三、血气分析仪测定原理及仪器结构

早年进行血氧和二氧化碳的测定是采用经典的VanSlyke量气法。此法原理是利用皂素破坏红细胞，再用铁氢化钾破坏血红蛋白以释放O[XB]2[/XB]，加辛酸去泡剂等混合液，使这一反应过程在真空密闭条件下进行，让血液中所含CO[XB]2[/XB]、O[XB]2[/XB]和N[XB]2[/XB]全部释放进密封真空管的液面之上，然后测量所释气体的压力。而后又用CO[XB]2[/XB]吸收剂及O[XB]2[/XB]吸收剂分别将两种气体吸收，根据压力的改变，再计算出CO[XB]2[/XB]和O[XB]2[/XB]的含量。该法准确可靠，然而操作繁锁，又使用大量水银，极易污染环境，现在较少使用。另外还使用化学法测定血浆HCO[XB]3[/XB][SB]－[/SB]含量，此法操作要求严格的隔绝空气采血，否则很难测定准确。血气分析仪问世后，该法基本属于淘汰的方法。 当初丹麦Radiometer公司根据Astrup等学者的研究，提出血液pH与lgPCO[XB]2[/XB]成线性关系，设计了最早的血气分析仪。最具代表性的产品是该公司70年代出品的BME系列。其后许多国家不同的厂家陆续改进，经过几代人的努力而使血气分析仪更加完善，更加自动化。目前血气分析仪型号虽然很多，然而都是测定血液pH、PCO[XB]2[/XB]和PO[XB]2[/XB]三项基本数据，再参考Hb及体温的数据计算出其他诊断参数。 国产仪器的研制也紧跟时代的步伐不断更新产品，如南京最早的产品DH-100型血气酸碱分析仪，以及后来的改进型，已陆续供应国内医院使用。 测定血气的仪器主要由专门的气敏电极分别测出O[XB]2[/XB]、CO[XB]2[/XB]和pH三个数据，并推算出一系列参数。血气分析仪生产厂家的型号很多，自动化程度也不尽相同，但其结构组成基本一致，一般包括电极（pH、PO[XB]2[/XB]、PCO[XB]2[/XB]）、进样室、CO[XB]2[/XB]空气混合器、放大器元件、数字运算显示屏和打印机等部件，进行自动化分析，其所需样品少，检测速度快而准确。 [b]（一）电极系统[/b] ⒈pH测定系统pH测定系统包括pH测定电极即玻璃电极、参化电极及两种电极间的液体介质。 pH电极是利用电位法原理测量溶液的H[SB]+[/SB]浓度，其电极是一个对H[SB]+[/SB]敏感的玻璃电极，同时必须用另一电位值已知的参比电极配套，通常与甘汞电极保持电接触。血样中的H[SB]+[/SB]与玻璃电极膜中的金属离子进行交换，产生电位差，并与血样的H[SB]+[/SB]浓度成正比，二者之间存在着对数关系。在电极内部有pH恒定的溶液，与玻璃膜接触。玻璃电极内部还有Ag/Agcl参比电极，浸在pH恒定液中，电极线连接伏特计，测量血样[H[SB]+[/SB]]所产生的电位差，即中测pH值，并以数字显示再打印结果。参比电极里的KCl溶液通过它逸出与标本接触而形成接触面。因为Kcl浓度很大，所以血标本中离子组成的差异不会改变参比电极上的恒定电位（图5-7）。PH电极要求pH测定范围在6.8-8.0间，并能读出小数点以下三位，精密度达0.002pH单位，准确性达到±0.09pH单位。pH电极稳定性好，计数不漂移。 ⒉PCO[XB]2[/XB]电极PCO[XB]2[/XB]电极属于CO[XB]2[/XB]气敏电极。主要由特殊玻璃电极和Ag/Agcl参比电极及电极缓冲液组成，如图5-8所示。这种特殊的玻璃电极是对pH敏感的玻璃膜外包围着一层碳酸氢钠溶液(NaHCO[XB]3[/XB]5mmol/L、NaCl20mmol/L，并以Agcl溶液饱和)，溶液的外侧再包一层气体可透膜。此膜是以聚四氟乙烯或硅胶为材料，可选择性让电中性能CO[XB]2[/XB]通过，带电荷的H[SB]+[/SB]及带负电荷的HCO[XB]3[/XB][SB]－[/SB]不能通过。CO[XB]2[/XB]则扩散入电极内，与电极里的碳酸氢钠溶液发生下列变化；见图5-7。使其内的NaHCO[XB]3[/XB]、NaCl溶液的pH值发生改变，产生电位差，由电极套内的pH电极检测。pH值的改变与PCO[XB]2[/XB]数值呈线性关系（△pH/logPCO[XB]2[/XB]），根据这一关系即可测出PCO[XB]2[/XB]值。 [img]https://baike.zhuayao.net/Uploads/zyzy/lilunshuji/linchuangshengwuhuaxue/linchuangshengwuhuaxue034.jpg[alt]pH电极结构示意图[/alt][/img] 图5-7 pH电极结构示意图 PCO[XB]2[/XB]电极灵敏度以－pH/lgPCO[XB]2[/XB]=1.0为准，即PCO[XB]2[/XB]上升1.33kPa，pH值下降1pH单位。测定范围为0.6-33.3kPa(37℃)。 Co[XB]2[/XB]＋H[XB]2[/XB]O→H[XB]2[/XB]CO[XB]3[/XB]→H[SB]+[/SB]＋HCO[XB]3[/XB][SB]－[/SB] ⒊PO[XB]2[/XB]电极PO[XB]2[/XB]电极是一种对O[XB]2[/XB]敏感的电极，属于电位法，电极结构如图5-8所示。以白金丝（Pt）为阴极，Ag/AgCl参比电极为阳极，以阴极与阳极之间的一层磷酸盐缓冲液藉以沟通，其外包裹一层聚丙烯膜，膜外接触血样品。此膜不能透过离子，仅O[XB]2[/XB]可透过。当样品中的O[XB]2[/XB]透过聚丙烯膜到达Pt阴极表面时，O[XB]2[/XB]不断地被还原，产生如下化学变化： 阴极反应O[XB]2[/XB]＋2H[XB]2[/XB]O＋4e[SB]－[/SB]→4OH[SB]－[/SB] 电解质反应NaCl＋OH[SB]－[/SB]→NaOH＋Cl[SB]－[/SB] 阳极反应Ag[SB]+[/SB]＋Cl[SB]－[/SB]→Agcl＋e[SB]－[/SB] 氧的还原反应导致阴阳极之间产生电流，其强度与氧的扩散量或PO[XB]2[/XB]成正比，以此测出PO[XB]2[/XB]值（图5-9）。PO[XB]2[/XB]电极可测定范围为0-106kPa。 [b]（二）管道系统[/b] 主要由测量室、转换盘（有或无）系统、气路系统、溶液系统及泵体等组成。测量室有一套自动控制温度稳定于37℃的装置，转换盘是让样品进入并将有关溶液及气体送入测量室的装置，由计算机程序自动控制．气路系统由空气压缩机、CO[XB]2[/XB]气瓶、气体混合器、湿化器、泵、阀门及有关管道组成。气体混合器将空气压缩机送来的空气（4-6个大气压，latm=101.3kPa）和CO[XB]2[/XB]（纯度要求99.5％）气瓶送来的气体进行混合，混合后得到两种浓度不同的气体。由气体混合器中部出来的“气体1”含19.8％的O[XB]2[/XB]和5.5％的CO[XB]2[/XB]；“气体2”含9％-11％的CO[XB]2[/XB]，从混合器的下部送出，需要时再进入测量室。液体管道系统使缓冲液进入测量室定标，保证样品吸入和废液排出的冲洗过程，管道系统中为保证仪器正常运转还没有一系列的自动检测装置。 [img]https://baike.zhuayao.net/Uploads/zyzy/lilunshuji/linchuangshengwuhuaxue/linchuangshengwuhuaxue035.jpg[alt]PCO2电极结构示意图[/alt][/img] 图5-8 PCO[XB]2[/XB]电极结构示意图 [img]https://baike.zhuayao.net/Uploads/zyzy/lilunshuji/linchuangshengwuhuaxue/linchuangshengwuhuaxue036.jpg[alt]PO2电极结构示意图[/alt][/img] 图5-9 PO[XB]2[/XB]电极结构示意图 目前，血气分析仪种类很多，各有其特色。一般都具备有所需样品量少（25-100μl）、检测时间短（1-2）分钟、自动显示数据、打印结果等优点。