Transcript Pomiary stężeń

Elektroniczna aparatura medyczna
cz. 3
1
Badanie gospodarki wodno–elektrolitowej organizmu
Najczęściej analizowaną składową płynów ustrojowych jest
osocze lub surowica.
Osocze - płyn pobrany z naczynia po oddzieleniu elementów
morfotycznych krwi (krwinek: czerwonych, białych, płytkowych)
z niewykrzepionym fibrynogenem.
Surowica - osocze pozbawione włóknika, a więc po wykrzepieniu
fibrynogenu.
2
Jonogram osocza krwi
Można zauważyć dominujące znaczenie jonu sodowego, który
praktycznie równoważy ładunek elektryczny wszystkich anionów
nieorganicznych.
Stężenie mEq/l — oznacza liczbę milirównoważników substancji
3
na 1000 ml roztworu
Normy kliniczno-diagnostyczne dla głównych
elektrolitów osocza krwi
Jon
Na +
Zakres normy
(mmol/l)
135 - 147
K+
3.7 - 5.3
Ca ++
2.2 - 2.8
Cl -
98 - 106
HCO3-
26 - 30
4
Normy kliniczno-diagnostyczne dla głównych
elektrolitów osocza krwi
Jon K+ bierze udział w procesach przewodnictwa nerwowego,
Ca++ w procesie krzepnięcia krwi, HCO3- w utrzymywaniu
równowagi kwasowo-zasadowej organizmu.
Stąd pomiar ich stężenia jest niezwykle ważny w procesie
diagnozy pacjenta.
5
Metody potencjometryczne
Metody potencjometryczne polegają na pomiarze siły
elektromotorycznej (SEM) ogniwa elektrochemicznego złożonego
z dwóch elektrod: pomiarowej (wskaźnikowej) i referencyjnej
(porównawczej) zanurzonych w badanym roztworze.
6
Potencjały U2, U3 i U4 są zależne jedynie od budowy elektrod,
dlatego też dla konkretnej pary elektrod są one wielkością stałą.
Potencjał przegrody klucza elektrolitycznego U5 ma z reguły
niewielka wartość, która może być pominięta w dalszej analizie.
W efekcie różnica potencjałów U, mierzona pomiędzy dwiema
elektrodami, zależy tylko od potencjału między elektrodą
pomiarową a analizowanym roztworem, czyli od aktywności aI
badanych jonów.
Zależność ta jest opisywana przez równanie Nernsta:
2,303 R  T
EE 
 log aI  E 0  EN  log aI
zI  F
0
gdzie:
E – różnica potencjałów mierzona między elektrodą pomiarową a
elektrodą referencyjną;
E0 – standardowy potencjał pary elektrod (dla aI = 1), zależny od ich
budowy;
R – stała gazowa (R = 8.314J/mol·K);
T – temperatura [K];
F – stała Faradaya (F = 96 487 C/mol);
zI – ładunek mierzonego jonu I (łącznie ze znakiem) (dla Cl-:zI = -1) ;
aI – aktywność badanego jonu w analizowanym roztworze;
EN – nachylenie charakterystyki elektrody pomiarowej.
Aktywność a stężenie jonów
W bardzo rozcieńczonych roztworach wartość aktywności
substancji jest równa stężeniu tej substancji w analizowanym
roztworze:
a=c
W celu powiązania wartości aktywności i stężenia definiuje się
tzw. współczynnik aktywności:
a = c c
gdzie: c - współczynnik aktywności substancji.
Współczynniki aktywności przyjmują wartości mniejsze od
jedności i w miarę rozcieńczania roztworu zbliżają się do jedności.
Elektrody:
Elektrody są urządzeniami umożliwiającymi stwierdzenie
przesunięcia i rozdzielenia ładunków, które na granicy faz (materiał
elektrodowy/elektrolit) powstają lub też zostają wytworzone, bądź
zmienione za pomocą wymuszonego przepływu prądu.
Pomiędzy materiałem przewodzącym elektrody i elektrolitem mogą
znajdować się inne materiały, jak np. półprzewodniki lub nawet
izolatory, takie jak szkło (elektroda szklana), lub związki organiczne
(elektroda z wymieniaczem jonowym, elektroda z nośnikiem
obojętnym).
Na granicy ich faz wytwarza się różnica potencjałów zależna od
aktywności określonego jonu, który występuje w fazie roztworu i w
fazie elektrody, mogąc łatwo przechodzić z jednej fazy do drugiej.
Takie elektrody, które reagują selektywnie na określony jon w
obecności innych, nazywane są elektrodami jonoselektywnymi.
10
Budowa elektrod jonoselektywnych:
Elektrod jonoselektywne reagują selektywnie na określony jon w
obecności innych jonów.
11
Analizator jonoselektywny Phmetr PHM-240
Przyrząd do pomiarów stężenia jonów
12
Stacja SAM7 - połączenie mieszadła
magnetycznego z uchwytem dla elektrod
13
Elektrody przewodności:
14
Konduktometr CDM210
15
Czteroelektrodowy czujnik konduktometryczny
16
Elektrolitem stosowanym najczęściej do wzorcowania jest
wodny roztwór KC1, którego przewodność elektryczna oraz jej
zależność od temperatury są dokładnie znane i powtarzalne.
Czynnikiem wpływającym na wynik pomiaru przewodności
właściwej jest temperatura. Wpływ temperatury przejawia się w
oddziaływaniu na ruchliwość jonów oraz stopień dysocjacji.
Obydwa czynniki działają zgodnie w kierunku wzrostu
przewodności ze wzrostem temperatury.
κ = κ0 [1+α(t - t0 )]
Wartości współczynników temperaturowych α dla t0 = 20 °C są
najwyższe dla zasad, najniższe dla soli, średnie dla kwasów; w
granicach od około 1,5 % do 4,0 % / °C.
Wartości te są w wysokim stopniu zależne od stężenia.