Вимірювання PCO2.

Сенсори для вимірювання PH.

Електрохімічні датчики

Вимірювання рH здійснюється за допомогою скляного електроду, який генерує електричний потенціал коли розчини з різними значеннями pH розміщуються по обидва боки від його мембрани.

Рис. 19.2 PH електрод

Скляний електрод належить до класу іон селективних електродів, які в будь яких межах взаємодіють лише з одним визначеним іоном. Наближення іону водню до зовнішньої сторони мембрани спонукає силікатну структуру переносити позитивні заряди(дірки) в іонний розчин в середині електроду.

До цього процесу можна застосувати рівняння Нернста, при цьому різниця потенціалів на мембрані змінюється на 60 мВ на кожну одиницю pH. Оскільки ширина фізіологічного діапазону складає 0.06, то вимірювальний пристрій (pH-метр) повинен точно вимірювати різницю потенціалів в 0.1 мВ. Базовий принцип полягає в тому, що розчин з відомим значення pH розміщується з внутрішньої сторони мембрани, а невідомий з зовнішньої. В якості розчину з відомим значенням pH, як правило використовується соляна кислота. В цей розчин розміщують електрод порівняння (хлор-срібний). Другий електрод порівняння розміщують в камеру зі зразком. В середині цього електроду є сольовий міст, що запобігає впливу хімічних компонентів зразка на потенціал електроду порівняння. Різниця потенціалів, що виникає на мембрані скляного електроду вимірюється pH метром. Рівняння Нернста показує , що різниця потенціалів, змінюється при зміні температуры зразка референтного розчину, тому деякі pH електроди містять в своїй продукції водяну баню, що дозволяє проводити вимірювання pH при t = 37⁰С. В іншому випадку потрібна температурна корекція результату, що здійснюється шляхом зміни сталої, яка використовується при перетворенні сигналу напруги з електроду в покази шкали приладу в одиницях pH. Перед проведенням вимірювання зразків отриманих від пацієнтів, виконується калібровка приладу по розчинам з відомим значенням PH (6.8, 7.9)

Вимірювання pCO₂ базується на тому що відношення між логарифмом pCO₂ та pH носить лінійний характер в межах діапазону від 10 – 90 мм.рт.ст. (1.3 -12 кПа), який покриває весь діапазон значень, що мають клінічну зацікавленість. Цей факт може бути встановлений в результаті дослідження ряду фундаментальних хімічних співвідношень (H⁺, HCO₃, H₂CO₃, PCO₂).

Рис.19.3 Пристрій электроду pCO₂

В систему входять дві камери, одна з яких призначена для зв’язку а в другій знаходяться pH електрод. На відміну від пристрою для вимірювання pH де електрод розміщений в зразку, в даному випадку pH електрод розміщений в буферному розчинні бікарбонату та натрій хлор.

Дві камери розділені напівпровідною мембранною, яка виконана з тефлону або силіконової резини. Ця мембрана пропускає розчинений CO₂але запобігає проходженню заряджених часток в частості H⁺, HCO₂. Коли зразок поміщається в свою камеру, молекули СО₂ дифундують через мембранну до встановлення його рівної концентрацій в обох камерах. Якщо спостерігається результуючий потік СО₂ в камеру з буферним розчином (або з неї), то відбувається збільшення (чи зменшення ) концентрації H⁺, яке реєструє pH-метр. Оскільки співвідношення між pH і від’ємним десятковим логарифмом pCO₂є лише пропорційним співвідношенням. Перед кожним вимірюванням необхідно калібрувати прилад за двома відомими значеннями pCO₂ газами. Використовуючи значення PH отриманні при вимірюванні цих двох стандартів ми отримуємо калібрувальну криву pCO₂відносно pH, потім ми використовуємо вимірянні значення PH для отримання, за допомогою цієї кривої, величини pCO₂в зразку. Для деяких приладів можливість калібрування електродів вбудована в конструкцію, і калібрувальна крива задається в електронній частині приладу шляхом налаштування величин двома потенціометрами.

Рис.19.4 Електрод pO₂

На малюнку показані поліграфічні електроди Кларка. Даний електрод складається з двох відсіків розділені напів електродними мембранами. Мембрана пропускає О₂ та інші гази. Для протікання таких реакцій необхідна поляризуюча напруга від 600- 800 млВт. Зазвичай ця напруга створюється ртутним елементом. Ми визначаємо величину pO₂ використовуючи той факт, що сила струму в внутрішньому ланцюзі підключеному до електродів пропорційна pO₂. Можна рахувати, що наявність О₂ та результуючі хімічні реакції створюють в ланцюзі змінне джерело струму, величина якого прямо пропорційна величині pO₂. Якщо величина pO₂ = 0 струм який протікає в ланцюзі називають фоновим струмом. Частиною процедури калібрування є установка вимірювання pO₂ на 0, коли через камеру пробивається. Для забезпечення необхідної температурної рівноваги використовується повільна продувка. Вибір напівпровідникової мембрани базується на компромісі між витратами О₂ та часом який необхідний для встановлення рівноваги pO₂ між камерою, між зразком та камерою для вимірювання. Чим більш проникнення мембрані pO₂, тим більші витрати кисню. Товщина та будова мембрани визначають швидкість дифузії.

Оскільки електрод витрачає О₂, кількість кисню біля мембрани частково виснажується. Система калібрується за двома газами з відомою концентрацією О₂. Ввикористовується один газ який не містить О₂, та другий газ з відомим вмістом О₂, суміш О₂–СО₂–Н₂. Камера для зразку заповнюється водою. Через неї продувається калібрувальний газ який не містить О₂, вихідний сигнал вимірювача PO₂ виставляється на 0 після встановлення рівноваги вмісту О₂. Далі за допомогою другого калібрувального газу визначається друга точка калібрувальної шкали.

19.3. Хімічні оптоволоконні датчики(оптоди, оптроди, )

Хімічні оптоволоконні датчики (фібродатчики) мають низку хімічних властивостей.

1) Вони можуть бути дуже маленького розміру

2) Декілька різних датчиків можуть бути введені одночасно через катетер (для внутрішньочерепних та внутрішньо-судинних вимірювань).

3) Оскільки проводяться тільки оптичні вимірювання відсутній ризик електричного враження пацієнта.

4) Вимірювання не чуттєві до внутрішніх електромагнітних збуджень

5) Не потрібний референтний електрод (електрод порівнювання).

Крім того фібродатчики відрізняються і мають хорошу термостабільність. В порівнянні з електродними датчиками, оптоволоконні датчики мають ряд обмежень: вони чуттєві до оточуючого освітлення (цей недолік усувається за допомогою модульованого сигналу). Другий недолік, динамічний відлікгірший ніж відклик електродів.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Порядок слів у простому реченні	\|

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.003 сек.