第七章 电化学分析技术和临床相关仪器

1. 第七章 电化学分析技术和临床相关仪器

2. 第七章 电化学分析技术和临床相关仪器 §7-1概述 §7-2电化学分析原理 §7-3电解质分析仪 §7-4 血气分析仪

3. §7-1概 述 一、电化学临床分析仪器 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。 电解质分析仪 （electrolyte chemistry analyzers） 分类 血气分析仪 （blood gas analyzers）

4. 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。

5. 2.血气分析仪 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。 测量样品中的指标： pH、PCO2、PO2、AB、SB、BB、TCO2、BE blood、BEECF、SO2等。

6. 二、电化学分析法 （Electrochemical analysis） 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。 电位 电流 电导 电量 测 定 物理量 确定 参与反应的化学物质的量

7. §7-2电化学分析原理 一、pH值测定原理 • pH玻璃膜电极 • （glass membrane electrode） 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：

8. （-）玻璃电极︱标准缓冲溶液(pHs)‖饱和甘汞电极 (+) （-）玻璃电极︱待测溶液(pHx)‖饱和甘汞电极 (+) E - E pH = pH + X S S X RT F 2 . 303 / 2. 电化学法测量血液 pH 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：

9. 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。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：4.02 （2）0.025mol/Kg 混合磷酸盐溶液 37℃，pH值： 6.84

10. 二、离子选择性电极工作原理 ( principal ofIon selective electrode ) 1. 离子选择性电极的结构 离子选择性电极又称膜电极（membrane electrodes） 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。 膜电位：膜内外被测离子活度的不同而产生 电位差。

11. 离子选择电极的构造

12. 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。

13. 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。

14. ISE测量方法分类： 直接法 间接法 直接法---- 血清不经稀释直接由电极测量 间接法---- 血清经一定离子强度缓冲溶液 稀释后由电极测量。

15. 三、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。

16. Clark 氧电极的结构 待测溶液中的O2可以借助电极外表面的O2渗透膜（约20m的聚丙烯或聚 乙烯或聚四氟 乙烯），依靠 PO2梯度透过 膜而进入电极。

17. 进入电极内O2 外加直流电压 < 0.4V 不反应 0.4V~0.8V 在铂阴极表面被还原 在测定时，O2在铂阴极表面发生的反应如下： O2 + 2 H2O → H2O2 H2O2 + 2 e- → 2 OH-

18. 当阴极表面附近的氧被消耗后，阴极表面氧气分压：当阴极表面附近的氧被消耗后，阴极表面氧气分压： PO2= 0.00 kPa/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。

19. 在外加电压超过0.8V时，即使PO2 = 0 mmHg，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。 四、PCO2 电极的工作原理 PCO2电极是气敏电极（gas sensing electrode），是由pH玻璃电极和银-氯化银电极组装在一起的复合电极。

20. §7-3电解质分析仪 电解质分析仪（electrolyte analyzer）： 采用离子选择性电极（ISE）测量溶液中离子浓度的仪器 。 测定指标： 生物样品中的K+、Na+、Cl-、Ca2+、Li+、pH值等。

21. 优点： 具有设备简单、操作方便、灵敏度和选择性好、成本低、快速、准确、微量、不破坏被测试样和不用进行复杂的预处理等优点。 如 Nova 电解质/化学分析仪： Na+、K+、Cl-、Ca2+、Mg2+、Li+、TCO2、TCa、Glu、BUN、Hct、pH、Creat。

22. 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

23. （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。

24. 二、电解质分析仪的结构 （一）湿式电解质分析仪 基本组成 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

25. 分 析 箱 显示器 Na电极 测 量 电 路 K电极 参比电极 驱动器 逻辑控制电路 操作键 结构框图

26. 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。 测定过程 ①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。

27. ② 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。 ③ 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。

28. 到位 检测 CRT 显示器 CPU 板 运算 放大器 电 极 动力泵 样 品 打印机 废液 A 标准液 B 标准液 测定过程框图

29. 1.板面系统 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。 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。

30. 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

31. 新型仪器的测量电极 指示电极：流动式离子感应透明膜电极 参比电极：流动式透明接头电极 Na电极 结构示意图

32. K、Ca、Cl、Li电极结构示意图

33. 参比电极结构示意图

34. 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（calibration solutions ）/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。

35. 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

36. 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

37. 时钟 复位 蠕动泵 RAM ROM 步进电机 三通阀 V20 CPU A/D 键盘接口 显示接口 打印接口 多路模拟开关 LCD 键盘 打印机 AMP AMP Na+ K+ GF-982 型电解质分析仪的电路逻辑框图

38. 电源电路模块作用： 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。 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。

39. 信号放大模块 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。

40. AVL 9181型 电解质分析仪 内部结构示意图

41. 5.软件系统 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： 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。 微处理系统操作程序： 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。

42. 仪器设定程序操作： 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。

43. SPOTCHEM EL SE-1520 （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

44. 样品液 参比液 塑料膜 盐桥 离子选择敏感膜 离子选择敏感膜 塑料膜 参比层 参比层 氯化银层 氯化银层 银层 银层 电位计 基于ISE法干式电解质分析仪的结构示意图

45. 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。

46. 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，即可测定二者的差示电位。

47. 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。

48. （1）钠电极 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（daily maintenance）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。

49. （2）钾电极 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。 （3）氯电极 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。

50. （4）参比电极 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。 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。