气体分析gas analysis

是测量混合气的组成、各种成分的百分浓度和含量的检测方法。常进行的气体分析有空气、肺泡气、动脉血气、混合静脉血气等。偶亦分析吸入气、呼出气，通过计算公式来判断呼吸功能。气体分析在研究呼吸生理和病理方面有重要意义。

气体分析

与医学有关的气体大致可分为三类：
❶代谢气体；
❷医用气体： 包括麻醉气体、治疗用氧气、呼吸兴奋剂等；
❸对人体有害气体，主要指工业废气。一般将医用气体的分析归于药物分析； 对人体有害的气体归于大气污染分析，而通常所讲的气体分析，主要指血液中CO2、O₂及与之有关的pH的分析测定。血液的pH、P o2及Po2分析
常用指标及意义 (1) pH: pH是反映氢离子浓度的指标。正常人动脉血的pH为7.15～7.45，略高于静脉血0.02～0.01。血中pH为呼吸性和代谢性因素共同作用的结果，pH升高，超出正常上限为失代偿性碱中毒； 反之为失代偿性酸中毒。代偿性酸或碱中毒，pH在正常范围内，但接近下或上限。
(2) Pco₂: Pco₂表示二氧化碳分压或称CO₂张力，血浆中溶解的CO2所产生的压力。Pco2能反映酸碱平衡中的呼吸因素，是呼吸性酸碱平衡中具有决定性意义的重要指标。
(3) Tco2: Tco2表示二氧化碳总量，即血中一切形式的二氧化碳量的总和。
(4) CO2CP: CO2CP表示二氧化碳结合力，指血中以结合成HCO₃-形式存在的CO₂含量。
(5) Po₂: Po₂表示溶解于血浆中的氧所产生的压力。
(6) SuO2: SuO2表示血氧饱和度，指血红蛋白被氧饱和的百分比。
血液中pH、Pco2及Po2测定
1. 测定的仪器： pH、Po2和Pco2主要是用电化学方法测定。测定的仪器分为四大组成部分：
❶电极系统： 将pH、Po2及Pco2给予的化学信号转变为电信号；
❷放大器： 将电极所产生的微弱电讯号放大，一般为直流放大器；
❸仪表： 放大的电讯号使指针摆动，或通过数字显示装置而得到读数；
❹电极系统的附件： 恒温箱、吸引器、打印机和微处理机等。
(1) Po₂电极的工作原理， 将两个电极置于电解质溶液中，接通直流电就可引起电解作用，在电极间产生电流，此时溶液中若有氧存在就促进电解，使电流增加，增加量与氧量成正比。氧电极构造如图1所示。白金丝的阴极与覆盖其上的聚丙烯膜，电极及电极薄膜间贮KCl溶液，聚丙烯膜外侧为血液标本，当电极施加-600mV电压时，阴极端产生下列反应：

2H₂O+O₂—→2H₂O₂
H₂O₂+2e-—→2OH-

血标本中氧通过薄膜向Pt电极扩散，扩散量与血液Po2和电极间的电流量成正比关系，从电流的变化可测得血液标本的Po₂值。
(2) pH电极的工作原理： 玻璃与氢离子结合时即可产生电位差，电位差与溶液的[H+] 有关。但只用玻璃电极不能测得pH绝对值，因此要另一只完全不受pH影响的电极 （参比电极） 与之组合成“电池”，以测定A与A′之间所发生的电位差来表示标本的pH值(图2)。
(3) Pco₂电极的工作原理： Pco₂电极是改进的pH电极，使其对CO2产生反应，其原理与pH电极相似； 玻璃电极与参比电极浸入NaHCO3溶液中，NaHCO3溶液与标本之间有薄膜，CO2透过膜，使NaHCO3溶液pH发生改变，从而在玻璃电极上出现电位差，可代表CO2的量(图3)。
2. 测定方法： (1) 标本采集： 要求动脉血或动脉化的毛细血管血，多采用耳垂或手指血。在特殊情况下可

图1 PO₂电极的结构

图2 p^H测定装置的基本结构

图3 Pco₂电极工作原理

以从心导管或中心静脉导管取血。血样一律用肝素抗凝。
(2) 定标： 血液pH测定标准液，常用的是pH为7.383和6.841的两种磷酸盐缓冲液。Po2电极的标定有气标、水标和血标。气体中O2比液体中O2容易扩散入电极膜，故用气标法测定血中Po2，结果容易低于实际值。血标法须用已知Po2的气体与血液平衡后作为参考标准。液标用无氧水定“O”，用38℃与温空气充分平衡的水作为定标溶液。此水Po2为Po2 (mmHg)=0.2093×(PB-50)。其中PB为工作日大气压。Pco2电极的标定采用CO₂和空气混和后标定，或液标法。标准液有三种配制方法：
❶NaHCO3溶液和少量HCl溶液；
❷Na₂CO₃溶液和少量HC1溶液，
❸磷酸缓冲液与NaHCO3溶液。根据加入的NaCO₃或NaHCO₃量可以算出PCO₂。
血浆二氧化碳结合力的测定
(1) 量积法： 取血浆用人工肺泡气使二氧化碳饱和，置于范斯莱克量积式气体分析器中，在真空密闭状态下加入乳酸，血中的碳酸氢钠被中和而释放CO2，溶解于血浆中的二氧化碳也在真空条件下释出。将释出的二氧化碳气体积减去其它气体(O₂、N₂) 等在实验条件下的物理溶解量，从而可求得碳酸氢钠分解产生的CO2量。此值为二氧化碳的结合力。
(2) 酸碱滴定法： 于血浆中加入过量的已知当量的盐酸，中和血浆中的碱储量(NaHCO3)，然后用已知当量的碱溶液 (NaOH)回滴，可推算出NaHCO3当量。
血氧测定——舒量血氧微量测定法 以铁氰化钾溶液与血液混和，因铁氰化钾为一强氧化剂，能使氧合血红蛋白中的二价铁原子氧化为三价铁原子而成变性血红蛋白，同时放出氧气，可用舒量血氧微量测定器定量，即为血氧量。由于铁氰化钾分子不能渗入细胞，要加一定量皂素使细胞溶血。加入醋酸缓冲液，使醋酸与铁氰化钾作用，能放出大量CO2，以帮助血中O2、N2游离。产生的CO可用NaOH吸收除去， 可测定剩余的N₂和O₂量，再用焦性没食子酸吸收O2，测得N2体积； 通过计算可得氧量。
血液一氧化碳定性试验
(1)改良荷泼(Hoppe) 与赛勒(Sayler)法： CO与血红蛋白结合成HbCO，氧合血红蛋白遇碱性溶液显草绿色，CO中毒后，氧合血红蛋白量下降。因而不能产生草绿色而仍保持红色，所以正常人血液在加入10%NaOH后测定结果为黄绿色(黄绿、棕绿、草绿)，而CO血患者可呈樱红色。
(2) 赛逸(Seyer)与叶 (Yants)氏法： 一氧化碳血红蛋白与鞣酸或鞣酸和焦性没食子酸的混和液作用后，显樱桃红色，而正常人的氧合血红蛋白呈灰褐色或褐色。
医用气体分析 医用气体包括麻醉气体、治疗用氧气、呼吸兴奋剂等。
治疗用气体 见下表。

名 称	化学式	颜色	用 途
二氧化碳	CO2	灰	呼吸兴奋剂
5%CO2+95%O2	CO2+O2	灰绿	呼吸兴奋剂
氦	He	褐	代替氮
80%He+20%O2	He+O2	褐和绿	代替空气
氧	O2	绿或白	治疗缺氧

麻醉气体（吸入麻醉剂） 见下表。

名称	化学式	物理性质	化学稳 定性	对人体其他作用
乙 醚	(C2H5)2O	无色透明液体 b.p.36.5℃	易燃	对皮肤粘膜有一 定刺激
氯乙烷	CH3CH2Cl	无色透明液体 b.p.12℃	稳定	无刺激，略带甜 味
三氯乙烯	CHCl=CCl2	无色透明液体 b.p.86～88℃	易分解 破坏	无刺激
氧化亚氮	N2O	气体，比重 1.53	稳定	无刺激性，略带 甜味，吸入后主 要溶于血浆
氟 烷	CF3CHBrCl	无色透明液体 b.p.50.2℃	稳定	无刺激，略带水 果香味
甲氧氟烷	CH3OCF3 CHCl2	无色透明挥发 性液体， b.p.104.7℃	稳定	无刺激，略带水 果香味

大气中对人体有害气体分析 大气中对人体有害的气体主要是CO、H2S、NO2、O3、SO2等。
一氧化碳 CO主要是不完全燃烧引起的，如汽车废气。
(1) 对磺酰氨基苯甲酸银法： CO与对磺酰氨基苯甲酸银的碱性溶液反应，形成金属银的胶态悬浮液。悬浮液的吸光度与CO浓度成正比。
(2) 霍加拉特法： 使含有CO空气样本通过氧化型催化剂（霍加拉特）将CO氧化成CO2。氧化产生的热量使空气流温度增加，增加的温度与一氧化碳的浓度有关，用热敏电阻使温度变化转变成电讯号。
(3) 汞置换法： 空气样品中CO与热的氧化汞反应产生汞蒸气，在253.7nm汞发射线下用光度法测定汞蒸气。汞蒸气量与CO成正比：本法特别适用于测定环境及自然本底中低浓度的- 氧化碳。
(4) 检气管法： 已知体积的空气在标准流量下通过一个玻璃管，管内装有浸渍试剂的固体吸附剂，一氧化碳与吸附剂上的试剂反应形成颜色，颜色的长短与深浅与被测空气中CO的量成正比，工厂供应标准的色板。
二氧化氮 NO2，褐色有刺激性气体，产生烟雾，存在汽车废气中。用可形成偶氮染料的试剂吸收NO2，在15分钟内产生稳定的玫瑰红色，可用目视比色法或550nm光电比色定量。
硫化氢 H2S为具臭鸡蛋味的有毒气体，由有机物分解产生。将一定体积空气通过氢氧化镉碱性悬浮液，硫化氢转化成硫化镉。硫化物与对氨基二甲基苯胺的强酸溶液和三氯化铁反应，生成亚甲蓝，用分光光度法定量。
二氧化硫 SO2是具令人窒息气味的气体，硫燃烧时形成。
(1) 四氯汞钾（或钠）吸收法： 含SO₂的空气样品通过四氯汞钾或钠，SO2被吸收而形成二氯亚硫酸汞复合物。用甲醛溶液和含有特殊纯化的用酸褪色的对玫瑰苯胺，并用磷酸调节pH。对玫瑰苯胺、甲醛及酸式亚硫酸阴离子反应形成一种颜色很深的对玫瑰苯胺甲基磺酸，可比色定量。
(2) 电化学法： 一定体积空气通过稀酸性过氧化氢溶液采集二氧化硫，过氧化氢将二氧化硫氧化成硫酸。每一克分子二氧化硫产生两克离子氢离子和一个克离子的硫酸根，电导率的变化量与SO2浓度有关。
臭氧 臭氧(O₃)为有毒气体，由氧气在电火花时产生，存在雾中，在上层大气起过滤作用。使含臭氧的空气样品通过一个装10ml含1%KI的中性缓冲液，用分光光度法在352nm处测量I3-的光度，以测定吸收液中释放的碘，从而计算O3浓度：

O₃+3KI+H₂O—→KI₃+2KOH+O₂

气体分析

gas analysis