血液电解质酸碱和血气监测仪器麻醉设备学

第九章血液电解质、酸碱和血气监测体液以细胞膜为界分为两大部分：细胞内液和细胞外液。细胞外液又可分为血浆和组织间液。体液中的无机物与部分以离子形式存在的有机物统称为电解质，而葡萄糖、尿素等不能解离的有机物称为非电解质。细胞内液细胞外液组织间液血浆各部位体液之间处于动态平衡，都具有相对稳定的电解质含量和酸碱度，构成了人体正常新陈代谢所必需的内环境。在病理状态下机体内环境的稳定和平衡常常遭到破坏，是威胁患者生命安全的重大因素。第2页,共29页，2024年2月25日，星期天第一节电解质分析仪测定电解质的方法，有化学法、火焰光度法、原子吸收法、离子选择性电极法等。火焰光度法因其灵敏度较高、设备简单、成本低等优点，曾经被普遍采用。原理：每一元素都有其特定的发射光谱，即其谱波长有特异性的，用火焰为激发源，对某些金属元素的发射光谱进行光度分析。第3页,共29页，2024年2月25日，星期天第一节电解质分析仪目前的电解质分析仪多采用离子选择性电极法测量溶液中的离子浓度。优点：快速精确地同时测定生物样品中的钾、钠、氯、钙、镁、pH等多项指标，同时具有操作方便、灵敏度和选择性好、快速、准确、微量、不破坏被测试样、不用进行复杂的预处理等。缺点：电极的寿命短，一般约一年左右需要更换电极；需要定标液、活化液等试剂，测试成本比火焰光度法高。第4页,共29页，2024年2月25日，星期天第一节电解质分析仪电解质分析仪有六种电极：钠、钾、氯、钙、镁和参比电极。每个电极都有一个特定的离子选择膜，能够对被测样本中相应离子特异性亲和或渗透，相当于特异性离子交换器，膜两侧的电势差与离子浓度差成比。第5页,共29页，2024年2月25日，星期天第一节电解质分析仪在电解液中插入离子选择电极(指示电极)作为电池的正极，参比电极作为电池的负极，组成原电池。在相关的离子选择性电极和参比电极之间形成一电极电位差，即电池电动势。通过测量电池电动势，便可对被测离子进行定量测定。第6页,共29页，2024年2月25日，星期天第一节电解质分析仪钠电极是一种含铝硅酸钠的玻璃电极。由于使用了对钠离子敏感的玻璃膜，所以对钠离子的选择性很高。它产生的电位和钠离子的浓度成比例。当pH值低于5时，它会受到氢离子的干扰。第7页,共29页，2024年2月25日，星期天第一节电解质分析仪钾电极是以钾-缬(xié)氨霉素为活性材料的聚氯乙烯的膜电极，它是利用钾离子与缬氨霉素的强配位能力而达到高的选择性。一般由三部分构成，在塑料套中嵌装了内参比电极的电极杆、缬氨霉素套、内参比溶液。第8页,共29页，2024年2月25日，星期天第一节电解质分析仪湿式电解质分析仪是目前最常用的一类分析仪器，它将被测样品作为电池的一部分，然后将离子选择性电极和参比电极插入其中组成电池，通过测量原电池电动势来进行测试分析。干式电解质分析仪也是采用基于离子选择的差示电位法来进行分析测试。湿式电解质分析仪一般由离子选择性电极、参比电极、分析箱、测量电路、控制电路、驱动电机及显示器等组成。第9页,共29页，2024年2月25日，星期天第一节电解质分析仪分析箱的设计，实现恒温测量自动化、样品微量化。测量电路与所有离子选择性电极测量仪器相同。控制电路、驱动器等能使仪器实现半自动化和自动化。显示器为仪器的输出设备，用于显示或打印结果。第10页,共29页，2024年2月25日，星期天第一节电解质分析仪干式电解质分析仪由包括两个完全相同的离子选择性电极的多层膜片组成，两者均由离子选择性敏感膜、参比层、氯化银层和银层组成，并用一纸盐桥相连。第11页,共29页，2024年2月25日，星期天第一节电解质分析仪测定时，用双孔移液管取10μl血清和10μl参比液滴入两个加样孔内，即可测定二者间的电位。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，仪器会自动识别所进行的测定项目。干式电解质分析仪具有使用简单、方便、快速等许多无可比拟的优点，是大有发展前途的一种分析仪。第12页,共29页，2024年2月25日，星期天第二节酸碱分析仪pH敏感玻璃膜的一侧为已知的固定pH，另一侧是未知pH溶液，在玻璃膜两侧产生的电位差取决于敏感玻璃两边的pH差值。由于玻璃膜一侧溶液的pH是一固定常数，因此，电位差主要取决于玻璃膜另一边溶液的pH值。第13页,共29页，2024年2月25日，星期天第二节酸碱分析仪为了准确测定这个电位差，采用化学半电池。用一个半电池接到恒定的内溶液，另一个半电池接到未知的外溶液。参比电极通常是由汞-氯化亚汞(甘汞)组成半电池。参比电极与测量电极用一个膜隔开，电极通过电解质液来保持与pH系统其他部分通电，电解质液为饱和氯化钾溶液。第14页,共29页，2024年2月25日，星期天第二节酸碱分析仪参比电极的电势必须与被测样品溶液的性质无关。其外壳是玻璃管，里面套一根小玻璃管，其顶部伸出电极引线，引线的下端浸没在汞中，汞的下端有糊状甘汞，汞和甘汞用棉花堵住，只有离子才能通过，而汞和甘汞不会漏失，小管和大管之间充满KCl溶液，末端用多孔陶瓷渗入到溶液中，实现电极引线与溶液间的电导通。第15页,共29页，2024年2月25日，星期天第二节酸碱分析仪第16页,共29页，2024年2月25日，星期天第二节酸碱分析仪pH玻璃膜电极：

SiO2基质中加入Na2O、Li2O和CaO烧结而成的特殊玻璃膜。内充0.1mol/L的HCl溶液，敏感膜厚度约为0.10mm。再插入一根AgCl-Ag电极作内参比电极（涂有氯化银的银丝）。水浸泡后，表面的Na+与水中的H+交换，表面形成水合硅胶层。第17页,共29页，2024年2月25日，星期天第二节酸碱分析仪玻璃电极H+OH-++++++------酸性碱性玻璃膜玻璃敏感膜(0.2-0.5mm)胶层约0.1mm正电荷负电荷内参比液第18页,共29页，2024年2月25日，星期天第二节酸碱分析仪复合电极又叫做联合电极。其结构有球泡形的，也有平头形的。

它由两个电极组合而成，分别装在两个同心的玻璃管之中，内管是一个玻璃电极，外管是一个银一氯化银参比电极。参比电极也是由饱和氯化钾溶液通过渗漏孔形成一个盐桥和待测液相连接的。第19页,共29页，2024年2月25日，星期天第三节血气分析仪湿式血气分析仪第20页,共29页，2024年2月25日，星期天第三节血气分析仪血气分析方法是一种相对测量方法。在进行测量之前，先要用标准液体来确定pH、PO2和PCO2三套电极的工作曲线，通常把确定电极系统工作曲线的过程称为定标或校准。每种电极都要有两种标准物质来进行定标。pH系统使用7.383和6.840左右的两种标准缓冲液来进行定标。氧和二氧化碳分压标准气体有两种，第一种中含20％的O2和5％的CO2；第二种含10％的CO2，不含02。控制系统要将上述两种标准气体分别混合到两种pH定标液内，对三种电极一起进行定标。进入血样以后，三种电极分别直接测量出血样pH、PO2和PCO2值，随后通过相关公式计算得出HCO3-(碳酸氢离子)、BE(血剩余碱)、TCO2(总二氧化碳)等报告值。在工作过程中，仪器还自动对电极进行一点定标，随时检查电极偏离工作曲线的情况。一旦发现问题，仪器会停止测量工作，强制重新定标，以保证所测数据的正确性。第21页,共29页，2024年2月25日，星期天第三节血气分析仪PCO2电极属于气敏电极。是由测量半电池和参比半电池组装在一起的复合电极。PCO2电极头部为pH敏感玻璃，测量半电池密封在玻璃电极内，电极内部装有恒定pH缓冲液和Ag/AgCl电极，参比半电池(Ag/AgCl)装在电极的外部。PCO2电极装入有机玻璃圆筒中，塑料套上有气体渗透膜，其后装有PCO2电解液，PCO2电解液能使参比电极产生电泳，通过开口与测量电极接通。第22页,共29页，2024年2月25日，星期天第三节血气分析仪为保持PCO2测量pH系统的稳定，PCO2电极安装了气体渗透膜，即PCO2电极膜，它是一种特殊的薄膜，起选择隔层的作用，可透过二氧化碳，而其他离子则不能通过。测量时，二氧化碳会通过膜扩散，斜率随反应时间而慢慢增加，pH玻璃电极系统须尽可能靠近气体渗透膜，在玻璃电极顶端和PCO2电极膜之间放一尼龙网状垫圈盖在电极头上，以保持有一薄层电解质液。第23页,共29页，2024年2月25日，星期天第三节血气分析仪如果电极膜两侧存在二氧化碳分压差，二氧化碳则在分压差作用下通过膜进行扩散，使电极内外气体分压平衡。二氧化碳进入电解质液内会产生H＋和HCO3－。反应所产生的H＋浓度与PCO2的高低成比例，当用水性HCO3－液槽作为测量半电池时，即可通过pH变化值测知血液的PCO2。第24页,共29页，2024年2月25日，星期天第三节血气分析仪血氧分压的测量基于电解氧的原理。氧电极是一种极谱气敏电极。PO2电极有一个阴极和一个阳极，阴极由铂丝构成，阳极由银/氯化银构成。第25页,共29页，2024年2月25日，星期天第三节血气分析仪将两个电极置于电解质溶液中接通直流电后，在阴极会得电子，发生还原反应，阳极会失电子，发生氧化反应。两个电极之问会有电流流过，此时溶液中如有氧存在，则能促进电解质电解，使电流增强，从而可根据电流变化获知溶液中的氧量。研究证实，电压在300～700mV时电流与PO2成正比，电极电压变化对两者的关系并无明显影响，且以600mV最为理想。电压超过800mV，即使无氧分子参与，水本身也会被电解而产生电流。第26页,共29页，2024年2月25日，星期天第三节血气分析仪干式血气分析仪血中氧分子可以与特定荧光染料结合，使之丧失荧光特性。荧光强度与血中PO2成反比。通过空白荧光与血样平衡后的荧光光度差即可计算出血液PO2。第27页,共29页，2024年2月25日，星期天第三节血气分析仪人们通常广义地把各种微弱的光亮都称为荧光。物理上所说的荧光，是一种光致发光的冷发光现象。当某种常温物质经某种波长的入射光（通常是紫外线或X射线）照射，吸收光能后进入激发态，并且立即退出激发态并发出比入射光的的波长长的出射光（通常波长在可见光波段）；而且一旦停止入射光，发光现象也随之立即消失。具有这种性质的出射光就被称之为荧光。一般把余辉时间≤10-8s者称为荧光，而余