1、仪 器 原 理 一 血气分析仪结构原理及其进展 陈 康(华中科技大学协和医院武汉 f 4 3 0 0 2 2)摘要 血气分析仪是急性呼吸衰竭诊疗、外科手术、抢救 与监护过程能够发挥至关重要 的仪器。随 着科学技术 的发展，血气分析仪 的性 能指标也极 大地提 高。本文主要从 血气分析仪 的组成、工作原理 及其进展进行探讨。关键词 血气分析仪；组成；工作原理；进展 中图分类号：T H 7 7 6 文献标识码：B 文章编号：1 0 0 3 8 8 6 8(2 0 0 6)l 1-0 0 6 7 0 3 S t r u c t ur e pr i n c i pl e o f bl o od ga
2、s a n a l y z e r a n d i t s p r o gr e s s CHEN Ka n g (U n i o n H o s p i t a l，H u a z h o n g Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y，Wu h a n 4 3 0 0 2 2，Ch i n a)Ab s t r a c t Bl o o d g a s a n a l y z e r i s v e r y i mp o r t a n t i n t h e d i a g n o s i s a n
3、d t r e a t me n t o f r e s p i r a t o r y f a i l u r e，s u r g i c a l o p e r a t i o n，a n d e me e n c y c a r e Ah mg w i t h t h e d e v e l o p me n t o f s c i e n t i fi c t e c h n o l o g y，t h e f u n c t i o n i n d e x e s o f t h e a n a l y z e r a l s o g e t t r e me n d o u s e
4、 x a l t a t i o n T h i s t e x t ma i n l y c o me s t o c a r r y o n t h e r e l a t e d s t u d y o f t h e b l o o d g a s a n a l y z e r f rom f o l l o w i n g t h r e e a s p e c t s：1 T h e c o n s t i t u t i o n o f t h e b l o o d g a s a n a l y z e r；2 Th e wo r k p r i n c i p l e o
5、 f t h e b l o o d g a s a n a l y z e r；3 T h e p r o g r e s s o f t h e b l o o d g a s a n a l y z e r Ke y wo r d s b l o o d g a s a n s l y z e r；c o n s t i t u t i o n；w o r k p rin c i p l e；p r o g r e s s 人类的生存依赖于新陈代谢。一方面需要通过消化道摄 取食物 排 出废物；另一方面则需要通过呼吸吸人氧气 呼 出二 氧化碳。正 常的新 陈代 谢伴 随着 人体 内环境 酸
6、碱 平衡 及电解质的平衡；人体为了维持酸碱的稳定。依靠缓冲代偿 调 整等一 系列生理 机制进 行调 节，保 持酸 碱平衡；如果 呼吸 代谢 及体 内调节 机制 的任何 一 方 面出现病 患时 就会 引起 人体 内的酸碱紊乱。呼吸是新 陈代谢 的重要组成 部分，也是 机 体对 氧 的摄取 与 消耗及 二 氧 化碳 的产生 与 排 卅的 过程。而m液运 送氧气 到组 织 同时 又运送 二氧 化碳 到肺部 以排 除体 外。因此 血液 中的氧和 二氧化碳 是反映人体 代谢状态 的重要指标 血气 分析仪是 通过对人 体血液及 呼出气的酸碱度(P H)、二氧化碳分压、氧分压进行 定量测定来分析和评价人体
7、血液 酸碱平衡 状态和输 氧状态 的仪器。南于该仪 器分析快 速、准 确、可靠，在临床上它主要被用于昏迷休克、严重外伤等危重 病人 的抢 救 以及外 科手术 的治疗效 果的观察 和研究工 作。也 是肺心病、肺气肿、呕吐、腹泻、中毒等疾病诊疗 巾所必备的 设备。1 血气分析仪的工作原理 被测 血液在管 路系统的抽吸下。被抽进样 品窜 内的测量 毛细管中测最。毛细管管壁上开有4 个孑 L，P H、P H参 比、P O 和 P C O：4 支电极感测 头紧紧将这4 个孑 L 堵严，其 中，P H和P H参 比 电极共同组成对P H 值的测龟系统，被测量的血液吸入测量毛 细管后，管路 系统停止抽 吸；
8、这样，血 液中P H、P C O 2 和P O 2 同时 被4 支电极所感测，电极将 它们转换 成各 自的 电信 号，这 电 信号经过放大模数转换后被送至计算 机统 汁，计算机处理后 将测量值和计算值 显示 出来并打 印出测量结果。2血 气 分 析 仪 的 组成 血气分析仪主要是由电极系统、管路系统及 电路系统组成。2 1 电 极 系 统 电极系统土要分 为P H电极和P H 参 比电极。它们共 同完成 对P H 的测量工作 P t t 电微是利用 电位法原理来测 溶 液的H 十 浓度 其电极是一个对H+敏感 的玻 璃电极，同时还必须用另一 电位值 已知血样 中的 +与玻璃电极膜 中的金属离子
9、进行交换 产生 电位差异。它 与血样 中的H+浓度成 正比例关 系。一 般采用 大气 中的空气和纯 二氧化碳2 种气 体按 一 定 比值混合 产生，两 者之间存在着对数关系。氧电极是一个气敏电极。它们的测量 是摹于 电解氧 的原理而实现的。氧 电极产生 的电流很 小，所 配 的放大器 为高输 入阻抗、低 噪声的微 电流放 大器；氧化碳 电 极也屉一 个气敏 电极 前 部有 一层半透膜，它 只允许二 氧化碳 气体分 予通过，而阻止其 他气体 分子和离子通过，测得 的P H值 经过对数变换可 以得到P C O 值。南于P H和P C O 之间是 一种 比 例 的关 系，而 血气分析方 法是一种相对
10、测量 的方法。因此，在 进行测量之前。首先要 用标准的液体及气体 来确定P H、P C O 3 套电极的 l l 作曲线 通常把确定 电极系统 1 二 作 曲线 的过程 叫 做定 标或校准。每种 电极都要有 2 种标 准物质束进行定标，以 便确定建立_丁作 曲线最 少所需要 的2 个_ L 作点 为 了完成样品 的白动定 标、自动测量 和 自动 冲洗等功 能，一般的血气分析仪均装有 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 标气与定标液 的有、无、供、停 等均 由计算机来进行 控制或监测。P H系统使用 P H值 为
11、7 3 8 3 和6 8 4 0 左 右 的2 种标 准缓 冲液 进行定标。氧和_ 二 氧化碳 系统用2 种混合气体 来进行 定标。第 一种?昆合气中二氧化碳 的浓度 为5，氧浓度 为2 0；第 二种二 氧化碳浓度为 1 0 ，但 含氧气。也有 的是 将j-述2 种气体混 合到2 种P H缓冲液内，然后对3 种电极一起进行定标。无论何种 型号 的血气分析仪，均需 要在总定标 即对每种电极进行2 点定 医疗卫生装备 2 0 0 6 年第 2 7卷第 1 1 期 7 Ch i ne s e Me di c a l Eq ui pme n t J ou r na l 2 0 06 Vo1 27 NO
12、 1 1 V 维普资讯 http:/ i仪 器 原 理 标建立工作曲线之后，才能进行测量工作。在工作过程中，仪 器还能 自动对电极进行一点定标，随时检查 电极偏离 工作 曲 线 的情况，一 发现 问题，仪器便 停止测量工作。要 求再新定 标。保证所测数据的正确性。2 2管路系统 管路系统是血气分析仪样 品测量 的通路。它在计算机 的 控制下能够自动完成气体和液体的定标，自动完成样品的测 量，以及 自动完成对电极和通道的检测。其管道 系统 比较 复 杂：管路 的中心是恒温测量 室，气体 的温度一 般 为3 7 c【=。其 内 部设有传感器、加热器、过温开关和液位检测器 采用蠕动泵 向测 事抽吸样
13、品和定标 液冲洗：蠕动泵通 常采用真空泵产 生强负压 使冲洗液快速 冲洗管道。南转换器完成各种液气路 的转换，从而让不同的液体或气体按 预先设 置好 的程序进入 测量室。缓冲液I、I I 气体经过减压阀减压后，经过湿化器湿化 后再经过预热器，将定标气体加热 到3 7 再经转换器送到测 量 室中对P O 2 和P C 0：电极进行定标。冈电极 的转换稳定性对 温 度变化非常敏感，因此，测量室应是一个恒温系统。早期的测 量室采用水浴式、空气 浴式等 但 阏恒 温速 度慢、热稳定性 较 差等原因，已被后期的固体恒温式所取代。同体恒温式通常是 将 一块铝块开槽、打孔 后，装入温度加热 器、温度感测装置
14、 和 透明的测量毛细管。由于它是靠金属 导热的，整个金属块就是 一个恒温体，因此，在固体 恒温式测培窀 中，加热速度快，热均 匀性比较好，恒温精度也较高。通 常测茸 窜的温度被恒定 在(3 7 1)c C。管路系统主要由测鼍窜、转换器、真 空泵、蠕动泵、气路 系 统 和液路系统组成。(1)测量室。测量室是一 固体铝块，测量 毛细管位 于测量 室内，是一根透明的细塑料管，管壁上 留有4 个小孔 分别用 于 漏 出参 比电极、P C O 2 电极、P H电极、P O 电极 的端部。在毛细管 上还设 有4 个样 品探测 器头，检测取样情况。测 出样 品所到达 的部位，发 出信号给计算机完成取样过程。
15、测量室 内还有加热 器和温度传感器，传感器负责反馈信号到温控电路，使测量窜 停 止或开始加热，电极 对温度非常敏感，温 度不 同 电极 的转 换效率就不 同。为保证转换精 度，即保证测量数值 的准确性，温度变化一般控制在 O 1 之 间。(2)转换器。转换器为上面有7 个圆孔的塑料 圆盘，它将所 有的管路和测量毛细管连接起来，以便使定标液、冲洗液、定 标气体、标本能进入测量毛细管。转换器上从左到右这7 个孔 分别为：备用孔；封闭位置，在此位置时，如果转换盘落 下，町以将进样口封闭住；清洗液出口；缓冲液2 出口；缓冲液1 出口；定标气体出口；冲洗水位置。转换器上共有 1 4 个位置，前7 个位置
16、是 为了向测量室 流入液体、气体。后7 个 位置是毛细管流 出的通道。转换器可 以正转 也可反转 由程 序控制计算机发出信号 来驱动电机实现转动。(3)真空泵、蠕动泵。真空泵和蠕动泵是血气分析仪 内部 的2 个泵，用来完成仪器的定标、测量、冲洗。真空泵主要用来 抽负压，使 废液瓶 内维持负，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。蠕动泵在定标时用来抽取缓冲液到测量室。而测血样 时用来抽取样品，蠕动泉有快慢两档速度，用缓冲液定标和测 Q 医疗卫生装备-2 0 0 6 年第 2 7 卷第 1 1 期 u u Ch in e s eM e d ic e I E q u i p me n t d o u ma 1 2 0 0 6V o 12 7N o 1 1 量时 样 品还未到 达测量室时，蠕 动泵快速转 动：当样 品到 达测莓室内时，蠕动泵变为慢速度转动，以便确保样品能够充 满测量室而且没有气泡；同时蠕 动泵抽 出冲洗液 充满湿化器。湿化器出 口部分装有水位传感器，用于保证湿化器水位恒定。(4)气路系统。管 中的气路部分，由外接气源提供