專利名稱：血液-氣體反應(yīng)監(jiān)測與控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于流體檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種血液-氣體反應(yīng)監(jiān)測與控制裝置。
背景技術(shù)：
目前，市場上的血氣分析儀只能檢測水溶液體系中血-氣反應(yīng)，直測項目少，計算項 目多，檢測時需要定標試劑，需經(jīng)常更換膜電極，不適用于非水溶劑下的血氣檢測，特 別是人工血液的檢測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種血液-氣體反應(yīng)監(jiān)測與控制裝置。
為此，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案
一種血液-氣體反應(yīng)監(jiān)測與控制裝置，包括供氣系統(tǒng)，氣體混合罐，氣液反應(yīng)罐，數(shù) 據(jù)采集與控制器，其特征在于，所述供氣系統(tǒng)包括鋼瓶柜、置于鋼瓶柜內(nèi)的鋼瓶、鋼瓶 通過各自的管路和設(shè)置在管路上的電磁閥分別與氣體混合罐和氣液反應(yīng)罐相連，氣體混 合罐與氣液反應(yīng)罐之間相連通，所述的氣體混合罐內(nèi)設(shè)置有壓力傳感器，所述氣液反應(yīng) 罐內(nèi)設(shè)置有液位檢測器、壓力傳感器、pH電極和溶解氧傳感器，所述氣液反應(yīng)罐上方的 側(cè)壁上還固定有多個氣體濃度傳感器，數(shù)據(jù)采集與控制器用于控制連接在各個管路上的 電磁閥，采集壓力傳感器、pH電極、溶解氧傳感器以及各個氣體濃度傳感器的測量數(shù)據(jù)。 作為優(yōu)選實施方式，上述的血液-氣體反應(yīng)監(jiān)測與控制裝置，所述的鋼瓶包括氧氣鋼 瓶、二氧化碳鋼瓶、 一氧化碳鋼瓶、 一氧化氮鋼瓶和二氧化氮鋼瓶，在所述的氣液反應(yīng) 罐上方的側(cè)壁上固定的氣體濃度傳感器包括氧氣傳感器、二氧化碳傳感器、 一氧化碳傳 感器、 一氧化氮傳感器和二氧化氮傳感器；對于具有毒性的氣體的輸送，采用管路復(fù)用 方式，擴展同時載氣的路數(shù)；所述數(shù)據(jù)采集與控制室還根據(jù)各個氣體濃度傳感器的測量 數(shù)據(jù)，啟動真空泵，排出超標氣體；所述的裝置設(shè)置有與氣液反應(yīng)罐相連的自動循環(huán)的 液路系統(tǒng)；所述的液路系統(tǒng)還包括與外接儀器相連的接口；所述的氣液反應(yīng)罐為恒溫氣 液反應(yīng)罐，帶有恒溫控制與調(diào)解裝置。
本發(fā)明適用于水溶液和非水溶液的檢測，可檢測的氣體包括氧氣、氮氣、 一氧化碳、 二氧化碳、 一氧化氮、二氧化氮等，并適用于自然血液(包括人和動物)的載氣性能分 析，兼具血氣分析儀的全部功能。


圖1本發(fā)明的血液-氣體反應(yīng)監(jiān)測與控制裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2本發(fā)明的血液-氣體反應(yīng)監(jiān)測與控制裝置所采用的管路復(fù)用圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳述。
本發(fā)明的血液-氣體反應(yīng)監(jiān)測與控制裝置，包括供氣系統(tǒng)、氣體混合罐、氣液反應(yīng)罐、 氣體濃度傳感器、壓力傳感器、pH電極系統(tǒng)、管路系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集和控制器。各部分包
括的部件如下
(1) 供氣系統(tǒng)包括鋼瓶柜、鋼瓶、減壓閥，管路，電磁閥
(2) 氣體混合罐包括電磁閥、壓力傳感器；
(3) 氣液反應(yīng)罐多路氣體濃度傳感器、壓力傳感器；
(4) 氣體濃度傳感器氧氣、氮氣、 一氧化碳、二氧化碳、 一氧化二氮、氧化氮
等
(5) pH電極系統(tǒng)pH復(fù)合電極
(6) 氣路系統(tǒng)進氣管、出氣管、電磁陶；
(7) 液路系統(tǒng)蠕動泵、氣液反應(yīng)罐；
(8) 數(shù)據(jù)采集與控制器(AD/M):電磁閥(4個)的控制、壓力傳感器(2個)
數(shù)據(jù)采集、電磁閥(3個)控制、四路氣體濃度傳感器數(shù)據(jù)采集，USB接口；微處理控制 流量及開關(guān)，2路壓力顯示、4種氣體濃度顯示。
參見圖l，下面對本發(fā)明的各個部件做詳細說明。
l鋼瓶柜或氣瓶柜內(nèi)部貯存氣體鋼瓶，上部具有排氣裝置，防止氣體泄漏發(fā)生安全 問題；
2氣瓶鋼瓶如氧氣瓶、氮氣瓶、 一氧化碳瓶、二氧化碳瓶、 一氧化二氮瓶、氧化 氮瓶；
3減壓閥；
41， 42， 43， 44， 45電磁閥。其流量及開關(guān)由數(shù)據(jù)采集與控制器11控制； 5氣體混合罐。氣體預(yù)混合及緩沖，其內(nèi)安裝有壓力傳感器(7)及氣體濃度傳感器 (8);
6氣液反應(yīng)罐。其內(nèi)安裝有壓力傳感器(7)、 pH計、溶解氧傳感器及氣體濃度傳感 器(8);
7壓力傳感器；
8各類傳感器，包括pH計、溶解氧傳感器、氣體濃度傳感器；
9蠕動泵；
10接排氣裝置，如真空泵；
411數(shù)據(jù)采集與控制器(AD/DA):電磁閥、壓力傳感器(2個)氣液及壓力傳感器數(shù) 據(jù)采集，包括pH、溶解氧及多達六體氣體濃度傳感器數(shù)據(jù)采集，USB接口； 2路壓力顯示、 氣體濃度顯示。
12氣體管路；
13其他檢測器，如紫外、熒光檢測器等； 14其他分析裝置，如液相色譜等；
本發(fā)明所采用的氣路復(fù)用圖如圖2所示，圖中的閥門為受數(shù)據(jù)采集與控制器控制的 電磁閥。氧氣15、氮氣16、 二氧化碳17單獨輸送，分別通過電磁閥42和電磁閥43連 接到氣體混合罐5和氣液反應(yīng)罐6，而可能產(chǎn)生毒性的氣體，如一氧化碳、 一氧化二氮、 氧化氮等，分別通過電磁閥41后，以管路復(fù)用的方式輸送，擴展同時載氣的路數(shù)，復(fù)用 的管路再分別經(jīng)過電磁閥42和電磁閥43連接到氣體混合罐5和氣液反應(yīng)罐6。
工作流程
打開參加反應(yīng)的氣瓶減壓閥3，通過軟件界面控制各個電磁閥的開關(guān)狀態(tài)，設(shè)定氣體 混合罐5和氣液反應(yīng)罐6中的各項參數(shù)(如濃度、壓力)，向氣液反應(yīng)罐6中注入待測溶 液，并確認pH電極和溶解氧傳感器的檢測信號穩(wěn)定后，點擊開始后，系統(tǒng)開始按照初始 條件進行配氣，并實時記錄各傳感器的檢測信號。本發(fā)明的血液-氣體反應(yīng)監(jiān)測與控制裝 置采用計算機控制泵和電磁閥的轉(zhuǎn)、停、開、閉，溫度的高低，自動完成樣品的測量和
沖洗等功能。 配氣過程
本發(fā)明的血液-氣體反應(yīng)監(jiān)測與控制裝置，既可進行氣體的預(yù)混合，即設(shè)定初始濃度， 監(jiān)測反應(yīng)過程中的各種氣種的濃度變化，也可以在反應(yīng)過程中維持各成份氣體分壓恒定。 當某種氣體超出預(yù)定值時，系統(tǒng)自動啟動真空泵，排出超標的氣體。
各傳感器的校準
本發(fā)明的血液-氣體反應(yīng)監(jiān)測與控制裝置，可以在檢測前對氧氣、氮氣、 一氧化碳、
二氧化碳、 一氧化二氮、氧化氮等氣體及pH、溶解氧傳感器進行校準，校準方式為5點 以上的線性回歸法，以確保測量值的精度。
其他檢測器或分析裝置13、 14的使用
本發(fā)明的血液-氣體反應(yīng)監(jiān)測與控制裝置，可以外接液相色譜、紫外、熒光檢測器等
裝置，通過液路中的蠕動泵，將氣液反應(yīng)罐6中液體輸送到液相色譜、紫外、熒光檢測
器等裝置中，并可將檢測后的余液送回氣液反應(yīng)罐6;
檢測方法
(1) pH定標與檢測:
pH定標使用pH值為7. 383和6. 840左右的2種標準緩沖液進行定標。 pH檢測采用檢測復(fù)合電極，包括pH電極和PH參比電極。它們共同完成對pH的測量 工作。PH電微是利用電位法原理來測量溶液的H+濃度.其電極是一個對H+敏感的玻璃電
5極，同時還必須用另一電位值已知血樣中的H+與玻璃電極膜中的金屬離子進行交換產(chǎn)生 電位差異。它與血樣中的H+濃度成正比例關(guān)系。 一般采用大氣中的空氣和純二氧化碳2 種氣體按一定比值混合產(chǎn)生，兩者之間存在著對數(shù)關(guān)系。氧電極是一個氣敏電極。它們 的測量是基于電解氧的原理而實現(xiàn)的。氧電極產(chǎn)生的電流很小，所配的放大器為高輸入 阻抗、低噪聲的微電流放大器；二氧化碳電極也是一個氣敏電極.前部有一層半透膜，
它只允許二氧化碳氣體分子通過，而阻止其他氣體分子和離子通過，測得的ra值經(jīng)過對
數(shù)變換可以得到PC02值。南于ra和PC02之間是一種比例的關(guān)系，而血氣分析方法是一 種相對測量的方法。因此，在進行測量之前。首先要用標準的液體及氣體來確定PH、 PC02 3套電極的工作曲線.通常把確定電極系統(tǒng)工作曲線的過程叫做定標或校準。每種電極都 要有2種標準物質(zhì)來進行定標，以便確定建立工作曲線最少所需要的2個工作點。
(2) 溶解氧定標與檢測 溶解氧定標采用不同濃度的甲醇水溶液進行定標。 溶解氧的檢測采用溶解氧電極法進行檢測。
(3) 氣體的定標與檢測
如氧氣、二氧化碳、 一氧化碳、 一氧化氮、二氧化氮等，采用與已校準儀器同步進 行多點檢測的方法進行定標。
氧氣的檢測方法可采用氧電池或電解法兩種原理進行檢測、二氧化碳采用紅外檢測 方法、 一氧化碳、 一氧化氮和二氧化氮均采用電化學(xué)原理檢測。 混合定標與檢測問題
氧和二氧化碳系統(tǒng)用2種混合氣體來進行定標。第一種混合氣中二氧化碳的濃度為 5%，氧濃度為20%;第二種二氧化碳濃度為10%，但不含氧氣。也有的是將上述2種氣體 混合到2種pH緩沖液內(nèi)，然后對3種電極一起進行定標。在工作過程中，儀器還能自動 對電極進行一點定標，隨時檢査電極偏離工作曲線的情況，必要時重新定標，以保證所 測數(shù)據(jù)的正確性。
管路系統(tǒng)
管路系統(tǒng)是血氣分析儀樣品測量的通路。它在計算機的控制下能夠自動完成氣體和 液體的定標，自動完成樣品的測量，以及自動完成對電極和通道的檢測。其管道系統(tǒng)比 較復(fù)雜管路的中心是恒溫氣液反應(yīng)罐，氣體的溫度一般為37'C，其內(nèi)部設(shè)有傳感器、 加熱器、過溫開關(guān)和液位檢測器.采用蠕動泵向氣液反應(yīng)罐抽吸樣品和定標液沖洗；蠕 動泵通常采用真空泵產(chǎn)生強負壓，使沖洗液快速沖洗管道。由轉(zhuǎn)換器完成各種液氣路的 轉(zhuǎn)換，從而讓不同的液體或氣體按預(yù)先設(shè)置好的程序進入氣液反應(yīng)罐。緩沖液I、 II氣 體經(jīng)過減壓閥減壓后，經(jīng)過濕化器濕化后再經(jīng)過預(yù)熱器，將定標氣體加熱到37'C，再經(jīng) 轉(zhuǎn)換器送到氣液反應(yīng)罐中對P02和PC02電極進行定標。因電極的轉(zhuǎn)換穩(wěn)定性對溫度變化 非常敏感，因此，氣液反應(yīng)罐應(yīng)是一個恒溫系統(tǒng)。早期的氣液反應(yīng)罐采用水浴式、空氣 浴式等.但因恒溫速度慢、熱穩(wěn)定性較差等原因，已被后期的固體恒溫式所取代。固體
6恒溫式通常是將一塊鋁塊開槽、打孔后，裝入溫度加熱器、溫度感測裝置和透明的測量 毛細管。由于它是靠金屬導(dǎo)熱的，整個金屬塊就是一個恒溫體，因此，在固體恒溫式氣 液反應(yīng)罐中，加熱速度快，熱均勻性比較好，恒溫精度也較高。通常氣液反應(yīng)罐的溫度
被恒定在(37土i)r。
管路系統(tǒng)主要由氣液反應(yīng)罐、轉(zhuǎn)換器、真空泵、蠕動泵、氣路系統(tǒng)和液路系統(tǒng)組成。 (l)氣液反應(yīng)罐。氣液反應(yīng)罐是由不銹鋼罐制成，PH電極和溶解氧傳感器位于氣液反
應(yīng)罐內(nèi)，上方的側(cè)壁上為氧氣、二氧化碳、 一氧化碳、 一氧化氮和二氧化氮傳感器。室 內(nèi)還有加熱器和溫度傳感器，傳感器負責反饋信號到溫控電路，使氣液反應(yīng)罐停止或開 始加熱，電極對溫度非常敏感，溫度不同，電極的轉(zhuǎn)換效率就不同。為保證轉(zhuǎn)換精度，
即保證測量數(shù)值的準確性，溫度變化一般控制在士o. rc之間。
(2)真空泵、蠕動泵。真空泵和蠕動泵是血氣分析儀內(nèi)部的2個泵，用來完成儀器
的定標、測量、沖洗。真空泵主要用來抽負壓，使廢液瓶內(nèi)維持負壓，靠此負壓去吸引 沖洗液和干燥空氣，用于沖洗和干燥測量毛細管，真空泵還用于濕化器的快速充液。蠕 動泵在定標時用來抽取緩沖液到氣液反應(yīng)罐。而測血樣時用來抽取樣品，蠕動泵有快慢
兩檔速度，用緩沖液定標和測量時，樣品還未到達氣液反應(yīng)罐時，蠕動泵快速轉(zhuǎn)動當
樣品到達反應(yīng)室內(nèi)時，蠕動泵變?yōu)槁俣绒D(zhuǎn)動，以便確保樣品能夠充滿氣液反應(yīng)罐而且
沒有氣泡；同時蠕動泵抽出沖洗液充滿濕化器。濕化器出口部分裝有水位傳感器，用于 保證濕化器水位恒定。
(3) 氣路系統(tǒng)。管中的氣路部分，由外接氣源提供氣體。外接氣源由一臺空氣壓縮機 和二氧化碳氣瓶，壓縮機提供406 608 kPa(4 6個大氣壓力)的干燥壓縮空氣。在氣體 混合器中，壓縮空氣與二氧化碳氣體混合均勻。
(4) 液路系統(tǒng)。液路系統(tǒng)主要由裝各種液體的容器、連接管道、電磁閥以及真空泵和 蠕動泵組成。用緩沖液進行定標時的流程為緩沖液1或2在蠕動泵的抽吸下，經(jīng)過轉(zhuǎn) 換盤位置由進樣口到達氣液反應(yīng)罐；沖洗時，在廢液瓶中負壓的抽吸下，液體流經(jīng)沖洗 液--轉(zhuǎn)換器位置7—進樣口一氣液反應(yīng)罐一蠕動泵一廢液瓶。從而，完成對氣液反應(yīng)罐以 及整個管道的沖洗。
每次2點定標之前，儀器自動用清潔液對氣液反應(yīng)罐清潔一次。這一過程是在蠕動 泵的抽吸下進行的，其過程的是清潔液一轉(zhuǎn)換盤的位置一進樣口一氣液反應(yīng)罐一蠕動 泵一廢液瓶。測量時，轉(zhuǎn)換盤停在缺口處。樣品從進樣口輸入，在蠕動泵的抽吸下進入 氣液反應(yīng)罐。
權(quán)利要求
1. 一種血液-氣體反應(yīng)監(jiān)測與控制裝置，包括供氣系統(tǒng)，氣體混合罐，氣液反應(yīng)罐，數(shù)據(jù)采集與控制器，其特征在于，所述供氣系統(tǒng)包括鋼瓶柜、置于鋼瓶柜內(nèi)的鋼瓶、鋼瓶通過各自的管路和設(shè)置在管路上的電磁閥分別與氣體混合罐和氣液反應(yīng)罐相連，氣體混合罐與氣液反應(yīng)罐之間相連通，所述的氣體混合罐內(nèi)設(shè)置有壓力傳感器，所述氣液反應(yīng)罐內(nèi)設(shè)置有液位檢測器、壓力傳感器、pH電極和溶解氧傳感器，所述氣液反應(yīng)罐上方的側(cè)壁上還固定有多個氣體濃度傳感器，數(shù)據(jù)采集與控制器用于控制連接在各個管路上的電磁閥，采集壓力傳感器、pH電極、溶解氧傳感器以及各個氣體濃度傳感器的測量數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的血液-氣體反應(yīng)監(jiān)測與控制裝置，其特征在于，所述的鋼 瓶包括氧氣鋼瓶、二氧化碳鋼瓶、 一氧化碳鋼瓶、 一氧化氮鋼瓶和二氧化氮鋼瓶， 在所述的氣液反應(yīng)罐上方的側(cè)壁上固定的氣體濃度傳感器包括氧氣傳感器、二氧 化碳傳感器、 一氧化碳傳感器、 一氧化氮傳感器和二氧化氮傳感器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的血液-氣體反應(yīng)監(jiān)測與控制裝置，其特征在于，對于具有 毒性的氣體的輸送，采用管路復(fù)用方式，擴展同時載氣的路數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的血液-氣體反應(yīng)監(jiān)測與控制裝置，所述數(shù)據(jù)采集與控制室 還根據(jù)各個氣體濃度傳感器的測量數(shù)據(jù)，啟動真空泵，排出超標氣體。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的血液-氣體反應(yīng)監(jiān)測與控制裝置，所述的裝置設(shè)置有與氣 液反應(yīng)罐相連的自動循環(huán)的液路系統(tǒng)。 '
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的血液-氣體反應(yīng)監(jiān)測與控制裝置，所述的液路系統(tǒng)還包括 與外接儀器相連的接口。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的血液-氣體反應(yīng)監(jiān)測與控制裝置，所述的氣液反應(yīng)罐為恒 溫氣液反應(yīng)罐，帶有恒溫控制與調(diào)解裝置。
全文摘要
本發(fā)明屬于流體檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種血液-氣體反應(yīng)監(jiān)測與控制裝置，包括供氣系統(tǒng)，氣體混合罐，氣液反應(yīng)罐，數(shù)據(jù)采集與控制器，所述供氣系統(tǒng)包括鋼瓶柜、置于鋼瓶柜內(nèi)的鋼瓶、鋼瓶通過各自的管路和設(shè)置在管路上的電磁閥分別與氣體混合罐和氣液反應(yīng)罐相連，氣體混合罐與氣液反應(yīng)罐之間相連通，所述的氣體混合罐內(nèi)設(shè)置有壓力傳感器，所述氣液反應(yīng)罐內(nèi)設(shè)置有液位檢測器、壓力傳感器、pH電極和溶解氧傳感器，所述氣液反應(yīng)罐上方的側(cè)壁上還固定有多個氣體濃度傳感器，數(shù)據(jù)采集與控制器用于控制連接在各個管路上的電磁閥，采集壓力傳感器、pH電極、溶解氧傳感器以及各個氣體濃度傳感器的測量數(shù)據(jù)。本發(fā)明適用于水溶液和非水溶液的檢測，可檢測的氣體包括氧氣、氮氣、一氧化碳、二氧化碳、一氧化氮、二氧化氮等，并適用于自然血液(包括人和動物)的載氣性能分析，兼具血氣分析儀的全部功能。
文檔編號G01N33/48GK101498713SQ20091006772
公開日2009年8月5日 申請日期2009年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月16日
發(fā)明者劉天軍, 鮑軍波 申請人:中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程研究所