血液電解質(zhì)酸堿和血氣監(jiān)測儀器麻醉設(shè)備學(xué)

第九章血液電解質(zhì)、酸堿和血氣監(jiān)測體液以細(xì)胞膜為界分為兩大部分：細(xì)胞內(nèi)液和細(xì)胞外液。細(xì)胞外液又可分為血漿和組織間液。體液中的無機(jī)物與部分以離子形式存在的有機(jī)物統(tǒng)稱為電解質(zhì)，而葡萄糖、尿素等不能解離的有機(jī)物稱為非電解質(zhì)。細(xì)胞內(nèi)液細(xì)胞外液組織間液血漿各部位體液之間處于動態(tài)平衡，都具有相對穩(wěn)定的電解質(zhì)含量和酸堿度，構(gòu)成了人體正常新陳代謝所必需的內(nèi)環(huán)境。在病理狀態(tài)下機(jī)體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定和平衡常常遭到破壞，是威脅患者生命安全的重大因素。第2頁,共29頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)電解質(zhì)分析儀測定電解質(zhì)的方法，有化學(xué)法、火焰光度法、原子吸收法、離子選擇性電極法等?；鹧婀舛确ㄒ蚱潇`敏度較高、設(shè)備簡單、成本低等優(yōu)點，曾經(jīng)被普遍采用。原理：每一元素都有其特定的發(fā)射光譜，即其譜波長有特異性的，用火焰為激發(fā)源，對某些金屬元素的發(fā)射光譜進(jìn)行光度分析。第3頁,共29頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)電解質(zhì)分析儀目前的電解質(zhì)分析儀多采用離子選擇性電極法測量溶液中的離子濃度。優(yōu)點：快速精確地同時測定生物樣品中的鉀、鈉、氯、鈣、鎂、pH等多項指標(biāo)，同時具有操作方便、靈敏度和選擇性好、快速、準(zhǔn)確、微量、不破壞被測試樣、不用進(jìn)行復(fù)雜的預(yù)處理等。缺點：電極的壽命短，一般約一年左右需要更換電極；需要定標(biāo)液、活化液等試劑，測試成本比火焰光度法高。第4頁,共29頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)電解質(zhì)分析儀電解質(zhì)分析儀有六種電極：鈉、鉀、氯、鈣、鎂和參比電極。每個電極都有一個特定的離子選擇膜，能夠?qū)Ρ粶y樣本中相應(yīng)離子特異性親和或滲透，相當(dāng)于特異性離子交換器，膜兩側(cè)的電勢差與離子濃度差成比。第5頁,共29頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)電解質(zhì)分析儀在電解液中插入離子選擇電極(指示電極)作為電池的正極，參比電極作為電池的負(fù)極，組成原電池。在相關(guān)的離子選擇性電極和參比電極之間形成一電極電位差，即電池電動勢。通過測量電池電動勢，便可對被測離子進(jìn)行定量測定。第6頁,共29頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)電解質(zhì)分析儀鈉電極是一種含鋁硅酸鈉的玻璃電極。由于使用了對鈉離子敏感的玻璃膜，所以對鈉離子的選擇性很高。它產(chǎn)生的電位和鈉離子的濃度成比例。當(dāng)pH值低于5時，它會受到氫離子的干擾。第7頁,共29頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)電解質(zhì)分析儀鉀電極是以鉀-纈(xié)氨霉素為活性材料的聚氯乙烯的膜電極，它是利用鉀離子與纈氨霉素的強配位能力而達(dá)到高的選擇性。一般由三部分構(gòu)成，在塑料套中嵌裝了內(nèi)參比電極的電極桿、纈氨霉素套、內(nèi)參比溶液。第8頁,共29頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)電解質(zhì)分析儀濕式電解質(zhì)分析儀是目前最常用的一類分析儀器，它將被測樣品作為電池的一部分，然后將離子選擇性電極和參比電極插入其中組成電池，通過測量原電池電動勢來進(jìn)行測試分析。干式電解質(zhì)分析儀也是采用基于離子選擇的差示電位法來進(jìn)行分析測試。濕式電解質(zhì)分析儀一般由離子選擇性電極、參比電極、分析箱、測量電路、控制電路、驅(qū)動電機(jī)及顯示器等組成。第9頁,共29頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)電解質(zhì)分析儀分析箱的設(shè)計，實現(xiàn)恒溫測量自動化、樣品微量化。測量電路與所有離子選擇性電極測量儀器相同?？刂齐娐贰Ⅱ?qū)動器等能使儀器實現(xiàn)半自動化和自動化。顯示器為儀器的輸出設(shè)備，用于顯示或打印結(jié)果。第10頁,共29頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)電解質(zhì)分析儀干式電解質(zhì)分析儀由包括兩個完全相同的離子選擇性電極的多層膜片組成，兩者均由離子選擇性敏感膜、參比層、氯化銀層和銀層組成，并用一紙鹽橋相連。第11頁,共29頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)電解質(zhì)分析儀測定時，用雙孔移液管取10μl血清和10μl參比液滴入兩個加樣孔內(nèi)，即可測定二者間的電位。通常每測一個項目需要用一個干片，每個干片上帶有條形識別碼，儀器會自動識別所進(jìn)行的測定項目。干式電解質(zhì)分析儀具有使用簡單、方便、快速等許多無可比擬的優(yōu)點，是大有發(fā)展前途的一種分析儀。第12頁,共29頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)酸堿分析儀pH敏感玻璃膜的一側(cè)為已知的固定pH，另一側(cè)是未知pH溶液，在玻璃膜兩側(cè)產(chǎn)生的電位差取決于敏感玻璃兩邊的pH差值。由于玻璃膜一側(cè)溶液的pH是一固定常數(shù)，因此，電位差主要取決于玻璃膜另一邊溶液的pH值。第13頁,共29頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)酸堿分析儀為了準(zhǔn)確測定這個電位差，采用化學(xué)半電池。用一個半電池接到恒定的內(nèi)溶液，另一個半電池接到未知的外溶液。參比電極通常是由汞-氯化亞汞(甘汞)組成半電池。參比電極與測量電極用一個膜隔開，電極通過電解質(zhì)液來保持與pH系統(tǒng)其他部分通電，電解質(zhì)液為飽和氯化鉀溶液。第14頁,共29頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)酸堿分析儀參比電極的電勢必須與被測樣品溶液的性質(zhì)無關(guān)。其外殼是玻璃管，里面套一根小玻璃管，其頂部伸出電極引線，引線的下端浸沒在汞中，汞的下端有糊狀甘汞，汞和甘汞用棉花堵住，只有離子才能通過，而汞和甘汞不會漏失，小管和大管之間充滿KCl溶液，末端用多孔陶瓷滲入到溶液中，實現(xiàn)電極引線與溶液間的電導(dǎo)通。第15頁,共29頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)酸堿分析儀第16頁,共29頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)酸堿分析儀pH玻璃膜電極：

SiO2基質(zhì)中加入Na2O、Li2O和CaO燒結(jié)而成的特殊玻璃膜。內(nèi)充0.1mol/L的HCl溶液，敏感膜厚度約為0.10mm。再插入一根AgCl-Ag電極作內(nèi)參比電極（涂有氯化銀的銀絲）。水浸泡后，表面的Na+與水中的H+交換，表面形成水合硅膠層。第17頁,共29頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)酸堿分析儀玻璃電極H+OH-++++++------酸性堿性玻璃膜玻璃敏感膜(0.2-0.5mm)膠層約0.1mm正電荷負(fù)電荷內(nèi)參比液第18頁,共29頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)酸堿分析儀復(fù)合電極又叫做聯(lián)合電極。其結(jié)構(gòu)有球泡形的，也有平頭形的。

它由兩個電極組合而成，分別裝在兩個同心的玻璃管之中，內(nèi)管是一個玻璃電極，外管是一個銀一氯化銀參比電極。參比電極也是由飽和氯化鉀溶液通過滲漏孔形成一個鹽橋和待測液相連接的。第19頁,共29頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)血氣分析儀濕式血氣分析儀第20頁,共29頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)血氣分析儀血氣分析方法是一種相對測量方法。在進(jìn)行測量之前，先要用標(biāo)準(zhǔn)液體來確定pH、PO2和PCO2三套電極的工作曲線，通常把確定電極系統(tǒng)工作曲線的過程稱為定標(biāo)或校準(zhǔn)。每種電極都要有兩種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)來進(jìn)行定標(biāo)。pH系統(tǒng)使用7.383和6.840左右的兩種標(biāo)準(zhǔn)緩沖液來進(jìn)行定標(biāo)。氧和二氧化碳分壓標(biāo)準(zhǔn)氣體有兩種，第一種中含20％的O2和5％的CO2；第二種含10％的CO2，不含02。控制系統(tǒng)要將上述兩種標(biāo)準(zhǔn)氣體分別混合到兩種pH定標(biāo)液內(nèi)，對三種電極一起進(jìn)行定標(biāo)。進(jìn)入血樣以后，三種電極分別直接測量出血樣pH、PO2和PCO2值，隨后通過相關(guān)公式計算得出HCO3-(碳酸氫離子)、BE(血剩余堿)、TCO2(總二氧化碳)等報告值。在工作過程中，儀器還自動對電極進(jìn)行一點定標(biāo)，隨時檢查電極偏離工作曲線的情況。一旦發(fā)現(xiàn)問題，儀器會停止測量工作，強制重新定標(biāo)，以保證所測數(shù)據(jù)的正確性。第21頁,共29頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)血氣分析儀PCO2電極屬于氣敏電極。是由測量半電池和參比半電池組裝在一起的復(fù)合電極。PCO2電極頭部為pH敏感玻璃，測量半電池密封在玻璃電極內(nèi)，電極內(nèi)部裝有恒定pH緩沖液和Ag/AgCl電極，參比半電池(Ag/AgCl)裝在電極的外部。PCO2電極裝入有機(jī)玻璃圓筒中，塑料套上有氣體滲透膜，其后裝有PCO2電解液，PCO2電解液能使參比電極產(chǎn)生電泳，通過開口與測量電極接通。第22頁,共29頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)血氣分析儀為保持PCO2測量pH系統(tǒng)的穩(wěn)定，PCO2電極安裝了氣體滲透膜，即PCO2電極膜，它是一種特殊的薄膜，起選擇隔層的作用，可透過二氧化碳，而其他離子則不能通過。測量時，二氧化碳會通過膜擴(kuò)散，斜率隨反應(yīng)時間而慢慢增加，pH玻璃電極系統(tǒng)須盡可能靠近氣體滲透膜，在玻璃電極頂端和PCO2電極膜之間放一尼龍網(wǎng)狀墊圈蓋在電極頭上，以保持有一薄層電解質(zhì)液。第23頁,共29頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)血氣分析儀如果電極膜兩側(cè)存在二氧化碳分壓差，二氧化碳則在分壓差作用下通過膜進(jìn)行擴(kuò)散，使電極內(nèi)外氣體分壓平衡。二氧化碳進(jìn)入電解質(zhì)液內(nèi)會產(chǎn)生H＋和HCO3－。反應(yīng)所產(chǎn)生的H＋濃度與PCO2的高低成比例，當(dāng)用水性HCO3－液槽作為測量半電池時，即可通過pH變化值測知血液的PCO2。第24頁,共29頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)血氣分析儀血氧分壓的測量基于電解氧的原理。氧電極是一種極譜氣敏電極。PO2電極有一個陰極和一個陽極，陰極由鉑絲構(gòu)成，陽極由銀/氯化銀構(gòu)成。第25頁,共29頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)血氣分析儀將兩個電極置于電解質(zhì)溶液中接通直流電后，在陰極會得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，陽極會失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。兩個電極之問會有電流流過，此時溶液中如有氧存在，則能促進(jìn)電解質(zhì)電解，使電流增強，從而可根據(jù)電流變化獲知溶液中的氧量。研究證實，電壓在300～700mV時電流與PO2成正比，電極電壓變化對兩者的關(guān)系并無明顯影響，且以600mV最為理想。電壓超過800mV，即使無氧分子參與，水本身也會被電解而產(chǎn)生電流。第26頁,共29頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)血氣分析儀干式血氣分析儀血中氧分子可以與特定熒光染料結(jié)合，使之喪失熒光特性。熒光強度與血中PO2成反比。通過空白熒光與血樣平衡后的熒光光度差即可計算出血液PO2。第27頁,共29頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)血氣分析儀人們通常廣義地把各種微弱的光亮都稱為熒光。物理上所說的熒光，是一種光致發(fā)光的冷發(fā)光現(xiàn)象。當(dāng)某種常溫物質(zhì)經(jīng)某種波長的入射光（通常是紫外線或X射線）照射，吸收光能后進(jìn)入激發(fā)態(tài)，并且立即退出激發(fā)態(tài)并發(fā)出比入射光的的波長長的出射光（通常波長在可見光波段）；而且一旦停止入射光，發(fā)光現(xiàn)象也隨之立即消失。具有這種性質(zhì)的出射光就被稱之為熒光。一般把余輝時間≤10-8s者稱為熒光，而余