临床电化学分析仪器.ppt

第六章 临床电化学分析仪器,本章学习目标,掌握电解质分析仪和血气分析仪的分类、结构和工作原理。了解电解质分析仪和血气分析仪的日常维护常识、常见故障排除方法。熟悉电解质分析仪和血气分析仪的应用方法。掌握pH电极、PCO2电极、PO2电极和参比电极的基本结构和工作原理。,学习主要内容,第一节概 述第二节电解质分析仪 第三节血气分析仪 第四节 临床电化学分析仪器的 维护保养与故障排除,临床电化学分析仪器是利用电化学分析技术而设计的临床分析仪器。,第一节 概 述,一、临床电化学分析仪器,电解质分析仪（electrolyte chemistry analyzers）,血气分析仪（blood gas analyzers）,分类,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。,第一节 概 述,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。,2.血气分析仪,测量样品中的指标：pH、PCO2、PO2、AB、SB、BB、TCO2、BE blood、BEECF、SO2等,第一节 概 述,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。,二、电化学分析法（Electrochemical analysis）,测 定物理量,参与反应的化学物质的量,确定,电位电流电导电量,第一节 概 述,第二节电解质分析仪,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+、Mg2+、pH值等。,具有设备简单、操作方便、选择性高、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。,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。,第二节电解质分析仪,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）按测量项目多少分类,三项四项五项,第二节电解质分析仪,二、电解质分析仪的工作原理,临床上最常用的电解质分析仪是离子选择电极分析法进行测定，它将离子选择性电极和参比电极插入被测样品中组成电池，然后通过测量原电池电动势进行分析。,第二节电解质分析仪,离子选择电极（ISE）的响应机制 相界面上发生了待测离子的交换和扩散，而非电子转移。,离子选择电极的电极电位与样品中相应离子浓度之间的关系符合：,能斯特方程,第二节电解质分析仪,ISE与仪器内的参比电极浸入样品试液中构成一个原电池，仪器测量原电池的电动势E，就可转化成被测离子的活度或浓度。E=EISE-E参比,=,第二节电解质分析仪,对于血清pH值的测定，其测量电极采用玻璃电极，pH的敏感程度取决于电极的玻璃膜，与仪器的参比电极构成的原电池电动势E有如下的关系式：,E=K,电解质分析仪通过仪器的电路系统，把电极产生的电位放大、模数转换后以相应的结果显示或打印出来。,第二节电解质分析仪,AVL-988 型电解质分析仪的工作原理,样品通过测量毛细管时，离子选择电极膜与相应的离子发生作用，测出与参比电极产生的电位差 E，经放大处理后，通过标准曲线与待测离子电位差值对照，即可求得各离子的浓度值，并显示或打印出来。,第二节电解质分析仪,仪器将测量电极与测量毛细管做成一体化的结构，使各电极对接在一起自然形成测量毛细管。参比电极采用甘汞电极。,第二节电解质分析仪,第二节电解质分析仪,三、电解质分析仪的结构,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,基本组成,第二节电解质分析仪,结构框图,第二节电解质分析仪,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。,第二节电解质分析仪,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。,1.板面系统,例如：AVL 9180 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，通过这两个键对仪器进行各种操作和参数设定。,第二节电解质分析仪,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,第二节电解质分析仪,指示电极：流动式离子感应透明膜电极,新型仪器的测量电极,参比电极：流动式透明接头电极,Na电极结构示意图,第二节电解质分析仪,K、Ca、Cl、Li电极结构示意图,第二节电解质分析仪,参比电极结构示意图,第二节电解质分析仪,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。,液路系统直接影响到样品浓度测定的准确性和稳定性。,第二节电解质分析仪,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,第二节电解质分析仪,4.电路系统,通常由测量电路将电极产生的微弱信号经反对数放大器放大，然后进入A/D转换，最后送到三位LED数字显示器显示并打印结果。,第二节电解质分析仪,AVL 9181型电解质分析仪内部结构示意图,第二节电解质分析仪,5.软件系统,提供仪器的各种操作程序,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,微处理系统操作仪器设定程序操作仪器测定程序操作自动清洗程序,第二节电解质分析仪,血气分析仪（blood gas analyzer）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。,第三节 血气分析仪,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他参数，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）,第三节 血气分析仪,人体血气酸碱生理指标常用参数,一、工作原理,电极系统管路系统电路系统,血气分析仪种类型号很多，其基本结构均可分为三大部分：,第三节 血气分析仪,血气分析仪的工作原理图,第三节 血气分析仪,测量室必须是一个恒温系统。通常测量室的温度被恒定在371。,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。,第三节 血气分析仪,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。,第三节 血气分析仪,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。,第三节 血气分析仪,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 O2,10 CO2,定 标,第三节 血气分析仪,二、血气分析仪的仪器结构,电极系统管路系统电路系统,第三节 血气分析仪,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：,第三节 血气分析仪,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,第三节 血气分析仪,1pH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。,此种电极的标本用量为2l，pH测定范围为010。,第三节 血气分析仪,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。,第三节 血气分析仪,2PCO2电极,PCO2电极是根据J.Severinghaus原理设计，故也称为“Severinghaus”电极。,PCO2 测量系统示意图,第三节 血气分析仪,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。,第三节 血气分析仪,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半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。,半透膜,-聚四氟乙烯膜、聚丙烯膜或硅橡胶膜,第三节 血气分析仪,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。,第三节 血气分析仪,3PO2电极,PO2 电极是一种气敏电极。O2 渗透膜用约20m的聚丙烯膜或聚四氟乙烯膜，也有用聚乙烯、聚酯作电极膜。,第三节 血气分析仪,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。,第三节 血气分析仪,（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、自动冲洗等。,管路系统结构，通常由气瓶、溶液瓶、连接管道、电磁阀、正压泵、负压泵和转换装置等部分组成。,第三节 血气分析仪,血气分析仪的管路系统示意图,第三节 血气分析仪,1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,第三节 血气分析仪,（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。,第三节 血气分析仪,（2）气体混合器供气方式,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。,第三节 血气分析仪,气体混合器工作原理示意图,第三节 血气分析仪,2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。,第三节 血气分析仪,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。,第三节 血气分析仪,（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：,第三节 血气分析仪,血气分析仪电路原理框图,第三节 血气分析仪,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。,第三节 血气分析仪,一、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。,第四节 临床电化学分析仪器 的维护保养与故障排除,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。,（1）钠电极,第四节 临床电化学分析仪器 的维护保养与故障排除,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。,（2）钾电极,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。,（3）氯电极,第四节 临床电化学分析仪器 的维护保养与故障排除,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。,（4）参比电极,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。,第四节 临床电化学分析仪器 的维护保养与故障排除,2.流路系统的保养,仪器在测量过程中，由于血清中含有部分纤维蛋白，蛋白将附着在液流通道(flowpath)的泵、管路和电极系统毛细管的内壁上，当测量工作量较大时，内壁所附的蛋白增厚，造成阻塞管路和影响样品与电极之间的测量电位，影响正常工作和测试结果的准确性。,第四节 临床电化学分析仪器 的维护保养与故障排除,（1）流路保养,多数仪器都有仪器流路保养程序，可以根据保养程序进行保养工作。当流路保养程序结束后，应当对仪器进行重新定标。,流路清洗是为了保证仪器流路中没有蛋白质、脂类沉积和盐类结晶。,（2）全流路清洗,仪器进入流路程序进行清洗，吸入或注射清洗液、去蛋白液或蒸馏水冲洗流路，重复23次。冲洗完毕，应当对仪器进行重新定标。,第四节 临床电化学分析仪器 的维护保养与故障排除,（二）日常维护保养,仪器维护保养,每日保养每周保养每月保养半年保养,每天在运行样本检测之前，需要做一个简单的清洁和调整，以确保仪器性能，这个过程称为日常保养(每日保养)。,1.每日保养,第四节 临床电化学分析仪器 的维护保养与故障排除,2.每周保养,要求每天做一次，这个过程要清洁和调整样本通路，包括吸样针和电极，要准备好清洁液和调整液瓶，并用软绒布擦净吸样针等。,要求清洁样本注入口、样本探针以及仪器表面。,第四节 临床电化学分析仪器 的维护保养与故障排除,3.每月保养,除日常保养项目外，还需要采用家用漂白剂清洁参比电极套。,每6个月，需要更换蠕动泵管。,4.半年保养,第四节 临床电化学分析仪器 的维护保养与故障排除,（三）常见故障及其排除方法,一些常见故障、产生原因和排除方法如下：,是否停电、电源线未插入插座中、保险丝熔断等。,1.仪器不工作,第四节 临床电化学分析仪器 的维护保养与故障排除,2.仪器不能定标,解决办法是：检查试剂包液体的剩余量，如果少于5%，更换试剂包；检查标准液管道中或电极通道是否有堵塞；检查样本传感器安装是否正常，如果需要清洁样本传感器；更换蠕动泵管。,标准液检测不到,第四节 临床电化学分析仪器 的维护保养与故障排除,3.检测不到参比液,解决办法是:检查参比套的充液是否正确，确认参比管连接正常 因该过程需用到A液，确认A液吸入正常，否则更换试剂包 清洁参比电极套。,第四节 临床电化学分析仪器 的维护保养与故障排除,4.检测不到样本液,可能样本中有气泡，样本量太少不能分析，或没有样本吸入。,解决办法是：首先重复样本观察针有没有探测到样本 观察样本管路是否有堵塞 检查电极上的O形圈是否好 检查样本传感器,做测试程序确认 更换蠕动泵管,第四节 临床电化学分析仪器 的维护保养与故障排除,5.检测不到电极,解决办法:确认电极安装正确 检查参比电极，如果需要，清洁参比套，或更换参比电极,第四节 临床电化学分析仪器 的维护保养与故障排除,6.堵塞液体通路,不能清洁样本通路,或不能定标。,解决办法是：检查电极上的O形圈是否完好，确认液体没有泄漏 检查液体通路中有无堵塞或结晶，特别是在吸样针、样本传感器的管路和样本传感器,第四节 临床电化学分析仪器 的维护保养与故障排除,检查样本传感器，做测试程序确认，如果需要,清洁样本传感器；更换参比电极套。,第四节 临床电化学分析仪器 的维护保养与故障排除,二、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。,第四节 临床电化学分析仪器 的维护保养与故障排除,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。,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。,第四节 临床电化学分析仪器 的维护保养与故障排除,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12年。,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：,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。,第四节 临床电化学分析仪器 的维护保养与故障排除,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。,第四节 临床电化学分析仪器 的维护保养与故障排除,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。,第四节 临床电化学分析仪器 的维护保养与故障排除,(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；,第四节 临床电化学分析仪器 的维护保养与故障排除,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电极进行轻轻打磨，除去电极表面氧化层；6.仪器避免测定强酸强碱样品，以免损坏电极。若偏酸或偏碱液测定时，可对仪器进行几次一点校正；7.保持环境温度恒定，避免高温，以免影响仪器准确性和电极稳定性。,第四节 临床电化学分析仪器 的维护保养与故障排除,（三）常见故障及其排除方法,蠕动泵管老化、漏气或泵坏。需要更换管道或维修蠕动泵。,1样品吸入不良,2样品输入通道堵塞,一般用强力冲洗程序将血块冲出排除。如冲不走，可换上假电极，使转换盘处于进样位置，用注射器向进样口中注蒸馏水，便可将血块冲走。,（1）血块堵塞,第四节 临床电化学分析仪器 的维护保养与故障排除,如毛细管断在进样口内等，可将样品进样口取下来，将玻璃碎片捅出即可。,（2）玻璃碎片堵塞,3.pH定标不正确,pH定标液过期两种定标液接反仪器接地不好。,原因,第四节 临床电化学分析仪器 的维护保养与故障排除,4.PCO2定标不正确,钢瓶中气体压力过低，应更换气瓶；,气体管道破裂、脱落或气路连接错误，应更换或重新连接管道；,PCO2内电极液使用时间过长或内电极液过期，应更换内电极液；,气室内无蒸馏水或蒸馏水过少，使通过气体未充分湿化，应补充蒸馏水；,第四节 临床电化学分析仪器 的维护保养与故障排除,PCO2电极老化或损坏，应更换电极。,电极膜使用时间过长或电极膜破裂，应更换电极膜；,常见原因与PCO2定标不正确的原因类似。,5.PO2定标不正确,第四节 临床电化学分析仪器 的维护保养与故障排除,6定标不正确，但取样时不报警，标本常被冲掉,取样不正确，混入微小气泡，应重新取样。,分析系统管道内壁附有微小蛋白颗粒或细小血凝块，使管道不通畅，应冲洗管道；,连接取样传感器的连线断裂，应重新连接；,第四节 临床电化学分析仪器 的维护保养与故障排除,1离子选择性电极的工作原理是什么？其基本组成部分有哪些？2PO2电极属于何类电极？其工作原理如何?3PCO2属于何种电极？简述其组成。4电解质分析仪可以分为几类？电解质分析仪的基本构成是什么？5.决定电解质分析仪测定结果的准确度和灵敏度的是那些系统？6试简述电解质分析仪的液路系统的基本组成？7电解分析仪的日常维护包括哪几个方面？8在电解分析仪中，如何进行电极系统的保养？,思 考 题,9在电解分析仪中，仪器的哪些部位最容易发生管路堵塞？如何排除故障？10简述血气分析仪的基本组成及工作原理。11血气分析仪液路系统具有哪两种功能？气路系统的供气方式有几种？12血气分析时，标准液和标准气是分别用于校正何种电极的？13.血气分析仪内部具有哪两个泵？简述其功能？14.在血气分析仪中，若样品输入通道发生堵塞故障时，如何进行排除？15.在血气分析仪中，造成pH和PCO2定标不正确的原因是什么？如何排除？,思 考 题,谢谢！,