醫(yī)用化學(xué)分析類儀器課件

醫(yī)用化學(xué)分析類儀器

現(xiàn)代臨床檢驗(yàn)儀器是觀察臨床中各標(biāo)本組分的改變、物理性狀的變化、分析其化學(xué)成分及其結(jié)構(gòu)的重要工具。高效能、高精度、高自動(dòng)化程度的檢驗(yàn)儀器的廣泛應(yīng)用，提高了臨床檢驗(yàn)的水平和效率。檢驗(yàn)結(jié)果可為臨床醫(yī)師診斷疾病、了解病情變化、設(shè)計(jì)治療方案、觀察療效和預(yù)后估計(jì)提供重要依據(jù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是酶學(xué)、免疫化學(xué)、分子生物學(xué)、分析化學(xué)、化學(xué)儀器、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展，臨床檢驗(yàn)學(xué)在分析技術(shù)和儀器研制方面都有很大的進(jìn)步，多指標(biāo)分析、高精度數(shù)字處理及全自動(dòng)化是臨床檢測(cè)分析儀器的發(fā)展方向。

臨床檢驗(yàn)所使用的常規(guī)儀器

電解質(zhì)分析儀血液學(xué)分析儀血?dú)夥治鰞x生化自動(dòng)分析儀

電解質(zhì)分析儀

正常人的體液中鉀(K)、鈉(Na)、氯(Cl)、鈣(Ca)、鋰(Li)等電解質(zhì)都有一定的含量范圍。電解質(zhì)對(duì)于保持體液的酸堿平衡、維持滲透壓等起著重要作用。在人體發(fā)生病變時(shí)，如糖尿病酸中毒、腎衰竭、嚴(yán)重嘔吐、腹瀉、滲出性胸膜炎或腹膜炎等，都會(huì)引起電解質(zhì)偏離正常范圍，嚴(yán)重時(shí)，甚至危及生命。為了搶救、治療這類病人，必須及時(shí)了解病人電解質(zhì)的平衡情況。測(cè)定電解質(zhì)的方法很多，有化學(xué)法、火焰光度法、原子吸收法、離子選擇性電極法等。目前的電解質(zhì)分析儀(electrolyteanalyzer)多采用離子選擇性電極法測(cè)量溶液中的離子濃度。這種儀器可以快速精確地同時(shí)測(cè)定生物樣品中的鉀、鈉、氯、鈣、鋰、pH等多項(xiàng)指標(biāo)，同時(shí)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(cè)試樣、不用進(jìn)行復(fù)雜的預(yù)處理等優(yōu)點(diǎn)。電解質(zhì)分析儀從20世紀(jì)70年代開始出現(xiàn)，經(jīng)過二十多年的發(fā)展，到目前己被廣泛應(yīng)用于各級(jí)醫(yī)院、大專院校和科研單位。其不足之處一是電極的壽命不夠長(zhǎng)，長(zhǎng)者一年左右，短者只有幾個(gè)月；二是分析所使用的試劑及各種標(biāo)準(zhǔn)液均需購(gòu)自專門生產(chǎn)廠家，使其測(cè)試成本比火焰光度法高。

電解質(zhì)分析儀的

工作原理及結(jié)構(gòu)

1.基本原理電解質(zhì)分析儀是依據(jù)對(duì)離子選擇性電極與參比電極的電位測(cè)量而發(fā)展起來的。在一種電解液中，大多數(shù)鹽將電離成離子，在此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。這樣在相關(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(dòng)勢(shì)。通過測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)即可測(cè)出相應(yīng)的離子濃度。

2.離子選擇性電極電解質(zhì)分析儀測(cè)量不同的項(xiàng)目，要使用不同的電極，因此離子選擇性電極是電解質(zhì)分析儀重要的部件。離子選擇性電極按電極膜材料的不同可劃分為固體離子交換膜電極、液體離子交換膜電極、氣敏電極和酶電極等類型。常用的離子選擇性電極有鈉、鉀、氯三種電極。

鈉電極是一種含鋁硅酸鈉的玻璃電極。由于使用了對(duì)鈉離子敏感的玻璃膜，所以對(duì)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。但當(dāng)pH值低于5時(shí)，它會(huì)受到氫離子的干擾。這在血液分析時(shí)問題不大，因?yàn)檠旱膒H值通常高于5，但分析尿液時(shí)則需加入緩沖劑。同時(shí)，它對(duì)鉀離子濃度的改變有瞬態(tài)影響，若經(jīng)常以NH4HF2沖洗可減少此現(xiàn)象。鈉電極的壽命一般大于一年。鈉電極及鉀電極的結(jié)構(gòu)

電解質(zhì)分析儀按測(cè)試項(xiàng)目分類可分為2項(xiàng)分析儀、3項(xiàng)分析儀、4項(xiàng)分析儀和多項(xiàng)分析儀；按自動(dòng)化程度分類可分為半自動(dòng)電解質(zhì)分析儀和全自動(dòng)電解質(zhì)分析儀。按工作方式分類可分為濕式電解質(zhì)分析儀和干式電解質(zhì)分析儀。

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(cè)量電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及顯示器等組成。分析箱的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)恒溫測(cè)量自動(dòng)化、樣品微量化。測(cè)量電路與所有離子選擇性電極測(cè)量?jī)x器相同?？刂齐娐?、驅(qū)動(dòng)器等能使儀器實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化和自動(dòng)化。顯示器為儀器的輸出設(shè)備，用于顯示或打印結(jié)果。分析箱Na電極K電極參比電極測(cè)量電路顯示器驅(qū)動(dòng)器邏輯控制電路操作鍵干式電解質(zhì)分析儀由包括兩個(gè)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。左邊為樣品電極，右邊為參比電極。測(cè)定時(shí)，用雙孔移液管取10μl血清和10μl參比液滴入兩個(gè)加樣孔內(nèi)，即可測(cè)定二者間的電位。通常每測(cè)一個(gè)項(xiàng)目需要用一個(gè)干片，每個(gè)干片上帶有條形識(shí)別碼，儀器會(huì)自動(dòng)識(shí)別所進(jìn)行的測(cè)定項(xiàng)目。干式電解質(zhì)分析儀具有使用簡(jiǎn)單、方便、快速等許多無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，是大有發(fā)展前途的一種分析儀。

血液學(xué)分析儀

血液是維持人體正常生理活動(dòng)的重要物質(zhì)。肌體生理和病理的變化，必將會(huì)引起血液組分的改變和血液物理性狀的改變。及時(shí)發(fā)現(xiàn)這些變化，可作為臨床醫(yī)師診斷、治療、療效判斷和預(yù)后估計(jì)的重要依據(jù)。血液學(xué)分析儀就是了解這些變化的最常用的分析儀器，主要包括血細(xì)胞分析儀、凝血分析儀、血液流變學(xué)分析儀等。這里主要介紹血細(xì)胞分析儀。

血細(xì)胞分析儀

血細(xì)胞分析儀實(shí)質(zhì)上是指對(duì)一定體積內(nèi)血細(xì)胞數(shù)量及異質(zhì)性進(jìn)行分析的儀器，包括血細(xì)胞計(jì)數(shù)與分類、血紅蛋白測(cè)定及網(wǎng)織紅細(xì)胞計(jì)數(shù)等眾多分析項(xiàng)目，是臨床檢驗(yàn)工作中最常用的儀器。

40年代末，美國(guó)的庫(kù)爾特(W.H.Coulter)發(fā)明了電阻抗法粒子計(jì)數(shù)技術(shù)的設(shè)計(jì)專利。50年代初，第一臺(tái)血細(xì)胞分析儀(CoulterA型)應(yīng)用于臨床檢驗(yàn)。當(dāng)時(shí)這種儀器為一個(gè)通道，僅能進(jìn)行紅細(xì)胞、白細(xì)胞計(jì)數(shù)，故稱為血細(xì)胞計(jì)數(shù)儀或血球計(jì)數(shù)儀。60年代，在原基礎(chǔ)上增加一個(gè)比色系統(tǒng)，可測(cè)定血紅蛋白。70年代，隨著電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，血細(xì)胞分析儀可將紅細(xì)胞阻抗(或散射)所顯示的脈沖累加起來，通過計(jì)算機(jī)處理，得到紅細(xì)胞比積(又稱壓積)，再計(jì)算出紅細(xì)胞平均體積、平均血紅蛋白含量和平均血紅蛋白濃度等7個(gè)參數(shù)。同時(shí)血小板計(jì)數(shù)儀問世，它可將全血低速離心，分離出富含血小板的血漿進(jìn)行計(jì)數(shù)。

按自動(dòng)化程度可分為半自動(dòng)血細(xì)胞分析儀和全自動(dòng)血細(xì)胞分析儀。半自動(dòng)血細(xì)胞分析儀需在主機(jī)外匹配稀釋器，采集的血標(biāo)本經(jīng)稀釋器預(yù)稀釋后再上機(jī)檢測(cè)。這類儀器工作效率低，吸樣準(zhǔn)確性差，多為手工加溶血素、混勻等，其加入量及放置時(shí)間、因人為因素，隨機(jī)誤差較大，不利于質(zhì)控，并且易發(fā)生“半堵孔”或“堵孔”現(xiàn)象。90年代以來，在發(fā)達(dá)國(guó)家已被逐步淘汰，國(guó)內(nèi)用戶也為數(shù)不多，趨于淘汰。1.血細(xì)胞分析儀分型

全自動(dòng)血細(xì)胞分析儀運(yùn)用了較先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和機(jī)械系統(tǒng)，菜單式操作程序，條碼閱讀，自動(dòng)吸取樣品，血液在機(jī)器內(nèi)部自動(dòng)稀釋，效率高，檢測(cè)量準(zhǔn)確，有利于質(zhì)控，減少了操作者實(shí)驗(yàn)室感染的幾率。且大部分采用表面活性劑法測(cè)血紅蛋白，避免了氰化物對(duì)環(huán)境的污染，是全面取代半自動(dòng)血細(xì)胞分析儀的必然趨勢(shì)。目前還有將全自動(dòng)血細(xì)胞分析儀與自動(dòng)涂片染色機(jī)、電腦及應(yīng)用軟件組合而成的血液分析工作站，將多臺(tái)全自動(dòng)血細(xì)胞分析儀、全自動(dòng)網(wǎng)織紅細(xì)胞分析儀、自動(dòng)涂片染色機(jī)、機(jī)械連接系統(tǒng)、電腦、高性能應(yīng)用軟件組合為一體的血液分析流水線（如HST-330模塊式全自動(dòng)血液分析流水線）等。2.電阻抗法血細(xì)胞分析儀血細(xì)胞與等滲電解質(zhì)溶液相比為相對(duì)的不良導(dǎo)體。其電阻值大于稀釋液的電阻值。當(dāng)血細(xì)胞通過檢測(cè)器小孔管微孔的孔徑感受區(qū)時(shí)，檢測(cè)器內(nèi)外電極之間的恒流源電路上電阻值瞬間增大，造成兩極之間電壓的變化，產(chǎn)生一個(gè)電壓脈沖信號(hào)。每次檢測(cè)中產(chǎn)生的脈沖信號(hào)數(shù)，即相當(dāng)于檢測(cè)出的細(xì)胞數(shù)。操作時(shí)，位于小孔兩側(cè)的電極產(chǎn)生恒定電流。根據(jù)歐姆定律電壓變化與電阻變化成正比，電阻值又同細(xì)胞體積成正比，血細(xì)胞體積越大，電壓越高，在甄別器上的脈沖幅度就越大，各種大小不同細(xì)胞產(chǎn)生的脈沖信號(hào)分別送入儀器內(nèi)電腦的各個(gè)通道，經(jīng)運(yùn)算得出各種細(xì)胞參數(shù)。目前，多數(shù)儀器在給出細(xì)胞數(shù)據(jù)結(jié)果的同時(shí)還提供細(xì)胞群體大小分布情況圖形，稱之為細(xì)胞體積直方圖。

血小板和紅細(xì)胞共用一個(gè)小孔管。正常人紅細(xì)胞體積和血小板體積有明顯的界限。因此血小板計(jì)數(shù)準(zhǔn)確容易。當(dāng)血細(xì)胞懸液中含有異常血細(xì)胞（如小紅細(xì)胞）時(shí)，劃分界限不清。為使血小板計(jì)數(shù)有較高的準(zhǔn)確性，計(jì)算機(jī)對(duì)血小板和紅細(xì)胞分布圖進(jìn)行判斷，將血小板計(jì)數(shù)的上限閾值判定線放在紅細(xì)胞和血小板分布圖交叉部分的最低處計(jì)數(shù)。3.血細(xì)胞分析儀進(jìn)展與應(yīng)用展望

隨著多種高科技技術(shù)在臨床檢驗(yàn)工作中的應(yīng)用，血細(xì)胞分析儀在自動(dòng)化程度、先進(jìn)功能和完美設(shè)計(jì)方面提高到了一個(gè)嶄新的階段。自80年代起，世界各血液分析儀廠家從儀器的測(cè)試原理、各種特殊技術(shù)的使用和儀器自動(dòng)化水平的提高三個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)，使血細(xì)胞分析技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。全自動(dòng)多參數(shù)白細(xì)胞三分群、五分類血細(xì)胞分析儀不斷涌現(xiàn)，儀器自動(dòng)化程度也日新月異。將來有可能將多種常用的全自動(dòng)臨床檢驗(yàn)儀器，如血液流變學(xué)分析儀、凝血分析儀、急診生化分析儀、全自動(dòng)生化分析儀等組合成綜合高智能應(yīng)用型臨床檢驗(yàn)儀器流水線，為臨床提供多方位的服務(wù)。血?dú)夥治鰞x

血?dú)夥治鰞x(bloodgasanalyzer)是用來測(cè)量人體血液中的酸堿度(pH)、二氧化碳分壓(PCO2)和氧分壓(PO2)的儀器。根據(jù)所測(cè)得的上述幾個(gè)參數(shù)，還可以靠血?dú)夥治鰞x本身的計(jì)算，或借助于其它手段(如血?dú)饬芯€圖)，求出血液中的其它參數(shù)，如血液中的碳酸氫根的濃度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TCO2、血液堿超BE等。根據(jù)這些參數(shù)可以了解人體血液的酸堿平衡情況和輸氧狀態(tài)，從而為病因的分析和治療方案提供科學(xué)的依據(jù)。血?dú)夥治鰞x是50年代末發(fā)展起來的一種現(xiàn)代醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)儀器，經(jīng)過60年代的完善和發(fā)展，到70年代，血?dú)夥治鰞x已達(dá)到數(shù)字化和自動(dòng)化程度。我國(guó)于70年代初開始研制血?dú)夥治鰞x，到80年代中后期，國(guó)產(chǎn)的血?dú)夥治鰞x基本上只有南京的DX-200型。90年代引進(jìn)了美國(guó)1302型全套生產(chǎn)制造技術(shù)，包括關(guān)鍵樣品箱、電極、試劑的制造技術(shù)，結(jié)合我國(guó)國(guó)情，設(shè)計(jì)制造了1300系列產(chǎn)品(1324/1326/1312)，使我國(guó)在血?dú)夥治鰞x研制生產(chǎn)方面前進(jìn)了一大步。近幾年新型儀器的性能進(jìn)一步完善。由于計(jì)算機(jī)的普遍使用，血?dú)夥治鰞x的數(shù)據(jù)處理能力已大大提高，只需將少量的血樣注入儀器，就可在極短的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)顯示并打印出pH值，血氧分壓、血二氧化碳分壓及其它十幾項(xiàng)相關(guān)數(shù)據(jù)。有些新型號(hào)的儀器還增加了測(cè)量電解質(zhì)、血紅素或血細(xì)胞比容的功能。此外，目前的血?dú)夥治鰞x大多使用了電極帽，將電極體與其敏感膜分開，維修保養(yǎng)時(shí)只需將經(jīng)過處理的電極帽換上即可，使電極的保養(yǎng)變得更為簡(jiǎn)便。血?dú)夥治鰞x還常與電解質(zhì)分析儀、血氧儀等聯(lián)為一體，并與醫(yī)院的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)聯(lián)機(jī)，使其功能更全面。目前還有可在床邊測(cè)試的移動(dòng)式血?dú)夥治鰞x，它使用了電極帽，電極無需保養(yǎng)，只需每隔72小時(shí)更換一次電極帽即可?？傊?dú)夥治鰞x將向全功能、小型化、連續(xù)測(cè)量等方面發(fā)展。血?dú)夥治鰞x的工作原理

被測(cè)樣品在管道系統(tǒng)的抽吸下，被抽進(jìn)樣品室內(nèi)的測(cè)量管。測(cè)量管的管壁上開有四個(gè)孔，孔里面插有pH、PCO2和PO2三只測(cè)量電極和一只參比電極。待測(cè)液進(jìn)人測(cè)量管后，同時(shí)被四個(gè)電極所感測(cè)。被電極轉(zhuǎn)換成pH、PCO2和PO2三項(xiàng)參數(shù)所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。這些電信號(hào)分別經(jīng)放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換后，送給儀器的微機(jī)單元。經(jīng)微機(jī)處理運(yùn)算后，再分別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。血?dú)夥治鰞x原理框圖

電極是血?dú)夥治鰞x的信號(hào)拾取部分。一般的血?dú)夥治鰞x使用四支電極，分別是pH電極、pH參比(考)電極、二氧化碳分壓電極(PCO2)和氧分壓電極(PO2)。其中pH電極和pH參比電極共同完成對(duì)pH值的測(cè)量。pH值電極是一種對(duì)氫離子具有選擇性敏感的玻璃膜離子選擇電極；二氧化碳分壓電極實(shí)質(zhì)是一只pH電極，在pH電極敏感膜外部裝一片能滲透二氧化碳的薄膜，當(dāng)血樣本通過此薄膜時(shí)，二氧化碳?xì)怏w透過薄膜進(jìn)入電極外緩沖液，從而改變pH值，通過測(cè)量pH值的變化來測(cè)量二氧化碳濃度；氧的測(cè)量基于電解氧原理，被測(cè)血樣本中的氧通過薄膜擴(kuò)散進(jìn)入電極的內(nèi)充溶液，在極化電壓作用下，進(jìn)入溶液被電解，電解電流大小正比于分壓的高低。

因電極的轉(zhuǎn)換穩(wěn)定性隨溫度變化非常敏感，所以測(cè)量室應(yīng)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，但因恒溫速度慢、熱穩(wěn)定性較差等原因，已被后期的固體恒溫式所取代。固體恒溫式通常是將一塊鋁塊開槽、打孔后，裝入溫度加熱器、溫度感測(cè)裝置和透明的測(cè)量毛細(xì)管。由于是靠金屬導(dǎo)熱的，整個(gè)金屬塊就是一個(gè)恒溫體，所以固體恒溫式的加熱速度快，熱均勻性比較好，恒溫精度也較高。通常測(cè)量室的溫度被恒定在37℃±1℃。為了完成對(duì)樣品的自動(dòng)定標(biāo)、自動(dòng)測(cè)量和自動(dòng)沖洗等功能，一般的血?dú)夥治鰞x均裝有一套比較復(fù)雜的管路系統(tǒng)以及配合管路工作的泵體和電磁閥。泵和電磁閥的轉(zhuǎn)、停、開、閉、溫度的高低、定標(biāo)氣、定標(biāo)液的有、無、供、停等，均由微機(jī)來進(jìn)行控制或監(jiān)測(cè)。

血?dú)夥治龇椒ㄊ且环N相對(duì)測(cè)量方法。在進(jìn)行測(cè)量之前，先要用標(biāo)準(zhǔn)的液體及氣體來確定pH、PCO2和PO2三套電極的工作曲線。通常把這一過程叫做定標(biāo)或校準(zhǔn)(Calibration)。每種電極都要有兩種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)來進(jìn)行定標(biāo)，以便確定建立工作曲線最少所需要的兩個(gè)工作點(diǎn)。

在工作過程中，儀器還自動(dòng)對(duì)電極進(jìn)行一點(diǎn)定標(biāo)，隨時(shí)檢查電極偏離工作曲線的情況。一旦發(fā)現(xiàn)問題儀器便停止測(cè)量工作，要求重新定標(biāo)，以保證所測(cè)數(shù)據(jù)的正確性。有的血?dú)夥治鰞x在此基礎(chǔ)上，還增加了測(cè)量血紅蛋白和大氣壓的測(cè)量項(xiàng)目。近年來，血?dú)夥治鰞x有一些新的發(fā)展動(dòng)向。如有一種血?dú)夥治鰞x，將所有的液路、氣路以及定標(biāo)液、定標(biāo)氣、質(zhì)控液、沖洗液、廢液收集袋、微型電極等部分，全部封裝在一個(gè)錄像盤大小的盒子里，使用時(shí)，只要將盒子插入儀器即可。每只盒子可以用來測(cè)量50個(gè)血樣。盒子是一次性使用的，用完即棄。這種儀器小巧、攜帶使用方便，非常適合床邊及野外等流動(dòng)場(chǎng)合使用。另外，經(jīng)皮PO2和PCO2分析儀也已投人臨床使用。這種分析儀不需采血。把電極套套在手指或放在皮膚上便能測(cè)量出結(jié)果。只是精度尚不如人意。

自動(dòng)生化分析儀

自動(dòng)生化分析儀(autoanalyzer)是一種把生化分析中的取樣、加試劑、去干擾、混合、恒溫、反應(yīng)、檢測(cè)、結(jié)果處理以及清洗等過程中的部分或全部步驟進(jìn)行自動(dòng)化操作的儀器。它完全模仿并代替了手工操作，已成為大中型實(shí)驗(yàn)室不可缺少的儀器，使臨床生化檢驗(yàn)中的主要操作實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化、自動(dòng)化。

自動(dòng)生化分析儀的出現(xiàn)始于20世紀(jì)50年代，1957年Seggs首次介紹的是一種單通道、連續(xù)流動(dòng)式自動(dòng)生化分析儀。1964年，推出了一臺(tái)可同時(shí)測(cè)定多項(xiàng)目的連續(xù)流動(dòng)式自動(dòng)生化分析儀。70年代中期，電子計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)生化分析儀使自動(dòng)生化分析儀進(jìn)入了一個(gè)嶄新的發(fā)展