SBA40C型生物传感分析仪操作指南.docx
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SBA40C型生物传感分析仪操作指南
序言
生物传感器是一项生物新技术,它把生物活性物质巧妙地与传感器技术、计算机技术结合,导致了传统的烦琐的化学分析方法的一场革命,并即将对生物技术产业中的生化反应器的自动控制产生深刻的影响。
生物传感器是生物技术产业的有机组成部分之一,也是我国的国家生物技术“七五”、“八五”及“九五”重点攻关计划项目之一,对生物技术的发展起条件保证作用,对传统生物技术产业的改造也有很大的实用价值;将为工业控制、临床检验、体育训练、食品分析和环境保护等领域的快速方便的检测提供新方法、新控制手段和新仪器。
经过几年来的发展,我们研制的几种生物传感器已开发成为特殊的生化仪器,这些仪器得到了一定程度的普及:
单电极的生物传感器用于我国体育领域的耐力项目科学训练,用户达到24省市的140多家(1989-1994年使用SBA-30型分析仪,1994年以后改型成为SBA-50型分析仪);双电极生物传感分析仪(1992-1995年使用SBA-40A型分析,1996年以后改型成为SBA-40B型分析仪、98年11月以后又已改型为SBA-40C型分析仪)可以同时分析谷氨酸、葡萄糖、乳酸中的任二种成分,在工业发酵领域已有几十家用户,国内50%以上的万吨级谷氨酸发酵工厂已用它们来控制发酵、糖化、等电离交回收等生产过程,在等电离交回收工段应用谷氨酸传感器可以收到立竿见影的效果:
杜绝了大量谷氨酸的流失,可比原控制方法至少增加1倍回收产率;葡萄糖传感器用于淀粉糖化的控制可以增加葡萄糖的得率,提高糖液质量;在发酵上应用谷氨酸葡萄糖乳酸生物传感器,为谷氨酸的发酵生产控制开拓了一条新路,控制好发酵中的乳酸的含量,可以明显提高产酸率。
新型的四电极的生物传感在线分析系统(SBA-60型在线分析系统)列入了国家“九五”生物技术重点攻关项目,与小发酵罐联用后可以模拟大生产的谷氨酸发酵,将成为发酵生产工艺管理的得力工具。
第一个应用生物传感器分析食品成分的国家标准已于1996年的年内发布。
对此,1996年3月25日《科技日报》在头版头条以“生物传感器应用研究获得突破”为题作了报道,并发表了“在应用中创新”的短评。
1997年,“谷氨酸、乳酸、葡萄糖”生物传感器荣获国家发明奖。
生物传感器在短时间内的迅速发展和广阔应用前景受到越来越多的关注,它在跨度很大的经济和社会发展领域都有突破性的应用价值。
在工业关键技术方面,生物传感器可以解决以消耗生物资源为手段的发酵,食品及有关加工行业的原料,中间产物和产品的快速检测和控制问题。
以发酵工业为例,目前控制的是通气量,搅拌,酸碱度,湿度,光密度等间接指标;关键的指标是产物的生成和底物的消耗,因没有合适的传感器不能实现有效的自动控制。
生物传感器能够快速,可靠地直接获得产物生成和底物消耗的信息,为发酵工业生产的计算机应用和全自动控制铺平了道路。
可以用生物传感器监控的发酵产品包括氨基酸类(谷氨酸、赖氨酸、丙氨酸、天冬氨酸等),酒类(啤酒、葡萄酒、黄酒、白酒、酒精、果酒、汽酒等),抗生素类(头孢菌素、青霉素等),调味品类(酱油、醋等),有机酸类(乳酸、柠檬酸、苹果酸、抗坏血酸、草酸等),水解糖类(葡萄糖、果糖等),其它类(肌苷、肌苷酸、胰岛素、生物农药、酶制剂等)。
目前除谷氨酸行业已在各个不同层次开发了谷氨酸、乳酸、葡萄糖传感器的应用方法外,其他领域尚有待于有关的科技人员付出辛勤的劳动,用创新精神来开拓新局面。
我们坚信:
面临21世纪挑战,生物传感器新技术必将在这些行业发挥积极的作用。
SBA-40B型生物传感分析仪是在SBA-40A型机型基础上新设计的,它保留了SBA-40A型生物传感分析仪分析结果准确、测定快速、能适合发酵工厂24小时连续工作的特殊环境等优点,根据用户对40A型在应用中的缺陷提出的意见,针对性地作了如下改进:
①操作面板的英文说明全部改为中文说明。
②电机的安装方向由水平式改为垂直式。
③排空电机选用功率更大的型号。
④用光控进样系统取代了微动开关进样系统。
⑤电极的固定螺帽及反应池系统的工作尺寸作了适当的改进。
⑥相应地,主机板全部重新进行设计,接插件也由镀银的改为镀金的。
SBA-40C生物传感分析仪在SBA-40B的基础上,对软硬件进行了全新的设计,对二个传感器的放大电路实行了完全的电气隔离,进一步降低了电路干扰引起的测量误差;增加了测定数据记录功能和与PC机联机通讯功能,可方便地通过PC机进行参数设置,把测定时间与测定结果读入计算机内,作为资料进行保存或打印。
泵驱动电机用低压步进电机代替220V同步电机,进一步提高了产品使用的安全性能。
尽管如此,我们仍努力改善SBA-系列仪器的工作性能,使它们更能尽善尽美地方便于用户的使用。
希望用户们今后不断地对我们的工作提出宝贵的意见。
编者
1998年11月
SBA-40C型
生物传感分析仪操作指南
第一章仪器特点和工作原理-------------4
表一:
SBA-40C型生物传感分析仪的性能指标1表二:
双功能分析仪测定的试剂盒成本估算-5
第二章仪器结构和功能-----------------6
一整机结构-----------------------6
二一次仪表的结构-----------------6
图1:
SBA-40C型分析系统结构示意图--6
(1)反应池---------------------6
(2)电极系统-------------------6
图2:
酶电极及酶膜圈-----------------7
(3)液体系统-------------------7
(4)搅拌系统-------------------8
(5)进样系统-------------------8
第三章分析仪配套的试剂盒-------------8
一酶膜圈-------------------------8
二酶膜的参数---------------------9
表三:
常用酶膜的质量标准----------10
三缓冲液----------------------------10
表四:
缓冲剂成分及其作用----------10
四标准液---------------------------10
五亚铁氰化钾溶液---------------------11
六其它酶膜及其用途-----------------------------11
表五:
SBA-系列复合酶膜----------11
第四章谷氨酸-葡萄糖分析仪安装指南--12
一开箱注意事项------------------12
二电源要求----------------------12
三环境要求----------------------12
四接地线------------------------12
第五章SBA-40C型生物传感分析仪的操作指南--------------------------------12
一测定前的准备-----------------12
二酶膜的安装-------------------12
三操作指南----------------------13
(一)进样操作技术-----------------13
(二)日常操作检查-----------------14
(三)操作注意事项-----------------14
四分析测定----------------------14
第六章各种参数的设置-----------------15
一前面板------------------------15
图3:
SBA-40C型分析仪的前面板--------15
二前面板各键的功能介绍----------15
表六:
前面板各键的功能简介----------16
三常用参数设置方法举例----------16
1、怎样改动数字时钟?
---------------16
2、怎样打印时间?
-------------------17
3、换酶膜前怎样排空反应池内的液体?
17
4、怎样检查当前设定的参数?
----------17
5、怎样改动定标值?
-----------------17
6、如何使仪器恢复到出厂时的参数设置-17
7、怎样关打印?
---------------------1
7
8、怎样选择冲洗时间?
---------------17
9、怎样选择等待时间?
---------------17
10、怎样选择测定始点和终点时间?
----17
11、怎样统计?
----------------------17
12、怎样在不进样的情况下清洗反应池--17
13、怎样进行线性校正?
--------------18
14、怎样消除数据记忆?
--------------18
15、怎样检查酶膜活性?
--------------18
16、几个功能键的特殊用法------------18
17、各种方式说明--------------------18
第七章仪器故障的诊断--------------19
(一)仪器设置或运行中错误的诊断---19
(二)常见故障分析-----------------20
(三)表七:
常见故障分析表---------20
第一章仪器特点和工作原理
SBA-40C型生物传感分析仪是以固定化酶为关键元件,由微电脑控制双指标智能化仪表。
如果按功能命名,也可以称为:
SBA-40C型谷氨酸-葡萄糖分析仪,SBA-40C型乳酸-葡萄糖分析仪,SBA-40C型乙醇-葡萄糖分析仪等,用户可以通过更换酶膜和试剂盒得到任二种成分分析化验结果。
SBA-40C型系列生物传感分析仪具有两支生物探测电极,可以用一份样品在20秒钟同时得到两种物质的定量分析结果,屏幕显示并自动记录打印结果,自动完成冲洗循环,等待进行下一次测定,SBA-40C型可以由电脑设定各种操作程序,自动定标,以达到最精确的定量测定结果。
在工业发酵、食品分析、环境检测、临床化验和科学研究等方面有广泛的用途。
SBA-40C型生物传感分析仪产品性能如表一所列:
表一:
SBA-40C型生物传感分析仪的性能指标
仪器名称
谷氨酸-葡萄糖(或乳酸)分析仪
乳酸-葡萄糖分析仪
乙醇-葡萄糖分析仪
范围
L-谷氨酸:
0-100mg/dl
β-D-葡萄糖:
0-100mg/dl
L-乳酸:
0-50mg/100ml
L-乳酸:
0-5.0mM
β-D-葡萄糖:
0-5.0mM
乙醇:
0-200mg/dl
β-D-葡萄糖:
0-100mg/dl
样品种类
发酵液,离子交换洗脱液,等电上清液,水解糖
全血,血清,脑脊液,组织提取液,发酵液
发酵液,酒曲、成品酒,浸泡提取液,水解糖
测定时间
主程序为20秒,可依照用户程序任意选定
清洗时间
主程序为25秒,可依照用户程序任意选定
分辨率
0.1mg/dl或0.1mM
进样量
25ul
定量精度
1-2%
电源
220伏±10%50W
环境要求
15-35℃相对湿度低于90%
主机尺寸
320×350×240mm
重量
8KG
其它
仪器待机时,屏幕显示时间,并每隔1小时自动对反应池换液一次
附件
全套操作工具,试剂盒
该分析仪的特点是:
(1)反应靠固定化酶催化,昂贵的生化试剂可以多次重复使用。
一张酶膜可测定数千次,因此总的测定成本比较低。
(表二)
表二:
双功能分析仪测定的试剂盒成本估算(单位:
元)
每天测定样
品次数
每月测
定次数
酶膜及标准液成本(元)
缓冲液成本(每例消耗5ml)
每月消耗(元)
测定成本(元/次)
200
6000
160
18090
340
0.057
100
3000
160
250
0.833
50
1500
160
45
205
0.137
20
600
160
20
180
0.30
*(按谷氨酸酶膜110元/个,葡萄糖酶膜80元/个,大包缓冲液40元/5000ml,标准液35元/100ml,酶膜工作寿命1个月计。
)
(2)操作简便:
操作只消耗缓冲液和定标药品,测定时只需进样一个动作,其后的操作就可自动完成,药品用量只有25微升。
(3)速度快:
20秒可得到测定结果,经25秒自动冲洗进行下一次测定,一小时能测定60次左右。
(4)结果准确,一般误差小于1%,不受颜色,混浊度等影响。
(5)因为是一种特殊的生化仪器,操作维护需要一定的酶学知识,仪器的性能随酶膜的状态而有所变化。
SBA-40C型系列生物传感双功能分析仪利用酶促反应来定量,样品分析工作原理如下:
固定化酶
底物+O2+H2O————————→产物+H2O2
谷氨酸谷氨酸氧化酶α-酮戊二酸+NH4+
或葡萄糖葡萄糖氧化酶葡萄糖酸+H2O2
或乳酸乳酸氧化酶丙酮酸+H2O2
或乙醇乙醇氧化酶乙酸+H2O2
样品经稀释后(要求pH在6-8左右),由定量进样针吸取25ul,并注入反应池,含有样品的底物在样品室内迅速按照一定比例混合均匀,底物透过酶膜圈的外层与固定化酶层接触并反应,反应放出的
H2O2再透过酶膜圈的内层与白金-银电极接触,并产生电流信号,该电流信号与底物浓度成线性比例关系,经微机控制的信号,可直接显示并打印结果。
第二章仪器的结构、功能和维护要点
一整机结构
SBA-40C型分析仪由一次仪表(酶反应保证系统)和二次仪表(电子部分)所组成。
仪器上半部分是面板系统,进样系统和搅拌系统都是仪器精密可靠连续工作的保证条件。
仪器的使用者应熟悉一次仪表的每一部件以保证仪器可靠地工作,并随时进行日常维护活动。
二次仪表是仪器的电子部分,操作者只要作一般了解即可。
二一次仪表的结构
1.反应池:
反应池是用有机玻璃块制成的,反应在有机块的圆柱形空腔内进行,依靠两个酶膜上的O型橡胶圈封闭,右侧为葡萄糖氧化酶酶膜圈(酶膜圈可任意选);左侧为谷氨酸氧化酶酶膜圈(也可选别的类型酶膜圈),圆柱形空腔下部有进液管(兼作排液管),上部有溢流腔及废液抽出管;溢流腔兼作进样通道。
反应池空腔底部有一磁性搅拌子,随反应池下方的搅拌电机的旋转使搅拌子转动,使反应腔内的液体快速混匀。
圆柱形反应腔总体积约为400微升,当样品25微升进入反应腔后,腔内将有等量液体被挤出进入溢流腔。
因此反应的总体积仍是400微升,进样后样品的实际浓度约为原浓度的1/16.(见图1)
2。
电极系统包括两个酶电极及其插头,酶电极一端是铂电极和银电极的引出线,另一端是裸露铂电极(居中)和银电极(呈环状),酶膜圈可以卡在端部的凹槽。
(图2)
酶电极对H2O2分子的浓度呈线性响应,而酶膜圈各组成成分的功能是:
(1)通过固定化酶层实现对谷氨酸、葡萄糖、乳酸或乙醇的催化反应。
(2)通过基质层可阻止生物大分子的通过。
(3)通过内膜可阻止亚铁氰化钾、抗坏血酸等干扰物进入电极的表面,但对O2、H2O2等分子仍能够通过。
(4)通过O型橡胶圈使酶膜容易运送、装配,并实现反应池的密封。
(5)通过热敏电阻,对温度变化自动进行校正。
3.液体系统:
液体系统可实现反应池内溶液的补充,更换及排空,保持了反应pH条件的恒定,并且使使用中的酶膜得到保养。
(图3)
液体系统的关键部件是液泵,它是由恒速电动机带动滚轮,对泵管挤压,使液体流动。
流速是恒定不变的,每冲洗一次,流量约为5毫升。
缓冲液由于泵的转动,吸入管道,并被推送到反应池,经溢流管由另一路泵管流入废液瓶。
5
1、泵管接头2、泵管导向槽3、泵管压力调整螺丝4、泵管5、旋转泵头6、泵体
图4:
SBA-40C新型蠕动泵结构
SBA40C已改用新型挤压式的蠕动泵,泵头和泵管的使用寿命已大大提高,泵的结构如上图(图4)所示,泵管安装时,因为泵管直径比导向槽宽度大,需先拉伸泵管,把拉细的泵管嵌入导向槽,最终安装在导向孔内,把泵管二端的泵接头均安好后转动中间的旋转泵头,泵管即被压好。
泵管拆卸时,把泵接头拉出导向孔,即可拆卸泵管。
泵的压力调整螺丝在出厂时已调好,如更换泵管后发现有液体回漏现象可以调整泵管压力调整螺丝。
SBA40C分析仪在同一泵头上装有二根直径不同的泵管,直径大的用于废液的排出,二根泵管的管壁厚度要尽量一至。
4.搅拌系统:
由反应池中的搅拌子、反应池下方的搅拌磁钢和电机组成,该系统是使反应池内液体迅速达到分布均匀的关键设备,影响到仪器的响应。
搅拌子的转动与不转动是由微机控制的,能自动排除液体带入的气泡,确保分析测定的精确度。
维护要点:
A.搅拌子不转:
拧开反应池上方的光控进样帽,用小螺丝取下锥形帽,再用镊子取出搅拌子,清水冲洗干净,如有必要应擦洗反应池内壁,再放入搅拌子,压入锥形帽和进样帽。
B.有时反应池漏液,使搅拌电机受潮,此时应将电机拧下,晾干后,再拧上。
5.进样系统:
进样系统由进样塑料帽及内埋的光电开关组成,当进样针通过进样帽插入反应池的同时,光路被阻断,这样微机开始计时,
20秒后自动显示并打印测定结果。
维护要点:
A·有时进样帽内的进样通道沾有液体,光路产生折射,使进样系统暂时失灵,这时应用滤纸探入进样孔擦干水份。
B·进样针的前端玻璃要用不透明的胶带粘牢或用黑漆涂黑,使进样时光路能够被阻断。
C·操作场所避免强光直射。
D.下面板的正中是光控进样系统和搅拌系统与主机板的电缆插头和插座,不得松动。
在更换泵管时要注意不把它碰落。
第三章分析仪配套的试剂盒
一、酶膜圈
酶膜圈是双功能分析仪的关键材料:
其结构见图1。
●贮存、运送过程中保持0-8℃,并注意贮存期限。
●试剂盒提供了酶膜反应与稳定不失活的条件。
●使用中酶膜活性是逐渐下降的,使用到一定程度(比如基础活性下降到100以下,或者因酶膜原因造成的测定误差变大)就必须更换新的酶膜。
二、酶膜的参数(以谷氨酶膜为例)
●活性的定义:
在分析仪上用主操作程序测定未定标前的酶膜对SBA-标准液25ul的仪器显示数(称为基础活性)。
测定值大于100为合格。
酶膜的活性,是日常操作第一个要确定的酶膜参数,逐日测定酶膜的活性可以判断分析仪的工作状态。
酶膜活性逐渐变化是有一定规律的:
刚装上膜后,活性迅速上升,达到一定值后,活性上升越来越慢,直到稳定。
这是酶膜活性的前期,约需2-24小时,这个阶段膜上的固定化酶层充分吸水,由固态变成充分膨胀的凝胶状态,固定化酶层对底物和小分子的通透性趋向于越来越好。
这个阶段分析仪也能工作,但是由于酶膜活性有变化,因此需要经常校正。
酶膜在装机24小时后,活性变化趋向缓慢,这个变化在短期内很难察觉,这是理想的工作期,约可以持续一个月以上。
但是,酶膜的活性是与操作、运送、保养条件有关,下列的不当操作往往造成酶膜失活:
1.运送和贮存温度高于8℃。
2.进样的样品中含有过量的酸或碱,没有进行中和处理。
3.不用SBA-缓冲液进行分析操作。
4.使用后的保养中,由于没有及时补充缓冲液造成的反应池干枯;或电源中断造成的每日一次的自动冲洗失效。
5.由于泵管破裂、松动或回漏后未能及时维护造成的缓冲液流失。
●线性偏差的定义:
在0-100%的标准液浓度下,实际测定值与理论值的差别。
用线性偏差的指标可以判断样品的测定结果是否准确。
线性不好造成的偏差,不是仪器本身引起的,而是由于酶膜的线性逐日的缓慢下降引起的,是不可避免的。
但是本仪器设有线性校正功能,应用线性校正程序后可以避免由线性度下降造成的偏差。
●酶膜响应值的定义:
标准液反应20秒的结果对40秒的结果的比值的百分率叫酶膜的响应值。
该值大于90%为合格。
测试方法为:
吸取25微升标准液测定一次得到一个值(主程序已设定在20秒),然后把终点时间改到40秒,再用标准液测定一次得到另一个值,前后二个值相除再乘上100%。
●酶膜的完整性:
酶膜的结构见图1。
酶膜的内膜可以使H2O2通过,而分子较大的干扰物如抗坏血酸,尿酸等不能透入电极的表面,内膜的作用是排除干扰物质,不完整的内膜可以用亚铁氰化钾溶液(配套试剂中可提供)测定出来,内膜不完整将造成谷氨酸和葡萄糖测定结果偏高。
正常的亚铁氰化钾检验值为:
当仪器定标后,进25微升亚铁氰化钾溶液,结果在-2-+6之间,内膜完整性好。
●酶膜的工作寿命:
即安装后起算的酶膜连续工作期。
符合标准有效期、运送条件和工作条件的合格葡萄糖和谷氨酸酶膜应能连续工作30天以上;乳酸酶膜的连续工作寿命为15-30天。
●在4℃的贮存条件下,葡萄糖、谷氨酸酶膜可以在1-2年内可靠地使用。
乳酸酶膜的有效期为9个月。
下表为常用酶膜的质量标准:
表三:
常用酶膜的质量标准
活性
谷氨酸、乳酸>200,葡萄糖>100
线性(校正后)
10~100mg/dl,各点偏差±2
其中:
葡萄糖不需要进行线性校正,谷氨酸、乳酸使用后期需要进行线性校正
响应
20秒响应值大于40秒响应值的90%
膜完整性
1%亚铁氰化钾值在-2-6之间
工作期
30天
贮存期
乳酸9个月,葡萄糖、谷氨酸>1年
贮存、运送条件
0-8℃,不符合此条件的酶膜不能保证正常质量。
三、缓冲剂
缓冲剂是为保护酶膜并创造酶反应最适条件的专用辅助材料,含有抗菌素、防霉剂、络合剂等,详见下表,缓冲剂应用蒸馏水配制。
表四:
缓冲剂成分及其作用
试剂名称
作用
磷酸氢二钠
维持恒定的pH,提供一定的离子强度
磷酸二氢钠
维持恒定的pH,提供一定的离子强度
EDTA二钠盐
络合使酶失活的二价阳离子
苯甲酸钠盐
抗霉剂
硫酸庆大霉素
抗菌剂
氯化钠
与电极电解质平衡
大包缓冲剂每包可配制5000ml,可供工厂连续使用约1000次,使用前在一个5升的容器内倒入一包缓冲剂,加蒸馏水溶解。
完全溶解(常温一般需8小时以上)后再倒入仪器的缓冲液瓶内使用。
缓冲剂在常温下贮存,贮存期2年。
溶解后可保藏一个月。
小包缓冲剂成分相同每包可配制500ml。
四、标准液
●工业用标准液:
100mg/dl谷氨酸-100mg/dl葡萄糖-50mg/dl乳酸混合标准液。
●体育及医学用标准液:
5mM、10mM乳酸,10mg/dl尿素,
SBA-系列标准液与SBA-仪器配套使用:
在有效应用期内不会霉变和长菌。
在密封状态,常温可保藏一个月,冰箱内半年以上,在使用中应防止蒸发和污染。
标准液除仪器读数校正用,还兼作线性检查。
五、亚铁氰化钾溶液
专用于医学和体育,检验内膜的完整性,新装的酶膜检验1~2次。
工业类型酶膜除特殊情形,可以不进行此项检验。
六、其它酶膜及其用途
SBA-系列的酶膜可以分为单一氧化酶的酶膜和复合酶膜,单酶酶膜包括:
谷氨酸、葡萄糖、L-乳酸、乙醇、次黄嘌呤氧化酶酶膜。
其中谷氨酸、葡萄糖和L-乳酸酶膜是常规的供应品种。
乙醇、次黄嘌呤酶膜是可以应用户要求供应的特殊酶膜。
此外,下表所列的复合酶膜也是可以应用户要求供应的特殊品种。
复合酶膜工作时需要专用的试剂盒,样品中含有基础氧化酶底物的时候,要采用差分方法分析(复合酶膜电极减基础电极)。
表五:
SBA-系列复合酶膜
酶膜名称
复合酶膜中的
其它酶
测定主要
底物
用途
以葡萄糖氧化酶为基础的酶膜
乳糖
乳糖酶
乳糖
奶粉、牛奶
麦芽糖
糖化酶
麦芽糖
麦汁、啤酒
蔗糖
转化酶+变旋酶
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- SBA40C 生物 传感 分析 操作 指南