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临床检验仪器----临床化学检验仪器(上)

文章来源:www.3618med.com发布日期:2013-06-06浏览次数:28591

       一、血气分析仪
       人类的生存依赖于新陈代谢,一方面通过消化道摄取食物,排出废物;另一方面通过呼吸, 吸八氧气,呼出二氧化碳。正常的新陈代谢依赖人体内血气、酸减及电解质的平衡。人体为了 维持血气、酸碱等内环境的稳定,需要依靠缓冲、代偿、调整等一系列生理机制进行调节。

       (一)血气分析在临床上的应用
       血气分析仪是通过对人体血液中的酸碱度(pH)、二氧化碳分压(PC():)、氧分压(POi)进行测定,来分析和评价人体血液酸碱平衡状态和输氧状态的仪器。它还可以用于人体其他体液,如腔液、胃液、脑脊液、尿液pH的分析测量。 血气分析在临床上的应用有:①用于昏迷、休克、严重外伤等危急患者的抢救;②用于手 术尤其是用体外循环进行的心脏手术等引起的酸碱平衡紊乱的监视、治疗效果的观察和研究;③片j于肺心病、肺气肿、气管炎、糖尿病、呕吐、腹泻、中毒等疾病的诊断和治疗。血气分析的连续监测不仅是混合型酸碱平衡紊乱的诊断前提,而且是其他各型作为合理治疗的分 析基础。血气分析仪已作为不可缺少的抢救设备,日益受到临床的重视。

       (二)血气分析仪器的组成结构和工作原理 1血气分析仪器的基本结构血气分析仪器基本结构大致包括:电极、恒温装置、电子 控制系统、混合气配气装置、阀门和泵、显示屏和打印装置等。结构如图8-1所示。

 

       (l) pH电极:常以玻璃电极为主,在一支较厚的玻璃管下端是个特殊材料制成酌玻璃泡,球泡的下半部是对pH敏感的薄玻璃膜,膜的厚度在0 .05~0. 15nm,球泡的直径约为1cm。膜内充有pH恒定的缓冲液,一直浸泡在含Cl-的氯化物溶液内。由一条带插头的屏蔽线,将pH电极连接到测量仪上。电极对被测样体的反应,会在玻璃薄膜的内部与外部之 间产生一个直流电压,浚电压与内部缓冲液和样本的pH差成正比,它是南玻璃的金属离子 与液体的氢离子在膜面上的交换所产生的。该离子交换由液体中的浓度所控制,为消除静 电干扰,在外玻璃管内装有静电隔离罩。

       (2)参比电极:有汞电极和氯化银电极,汞电极容易得到稳定的电极位。汞电极由水银、甘汞和饱和氯化钾溶液组成。在内部的玻璃管中,封装一根铂丝,铂丝上端与金属帽相 连,下端插入水银中,下置一层水银与甘汞的糊状物,并用棉花塞着玻璃管的下半段。在外 玻璃管中装有饱和氯化钾溶液并有少量氯化钾结晶,以保证溶液处于饱和状态。弯管下端 有一泄漏孔,用石棉丝(或是烧结多孔玻璃及多孔陶瓷等材料)进行堵塞,以控制氯化钾溶液 向外渗漏的速率。在测量时,允许微量的氯化钾溶液通过泄漏孔流人待测溶液中,起盐桥作 用,传导电流。甘汞电极的电位只取决于Cl-的活度,这也是甘汞电极与金属电极的区别,它不是由电极 材料离子进行可逆反应的,而是由溶液中阴离子进行可逆反应的。因此,在一定温度下,若氯 化钾浓度周定,则电极电位就是一个固定值。故一般都使用氯化钾作为测量pH的参比电极。 银一氯化银电极,这种电极是由一小片金属银涂上氯化银并浸在氯化钾溶液中构成,电 极电位是氯离子浓度的函数,使用饱和氯化钾的目的是为了在各种温度条件下保持恒定的 氯离子浓度。和甘汞电极一样,电极与待测溶液之间用氯化钾盐桥将电路连接起来。银一氯 化银的大特点是在较高温度时,电极电位较稳定,撮高工作温度可达250℃。

       (3)二氧化碳分压电极:该电极是一种气敏电极,在电极的前端有一层半透膜。半透膜只允许某种特定的气体通过,而阻止其他的气体和离子通过,如二氧化碳电极的半透膜只允许CO2气体通过.氧电极膜只允许氧气通过。电极膜的材料多数用高分子有机化合物制成。 二氧化碳分压电极如图8-2所示。

 

       玻璃电极和参比电极被浸泡在一个内部充满溶液的外套中,该外套的前端为透气膜。 套中的溶液称为电极液,电极液中含有碳酸氢钠、氯化钠和蒸馏水,实际上电极头部是紧贴 着半透膜的。当电极的端部插到毛细管的电极插孔上,毛细管中有被测血液时,溶解在血液 中的CO2可以通过半透膜扩散而进入电极套中,扩散一直进行到膜两边的CO2的浓度相同 为止,进入到电极套中的CO2和水反应生成碳酸。这样就改变了套中溶液的酸碱度,样品中 CO2的含量越高,扩散到电极套中的CO2越多,生成的碳酸也越多,电极套内的溶液的pH下降也越大。反之,当样品中的CO2降低时,电极套中的碳酸分解,CO2气体通过透气膜扩散出去,就使得套中的pH升高。 
       (4)氧分压电极:是一种气敏电极。气敏电极又是一种极谱化电极,氧的测量是基于电 解氧的原理而实现的。铂阴极和银一氯化银阳极被浸在前端有半透膜的电极套中,套中还装有氧电极液。氧电极液的成分是磷酸二氢钾、磷酸二氢钠、氯化钾和蒸馏水等。磷酸二氢钾和磷酸二氢钠可稳定电极液的pH。氯化钾可增加电极液的电导性,并参与离子的导电,和二氧化碳电极类似。当氧电极的端部插到测量毛细管上的电极插孔上,乇细管中通以被测血液时,溶液在血液中的氧可以通过半透膜扩散而进入电极套中,扩散一直进行到膜两边氧的浓度相同为止。氧电极工作原理图如图8-3所示。

       在氧电极的阴极和阳极之间加有0 7V左右的极化电压,在极化电压的作用下,进入到 电极套中的氧被电解。电斛电流的大小正比于PO2的高低,这样,通过氧电槛的转换.PO2的高低便转换成了电流的大小。 PO2电极产生的电流很小,所以PO2电极所配的放大器应为高输入阻抗、低噪声的微电 流放大器。 当PO2的值为零,电路巾电流并不为零,仍有一个微小的电流值,通常称为基流。校准 P0,电极时,也采用两种气体。先用不舍氧的纯CO2气体通过测量管,将电路中的基流调为 零。然后,用第二种标准气体测PO2,便可得出PO2电流的标准曲线。 2 血气分析仪器的基本原理被测血液在管路系统的抽吸下,被抽进样品室内的测世 毛细管中。测量毛细管的管壁上开有4个孔,pH、pH参比、PO2。和PCO24只电极的感测头 紧紧将这4个iL堵严。其中,pH、pH参比电极共同组成对pH的测量系统。被测时的血液 吸人测量毛细管后,管路系统停止抽吸。这样,血液中的pH、PCO2和PO2同时被4只电极 所感测。 电极测定的原理,pH电极的敏感玻璃膜电极-盐桥-参比电极形成一个回路.测定pH前需用2个不同pH的标准液确定电极的零电位和斜率值(即2点定标)。PCO2电极,表面 的选择性通透膜只允许CO2气体通过,气体CO2分子在内溶液中酸化后pH下降,再通过pH电极测定。 微弱的信号通过高输入阻抗的微电流放大器,再通过数码转换,由数据处理系统处理。 PO2.电极的工作原理则与授谱分析原理相同,透过选择性通透膜的O2气体在铂阴极上被还 原产生浓度极化现象,在0. 65V的极化电压下,电极电流的大小取决于铂阴极表面O2的多少。膜外血样品中PO2则决定铂阴极表面的O2的多少。同样PO2也需通过高输入阻抗微电流放大器使信号放大。数据处理系统和屏幕显示则因新技术的应用使仪器的自动化性能不断完善,提供的信息越来越扩大,使仪器不断地推陈出新。 电极将它们转换成各自的电信号,这些电信号被放大,模数转换后被送到仪器的微机单元,经微机处理、运算后,再将测量和计算送到显示器显示,打印机打印出测量及计算结果。

       (三)常用参数与技术指标

       1. pH参考值7 .35-7. 45。pH>7. 45为碱血症,pH<7. 35为酸血症。

       2. P0,叁考值10. 64-13. 3kPa。PO2<7. 3kPa为呼吸衰竭,PO2在4kPa以下有生命危险。

       3. PCO2. 参考值4 65-5. 98kPa。PO2<4. 65kPa为低碳酸血症,PO2>5. 98kPa为高碳酸血症。

       4. Hb(血红蛋白)正常值120-160g/L(男),110-150g/L(女)。

       (四)性能特点
       l.微量化为了尽可能使所用的样品量少,测量毛细管做得很细。但过细的毛细管容 易引起堵塞而影响测量。毛细管的形状,一般做成一字形或W形,W形在冲洗时能将电极 冲洗干净。

       2.恒温因电极的转换稳定性随温度变化非常敏感,所以测量室应是一个恒温系统。 早期的测量室采用水浴式、空气浴式等。但因恒温速度慢、热稳定性较差等原因.已被后期 的同体恒温式所取代。周体恒温式通常是将一块铝块开槽、打孔后,装入温度加热器、温度 感测装置和透明的测量毛细管。由于是靠金属导热的,整个金属块就是一个恒温体。所以 同体恒温式的加热速度快,热均匀性比较好,恒温精度较高。

       3.自动测量和自动冲洗仪器都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,定标与定标液的有、无、供、停等,均南微机来进行控制或监测。 4双向自动定标血气分析方法是一种相对测量方法,所以在进行测量之前,先要用标准的液体及气体来确定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称为定标或校准,每种电极都要有2种标准物质进行定标,以便确定建立工作曲线少所需要的2个工作点。pH系统使用两种标准缓冲液来进行定标,氧和二氧化碳 系统用2种混合气体来进行定标。种混合气中含5%的CO2和20%的O2,第二种只含10%的CO2,不含O2。无论何种型号的血气分析仪,均需要在总定标剐对每种电极进行两点定标建立工作曲线之后,才能进行测量工作。在工作过程中,仪器还自动对电檄进行一点 定标,随时检查电极偏离工作曲线的情况。一旦发现问题,仪器便停止测量工作.要求重新定标,以保证所测数据的正确性。 5.快速度血气分析仪器的检测速度大致存1.5~2分钟,加上样品引和仪器前的准备时间,一般25~30个测试/h。 6保养 血气分析仪属于24小时连续开机处于待测状态的仪器.主要是懈护电械, 另外,由于血液巾蛋白质的影响,需要去蛋白质和换膜。如何使保养所需的时问尽量缩短就成为各类血气分析仪的改进目标之一。

       二、紫外分光光度计
       (一)光谱分析技术原理及其分类

       l.光谱分析技术原理利川各种化学物质都其有发射、吸收或散射光谱谱系的特征,以此米确定物质性质、结构或含越。

       2.光谱分析技术分类依据光谱特征分为发射光潜分析技术、吸牧光谱分析技术、散射光谱分析技术j大类,每类叉可依据光谱范围再分若干类。

       (1)发射光谱分析技术:火焰光度法、原予发射光谱法和荧光光谱法。

       (2)吸收光潜分析技术紫外、可见光分光光度法.原子吸收分光光度法和红外光谱法。

       (3)散射光谱分析技术:比浊法。

       3.紫外分光光度计紫外分光光度法灶一种灵敏、快速、准确、简单和具有较好选择性 的分析方法。许多新型光谱仪器的诞,|=.如激光拉曼光谱仪、圆二色仪、荧光和磷光分光光 度计、原子吸收分光光度汁等都足在紫外可虬分光光度法的基础匕发展起来的。 紫外和可见吸收光谱H{于定.J±分析的基本方法是:川选定波长的光照射被测物质溶液, 测量它的吸光度,群根据吸光度计算被测组分的含量。计算的理论根据就是“吸收定律”。 它是由朗们定律和比尔定律帽结合而成的,所以叉叫做朗伯-比尔定律。该定律同样适用于 红外线吸收光谱法和原子吸收光谱法。 紫外分光光度计( ultraviolet spectrophotometer)基本组成有六个部分,即光源、分光系统(单色器)、样品吸收池(比色器皿)、检测器,放大线路和测量信号显示系统。一般排列成直 线结构,如图8-4所示。

       (l)光源:对光源的基奉要求是,在广泛的光谱区域内发射连续光谱,有足够的辐射强度.光杯有良好的稳定性,辐射能量随波长没有明显的变化。实际上,这种理想光源不存在尤其是辐射能量实际上是随波长面变化的,为了弥补这个缺陷,常在分光光度计内装有能量补偿凸轮,浚凸轮与狭缝联动,使狭缝大小随波长改变,以便补偿辐射能量随波长的变化。 
       (2)单色器:单色器是一种用来把光源发出的复色光分解为单色光并能任意改变所需波长的装置。它是分光光度计的心脏部分。主要由人口狭缝、出口狭缝、分光元件和准直镜 等组成。而其中分光元件又为关键性部件,常用的有棱镜或光栅。

       (3)吸收池(比色杯、比色皿、比色池):一般由玻璃、石英和熔凝石英制成,是用来盛被测溶液和决定透光液层厚度的器件。在低于350nm的紫外区工作时,必须用石英池或熔凝 石英池。常用吸收池光程为。1-10cm.其中以1cm池常用。所谓光程即为“透光厚度” 亦即是两透光面之间的距离。比色皿一般为长方体,也有圆鼓形或其他形状,以长方体为 普遍。依用途不同,吸收池可分液体吸收池、气体吸收池、可装拆吸收池、微量吸收池及流动 吸收池敬种。对不同浓度的样品可采用不同光程的样品池。

       (4)检测器:在测量中须把光信号的变化转换成电信号的变化才能定量测量。这种把光信号转换成电信号的检测器称为光电转换器即检测器。 对光电器件的主要要求有三:,重要的是产生的电信号(电流、电压或电动势)必 须与射到它上面的光束的强度有恒定的函数关系;第二,必须能对一个很大的波长范围的光具有响应;第三,灵敏度要高,响应速度要快,产生的电信号要易于检测或放大,噪声要低。

       (5)放大线路:南检测器接收的光信号变成电信号后,首先前髓放大器放大,再分别导 人参比和样品放大器进一步放大,通过解调线路解调,将样品信号减去参比信号,由数据显 示器显示。常见的双光束分光光度计多采用光学零点平衡式光电系统或电学比例记录式系 统。放大线路往往和检测器连在一起统称为检测器系统。

       (6)结果显示系统:结果显示方式多种多样,分光光度计所用读数显示装置归集起来 有:光点式检流计,微安表、电位计、数字电压表、记录仪、打印机、示渡器和数据台等几种。

       (二)紫外分光光度计的操作方法

       1.仪器操作键介绍
       (l)方式设定键(MODE):用于设置测试方式。

       (2)仪器可供选择的测试方式:透射比方式和嗳光度方式。使用方式设定键可选择测 试方式。

       (3) 1000/T/OAbs键:用于自动调整T或OAbs(零吸光度)。当波长被改变时, 请不要忘记重新调整T或OAbs。

       (4)o%T键:用于自动调整零透射比。仪器在开机预热后,将挡光体插入样品架,将其 并推或拉A光蹄,按0%T键调整零透射比(在T方式下),仪器自动将透射比零参数保存在 微处理器中。仪器在不改变波长的情况下一般无须再次校正。仪器在长时间使用过程中, 有时0%T可提高测试数据的精确度。

       (5)波长设置键:用于设置分析波长,波长显示窗在仪器的顶部。

       (6)电源开关:用于控制仪器电源开或关。要求仪器铭牌上标明的工作电压和当地的 供电电压相符。 2主要技术指标(光谱SP72系列)

       (1)光学系统:单光束,自准式光路单色器,1200条/mm高性能光栅。

       (2)显示方式:3位液晶显示器。

       (3)光谱带宽:6nm。

       (4)波长范围.340~100nm。

       (5)波长精度:±2nm。

       (6)杂光:(在340nm处)≤1%T。

       (7)光度范围:0%T~125.0%T。

       (8)透射比准确度:±1.0%T。

       (9)稳定性:±0.002A/h。