生物化學(xué)電化學(xué)分析技術(shù)與臨床儀器課件

1、第七章 電化學(xué)分析技術(shù)和臨床相關(guān)儀器 第七章電化學(xué)分析技術(shù)和臨床相關(guān)儀器 7-1概述7-2電化學(xué)分析原理 7-3電解質(zhì)分析儀 7-4 血?dú)夥治鰞x 7-1 概 述一、電化學(xué)臨床分析儀器電解質(zhì)分析儀（electrolyte chemistry analyzers） 血?dú)夥治鰞x（blood gas analyzers）分類1.電解質(zhì)分析儀測量樣品中的指標(biāo)： 鉀、鈉、氯、鈣、鋰、pH值等 電化學(xué)分析法是建立在溶液電化學(xué)性質(zhì)基礎(chǔ)上的一類分析方法 二、電化學(xué)分析法 （Electrochemical analysis）測 定物理量參與反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)的量確定電位電流電導(dǎo)電量 7-2電化學(xué)分析原理一、pH值測定

2、原理 pH玻璃膜電極（glass membrane electrode） 玻璃電極對溶液pH的敏感程度取決于電極的玻璃膜 在25時，玻璃電極的電極電位：二、離子選擇性電極工作原理 ( principal of Ion selective electrode )1. 離子選擇性電極的結(jié)構(gòu) 膜電位：膜內(nèi)外被測離子活度的不同而產(chǎn)生 電位差 離子選擇性電極又稱膜電極（membrane electrodes ）特點(diǎn)：僅對溶液中特定離子有選擇性響應(yīng)膜電極的關(guān)鍵：是一個稱為選擇膜的敏感元件敏感元件： 單晶、混晶、液膜、功能膜及生物 膜等構(gòu)成離子選擇電極的構(gòu)造2. 離子選擇性電極的測量方法 ISE與參比電極共

3、同浸入樣品試液中構(gòu)成一個原電池，通過測量原電池的電動勢E，便可求得被測離子的活度或濃度。離子選擇性電極作正極時： 對陽離子響應(yīng)的電極，取正號 對陰離子響應(yīng)的電極，取負(fù)號三、氧分壓（PO2）電極的工作原理 PO2 電極是氧化還原電極，對氧的測量是基于電解氧的原理實(shí)現(xiàn)的 目前用得最多的氧電極是電解式的Clark氧電極，Clark氧電極是由鉑陰極、Ag/AgCl陽極、KCl電解質(zhì)和透氣膜所構(gòu)成Clark 氧電極的結(jié)構(gòu) 待測溶液中的O2可以借助電極外表面的O2滲透膜內(nèi)的PO2梯度透過膜而進(jìn)入電極 在測定時，O2在鉑陰極表面發(fā)生的反應(yīng)如下：外加直流電壓 0.4V進(jìn)入電極內(nèi)O2不反應(yīng)0.4V0.8V在鉑陰

4、極表面被還原 O2 + 2 H2O H2O2 H2O2 + 2 e- 2 OH- 在外加電壓超過0.8V時，即使PO2 = 0 mmHg，水本身也會被電解而產(chǎn)生電流 外加在PO2電極上的工作電壓通常為0.65V四、PCO2 電極的工作原理 PCO2電極是氣敏電極（gas sensing electrode），是由pH玻璃電極和銀-氯化銀電極組裝在一起的復(fù)合電極 7-3電解質(zhì)分析儀 電解質(zhì)分析儀（electrolyte analyzer） ： 采用離子選擇性電極（ISE）測量溶液中離子濃度的儀器 測定指標(biāo)： 生物樣品中的K+、Na+、Cl-、Ca2+、Li+、pH值等一、電解質(zhì)分析儀的分類（一）

5、按自動化程度分類 半自動電解質(zhì)分析儀全自動電解質(zhì)分析儀 （二）按工作方式分類 濕式電解質(zhì)分析儀 臨床上常用 干式電解質(zhì)分析儀 二、電解質(zhì)分析儀的結(jié)構(gòu)（一）濕式電解質(zhì)分析儀 離子選擇性電極參比電極分析箱測量電路控制電路驅(qū)動電機(jī)顯示器濕式電解質(zhì)分析儀基本組成 顯示器分析箱Na電極K電極參比電極測量電路驅(qū)動器邏輯控制電路操作鍵結(jié)構(gòu)框圖 到位檢測CRT顯示器CPU板運(yùn)算放大器電 極動力泵樣 品打印機(jī)B標(biāo)準(zhǔn)液A標(biāo)準(zhǔn)液廢液測定過程框圖 不同的電解質(zhì)分析儀在儀器板面上都具有人機(jī)對話的操作鍵。在分析檢測樣品時，操作者可以通過按鍵操作控制分析檢測過程 1.板面系統(tǒng)例如：汽巴康寧644 電解質(zhì)分析儀 只有 yes

6、/no 兩個按鍵，yes 鍵用來接收顯示屏上的提問，no 鍵用來否定顯示屏上的提問，通過這兩個鍵可對儀器進(jìn)行各種操作和參數(shù)設(shè)定 2.電極系統(tǒng) 電極系統(tǒng)是測定樣品結(jié)果的關(guān)鍵，決定測定結(jié)果的準(zhǔn)確度和靈敏度 指示電極參比電極 電極系統(tǒng)指示電極： pH、Na+、K+、Li+、Cl-、Ca2+、Mg2+等 離子選擇性電極。 參比電極： 銀/氯化銀電極 標(biāo)本盤、三通閥和蠕動泵的轉(zhuǎn)動、轉(zhuǎn)換均由微機(jī)自動控制 MEDICA全自動電解質(zhì)分析儀4.電路系統(tǒng)電解質(zhì)分析儀的電路系統(tǒng)由五個模塊組成 電源電路模塊微處理器模塊輸入輸出模塊信號放大及數(shù)據(jù)采集模塊蠕動泵和三通閥控制模塊 包括主信號放大器變換器（電極、標(biāo)本檢測器）

7、和其它電子系統(tǒng)間的界面，它除了鈉、鉀、氯等測量通道外，其余模擬信號也在放大系統(tǒng)上處理，所有這些信號被傳輸?shù)紺PU板上的主A/D變換器上 信號放大模塊5.軟件系統(tǒng) 提供儀器微處理系統(tǒng)操作、儀器設(shè)定程序操作、儀器測定程序操作和自動清洗等操作程序 分析儀的軟件系統(tǒng)，是控制儀器運(yùn)作的關(guān)鍵軟件系統(tǒng)的作用： 監(jiān)察分析儀的穩(wěn)定性、調(diào)校自動定標(biāo)頻率和自動測定質(zhì)控標(biāo)本，并自動將結(jié)果與預(yù)期的數(shù)據(jù)作比較評估，也能指導(dǎo)操作者日常保養(yǎng)和幫助解決故障問題 微處理系統(tǒng)程序： 在測定質(zhì)控范圍、質(zhì)控時間，設(shè)定密碼及選擇自動或手動定標(biāo)方式時，都需要設(shè)定程序 儀器設(shè)定程序： 儀器測定程序： 測定操作的控制采用人機(jī)對話方式，由操作者

8、按鍵控制，運(yùn)行過程包括啟動運(yùn)作、吸取樣本、自動分析檢測、數(shù)據(jù)處理及結(jié)果打印、自動清洗吸樣針等測量組件以及復(fù)位等待下次檢測分析等 （二）干式電解質(zhì)分析儀電解質(zhì)的干化學(xué)測定法目前主要有兩類:基于反射光度法干化學(xué)測定基于離子選擇性電極（ISE）方法干化學(xué)測定SPOTCHEM EL SE-1520 通常每測一個項(xiàng)目需要用一個干片，每個干片上帶有條形識別碼，儀器將自動識別所進(jìn)行的測定項(xiàng)目 三、電解質(zhì)分析儀的維護(hù)保養(yǎng)與故障排除 （一）儀器的維護(hù)保養(yǎng) 1. 電極系統(tǒng)的保養(yǎng) 儀器在工作過程中，由于電極的內(nèi)充液與樣品之間存在著不同程度的離子交換，使電極內(nèi)充液的濃度逐漸降低，從而使膜電位下降，導(dǎo)致測量結(jié)果偏低。需

9、要定期對電極內(nèi)充液中的離子含量進(jìn)行調(diào)整 鈉電極內(nèi)充液的濃度降低最為嚴(yán)重，要經(jīng)常檢查調(diào)整內(nèi)充液濃度 許多儀器的程序設(shè)計(jì)中已包含每日保養(yǎng)（daily maintenance）一項(xiàng)。堅(jiān)持每日用廠家提供的清潔液和鈉電極調(diào)整液進(jìn)行清洗和調(diào)整是最基本的保養(yǎng) 調(diào)整液含有氟化鈉-玻璃腐蝕劑 （1）鈉電極 鉀電極為選擇性膜電極,使用過程中會吸附蛋白質(zhì),影響電極的響應(yīng)靈敏度。每月至少更換一次內(nèi)充液（2）鉀電極 氯電極為選擇性膜電極,使用過程中亦會吸附蛋白質(zhì),影響電極的響應(yīng)靈敏度。最好用物理法進(jìn)行膜電極的清潔 （3）氯電極 每周均需檢查電極內(nèi)是否有足夠的飽和氯化鉀溶液及氯化鉀殘片。如果不夠或沒有，則需及時添加。一般

10、三個月要換一次參比電極膜（4）參比電極 清洗電極套,保持毛細(xì)管通透,使鹽橋?qū)?電極芯無需保養(yǎng),但不能用水洗或使其干燥 2.流路系統(tǒng)的保養(yǎng) 儀器在測量過程中，由于血清中含有部分纖維蛋白，蛋白將附著在液流通道 (flowpath)的泵、管路和電極系統(tǒng)毛細(xì)管的內(nèi)壁上，當(dāng)測量工作量較大時，內(nèi)壁所附的蛋白增厚，造成阻塞管路和影響樣品與電極之間的測量電位，影響正常工作和測試結(jié)果的準(zhǔn)確性（1）流路保養(yǎng) 多數(shù)儀器都有儀器流路保養(yǎng)程序，可以根據(jù)保養(yǎng)程序進(jìn)行保養(yǎng)工作。當(dāng)流路保養(yǎng)程序結(jié)束后，應(yīng)當(dāng)對儀器進(jìn)行重新定標(biāo) 流路清洗是為了保證儀器流路中沒有蛋白質(zhì)、脂類沉積和鹽類結(jié)晶 （2）全流路清洗 儀器進(jìn)入流路程序進(jìn)行清

11、洗，吸入或注射清洗液、去蛋白液或蒸餾水沖洗流路，重復(fù)23次。沖洗完畢，應(yīng)當(dāng)對儀器進(jìn)行重新定標(biāo) （二）日常維護(hù)保養(yǎng) 儀器維護(hù)保養(yǎng)每日維護(hù)每周維護(hù)半年維護(hù)停機(jī)維護(hù) 檢查試劑量，如不足1/4液面，應(yīng)及時更換；清潔儀器表面灰塵及吸樣探針，保持探針的暢通；及時棄去廢液瓶中的廢液1.每日維護(hù) 儀器應(yīng)進(jìn)行流路清洗，除去蛋白質(zhì)、脂類沉積和鹽類結(jié)晶，對儀器進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)2.每周維護(hù) 清潔泵管，用酒精棉球清潔泵管和不銹鋼轉(zhuǎn)軸，在泵管的彎處涂硅油或白色凡士林等潤滑劑3.每月維護(hù)4.每季度進(jìn)行MV值試驗(yàn)電極的MV值由儀器使用說明書給出（三）常見故障及其排除方法一些常見故障、產(chǎn)生原因和排除方法如下： 電極沒有穩(wěn)定，可以在

12、電極穩(wěn)定30min后定標(biāo) 是否停電、電源線未插入插座中、保險絲熔斷等1.儀器不工作2.定標(biāo)不能穩(wěn)定3.重復(fù)性不良 （1）電極未活化，應(yīng)活化電極； （2）電極間有漏液，應(yīng)裝緊電極或更換密封圈； （3）電極間有血樣凝塊，需拆開電極，用吸球吹凈電極； （4）參比電極有KCl結(jié)晶，應(yīng)擦凈；電極毫伏偏低，更換電極內(nèi)液或電極； （5）電極斜率（electrode slope）低于規(guī)定值，應(yīng)更換電極或重新校準(zhǔn)； （6）試劑太少或變質(zhì)，應(yīng)更換試劑 （7）系統(tǒng)校準(zhǔn)沒有進(jìn)行，應(yīng)運(yùn)行系統(tǒng)校準(zhǔn)23次 （8）系統(tǒng)校準(zhǔn)能通過，但電極斜率SLOPE值超出規(guī)定，重新運(yùn)行系統(tǒng)校準(zhǔn)23次或更換相應(yīng)電極或試劑 為保證實(shí)驗(yàn)室報告的準(zhǔn)

13、確性和穩(wěn)定性，建議操作者每天做一次質(zhì)控 4.準(zhǔn)確性不夠 如果所有測定項(xiàng)目準(zhǔn)確性差，應(yīng)更換參比電極 5.樣品不能吸入、管路有氣泡 （1）進(jìn)樣針堵塞，應(yīng)拆下進(jìn)樣針用注射器疏通沖洗； （2）三通堵塞，拆下電極用注射器疏通沖洗三通； （3）電極堵塞，拆下電極，并分解單個電極用吸球吹凈電極； （4）泵管老化，應(yīng)更換泵管； （5）管道有破裂或松動，應(yīng)更換管道或裝好管道。 6.管路堵塞 血液中的蛋白、脂類、纖維及血凝塊在管路中積聚，造成阻塞 易堵塞的地方主要有下面的4個部分： （1）采樣針與空氣檢測器部分 （2）電極腔前端與末端部分 （3）混合器部分 （4）泵管和廢液管的堵塞 7.電極漂移與失控 電極漂移的

14、最常見的原因是地線未接好,應(yīng)檢查地線；檢查漂移的電極銀棒是否未插入信號插座或接觸不良； 電壓不穩(wěn)定,最好接UPS不間斷電源或質(zhì)量較好的穩(wěn)壓電源(質(zhì)量差的穩(wěn)壓電源會引起電極漂移)； 避免電磁干擾,功率較大的設(shè)備應(yīng)盡量遠(yuǎn)離本儀器,獨(dú)立設(shè)置電源； 檢查標(biāo)準(zhǔn)液及清洗液是否已用完;檢查流通池中參比內(nèi)充液是否太少，應(yīng)及時注滿； Na、pH電極漂移時應(yīng)用玻璃電極清洗液清洗,再用蒸餾水反復(fù)沖洗即可； 如果電極全部漂移，則應(yīng)檢查參比電極是否到期； 定位不好，造成溶液未全部浸沒電極，應(yīng)重新進(jìn)行定位操作； 參比電極上方有氣泡,應(yīng)輕拍流通池,將氣泡移至Na電極上方； 試劑過期或被污染,檢查A、B標(biāo)準(zhǔn)液及清洗液瓶,是否

15、有絮狀沉淀。 8.測試血樣出現(xiàn)異常值 附近是否有大功率電器開動或漏電(如離心機(jī)、電冰箱)，造成電壓波動； 測試時吸入凝血； 溶液未到位,可查看定位是否良好,如果溶液到位不好,可用服務(wù)程序中重新定位程序來進(jìn)行重新定位； 檢查盛血樣的容器是否污染,是否殘留了消毒液等物質(zhì)； 查看校正因子是否正確,如有異常,可將校正因子清除； 是否長時間未標(biāo)定,可重新標(biāo)定后再測。 電極斜率低,將造成測試線性不好,有時也影響電極的重復(fù)性,其主要原因有: 電極膜板上吸附蛋白過多； 空氣濕度太大； 溫度太低； 壽命將至。 9.電極斜率降低 血?dú)夥治鰞x（blood gas analyzer）是利用電極對人全血中的酸堿度（pH

16、）、二氧化碳分壓（PCO2）和氧分壓（PO2）進(jìn)行測定的儀器 7-4 血?dú)夥治鰞x 根據(jù)所測得的pH、PCO2、PO2參數(shù)及輸入的血紅蛋白值，血?dú)夥治鰞x可進(jìn)行計(jì)算而求出血液中的其它參數(shù)，如： 實(shí)際碳酸氫根濃度（AB）標(biāo)準(zhǔn)碳酸氫根濃度（SB）血液緩沖堿（BB）血漿二氧化碳總量（T-CO2）血液堿剩余（BEblood）細(xì)胞外液堿剩余（BEECF）血氧飽和度（SO2） 一、工作原理電極系統(tǒng)管路系統(tǒng)電路系統(tǒng) 血?dú)夥治鰞x種類型號很多，其基本結(jié)構(gòu)均可分為三大部分： 鍵 盤參比電極pH電極前置放大放大樣品室PCO2電極前置放大反對數(shù)放大PO2電極前置放大放大模數(shù)轉(zhuǎn)換測量管打印輸出輸出顯示溫度控制微 機(jī)管路系統(tǒng)

17、血?dú)夥治鰞x的工作原理圖二、儀器結(jié)構(gòu)（一）電極系統(tǒng)電極是血?dú)夥治鰞x的電化學(xué)傳感器 離子極-主要有K+、Na+、Li+、Ca2+、 Cl-、pH和pCO2 電極 伏安型傳感器-主要是PO2 電極電化學(xué)傳感器主要包括兩大類： 一般的血?dú)夥治鰞x使用四支電極： pH 電極 PCO2 電極 PO2 電極 pH 參比電極。 （二）管路系統(tǒng) 血?dú)夥治鰞x的管路系統(tǒng)比較復(fù)雜，是血?dú)夥治鰞x很重要的組成部分 功能有完成自動定標(biāo)、自動測量、自動沖洗等 管路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通常由氣瓶、溶液瓶、連接管道、電磁閥、正壓泵、負(fù)壓泵和轉(zhuǎn)換裝置等部分組成血?dú)夥治鰞x的管路系統(tǒng)示意圖蠕動泵測量室參比進(jìn)樣口沖洗液濕化器緩沖液緩沖液廢液濕化器泵

18、KCl溶液定標(biāo)氣G1定標(biāo)氣G2空氣壓縮機(jī)CO2氣瓶空氣混合器閥或轉(zhuǎn)換裝置（三）電路系統(tǒng) 將儀器測量信號進(jìn)行放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換、對儀器實(shí)行有效控制、顯示和打印出結(jié)果，并通過鍵盤輸入指令 作用： 某一血?dú)夥治鰞x的電路系統(tǒng)原理如下圖所示：顯示打印系統(tǒng)固化程序及故障診斷系統(tǒng)機(jī)械驅(qū)動模數(shù)轉(zhuǎn)換信號選擇電極訊號空氣檢測計(jì)算機(jī)系統(tǒng)恒溫控制血?dú)夥治鰞x電路原理框圖 四、血?dú)夥治鰞x的維護(hù)、保養(yǎng)與故障排除 血?dú)夥治鰞x作為一種精密的分析儀器，操作比較簡單，關(guān)鍵是日常的維護(hù)和出現(xiàn)問題后故障的排除 （一）電極的保養(yǎng) 電極是一種十分貴重的部件，應(yīng)注意保養(yǎng)，盡量延長其壽命電極的保養(yǎng)一般是儀器自動進(jìn)行1.參比電極保養(yǎng) 參比電極套需要

19、定期更換。如果一天作100個樣品，每周應(yīng)更換一次；一般情況下兩周可更換一次；在樣品較少時，可視具體情況延長更換時間。當(dāng)發(fā)現(xiàn)電極不再滲參比液，或滲漏孔處變成黃色或棕色時，應(yīng)隨時更換 更換鹽橋或電極內(nèi)的KCl溶液時，除加入飽和的KCl溶液外，還需加入少許的KCl結(jié)晶，使其在37 恒溫條件下也達(dá)到飽和2.pH電極的保養(yǎng) 不管是否使用pH電極，其使用壽命一般都為12年 如果pH電極在空氣中暴露2h以上，應(yīng)將其放在緩沖液中浸泡6h24h才能使用 按血液緩沖液（或生理鹽水）水空氣的順序進(jìn)行清洗 蛋白質(zhì)粘附在電極表面： 或用隨機(jī)附送的含蛋白水解酶的清洗液或自配的0.1%胃蛋白酶鹽酸溶液浸泡30分鐘以上，用生

20、理緩沖液洗凈后浸泡備用3.PCO2電極保養(yǎng) 電極要經(jīng)常用專用清潔劑清洗，如果經(jīng)清洗、更換緩沖液后仍不能正常工作時，應(yīng)更換半透膜 電極用久后，陰極端的磨砂玻璃上會有Ag或AgCl沉積?？捎玫斡型饩彌_液的細(xì)砂紙磨去沉積物，再用外緩沖液洗干凈 清洗沉積物、半透膜和電極的更換應(yīng)定期進(jìn)行 4.PO2電極的保養(yǎng) PO2電極中干凈的內(nèi)電極端部和四個鉑絲點(diǎn)應(yīng)該明凈發(fā)亮 每次清洗時，都應(yīng)該用電極膏對PO2電極進(jìn)行研磨保養(yǎng)PCO2電極和PO2電極在保養(yǎng)后，均需重新二點(diǎn)定標(biāo)，才能使用(二)儀器的日常保養(yǎng) 1.每天檢查大氣壓力、鋼瓶氣體壓力； 2.每天檢查定標(biāo)液、沖洗液是否過期，檢查氣泡室是否有蒸餾水； 3.每周更換一次內(nèi)電極液，定期更換電極膜； 4.每周至少沖洗一次管道系統(tǒng)，擦洗分析室； 5.若電極使用時間過長，電極反應(yīng)變慢，可用電極活化液對pH、PCO2電極活化，對PO2電極進(jìn)行輕輕打磨，除去電極表面氧化層； 6.儀器避免測定強(qiáng)酸強(qiáng)堿樣品，以免損壞電極。若偏酸或偏堿液測定時，可對儀器進(jìn)行幾次一點(diǎn)校正； 7.保持環(huán)境溫度恒定，避