[发明专利]检测流体组分的仪器和方法

说明书

本发明涉及溶液的分析测量，并具体地涉及一种采用单点校准的无参比传感器测量的方法、一种促进均匀通量分布的新电极、一种新的盒式固定容量绝氧传感器及一种新的用于分析化学测量的小型仪器。

在化学分析及其更复杂的成果即临床化学中传统的“湿”化学技术，在近数十年来已被电子仪器所取代。随着电子仪器的出现，在试验测量的重现性中精确度已被提高。这种精确度在临床化学技术中特别重要且对生物医学测量极为重要，在该领域中通常微量（百万分之几）测量是经常遇到的。将这种电子仪器和自动处理与用微处理器和有力的计算机技术相结合，则已使分析化学和临床化学技术的进展方面进入到另一个阶段。

在电化学测量的分支中，这种电子仪器已经取得了很大的成就。通常在传统的电化学测量中需要测量包含一种物质的两个已知不同浓度的两个试样溶液，在随着测量包含一未知量成分的溶液后用作校准的目的。电化学方法通常需要使用一参比电极，一物质专用电极及溶液间的一电桥，以便实现用于电位分析测定的电池。从该电池中获得的电信号（通常在数毫伏特）与离子的活度成正比，并因此与在溶液中该物质的浓度成正比。该信号/浓度关系可通过能斯特方程式用数学方式加以表示：

V＝M_f〔C〕+I+J （1）

其中：V为（信号）电压;

M_f为斜率（对一特定电极和物质为一常数）;

I为对一特定物质为一常数;

J为电池的接界电位;

〔C〕为离子活度（该物质的浓度）。

为了确定解出该方程式所必需的各值，首先需确定电极的斜率M_f。为这一步，须对包含已知浓度的两种溶液进行测量，将所得的值代入到上述方程式中，并由联立解出的方程式中获取斜率的值。接着，必须确定在溶液中特定物质相对于特定电极的常数I。接界电位也用传统的方法确定。上述技术通常被称为双重或两点校准。电极技术的最新进展通过提供预先设定的、其斜率对一特定物质和电极结构为已知的单次有效电极而免除了对确定斜率的需求。然而，这些器件通常限于一次使用，这是由于将电极暴露于溶液中一段时间之后会发生斜率偏移。诸多原因之中，斜率偏移可归因于原先未形成水化层的电极形成了水化层之故。考虑到这种装置，这种一次有效电极限于供专用系统和特定的电极设计使用。

在应用于电化学分析的传感器的灵敏度方面也已取得重大的改进。许多比较新的传感器类型在实验室中获得了应用。最值得注意的有离子选择性电极（ISE）的变型、酶基选择性电极（EBSE），抗体基选择性电极（ABSE），化学场效应换能器（CHEMFET）和离子选择性场效应换能器（ISFET）。这些传感器类型的每一种可结合着一些包括涂丝电极，薄膜电极等的物理变型。这些不仅可使用于临床化学应用中，也可使用于广泛的一般用途中，例如使用于工业化学、药物、生物化学、环境控制等领域之中。此外，这些器件，目前向技术人员提供了大量的器件和技术的选择，该器件和技术的功能是产生正比于一特定物质或一些特定物质的离子活度的电信号，该传感器就是为了这些器件和技术而特别设计的，并因此而不断提高了测量的精度。

简短地提及主要是依赖于比色法的光学检测器和分析方法，这些光学检测器和分析方法也经历过一相应的快速的发展。其重大的进展在生物化学领域内，例如在酶和抗体-抗原反应方面非常显著。

然而，技术人员目前正面临着与新的科技相关的增加着的一系列问题。例如，由于上述传感器的灵敏度，这些传感器可能会有极为复杂的设计。值得注意，电化学传感器系统通常需要一参比电极及成分敏化电极，这两种电极须加以细心地校准或预先处理。此外，特别是对于参比电极，被推测为相同的电极由于制造公差而会存在稍许差异，这将导致错误的测量、“漂移”问题和接界电位误差等的结果。

应用这类电极会由于信号漂移和在正被研究中的介质里的参比电极和相关电极之间接界电位的变化而发生测量变异。接界电位对信号所产生的影响不仅仅是由电极的结构而引起的，也会随着从使用这部仪器而转用那部仪器、甚至在这次测量转到下一次测量而使接界电位对信号所产生的影响发生变化。对于灵敏的测量，这类变异是完全不可接受的。通过提高电极的灵敏度、特别是在精确测量成为关键性的生物医学的应用中提高电极的灵敏度会使其它问题加剧出现。诸如参比电极的寿命、稳定性和污染等因素，特别是当将之使用于诸如外科手术过程中的侵犯性监控的对立环境中，必须加以考虑，而至今则未得到解决。最后，在需要体积较大的参比电极的器件中，电化学系统则对其主要部分未能实现小型化。