第09章臨床電化學(xué)分析儀器教學(xué)指導(dǎo)

1、第九章係洙電化嗲今祈佚袈首頁(yè)基本要求重點(diǎn)難點(diǎn)講授學(xué)時(shí)內(nèi)容提要1. 基本要求1.1 了解(1) 電解質(zhì)分析儀和血?dú)夥治鰞x的分類。(2) 電解質(zhì)分析儀和血?dú)夥治鰞x的日常維護(hù)常識(shí)。(3) 電解質(zhì)分析儀和血?dú)夥治鰞x的常見(jiàn)故障排除方法。1.2熟悉(1) ph電極、pco2電極、p02電極和參比電極的使用方法。(2) 電解質(zhì)分析儀和血?dú)夥治鰞x的應(yīng)用方法。1.3掌握(1) ph電極、pco2電極、p02電極和參比電極的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。(2) 電解質(zhì)分析儀和血?dú)夥治鰞x的工作原理和組成結(jié)構(gòu)。2. 重點(diǎn)難點(diǎn)2. 1重點(diǎn)電解質(zhì)分析儀和血?dú)夥治鰞x的工作原現(xiàn)和組成結(jié)構(gòu)、應(yīng)用方法。 2.2難點(diǎn)電解質(zhì)分析儀和血?dú)夥治鰞x

2、的組成結(jié)構(gòu)、應(yīng)用方法。3. 講授學(xué)時(shí)建議68學(xué)時(shí)4.內(nèi)容提要臨床電化學(xué)分析儀器是利用電化學(xué)分析技術(shù)而設(shè)計(jì)的臨床分析儀器。溶液的電化學(xué)性質(zhì)是指電解質(zhì)溶液通電時(shí)，其電位、電流、電導(dǎo)和電量等電化學(xué)特性隨化學(xué)組分和濃度而變化的性質(zhì)。電化學(xué)分析 法是建立在溶液電化學(xué)性質(zhì)基礎(chǔ)上并利川這些性質(zhì)，通過(guò)電極這個(gè)變換器，將被測(cè)物質(zhì)的濃度轉(zhuǎn)變成電 學(xué)參數(shù)而進(jìn)行檢測(cè)的方法。4.1電解質(zhì)分析儀電解質(zhì)分析儀的工作原理和分類（1）臨床電解質(zhì)分析儀的分類按自動(dòng)化程度分類分為半自動(dòng)電解質(zhì)分析儀和全自動(dòng)電解質(zhì)分析儀。按測(cè)量項(xiàng)目分類電解質(zhì)分析儀主要檢測(cè)k na1、c1,部分檢測(cè)lf、ca2 mg24等離子。目前市場(chǎng) 上檢測(cè)電解質(zhì)的

3、儀器很多，按照測(cè)量項(xiàng)目分類有3個(gè)項(xiàng)目（即生理參數(shù)）、4個(gè)項(xiàng)目、5個(gè)項(xiàng)目等多種型 號(hào)電解質(zhì)分析儀。此外，可以測(cè)定電解質(zhì)的分析儀器還有含電解質(zhì)分析的血?dú)夥治鰞x和含電解質(zhì)分析的自動(dòng)生化分析 儀。（2）電解質(zhì)分析儀的工作原理電解質(zhì)分析儀采川一個(gè)毛細(xì)管測(cè)試管路，讓待測(cè)樣品與測(cè)量電極相接觸。測(cè)量電極通常力離子選擇 電極（ise）,其響應(yīng)機(jī)理是由于相界面上發(fā)生了待測(cè)離子得交換和擴(kuò)散，而非電子轉(zhuǎn)移。離子選擇電極 的電極電位與樣品屮相應(yīng)離子之間的作用符合能斯特關(guān)系：ise=k±2.303/?rnf=k±2.303/? -nf_（公式9-1）式屮：陽(yáng)離子選擇性電極為+,陰離子選擇性電極為一；/

4、7力離子電荷數(shù)；c力被測(cè)離子濃度；為被測(cè)離子活度系數(shù)；x在測(cè)量條件恒定時(shí)為常數(shù)。公式9-1表明，在一定條件下，離子選擇性電極的 電極電位與被測(cè)離子濃度的對(duì)數(shù)呈線性關(guān)系。這類電極具有靈敏度商、選擇性好等優(yōu)點(diǎn)，是臨床電化學(xué) 分析的一類重要電極。ise與儀器內(nèi)的參比電極浸入樣品試液中構(gòu)成一個(gè)原電池，儀器測(cè)量原電池的電動(dòng)勢(shì)e,就可轉(zhuǎn)化 成被測(cè)離子的活度或濃度（見(jiàn)公式9-2）。2 303rte = e-e = （z:-£.，t）±in cxfx（公式 9-2）'nf對(duì)于血清ph值的測(cè)定，其測(cè):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

5、動(dòng)勢(shì)e有如下的關(guān)系式：2.303/? rr、e - kph（公式 9-3）f電解質(zhì)分析儀通過(guò)儀器的電路系統(tǒng)，把電極產(chǎn)生的電位放大、模數(shù)轉(zhuǎn)挽后以相應(yīng)的結(jié)果顯示或打印 山來(lái)。以某類型的電解質(zhì)分析儀為例，簡(jiǎn)述電解質(zhì)分析儀測(cè)定na k*、ca2_和ph的工作原理（圖9_1）。 當(dāng)樣品通過(guò)測(cè)量毛細(xì)管時(shí)，各離子選擇電極膜與其相應(yīng)的離子發(fā)生作用，與參比電極產(chǎn)生相關(guān)的電位差e，經(jīng)放大處理后，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線與待測(cè)離子電位差值對(duì)照，即可求得各離子的濃度值，并顯示或 打印出來(lái)。儀器將測(cè)量電極與測(cè)量毛細(xì)管做成一體化的結(jié)構(gòu)，使各電極對(duì)接在一起自然形成測(cè)量毛細(xì)管。 參比電極采用廿汞電極。圖9-1電解質(zhì)分析儀的工作原理4.2

6、電解質(zhì)分析儀4.2.1電解質(zhì)分析儀的分類(1) 按自動(dòng)化程度分類分為半自動(dòng)電解質(zhì)分析儀和全自動(dòng)電解質(zhì)分析儀。(2) 按工作方式分類分為濕式電解質(zhì)分析儀和干式電解質(zhì)分析儀。臨床上最常用的電解質(zhì)分析 儀是濕式電解質(zhì)分析儀，它將離子選擇性電極和參比電極插入被測(cè)樣品中組成電池，然后通過(guò)測(cè)量原電 池電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行測(cè)試分析。干式電解質(zhì)分析儀是采川基于離子選擇的差示電位法進(jìn)行分析測(cè)試。(3) 常見(jiàn)電解質(zhì)分析儀分類電解質(zhì)分析儀主要檢測(cè)k、c1，部分檢測(cè)li+、ca mg2+等離 子。目前檢測(cè)電解質(zhì)的儀器很多，電化學(xué)法檢測(cè)電解質(zhì)可分為電解質(zhì)分析儀、含電解質(zhì)分析的血?dú)夥治?儀、含電解質(zhì)分析的自動(dòng)生化分析儀等三大類。4

7、.2.2電解質(zhì)分析儀的基本結(jié)構(gòu)電解質(zhì)分析儀巾離子選擇性電極、參比電極、分析箱、測(cè)b:電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和顯示器 等組成。(見(jiàn)圖9-2) 板面系統(tǒng)電解質(zhì)分析儀在儀器板面上具有人機(jī)對(duì)話的操作鍵。板面上具有“yes”或“no”兩個(gè)鍵，其中“yes” 鍵用來(lái)接收顯示屏上的提問(wèn)，“no”鍵用來(lái)否定顯示屏上的問(wèn)句。分na電極>測(cè)景_析k電極 電路 不箱參比電極器驅(qū)動(dòng)器 邏輯控制電路操作鍵圖9-2電解質(zhì)分析儀結(jié)構(gòu)框圖 電極系統(tǒng)分析儀的電極系統(tǒng)是測(cè)定樣品結(jié)果的關(guān)鍵，決定測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確度和靈敏度。電極系統(tǒng)包拈指示 電極和參比電極。指示電極包括ph、n、k li+、cl_、ca mg2+等離子選擇性電

8、極。參比電極一般是銀/氯化銀電極。 液路系統(tǒng)液路系統(tǒng)直接影響到樣品濃度測(cè)定的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。分析儀的液路系統(tǒng)通常巾標(biāo)本盤、溶液瓶、 吸樣針、三通閥、電極系統(tǒng)、蠕動(dòng)泵等組成。蠕動(dòng)泵為各種試劑的流動(dòng)提供動(dòng)力，標(biāo)本盤、三通閥和蠕 動(dòng)泵的轉(zhuǎn)動(dòng)、轉(zhuǎn)換均由微機(jī)自動(dòng)控制。液路系統(tǒng)中的通路由定標(biāo)液/沖洗液通路、標(biāo)本通路、廢液通路、回水通路、電磁閥通路等組成。 電路系統(tǒng)各種分析儀的電子部件各有相同，通常由測(cè)s電路將電極產(chǎn)生的微弱信號(hào)經(jīng)反對(duì)數(shù)放人器放人，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。 軟件系統(tǒng)各種分析儀的軟件系統(tǒng)，是控制儀器運(yùn)作的關(guān)鍵。它提供儀器微處理系統(tǒng)操作、儀器設(shè)定程序操 作

9、、儀器測(cè)定程序操作和自動(dòng)清洗等操作程序。4.3 血?dú)夥治鰞x4. 3. 1工作原理血?dú)夥治鰞x的基本結(jié)構(gòu)均可分為電極、管路和電路三大部分（見(jiàn)圖9-3）。5 乂參比電極ph電極放大pco2電極前.胃.放大反對(duì)數(shù)放人管路系統(tǒng)溫度控制前置放人放大模數(shù)轉(zhuǎn)換微機(jī)輸岀打印:鍵盤圖9-3血?dú)夥治鰞x的工作原理圖儀器測(cè)兌過(guò)程屮，被測(cè)血液樣品在管路系統(tǒng)的抽吸下，進(jìn)入樣品室內(nèi)的測(cè):w:毛細(xì)管屮。測(cè)毛細(xì)管 的管壁上開(kāi)有四個(gè)孔，孔內(nèi)分別插有ph、pc02和p02三支測(cè)量電極和一支參比電極。其中，ph和ph參 比電極共同組成對(duì)pn值的測(cè)量系統(tǒng)。血液樣品進(jìn)入樣品室的測(cè)量管后，管路系統(tǒng)停止抽吸，樣品同時(shí) 被四個(gè)電極所感測(cè)。電極產(chǎn)

10、生對(duì)應(yīng)于pn、pco。和p02三項(xiàng)參數(shù)的電信號(hào)。這些電信號(hào)分別經(jīng)放大、模數(shù) 轉(zhuǎn)換后送到微處理機(jī)。經(jīng)微機(jī)處理系統(tǒng)處理、運(yùn)算后，再分別被送到各自的顯示單元顯示或打印機(jī)打印 出測(cè)量結(jié)果。測(cè)量系統(tǒng)的所有部件包括溫度控制、管道系統(tǒng)的動(dòng)作等均由微機(jī)或什算機(jī)芯片控制。測(cè)量室必須是一個(gè)恒溫系統(tǒng)。早期的測(cè)量室采用水浴式、空氣浴式等。目前已被同體恒溫式裝罝取 代。血?dú)夥治龇椒ㄊ且环N相對(duì)測(cè)量方法。在測(cè)量樣品之前，需用準(zhǔn)液及f小準(zhǔn)氣體確定ph、pc02和kb 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(guò)程叫做定標(biāo)或校準(zhǔn)。每種電極都要有兩種標(biāo)準(zhǔn) 物質(zhì)來(lái)進(jìn)行定標(biāo)，以便確定建立工作曲線最少需要的兩個(gè)工作點(diǎn)。ph系統(tǒng)使

11、用7. 383和6. 840兩種標(biāo)準(zhǔn)緩沖液來(lái)進(jìn)行定標(biāo)。氧和二氧化碳系統(tǒng)用兩種混合氣體來(lái)進(jìn)行 定標(biāo)。第一種混合氣中含5%的見(jiàn)和20%的02;第二種含10%的c02,不含02。也有將上述兩種氣體混 合到兩種ph緩沖液內(nèi)，然后對(duì)三種電極一起定標(biāo)。4.3.2血?dú)夥治鰞x的基本結(jié)構(gòu)4.3.2. 1電極系統(tǒng)電極主要包括兩大類，即離子型（主要有k、na*、lf、ca2 cl ph和pc02）和伏安型傳感器（主 要是pod。-般的血?dú)夥治鰞x使用四支電極，分別是ph、pc02、p0:電極和ph參比電極。 ph電極和ph參比電極血?dú)夥治鰞x使用毛細(xì)管ph玻璃電極和甘汞電極測(cè)量溶液的酸堿度。ph玻璃電極毛細(xì)管，直徑約為

12、0.5mm，膜厚為0.1mm左右，由鈉玻璃或鋰玻璃熔融吹制而成。電極 支持管一般由絕緣優(yōu)良的鉛玻璃制成，其膨脹系數(shù)與玻璃毛細(xì)管一致。內(nèi)參比電極是ag/agcl電極，具 有穩(wěn)定的電位值。電極內(nèi)充磷酸鹽和kc1的混合液。ph參比電極為甘汞電極結(jié)構(gòu)，內(nèi)充的kc1溶液多采用飽和型的。為了向甘汞電極內(nèi)添加kc1液體， 有些儀器專門配有一個(gè)蠕動(dòng)泵，通過(guò)一根管道向里面添加kc1。玻璃電極與甘汞參比電極構(gòu)成電池，其電動(dòng)勢(shì)的大小主要取決于閃部溶液的沐值，而電極導(dǎo)線將 內(nèi)部電極引出的電位伉傳輸?shù)椒糯笃鳌４祟愲姌O的f小本用量一般不超過(guò)loopl,測(cè)定范圍為010沖，37°c時(shí)電極的98%響應(yīng)時(shí)間不超過(guò)15

13、秒。 pco：電極八x）:電極是一個(gè)氣敏電極，其前端有一層半透膜，只允許c02分子通過(guò)，其內(nèi)部有一玻璃電極和參 比電極。玻璃電極和參比電極被封裝在充滿nahco。、蒸餾水和nacl溶液的外電極殼里，殼子的端部為 半透膜。玻璃電極具有對(duì)ph敏感的薄層玻璃膜（厚約o.imm）,電極內(nèi)溶液含有kc1的磷酸鹽緩沖液，其屮浸有桿狀ag/agcl電極；參比電極為環(huán)狀ag/agcl電極，位于玻璃電極桿的近側(cè)端。玻璃電極與參 比電極外而充滿pc02電極外緩沖液，它的ph位隨血液的pc02而改變：ph=-lg/）cc）2。測(cè)定樣品前，需川兩種已知pco2的氣體對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)。 p02電極p02電極是一種氣敏電極

14、，其工作原理是基于電解氧的過(guò)程屮產(chǎn)生的電極電流，po2電極電流信號(hào) 大小正比于滲透到陰極表而氧的濃度，后者又決定于膜外的po2o當(dāng)po2的値為零時(shí)，電路中電流并不為零，存在一個(gè)微小的電流値，通常稱其為基流。在校準(zhǔn)po2 電極時(shí)，耑采用兩種氣體。先用不含氧的純co2氣體通過(guò)測(cè)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(cè)定p02,便可得出p02和電流的標(biāo)準(zhǔn)曲線。4. 3. 2. 2管路系統(tǒng)功能有完成自動(dòng)定標(biāo)、自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)沖洗等。管路系統(tǒng)通常由氣瓶、溶液瓶、連接管道、電磁閥、 正壓泵、負(fù)壓泵和轉(zhuǎn)換裝賈等部分組成。在工作過(guò)程屮，該系統(tǒng)出現(xiàn)的故障最多。氣路系統(tǒng)提供pco2和p02兩種電極定標(biāo)時(shí)所

15、用的兩種氣體。每種氣體中含有不同比例的氧和二氧 化碳。氣路系統(tǒng)分為壓縮氣瓶供氣方式（又叫外配氣方式）和氣體混合器供氣方式（又叫內(nèi)配氣方式）。 壓縮氣瓶供氣方式由兩個(gè)壓縮氣瓶供氣，一個(gè)含有5%的二氧化碳和20%的氧；另一個(gè)含10% 的二氧化碳，不含氧。氣瓶上裝有減壓閥，經(jīng)過(guò)減壓后輸出的氣體，首先經(jīng)過(guò)濕化器飽和濕化后，再經(jīng) 閥或轉(zhuǎn)換裝置送到測(cè)量室中，對(duì)pc02和p02電極進(jìn)行定標(biāo)。況化器是用水蒸氣將定標(biāo)氣體飽和況化的裝 罝。 氣體混合器供氣方式這種供氣系統(tǒng)用儀器本身的氣體混合器產(chǎn)生定標(biāo)氣。加到氣體混合器上來(lái) 的空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣和氣瓶送來(lái)的純二氧化碳?xì)怏w，二氧化碳的純度要求大于99. 5%，

16、氣體混 合器將上述兩種氣體進(jìn)行配比、混合，最后產(chǎn)生類似于上述氣瓶?jī)?nèi)氣體比例的兩種不同濃度的氣體。同 氣瓶預(yù)混的供氣方式一樣，這兩種氣體也要經(jīng)濕化器后，才送給測(cè)量毛細(xì)管。液路系統(tǒng)液路系統(tǒng)具有兩種功能，一是提供ph值電極系統(tǒng)定標(biāo)用的兩種緩沖液，二是自動(dòng)將定 標(biāo)和測(cè)量時(shí)停留在測(cè)量毛細(xì)管中的緩沖液或血液沖洗干凈。血?dú)夥治鰞x內(nèi)部具有兩個(gè)泵，一為真空泵，另一為蠕動(dòng)泵。利用這兩個(gè)泵來(lái)完成儀器的定標(biāo)、測(cè)量 和沖洗。真空泵用來(lái)產(chǎn)生負(fù)壓，使廢液瓶a維持負(fù)壓，靠此負(fù)壓去吸引沖洗液和干燥空氣，用于沖洗和 干燥測(cè)量毛細(xì)管。真空泵還用于濕化器的快速充液。蠕動(dòng)泵用于抽吸樣品和定標(biāo)液。在定標(biāo)時(shí)用來(lái)抽取 緩沖液到測(cè)量室。4.

17、3. 2. 3電路系統(tǒng)血?dú)夥治鰞x電路系統(tǒng)是將儀器測(cè)量信號(hào)進(jìn)行放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換、對(duì)儀器實(shí)行有效控制、顯示和打印出 結(jié)果，并通過(guò)鍵盤輸入指令。4.4臨床電化學(xué)分析儀器的維護(hù)保養(yǎng)和故障排除4.4.1電解質(zhì)分析儀的維護(hù)保養(yǎng)與故障排除1）儀器的維護(hù)保養(yǎng)電極系統(tǒng)的保養(yǎng)需要定期對(duì)電極內(nèi)充液中的離子含量進(jìn)行調(diào)整。流路系統(tǒng)的保養(yǎng)儀器在測(cè)量過(guò)程中，巾于血清中含有部分纖維蛋白，蛋白將附著在液流通道的泵、 管路和電極系統(tǒng)毛細(xì)管的p、j壁上。當(dāng)測(cè):u:工作u: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(cè)量電位，影響正常工作和測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。 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)行保養(yǎng)工作。當(dāng)流路保養(yǎng)程 序結(jié)束后，應(yīng)當(dāng)對(duì)儀器進(jìn)行重新定標(biāo)。 全流路清洗每天工作結(jié)束關(guān)機(jī)前，都要進(jìn)行管路的淸洗。儀器進(jìn)入流路程序進(jìn)行清洗，吸入 或注射淸洗液、去蛋白液或蒸餾水沖洗流路，重復(fù)23次。沖洗完畢，應(yīng)當(dāng)對(duì)儀器進(jìn)行重新定標(biāo)。2）日常維護(hù)保養(yǎng)儀器維護(hù)保養(yǎng)應(yīng)按照使用說(shuō)明書(shū)上的要求，進(jìn)行每日保養(yǎng)、每周保養(yǎng)、半年維護(hù)和停機(jī)維護(hù)。3）常見(jiàn)故障及其排除方法儀器出現(xiàn)故障時(shí)應(yīng)先排除維護(hù)和使川不當(dāng)?shù)纫蛩?，如管道松?dòng)、破裂、參比電極液長(zhǎng)期未換、長(zhǎng)期 沒(méi)有活化去蛋白、進(jìn)樣針（或三通、或電極）