生物化学电化学分析技术与临床仪器课件

1、第七章 电化学分析技术和临床相关仪器 第七章电化学分析技术和临床相关仪器 7-1概述7-2电化学分析原理 7-3电解质分析仪 7-4 血气分析仪 7-1 概 述一、电化学临床分析仪器电解质分析仪（electrolyte chemistry analyzers） 血气分析仪（blood gas analyzers）分类1.电解质分析仪测量样品中的指标： 钾、钠、氯、钙、锂、pH值等 电化学分析法是建立在溶液电化学性质基础上的一类分析方法 二、电化学分析法 （Electrochemical analysis）测 定物理量参与反应的化学物质的量确定电位电流电导电量 7-2电化学分析原理一、pH值测定

2、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：二、离子选择性电极工作原理 ( principal of Ion selective electrode )1. 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2. 离子选择性电极的测量方法 ISE与参比电极共

3、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。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Clark 氧电极的结构 待测溶液中的O2可以借助电极外表面的O2渗透膜内的PO2梯度透过膜而进入电极 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

4、极表面被还原 O2 + 2 H2O H2O2 H2O2 + 2 e- 2 OH- 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-氯化银电极组装在一起的复合电极 7-3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值等一、电解质分析仪的分类（一）

5、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）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 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结构框图 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标准液废液测定过程框图 不同的电解质分析仪在仪器板面上都具有人机对话的操作键。在分析检测样品时，操作者可以通过按键操作控制分析检测过程 1.板面系统例如：汽巴康宁644 电解质分析仪 只有 yes

6、/no 两个按键，yes 键用来接收显示屏上的提问，no 键用来否定显示屏上的提问，通过这两个键可对仪器进行各种操作和参数设定 2.电极系统 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 指示电极参比电极 电极系统指示电极： pH、Na+、K+、Li+、Cl-、Ca2+、Mg2+等 离子选择性电极。 参比电极： 银/氯化银电极 标本盘、三通阀和蠕动泵的转动、转换均由微机自动控制 MEDICA全自动电解质分析仪4.电路系统电解质分析仪的电路系统由五个模块组成 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 包括主信号放大器变换器（电极、标本检测器）

7、和其它电子系统间的界面，它除了钠、钾、氯等测量通道外，其余模拟信号也在放大系统上处理，所有这些信号被传输到CPU板上的主A/D变换器上 信号放大模块5.软件系统 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 分析仪的软件系统，是控制仪器运作的关键软件系统的作用： 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 微处理系统程序： 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 仪器设定程序： 仪器测定程序： 测定操作的控制采用人机对话方式，由操作者

8、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 （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SPOTCHEM EL SE-1520 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 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

9、要定期对电极内充液中的离子含量进行调整 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

10、三个月要换一次参比电极膜（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

11、洗，吸入或注射清洗液、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 仪器维护保养每日维护每周维护半年维护停机维护 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一些常见故障、产生原因和排除方法如下： 电极没有稳定，可以在

12、电极稳定30min后定标 是否停电、电源线未插入插座中、保险丝熔断等1.仪器不工作2.定标不能稳定3.重复性不良 （1）电极未活化，应活化电极； （2）电极间有漏液，应装紧电极或更换密封圈； （3）电极间有血样凝块，需拆开电极，用吸球吹净电极； （4）参比电极有KCl结晶，应擦净；电极毫伏偏低，更换电极内液或电极； （5）电极斜率（electrode slope）低于规定值，应更换电极或重新校准； （6）试剂太少或变质，应更换试剂 （7）系统校准没有进行，应运行系统校准23次 （8）系统校准能通过，但电极斜率SLOPE值超出规定，重新运行系统校准23次或更换相应电极或试剂 为保证实验室报告的准

13、确性和稳定性，建议操作者每天做一次质控 4.准确性不够 如果所有测定项目准确性差，应更换参比电极 5.样品不能吸入、管路有气泡 （1）进样针堵塞，应拆下进样针用注射器疏通冲洗； （2）三通堵塞，拆下电极用注射器疏通冲洗三通； （3）电极堵塞，拆下电极，并分解单个电极用吸球吹净电极； （4）泵管老化，应更换泵管； （5）管道有破裂或松动，应更换管道或装好管道。 6.管路堵塞 血液中的蛋白、脂类、纤维及血凝块在管路中积聚，造成阻塞 易堵塞的地方主要有下面的4个部分： （1）采样针与空气检测器部分 （2）电极腔前端与末端部分 （3）混合器部分 （4）泵管和废液管的堵塞 7.电极漂移与失控 电极漂移的

14、最常见的原因是地线未接好,应检查地线；检查漂移的电极银棒是否未插入信号插座或接触不良； 电压不稳定,最好接UPS不间断电源或质量较好的稳压电源(质量差的稳压电源会引起电极漂移)； 避免电磁干扰,功率较大的设备应尽量远离本仪器,独立设置电源； 检查标准液及清洗液是否已用完;检查流通池中参比内充液是否太少，应及时注满； Na、pH电极漂移时应用玻璃电极清洗液清洗,再用蒸馏水反复冲洗即可； 如果电极全部漂移，则应检查参比电极是否到期； 定位不好，造成溶液未全部浸没电极，应重新进行定位操作； 参比电极上方有气泡,应轻拍流通池,将气泡移至Na电极上方； 试剂过期或被污染,检查A、B标准液及清洗液瓶,是否

15、有絮状沉淀。 8.测试血样出现异常值 附近是否有大功率电器开动或漏电(如离心机、电冰箱)，造成电压波动； 测试时吸入凝血； 溶液未到位,可查看定位是否良好,如果溶液到位不好,可用服务程序中重新定位程序来进行重新定位； 检查盛血样的容器是否污染,是否残留了消毒液等物质； 查看校正因子是否正确,如有异常,可将校正因子清除； 是否长时间未标定,可重新标定后再测。 电极斜率低,将造成测试线性不好,有时也影响电极的重复性,其主要原因有: 电极膜板上吸附蛋白过多； 空气湿度太大； 温度太低； 寿命将至。 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

16、）、二氧化碳分压（PCO2）和氧分压（PO2）进行测定的仪器 7-4 血气分析仪 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） 一、工作原理电极系统管路系统电路系统 血气分析仪种类型号很多，其基本结构均可分为三大部分： 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

17、血气分析仪的工作原理图二、仪器结构（一）电极系统电极是血气分析仪的电化学传感器 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 电极电化学传感器主要包括两大类： 一般的血气分析仪使用四支电极： pH 电极 PCO2 电极 PO2 电极 pH 参比电极。 （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蠕动泵测量室参比进样口冲洗液湿化器缓冲液缓冲液废液湿化器泵

18、KCl溶液定标气G1定标气G2空气压缩机CO2气瓶空气混合器阀或转换装置（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：显示打印系统固化程序及故障诊断系统机械驱动模数转换信号选择电极讯号空气检测计算机系统恒温控制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 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 （一）电极的保养 电极是一种十分贵重的部件，应注意保养，尽量延长其寿命电极的保养一般是仪器自动进行1.参比电极保养 参比电极套需要

19、定期更换。如果一天作100个样品，每周应更换一次；一般情况下两周可更换一次；在样品较少时，可视具体情况延长更换时间。当发现电极不再渗参比液，或渗漏孔处变成黄色或棕色时，应随时更换 更换盐桥或电极内的KCl溶液时，除加入饱和的KCl溶液外，还需加入少许的KCl结晶，使其在37 恒温条件下也达到饱和2.pH电极的保养 不管是否使用pH电极，其使用寿命一般都为12年 如果pH电极在空气中暴露2h以上，应将其放在缓冲液中浸泡6h24h才能使用 按血液缓冲液（或生理盐水）水空气的顺序进行清洗 蛋白质粘附在电极表面： 或用随机附送的含蛋白水解酶的清洗液或自配的0.1%胃蛋白酶盐酸溶液浸泡30分钟以上，用生

20、理缓冲液洗净后浸泡备用3.PCO2电极保养 电极要经常用专用清洁剂清洗，如果经清洗、更换缓冲液后仍不能正常工作时，应更换半透膜 电极用久后，阴极端的磨砂玻璃上会有Ag或AgCl沉积。可用滴有外缓冲液的细砂纸磨去沉积物，再用外缓冲液洗干净 清洗沉积物、半透膜和电极的更换应定期进行 4.PO2电极的保养 PO2电极中干净的内电极端部和四个铂丝点应该明净发亮 每次清洗时，都应该用电极膏对PO2电极进行研磨保养PCO2电极和PO2电极在保养后，均需重新二点定标，才能使用(二)仪器的日常保养 1.每天检查大气压力、钢瓶气体压力； 2.每天检查定标液、冲洗液是否过期，检查气泡室是否有蒸馏水； 3.每周更换一次内电极液，定期更换电极膜； 4.每周至少冲洗一次管道系统，擦洗分析室； 5.若电极使用时间过长，电极反应变慢，可用电极活化液对pH、PCO2电极活化，对PO2电极进行轻轻打磨，除去电极表面氧化层； 6.仪器避免测定强酸强碱样品，以免损坏电极。若偏酸或偏碱液测定时，可对仪器进行几次一点校正； 7.保持环境温度恒定，避