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临床生物化学/血气分析仪测定原理及仪器结构
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{{Hierarchy header}} 早年进行血氧和[[二氧化碳]]的测定是采用经典的VanSlyke量气法。此法原理是利用皂素破坏[[红细胞]],再用铁氢化钾破坏[[血红蛋白]]以释放O<sub>2</sub>,加辛酸去泡剂等混合液,使这一反应过程在[[真空]]密闭条件下进行,让[[血液]]中所含CO<sub>2</sub>、O<sub>2</sub>和N<sub>2</sub>全部释放进密封真空管的液面之上,然后测量所释气体的压力。而后又用CO<sub>2</sub>[[吸收剂]]及O<sub>2</sub>吸收剂分别将两种气体吸收,根据压力的改变,再计算出CO<sub>2</sub>和O<sub>2</sub>的含量。该法准确可靠,然而操作繁锁,又使用大量[[水银]],极易污染环境,现在较少使用。另外还使用[[化学]]法测定[[血浆]]HCO<sub>3</sub><sup>-</sup>含量,此法操作要求严格的隔绝空气采血,否则很难测定准确。[[血气分析仪]]问世后,该法基本属于淘汰的方法。 当初丹麦Radiometer公司根据Astrup等学者的研究,提出血液pH与lgPCO<sub>2</sub>成[[线性关系]],设计了最早的血气分析仪。最具代表性的产品是该公司70年代出品的BME系列。其后许多国家不同的厂家陆续改进,经过几代人的努力而使血气分析仪更加完善,更加自动化。目前血气分析仪型号虽然很多,然而都是测定血液pH、PCO<sub>2</sub>和PO<sub>2</sub>三项基本数据,再参考[[Hb]]及[[体温]]的数据计算出其他诊断参数。 国产仪器的研制也紧跟时代的步伐不断更新产品,如南京最早的产品DH-100型血气酸碱分析仪,以及后来的改进型,已陆续供应国内[[医院]]使用。 测定血气的仪器主要由专门的气敏[[电极]]分别测出O<sub>2</sub>、CO<sub>2</sub>和pH三个数据,并推算出一系列参数。血气分析仪生产厂家的型号很多,自动化程度也不尽相同,但其结构组成基本一致,一般包括电极(pH、PO<sub>2</sub>、PCO<sub>2</sub>)、进样室、CO<sub>2</sub>空气混合器、放大器元件、数字运算显示屏和打印机等部件,进行自动化分析,其所需样品少,检测速度快而准确。 '''(一)[[电极系统]]''' ⒈pH测定系统pH测定系统包括pH测定电极即[[玻璃电极]]、参化电极及两种电极间的液体介质。 pH电极是利用[[电位]]法原理测量溶液的H<sup>+</sup>浓度,其电极是一个对H<sup>+</sup>敏感的玻璃电极,同时必须用另一电位值已知的[[参比电极]]配套,通常与[[甘汞电极]]保持电接触。血样中的H<sup>+</sup>与玻璃电极膜中的[[金属离子]]进行交换,产生电位差,并与血样的H<sup>+</sup>浓度成正比,二者之间存在着对数关系。在电极内部有pH恒定的溶液,与玻璃膜接触。玻璃电极内部还有Ag/Agcl参比电极,浸在pH恒定液中,电极线连接伏特计,测量血样[H<sup>+</sup>]所产生的电位差,即中测pH值,并以数字显示再打印结果。参比电极里的KCl溶液通过它逸出与[[标本]]接触而形成接触面。因为Kcl浓度很大,所以[[血标本]]中离子组成的差异不会改变参比电极上的恒定电位(图5-7)。PH电极要求pH测定范围在6.8-8.0间,并能读出小数点以下三位,精密度达0.002pH单位,准确性达到±0.09pH单位。pH电极稳定性好,计数不漂移。 ⒉PCO<sub>2</sub>电极PCO<sub>2</sub>电极属于CO<sub>2</sub>气敏电极。主要由特殊玻璃电极和Ag/Agcl参比电极及电极[[缓冲液]]组成,如图5-8所示。这种特殊的玻璃电极是对pH敏感的玻璃膜外包围着一层[[碳酸氢钠溶液]](NaHCO<sub>3</sub>5mmol/L、NaCl20mmol/L,并以Agcl溶液[[饱和]]),溶液的外侧再包一层气体可透膜。此膜是以[[聚四氟乙烯]]或[[硅胶]]为材料,可选择性让电中性能CO<sub>2</sub>通过,带电荷的H<sup>+</sup>及带负电荷的HCO<sub>3</sub><sup>-</sup>不能通过。CO<sub>2</sub>则扩散入电极内,与电极里的碳酸氢钠溶液发生下列变化;见图5-7。使其内的NaHCO<sub>3</sub>、NaCl溶液的pH值发生改变,产生电位差,由电极套内的pH电极检测。pH值的改变与PCO<sub>2</sub>数值呈线性关系(△pH/logPCO<sub>2</sub>),根据这一关系即可测出PCO<sub>2</sub>值。 {{图片|gopiwdg1.jpg|pH电极结构示意图}} 图5-7 pH电极结构示意图 PCO<sub>2</sub>电极灵敏度以-pH/lgPCO<sub>2</sub>=1.0为准,即PCO<sub>2</sub>上升1.33kPa,pH值下降1pH单位。测定范围为0.6-33.3kPa(37℃)。 Co<sub>2</sub>+H<sub>2</sub>O→H<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>→H<sup>+</sup>+HCO<sub>3</sub><sup>-</sup> ⒊PO<sub>2</sub>电极PO<sub>2</sub>电极是一种对O<sub>2</sub>敏感的电极,属于电位法,电极结构如图5-8所示。以白金丝(Pt)为阴极,Ag/AgCl参比电极为阳极,以阴极与阳极之间的一层[[磷酸盐缓冲液]]藉以沟通,其外包裹一层[[聚丙烯]]膜,膜外接触血样品。此膜不能透过离子,仅O<sub>2</sub>可透过。当样品中的O<sub>2</sub>透过聚丙烯膜到达Pt阴极表面时,O<sub>2</sub>不断地被还原,产生如下化学变化: 阴极反应O<sub>2</sub>+2H<sub>2</sub>O+4e<sup>-</sup>→4OH<sup>-</sup> 电解质反应NaCl+OH<sup>-</sup>→NaOH+Cl<sup>-</sup> 阳极反应Ag<sup>+</sup>+Cl<sup>-</sup>→Agcl+e<sup>-</sup> 氧的还原反应导致[[阴阳]]极之间产生电流,其强度与氧的扩散量或PO<sub>2</sub>成正比,以此测出PO<sub>2</sub>值(图5-9)。PO<sub>2</sub>电极可测定范围为0-106kPa。 '''(二)管道系统''' 主要由测量室、转换盘(有或无)系统、气路系统、溶液系统及泵体等组成。测量室有一套自动控制温度稳定于37℃的装置,转换盘是让样品进入并将有关溶液及气体送入测量室的装置,由计算机程序自动控制.气路系统由空气压缩机、CO<sub>2</sub>气瓶、气体混合器、[[湿化]]器、泵、阀门及有关管道组成。气体混合器将空气压缩机送来的空气(4-6个大气压,latm=101.3kPa)和CO<sub>2</sub>(纯度要求99.5%)气瓶送来的气体进行混合,混合后得到两种浓度不同的气体。由气体混合器中部出来的“气体1”含19.8%的O<sub>2</sub>和5.5%的CO<sub>2</sub>;“气体2”含9%-11%的CO<sub>2</sub>,从混合器的下部送出,需要时再进入测量室。液体管道系统使缓冲液进入测量室定标,保证样品吸入和废液排出的冲洗过程,管道系统中为保证仪器正常运转还没有一系列的自动检测装置。 {{图片|gopiwa9a.jpg|PCO2电极结构示意图}} 图5-8 PCO<sub>2</sub>电极结构示意图 {{图片|gopiwgu6.jpg|PO2电极结构示意图}} 图5-9 PO<sub>2</sub>电极结构示意图 目前,血气分析仪种类很多,各有其特色。一般都具备有所需样品量少(25-100μl)、检测时间短(1-2)分钟、自动显示数据、打印结果等优点。 {{Hierarchy footer}} {{临床生物化学图书专题}}
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