溶解氧仪的测定原理

常见的溶氧仪多采用隔膜电极作换能器，将溶氧浓度（实际上是氧分压）转换成电信号，再经放大、调整（包括盐度、温度补偿），由模数转换显示。

溶氧仪实用的膜电极有两种类型：极谱型（Polarography）和原电池型(Galvanic Cell)。极谱型（Polarography）：电极中，由黄金（Au）环或铂（Pt）金环作阴极；银-氯化银（或汞-氯化亚汞）作阳极。电解液为氯化钾溶液。阴极外表面覆盖一层透氧薄膜。薄膜可采用聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、硅橡胶等透气材料。阴阳两电极之间外加0.5～1.5伏的

极化电压。有的极化电压为0.7伏。当溶解氧透过薄膜到达黄金阴极表面，在电极上发生如下反应。

阴极被还原：O2+2H2O+4e→4OHˉ

同时，阳极被氧化：4Clˉ+4Ag-4e→4AgCl

在正常情况下，上述还原-氧化反应产生的扩散电流i∞之值与溶氧浓度成正比。可用下式表示：

i∞=nFA（Pm/L）Cs

式中：i∞－稳定状态的扩散电流

n－得失电子数

F－法拉第常数（96500 库仑）

A－阴极表面积（平方厘米）

Pm－薄膜的渗透系数（厘米2/秒）

L－薄膜的厚度（厘米）

Cs－溶解氧浓度（ppm）

当电极结构和薄膜确定之后，式中A、Pm、L、n等均为常数。令K= nFA（Pm/L），则上

式中：i∞=KCs。

因此可见，只要测得扩散电流i∞，即可测得溶解氧浓度。为消除温度、盐度和气压因素影响，各型号产品采用各自技术进行补偿。

原电池型(Galvanic Cell)：当外界氧分子透过薄膜进入电极内相到达阴极的三相界面时，产生下式反应。

银阴极被还原：O2+2H2O+4e→4OHˉ

同时，铅阳极被氧化：2Pb+2KOH+4OHˉ-4e→2KHPbO2+2H2O

即：氧在银阴极上被还原为氢氧根离子，并同时向外电路获得电子；铅阳极被氢氧化钾溶液腐蚀，生成铅酸氢钾，同时向外电路输出电子。接通外电路之后，便有信号电流通过，其值与溶氧浓度成正比。

实验十六 几种类型的缺氧及影响缺氧耐受性的因素

一、几种类型的缺氧

实验目的

1．在动物身上复制低张性、血液性缺氧，并了解缺氧的分类。

2．观察缺氧对呼吸的影响和血液颜色的变化。

实验原理

氧为生命活动所必须。当组织得不到充足的氧，或不能充分利用氧时，组织的代谢、功能，甚至形态结构都可发生异常变化，这一病理过程称为缺氧。本实验将小白鼠放入密闭的缺氧瓶内，小白鼠不断消耗氧气，瓶内氧分压不断下降，复制低张性缺氧。CO与Hb结合形成HbCO，使血红蛋白失去携带氧的能力，本实验将CO通入缺氧瓶内，复制CO中毒性缺氧。亚硝酸钠可使二价铁的血红蛋白氧化成高铁血红蛋白，高铁血红蛋白与羟基牢固结合而失去携带氧的能力，本实验将亚硝酸钠注射入小白鼠腹腔，复制亚硝酸钠中毒性缺氧。

材料与方法

一、实验对象：小白鼠

二、药品和器械：缺氧瓶、注射器、天平、剪刀、钠石灰、5%亚硝酸钠、1%美兰、生理盐水。

三、观察指标：观察动物的一般情况，呼吸频率(次/10秒)及深度，皮肤和口唇的颜色。

四、方法与步骤

(一)低张性缺氧

1．取钠石灰少许(约5克)及小白鼠一只放入缺氧瓶内。观察动物的一般情况，呼吸频率(次/10秒)，深度，皮肤和口唇的颜色，然后塞紧瓶塞，记录时间，然后每3分钟重复观察上述指标一次(如有其他变化则随时记录)直到动物死亡为止。

2．动物尸体留待2、3实验做完后，再依次打开腹腔，比较血液或肝脏颜色。

(二)CO中毒性缺氧

1．取小白鼠一只放入缺氧瓶中，观察其正常表现。

2．用注射器抽CO 2~4ml，缓慢注入瓶中。

3．观察指标与方法同(一)。

(三)亚硝酸钠中毒性缺氧

1．取体重相近的两只小白鼠，观察正常表现后，分别向腹腔注入5％亚硝酸钠0.3ml，其中一只注入亚硝酸钠后，立即再向腹腔内注入1％美兰0.3ml，另一只再注入生理盐水0.3ml。

2．观察指标与方法同(一)。

注意事项：

1．低张性缺氧实验，缺氧瓶一定要密闭。

2．小白鼠腹腔注射，应稍靠左下腹，勿损伤肝脏，但也应避免将药物注入肠腔或膀胱。

3．CO已于实验前置备完毕，装于贮气袋。

二、影响缺氧耐受性的因素

实验目的

了解条件因素在缺氧发生中的重要性和临床应用冬眠和低温治疗的实用意义。

实验原理

病因为疾病发生所必须并决定疾病的特异性的因素。疾病发生还取决于机体所处的内部与外部条件，条件可通过增强或削弱病因的致病性，改变机体对疾病病因的耐受性，促进或延缓疾病的发生。本实验通过改变机体的内部与外部条件，观察小白鼠对缺氧耐受性的变化。

材料与方法

一、实验对象：小白鼠

二、器械和药品：缺氧瓶、测氧仪、天平、注射器、温度计、烧杯、钠石灰、1%咖啡因、0.25%氯丙嗪、生理盐水。

三、观察指标：存活时间、耗氧量、耗氧率。

四、方法与步骤

(一)环境温度变化对缺氧耐受性的影响

1．取缺氧瓶三只，各放入钠石灰少许。

2．取500毫升烧杯两只，一只加入碎冰块和冷水，将杯内水温调到0~4℃，另一只加入热水，将温度调到40~42℃。

3．取体重相近的小白鼠三只，称重后分别装入缺氧瓶中，其中的两只分别放于盛有冰水或热水的烧杯内，另一只置于室温中，塞紧瓶塞后开始计时。

4．持续观察各鼠在瓶中的活动情况，待小白鼠死亡后，计算存活时间，并立即从烧杯内取出缺氧瓶，置于室温中平衡15分钟。

5．用测氧仪测定瓶内空气的剩余氧浓度，方法见附录1。或用测耗氧量装置测定总耗氧量(A)，方法见附录2。然后再用测瓶内气体容积装置测出瓶内空气的容积(，方法见附录3。

6．如有血气分析仪，可直接测定瓶内空气的氧含量。

7．根据小白鼠体重(W)，存活时间，总耗氧量 ，计算小白鼠耗氧率(R)ml/g/min。

计算方法：

(1)由测氧仪测得瓶内空气的剩余氧浓度(C)和用测瓶内气体容积装置测出瓶内空气的容积(，求总耗氧量(A)

A(ml)＝(20.94%-C)× B

(2)小白鼠耗氧率(R) R(ml/g/min)=A÷体重(克)÷存活时间(分)

(二)机体状况不同对缺氧耐受性的影响

1．取体重相近的小白鼠 三只，分别作如下处理：

甲鼠，腹腔注射1%咖啡因0.1ml/10g体重。

乙鼠，腹腔注射0.25%氯丙嗪0.1ml/10g体重，待动物安静后，全身浸入冰水5－10分钟。

丙鼠，腹腔注射生理盐水0.1ml/10g体重

2．约15-20分钟后，将三只小白鼠分别放入有钠石灰的缺氧瓶内，密闭后开始计时

3．以下步骤同一的5、6、7步骤。

实验结果

绘制三线表填入所观察各项指标的数据。

注意事项：

1．必须保证缺氧瓶完全密闭。

2．测剩余氧浓度前，作高、低温实验的两只缺氧瓶必须放在室温平衡15分钟左右。

要求与思考

学生课前应复习《病理生理学》“缺氧”的内容，依据缺氧的理论和实验内容，联系实际讨论第十章病例一、病例二，各实验组推荐一名学生代表作课堂发言。

作业题

1．低张性缺氧、血液性缺氧对呼吸有何影响？为什么？

2．低张性缺氧、CO中毒性缺氧、亚硝酸钠中毒性缺氧血液颜色有何不同？为什么？

3．美兰为什么使亚硝酸钠中毒小白鼠存活时间延长？

4．当外界环境温度逐渐降低时，小白鼠对缺氧的耐受性有何变化？为什么？

5．神经系统处于兴奋或抑制状态对小白鼠的缺氧耐受性产生何种影响？为什么？

附录1 氧电极法测定瓶内空气氧浓度(％)的方法

1.原理

氧电极法测定的原理是利用溶解的氧分子在一定的极化电压下，被还原而产生电流。

O2+2H++2e- H20

当测定系统将电极与被测溶液用仅能通过气体分子的聚乙烯薄膜隔开时，在一定极化电压下，电极中测出的电流量将只反映被测系统中弥散过来的氧分子，并与被测溶液中的氧分压成正比。

2．方法与步骤

(1)按测氧仪说明书安装电极，检查电池电压，调整极化电压和调节零点。

(2)将已装好的氧电极插入仪器的“输入”孔，进行电极的灵敏度调节；先用新鲜配制的无氧水，以缓慢的速度从电极进样管，注入样品池内，校正零点。然后用已知氧浓度的混合气体，调节灵敏度至刻度。重复以上操作1～2次，使重现性误差小于读数误差的2.5％ 。

(3)将缺氧瓶塞上的一个橡皮管同测瓶内空气容积装置相接，装置内的水即因负压而进入缺氧瓶内。然后将另一橡皮管同测氧仪的电极进样管相连，并从电极出样管缓慢抽气，使缺氧瓶内气体缓慢进入测氧仪的测量池。待测氧仪的表头指针稳定后，直接读出瓶内空气剩余氧浓度(C)。

附录2 用测耗氧量装置测定小白鼠的总耗氧量

1．原理

小白鼠在密闭的缺氧瓶内，不断消耗氧气，而产生的CO2又被钠石灰吸收，瓶内氧分压逐渐降低而产生负压，当缺氧瓶与测耗氧量装置相连时，装置的移液管内液面因瓶内负压而上升，量筒内液面下降的毫升数即为消耗氧的总量。

2．方法与步骤

(1)向量筒内充水至刻度，然后将玻璃管接头与缺氧瓶塞上的一个橡皮管相连。

(2)打开上述橡皮管上的螺旋夹，待移液管内水平面上升稳定后，从量筒上读出液面下降的毫升数，即为小白鼠的总耗氧量(A)。

附录3 测缺氧瓶内空气容积的方法

(1)将测瓶内空气容积装置的全部系统内充满水，并向量筒内加水至刻度。

(2)将缺氧瓶塞上的两橡皮管全部打开，其中之一与装置相连。

(3)装置内水因虹吸作用进入缺氧瓶内，待瓶内全部充满水时立即夹紧装置上的弹簧夹。

(4)读出量筒上液面下降的毫升数，即为缺氧瓶内空气的容积。