第9章电化学技术

1、第九章第九章 电化学分析技术和临床相关电化学分析技术和临床相关仪器仪器 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。 血气分析仪（blood gas analyzers）概概 述述 利用电极对血样中的酸碱度（pH）、二氧化碳分压（PCO2）和氧分压（PO2）进行测定的仪器。 一、pH值测定原理 pH玻璃膜电极（glass membrane electrode） 玻璃电极对溶液pH的敏感程度取决于电极的玻璃膜。 在25时，玻璃电极的电极电位：xpHK05916. 0电化学分析原理电化学分析原理 通常采用二次测量法，即用相同的仪器测定标准溶液和待测溶液的电动势，以确定待测液的pH。

2、采用的电池组成是： （-）玻璃电极）玻璃电极待测溶液待测溶液(pHx)饱和甘汞电极饱和甘汞电极 (+)（-）玻璃电极）玻璃电极标准缓冲溶液标准缓冲溶液(pHs)饱和甘汞电极饱和甘汞电极 (+)2. 电化学法测量血液 pH EESXFRT/303. 2pH+ + 由于各玻璃电极的 K玻 不尽相同，在测定时仪器需用标准缓冲溶液进行校正。 常用标准缓冲溶液（1）0.05mol/Kg 邻苯二甲酸氢钾溶液 37，pH值： 6.8437，pH值：4.02（2）0.025mol/Kg 混合磷酸盐溶液二、离子选择性电极工作原理 ( principal of Ion selective electrode )1

3、. 离子选择性电极的结构 膜电位：膜内外被测离子活度的不同而产生电位差。 离子选择性电极又称膜电极（membrane electrodes ）特点：仅对溶液中特定离子有选择性响应。膜电极的关键：是一个称为选择膜的敏感元件。敏感元件： 单晶、混晶、液膜、功能膜及生物膜等构成。离子选择电极的构造离子选择性电极的电极电位表示为： xfxCnFRT.kEISEln3032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。 2. 离子选择性电极的测量方法 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

4、池的电动势E，便可求得被测离子的活度或浓度。ianFRTKElg303. 2 离子选择性电极作正极时： 对阳离子响应的电极，取正号； 对阴离子响应的电极，取负号。直接法血清不经稀释直接由电极测量间接法血清经一定稀释后由电极测量。 ISE测量方法三、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。 目前用得最多的氧电极是电解式的Clark氧电极Clark氧电极是由铂阴极、Ag/AgCl阳极、KCl电解质和透气膜所构成。四、PCO2 电极的工作原理 PCO2电极是气敏电极（gas sensing electrode），是由pH玻璃电极和银-氯化银电极

5、组装在一起的复合电极。 电解质分析仪电解质分析仪 电解质分析仪（electrolyte analyzer） ： 采用离子选择性电极（ISE）测量溶液中离子浓度的仪器 。测定指标： 生物样品中的K+、Na+、Cl-、Ca2+、Li+、pH值等。 具有设备简单、操作方便、灵敏度和选择性好、成本低、快速、准确、微量、不破坏被测试样和不用进行复杂的预处理等优点。优点： 如 Nova 电解质/化学分析仪： Na+、K+、Cl-、Ca2+、Mg2+、Li+、TCO2、TCa、Glu、BUN、Hct、pH、Creat。一、电解质分析仪的分类（一）按自动化程度分类 半自动电解质分析仪全自动电解质分析仪 （二）

6、按工作方式分类 湿式电解质分析仪 临床上常用 干式电解质分析仪 （三）常见电解质分析的仪器分类 电解质分析仪 只进行单独的电解质分析 ，分析血清、血浆、全血和稀释尿液标本 。血气分析仪 含H+、Na+、K+、Ca2+、Cl- 等电解质分析，既可以做急诊化验又可批量分析。 自动生化分析仪 含电解质分析。 二、电解质分析仪的结构（一）湿式电解质分析仪 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显示器湿式电解质分析仪基本组成 显示器分析箱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测定原理 样品通过某离子选择性电极时由某相应的电解质渗过电极膜时产生了电流，通过对该电流的放大，

7、同标准液 A 标及 B 标通过电极时产生的电流进行对数及斜率比较，计算出样品中某一电解质的值。 由动力泵将 A 标准液抽入电极池(抽样长度由光电开关检测)，并停留几秒进行 A 标标定,然后由动力泵将 A 标准液抽回废液瓶。测定过程 分配阀动作将通道接向 B 标准液，由动力泵将 B 标准液抽入电极池进行斜率测定。B 标定标完成后，由动力泵将 B 标准液抽回废液瓶。 由动力泵将样品吸入电极池进行样品的测定，测量数据经前置放大器放大送入CPU 板，与 A 标、B 标测量值进行比较，计算结果通过 CRT 显示器显示或打印机输出。到位检测CRT显示器CPU板运算放大器电 极动力泵样 品打印机B标准液A标

8、准液废液测定过程框图（二）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:基于反射光度法干化学测定基于离子选择性电极（ISE）方法干化学测定银层银层银层银层 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。 测定时，用双孔移液管取10l 血清和10l 参比液滴入两个加样孔内，即可测定二者的差示电位。 三、电解质分析仪的维护保养与故障排除 （一）仪器的维护保养 1. 电极系统的保养 仪器在工作过程中，由于电极的内充液与样品之间存在着不同程度的离子交换，使电极内充液的浓度逐渐降低，从而使膜电位下降，导致测量结果偏低。需要定期对电极内充液中的离子含量进行

9、调整。 钠电极内充液的浓度降低最为严重，要经常检查调整内充液浓度。 许多仪器的程序设计中已包含每日保养（daily maintenance）一项。坚持每日用厂家提供的清洁液和钠电极调整液进行清洗和调整是最基本的保养。 调整液含有氟化钠-玻璃腐蚀剂。 （1）钠电极 钾电极为选择性膜电极,使用过程中会吸附蛋白质,影响电极的响应灵敏度。每月至少更换一次内充液。（2）钾电极 氯电极为选择性膜电极,使用过程中亦会吸附蛋白质,影响电极的响应灵敏度。最好用物理法进行膜电极的清洁。 （3）氯电极 每周均需检查电极内是否有足够的饱和氯化钾溶液及氯化钾残片。如果不够或没有，则需及时添加。一般三个月要换一次参比电极

10、膜。 （4）参比电极 清洗电极套,保持毛细管通透,使盐桥导通,电极芯无需保养,但不能用水洗或使其干燥。 2.流路系统的保养 仪器在测量过程中，由于血清中含有部分纤维蛋白，蛋白将附着在液流通道 (flowpath)的泵、管路和电极系统毛细管的内壁上，当测量工作量较大时，内壁所附的蛋白增厚，造成阻塞管路和影响样品与电极之间的测量电位，影响正常工作和测试结果的准确性。（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。 流路清洗是为了保证仪器流路中没有蛋白质、脂类沉积和盐类结晶。 （2）全流路清洗 仪器进入流路程序进行清洗，吸入或

11、注射清洗液、去蛋白液或蒸馏水冲洗流路，重复23次。冲洗完毕，应当对仪器进行重新定标。 （二）日常维护保养 检查试剂量，如不足1/4液面，应及时更换；清洁仪器表面灰尘及吸样探针，保持探针的畅通；及时弃去废液瓶中的废液。1.每日维护 仪器应进行流路清洗，除去蛋白质、脂类沉积和盐类结晶，对仪器进行维护保养。2.每周维护 清洁泵管，用酒精棉球清洁泵管和不锈钢转轴，在泵管的弯处涂硅油或白色凡士林等润滑剂。3.每月维护4.每季度进行MV值试验电极的MV值由仪器使用说明书给出。（三）常见故障及其排除方法1.仪器不工作2.定标不能稳定3.重复性不良 4.准确性不够5.样品不能吸入、管路有气泡 6.管路堵塞 7

12、.电极漂移与失控 8.测试血样出现异常值 9.电极斜率降低 血气分析仪（blood gas analyzer）是利用电极对人全血中的酸碱度（pH）、二氧化碳分压（PCO2）和氧分压（PO2）进行测定的仪器。 血气分析血气分析仪仪 根据所测得的pH、PCO2、PO2参数及输入的血红蛋白值，血气分析仪可进行计算而求出血液中的其它参数，如： 实际碳酸氢根浓度（AB）标准碳酸氢根浓度（SB）血液缓冲碱（BB）血浆二氧化碳总量（T-CO2）血液碱剩余（BEblood）细胞外液碱剩余（BEECF）血氧饱和度（SO2） 人体血气酸碱生理指标常用参数正常生理指标正常生理指标非正常生理指标非正常生理指标pH7.

13、35 7.457.45酸血症酸血症碱血症碱血症pCO24.655 5.985kPa(均值均值5.32 kPa)5.985 kPa低碳酸血症低碳酸血症高碳酸血症高碳酸血症pO210.64 13.3 kPa7.3 kPa4 kPa呼吸衰竭呼吸衰竭有生命危险有生命危险Hb男男女女120160g.L-1110150g.L-1一、工作原理键 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温度控制微 机管路系统 测量室必须是一个恒温系统。通常测量室的温度被恒定在370.1。 在血气分析仪中，为了完成对样品的自动定标、自动测量和自动冲洗

14、等功能，装有一套比较复杂的管路系统以及配合管路工作的泵体和电磁阀。 泵和电磁阀的转、停、开、闭、温度的高低；定标气及定标液的有、无、供、停等，均由微机进行控制或监测。 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。 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。 通常把确定电极系统工作曲线的过程叫做定标或校准（Calibration）。 离子极-主要有K+、Na+、Li+、Ca2+、 Cl-、pH和pCO2 电极 伏安型传感器-主要是PO2 电极 一般的血气分析仪使用四支电极： pH 电极 P

15、CO2 电极 PO2 电极 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。 pH 测量系统示意图 毛细管玻璃pH电极与甘汞电极结构示意图 此种电极的标本用量为2l，pH测定范围为010。 2PCO2电极 PCO2电极是根据J.Severinghaus原理设计的，故也称为“Severinghaus”电极。 PCO2 测量系统示意图 PCO2电极的基本组成部分-玻璃电极。pH敏感的薄层玻璃膜-厚约0.1mm电极内充溶液-含有KCl的磷酸盐缓冲液，其中浸有杆状Ag/AgCl电极内参比电极-环状Ag/AgCl电极，位于玻璃电极杆的近侧端。玻璃电

16、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。玻璃电极膜与其有机玻璃外套一端的渗透膜之间放一片尼龙网或擦镜纸，使两者之间保证有一薄层电极溶液间隔。作用原理：它将测量室内的血液与玻璃电极及其外面的HCO3-溶液分隔开，血液与玻璃电极及其外面的HCO3-溶液分隔开，只允许血液样品中CO2分子通过，让其溶解、水化，并建立电离平衡，使溶液中氢离子（H+）增加，因而使膜内溶液pH值下降。由二氧化碳分压电极的工作原理可知，待测溶液中pH值的变化与lgPCO2有线性关系。由pH电极测得pH值的变化量，经反对数放大器转换为PCO2，再用数字显示。 -聚四氟乙烯膜、聚丙烯膜或硅橡胶

17、膜 3PO2电极 PO2 电极是一种气敏电极。O2 渗透膜用约20m的聚丙烯膜或聚四氟乙烯膜，也有用聚乙烯、聚酯作电极膜。 PO2电极测量系统示意图 在测定时，O2在铂阴极表面发生的反应如下：外加直流电压 0.4V进入电极内O2不反应0.4V0.8V在铂阴极表面被还原 O2 + 2 H2O H2O2 H2O2 + 2 e- 2 OH- 当阴极表面附近的氧被消耗后，阴极表面氧气分压：PO2= 0.00 kPa/mmHg 样品中的氧将通过渗透膜向阴极发生浓度扩散。 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 I0 。 I0 PO2(样本） 通过测定电流变化即可测定血液

18、标本中的氧气分压。 在外加电压超过0.8V时，即使PO2 = 0 mmHg，水本身也会被电解而产生电流。 外加在PO2电极上的工作电压通常为0.65V。（二）管路系统 血气分析仪的管路系统比较复杂，是血气分析仪很重要的组成部分。 功能有完成自动定标、自动测量、自动冲洗等。 管路系统结构，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。 血气分析仪的管路系统示意图（三）电路系统 将仪器测量信号进行放大和模数转换、对仪器实行有效控制、显示和打印出结果，并通过键盘输入指令。 作用： 某一血气分析仪的电路系统原理如下图所示：血气分析仪电路原理框图 四、血气分析仪的维护、保养与故障排除四、血气分析仪的维护、保养与故障排除 血气分析仪作为一种精密的分析仪器，操作比较简单，关键是日常的维护和出现问题后故障的排除。