10血气分析仪

血气分析仪主要内容血气分析仪的原理Pco2分压电极的工作原理P02分压电极的工作原理血气分析仪的结构血气分析仪血气分析仪（bloodgasanalyzer）是利用电极对人全血中的酸碱度（pH）、二氧化碳分压（PCO2）和氧分压（PO2）进行测定的仪器。根据所测得的pH、PCO2、PO2参数及输入的血红蛋白值，血气分析仪可进行计算而求出血液中的其它参数，如：实际碳酸氢根浓度（AB）标准碳酸氢根浓度（SB）血液缓冲碱（BB）血浆二氧化碳总量（T-CO2）血液碱剩余（BEblood）细胞外液碱剩余（BEECF）血氧饱和度（SO2）人体血气酸碱生理指标常用参数正常生理指标非正常生理指标pH7.35~7.457.357.45酸血症碱血症pCO24.655~5.985kPa(均值5.32kPa)4.655kPa5.985kPa低碳酸血症高碳酸血症pO210.64~13.3kPa7.3kPa4kPa呼吸衰竭有生命危险Hb男女120~160g.L-1110~150g.L-1血气分析仪的工作原理血气分析仪种类型号很多，其基本结构均可分为三大部分：电极系统管路系统电路系统键盘参比电极pH电极前置放大放大样品室PCO2电极前置放大反对数放大PO2电极前置放大放大模数转换测量管打印输出输出显示温度控制微机管路系统血气分析仪的工作原理图被测血液样品在管路系统的抽吸下，进入样品室内的测量毛细管中。测量毛细管的管壁上开有四个孔，孔内分别插有pH、PCO2和PO2三支测量电极和一支pH参比电极。其中，pH和pH参比电极共同组成对pH的测量系统。血液样品进入样品室的测量管后，管路系统停止抽吸，样品同时被四个电极所感测。电极产生对应于pH、PCO2和PO2三项参数的电信号。这些电信号分别经放大、模数转换后送到微处理机。经微处理机系统处理、运算后，再分别被送到各自的显示单元显示或打印机打印出测量结果。测量室必须是一个恒温系统。通常测量室的温度被恒定在37℃±0.1℃。在血气分析仪中，为了完成对样品的自动定标、自动测量和自动冲洗等功能，装有一套比较复杂的管路系统以及配合管路工作的泵体和电磁阀。泵和电磁阀的转、停、开、闭、温度的高低；定标气及定标液的有、无、供、停等，均由微机进行控制或监测。血气分析方法是一种相对测量方法。在测量样品之前，需用标准液及标准气体确定pH、PCO2和PO2三套电极的工作曲线。通常把确定电极系统工作曲线的过程叫做定标或校准（Calibration）。每种电极都要有两种标准物质来进行定标，以便确定建立工作曲线最少需要的两个工作点。使用7.383和6.840两种标准缓冲液进行定标。pH系统：氧和二氧化碳系统：用两种混合气体来进行定标。5％CO2和20％O210％CO2定标二、仪器结构（一）电极系统电极是血气分析仪的电化学传感器。离子极----主要有K+、Na+、Li+、Ca2+、Cl-、pH和pCO2电极伏安型传感器----主要是PO2电极电化学传感器主要包括两大类：一般的血气分析仪使用四支电极：pH电极PCO2电极PO2电极pH参比电极。1．pH电极和pH参比电极血气分析仪使用毛细管pH玻璃电极和甘汞电极测量溶液的酸碱度。血液饱和KCl甘汞电极PBSAg/AgCl电极放大器PH7.38液体界面PH敏感玻璃膜液体界面pH测量系统示意图甘汞电极屏蔽电线循环水入口出口玻璃电极吸收泵聚乙烯管恒温水浴连接管饱和KClAg/AgCl气泡缓冲液PH敏感玻璃膜毛细管玻璃pH电极与甘汞电极结构示意图此种电极的标本用量为2l，pH测定范围为010。罗氏公司使用的参比电极1958年使用的第一个三功能血气分析仪及其电极。2．PCO2电极PCO2电极是根据J.Severinghaus原理设计的，故也称为“Severinghaus”电极。PCO2测量系统示意图玻璃电极壁电极外套参比电极Ag/AgClPBS缓冲液内电极Ag/AgClNaHCO3外缓冲溶液“O”形圈尼龙网PH敏感玻璃膜PCO2电极的基本组成部分----玻璃电极。pH敏感的薄层玻璃膜----厚约0.1mm电极内充溶液----含有KCl的磷酸盐缓冲液，其中浸有杆状Ag/AgCl电极内参比电极----环状Ag/AgCl电极，位于玻璃电极杆的近侧端。玻璃电极与参比电极外面充满PCO2电极外缓冲液，它的pH值随血液的PCO2而改变。玻璃电极膜与其有机玻璃外套一端的渗透膜之间放一片尼龙网或擦镜纸，使两者之间保证有一薄层电极溶液间隔。作用原理：它将测量室内的血液与玻璃电极及其外面的HCO3-溶液分隔开，血液与玻璃电极及其外面的HCO3-溶液分隔开，只允许血液样品中CO2分子通过，让其溶解、水化，并建立电离平衡，使溶液中氢离子（H+）增加，因而使膜内溶液pH值下降。由二氧化碳分压电极的工作原理可知，待测溶液中pH值的变化与lgPCO2有线性关系。由pH电极测得pH值的变化量，经反对数放大器转换为PCO2，再用数字显示。渗透膜---聚四氟乙烯膜、聚丙烯膜或硅橡胶膜3．PO2电极PO2电极是一种气敏电极。O2渗透膜用约20m的聚丙烯膜或聚四氟乙烯膜，也有用聚乙烯、聚酯作电极膜。玻璃柱铂丝阴极=-0.65V电极外套阳极Ag/AgCl=0.0V磷酸盐缓冲液“O”型圈磨砂玻璃表面O2渗透膜（聚丙烯膜）PO2电极测量系统示意图氧分压（PO2）电极的工作原理PO2电极是氧化还原电极，对氧的测量是基于电解氧的原理实现的。目前用得最多的氧电极是电解式的Clark氧电极，Clark氧电极是由铂阴极、Ag/AgCl阳极、KCl电解质和透气膜所构成。在测定时，O2在铂阴极表面发生的反应如下：外加直流电压0.4V进入电极内O2不反应0.4V~0.8V在铂阴极表面被还原O2+2H2O→H2O2H2O2+2e-→2OH-当阴极表面附近的氧被消耗后，阴极表面氧气分压：PO2=0.00kPa/mmHg样品中的氧将通过渗透膜向阴极发生浓度扩散。当氧浓度扩散梯度相对稳定时，就产生一个稳定的电解电流，称之为极限扩散电流I0。I0∝PO2(样本）通过测定电流变化即可测定血液标本中的氧气分压。在外加电压超过0.8V时，即使PO2=0mmHg，水本身也会被电解而产生电流。外加在PO2电极上的工作电压通常为0.65V。电流的大小通常只有几十纳安（10-9A），故PO2电极所配的放大器为高输入阻抗、低噪声的微电流放大器。当PO2的值为零时，电路中电流并不为零，存在一个微小的电流值，通常称其为基流。在校准PO2电极时，需采用两种气体。先用不含氧的纯CO2气体通过测量管，将电路中的基流调为零；用第二种标准气体去测定PO2，便可得出PO2和电流的标准曲线。光学系统有些血气分析仪还增加了测量血红蛋白的项目，其中血红蛋白是利用光电比色法进行测量的。（二）管路系统血气分析仪的管路系统比较复杂，是血气分析仪很重要的组成部分。功能有完成自动定标、自动测量、自动冲洗及抽取标本血样。管路系统结构，通常由气瓶、溶液瓶、连接管道、电磁阀、正压泵、负压泵、测量毛细管和转换装置等部分组成。血气分析仪的管路系统示意图蠕动泵测量室参比进样口冲洗液湿化器缓冲液Ⅱ缓冲液Ⅰ废液湿化器泵KCl溶液定标气G1定标气G2空气压缩机CO2气瓶空气混合器阀或转换装置1.测量室测量室是一固定铝块，测量毛细管位于测量室内，是一根透明的细塑料管，管壁上有四个孔，分别用于漏出参比电极、PCO2电极、PO2电极、pH电极的端部。测量室内还有加热器和温度传感器，即为一热敏电阻，以便测量室内保持370c,一旦温度超出37℃±0.1℃的规定范围，传感器立即反馈信号到温控电路，使停止或开始加热。2.转换装置（转换器）转换器为上面有七个圆孔的塑料圆盘，它将所有的管路和测量毛细管连接起来，以便使定标液、冲洗液、定标气体、标本能进入测量毛细管。在微机的控制下，电机驱动圆盘可以正向或反向转动。3．气路系统气路系统用来提供PCO2和PO2两种电极定标时所用的两种气体。每种气体中含有不同比例的氧和二氧化碳。压缩气瓶供气方式，又叫外配气方式气体混合器供气方式，又叫内配气方式气路系统的类型（1）压缩气瓶供气方式由两个压缩气瓶供气，一个含有5％的二氧化碳和20％的氧；另一个含10％的二氧化碳，不含氧。经过减压后输出的气体，首先经过湿化器饱和湿化后，再经阀或转换装置送到测量室中，对PCO2和PO2电极进行定标。湿化器是用水蒸气将定标气体饱和湿化的装置。经饱和湿化后的水蒸气产生的压力为恒定值。（2）气体混合器供气方式这种供气系统用仪器本身的气体混合器产生定标气。加到气体混合器上来的空气压缩机产生的压缩空气和气瓶送来的纯二氧化碳气体，二氧化碳的纯度要求大于99.5％，气体混合器将上述两种气体进行配比、混合，最后产生类似于上述气瓶内气体比例的两种不同浓度的气体。同气瓶预混的供气方式一样，这两种气体也要经湿化器后，才送给测量毛细管。4．液路系统液路系统具有两种功能，一是提供pH值电极系统定标用的两种缓冲液，二是自动将定标和测量时停留在测量毛细管中的缓冲液或血液冲洗干净。需要四个盛放液体的瓶子，其中两个盛放缓冲液1和缓冲液2，第三个盛装冲洗液，第四个盛放废液。血气分析仪内部具有两个泵，一为真空泵，另一为蠕动泵。利用这两个泵来完成仪器的定标、测量和冲洗。真空泵用来产生负压，使废液瓶内维持负压，靠此负压去吸引冲洗液和干燥空气，用于冲洗和干燥测量毛细管。真空泵还用于湿化器的快速充液。蠕动泵用于抽吸样品和定标液。在定标时用来抽取缓冲液到测量室。在测血样时用来抽样品。（三）电路系统将仪器测量信号进行放大和模数转换、对仪器实行有效控制、显示和打印出结果，并通过键盘输入指令。作用：某一血气分析仪的电路系统原理如下图所示：显示打印系统固化程序及故障诊断系统机械驱动模数转换信号选择电极讯号空气检测计算机系统恒温控制血气分析仪电路原理框图电极测量系统有选择地检测各种样品成分，并转化成相应的电极信号，这些信号经各种的频道被放大，再经模数转换后变成数字信号，经微机处理、运算后，由荧光屏显示出来或从打印机打印出结果。四、血气分析仪的维护、保养与故障排除血气分析仪作为一种精密的分析仪器，操作比较简单，关键是日常的维护和出现问题后故障的排除。（一）电极的保养电极是一种十分贵重的部件，应注意保养，尽量延长其寿命。电极的保养一般是仪器自动进行。1.参比电极保养参比电极套需要定期更换。如果一天作100个样品，每周应更换一次；一般情况下两周可更换一次；在样品较少时，可视具体情况延长更换时间。当发现电极不再渗参比液，或渗漏孔处变成黄色或棕色时，应随时更换。更换盐桥或电极内的KCl溶液时，除加入饱和的KCl溶液外，还需加入少许的KCl结晶，使其在37℃恒温条件下也达到饱和。2.pH电极的保养不管是否使用pH电极，其使用寿命一般都为12年。如果pH电极在空气中暴露2h以上，应将其放在缓冲液中浸泡6h24h才能使用。①按血液→缓冲液（或生理盐水）→水→空气的顺序进行清洗。蛋白质粘附在电极表面：②或用随机附送的含蛋白水解酶的清洗液或自配的0.1%胃蛋白酶盐酸溶液浸泡30分钟以上，用生理缓冲液洗净后浸泡备用。3.PCO2电极保养电极要经常用专用清洁剂清洗，如果经清洗、更换缓冲液后仍不能正常工作时，应更换半透膜。电极用久后，阴极端的磨砂玻璃上会有Ag或AgCl沉积。可用滴有外缓冲液的细砂纸磨去沉积物，再用外缓冲液洗干净。清洗沉积物、半透膜和电极的更换应定期进行。4.PO2电极的保养PO2电极中干净的内电极端部和四个铂丝点应该明净发亮。每次清洗时，都应该用电极膏对PO2电极进行研磨保养。PCO2电极和PO2电极在保养后，均需重新二点定标，才能使用。(二)仪器的日常保养1.每天检查大气压力、钢瓶气体压力；2.每天检查定标液、冲洗液是否过期，检查气泡室是否有蒸馏水；3.每周更换一次内电极液，定期更换电极膜；4.每周至少冲洗一次管道系统，擦洗分析室；5.若电极使用时间过长，电极反应变慢，可用电极活化液对pH、PCO2电极活化，对PO2电极进