Transcript 第七章电化学分析技术和临床相关仪器

第七章
电化学分析技术和临床相关仪器
§7-1
概述
§7-2
电化学分析原理
§7-3
电解质分析仪
§7-4
血气分析仪
§7-1 概
述
一、电化学临床分析仪器
电化学临床分析仪器
是利用电化学分析技术而
设计的临床分析仪器。
电解质分析仪
分类
（electrolyte chemistry analyzers）
血气分析仪
（blood gas analyzers）
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。
2.血气分析仪
利用电极对血样中的酸碱度（pH）、
二氧化碳分压（PCO ）和氧分压（PO ）进
行测定的仪器。
2
测量样品中的指标：
pH、PCO2、PO2、
AB、SB、BB、TCO2、
BE blood、BEECF、SO2等。
2
二、电化学分析法
（Electrochemical analysis）
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。
测 定
物理量
电位
电流 确定
电导
电量
参与反应的化
学物质的量
电位分析法
§7-2
电化学分析原理
一、pH值测定原理
1. pH玻璃膜电极
（glass membrane electrode）
玻璃电极对溶液pH的
敏感程度取决于电极的玻
璃膜。
在25℃时，玻璃电极
的电极电位：
  K  0.05916pHx
2. 电化学法测量血液 pH
通常采用二次测量法，即用相同的仪
器测定标准溶液和待测溶液的电动势，以
确定待测液的pH。采用的电池组成是：
（-）玻璃电极︱标准缓冲溶液(pHs)‖饱和甘汞电极 (+)
（-）玻璃电极︱待测溶液(pHx)‖饱和甘汞电极 (+)
E
X  ES
pHX  pHS +
2. 303RT / F
由于各玻璃电极的 K玻 不尽相同，在测
定时仪器需用标准缓冲溶液进行校正。
常用标准缓冲溶液
（1）0.05mol/Kg 邻苯二甲酸氢钾溶液
37℃，pH值：4.02
（2）0.025mol/Kg 混合磷酸盐溶液
37℃，pH值： 6.84
二、离子选择性电极工作原理
( principal of Ion selective electrode )
1. 离子选择性电极的结构
离子选择性电极又称膜电极（membrane electrodes ）
特点：仅对溶液中特定离子有选择性响应。
膜电极的关键：是一个称为选择膜的敏感元件。
敏感元件： 单晶、混晶、液膜、功能膜及生物
膜等构成。
膜电位：膜内外被测离子活度的不同而产生
电位差。
离子选择电极的构造
离子选择性电极的电极电位表示为：
2.303RT
E
k
ln C f
ISE
x x
nF
阳离子选择性电极为 ＋；
阴离子选择性电极为 －；
n 为离子电荷数；
Cx 为被测离子浓度；
fx 为被测离子活度系数；
K 在测量条件恒定时为常数。
2. 离子选择性电极的测量方法
ISE与参比电极共同浸入样品试液中构成一
个原电池，通过测量原电池的电动势E，便可
求得被测离子的活度或浓度。
2.303 RT
E  K 
lg ai
nF
离子选择性电极作正极时：
对阳离子响应的电极，取正号；
对阴离子响应的电极，取负号。
ISE 法测量
ISE测量方法分类：
直接法
间接法
直接法---- 血清不经稀释直接由电极测量
间接法---- 血清经一定离子强度缓冲溶液
稀释后由电极测量。
三、氧分压（PO2）电极的工作原理
PO2 电极是氧化还原电极，对氧的测
量是基于电解氧的原理实现的。
目前用得最多的氧电极是电解式的
Clark氧电极，Clark氧电极是由铂阴极、
Ag/AgCl阳极、KCl电解质和透气膜所构成。
Clark 氧电极的结构
待测溶液中的O2可以借助电极外
表面的O2渗透膜（约20m的聚丙烯或聚
乙烯或聚四氟
乙烯），依靠
PO2梯度透过
膜而进入电极。
外加直流电压
< 0.4V
0.4V~0.8V
进入电极内O2
不反应
在铂阴极表面被还原
在测定时，O2在铂阴极表面发生的
反应如下：
O2 + 2 H2O → H2O2
H2O2 + 2 e- → 2 OH-
当阴极表面附近的氧被消耗后，阴极
表面氧气分压：
PO2= 0.00 kPa/mmHg
样品中的氧将通过渗透膜向阴极发生
浓度扩散。
当氧浓度扩散梯度相对稳定时，就产
生一个稳定的电解电流，称之为极限扩散
电流 I0 。
I0 ∝ PO (样本）
2
通过测定电流变化即可测定血液标本
中的氧气分压。
在外加电压超过0.8V时，即使PO2 = 0
mmHg，水本身也会被电解而产生电流。
外加在PO2电极上的工作电压通常为
0.65V。
四、PCO2 电极的工作原理
PCO2电极是气敏电极（gas sensing
electrode），是由pH玻璃电极和银-氯
化银电极组装在一起的复合电极。
§7-3
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+、
pH值等。
优点：
具有设备简单、操作方便、灵敏度和
选择性好、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。
如 Nova 电解质/化
学分析仪：
Na+、K+、Cl-、Ca2+、
Mg2+、Li+、TCO2、TCa、
Glu、BUN、Hct、pH、
Creat。
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）按工作方式分类
湿式电解质分析仪 – 临床上常用
干式电解质分析仪
（三）常见电解质分析的仪器分类
电解质分析仪 — 只进行单独的电解质分
析 ，分析血清、血浆、
全血和稀释尿液标本 。
血气分析仪 — 含H+、Na+、K+、Ca2+、Cl等电解质分析，既可以做
急诊化验又可批量分析。
自动生化分析仪 — 含电解质分析。
二、电解质分析仪的结构
（一）湿式电解质分析仪
基本组成
湿式电解质
分析仪
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
结构框图
分
Na电极
析
K电极
箱 参比电极
驱 动 器
测
量
电
路
逻辑控制电路
显
示
器
操作键
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。
测定过程
① 由动力泵将 A 标准液抽入电极池(抽样
长度由光电开关检测)，并停留几秒进行 A 标
标定,然后由动力泵将 A 标准液抽回废液瓶。
②
分配阀动作将通道接向 B 标准液，
由动力泵将 B 标准液抽入电极池进行斜率测
定。B 标定标完成后，由动力泵将 B 标准液
抽回废液瓶。
③ 由动力泵将样品吸入电极池进行样品
的测定，测量数据经前置放大器放大送入CPU
板，与 A 标、B 标测量值进行比较，计算结
果通过 CRT 显示器显示或打印机输出。
测定过程框图
到位
检测
CRT
显示器
CPU
板
打印机
运算
放大器
电极
动力泵
废液
A
标准液
样品
B
标准液
1.板面系统
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。
例如：汽巴·康宁644 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，通过这两个键可对仪
器进行各种操作和参数设定。
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
电极系统
参比电极
指示电极：
pH、Na+、K+、Li+、Cl-、Ca2+、Mg2+等
Yes
No
离子选择性电极。
参比电极：
银/氯化银电极
AVL 9180
新型仪器的测量电极
指示电极：流动式离子感应透明膜电极
参比电极：流动式透明接头电极
Na电极
结构示意图
K、Ca、Cl、Li电极结构示意图
参比电极结构示意图
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。
液路系统中的通路：由定标液（calibration
solutions ）/冲洗液（Rinse）通路、标本通路、
废液通路、回水通路、电磁阀通路等组成。
液路系统直接影响到样品浓度测定的准确
性和稳定性。
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
4.电路系统
电解质分析仪的电路系统由五个模块组成
电源电路模块
微处理器模块
输入输出模块
信号放大及数据采集模块
蠕动泵和三通阀控制模块
时钟 复位
蠕动泵
ROM
RAM
步进电机
三通阀
V20
CPU
A/D
键盘接口
键盘
打印接口
打印机
显示接口
LCD
多路模拟开关
AMP
Na+
AMP
K+
GF-982 型电解质分析仪的电路逻辑框图
电源电路模块作用：
提供分析仪的打印机接口电路、蠕动泵控
制电路、电磁阀控制电路和其它各种部件所需
的电源。
微处理器模块及其作用：
包括主机 CPU芯片，通过地址总线、数据
总线与显示板、打印机、触摸控制板相连，通
过系统总线与模拟通道液压系统相连。
信号放大模块
包括主信号放大器变换器（电极、标本
检测器）和其它电子系统间的界面，它除了
钠、钾、氯等测量通道外，其余模拟信号也
在放大系统上处理，所有这些信号被传输到
CPU板上的主A/D变换器上。
AVL 9181型
电解质分析仪
内部结构示意图
5.软件系统
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：
提供仪器微处理系统操作、仪器设定程序
操作、仪器测定程序操作和自动清洗等操作程
序。
微处理系统操作程序：
监察分析仪的稳定性、调校自动定标频率
和自动测定质控标本，并自动将结果与预期的
数据作比较评估，也能指导操作者日常保养和
帮助解决故障问题。
仪器设定程序操作：
在测定质控范围、质控时间，设定密码及选
择自动或手动定标方式时，都需要设定程序。
仪器测定程序操作：
测定操作的控制采用人机对话方式，由操
作者按键控制，运行过程包括启动运作、吸取
样本、自动分析检测、数据处理及结果打印、
自动清洗吸样针等测量组件以及复位等待下次
检测分析等。
（二）干式电解质分析仪
电解质的干化学测定法目前主要有两类:
基于反射光度法干化学测定
基于离子选择性电极（ISE）方法干化学测定
SPOTCHEM EL SE-1520
样品液
参比液
塑料膜
盐桥
塑料膜
离子选择敏感膜
离子选择敏感膜
参比层
参比层
氯化银层
氯化银层
银层
银层
电位计
基于ISE法干式电解质分析仪的结构示意图
通常每测一个项目需要用一个干片，每个干
片上带有条形识别码，仪器将自动识别所进行的
测定项目。
测定时，
用双孔移液管
取10μl 血清和
10μl 参比液滴
入两个加样孔
内，即可测定
二者的差示电
位。
三、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。
（1）钠电极
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。
（2）钾电极
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。
（3）氯电极
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。
（4）参比电极
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。
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。
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。
（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。
（2）全流路清洗
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。
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23
次。冲洗完毕，应当对仪器进行重新定标。
（二）日常维护保养
每日维护
仪器维护保养
每周维护
半年维护
停机维护
1.每日维护
检查试剂量，如不足1/4液面，应及时更
换；清洁仪器表面灰尘及吸样探针，保持探针
的畅通；及时弃去废液瓶中的废液。
2.每周维护
仪器应进行流路清洗，除去蛋白质、脂类
沉积和盐类结晶，对仪器进行维护保养。
3.每月维护
清洁泵管，用酒精棉球清洁泵管和不锈钢
转轴，在泵管的弯处涂硅油或白色凡士林等润
滑剂。
4.每季度进行MV值试验
电极的MV值由仪器使用说明书给出。
（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：
1.仪器不工作
是否停电、电源线未插入插座中、保险
丝熔断等。
2.定标不能稳定
电极没有稳定，可以在电极稳定30min后定标。
3.重复性不良
（1）电极未活化，应活化电极；
（2）电极间有漏液，应装紧电极或更换密
封圈；
（3）电极间有血样凝块，需拆开电极，用
吸球吹净电极；
（4）参比电极有KCl结晶，应擦净；电极
毫伏偏低，更换电极内液或电极；
（5）电极斜率（electrode slope）低于规定
值，应更换电极或重新校准；
（6）试剂太少或变质，应更换试剂；
（7）系统校准没有进行，应运行系统校准
23次；
（8）系统校准能通过，但电极斜率SLOPE
值超出规定，重新运行系统校准23次或更换
相应电极或试剂。
4.准确性不够
为保证实验室报告的准确性和稳定性，
建议操作者每天做一次质控。
如果所有测定项目准确性差，应更换
参比电极。
5.样品不能吸入、管路有气泡
（1）进样针堵塞，应拆下进样针用注射器
疏通冲洗；
（2）三通堵塞，拆下电极用注射器疏通冲
洗三通；
（3）电极堵塞，拆下电极，并分解单个电
极用吸球吹净电极；
（4）泵管老化，应更换泵管；
（5）管道有破裂或松动，应更换管道或装
好管道。
6.管路堵塞
血液中的蛋白、脂类、纤维及血凝块在
管路中积聚，造成阻塞。
易堵塞的地方主要有下面的4个部分：
（1）采样针与空气检测器部分
若确定为这部分阻塞后，可直接用清洗
液进行保养管路,如达不到目的，可拆下空气
检测器，用注射器注入NaClO溶液反复冲洗
进样针和空气检测器，通畅后再用蒸馏水冲
洗干净即可。
（2）电极腔前端与末端部分
平时可用清洗液进行管路清洗保养；亦
可将电极全部拆下,将电极腔用NaClO溶液浸
泡2分钟左右,再反复清洗,用蒸馏水冲洗干净,
擦干水份装回即可。
（3）混合器部分
主要用清洗液或去蛋白液进行混合器清
洗程序，如达不到目的，可将混合器拆下，
用注射器将NaClO溶液注入混合器浸泡几分
钟，然后反复冲洗，待看上去干净后，用蒸
馏水冲洗干净，擦干水份即可。
（4）泵管和废液管的堵塞
可用注射器吸入清洗液或蒸馏水冲吸管路，
看是否通畅，如无阻力，证明管路已通，按原
样装回管路即可。
7.电极漂移与失控
① 电极漂移的最常见的原因是地线未接
好,应检查地线；检查漂移的电极银棒是否未
插入信号插座或接触不良；
② 电压不稳定,最好接UPS不间断电源或
质量较好的稳压电源(质量差的稳压电源会引
起电极漂移)；
③ 避免电磁干扰,功率较大的设备应尽量
远离本仪器,独立设置电源；
④ 检查标准液及清洗液是否已用完;检查
流通池中参比内充液是否太少，应及时注满；
⑤ Na、pH电极漂移时应用玻璃电极清洗
液清洗,再用蒸馏水反复冲洗即可；
⑥ 如果电极全部漂移，则应检查参比电极
是否到期；
⑦ 定位不好，造成溶液未全部浸没电极，
应重新进行定位操作；
⑧ 参比电极上方有气泡,应轻拍流通池,将
气泡移至Na电极上方；
⑨ 试剂过期或被污染,检查A、B标准液
及清洗液瓶,是否有絮状沉淀。
8.测试血样出现异常值
① 附近是否有大功率电器开动或漏电
(如离心机、电冰箱)，造成电压波动；
② 测试时吸入凝血；
③ 溶液未到位,可查看定位是否良好,如果
溶液到位不好,可用服务程序中重新定位程序来
进行重新定位；
④ 检查盛血样的容器是否污染,是否残留
了消毒液等物质；
⑤ 查看校正因子是否正确,如有异常,可将
校正因子清除；
⑥是否长时间未标定,可重新标定后再测。
9.电极斜率降低
电极斜率低,将造成测试线性不好,有时也
影响电极的重复性,其主要原因有:
① 电极膜板上吸附蛋白过多；
② 空气湿度太大；
③ 温度太低；
④ 寿命将至。
§7-4 血气分析仪
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。
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
求出血液中的其它参数，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）
人体血气酸碱生理指标常用参数
正常生理指标
pH
7.35 ~ 7.45
pCO2
4.655 ~ 5.985kPa
(均值5.32 kPa)
pO2
10.64 ~ 13.3 kPa
男
女
120~160g.L-1
110~150g.L-1
Hb
非正常生理指标
<7.35
>7.45
酸血症
碱血症
<4.655 kPa
>5.985 kPa
低碳酸血症
高碳酸血症
<7.3 kPa
<4 kPa
呼吸衰竭
有生命危险
一、工作原理
血气分析仪种类型号很多，其基本结构
均可分为三大部分：
电极系统
管路系统
电路系统
参比电极
测
量
管
样
品
室
pH电极
前置放大
PCO2电极
前置放大
PO2电极
前置放大
温度控制
管路
放大
反对数放大
模
数
转
换
放大
输出显示
微机
系统
键盘
血气分析仪的工作原理图
打印输出
测量室必须是一个恒温系统。通常测量
室的温度被恒定在37℃±0.1℃。
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。
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。
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。
定
标
pH系统：
使用7.383和6.840两种标准缓冲液进行定标。
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
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。
电化学传感器主要包括两大类：
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
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。
1．pH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。
液体界面
甘汞
电极
PH敏感玻璃膜
饱和
KCl 血液
液体界面
Ag/AgCl
PBS
电极
放大器
pH 测量系统示意图
PH7.38
Ag/AgCl
循环水
甘汞电极
气泡
入口
出口
缓冲液
PH敏感玻璃膜
吸收泵
屏蔽电线
玻璃电极
饱和KCl
连接管
恒温水浴
聚乙烯管
毛细管玻璃pH电极与甘汞电极结构示意图
此种电极的标本用量为2l，pH测定范围为
010。
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。
2．PCO2电极
PCO2电极是根据J.Severinghaus原理设计
的，故也称为“Severinghaus”电极。
玻璃电极壁
NaHCO3外缓冲溶液
电极外套
PBS缓冲液
内电极Ag/AgCl
“O”形圈
尼龙网
PCO2 测量系统示意图
参比电极Ag/AgCl
PH敏感玻璃膜
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。
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渗透
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。
渗透膜 ---聚四氟乙烯膜、聚丙烯膜或硅橡胶膜
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。
3．PO2电极
PO2 电极是一种气敏电极。O2 渗透膜用约
20m的聚丙烯膜或聚四氟乙烯膜，也有用聚乙
烯、聚酯作电极膜。
玻璃柱
电极外套
磷酸盐缓冲液
铂丝阴极
 = -0.65V
阳极Ag/AgCl
 = 0.0V
“O”型圈
磨砂玻璃表面
O2渗透膜（聚丙烯膜）
PO2电极测量系统示意图
PO2电极电流信号的产生原理见第一节所述。
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。
（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。
泵
蠕动泵
测
量
室
阀或转换装置
废
液
缓
冲
液
缓
冲
液
Ⅰ
Ⅱ
湿
化
器
定标气G1
湿
化
器
参比
冲
洗
液
进
样
口
定标气G2
空气混合器
空气压缩机
CO2气瓶
血气分析仪的管路系统示意图
KCl
溶
液
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。
气路系统的类型
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
（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。
（2）气体混合器供气方式
这种供气系统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。
46 atm
空气
压力调节器
A
“三通” 945孔
B 8935孔
过滤器
C2
已调压力相
同
46 atm
CO2
C
1065孔
“四通”
D
55孔
C3
气体混合器工作原理示意图
C1
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。
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。
（三）电路系统
作用：
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。
某一血气分析仪的电路系统原理如下
图所示：
机械驱动
电
极
讯
号
空
气
检
测
恒
温
控
制
信
号
选
择
模
数
转
换
计算机
系统
固化程序及
故障诊断系
统
血气分析仪电路原理框图
显示
打印
系统
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。
四、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。
1.参比电极保养
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。
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。当发现电极不再渗参比液，或渗漏
孔处变成黄色或棕色时，应随时更换。
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12年。
如果pH电极在空气中暴露2h以上，应将
其放在缓冲液中浸泡6h24h才能使用。
蛋白质粘附在电极表面：
① 按血液→缓冲液（或生理盐水）→水→
空气的顺序进行清洗。
② 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。
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。
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。
(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；
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。
（三）常见故障及其排除方法
1．样品吸入不良
蠕动泵管老化、漏气或泵坏。需要更换管
道或维修蠕动泵。
2．样品输入通道堵塞
（1）血块堵塞
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。
（2）玻璃碎片堵塞
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。
3. pH定标不正确
pH定标液过期
原因
两种定标液接反
仪器接地不好。
4. PCO2定标不正确
① 钢瓶中气体压力过低，应更换气瓶；
② 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；
③ 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；
④ 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；
⑤ 电极膜使用时间过长或电极膜破裂，应
更换电极膜；
⑥ PCO2电极老化或损坏，应更换电极。
5. PO2定标不正确
常见原因与PCO2定标不正确的原因类似。
6．定标不正确，但取样时不报警，标本常
被冲掉
① 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；
② 连接取样传感器的连线断裂，应重新连接；
③ 取样不正确，混入微小气泡，应重新取样。
本章小结
（1）了解常用的电解质分析仪和血气分析仪。
（2）了解电解质分析仪和血气分析仪的日常维护常
识。
（3）了解电解质分析仪和血气分析仪的常见故障排
除方法。
（4）熟悉pH电极、PCO2电极、PO2电极和参比电
极的使用方法。
（5）熟悉电解质分析仪和血气分析仪的应用方法。
（6）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。
（7）掌握电解质分析仪和血气分析仪的工作原理和
组成结构。