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识别并避免移液误差

2020.3.16
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

移液过程是实验室中最为常见的操作之一,在样品制备、溶液稀释、配置标准溶液以及添加试剂时均需进行移液。今天,移液技术现已得到全新发展,从传统的玻璃微量移液管到可对所加体积进行编程,直至1536个通道的全自动电子移液器。

液体操作过程由于操作的平均体积的急剧下降而变得复杂了。如果人们在这样的形势下能够关注到由于移液器的误差而引起的许多严重后果,比如满足不了监管规范、造成时间和金钱的浪费、造成对物质的非有效利用以及导致错误的检测结果等,那么这些潜在风险也许就可以避免一些。从不恰当的操作到液体的粘度差异直至变化的环境因素以及移液器内部组件的损坏,这些都可能是移液产生误差的来源。调研结果表明:当前在用的30%以上的移液器和其他类型的液体操作工具不能在所期待的公差范围内工作。

移液器故障及其后果

当使用了一支不准确的移液器时,有时可能只需重新分析一下样品或者重新评价一下结果即可。而当一支不准确的移液器提供了不准确的测定结果而成为治疗病人的依据时,或者当样品不可能被再次检测时,后果就严重了。最为糟糕的情况是,超出公差范围工作的移液器没有被及时发现,从而使用错误数据造成错误结果,除了造成浪费外,还可能会危及患者安全或造成质量安全事故。这也是为什么美国FDA引入“过程分析技术”这一概念的原因之一,将质量安全与操作过程结合在一起,可以使得潜在的质量风险及早被发现并予以改正。

功能故障的原因

对于实验室而言,首要的是要对工具的功能故障进行定义。在进行校正时,将待验移液器的分取体积与一种标准进行比较,测量其与标准之间的偏差,凡结果超出所定义的允许界限值者就是出现了功能故障。

今天的电子和手动微量移液器均是复合体结构,需要针对许多内部构件进行功能校正。而单用肉眼大多难以查出损坏,即使在移液过程中也经常难辩其功能故障,人们称此为隐性故障。隐性的机械故障可能有许多原因:比如缺少足够的润滑、通过不密封的密封圈或者O-形环、界于枪杆与移液嘴之间密封区域的损坏、活塞的腐蚀以及通过所移取物质引起的污染。

故障率保持恒定

移液器应该按计划进行规律性的维护,以消除上述机械故障的根源。但从实验室中经常使用的移液器所得到的数据可以得出两个结论(见图2,6个月校正期内每个月移液器的故障率),一是故障率相当恒定,它并不像人们想象的那样随着时间的推迟而变大;二是在所监督的移液器中大约有27%于6个月内某一时刻会出现一次故障。即使是新近做过维护的移液器,也不能保证都能正常地工作。实验室人员应该考虑到会有一些移液器在两次校正之间出现故障。

更令人震惊的是,仅有10%的移液器发生故障是由于使用频率过大或距离上次维护时间太长等因素造成的。也就是说,90%的功能故障是偶发性的和不可预见的,比如由于不恰当的使用方法或发生事故等,如使用者不小心误将液体吸入到移液器体之中,从而导致活塞被腐蚀或密封圈过早损坏,或者当还有液体留在枪嘴中而将移液器平置,也可能使液体进入杆内,从而使O-形环和密封圈受到污染和损坏。

为了降低移液器在超出公差范围时使用的风险和作用,必须有规律地实行校正和验证的程序,其中,决定性的是进行校正的频率,其最佳频率依附于不同的因素,例如平均的无故障运行时间或所期待的置信度。

图2中所示故障率是每个时间单位内出现的故障次数。与此相反,故障出现之前的平均运行时间(Mean Time before Failure,MTBF)则是指一组移液器中超过一定的时间范畴时所出现的综合性的故障次数,以便确定故障之间的平均时间。因此MTBF与故障率是成反比的:较高的MTBF是建立在较低的故障率基础之上的。较高的MTBF意味着移液器故障的概率很小。

通过MTBF可以大概判断出移液器能够在多长时间内准确和精密地工作。对于单个移液器而言,其MTBF值可能具有显著的变化并取决于多种因素,例如每天使用的移液器会比不常使用的更快出现故障。此外MTBF值还会由于接触高粘度的、具化学侵蚀性或腐蚀性的液体而降低。

测量某一种移液器的MTBF值时,可以观察一组移液器,直至每一支都出现故障为止,由此测定出每一支移液器出现故障时的时间,以及所有移液器出现故障的平均时间。图2的数据显示,移液器在到达6个月间隔期时或到达之前的累积故障率为27.3%,由此计算出MTBF值为18.8个月。

95%的置信度

当前推荐的移液器管理的最佳实践规格是建立95%或更高的目标置信度(Target Reliability Level,TRL)。这就意味着,在一次重新校正或核实后至少有95%的移液器能够在所规定的公差范围内工作,仅有5%可能出现错误的结果。在确定期待的置信度时要考虑一系列因素,包括分析的精密度、有缺陷的移液器对测试结果的影响、结果的持续性以及所生产产品的许可等。举例来说,如果实验室所期待的置信度为95%,而移液器的MTBF值为2年,则计算得出的校正区间为0.103年,或5.3周。图3显示了通常的MTBF值和置信度,可供实验室测定最佳校正区间之用,比如一项工业标准所期待的置信度必须满足95% 和MTBF值为2年时,则可于X轴上指示出所要求的校正区间为5至6周,即必须每5~6 周对移液器进行一次校验,以便满足其功能要求。

质量控制的基础

如同其他精密实验室仪器,对具机械功能的移液器也要进行质量控制,并进行有规律的校正以检验其功能。越是经常校正,越能及早发现它的不准确性,以便及时停止运行,反之亦然。有关的质量安全组织如 ISO、美国的 FDA、CLIA(国家一级影响评估)、国际ASTM 等都公布了相应的标准和规范,规定了对于实验室结果质量安全的最低要求。这些规范综合起来构成共同的基础,即一个实验室应该确定移液器校正的频率,它属于GLP的组成部分。

此外,具有决定性的分析还要求在校正周期之间进行附加的功能检验。疾控中心(CDC)在其培训手册中便要求在进行确定的检验之前,首先对移液器实施附加的“功能检验”,也有很多实验室采纳了这种方式。附加检验往往在以下情况下实行:校正周期之间,旨在降低故障风险和减少潜在的必要的辅助措施;在决定性的分析之前;在使用稀有的试剂或有限的样品之前。


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