第八章醫(yī)學(xué)氣體監(jiān)測(cè)儀器麻醉設(shè)備學(xué)安醫(yī)大二附院李加榮第八章醫(yī)學(xué)氣體監(jiān)測(cè)①醫(yī)學(xué)氣體監(jiān)測(cè)的重要性：麻醉實(shí)踐中醫(yī)用氣體管理技術(shù)占有的成分越來越重，氣體管理設(shè)備的故障會(huì)引起嚴(yán)重的麻醉事故。②與麻醉相關(guān)的氣體有生理氣體和麻醉氣體兩類。生理氣體主要包括氧氣、二氧化碳；麻醉氣體包括氣體麻醉劑（如氧化亞氮）和各種揮發(fā)性吸入麻醉藥蒸汽（如氟烷、恩氟烷、異氟烷、七氟烷、地氟烷等）③醫(yī)學(xué)氣體監(jiān)測(cè)是采集含有患者生理信息和醫(yī)學(xué)信息的氣體，通過儀器分析有關(guān)氣體含量，指導(dǎo)醫(yī)學(xué)干預(yù)的檢測(cè)技術(shù)。2第八章醫(yī)學(xué)氣體監(jiān)測(cè)與麻醉相關(guān)的氣體生理氣體氧氣二氧化碳麻醉氣體氣體麻醉劑如氧化亞氮液體麻醉劑蒸氣氟烷 恩氟烷異氟烷 七氟烷地氟烷 等3第一節(jié)檢測(cè)氣體的采集呼吸氣體的采集方法：1.主流式：檢測(cè)傳感器位于患者氣道出口處，直接測(cè)量通過的呼吸氣流。氣體監(jiān)測(cè)儀麻醉回路傳感器傳輸電纜4第一節(jié)檢測(cè)氣體的采集2.旁流式：檢測(cè)傳感器位于氣體監(jiān)測(cè)儀內(nèi)，在患者氣道出口處外接采氣三通管，采氣泵持續(xù)采集患者的呼吸氣體送入監(jiān)測(cè)儀完成檢測(cè)。氣體監(jiān)測(cè)儀麻醉回路采集氣體三通管采氣管5第一節(jié)檢測(cè)氣體的采集3.截流式：在旁流式采集技術(shù)的基礎(chǔ)上，于呼氣末阻斷麻醉回路與患者的聯(lián)系，采集患者肺泡氣體完成檢測(cè)。氣體監(jiān)測(cè)儀麻醉回路采集氣體三通管采氣管6第二節(jié)氣體檢測(cè)技術(shù)簡介目前常見醫(yī)用氣體監(jiān)測(cè)儀主要采用電化學(xué)、紅外線、順磁三種氣體檢測(cè)技術(shù)。一、電化學(xué)分析技術(shù)氧化還原反應(yīng)存在首電子傳遞過程，其電量變化與參加反應(yīng)的氧氣含量成比例，可據(jù)此原理分析混合氣體中的氧氣濃度。燃料電池

燃料電池是把燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)化裝置。它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，像一個(gè)蓄電池，但實(shí)質(zhì)上它不能"儲(chǔ)電"而是一個(gè)"發(fā)電廠"。7第二節(jié)氣體檢測(cè)技術(shù)簡介為了利用煤或者石油來發(fā)電，必須先燃燒它們。燃燒時(shí)產(chǎn)生的能量可以對(duì)水加熱而使之變成蒸汽，蒸汽推動(dòng)渦輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。換句話說，火力發(fā)電是把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽缓蟀褵崮苻D(zhuǎn)換為電能。在這種雙轉(zhuǎn)換的過程中，許多原來的化學(xué)能浪費(fèi)掉了。然而，燃料非常便宜，雖有這種浪費(fèi)，也不妨礙大量使用。還有可能把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能，而無需先轉(zhuǎn)換為熱能，這就是干電池。干電池由一種或多種化學(xué)溶液組成，其中插入兩根電極。兩個(gè)電極上都進(jìn)行特殊的化學(xué)反應(yīng)，電子不是被釋出或吸收。兩個(gè)電極上的電勢(shì)改變，產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。在某些情況下，當(dāng)一個(gè)電池用完了以后，迫使電流返回流入這個(gè)電池，電池內(nèi)會(huì)反過來發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，電能又轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，并用于再次產(chǎn)生電流。這就是蓄電池。比如汽車?yán)锏你U酸電池、手機(jī)用的鋰離子電池，還有鎳氫電池、鎳鎘電池等。8第二節(jié)氣體檢測(cè)技術(shù)簡介在一個(gè)電池里，浪費(fèi)的化學(xué)能要少得多，因?yàn)槠渲兄煌ㄟ^一個(gè)步驟就將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋Ｈ欢?，電池中的化學(xué)物質(zhì)都是非常昂貴的。鋅用來制造手電筒的電池。如果試圖使用足夠的鋅或類似的金屬來為整個(gè)城市準(zhǔn)備電力，那么，一天就要花成本費(fèi)數(shù)十億美元。

燃料電池是一種把燃料和電池兩種概念結(jié)合在一起的裝置。它是一種電池，但不需用昂貴的金屬而只用便宜的燃料來進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。這些燃料的化學(xué)能只通過一個(gè)步驟變?yōu)殡娔堋?第二節(jié)氣體檢測(cè)技術(shù)簡介燃料電池也有多種類型。1991年，我國首創(chuàng)以鋁－空氣－海水為能源的新型電池，稱之為海洋電池。它是一種無污染、長效、穩(wěn)定可靠的電源。海洋電池徹底改變了海上航標(biāo)燈的供電方式。海洋電池，是以鋁合金為電池負(fù)極，金屬（Pt、Fe）網(wǎng)為正極，用取之不盡的海水為電解質(zhì)溶液，它靠海水中的溶解氧與鋁反應(yīng)產(chǎn)生電能的。海水中只含有0.5%的溶解氧，為獲得這部分氧，正極制成仿魚鰓的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，以增大表面積，吸收海水中的微量溶解氧。這些氧在海水電解液作用下與鋁反應(yīng)，源源不斷地產(chǎn)生電能。兩極反應(yīng)為：負(fù)極：（Al）：4Al－12e＝4Al3＋

正極：（Pt或Fe等）：3O2＋6H2O十12e＝12OH－

總反應(yīng)式：4Al＋3O2十6H2O＝4Al(OH)3↓10第二節(jié)節(jié)氣氣體體檢測(cè)測(cè)技術(shù)術(shù)簡介介最有望望用于于汽車車的燃燃料電電池是是質(zhì)子交交換膜膜燃料料電池池。它的的工作作原理理是：：將氫氫氣送送到負(fù)負(fù)極，，經(jīng)過過催化化劑（（鉑））的作作用，，氫原原子中中兩個(gè)個(gè)電子子被分分離出出來，，這兩兩個(gè)電電子在在正極極的吸吸引下下，經(jīng)經(jīng)外部部電路路產(chǎn)生生電流流，失失去電電子的的氫離離子（（質(zhì)子子）可可穿過過質(zhì)子子交換換膜(即固體體電解解質(zhì))，在正極極與氧氧原子子和電子子重新新結(jié)合為為水。。11第二節(jié)節(jié)氣氣體體檢測(cè)測(cè)技術(shù)術(shù)簡介介由于氧氧可以以從空空氣中中獲得得，只只要不不斷給給負(fù)極極供應(yīng)應(yīng)氫，，并及及時(shí)把把水（（蒸汽汽）帶帶走，，燃料料電池池就可可以不不斷地地提供供電能能。12第二節(jié)節(jié)氣氣體體檢測(cè)測(cè)技術(shù)術(shù)簡介介它唯一的的排放放物是是水，不但但完全全無污污染，，也避避免了了傳統(tǒng)統(tǒng)電池池充電電耗時(shí)時(shí)的問問題，，是目目前最最具發(fā)發(fā)展前前景的的新能能源方方式，，如能能普及及的應(yīng)應(yīng)用在在車輛輛及其其它高高污染染之發(fā)發(fā)電工工具上上，將將能顯顯著改改善空空氣污污染及及溫室室效應(yīng)應(yīng)。13第二節(jié)節(jié)氣氣體體檢測(cè)測(cè)技術(shù)術(shù)簡介介燃料電電池所所使用用的「「氫」」燃料料成本本比較較高，，用甲醇等燃料料代替替氫可可以大大大降降低成成本。。14第二節(jié)節(jié)氣氣體體檢測(cè)測(cè)技術(shù)術(shù)簡介介傳統(tǒng)的的制氫氫方式式主要要是通通過煤煤、石石油、、天燃燃?xì)獾牡牧呀饨猱a(chǎn)生生氫氣氣；或或者通通過電電解水水制得得氫氣氣；由由于在在氫氣氣制備備的過過程中中消耗耗了大大量的的化石石燃料料，且且造成成區(qū)域域環(huán)境境污染染和全全球的的變暖暖，所所以開開發(fā)出出綠色色清潔潔制氫氫途徑徑成為為氫能能源開開發(fā)的的目標(biāo)標(biāo)之一一。太陽能能和水水是地地球上上重要要的兩兩種可可再生生性資資源，，利用用太陽陽能分分解水水制備備氫氣氣是最最清潔潔的制制氫途途徑，，一直直是人人類開開發(fā)氫氫能的的夢(mèng)想想。15第二節(jié)節(jié)氣氣體體檢測(cè)測(cè)技術(shù)術(shù)簡介介如果在在燃料料電池池的氧氧氣進(jìn)進(jìn)氣口口封上上一層層微孔膜膜，限制制氧氣氣進(jìn)入入的速速度，，就可可制成成檢測(cè)氧氧濃度度的氧氧電極極。當(dāng)環(huán)環(huán)境中中氧濃濃度高高的時(shí)時(shí)候，，氧電電極的的輸出出電壓壓高，，反之之，電電壓低低。16第二節(jié)節(jié)氣氣體體檢測(cè)測(cè)技術(shù)術(shù)簡介介17第二節(jié)節(jié)氣氣體體檢測(cè)測(cè)技術(shù)術(shù)簡介介2.極譜式式電極極極譜式式溶氧氧電極極以鉑金(Pt)作陰極極，Ag/AgCl作陽極，電解解液為為氯化鉀鉀(KCl)，用硅橡膠膠滲透透膜作透氣膜膜。測(cè)量量時(shí)，，在陽陽極和和陰極極間加加上0.68V的極化電電壓，氧通通過滲滲透膜膜在陰陰極消消耗，，透過過膜的的氧量量與水水中溶溶解氧氧濃度度成正正比，，因而而電極極間的的極限限擴(kuò)散散電流流與水水中溶溶解氧氧濃度度成正正比，，表計(jì)計(jì)檢測(cè)測(cè)此電電流并并經(jīng)運(yùn)運(yùn)算變變換成成氧濃濃度。。極譜譜式電電極需需儀表表輸入入一電電壓對(duì)對(duì)電極極進(jìn)行行極化化，由由于外外加電電壓可可能要要15分鐘才才能穩(wěn)穩(wěn)定，，因此此極譜譜式電電極使使用前前通常常要進(jìn)進(jìn)行預(yù)熱確保電電極能能妥當(dāng)當(dāng)極化化。18第二節(jié)節(jié)氣氣體體檢測(cè)測(cè)技術(shù)術(shù)簡介介二、順順磁分分析技技術(shù)能夠傳傳導(dǎo)磁磁力并并增強(qiáng)強(qiáng)周圍圍磁場(chǎng)場(chǎng)的物物質(zhì)稱稱為順磁物物質(zhì)。與臨床床麻醉醉相關(guān)關(guān)的醫(yī)醫(yī)用氣氣體中中，只只有氧氧氣屬屬于順順磁物物質(zhì)。順磁性性檢測(cè)測(cè)的具具體方方法，，順磁磁式測(cè)測(cè)氧儀儀還可可以分分為磁壓力力式、聲磁式式、熱磁式式及磁力機(jī)機(jī)械式式四種。。19第二節(jié)節(jié)氣氣體體檢測(cè)測(cè)技術(shù)術(shù)簡介介磁壓力力式測(cè)氧儀儀工作作原理理是：：在交交變磁磁場(chǎng)中中，有有兩路路流阻阻相同同的通通道，，以相相同的的流速速分別別通過過參比比空氣氣和待待測(cè)氣氣體。。由于于氧氣氣分子子在交交變磁磁場(chǎng)中中隨磁磁場(chǎng)變變化翻翻動(dòng)會(huì)會(huì)造成成氣流流振動(dòng)動(dòng)，使使氧氣氣含量量較高高的氣氣流通通道阻阻力變變大，，兩氣氣體通通道之之間出出現(xiàn)壓壓力差差。檢檢測(cè)壓壓差信信號(hào)處處理，，即可可得到到氧氣氣濃度度的大大小。。20第二節(jié)氣氣體檢測(cè)測(cè)技術(shù)簡介介聲磁式測(cè)氧氧儀工作原理是是：使交變變磁場(chǎng)的頻頻率在聲波波范圍內(nèi)，，可利用微微音器在管管道內(nèi)檢測(cè)測(cè)到氣流擾擾動(dòng)產(chǎn)生的的特定音頻頻信號(hào)，信信號(hào)強(qiáng)度與與氧氣濃度度成比例。。21第二節(jié)氣氣體檢測(cè)測(cè)技術(shù)簡介介三、紅外線線分析技術(shù)術(shù)具有兩種以以上元素的的氣體分子子(如N2O、CO2以及鹵素麻麻醉氣體)都具有特定定的紅外線線吸收光譜譜，吸光度度與吸光物物質(zhì)的濃度度成比例。。通常采用4.3μm波長的紅外外線檢測(cè)CO2，采3.3μm波長的紅外外線檢測(cè)吸吸入麻醉藥藥。而無極極性的O2、N2、He不吸收紅外外線。22第二節(jié)氣氣體檢測(cè)測(cè)技術(shù)簡介介紅外線吸收收式分析儀儀根據(jù)不同組組分氣體對(duì)對(duì)不同波長長的紅外線線具有選擇擇性吸收的的特性而工工作的分析析儀表。測(cè)測(cè)量這種吸收光譜可判別出氣體的種類類；測(cè)量吸收強(qiáng)度可確定被測(cè)測(cè)氣體的濃度度。紅外線分分析儀的使使用范圍寬寬，不僅可可分析氣體體成分，也也可分析溶溶液成分，，且靈敏度度較高，反反應(yīng)迅速，，能在線連連續(xù)指示。。23第二節(jié)氣氣體檢測(cè)測(cè)技術(shù)簡介介主流式紅外外線傳感器器直接放置在在氣管導(dǎo)管管接頭呼吸吸氣路上。。中間的氣氣流通道即即為測(cè)量室，光源和換能器分別安裝在在檢測(cè)室兩兩側(cè)的窗內(nèi)內(nèi)。紅外光光源發(fā)出的的紅外線透透射穿過測(cè)測(cè)量室氣體體，經(jīng)特定定的濾光片排除雜光干干擾到達(dá)對(duì)對(duì)側(cè)的光電電換能器。。紅外線在在光電換能能器上產(chǎn)生生的電流與與被檢測(cè)氣氣體濃度成成比例。傳傳感器的校校正器有兩兩個(gè)密閉的的氣室，一一個(gè)充滿氮氮?dú)?，一個(gè)個(gè)充滿5％的二氧化化碳，分別別用于調(diào)零零和校準(zhǔn)。。24第二節(jié)氣氣體檢測(cè)測(cè)技術(shù)簡介介旁流式紅外外線檢測(cè)器器，采氣泵以恒定流速速吸引呼吸吸氣體流過過檢測(cè)室。遮光輪片上裝有若干干個(gè)不同波波長的濾光片，滿足鑒別別并測(cè)量二二氧化碳和和不同麻醉醉氣體的需需要。工作作時(shí)遮光輪輪片勻速旋旋轉(zhuǎn)，經(jīng)特特定濾光片片選擇不同同波長的紅紅外線通過過檢測(cè)室。。光電換能器器分時(shí)得到到基線參比比信號(hào)、二二氧化碳信信號(hào)和麻醉醉氣體信號(hào)號(hào)，再經(jīng)計(jì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)信號(hào)處理理，自動(dòng)鑒鑒別并計(jì)算算出氣體中中二氧化碳碳和麻醉氣氣體濃度，，還能重組組信號(hào)連續(xù)續(xù)顯示呼吸吸波形。25第二節(jié)氣氣體檢測(cè)測(cè)技術(shù)簡介介聲光氣體分分析原理：采氣泵以恒恒定流速吸吸引呼吸氣氣體流過檢測(cè)室。遮光輪片片留有三排排透光孔，，檢測(cè)室相相應(yīng)部位裝裝有一組濾光片，分別透過過氧化業(yè)氮氮、揮發(fā)性性麻醉氣體體和二氧化化碳特征波長的的紅外光。遮光輪片片勻速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，使紅外外線以脈沖形式照射檢測(cè)室室，每種波波長的紅外外光激活一一種氣體，，引起檢測(cè)測(cè)室內(nèi)氣體體規(guī)律脹縮縮，當(dāng)紅外外脈沖頻率率達(dá)到音頻頻范圍時(shí)，，氣路中的的微音器可以檢測(cè)劍劍二種不同同頻率的音音頻信號(hào)，，不同音頻頻信號(hào)的強(qiáng)強(qiáng)度與相對(duì)對(duì)應(yīng)的氣體體含量成比比例。26第二節(jié)氣氣體檢測(cè)測(cè)技術(shù)簡介介除用電容式式傳感器外外，也可用用直接檢測(cè)測(cè)紅外線的的量子式紅外外線傳感器器，并采用紅紅外干涉濾濾光片進(jìn)行行波長選擇擇和配以可調(diào)激光光器作光源，形形成一種嶄嶄新的全固體式紅紅外氣體分分析儀。這種分析儀儀只用一個(gè)個(gè)光源、一一個(gè)測(cè)量室室、一個(gè)紅紅外線傳感感器就能完完成氣體濃濃度的測(cè)量量。此外，，若采用裝裝有多個(gè)不不同波長的的濾光盤，，則能同時(shí)時(shí)分別測(cè)定定多組分氣氣體中的各各種氣體的的濃度。與紅外線分分析儀原理理相似的還還有紫外線線分析儀、、光電比色色分析儀等等，在工業(yè)業(yè)上也用得得較多。27第二節(jié)氣氣體檢測(cè)測(cè)技術(shù)簡介介四、其他氣氣體分析技技術(shù)1.氣相色譜分分析技術(shù)工作原理：恒流載氣氣通過色譜譜柱，氣體體樣本注入入載氣，混混合后注過過色譜柱時(shí)時(shí)由于色譜譜柱內(nèi)的固固定相與不不同氣體分分子的粘滯滯力不同，，相似者相相容，粘滯滯力強(qiáng)，渡渡過速度慢慢，反之渡渡過速度快快。這樣混混合氣體中中的不同成成分被分離離，分別先先后通過檢檢測(cè)器進(jìn)行行定量分析析。氣相色譜通用性好，是最早用于麻麻醉氣體研研究的分析析技術(shù)?？梢詸z測(cè)測(cè)各種與麻麻醉相關(guān)的的氣體。28第二節(jié)氣氣體檢測(cè)測(cè)技術(shù)簡介介但是分析速速度慢，不不同理化性性質(zhì)的氣體體不能同時(shí)時(shí)測(cè)定，難難以滿足臨臨床監(jiān)測(cè)連連續(xù)慢速的的要求。29第二節(jié)氣氣體檢測(cè)測(cè)技術(shù)簡介介2.質(zhì)譜分分析技術(shù)檢測(cè)原理：采氣泵吸吸引患者呼吸氣氣體經(jīng)近樣品室，極少數(shù)氣氣體分子通通過進(jìn)樣毛細(xì)孔進(jìn)入離子室。在高速電子的轟擊下，，這些氣體體分子失去去電子成為為帶正電的氣氣體離子，然后在加加速電場(chǎng)的的作用下向向靶電極運(yùn)動(dòng)。氣體體離子的運(yùn)運(yùn)動(dòng)軌跡與與其質(zhì)量/電荷電量量比值有關(guān)關(guān)。30第二節(jié)氣氣體檢測(cè)測(cè)技術(shù)簡介介在四極質(zhì)譜譜儀中，四四根平行電電極形成靜靜電場(chǎng)，大大多數(shù)氣體體離子被電電極捕獲，，不能到達(dá)達(dá)靶電極。。在一定電電場(chǎng)參數(shù)下下，只允許許一質(zhì)荷比比的離子到到達(dá)靶電極極。連續(xù)改改變電場(chǎng)參參數(shù)即可控控制不同質(zhì)質(zhì)荷比的氣氣體離子分分別到達(dá)靶靶電極。靶電電極極產(chǎn)產(chǎn)生生的的電電信信號(hào)號(hào)與與檢檢測(cè)測(cè)氣氣體體濃濃度度成成比比例例，，據(jù)據(jù)此此可以以鑒鑒別別混混合合氣氣體體的的不不同同成成分分，及及各各成成分分的的含含量量。。在磁選選擇擇質(zhì)質(zhì)譜譜儀儀中，，是是利利用用磁磁場(chǎng)場(chǎng)改改變變氣氣體體離離子子的的運(yùn)運(yùn)行行軌軌道道，，設(shè)設(shè)置置多多個(gè)個(gè)靶靶電電極極，，可可以以同同時(shí)時(shí)鑒鑒別別并并檢檢測(cè)測(cè)多多種種已已知知?dú)鈿怏w體的的成成分分。。31第二二節(jié)節(jié)氣氣體體檢檢測(cè)測(cè)技技術(shù)術(shù)簡簡介介3.拉曼曼光光譜譜技技術(shù)術(shù)檢測(cè)測(cè)原原理理：：激激光光作作用用于于氣氣體體分分子子，，分分子子內(nèi)內(nèi)的的一一部部分分電電子子吸吸收收光光子子能能量量躍躍遷遷到到較較高高能能量量級(jí)級(jí)軌軌道道。。隨隨后后被被吸吸收收的的能能量量以以不不同同的的波波長長再再發(fā)發(fā)射射出出來來，，氣氣體體分分子子恢恢復(fù)復(fù)到到原原來來的的水水平平。。這這種種現(xiàn)現(xiàn)象象稱稱為為拉拉曼曼散散射射。。不不同同的的氣氣體體分分子子具具有有特特定定的的散散射射光光譜譜，，散散射射光光強(qiáng)強(qiáng)度度與與該該氣氣體體的的含含量量成成比比例例。。這種種分