臨床電化學(xué)分析儀器

1、第九章第九章臨床電化學(xué)分析儀器臨床電化學(xué)分析儀器 小組組長：李茂陽小組組長：李茂陽 小組成員：鐘能枝、陳冰潔小組成員：鐘能枝、陳冰潔 樂嘉儀、何詠莎樂嘉儀、何詠莎臨床電化學(xué)分析儀器是利臨床電化學(xué)分析儀器是利用電化學(xué)分析技術(shù)而設(shè)計(jì)的臨床用電化學(xué)分析技術(shù)而設(shè)計(jì)的臨床分析儀器。分析儀器。 概概 述述電解質(zhì)分析儀電解質(zhì)分析儀 血?dú)夥治鰞x血?dú)夥治鰞x（blood gas analyzersblood gas analyzers）分類分類采用離子選擇性電極（采用離子選擇性電極（ISEISE）測量體液中離子濃）測量體液中離子濃度的儀器。度的儀器。 利用電極對血樣中的利用電極對血樣中的酸堿度（酸堿度（pH）、二

2、氧化碳分二氧化碳分壓（壓（PCO2）和和氧分壓（氧分壓（PO2）進(jìn)行測定的儀器。進(jìn)行測定的儀器。 2.2.血?dú)夥治鰞x血?dú)夥治鰞x采用離子選擇性電極（ISE）測量溶液中離子濃度的儀器 。生物樣品中的K+、Na+、Cl-、Ca2+、Li+、Mg2+、pH值等。具有設(shè)備簡單、操作方便、選擇性高、成本低、快速準(zhǔn)確、微量、不破壞被測試樣和不用進(jìn)行復(fù)雜的預(yù)處理等優(yōu)點(diǎn) （一）按自（一）按自動化程度分動化程度分類類 （二）按測（二）按測量項(xiàng)目多少量項(xiàng)目多少分類分類 三項(xiàng)三項(xiàng)四項(xiàng)四項(xiàng)五項(xiàng)五項(xiàng)臨床上最常用的電解質(zhì)分析儀是離子選擇電極分析法進(jìn)行測定，它將離子選擇性電極和參比電極插入被測樣品中組成電池，然后通過測量原電

3、池電動勢進(jìn)行分析。離子選擇電極（離子選擇電極（ISEISE）的的響應(yīng)機(jī)制響應(yīng)機(jī)制: : 相界面上發(fā)生了待測離子的交換和擴(kuò)散，而非電子轉(zhuǎn)移。相界面上發(fā)生了待測離子的交換和擴(kuò)散，而非電子轉(zhuǎn)移。 離子選擇電極的電極電位與樣品中相應(yīng)離子濃度之間的關(guān)離子選擇電極的電極電位與樣品中相應(yīng)離子濃度之間的關(guān)系符合：系符合：xxxISEfCnFRTkanFRTkEln303. 2ln303. 2 能斯特方程能斯特方程 ISE ISE與儀器內(nèi)的參比電極浸入樣品試液中構(gòu)成一個(gè)原電與儀器內(nèi)的參比電極浸入樣品試液中構(gòu)成一個(gè)原電池，儀器測量原電池的電動勢池，儀器測量原電池的電動勢E E，就可轉(zhuǎn)化成被測離子的活，就可轉(zhuǎn)化成被

4、測離子的活度或濃度。度或濃度。 E E = = E EISEISE- -E E參比參比xxfCnFEkln2.303RT）（參比= = 對于血清pH值的測定，其測量電極采用玻璃電極，pH的敏感程度取決于電極的玻璃膜，與儀器的參比電極構(gòu)成的原電池電動勢E有如下的關(guān)系式：pHFRT303. 2E = K 電解質(zhì)分析儀通過儀器的電路系統(tǒng)，把電極產(chǎn)生的電位放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換后以相應(yīng)的結(jié)果顯示或打印出來。電解質(zhì)分析儀的工作原理：電解質(zhì)分析儀的工作原理： 樣品通過測量毛細(xì)管時(shí)，離子選擇電極膜與相應(yīng)的離子發(fā)生作用，測出與參比電極產(chǎn)生的電位差 E，經(jīng)放大處理后，通過標(biāo)準(zhǔn)曲線與待測離子電位差值對照，即可求得各離子的

5、濃度值，并顯示或打印出來。 儀器將測量電極與測量毛細(xì)管做成一體化的結(jié)構(gòu)，使各電極對接在一起自然形成測量毛細(xì)管。參比電極采用甘汞電極。三、電解質(zhì)分析儀的結(jié)構(gòu)三、電解質(zhì)分析儀的結(jié)構(gòu)離子選擇性電極、參比電極、分析箱、測量電離子選擇性電極、參比電極、分析箱、測量電路、控制電路、驅(qū)動電機(jī)、顯示器路、控制電路、驅(qū)動電機(jī)、顯示器 基本組成基本組成： 結(jié)構(gòu)框圖：結(jié)構(gòu)框圖： 不同的電解質(zhì)分析儀在儀器板面上都具有不同的電解質(zhì)分析儀在儀器板面上都具有人機(jī)對話的操作鍵人機(jī)對話的操作鍵。在分。在分析檢測樣品時(shí)，操作者可以析檢測樣品時(shí)，操作者可以通過按鍵操作控制分析檢測過程通過按鍵操作控制分析檢測過程。 1.1.板面系統(tǒng)

6、板面系統(tǒng)2.2.電極系統(tǒng)電極系統(tǒng) 3.3.液路系統(tǒng)液路系統(tǒng)4.4.電路系統(tǒng)電路系統(tǒng) 通常由測量電路將電極產(chǎn)生的微弱信號經(jīng)反對數(shù)放大器放大，然后進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換，最后送到三位LED數(shù)字顯示器顯示并打印結(jié)果。5.5.軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)分析儀的軟件系統(tǒng)，是控制儀器運(yùn)作的關(guān)鍵。德國MEDICA全自動電解質(zhì)分析儀blood gas analyzer 美國雅培血?dú)夥治鰞x 便攜式血?dú)夥治鰞x實(shí)際碳酸氫根濃度（AB）、標(biāo)準(zhǔn)碳酸氫根濃度（SB）、血液緩沖堿（BB）血漿二氧化碳總量（T-CO2）、血液堿剩余（BEblood）、細(xì)胞外液堿剩（BEECF）血氧飽和度（SO2） 人體血?dú)馑釅A生理指標(biāo)常用參數(shù)：正常生理指標(biāo)正常

7、生理指標(biāo)非正常生理指標(biāo)非正常生理指標(biāo) 被測血液樣品在被測血液樣品在管路管路系統(tǒng)系統(tǒng)的抽吸下，進(jìn)入的抽吸下，進(jìn)入樣品樣品室室內(nèi)的測量毛細(xì)管中。內(nèi)的測量毛細(xì)管中。測量毛細(xì)管的管壁上開有測量毛細(xì)管的管壁上開有四個(gè)孔，孔內(nèi)分別插有四個(gè)孔，孔內(nèi)分別插有pHpH、PCO2PCO2和和PO2PO2三支三支測量電極測量電極和一支和一支參比電極參比電極。其中，其中，pHpH和和pHpH參比電極共參比電極共同組成對同組成對pHpH值的測量系統(tǒng)。值的測量系統(tǒng)。電極產(chǎn)生對應(yīng)于電極產(chǎn)生對應(yīng)于pHpH、PCO2PCO2和和PO2PO2三項(xiàng)參數(shù)的三項(xiàng)參數(shù)的電信號電信號。這些電信號分別經(jīng)。這些電信號分別經(jīng)放大、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換

8、模數(shù)轉(zhuǎn)換后送到后送到微處理機(jī)微處理機(jī)。經(jīng)微機(jī)處理系統(tǒng)處理、運(yùn)算后，再分別被送到各。經(jīng)微機(jī)處理系統(tǒng)處理、運(yùn)算后，再分別被送到各自的顯示單元顯示或打印機(jī)打印出測量結(jié)果。測量系統(tǒng)的所有部件包括溫度自的顯示單元顯示或打印機(jī)打印出測量結(jié)果。測量系統(tǒng)的所有部件包括溫度控制、管道系統(tǒng)的動作等均由微機(jī)或計(jì)算機(jī)芯片控制?？刂?、管道系統(tǒng)的動作等均由微機(jī)或計(jì)算機(jī)芯片控制。血液樣品進(jìn)入樣品室的測血液樣品進(jìn)入樣品室的測量管后，管路系統(tǒng)停止抽量管后，管路系統(tǒng)停止抽吸，樣品同時(shí)被四吸，樣品同時(shí)被四個(gè)電極個(gè)電極所感測所感測。 pH系統(tǒng)：系統(tǒng)： 氧和二氧化碳系統(tǒng)：氧和二氧化碳系統(tǒng)：兩種混合氣體兩種混合氣體每種電極每種電極有有兩

9、種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)兩種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)建立工作曲建立工作曲線最少需要的兩個(gè)工作點(diǎn)。線最少需要的兩個(gè)工作點(diǎn)。 血?dú)夥治鰞x使用四支電極血?dú)夥治鰞x使用四支電極內(nèi)參比電極是內(nèi)參比電極是Ag/AgCl電極，具有穩(wěn)定的電位值。電極，具有穩(wěn)定的電位值。電極內(nèi)充磷酸鹽和電極內(nèi)充磷酸鹽和KCl的混合液。的混合液。為甘汞電極結(jié)構(gòu)，內(nèi)充的為甘汞電極結(jié)構(gòu)，內(nèi)充的KClKCl溶液多采用飽和型的。溶液多采用飽和型的。玻璃電極玻璃電極與與甘汞參比電極甘汞參比電極構(gòu)成電池，其構(gòu)成電池，其電動勢的大小電動勢的大小主要取主要取決于內(nèi)部溶液的決于內(nèi)部溶液的值值 這類電極的標(biāo)本用量一般不超過這類電極的標(biāo)本用量一般不超過100100 l l，pHpH

10、測定范圍為測定范圍為0 0 1010。 PCOPCO2 2電極是一個(gè)氣敏電極，其前端有一層半透膜，只允許電極是一個(gè)氣敏電極，其前端有一層半透膜，只允許COCO2 2分子通過，其內(nèi)部有一玻璃電極和參比電極。分子通過，其內(nèi)部有一玻璃電極和參比電極。 PO PO2 2電極是一種電極是一種，其工作原理是基于電解氧的過程，其工作原理是基于電解氧的過程中產(chǎn)生的電極電流，中產(chǎn)生的電極電流，POPO2 2電極電流信號大小正比于滲透到陰極表電極電流信號大小正比于滲透到陰極表面氧的濃度，后者又決定于膜外的面氧的濃度，后者又決定于膜外的POPO2 2。 當(dāng)當(dāng)POPO2 2的值為零時(shí)，電路中電流并不為零，存在一個(gè)微小

11、的的值為零時(shí)，電路中電流并不為零，存在一個(gè)微小的電流值，通常稱其為電流值，通常稱其為。 在校準(zhǔn)在校準(zhǔn)POPO2 2電極時(shí)，需采用電極時(shí)，需采用。先用不含氧的純。先用不含氧的純COCO2 2氣氣體通過測量管，將電路中的基流調(diào)為零；用第二種標(biāo)準(zhǔn)氣體去體通過測量管，將電路中的基流調(diào)為零；用第二種標(biāo)準(zhǔn)氣體去測定測定POPO2 2，便可得出，便可得出和和的標(biāo)準(zhǔn)曲線。的標(biāo)準(zhǔn)曲線。 血?dú)夥治鰞x電路系統(tǒng)是將儀器測量信號進(jìn)行血?dú)夥治鰞x電路系統(tǒng)是將儀器測量信號進(jìn)行放大放大和和模數(shù)轉(zhuǎn)換模數(shù)轉(zhuǎn)換、對儀器、對儀器實(shí)行實(shí)行有效控制、顯示有效控制、顯示和和打印打印出結(jié)果，并通過鍵盤輸入指令。出結(jié)果，并通過鍵盤輸入指令。 儀

12、器在測量過程中，由于血清中含有部分纖維蛋白，蛋白將附著在液儀器在測量過程中，由于血清中含有部分纖維蛋白，蛋白將附著在液流通道流通道 ( ( flowpathflowpath ) )的泵、管路和電極系統(tǒng)毛細(xì)管的內(nèi)壁上，當(dāng)測量工作的泵、管路和電極系統(tǒng)毛細(xì)管的內(nèi)壁上，當(dāng)測量工作量較大時(shí)，內(nèi)壁所附的蛋白增厚，造成阻塞管路和影響樣品與電極之間的量較大時(shí)，內(nèi)壁所附的蛋白增厚，造成阻塞管路和影響樣品與電極之間的測量電位，影響正常工作和測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。測量電位，影響正常工作和測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。流路保養(yǎng)流路保養(yǎng) 多數(shù)儀器都有儀器流路保養(yǎng)程序，可以根據(jù)保養(yǎng)程序進(jìn)多數(shù)儀器都有儀器流路保養(yǎng)程序，可以根據(jù)保養(yǎng)程序進(jìn)

13、行保養(yǎng)工作。當(dāng)流路保養(yǎng)程序結(jié)束后，應(yīng)當(dāng)對儀器進(jìn)行重新定標(biāo)。行保養(yǎng)工作。當(dāng)流路保養(yǎng)程序結(jié)束后，應(yīng)當(dāng)對儀器進(jìn)行重新定標(biāo)。全流路清洗全流路清洗 每天工作結(jié)束關(guān)機(jī)前，都要進(jìn)行管路的清洗。儀器進(jìn)每天工作結(jié)束關(guān)機(jī)前，都要進(jìn)行管路的清洗。儀器進(jìn)入流路程序進(jìn)行清洗，吸入或注射清洗液、去蛋白液或蒸餾水沖洗流入流路程序進(jìn)行清洗，吸入或注射清洗液、去蛋白液或蒸餾水沖洗流路，重復(fù)路，重復(fù)2 2至至3 3次。沖洗完畢，應(yīng)當(dāng)對儀器進(jìn)行重新定標(biāo)。次。沖洗完畢，應(yīng)當(dāng)對儀器進(jìn)行重新定標(biāo)。 檢查試劑包液體的剩余量，如果少于檢查試劑包液體的剩余量，如果少于5%5%，更換試劑包；，更換試劑包； 檢查標(biāo)準(zhǔn)液管道中或電極通道是否有堵塞；

14、檢查標(biāo)準(zhǔn)液管道中或電極通道是否有堵塞； 檢查樣本傳感器安裝是否正常，如果需要清潔樣本傳感器；檢查樣本傳感器安裝是否正常，如果需要清潔樣本傳感器； 更換蠕動泵管。更換蠕動泵管。解決辦法是解決辦法是: : 檢查參比套的充液是否正確，確認(rèn)參比管連接正常檢查參比套的充液是否正確，確認(rèn)參比管連接正常 因該過程需用到因該過程需用到A A液，確認(rèn)液，確認(rèn)A A液吸入正常，否則更換試劑包液吸入正常，否則更換試劑包 清潔參比電極套。清潔參比電極套。 可能樣本中有氣泡，樣本量太少不能分析，或沒有樣本吸入。可能樣本中有氣泡，樣本量太少不能分析，或沒有樣本吸入。解決辦法是：解決辦法是： 首先重復(fù)樣本觀察針有沒有探測到

15、樣本首先重復(fù)樣本觀察針有沒有探測到樣本 觀察樣本管路是否有堵塞觀察樣本管路是否有堵塞 檢查電極上的檢查電極上的O O形圈是否好形圈是否好 檢查樣本傳感器檢查樣本傳感器, ,做測試程序確認(rèn)做測試程序確認(rèn) 更換蠕動泵管更換蠕動泵管 不能清潔樣本通路不能清潔樣本通路, ,或不能定標(biāo)?；虿荒芏?biāo)。解決辦法是：解決辦法是： 檢查電極上的檢查電極上的O O形圈是否完好，確認(rèn)液體沒有泄漏形圈是否完好，確認(rèn)液體沒有泄漏 檢查液體通路中有無堵塞或結(jié)晶，特別是在吸樣針、樣本傳感器的管檢查液體通路中有無堵塞或結(jié)晶，特別是在吸樣針、樣本傳感器的管路和樣本傳感器路和樣本傳感器 檢查樣本傳感器，做測試程序確認(rèn)，如果需要檢

16、查樣本傳感器，做測試程序確認(rèn)，如果需要, ,清潔樣本傳感器；清潔樣本傳感器； 更換參比電極套。更換參比電極套。 我國電化學(xué)分析儀器我國電化學(xué)分析儀器發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢課外拓展課外拓展1.1.電化學(xué)分析儀器的聯(lián)用技術(shù)電化學(xué)分析儀器的聯(lián)用技術(shù) 分離分析聯(lián)用的新技術(shù)是當(dāng)前分析儀器發(fā)展的一個(gè)趨勢。分離分析聯(lián)用的新技術(shù)是當(dāng)前分析儀器發(fā)展的一個(gè)趨勢。將電化學(xué)分析技術(shù)和其他分離分析手段聯(lián)用可以提供高靈敏度、將電化學(xué)分析技術(shù)和其他分離分析手段聯(lián)用可以提供高靈敏度、響應(yīng)快、壽命長、是動態(tài)在線檢測手段。響應(yīng)快、壽命長、是動態(tài)在線檢測手段。 2.2.電化學(xué)分析儀器微型化電化學(xué)分析儀器微型化 微型化是現(xiàn)代分析儀器的重要發(fā)展趨勢之一微型化是現(xiàn)代分析儀器的重要發(fā)展趨勢之一。微型化電化微型化電化學(xué)儀器常是現(xiàn)場、原位、活體檢測技術(shù)的基礎(chǔ)。學(xué)儀器常是現(xiàn)場、原位、活體檢測技術(shù)的基礎(chǔ)。 3.3.電化學(xué)分析儀器的發(fā)展