第9章电化学技术概要

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
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
pH系统：
标
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：
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 析 Na电极 K电极 测 量 电 路 显 示 器
箱 参比电极
驱 动 器
逻辑控制电路
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
电位 电流 电导 电量 确定
测 定 物理量
参与 反应的化学物质的 量
电位分析法
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
放大 模 数 转 换
PCO2电极
前置放大
反对数放大
PO2电极
前置放大
放大
管路 系统
温度控制 微机
输出显示 打印输出
键盘
血气分析仪的工作原理图
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
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 氯化银层 银层 电位计
参比层 氯化银层 银层
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
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）。
（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。
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 )
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 4.655 ~ 5.985kPa (均值5.32 kPa) 10.64 ~ 13.3 kPa
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（PCO2）
和氧分压（PO2）进行测定的仪器。
测量样品中的指标： pH、PCO2、PO2、AB、SB、 BB、TCO2、BE blood、BEECF、 SO2等。
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。
非正常生理指标 <7.35 酸血症 <4.655 kPa >7.45 碱血症 >5.985 kPa
pCO2
pO2
低碳酸血症
<7.3 kPa 呼吸衰竭
高碳酸血症
<4 kPa 有生命危险
男
Hb
女
120~160g.L-1 110~150g.L-1
一、工作原理
参比电极 测 量 管 样 品 室
pH电极
前置放大
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23次。冲洗完毕，应当对仪器进行重 新定标。
（二）日常维护保养
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 1.仪器不工作 3.重复性不良 5.样品不能吸入、管路有气泡 6.管路堵塞 8.测试血样出现异常值
2.定标不能稳定
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。
第九章 电化学分析技术和临床相关
仪器
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
（electrolyte chemistry analyzers）
分类
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
Clark氧电极是由铂阴极、Ag/AgCl阳极、KCl电解质和透气膜 所构成。
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。
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。
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；
ISE 法测量
对阴离子响应的电极，取负号。
直接法血清不经稀释直接由电极测量
ISE测量方法
间接法血清经一定稀释后由电极测量。
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
甘汞 电极
饱和 KCl 血液
PBS
Ag/AgCl 电极
Βιβλιοθήκη Baidu放大器
PH7.38
pH 测量系统示意图
Ag/AgCl
入口 出口
气泡
缓冲液
PH敏感玻璃膜
循环水
吸收泵
甘汞电极
屏蔽电线 玻璃电极
饱和KCl
连接管
恒温水浴
聚乙烯管
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
运算 放大器
电极
动力泵
样品
打印机
废液
A 标准液
B 标准液
AVL 9181型 电解质分析仪 内部结构示意图
（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
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. 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：
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。
4.准确性不够
7.电极漂移与失控
9.电极斜率降低
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：
（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。
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 PH敏感玻璃膜 液体界面
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。
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