麻醉设备学讲义1.ppt

2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 1 麻醉设备学 温州医学院附属第二医院阮肖晖温州医学院附属第一医院朱伟 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 2 第一章物理基础知识 第一节气体定律气体的物理量在麻醉设备中常使用气体为工质 因为麻醉剂要求有良好的挥发性 以气体形式易于被患者吸入 气体具有压缩性和流动性好的特点 气态物质 有气体和汽体两大种类 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 3 气体的物理量 质量 体积 压力 温度质量 M 即一定体积气体的量 以毫克 mg 克 g 千克 kg 吨 t 来表示 体积是指气体所处的容器之容积 常以立方毫米 mm3 立方厘米 cm3 立方米 m3 表示 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 4 压力 Pa 气体分子运动时对容器壁的撞击时产生的力称压力 对容器单位面积 cm2 所产生的压力叫压强 压强的单位 毫米汞柱 mmHg 平方厘米 cm2 国际通用 法定计量 帕 Pa 千帕 kPa 兆帕 MPa 经换算1mmHg 133 3Pa 0 1333kPa 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 5 温度 气体温度是气体分子热运动产生的 常用单位 摄氏 水结冰温度为0 绝对温度 K 物理学上使用 绝对温度以 273 作为零度 摄氏和绝对温度的关系是T t 273 比如某气体温度为37 以绝对温度表示为37 273 310 K 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 6 1 实际气体 由大量分子组成 分子做无规则运动 分子间有作用力 分子本身有体积 以上特点决定了实际气体的性质很复杂 一 理想气体状态方程 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 7 2 理想气体 忽略分子的容积 当作一弹性质点 忽略分子之间的作用力 温度较高 压力较低时 实际气体可以当作理想气体看待 水蒸汽不能当作理想气体看待 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 8 pV nRTR 摩尔气体常量P 压强 Pa V 体积 m n 摩尔数 M 单位mol T 绝对温度 K 3 理想气体状态方程式 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 9 在STP下 p 101 325kPa T 273 15Kn 1 0mol时 Vm 22 414L 22 414 10 3m3 R 8 314kPa L K 1 mol 1 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 10 误差 温度越低 压强越高 气体密度越大时 方程计算结果与实验数值偏差越大 原因 气体分子容积不能忽略热运动碰撞降低 引力效应上升 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 11 二 范德瓦尔斯方程 1873年 36岁的荷兰阿姆斯特丹大学范德瓦尔斯以博士论文 论物质液态和气态的连续性 获得荷兰莱顿大学博士学位 论文中考虑了实际气体分子间作用力和分子体积两个因素 将理想气体物态方程加以修正 得出了近似描述实际气体性质的物态方程即范德瓦尔斯方程 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 12 二 范德瓦尔斯方程 压强的修正 P P P 容器壁附近的分子只受内部引力 与V 成反比 因而可写为 P a V 体积的修正 V b范德瓦尔斯方程 对于1mol气体 P a V V b RT修正量a b决定于气体的性质 由实验测定 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 13 二 范德瓦尔斯方程 对于质量为M 摩尔质量为 的真实气体状态方程应为 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 14 范德瓦耳斯方程与理想气体方程的比较P5表1 1 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 15 1910年 在他73岁那年荣获了诺贝尔物理学奖 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 16 三 安德鲁斯实验 理想气体的P V曲线为等温双曲线 定量 恒温气体PV 常数安德鲁斯 T Andrews 1813 1885 首先对气体的等温变化进行了实验 实验结果如图所示 注 比容为密度倒数 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 17 10 20 27 31 1 35 50 A B C Vc Pc Tc 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 18 临界恒量 临界点C临界温度Tc临界压强Pc临界比容Vc 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 19 几种物质的实验临界温度 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 20 范德瓦尔斯等温线 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 21 范德瓦尔斯等温线 临界等温线以下所有的等温线都有一个S形曲折部分 其中斜率为正的一段表示气体体积随压强增大而增大 在实际上是不可能实现的过程 范德瓦尔斯方程只是描述真实气体行为较好的近似方程 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 22 四 混合气体的压强 在任何容器内的气体混合物中 如果各组分之间不发生化学反应 则每一种气体都均匀地分布在整个容器内 它所产生的压强和它单独占有整个容器时所产生的压强相同 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 23 举例 0 时 1mol氧气在22 4L体积内的压强是101 3kPa 如果向容器内加入1mol氮气并保持容器体积不变 则氧气的压强还是101 3kPa 但容器内的总压强增大一倍 可见 1mol氮气在这种状态下产生的压强也是101 3kPa 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 24 威廉 亨利 WiiiiamHenry 1774 1836 英国化学家 每一种气体对于另一种气体来说 等于是一种真空 当时这句话引起许多科学家的反对 道尔顿却用实验证明了它的正确性 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 25 约翰 道尔顿 JohnDalton 1766 1844 的实验得出下列结论 某一气体在气体混合物中产生的分压等于它单独占有整个容器时所产生的压力 而气体混合物的总压强等于其中各气体分压之和 这就是气体分压定律 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 26 座右铭 午夜方眠 黎明即起 科学原子论的提出者 约翰 道尔顿 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 27 设在一定温度T下 体积为V的容器中 装有组分气体为A B C 它们之间互不反应 则各混合气体各组分的压强就是 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 28 由此推导出气体分压定律的通式 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 29 表3 2空气中 干燥 各气体的分压 空气中 干燥 各气体的分压 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 30 体外 呼吸道 肺泡各气体分压 单位 kPa 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 31 五 气体的弥散 气体的流动与气体分压强的大小密切相关 弥撒 气体分子从分压高处向分压低处流动 密度的不均匀引起分压差 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 32 肺泡和肺毛细血管内氧和二氧化碳的浓度差有利于两种气体向相反的方向弥散 血液流经肺泡时 氧气弥散至血液 二氧化碳从血液弥散至肺泡 PO25 32kPa PO213 83kPa PO213 83kPa 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 33 氧和二氧化碳在机体内不断被代谢 因而通过弥散建立动态平衡 氧化亚氮和麻醉气体不能被代谢 通过弥散建立静态平衡 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 34 六 气体在液体中的溶解 任何气体与液体直接或隔着半透膜互相接触 气体可借其分子运动 进入并均匀分布在液体内 这种现象称为溶解 气体溶解在液体内是气体分子进入液体分子间隙内 而并非以小气泡形式存在于液体内 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 35 人体中的气体在液体中溶解现象 血氧含量 血液二氧化碳分压 血液麻醉药浓度等 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 36 在一定温度和一个大气压下 一种气体溶解在100ml某种液体内的摩尔数称为该气体在该液体内的溶解度 单位vol 如 37 一个大气压下 100ml血中能溶解0 468ml氧化亚氮 因而氧化亚氮在37 一个大气压时的溶解度为0 468vol 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 37 1803年亨利从实验中总结出一条规律 在一定温度下 气体溶解达到平衡时 气体在液体中的溶解度和气相中该气体的分压成正比 这一规律称为亨利定律 用数学式表示 C P式中 C为气体在液体中溶解度 P为液面上气体的平衡分压 为常数 是该气 液体系的溶解系数 气体溶解的规律 亨利定律 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 38 一些气体在水中的溶解度 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 39 气体溶解度特点 1 温度升高 气体的溶解度减小 2 溶解是放热过程 3 存在化学溶解和物理溶解 4 分压越高 溶解愈快 愈多 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 40 气体溶解度的应用 高压氧仓 治疗缺氧性疾病 麻醉气体的诱导和清醒速度 如 异氟醚 血液中溶解度小 建立平衡时间短 诱导迅速 清醒速度快 麻醉剂 要求血液溶解度小 脂溶性高 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 41 七 分配系数 在一定温度下 某一物质在两相中处于动态平衡时 该物质在这两相中的浓度比值称为分配系数 麻醉药的分配系数p10表1 5血 气分配系数越小 诱导越快 复苏越快油 气分配系数越大 麻醉强度越大 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 42 常用麻醉药的分配系数 37 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 43 1 随着温度的升高 挥发性麻醉药在组织中的分配系数逐渐下降 分配系数愈大的挥发性麻醉药 温度对其分配系数变化的影响愈大 麻醉药物分配系数特点 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 44 2 麻醉药的组织 气分配系数按大小的排列顺序与其血 气分配系数相同 即地氟醚 七氟醚 安氟醚 氟烷 而同一种吸入麻醉药在不同组织中的溶解度不一样 大致为 心肌 肾 肝脏 肌肉 脑 脂肪 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 45 第二节物态变化 物质的三种状态 固 液 气 称为三相 相变 在一定温度和压力下 物质的三态可以相互转变 临床麻醉常见液 气之间的相变 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 46 一 熔化和凝固 固态液态 1 熔点 晶体熔化时的温度 凝固点 每种物质从液态凝固为晶体时的温度 熔点 凝固点在数值上相等 2 熔化吸热 凝固放热 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 47 二 汽化 液态气态 1 汽化方式之一 蒸发 温度条件 在任何温度下都能发生 影响蒸发的三要素 液体温度的高低液体表面积的大小液体表面上空气流动的快慢 定义 只在液体表面进行的汽化现象叫做蒸发 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 48 液体蒸发时要从周围物体吸收热量 使单位质量的液体变成同温度的蒸汽所需热量称为该物质的汽化热 单位 J ml 常用麻醉药汽化热 p10表1 6 物理的汽化热随着汽化温度的升高而略有降低 比如1mol水 在50 汽化 汽化热为42780J 而在100 汽化 汽化热为40680J 对麻醉蒸发罐设计的影响液体温度高 蒸发快 液体表面上空气流动快 蒸发快 液体的表面积大 蒸发快 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 49 2 汽化方式之二 沸腾 沸点 液体沸腾时的温度 不同液体沸点不同 液体沸点随气压的减小而减小 增大而增大 液体沸腾时需要吸热 但其自身的温度不变 吸收的热量用于液体汽化 定义 在液体表面和内部同时进行的汽化现象叫做沸腾 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 50 密闭容器中在汽 液共存的条件下 蒸发和凝结现象同时存在 若蒸发率大于凝结率 则宏观上表现为液体的蒸发 若蒸发率小于凝结率 则宏观上表现为蒸汽的凝结 二者相等时 则处于饱和状态 此时空间蒸汽的压力称为对应平衡温度下的饱和蒸汽压PS 3 饱和蒸汽压 物质的饱和蒸汽压随着温度的升高而增大 麻醉剂的汽化特点 沸点低 汽化热小 饱和蒸汽压高 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 51 三 液化 定义 物质由气态变成液态的过程 液化是汽化的相反过程 液化的方法 加压 临界温度之下 冷却 水蒸气 液化 小水珠浮于空气中形成 白气 小水珠附于物体表面形成水滴 汽化吸热 液化放热 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 52 四 湿度和湿化器 定义 大气的干湿程度 绝对湿度 大气中所含水汽的质量 相对湿度 大气的实际水汽压与同温度下饱和水汽压的百分比 肺泡气的相对湿度37 C时100 1 湿度 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 53 2 湿化器 水容器型湿化器凝聚型湿化器雾化器 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 54 第三节流体的运动 研究流体运动的学科 流体力学 古希腊的阿基米德 浮力定律 17世纪 帕斯卡阐明了静止流体中压力的概念 17世纪 牛顿力学奠基 法国皮托发明了测量流速的皮托管 瑞士的欧拉采用了连续介质的概念 把静力学中压力的概念推广到运动流体中 建立了欧拉方程 伯努利从经典力学的能量守恒出发 得到了流体定常运动下的流速 压力 高度之间的关系 伯努利方程 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 55 流线概念 性质 流线不相交 形状不变 流管 概念 性质 液体不从旁流入 流出流管 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 56 一 连续性方程 流体在流管中作稳定流动时 同一时间内流过管道每一截面的流量质量相等 质量守恒 即 式中 1 2 截面1 2上流体的密度kg m3A1 A2 截面1 2的截面积m2v1 v2 截面1 2上流体运动速度m sqm 质量流量kg s 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 57 连续原理 S1 1 S2 2 液流连续原理 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 58 二 伯努利方程 理想流体 不可压缩 无粘滞性 前提 理想流体 稳定流动 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 59 丹尼尔 伯努利 DanielBernoulli1700 1782 瑞士物理学家 数学家 医学家 1700年2月8日生于荷兰格罗宁根 数学家约翰 伯努利的次子 1721年取得医学硕士学位 在25岁时 1725 就应聘为圣彼得堡科学院的数学院士 先任解剖学教授 后任动力学教授 1750年成为物理学教授 曾十次荣获法国科学院的年度奖 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 60 伯努利方程的应用 空吸作用 喷雾器 雾化器 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 61 皮托管测液体流速 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 62 测空气流速小孔d处流速 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 63 三 层流 流体的分层流动 层与层无物质交换 2 3 2020 温州医学院麻醉设备学教研组 64 考虑内摩擦力所做的功 要维持粘性流体的匀速流动 必须有压强差推动 或沿流动方向有压强降落 泊肃叶定律