全自动临床电解质分析仪的研制

时间：2020-01-05作者：镇江倍能医疗仪器有限公司浏览：1253

人体血液中钾(K+)、钠(Na+)、氯(Cl-)、钙(Ca2+)、全自动电解质分析仪碳酸氢盐(HCO-3)离子是人体电解质的主要成分。通过测量血液中K+、Na+、Cl-、Ca2+、HCO-3的含量,便可判断血液中阴、阳离子是否平衡,这对临床医生诊断疾病和实施手术十分重要。国内临床上,测量血液中钾、钠、氯、钙离子采用基于离子选择电极法的电解质分析仪,但对碳酸氢盐的测定并不理想。基层医院大多采用手工酸碱滴定法,大中型医院采用酶法。手工酸碱滴定法的缺点是,操作繁琐,测量结果重复性差,对操作水平要求较高,滴定用标准试剂容易被空气中的二氧化碳污染而变质。酶法所用试剂昂贵,需要大型全自动生化分析仪。20世纪90年代,美国Conron公司推出了能同时测量钾、钠、氯、碳酸氢盐四种参数的664Fast4全自动电解质分析仪,Beckman公司推出了能同时测量钾、钠、氯、钙、碳酸氢盐、肌酐等八参数的CX3急诊分析仪,但这些仪器价格昂贵,国内医院大多难以承受。我们开发了一种能同时测量血清中钾、钠、氯、钙、碳酸氢盐含量的HC-9886型全自动临床电解质分析仪(已申请两项地区**)。该仪器有以下优点:
    (1)采用动态量压法测量血液中的TCO2。同其它测量TCO2的方法(离子选择电极法、酸碱滴定法、酶生化分析法)相比,具有测量精度高、传感器寿命长、分析速度快、分析成本低等优点。
    (2)将测量K+、Na+、Cl-、Ca2+/pH的离子选择电极模块与测量TCO2的动态量压法模块精巧连接,实现了一次进样可同时测量K+、Na+、Cl-、Ca2+/pH、TCO2五种参数,并计算出阴离子间隙AG。以前测量上述五种参数需用两种仪器,样品用量300μL,分析时间5~10min,现在仅用一种仪器,样品用量150μL,分析时间90s。目前,HC-9886型全自动临床电解质分

 

析仪已在全国近400多家医院的临床检验中得到应用。
    2　测量原理
    钾、钠、氯、钙的测量采用离子选择电极法,碳酸氢盐的测量采用动态量压法。
    2.1　离子选择电极法
    离子选择电极是一种电化学传感器,它将溶液中特定离子的活度转变成电极电位的变化,电极电位和溶液中离子活度的关系符合Nernst方程[4]。传感器只对特定离子敏感。将钾、钠、氯、钙四种电极组合起来,即可同时测量待测样品中钾、钠、氯、钙离子的含量。为克服温度、液接电位等因素对测量结果的影响,测量前,须先对电极进行标定。仪器依次自动吸入浓度分别为CA和CB的标准溶液A和标准溶液B,测得其电位值EA和EB,根据Nernst方程求出电极的实际斜率S。S =EB-EAlg(CB- CA)(1)
　　标定完毕后,吸入样品,测量样品的电位值Ex,用下式计算出样品中待测离子的浓度Cx:Cx= CA·10Ex-EBS(2)
　　血清中离子钙的浓度随血清pH值的改变而改
变。临床上要求测量的离子钙浓度是人体正常pH
值(即pH=7.4)时的浓度值。实际测量时,由于血清中CO2的逸出,样品pH值有很大变化,一般在7.6~8.2之间,因此测量离子钙时,**同时测量pH值,以校正离子钙的测量结果。校正公式如下[5]:CapH=7.4= Ca实际{1+0.53(pH实际-7.4} (3)
    2.2　动态量压法
    将血清样品放入一定体积的容器中,加入过量的酸,使样品酸化,产生CO2气体,用电子压力传感器测定该气体的压力。该压力正比于CO2气体的摩尔数,通过测量气体压力即可计算出血清中碳酸氢盐的含量。化学反应式如下:CHO-3+H+→H2O+CO2↑(4)酸化后,1mol的HCO-3产生1mol的气体,气体压力与样品中碳酸氢盐的含量有如下关系:
    3　仪器结构
    仪器由自动进样系统、液流分配、测量系统、自动控制及信号处理系统组成。结构原理如图1所示。自动进样系统由进样盘和进样针组成。进样盘由一个步进电机控制,作水平转动。每个进样盘可同时放入40个样品杯,其中4个样品杯分别存放质控溶液、碳酸氢盐的标准溶液、去蛋白液和电极活化液,其余36个样品杯用来存放待分析的样品。另一个步进电机控制进样针垂直上下运动,吸取样品。液流分配及测量系统由旋转5通阀,两只蠕动泵,离子选择电极,反应池,压力传感器,真空泵,电磁 阀,搅拌电机及相应的溶液组成。自动控制及信号处理系统由微机系统,包括触摸键盘、液晶显示器、热敏打印机及相应的接口电路,信号放大及数据采集系统组成。测量时,先依次吸入标准溶液,分别对离子选择电极、压力传感器进行定标,然后再测量样品。只需一次进样,即可测量出样品中钾、钠、氯、钙、碳酸氢盐五种参数。一个样品测量完毕,电磁阀1打开,真空泵启动,将反应后的溶液排出,自动进样盘又转到下一个样品位,进行下一个样品的测量。自动进样及液流分配系统的进样盘、进样针、五通旋转阀、吸样蠕动泵1、加反应液蠕动泵2,分别由5个步进电机控制。电磁阀1、电磁阀2和真空泵分别由3个开关管控制,搅拌电机用固态继电器控制。一般情况下,步进电机转动时给绕组加励磁电流,不工作时切断电流,防止电机过热。如果停止对进样针控制电机的电流供给,进样针会因自身重量向下滑动,为防止这种现象发生,**给电机加一定的电流,维持电机一定的转距。本系统采用日本三菱公司恒流斩波驱动步进电机控制芯片M54646,可以通过控制输入电压来控制步进电机励磁电流的大小。进样针电机的控制电路如图2所示。
    4　硬件设计
    硬件由微机系统,信号放大及数据采集系统组成。仪器硬件总框图如图3所示。微机系统由70108(v20)CPU、时钟复位电路、实时时钟电路、存储器、触摸键盘、240×64点阵图形LCD显示器及热敏打印机组成。CPU采用NEC公司的16位**70108微处理器,该CPU具有抗干扰能力强,寻址范围大(1 M)等优点。240×64大屏幕点阵图形LCD显示器能显示每屏4行,每行15个汉字,实现人机对话操作。热敏打印机选用日本精工公司的高速高分辨率LTP1245打印机头,分辩率为8点/1mm,打印速度10行汉字/s。我们自己开发了打印头接口驱动板,实现测量结果的打印及测试过程状态信息的提示。信号放大及数据采集系统直接影响仪器的测量精度。离子选择电极为高输出阻抗信号源,故对信号的**级放大器采用高输入阻抗CA3140T进行阻抗变换,*二级放大采用**、低漂移放大器OP07。压力传感器采用Motorola公司5050DP压力传感器。传感器内部自带信号调理功能,输出信号为mV级电压信号。放大后的离子选择电极信号和压力传感器信号,通过多路模拟开关分别送到A/D转换器。A/D转换器采用精度高、抗干扰能力强的双积分型7109A/D转换器。
    5　软件设计
    应用软件用汇编语言编写。开机后,先进行系统自检,然后仪器吸入电极活化液对离子选择电极进行活化,15min后吸入标准液,分别对离子选择电极和压力传感器进行定标。定标完成后,进入主菜单。主菜单上有6种功能,如图6所示
    6　临床应用
    对仪器进行了临床试用,结果表明,HC-9886型全自动临床电解质分析仪测量参数多,测量精度高,线性范围宽,交叉污染率低,与美国Beckman公司的CX-3急诊分析仪有良好的相关性,仪器性能稳定,能满足临床检验的要求。
镇江倍能医疗仪器有限公司专注于电解质分析仪等

• 词条

  词条说明

• 早产儿电解质紊乱状况及其影响因素分析

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