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电化学分析技术 电解质分析仪 主要内容 电解质分析仪的原理离子选择性电极工作原理pH电极测定原理参比电极原理电解质分析仪的基本结构 一 什么是电化学分析法 溶液的电化学性质 电解质溶液通电时 其电位 电流 电导和电量等电化学特性随化学组分和浓度而变化的性质 电化学分析法 electrochemicalanalysis 建立在溶液电化学性质基础上并利用这些性质 通过电极这个变化器 将被测物质浓度转变为电学参数而进行检测的方法 电化学分析法是建立在溶液电化学性质基础上的一类分析方法 一 电化学分析法 Electrochemicalanalysis 测定物理量 参与反应的化学物质的量 确定 电位电流电导电量 电化学临床分析仪器是利用电化学分析技术而设计的临床分析仪器 二 电化学临床分析仪器 电解质分析仪 electrolytechemistryanalyzers 血气分析仪 bloodgasanalyzers 分类 1 电解质分析仪 采用离子选择性电极 ISE 测量体液中离子浓度的仪器 测量样品中的指标 钾 钠 氯 钙 锂 pH值等 利用电极对血样中的酸碱度 pH 二氧化碳分压 PCO2 和氧分压 PO2 进行测定的仪器 2 血气分析仪 测量样品中的指标 pH PCO2 PO2 AB SB BB TCO2 BEblood BEECF SO2等 电解质分析仪 一 电解质分析仪的分类 一 按自动化程度分类 半自动电解质分析仪全自动电解质分析仪 二 按工作方式分类 湿式电解质分析仪 临床上常用干式电解质分析仪 三 常见电解质分析的仪器分类 电解质分析仪 只进行单独的电解质分析 分析血清 血浆 全血和稀释尿液标本 血气分析仪 含H Na K Ca2 Cl 等电解质分析 既可以做急诊化验又可批量分析 自动生化分析仪 含电解质分析 一 pH值测定原理 pH玻璃膜电极 glassmembraneelectrode 玻璃电极对溶液pH的敏感程度取决于电极的玻璃膜 在25 时 玻璃电极的电极电位 二 电解质分析仪的工作原理 参比电极结构示意图 通常采用二次测量法 即用相同的仪器测定标准溶液和待测溶液的电动势 以确定待测液的pH 采用的电池组成是 2 电化学法测量血液pH 由于各玻璃电极的K玻不尽相同 在测定时仪器需用标准缓冲溶液进行校正 常用标准缓冲溶液 1 0 05mol Kg邻苯二甲酸氢钾溶液 37 pH值 6 84 37 pH值 4 02 2 0 025mol Kg混合磷酸盐溶液 二 离子选择性电极工作原理 principalofIonselectiveelectrode 1 离子选择性电极的结构 膜电位 膜内外被测离子活度的不同而产生电位差 离子选择性电极又称膜电极 membraneelectrodes 特点 仅对溶液中特定离子有选择性响应 膜电极的关键 是一个称为选择膜的敏感元件 敏感元件 单晶 混晶 液膜 功能膜及生物膜等构成 二 离子选择性电极的工作原理 离子选择性电极的电极电位表示为 阳离子选择性电极为 阴离子选择性电极为 n为离子电荷数 Cx为被测离子浓度 fx为被测离子活度系数 K在测量条件恒定时为常数 2 离子选择性电极的测量方法 ISE与参比电极共同浸入样品试液中构成一个原电池 通过测量原电池的电动势E 便可求得被测离子的活度或浓度 离子选择性电极作正极时 对阳离子响应的电极 取正号 对阴离子响应的电极 取负号 间接法 血清经一定离子强度缓冲溶液稀释后由电极测量 直接法间接法 ISE测量方法分类 直接法 血清不经稀释直接由电极测量 三 电解质分析仪的结构 一 湿式电解质分析仪 离子选择性电极参比电极分析箱测量电路控制电路驱动电机显示器 湿式电解质分析仪 基本组成 结构框图 测定原理 样品通过某离子选择性电极时由某相应的电解质渗过电极膜时产生了电流 通过对该电流的放大 同标准液A标及B标通过电极时产生的电流进行对数及斜率比较 计算出样品中某一电解质的值 由动力泵将A标准液抽入电极池 抽样长度由光电开关检测 并停留几秒进行A标标定 然后由动力泵将A标准液抽回废液瓶 测定过程 分配阀动作将通道接向B标准液 由动力泵将B标准液抽入电极池进行斜率测定 B标定标完成后 由动力泵将B标准液抽回废液瓶 由动力泵将样品吸入电极池进行样品的测定 测量数据经前置放大器放大送入CPU板 与A标 B标测量值进行比较 计算结果通过CRT显示器显示或打印机输出 测定过程框图 不同的电解质分析仪在仪器板面上都具有人机对话的操作键 在分析检测样品时 操作者可以通过按键操作控制分析检测过程 1 板面系统 例如 汽巴 康宁644电解质分析仪 只有yes no两个按键 yes键用来接收显示屏上的提问 no键用来否定显示屏上的提问 通过这两个键可对仪器进行各种操作和参数设定 2 电极系统 电极系统是测定样品结果的关键 决定测定结果的准确度和灵敏度 指示电极参比电极 电极系统 指示电极 pH Na K Li Cl Ca2 Mg2 等离子选择性电极 参比电极 银 氯化银电极 指示电极 流动式离子感应透明膜电极 新型仪器的测量电极 参比电极 流动式透明接头电极 Na电极结构示意图 含铅硅酸钠的玻璃膜电极 K Ca Cl Li电极结构示意图 参比电极结构示意图 参比电极结构示意图 参比电极 常用的有两种 一种是甘汞电极 另一种是银 氯化银电极 银 氯化银电极 Agcl eAg cl 由能斯特方程可推出为E E0 R T F lg cl 电极电位是氯离子浓度的函数 甘汞电极 2Hg 2cl Hg2cl2 2e由能斯特方程可得 E E0 R T F lg cl 甘汞电极的电位只取决于氯离子的活度 在一定的温度下 若氯化钾浓度固定 则电极电位也就是一个固定值 3 液路系统 液路系统通常由标本盘 溶液瓶 吸样针 三通阀 电极系统 蠕动泵等组成 蠕动泵的作用 为各种试剂的流动提供动力 液路系统中的通路 由定标液 calibrationsolutions 冲洗液 Rinse 通路 标本通路 废液通路 回水通路 电磁阀通路等组成 液路系统直接影响到样品浓度测定的准确性和稳定性 标本盘 三通阀和蠕动泵的转动 转换均由微机自动控制 MEDICA全自动电解质分析仪 自动进样器的结构框图 4 电路系统 电解质分析仪的电路系统由五个模块组成 电源电路模块微处理器模块输入输出模块信号放大及数据采集模块蠕动泵和三通阀控制模块 GF 982型电解质分析仪的电路逻辑框图 提供分析仪的打印机接口电路 蠕动泵控制电路 电磁阀控制电路和其它各种部件所需的电源 电源电路模块作用 微处理器模块及其作用 包括主机CPU芯片 通过地址总线 数据总线与显示板 打印机 触摸控制板相连 通过系统总线与模拟通道液压系统相连 包括主信号放大器变换器 电极 标本检测器 和其它电子系统间的界面 它除了钠 钾 氯等测量通道外 其余模拟信号也在放大系统上处理 所有这些信号被传输到CPU板上的主A D变换器上 信号放大模块 AVL9181型电解质分析仪内部结构示意图 5 软件系统 提供仪器微处理系统操作 仪器设定程序操作 仪器测定程序操作和自动清洗等操作程序 分析仪的软件系统 是控制仪器运作的关键 软件系统的作用 监察分析仪的稳定性 调校自动定标频率和自动测定质控标本 并自动将结果与预期的数据作比较评估 也能指导操作者日常保养和帮助解决故障问题 微处理系统操作程序 在测定质控范围 质控时间 设定密码及选择自动或手动定标方式时 都需要设定程序 仪器设定程序操作 仪器测定程序操作 测定操作的控制采用人机对话方式 由操作者按键控制 运行过程包括启动运作 吸取样本 自动分析检测 数据处理及结果打印 自动清洗吸样针等测量组件以及复位等待下次检测分析等 二 干式电解质分析仪 电解质的干化学测定法目前主要有两类 基于反射光度法干化学测定 基于离子选择性电极 ISE 方法干化学测定 SPOTCHEMELSE 1520 基于ISE法干式电解质分析仪的结构示意图 通常每测一个项目需要用一个干片 每个干片上带有条形识别码 仪器将自动识别所进行的测定项目 测定时 用双孔移液管取10 l血清和10 l参比液滴入两个加样孔内 即可测定二者的差示电位 三 电解质分析仪的维护保养与故障排除 一 仪器的维护保养 1 电极系统的保养 仪器在工作过程中 由于电极的内充液与样品之间存在着不同程度的离子交换 使电极内充液的浓度逐渐降低 从而使膜电位下降 导致测量结果偏低 需要定期对电极内充液中的离子含量进行调整 钠电极内充液的浓度降低最为严重 要经常检查调整内充液浓度 许多仪器的程序设计中已包含每日保养 dailymaintenance 一项 坚持每日用厂家提供的清洁液和钠电极调整液进行清洗和调整是最基本的保养 调整液含有氟化钠 玻璃腐蚀剂 1 钠电极 钾电极为选择性膜电极 使用过程中会吸附蛋白质 影响电极的响应灵敏度 每月至少更换一次内充液 2 钾电极 氯电极为选择性膜电极 使用过程中亦会吸附蛋白质 影响电极的响应灵敏度 最好用物理法进行膜电极的清洁 3 氯电极 每周均需检查电极内是否有足够的饱和氯化钾溶液及氯化钾残片 如果不够或没有 则需及时添加 一般三个月要换一次参比电极膜 4 参比电极 清洗电极套 保持毛细管通透 使盐桥导通 电极芯无需保养 但不能用水洗或使其干燥 2 流路系统的保养 仪器在测量过程中 由于血清中含有部分纤维蛋白 蛋白将附着在液流通道 flowpath 的泵 管路和电极系统毛细管的内壁上 当测量工作量较大时 内壁所附的蛋白增厚 造成阻塞管路和影响样品与电极之间的测量电位 影响正常工作和测试结果的准确性 1 流路保养 多数仪器都有仪器流路保养程序 可以根据保养程序进行保养工作 当流路保养程序结束后 应当对仪器进行重新定标 流路清洗是为了保证仪器流路中没有蛋白质 脂类沉积和盐类结晶 2 全流路清洗 仪器进入流路程序进行清洗 吸入或注射清洗液 去蛋白液或蒸馏水冲洗流路 重复2 3次 冲洗完毕 应当对仪器进行重新