血气分析仪结构原理及其进展

沉默

陈 康 华中科技大学协和医院武汉 430022
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。

    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。而血液运送氧气到组织．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(PH)、二氧化碳分压、氧分压进行定量测定来分析和评价人体血液酸碱平衡状态和输氧状态的仪器。由于该仪器分析快速、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、中毒等疾病诊疗中所必备的设备。
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量。毛细管管壁上开有4个孔，PH、PH参比、PO2和PCO2 4支电极感测头紧紧将这4个孔堵严，其中，PH和PH参比电极共同组成对PH值的测量系统，被测量的血液吸入测量毛细管后，管路系统停止抽吸；这样，血液中PH、PCO2和PO2同时被4支电极所感测，电极将它们转换成各自的电信号，这些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PH电极和PH参比电极。它们共同完成对PH的测量工作。PH电微是利用电位法原理来测量溶液的H+浓度．其电极是一个对H+敏感的玻璃电极，同时还必须用另一电位值已知血样中的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。它们的测量是基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；二氧化碳电极也是一个气敏电极．前部有一层半透膜，它只允许二氧化碳气体分子通过，而阻止其他气体分子和离子通过，测得的PH值经过对数变换可以得到PCO2值。南于PH和PCO2之间是一种比例的关系，而血气分析方法是一种相对测量的方法。因此，在进行测量之前。首先要用标准的液体及气体来确定PH、PCO2 3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。每种电极都要有2种标准物质来进行定标，以便确定建立工作曲线最少所需要的2个工作点。
    为了完成样品的自动定标、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。
    PH系统使用PH值为7.383和6.840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。第一种混合气中二氧化碳的浓度为5%，氧浓度为20%；第二种二氧化碳浓度为10% ，但不含氧气。也有的是将上述2种气体混合到2种PH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，一旦发现问题，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
<P>    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37℃，其内部设有传感器、加热器、过温开关和液位检测器．采用蠕动泵向测量室抽吸样品和定标液冲洗；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。由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、II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37℃，再经转