臨床電化學(xué)分析儀器課件

第九章

臨床電化學(xué)分析儀器

小組組長(zhǎng)：李茂陽(yáng)

小組成員：鐘能枝、陳冰潔

樂(lè)嘉儀、何詠莎

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。概述一、臨床電化學(xué)分析儀器電解質(zhì)分析儀（electrolytechemistryanalyzers）

血?dú)夥治鰞x（bloodgasanalyzers）分類1.電解質(zhì)分析儀

采用離子選擇性電極（ISE）測(cè)量體液中離子濃度的儀器。

測(cè)量樣品中的指標(biāo)：

鉀、鈉、氯、鈣、鋰、pH值等。概述

電化學(xué)分析法是建立在溶液電化學(xué)性質(zhì)基礎(chǔ)上的一類分析方法。二、電化學(xué)分析法（Electrochemicalanalysis）測(cè)定物理量參與反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)的量確定電位電流電導(dǎo)電量概述第一節(jié)電解質(zhì)分析儀電解質(zhì)分析儀（electrolyteanalyzer）

采用離子選擇性電極（ISE）測(cè)量溶液中離子濃度的儀器。測(cè)定指標(biāo)：

生物樣品中的K+、Na+、Cl-、Ca2+、Li+、Mg2+、pH值等。

具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、選擇性高、成本低、快速準(zhǔn)確、微量、不破壞被測(cè)試樣和不用進(jìn)行復(fù)雜的預(yù)處理等優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：

一、電解質(zhì)分析儀的分類（一）按自動(dòng)化程度分類半自動(dòng)電解質(zhì)分析儀全自動(dòng)電解質(zhì)分析儀

（二）按測(cè)量項(xiàng)目多少分類三項(xiàng)四項(xiàng)五項(xiàng)二、電解質(zhì)分析儀的工作原理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(cè)定，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)行分析。離子選擇電極（ISE）的響應(yīng)機(jī)制:相界面上發(fā)生了待測(cè)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)系符合：—能斯特方程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。

E=EISE-E參比=電解質(zhì)分析儀的工作原理：樣品通過(guò)測(cè)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(cè)出與參比電極產(chǎn)生的電位差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)。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(cè)量電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、顯示器

基本組成：顯示器分析箱Na電極K電極參比電極測(cè)量電路驅(qū)動(dòng)器邏輯控制電路操作鍵

結(jié)構(gòu)框圖：4.電路系統(tǒng)

通常由測(cè)量電路將電極產(chǎn)生的微弱信號(hào)經(jīng)反對(duì)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.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(guó)MEDICA全自動(dòng)電解質(zhì)分析儀

血?dú)夥治鰞x（bloodgasanalyzer）是利用電極對(duì)人全血中的酸堿度（pH）、二氧化碳分壓（PCO2）和氧分壓（PO2）進(jìn)行測(cè)定的儀器。第二節(jié)血?dú)夥治鰞x美國(guó)雅培血?dú)夥治鰞x便攜式血?dú)夥治鰞x

根據(jù)所測(cè)得的pH、PCO2、PO2參數(shù)及輸入的血紅蛋白值，血?dú)夥治鰞x可進(jìn)行計(jì)算而求出血液中的其他參數(shù)，如：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)非正常生理指標(biāo)pH7.35~7.45<7.35>7.45酸血癥堿血癥pCO24.655~5.985kPa(均值5.32kPa)<4.655kPa>5.985kPa低碳酸血癥高碳酸血癥pO210.64~13.3kPa<7.3kPa<4kPa呼吸衰竭有生命危險(xiǎn)Hb男女120~160g.L-1110~150g.L-1一、血?dú)夥治鰞x的工作原理

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)量毛細(xì)管中。測(cè)量毛細(xì)管的管壁上開(kāi)有四個(gè)孔，孔內(nèi)分別插有pH、PCO2和PO2三支測(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)pH值的測(cè)量系統(tǒng)。電極產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于pH、PCO2和PO2三項(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)或計(jì)算機(jī)芯片控制。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)。使用7.383和6.840兩種標(biāo)準(zhǔn)緩沖液進(jìn)行定標(biāo)。

pH系統(tǒng)：氧和二氧化碳系統(tǒng)：用兩種混合氣體來(lái)進(jìn)行定標(biāo)。5％CO2和20％O2

10％CO2

定標(biāo)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，需用標(biāo)準(zhǔn)液及標(biāo)準(zhǔn)氣體確定pH、PCO2和PO2三套電極的工作曲線。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)（Calibration）

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)。

1．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: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KCl的混合液。pH參比電極為甘汞電極結(jié)構(gòu)，內(nèi)充的KCl溶液多采用飽和型的。玻璃電極與甘汞參比電極構(gòu)成電池，其電動(dòng)勢(shì)的大小主要取決于內(nèi)部溶液的pH值這類電極的標(biāo)本用量一般不超過(guò)100l，pH測(cè)定范圍為010。2．PCO2電極

PCO2電極是一個(gè)氣敏電極，其前端有一層半透膜，只允許CO2分子通過(guò)，其內(nèi)部有一玻璃電極和參比電極。電極內(nèi)充溶液：含有KCl的磷酸鹽緩沖液，其中浸有桿狀A(yù)g/AgCl電極內(nèi)參比電極：環(huán)狀A(yù)g/AgCl電極，位于玻璃電極桿的近側(cè)端。

3．PO2電極PO2電極是一種氣敏電極，其工作原理是基于電解氧的過(guò)程中產(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面氧的濃度，后者又決定于膜外的PO2。

當(dāng)PO2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，通常稱其為基流。

在校準(zhǔn)PO2電極時(shí)，需采用兩種氣體。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PO2，便可得出PO2和電流的標(biāo)準(zhǔn)曲線。1．氣路系統(tǒng)

氣路系統(tǒng)用來(lái)提供PCO2和PO2兩種電極定標(biāo)時(shí)所用的兩種氣體。每種氣體中含有不同比例的氧和二氧化碳。壓縮氣瓶供氣方式，又叫外配氣方式氣體混合器供氣方式，又叫內(nèi)配氣方式氣路系統(tǒng)的類型：管路系統(tǒng)：2．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。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(pán)輸入指令。一、電解質(zhì)分析儀的維護(hù)保養(yǎng)與故障排除（一）儀器的維護(hù)保養(yǎng)1.電極系統(tǒng)的保養(yǎng)

儀器在工作過(guò)程中，由于電極的內(nèi)充液與樣品之間存在著不同程度的離子交換，使電極內(nèi)充液的濃度逐漸降低，從而使膜電位下降，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果偏低。需要定期對(duì)電極內(nèi)充液中的離子含量進(jìn)行調(diào)整。第三節(jié)臨床電化學(xué)分析儀器

的維護(hù)保養(yǎng)與故障排除（三）常見(jiàn)故障及其排除方法一些常見(jiàn)故障、產(chǎn)生原因和排除方法如下：

是否停電、電源線未插入插座中、保險(xiǎn)絲熔斷等。1.儀器不工作（二）日常維護(hù)保養(yǎng)儀器維護(hù)保養(yǎng)：每日保養(yǎng)、每周保養(yǎng)、每月保養(yǎng)、半年保養(yǎng)2.儀器不能定標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)液檢測(cè)不到檢查試劑包液體的剩余量，如果少于5%，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；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(dòng)泵管。解決辦法是：3.檢測(cè)不到參比液解決辦法是:檢查參比套的充液是否正確，確認(rèn)參比管連接正常因該過(guò)程需用到A液，確認(rèn)A液吸入正常，否則更換試劑包清潔參比電極套。4.檢測(cè)不到樣本液可能樣本中有氣泡，樣本量太少不能分析，或沒(méi)有樣本吸入。解決辦法是：首先重復(fù)樣本觀察針有沒(méi)有探測(cè)到樣本觀察樣本管路是否有堵塞檢查電極上的O形圈是否好檢查樣本傳感器,做測(cè)試程序確認(rèn)更換蠕動(dòng)泵管5.檢測(cè)不到電極解決辦法:確認(rèn)電極安裝正確檢查參比電極，如果需要，清潔參比套，或更換參比電極6.堵塞液體通路不能清潔樣本通路,或不能定標(biāo)。解決辦法是：檢查電極上的O形圈是否完好，確認(rèn)液體沒(méi)有泄漏檢查液體通路中有無(wú)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檢查樣本傳感器，做測(cè)試程序確認(rèn)，如果需要,清潔樣本傳感器；更換參比電極套。

如毛細(xì)管斷在進(jìn)樣口內(nèi)等，可將樣品進(jìn)樣口取下來(lái)，將玻璃碎片捅出即可。（2）玻璃碎片堵塞3.pH定標(biāo)不正確原因：1.pH定標(biāo)液過(guò)期、2.兩種定標(biāo)液接反、3.儀器接地不好。4.PCO2定標(biāo)不正確

①鋼瓶中氣體壓力過(guò)低，應(yīng)更換氣瓶；

②氣體管道破裂、脫落或氣路連接錯(cuò)誤，應(yīng)更換或重新連接管道；

③PCO2內(nèi)電極液使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或內(nèi)電極液過(guò)期，應(yīng)更換內(nèi)電極液；④氣室內(nèi)無(wú)蒸餾水或蒸餾水過(guò)少，使通過(guò)氣體未充分濕化，應(yīng)補(bǔ)充蒸餾水；

⑤電極膜使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或電極膜破裂，應(yīng)更換電極膜；⑥PCO2電極老化或損壞，應(yīng)更換電極。6．定標(biāo)不正確，但取樣時(shí)不報(bào)警，標(biāo)本常被沖掉③取樣不正確，混入微小氣泡，應(yīng)重新取樣。①分析系統(tǒng)管道內(nèi)壁附有微小蛋白顆?；蚣?xì)小血凝塊，使管道不通暢，應(yīng)沖洗管道；②

連接取樣傳感器的連線斷裂，應(yīng)重新連接；5.PO2定標(biāo)不正確常見(jiàn)原因與PCO2定標(biāo)不正確的原因類似。我國(guó)電化學(xué)分析儀器發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)課外拓展1.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(shì)。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(zhǎng)、是動(dòng)態(tài)在線檢測(cè)手段。

2.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(shì)之一。