临床生物化学/血气分析仪测定原理及仪器结构

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临床生物化学

体液平衡紊乱
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  - 血气分析仪测定原理及仪器结构
  - 血气分析仪分析方法
  - 血气检测的质量控制

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O₂，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CO₂、O₂和N₂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CO₂吸收剂及O₂吸收剂分别将两种气体吸收，根据压力的改变，再计算出CO₂和O₂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HCO₃^－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lgPCO₂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、PCO₂和PO₂三项基本数据，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O₂、CO₂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、PO₂、PCO₂）、进样室、CO₂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。

（一）电极系统

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⁺浓度，其电极是一个对H⁺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⁺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⁺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⁺］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。

⒉PCO₂电极PCO₂电极属于CO₂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(NaHCO₃5mmol/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CO₂通过，带电荷的H⁺及带负电荷的HCO₃^－不能通过。CO₂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NaHCO₃、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PCO₂数值呈线性关系（△pH/logPCO₂），根据这一关系即可测出PCO₂值。

pH电极结构示意图

图5-7 pH电极结构示意图

PCO₂电极灵敏度以－pH/lgPCO₂=1.0为准，即PCO₂上升1.33kPa，pH值下降1pH单位。测定范围为0.6-33.3kPa(37℃)。

Co₂＋H₂O→H₂CO₃→H⁺＋HCO₃^－

⒊PO₂电极PO₂电极是一种对O₂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O₂可透过。当样品中的O₂透过聚丙烯膜到达Pt阴极表面时，O₂不断地被还原，产生如下化学变化：

阴极反应O₂＋2H₂O＋4e^－→4OH^－

电解质反应NaCl＋OH^－→NaOH＋Cl^－

阳极反应Ag⁺＋Cl^－→Agcl＋e^－

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PO₂成正比，以此测出PO₂值（图5-9）。PO₂电极可测定范围为0-106kPa。

（二）管道系统

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、CO₂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CO₂（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O₂和5.5％的CO₂；“气体2”含9％-11％的CO₂，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。

PCO2电极结构示意图