单片机C^2+a/PH智能分析仪的设计和应用

　　一引言

　　在临床检验中,需要检测血液中所含离子钙（iC_a²⁺）的浓度。因为离子钙是具有生理活性的钙,因此测定离子钙比测定总钙(TC_a²⁺)更能反映体内的生理和病理情况。离子钙浓度的测定方法可以分为离子选择法、图表公式间接计算法、生物法、超滤法及指示剂法。医学临床应用中较常用的是前两种方法。随着离子选择电极性能的不断提高,ISE法是目前测定iC_a²⁺最受推荐的方法,它具有测试简单、反应速度快的优点。但是,由于国前医用C_a²⁺/PH分析仪性能不够稳定、测量准确度低、操作烦锁,而进口分析仪器又价格昂贵,可维护性差,影响了其在临床检验中的应用。鉴于此,我们研制了采用单片机技术、现场可编程器件和离子选择性电极构成的智能化C_a²⁺/PH分析仪。下面介绍其工作原理和系统构成特点。

　　1ISE传感器

　　钙离子选择性电极传感器属于液态膜电极,它是一种化学传感器,其液态膜是由非水溶液0.1mol/L的磷酸二葵酯钙溶于有机溶剂磷酸二正辛苯酯 组成。将此非水溶液置于两片多孔玻膜或塑料薄膜之间,再加上内参比电极和一定浓度的内充水溶液就构成了钙离子选择性电极。电极的响应特性符合Nernst 方程:

　　式中E为电极电位;a_x为钙离子浓度;E0为电极在标准状态下的电位,它是一个常数;2.303RT/(2F)为Nernst系数,设其为K称为电极的斜率,它也是一个常量。因此,在上述条件下电极电位E与钙离子浓度lgax成线性关系。也即只要测出电极电位E即可求出钙离子浓度。

　　2测量原理及校准

　　由(1)式可知,一旦常数E0和2.303RT/(2F)=k之值已知,便可确定E与lga间的线性关系。具体可采用下述实验方法标定:给定两种标准溶液,一种浓度为a₁,对应电极电位为E1;另一种浓度为a₂,对应电极电位为E₂。则

　　(3)式中a₁、E₁、k值均为已知,当实测得电极电位E后,便可求得钙离子浓度ax。同样,选用其它离子选择性电极也可测出溶液中其它离子的浓度。被测溶液的PH值与氢离子浓度成对数关系:

　　离子选择性电极对人体血液的响应时间一般为数秒,为了保证测量精度,可采用终点法对测量结果进行误差判断,以得到电极信号的稳定值。

　　三硬件设计

　　系统硬件构成如图1所示。由于采用了新型现场可编程器件PSD311,简化了系统硬件结构。整个系统由8031单片机控制,外围电路包 括:PSD311现场可编程芯片,信号检测、放大和A/D转换电路,功能键及显示电路,微型打印机接口电路,步进电机控制电路,时钟电路等。