臨床生物化學/血氣分析儀測定原理及儀器結(jié)構(gòu)
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早年進行血氧和二氧化碳的測定是采用經(jīng)典的VanSlyke量氣法。此法原理是利用皂素破壞紅細胞，再用鐵氫化鉀破壞血紅蛋白以釋放O2，加辛酸去泡劑等混合液，使這一反應過程在真空密閉條件下進行，讓血液中所含CO2、O2和N2全部釋放進密封真空管的液面之上，然后測量所釋氣體的壓力。而后又用CO2吸收劑及O2吸收劑分別將兩種氣體吸收，根據(jù)壓力的改變，再計算出CO2和O2的含量。該法準確可靠，然而操作繁鎖，又使用大量水銀，極易污染環(huán)境，現(xiàn)在較少使用。另外還使用化學法測定血漿HCO3－含量，此法操作要求嚴格的隔絕空氣采血，否則很難測定準確。血氣分析儀問世后，該法基本屬于淘汰的方法。
當初丹麥Radiometer公司根據(jù)Astrup等學者的研究，提出血液pH與lgPCO2成線性關系，設計了最早的血氣分析儀。最具代表性的產(chǎn)品是該公司70年代出品的BME系列。其后許多國家不同的廠家陸續(xù)改進，經(jīng)過幾代人的努力而使血氣分析儀更加完善，更加自動化。目前血氣分析儀型號雖然很多，然而都是測定血液pH、PCO2和PO2三項基本數(shù)據(jù)，再參考Hb及體溫的數(shù)據(jù)計算出其他診斷參數(shù)。
國產(chǎn)儀器的研制也緊跟時代的步伐不斷更新產(chǎn)品，如南京最早的產(chǎn)品DH-100型血氣酸堿分析儀，以及后來的改進型，已陸續(xù)供應國內(nèi)醫(yī)院使用。
測定血氣的儀器主要由專門的氣敏電極分別測出O2、CO2和pH三個數(shù)據(jù)，并推算出一系列參數(shù)。血氣分析儀生產(chǎn)廠家的型號很多，自動化程度也不盡相同，但其結(jié)構(gòu)組成基本一致，一般包括電極（pH、PO2、PCO2）、進樣室、CO2空氣混合器、放大器元件、數(shù)字運算顯示屏和打印機等部件，進行自動化分析，其所需樣品少，檢測速度快而準確。
（一）電極系統(tǒng)
⒈pH測定系統(tǒng)pH測定系統(tǒng)包括pH測定電極即玻璃電極、參化電極及兩種電極間的液體介質(zhì)。
pH電極是利用電位法原理測量溶液的H+濃度，其電極是一個對H+敏感的玻璃電極，同時必須用另一電位值已知的參比電極配套，通常與甘汞電極保持電接觸。血樣中的H+與玻璃電極膜中的金屬離子進行交換，產(chǎn)生電位差，并與血樣的H+濃度成正比，二者之間存在著對數(shù)關系。在電極內(nèi)部有pH恒定的溶液，與玻璃膜接觸。玻璃電極內(nèi)部還有Ag/Agcl參比電極，浸在pH恒定液中，電極線連接伏特計，測量血樣［H+］所產(chǎn)生的電位差，即中測pH值，并以數(shù)字顯示再打印結(jié)果。參比電極里的KCl溶液通過它逸出與標本接觸而形成接觸面。因為Kcl濃度很大，所以血標本中離子組成的差異不會改變參比電極上的恒定電位（圖5-7）。PH電極要求pH測定范圍在6.8-8.0間，并能讀出小數(shù)點以下三位，精密度達0.002pH單位，準確性達到±0.09pH單位。pH電極穩(wěn)定性好，計數(shù)不漂移。
⒉PCO2電極PCO2電極屬于CO2氣敏電極。主要由特殊玻璃電極和Ag/Agcl參比電極及電極緩沖液組成，如圖5-8所示。這種特殊的玻璃電極是對pH敏感的玻璃膜外包圍著一層碳酸氫鈉溶液(NaHCO35mmol/L、NaCl20mmol/L，并以Agcl溶液飽和)，溶液的外側(cè)再包一層氣體可透膜。此膜是以聚四氟乙烯或硅膠為材料，可選擇性讓電中性能CO2通過，帶電荷的H+及帶負電荷的HCO3－不能通過。CO2則擴散入電極內(nèi)，與電極里的碳酸氫鈉溶液發(fā)生下列變化；見圖5-7。使其內(nèi)的NaHCO3、NaCl溶液的pH值發(fā)生改變，產(chǎn)生電位差，由電極套內(nèi)的pH電極檢測。pH值的改變與PCO2數(shù)值呈線性關系（△pH/logPCO2），根據(jù)這一關系即可測出PCO2值。
圖5-7 pH電極結(jié)構(gòu)示意圖
PCO2電極靈敏度以－pH/lgPCO2=1.0為準，即PCO2上升1.33kPa，pH值下降1pH單位。測定范圍為0.6-33.3kPa(37℃)。
Co2＋H2O→H2CO3→H+＋HCO3－
⒊PO2電極PO2電極是一種對O2敏感的電極，屬于電位法，電極結(jié)構(gòu)如圖5-8所示。以白金絲（Pt）為陰極，Ag/AgCl參比電極為陽極，以陰極與陽極之間的一層磷酸鹽緩沖液藉以溝通，其外包裹一層聚丙烯膜，膜外接觸血樣品。此膜不能透過離子，僅O2可透過。當樣品中的O2透過聚丙烯膜到達Pt陰極表面時，O2不斷地被還原，產(chǎn)生如下化學變化：
陰極反應O2＋2H2O＋4e－→4OH－
電解質(zhì)反應NaCl＋OH－→NaOH＋Cl－
陽極反應Ag+＋Cl－→Agcl＋e－
氧的還原反應導致陰陽極之間產(chǎn)生電流，其強度與氧的擴散量或PO2成正比，以此測出PO2值（圖5-9）。PO2電極可測定范圍為0-106kPa。
（二）管道系統(tǒng)
主要由測量室、轉(zhuǎn)換盤（有或無）系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)、溶液系統(tǒng)及泵體等組成。測量室有一套自動控制溫度穩(wěn)定于37℃的裝置，轉(zhuǎn)換盤是讓樣品進入并將有關溶液及氣體送入測量室的裝置，由計算機程序自動控制．氣路系統(tǒng)由空氣壓縮機、CO2氣瓶、氣體混合器、濕化器、泵、閥門及有關管道組成。氣體混合器將空氣壓縮機送來的空氣（4-6個大氣壓，latm=101.3kPa）和CO2（純度要求99.5％）氣瓶送來的氣體進行混合，混合后得到兩種濃度不同的氣體。由氣體混合器中部出來的“氣體1”含19.8％的O2和5.5％的CO2；“氣體2”含9％-11％的CO2，從混合器的下部送出，需要時再進入測量室。液體管道系統(tǒng)使緩沖液進入測量室定標，保證樣品吸入和廢液排出的沖洗過程，管道系統(tǒng)中為保證儀器正常運轉(zhuǎn)還沒有一系列的自動檢測裝置。
圖5-8 PCO2電極結(jié)構(gòu)示意圖
圖5-9 PO2電極結(jié)構(gòu)示意圖
目前，血氣分析儀種類很多，各有其特色。一般都具備有所需樣品量少（25-100μl）、檢測時間短（1-2）分鐘、自動顯示數(shù)據(jù)、打印結(jié)果等優(yōu)點。
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