第六版基础化学课件制作计划(6)

1第七章电化学临床分析技术和临床相关仪器首页基本要求重点难点讲授学时内容提要1基本要求1.1了解（1）常用的电解质分析仪和血气分析仪。（2）电解质分析仪和血气分析仪的日常维护常识。（3）电解质分析仪和血气分析仪的常见故障排除方法。1.2熟悉（1）pH电极、PCO2电极、PO2电极和参比电极的使用方法。（2）电解质分析仪和血气分析仪的应用方法。1.3掌握（1）pH电极、PCO2电极、PO2电极和参比电极的基本结构和工作原理。（2）电解质分析仪和血气分析仪的工作原理和组成结构。2重点难点2.1重点电解质分析仪和血气分析仪的工作原理和组成结构、应用方法。2.2难点电解质分析仪和血气分析仪的组成结构、应用方法。3讲授学时建议8~10学时4内容提要电化学临床分析仪器是利用电化学分析技术而设计的临床分析仪器。溶液的电化学性质是指电解2质溶液通电时，其电位、电流、电导和电量等电化学特性随化学组分和浓度而变化的性质。电化学分析法是建立在溶液电化学性质基础上并利用这些性质，通过电极这个变换器，将被测物质的浓度转变成电学参数而进行检测的方法。4.1电化学分析原理1.pH值测定原理pH值测定常用参比电极为正极，以指示电极为负极，组成一个电化学电池，通过测量电池的电动势E而测得相应溶液的pH值。常用的指示电极是pH玻璃膜电极。玻璃电极对溶液pH的敏感程度取决于电极的玻璃膜。在一定温度下，玻璃电极的电极电位与被测溶液的pH值有线性关系：E玻=K玻－pHFRT303.2（7-1）式中R为气体常数，F为法拉第常数，T为热力学温度，K玻在测量条件下恒定时为常数。2.离子选择性电极工作原理离子选择性电极是一种用特殊敏感膜制成的，对溶液中特定离子具有选择性响应的电极。ISE可测量pH值，Na+、K+、Cl-、Ca2+、Mg2+等离子的活度或浓度。离子选择性电极通常由电极管、内参比电极、内参比溶液和敏感膜四个部分组成。离子选择性电极的电极电位可表示为：xxISEfCnFRTkEln303.2式中，阳离子选择性电极为＋，阴离子选择性电极为－；n为离子电荷数；Cx为被测离子浓度；fx为被测离子活度系数；K在测量条件恒定时为常数。公式表明，在一定条件下，离子选择性电极的电极电位与被测离子浓度的对数呈线性关系。ISE与参比电极共同浸入样品试液中构成一个原电池，通过测量原电池的电动势E，便可求得被测离子的活度或浓度。3.氧分压（PO2）电极的工作原理PO2电极是氧化还原电极，对氧的测量是基于电解氧的原理实现的。PO2电极由铂丝阴极与银-氯化银阳极组成，称为Clark电极。待测溶液中的O2可以借助电极外表面的O2渗透膜，依靠PO2梯度透过膜而进入电极。在外加电压为0.4V～0.8V范围内时，O2在铂阴极表面被还原，电极电流随外加电压的增加而增加。当氧浓度扩散梯度相对稳定时，就产生一个稳定的电解电流，称之为极限扩散电流。极限扩散电流的大小决定于渗透到阴极表面氧的多少，后者又取决于膜外的PO2。因此，通过测定电流变化即可测定血液标本中的氧气分压。在外加电压超过0.8V时，即使PO2=0mmHg，水本身也会被电解而产生电流。因此，外加在PO2电极上的工作电压通常为0.65V。4.二氧化碳分压（PCO2）电极的工作原理PCO2电极是气敏电极，是由pH玻璃电极和银-氯化银电极组装在一起的复合电极。复合电极内装有3PCO2电极外缓冲液（含NaHCO3-NaCl），它的pH可以因血液的PCO2而改变。4.2电解质分析仪1.电解质分析仪的分类（1）按自动化程度分类分为半自动电解质分析仪和全自动电解质分析仪。（2）按工作方式分类分为湿式电解质分析仪和干式电解质分析仪。临床上最常用的电解质分析仪是湿式电解质分析仪，它将离子选择性电极和参比电极插入被测样品中组成电池，然后通过测量原电池电动势进行测试分析。干式电解质分析仪是采用基于离子选择的差示电位法进行分析测试。（3）常见电解质分析仪分类电解质分析仪主要检测K+、Na+、Cl-，部分检测Li+、Ca2+、Mg2+等离子。目前检测电解质的仪器很多，电化学法检测电解质可分为电解质分析仪、含电解质分析的血气分析仪、含电解质分析的自动生化分析仪等三大类。2.电解质分析仪的结构（1）湿式电解质分析仪湿式电解质分析仪由离子选择性电极、参比电极、分析箱、测量电路、控制电路、驱动电机和显示器等组成。（见图7-1）①板面系统电解质分析仪在仪器板面上具有人机对话的操作键。板面上具有“Yes”或“No”两个键，其中“Yes”键用来接收显示屏上的提问，“No”键用来否定显示屏上的问句。图7-1湿式电解质分析仪结构框图②电极系统分析仪的电极系统是测定样品结果的关键，决定测定结果的准确度和灵敏度。电极系统包括指示电极和参比电极。指示电极包括pH、Na+、K+、Li+、Cl-、Ca2+、Mg2+等离子选择性电极。参比电极一般是银/氯化银电极。③液路系统液路系统直接影响到样品浓度测定的准确性和稳定性。分析仪的液路系统通常由标本盘、溶液瓶、吸样针、三通阀、电极系统、蠕动泵等组成。蠕动泵为各种试剂的流动提供动力，标本盘、三通阀和蠕动泵的转动、转换均由微机自动控制。液路系统中的通路由定标液/冲洗液通路、标本通路、废液通路、分析箱显示器Na电极K电极参比电极测量电路驱动器逻辑控制电路操作键4回水通路、电磁阀通路等组成。④电路系统各种分析仪电路系统的基本模块一般均由电源电路模块、微处理器模块、输入输出模块、信号放大及数据采集模块、蠕动泵和三通阀控制模块等五大模块组成。电源电路模块主要提供分析仪的打印机接口电路、蠕动泵控制电路、电磁阀控制电路和其他各种部件所需的电源。⑤软件系统各种分析仪的软件系统，是控制仪器运作的关键。它提供仪器微处理系统操作、仪器设定程序操作、仪器测定程序操作和自动清洗等操作程序。微处理系统会不断监察分析仪的稳定性、调校自动定标频率和自动测定质控标本，并自动将结果与预期的数据作比较评估，也能指导操作者日常保养和帮助解决故障问题。在测定质控范围、质控时间，设定密码及选择自动或手动定标方式时，都需要设定程序。检测操作的控制采用人机对话方式，由操作者按键控制，运行过程包括启动运作、吸取样本、自动分析检测、数据处理及结果打印、自动清洗吸样针等测量组件以及复位等待下次检测分析等。（2）干式电解质分析仪电解质的干化学测定法目前主要有两类：一类是基于反射光度法，另一类基于离子选择性电极（ISE）方法（见图7-2）。图7-2干式电解质分析仪示意图基于ISE法的干式电解质分析仪结构具有两个多层膜片（见图7-3）。多层膜片均由离子选择性敏感膜、参比层、氯化银层和银层组成，并用一纸盐桥相连。左边为样品电极，右边为参比电极。测定时，用双孔移液管取10μl血清和10μl参比液滴入两个加样孔内，即可测定二者的差示电位。样样品品液液离离子子选选择择敏敏感感膜膜参参比比层层氯氯化化银银层层银银层层离离子子选选择择敏敏感感膜膜参参比比层层氯氯化化银银层层银银层层盐桥塑料膜塑料膜参参比比液液电电位位计计5通常每测一个项目需要用一个干片，每个干片上带有条形识别码，仪器将自动识别所进行的测定项目。图7-3SpotchemSE-1510干式K+、Na+、Cl-试剂片结构图3.电解质分析仪的维护保养与故障排除1）仪器的维护保养（1）电极系统的保养（2）流路系统的保养①流路保养多数仪器都有仪器流路保养程序，可以根据保养程序进行保养工作。当流路保养程序结束后，应当对仪器进行重新定标。②全流路清洗每天工作结束关机前，都要进行管路的清洗。仪器进入流路程序进行清洗，吸入或注射清洗液、去蛋白液或蒸馏水冲洗流路，重复23次。冲洗完毕，应当对仪器进行重新定标。2）日常维护保养仪器维护保养应按照使用说明书上的要求，进行每日维护、每周维护、半年维护和停机维护。3）常见故障及其排除方法一些常见故障、产生原因和排除方法如下。管路堵塞易堵塞的地方主要有4个部分，即采样针与空气检测器部分、电极腔前端与末端部分、混合器部分、泵管和废液管的堵塞。探针参比液样本液盖膜片电桥离子选择性膜耐蚀层Na+K+Cl-AgCl层Ag层基膜片64.3血气分析仪1.工作原理血气分析仪的基本结构均可分为电极、管路和电路三大部分（见图7-4）。图7-4血气分析仪的工作原理图被测血液样品在管路系统的抽吸下，进入样品室内的测量毛细管中。测量毛细管的管壁上开有四个孔，孔内分别插有pH、PCO2和PO2三支测量电极和一支参比电极。其中，pH和pH参比电极共同组成对pH值的测量系统。血液样品进入样品室的测量管后，管路系统停止抽吸，样品同时被四个电极所感测。电极产生对应于pH、PCO2和PO2三项参数的电信号。这些电信号分别经放大、模数转换后送到微处理机。经微机处理系统处理、运算后，再分别被送到各自的显示单元显示或打印机打印出测量结果。测量系统的所有部件包括温度控制、管道系统的动作等均由微机或计算机芯片控制。测量室必须是一个恒温系统。早期的测量室采用水浴式、空气浴式等。目前已被固体恒温式装置取代。血气分析方法是一种相对测量方法。在测量样品之前，需用标准液及标准气体确定pH、PCO2和PO2三套电极的工作曲线。通常把确定电极系统工作曲线的过程叫做定标或校准。每种电极都要有两种标准物质来进行定标，以便确定建立工作曲线最少需要的两个工作点。pH系统使用7.383和6.840两种标准缓冲液来进行定标。氧和二氧化碳系统用两种混合气体来进行定标。第一种混合气中含5％的CO2和20％的O2；第二种含10％的CO2，不含O2。也有将上述两种气体混合到两种pH缓冲液内，然后对三种电极一起定标。2.仪器结构管路系统温度控制微机键盘参比电极pH电极前置放大放大样品室PCO2电极前置放大反对数放大PO2电极前置放大放大模数转换测量管打印输出输出显示7（1）电极系统电极主要包括两大类，即离子极（主要有K+、Na+、Li+、Ca2+、Cl-、pH和PCO2）和伏安型传感器（主要是PO2）。一般的血气分析仪使用四支电极，分别是pH、PCO2、PO2电极和pH参比电极。①pH电极和pH参比电极血气分析仪使用毛细管pH玻璃电极和甘汞电极测量溶液的酸碱度。当玻璃变潮湿时才会发生膜两侧的离子交换，新的或干燥的电极在使用之前须在去离子水中浸泡24h以上。甘汞电极结构主要有甘汞芯子、电极玻壳、盐桥溶液、液络部和电极导线。内充的KCl溶液多采用饱和型的。②PCO2电极PCO2电极的基本组成部分是玻璃电极。远端具有对pH敏感的薄层玻璃膜（厚约0.1mm），电极内溶液含有KCl的磷酸盐缓冲液，其中浸有杆状Ag/AgCl电极。参比电极为环状Ag/AgCl电极，位于玻璃电极杆的近侧端。玻璃电极与参比电极外面充满PCO2电极外缓冲液，它的pH值随血液的PCO2而改变。③PO2电极PO2电极是一种气敏电极，PO2电极电流信号大小取决于渗透到阴极表面氧的浓度，后者又决定于膜外的PO2。当PO2的值为零时，电路中电流并不为零，存在一个微小的电流值，通常称其为基流。在校准PO2电极时，需采用两种气体。先用不含氧的纯CO2气体通过测量管，将电路中的基流调为零；用第二种标准气体去测定PO2，便可得出PO2和电流的标准曲线。（2）管路系统功能有完成自动定标、自动测量、自动冲洗等。管路系统通常由气瓶、溶液瓶、连接管道、电磁阀、正压泵、负压泵和转换装置等部分组成。在工作过程中，该系统出现的故障最多。（3）气路系统提供PCO2和PO2两种电极定标时所用的两种气体。每种气体中含有不同比例的氧和二氧化碳。气路系统分为压缩气瓶供气方式（又叫外配气方式）和气体混合器供气方式（又叫内配气方式）。①压缩气瓶供气方式由两个压缩气瓶供气，一个含有5％的二氧化碳和20％的氧；另一个含10％的二氧化碳，不含氧。气瓶上装有减压阀，经过减压后输出的气体，首先经过湿化器饱和湿化后，再经阀或转换装置送到测量室中，对PCO2和PO2电极进行定标。湿化器是用水蒸气将定标气体饱和湿化的装置。②气体混合器供气方式这种供气系统用仪器本身的气体混合器产生定标气。加到