SINO-005电解质分析仪的研制与实现

　　0　引言

　　电解质分析仪(Electrolyte analyzer)是一种具有高输入阻抗、高分辨率和高精度的仪器,可以与多种离子选择电极配套使用,采用离子电极选择性原理自动测定样品中钾(K)、钠(Na)、氯(Cl)、钙(Ca)离子的浓度和pH值的仪器。其在临床医学上发挥着很重要的作用,当机体某些器官发生病变或受到外源性因素的影响时,可能引起或伴有电解质代谢紊乱,如果不及时发现并加以纠正,可导致全身器官系统特别是心血管系统、神经系统的生理功能和物质代谢障碍,严重时将危及生命。因此,及时准确分析体液(主要是血液、尿液和脑脊液等)中的各种离子的活度是临床化学检测项目中的重要内容[2]。

　　1　测量原理

　　钾、钠、氯、钙和pH值的测量采用离子选择电极法。

　　1·1　离子选择电极法

　　离子选择电极法(Ion Selective Electrode, ISE)是目前国内外电解质分析系统采用的主流检测方法,它是通过检测离子选择电极和参比电极输出之间的电压差从而得到待测离子活度的。离子选择电极法的原理符合电化学中的能斯特(Nernst)方程。

　　Em=E0+S·lg(Φax) (1)

　　式中:Em为离子电极在溶液中的电极电位;

　　E0为电极的标准电极电位;

　　Φ为离子在溶液中的活度系数;

　　ax为x离子的浓度;

　为电极斜率,它与绝对温度T和得失电子数n有关,R为气体常数,F为法拉第常数。当离子浓度一定或者溶液浓度小于10-4mmol/L时,式(1)中可以以浓度ax代替Φax,即

　　Em=E0+s·lgax(1’)

　　Nernst方程表明在一定的条件下,离子选择性电极电位(E)与溶液中被测离子质量浓度的对数成正比。传感器只针对特定的离子敏感,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。由于外界温度、液体电位等因素对测量的准确性会产生影响,所以要在测量前长时间使用仪器时对电极进行两点定标。即首先检测两个所含各种已知离子质量浓度的标准液(A标和B标)的电极电位,求得电极的响应斜率(S)值,从而确定各电极响应特性,然后再测定样品溶液的电极电位,根据Nernst方程算得样品溶液中被测离子的质量浓度。基本原理如下:

　　设定A标准液和B标准液所对应质量浓度分别为CA和CB,电极电位分别为EA和EB,A标准液和B标准液之间的电位差设为ΔE标,则

　　式(2)中aA、aB已知,ΔE标测得,故可求得S。

　　基于以上理论,可测得病人体液中特定离子的浓度为:

　　S由式(2)求得, aA已知,ΔEX可测得,代入式(3),即可求得待测浓度aX。