CN101498713B - 血液-气体反应监测与控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于流体检测技术领域，涉及一种血液-气体反应监测与控制装置，包括供气系统，气体混合罐，气液反应罐，数据采集与控制器，所述供气系统包括钢瓶柜、置于钢瓶柜内的钢瓶、钢瓶通过各自的管路和设置在管路上的电磁阀分别与气体混合罐和气液反应罐相连，气体混合罐与气液反应罐之间相连通，所述的气体混合罐内设置有压力传感器，所述气液反应罐内设置有液位检测器、压力传感器、pH电极和溶解氧传感器，所述气液反应罐上方的侧壁上还固定有多个气体浓度传感器，数据采集与控制器用于控制连接在各个管路上的电磁阀，采集压力传感器、pH电极、溶解氧传感器以及各个气体浓度传感器的测量数据。本发明适用于水溶液和非水溶液的检测，可检测的气体包括氧气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、一氧化氮、二氧化氮等，并适用于自然血液(包括人和动物)的载气性能分析，兼具血气分析仪的全部功能。

Description

血液-气体反应监测与控制装置

技术领域

本发明属于流体检测技术领域，涉及一种血液-气体反应监测与控制装置。

背景技术

目前，市场上的血气分析仪只能检测水溶液体系中血-气反应，直测项目少，计算项目多，检测时需要定标试剂，需经常更换膜电极，不适用于非水溶剂下的血气检测，特别是人工血液的检测。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种血液-气体反应监测与控制装置。

为此，本发明采用如下的技术方案：

一种血液-气体反应监测与控制装置，包括供气系统，气体混合罐，气液反应罐，数据采集与控制器，其特征在于，所述供气系统包括钢瓶柜、置于钢瓶柜内的钢瓶、钢瓶通过各自的管路和设置在管路上的电磁阀分别与气体混合罐和气液反应罐相连，气体混合罐与气液反应罐之间相连通，所述的气体混合罐内设置有压力传感器，所述气液反应罐内设置有液位检测器、压力传感器、pH电极和溶解氧传感器，所述气液反应罐上方的侧壁上还固定有多个气体浓度传感器，数据采集与控制器用于控制连接在各个管路上的电磁阀，采集压力传感器、pH电极、溶解氧传感器以及各个气体浓度传感器的测量数据。

作为优选实施方式，上述的血液-气体反应监测与控制装置，所述的钢瓶包括氧气钢瓶、二氧化碳钢瓶、一氧化碳钢瓶、一氧化氮钢瓶和二氧化氮钢瓶，在所述的气液反应罐上方的侧壁上固定的气体浓度传感器包括氧气传感器、二氧化碳传感器、一氧化碳传感器、一氧化氮传感器和二氧化氮传感器；对于具有毒性的气体的输送，采用管路复用方式，扩展同时载气的路数；所述数据采集与控制室还根据各个气体浓度传感器的测量数据，启动真空泵，排出超标气体；所述的装置设置有与气液反应罐相连的自动循环的液路系统；所述的液路系统还包括与外接仪器相连的接口；所述的气液反应罐为恒温气液反应罐，带有恒温控制与调解装置。

本发明适用于水溶液和非水溶液的检测，可检测的气体包括氧气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、一氧化氮、二氧化氮等，并适用于自然血液(包括人和动物)的载气性能分析，兼具血气分析仪的全部功能。

附图说明

图1本发明的血液-气体反应监测与控制装置的整体结构示意图。

图2本发明的血液-气体反应监测与控制装置所采用的管路复用图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详述。

本发明的血液-气体反应监测与控制装置，包括供气系统、气体混合罐、气液反应罐、气体浓度传感器、压力传感器、pH电极系统、管路系统和数据采集和控制器。各部分包括的部件如下：

(1)供气系统：包括钢瓶柜、钢瓶、减压阀，管路，电磁阀

(2)气体混合罐：包括电磁阀、压力传感器；

(3)气液反应罐：多路气体浓度传感器、压力传感器；

(4)气体浓度传感器：氧气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、一氧化二氮、氧化氮等

(5)pH电极系统：pH复合电极

(6)气路系统：进气管、出气管、电磁阀；

(7)液路系统：蠕动泵、气液反应罐；

(8)数据采集与控制器(AD/DA)：电磁阀(4个)的控制、压力传感器(2个)数据采集、电磁阀(3个)控制、四路气体浓度传感器数据采集，USB接口；微处理控制流量及开关，2路压力显示、4种气体浓度显示。

参见图1，下面对本发明的各个部件做详细说明。

1钢瓶柜或气瓶柜：内部贮存气体钢瓶，上部具有排气装置，防止气体泄漏发生安全问题；

2气瓶钢瓶：如氧气瓶、氮气瓶、一氧化碳瓶、二氧化碳瓶、一氧化二氮瓶、氧化氮瓶；

3减压阀；

41，42，43，44，45电磁阀。其流量及开关由数据采集与控制器11控制；

5气体混合罐。气体预混合及缓冲，其内安装有压力传感器(7)及气体浓度传感器(8)；

6气液反应罐。其内安装有压力传感器(7)、pH计、溶解氧传感器及气体浓度传感器(8)；

7压力传感器；

8各类传感器，包括pH计、溶解氧传感器、气体浓度传感器；

9蠕动泵；

10接排气装置，如真空泵；

11数据采集与控制器(AD/DA)：电磁阀、压力传感器(2个)气液及压力传感器数据采集，包括pH、溶解氧及多达六体气体浓度传感器数据采集，USB接口；2路压力显示、气体浓度显示。

12气体管路；

13其他检测器，如紫外、荧光检测器等；

14其他分析装置，如液相色谱等；

本发明所采用的气路复用图如图2所示，图中的阀门为受数据采集与控制器控制的电磁阀。氧气15、氮气16、二氧化碳17单独输送，分别通过电磁阀42和电磁阀43连接到气体混合罐5和气液反应罐6，而可能产生毒性的气体，如一氧化碳、一氧化二氮、氧化氮等，分别通过电磁阀41后，以管路复用的方式输送，扩展同时载气的路数，复用的管路再分别经过电磁阀42和电磁阀43连接到气体混合罐5和气液反应罐6。

工作流程：

打开参加反应的气瓶减压阀3，通过软件界面控制各个电磁阀的开关状态，设定气体混合罐5和气液反应罐6中的各项参数(如浓度、压力)，向气液反应罐6中注入待测溶液，并确认pH电极和溶解氧传感器的检测信号稳定后，点击开始后，系统开始按照初始条件进行配气，并实时记录各传感器的检测信号。本发明的血液-气体反应监测与控制装置采用计算机控制泵和电磁阀的转、停、开、闭，温度的高低，自动完成样品的测量和冲洗等功能。

配气过程：

本发明的血液-气体反应监测与控制装置，既可进行气体的预混合，即设定初始浓度，监测反应过程中的各种气种的浓度变化，也可以在反应过程中维持各成份气体分压恒定。当某种气体超出预定值时，系统自动启动真空泵，排出超标的气体。

各传感器的校准：

本发明的血液-气体反应监测与控制装置，可以在检测前对氧气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、一氧化二氮、氧化氮等气体及pH、溶解氧传感器进行校准，校准方式为5点以上的线性回归法，以确保测量值的精度。

其他检测器或分析装置13、14的使用：

本发明的血液-气体反应监测与控制装置，可以外接液相色谱、紫外、荧光检测器等装置，通过液路中的蠕动泵，将气液反应罐6中液体输送到液相色谱、紫外、荧光检测器等装置中，并可将检测后的余液送回气液反应罐6；

检测方法：

(1)pH定标与检测：

pH定标使用pH值为7.383和6.840左右的2种标准缓冲液进行定标。

pH检测采用检测复合电极，包括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、PCO23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。

(2)溶解氧定标与检测

溶解氧定标采用不同浓度的甲醇水溶液进行定标。

溶解氧的检测采用溶解氧电极法进行检测。

(3)气体的定标与检测

如氧气、二氧化碳、一氧化碳、一氧化氮、二氧化氮等，采用与已校准仪器同步进行多点检测的方法进行定标。

氧气的检测方法可采用氧电池或电解法两种原理进行检测、二氧化碳采用红外检测方法、一氧化碳、一氧化氮和二氧化氮均采用电化学原理检测。

混合定标与检测问题：

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。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，必要时重新定标，以保证所测数据的正确性。

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：管路的中心是恒温气液反应罐，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.采用蠕动泵向气液反应罐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气液反应罐。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℃，再经转换器送到气液反应罐中对PO2和PCO2电极进行定标。因电极的转换稳定性对温度变化非常敏感，因此，气液反应罐应是一个恒温系统。早期的气液反应罐采用水浴式、空气浴式等.但因恒温速度慢、热稳定性较差等原因，已被后期的固体恒温式所取代。固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，在固体恒温式气液反应罐中，加热速度快，热均匀性比较好，恒温精度也较高。通常气液反应罐的温度被恒定在(37±1)℃。

管路系统主要由气液反应罐、转换器、真空泵、蠕动泵、气路系统和液路系统组成。

(1)气液反应罐。气液反应罐是由不锈钢罐制成，pH电极和溶解氧传感器位于气液反应罐内，上方的侧壁上为氧气、二氧化碳、一氧化碳、一氧化氮和二氧化氮传感器。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，使气液反应罐停止或开始加热，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±0.1℃之间。

(2)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，使废液瓶内维持负压，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气液反应罐。而测血样时用来抽取样品，蠕动泵有快慢两档速度，用缓冲液定标和测量时，样品还未到达气液反应罐时，蠕动泵快速转动：当样品到达反应室内时，蠕动泵变为慢速度转动，以便确保样品能够充满气液反应罐而且没有气泡；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。

(3)气路系统。管中的气路部分，由外接气源提供气体。外接气源由一台空气压缩机和二氧化碳气瓶，压缩机提供406～608kPa(4~6个大气压力)的干燥压缩空气。在气体混合器中，压缩空气与二氧化碳气体混合均匀。

(4)液路系统。液路系统主要由装各种液体的容器、连接管道、电磁阀以及真空泵和蠕动泵组成。用缓冲液进行定标时的流程为：缓冲液1或2在蠕动泵的抽吸下，经过转换盘位置由进样口到达气液反应罐；冲洗时，在废液瓶中负压的抽吸下，液体流经冲洗液--转换器位置7--进样口--气液反应罐--蠕动泵--废液瓶。从而，完成对气液反应罐以及整个管道的冲洗。

每次2点定标之前，仪器自动用清洁液对气液反应罐清洁一次。这一过程是在蠕动泵的抽吸下进行的，其过程的是：清洁液--转换盘的位置--进样口--气液反应罐--蠕动泵--废液瓶。测量时，转换盘停在缺口处。样品从进样口输入，在蠕动泵的抽吸下进入气液反应罐。

Claims (7)

1.一种血液-气体反应监测与控制装置，包括供气系统，气体混合罐，气液反应罐，数据采集与控制器，其特征在于，所述供气系统包括钢瓶柜、置于钢瓶柜内的钢瓶、钢瓶通过各自的管路和设置在管路上的电磁阀分别与气体混合罐和气液反应罐相连，气体混合罐与气液反应罐之间相连通，所述的气体混合罐内设置有压力传感器，所述气液反应罐内设置有液位检测器、压力传感器、pH电极和溶解氧传感器，所述气液反应罐上方的侧壁上还固定有多个气体浓度传感器，数据采集与控制器用于控制连接在各个管路上的电磁阀，采集气体混合罐和气液反应罐的压力传感器、pH电极、溶解氧传感器以及各个气体浓度传感器的测量数据。

2.根据权利要求1所述的血液-气体反应监测与控制装置，其特征在于，所述的钢瓶包括氧气钢瓶、二氧化碳钢瓶、一氧化碳钢瓶、一氧化氮钢瓶和二氧化氮钢瓶，在所述的气液反应罐上方的侧壁上固定的气体浓度传感器包括氧气传感器、二氧化碳传感器、一氧化碳传感器、一氧化氮传感器和二氧化氮传感器。

3.根据权利要求1所述的血液-气体反应监测与控制装置，其特征在于，对于具有毒性的气体的输送，采用管路复用方式，扩展同时载气的路数。

4.根据权利要求1所述的血液-气体反应监测与控制装置，所述数据采集与控制器还根据各个气体浓度传感器的测量数据，启动真空泵，排出超标气体。

5.根据权利要求1所述的血液-气体反应监测与控制装置，所述的装置设置有与气液反应罐相连的自动循环的液路系统。

6.根据权利要求5所述的血液-气体反应监测与控制装置，所述的液路系统还包括与外接仪器相连的接口。

7.根据权利要求1所述的血液-气体反应监测与控制装置，所述的气液反应罐为恒温气液反应罐，带有恒温控制与调解装置。

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