Пластина також одноразового користування.
Об'єднанням «Medicor» (Угорщина »розроблений розбавляє і дозуючий прилад типу РА-1. Прилад РА-1 автоматичної дії і призначений для широкої сфери застосування: у гематологічних, хімічних, серологічних лабораторіях. Прилад забезпечує дозування двох компонентів або приготування проб (розведення) [27].
Межі дозування ........................ від 1 до 15 мл
Відбір і дозування проби ................ 10-100 мкл
Коефіцієнт розбавлення ......... від 1:10 до 1: 1500
Точність дозування і розведення .... 0,5-1%
При використанні приладу для підготовки проб за рахунку формених елементів в одне з розведень автоматично може бути доданий сапонін.
Фірмою «LKB» (Швеція) розроблений і випущений універсальний прилад Ultralab Diluter, розрахований для застосування в мікроаналізі. Прилад дозволяє проводити як дозування, так і розбавлення [34]. Продуктивність при розведенні - до 400 розбавлень на годину., При дозуванні - до 900 доз на годину. Згідно з даними фірми, точність близько ± 1%. Величини доз- від Ю до 3000 мкл. Прилад забезпечений двома насосами: перший - на дози 10-150 мкл, другий -0 2 до 3 мл Розміри - 197X173X232 мм, маса - 11 кг.
Прилад використовується в автоматизованій системі аналізу тієї ж фірми «Ultralab System» в блоці підготовки проб.
Як приклад більш складних універсальних систем наводимо короткий опис автоматизованої системи дозування і розведення фірми «Fisons Instruments» (Англія) [23]. Система дозволяє проводити дозування і розведення в межах 0,02-20 мл.
Дозатори і ділютори системи можуть бути укомплектовані шприцами від 0,1 до 20 мл зі скла і нейлону і можуть працювати в різних комбінаціях паралельно або послідовно. У системі є ручний прилад управління зі шлангом, що складається з електричних проводів і трубок для рідин, що дозволяє проводити операції розведення, відбору проб і розливу рідин. Система досить універсальна і дозволяє механізувати процеси дозування та розведення при різних дослідженнях. За описом точність достатньо висока. Стандартне відхилення при дозі 10 мл ± 0,004 мл, при розведенні в 500 разів коефіцієнт варіації ± 1,4%.