麻醉设备学讲义1[71P][1.05MB]

39
气体溶解度的应用


高压氧仓：治疗缺氧性疾病。 麻醉气体的诱导和清醒速度，如：异 氟醚。血液中溶解度小、建立平衡时 间短、诱导迅速、清醒速度快。 麻醉剂：要求血液溶解度小，脂溶性 高。
3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
40
七、分配系数


在一定温度下，某一物质在两相中处于动 态平衡时，该物质在这两相中的浓度比值 称为分配系数。 麻醉药的分配系数p10表1-5 血/气分配系数越小，诱导越快，复苏越快 油/气分配系数越大，麻醉强度越大
3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
7
3、理想气体状态方程式：
pV = nRT
R： 摩尔气体常量
P：压强（Pa） V：体积（m³ ） n：摩尔数（＝M/ µ ， 单位mol） T：绝对温度（K）
3/14/2013 温州医学院麻醉设备学教研组 8
在STP下，p =101.325kPa, T=273.15K n=1.0 mol时, Vm=22.414L=22.414×10-3m3
pV 101325Pa 22.414 10 m R nT 1.0mol 273.15K 1 1 8.314 J mol K
R=8.314 kPaLK-1mol-1
3
3
3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
9
误差


温度越低、压强越高、气体密度越大时， 方程计算结果与实验数值偏差越大。 原因：气体分子容积不能忽略 热运动碰撞降低，引力效应上升
3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
11
二、范德瓦尔斯方程
压强的修正：P－ΔP ΔP：容器壁附近的分子只受内部引力，与V² 成 反比，因而可写为： P＋a/ V² 体积的修正：V－b 范德瓦尔斯方程：对于1mol气体 （ P＋a/ V²）（ V－b）＝RT 修正量a、b决定于气体的性质，由实验测定
3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
10
二、范德瓦尔斯方程

1873年, 36岁的荷兰阿姆斯特丹大学范 德瓦尔斯以博士论文“论物质液态和 气态的连续性” 获得荷兰莱顿大学博 士学位，论文中考虑了实际气体分子 间作用力和分子体积两个因素，将理 想气体物态方程加以修正，得出了近 似描述实际气体性质的物态方程即范 德瓦尔斯方程。
氧和二氧化碳在机体内不断被代谢，因 而通过弥散建立动态平衡。 氧化亚氮和麻醉气体不能被代谢，通过 弥散建立静态平衡。

3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
33
六、气体在液体中的溶解


任何气体与液体直接或隔着半透膜互相 接触，气体可借其分子运动，进入并均 匀分布在液体内；这种现象称为溶解。 气体溶解在液体内是气体分子进入液体 分子间隙内，而并非以小气泡形式存在 于液体内。
3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
41
常用麻醉药的分配系数（37℃）
麻醉药 甲氧氟烷 乙醚 氟烷 安氟醚 异氟醚 氧化亚氮 七氟醚 地氟醚
3/14/2013
血/气 13.0 12.1 2.4 1.9 1.4 0.47 0.63 0.42
油/气 950 65 224 98.5 99 1.4 53.9 18.7
0.0134 0.0126
0.665 0.592
413 ——
586 ——
3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
38
气体溶解度特点：
1、 温度升高，气体的溶解度减小。 2、 溶解是放热过程。 3、 存在化学溶解和物理溶解。 4、分压越高，溶解愈快、愈多。
3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
温州医学院麻醉设备学教研组
3

压力（Pa）: 气体分子运动时对容器壁的撞
击时产生的力称压力。对容器单位面积 （cm2）所产生的压力叫压强。 压强的单位: 毫米汞柱（mmHg）／平方厘米（cm2） 国际通用（法定计量）帕（Pa）、千帕 （kPa）、兆帕（MPa）。 经换算1mmHg=133.3Pa=0.1333kPa
3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
2
气体的物理量 质量、体积、压力、温度 质量（M） 即一定体积气体的量， 以毫克（mg）、克（g）、千克 （kg）、吨（t）来表示。 体积 是指气体所处的容器之容积。 常以立方毫米（mm3）、立方厘米 （cm3）、立方米（m3）表示。


3/14/2013
3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
23
威廉•亨利（Wiiiiam Henry，1774－1836，英 国化学家） “每一种气体对于另一种气体来说，等于是一 种真空。”当时这句话引起许多科学家的反对， 道尔顿却用实验证明了它的正确性。
3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
24
约翰•道尔顿（John Dalton，1766—1844 ） 的实验得出下列结论：某一气体在气体混 合物中产生的分压等于它单独占有整个容 器时所产生的压力；而气体混合物的总压 强等于其中各气体分压之和，这就是气体 分压定律 。
3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
15
三、安德鲁斯实验



理想气体的P-V曲线为等温双曲线： 定量、恒温气体PV＝常数 安德鲁斯(T.Andrews，18131885)首先对气体的等温变化进行 了实验，实验结果如图所示。 注：比容为密度倒数
3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
16
橡胶/气 630 58 120 74 62 1.2 30 2.0
42
温州医学院麻醉设备学教研组
麻醉药物分配系数特点：
1、随着温度的升高，挥发性麻醉药在组织 中的分配系数逐渐下降;分配系数愈大的挥 发性麻醉药，温度对其分配系数变化的影响 愈大。
3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
43
2、麻醉药的组织/气分配系数按大小的排列 顺序与其血/气分配系数相同，即地氟醚＜ 七氟醚＜安氟醚＜氟烷。而同一种吸入麻醉 药在不同组织中的溶解度不一样，大致为： 心肌≈肾＜肝脏≈肌肉＜脑＜脂肪。
3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
34

人体中的气体在液体中溶解现象： 血氧含量、血液二氧化碳分压、血 液麻醉药浓度等。
3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
35
在一定温度和一个大气压下，一种气体溶解 在100ml某种液体内的摩尔数称为该气体在 该液体内的溶解度，单位vol%。 如：37℃一个大气压下，100ml血中能溶解 0.468ml氧化亚氮，因而氧化亚氮在37℃一 个大气压时的溶解度为0.468vol%。

3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
12
二、范德瓦尔斯方程

对于质量为M，摩尔质量为 μ 的真实气 体状态方程应为：
3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
13
范德瓦耳斯方程与理想气体方程的比较 P5表1-1
3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
14
1910年，在他73岁那年荣获了诺贝尔 物理学奖
温州医学院麻醉设备学教研组
27
由此推导出气体分压定律的通式：
3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
28
空气中（干燥）各气体的分压
氮气 氧气 二氧化碳 其它惰 氩气 （N2） （O2） （A2） （CO2） 性气体
表3—2 空气中（干燥）各气体的分压
容积 （%）
78.08
20.95 159.22
3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
5
一、理想气体状态方程
1、实际气体

由大量分子组成。 分子做无规则运动。 分子间有作用力。 分子本身有体积。 以上特点决定了实际气体的性质很复杂。
3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
6
2、理想气体


忽略分子的容积，当作一弹性质点。 忽略分子之间的作用力。 温度较高、压力较低时，实际气体可 以当作理想气体看待。 水蒸汽不能当作理想气体看待。
21
四、混合气体的压强

在任何容器内的气体混合物中，如果各 组分之间不发生化学反应，则每一种气 体都均匀地分布在整个容器内，它所产 生的压强和它单独占有整个容器时所产 生的压强相同。
3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
22
举例：0℃时，1mol 氧气在 22.4L 体积内的 压强是 101.3kPa 。如果向容器内加入 1mol 氮气并保持容器体积不变，则氧气的 压强还是 101.3kPa，但容器内的总压强增 大一倍。可见，1mol 氮气在这种状态下产 生的压强也是 101.3kPa 。
75.01 75.67 76.2 76.2
19.82 13.83 13.3 5.32
0.2 5.32 5.32 6.13
6.26 6.26 6.26 6.26
3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
30
五、气体的弥散

气体的流动与气体分压强的大小密切相关。 弥撒：气体分子从分压高处向分压低处流动。 密度的不均匀引起分压差。
Pc
C
Tc
50℃ 35℃
B Vc
3/14/2013 温州医学院麻醉设备学教研组
A
31.1℃ 27℃ 20℃ 10℃
17
临界恒量



临界点C 临界温度Tc 临界压强Pc 临界比容Vc
3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
18
几种物质的实验临界温度
3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
4

温度 :气体温度是气体分子热运动产生的。
常用单位:摄氏（℃），水结冰温度为0℃。 绝对温度: “K”,物理学上使用。绝对温度 以—273℃作为零度。摄氏和绝对温度的关 系是T=t＋273。 比如某气体温度为37℃，以绝对温度表示为 37℃＋273℃= 310°K。
3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
31
肺泡和肺毛细血管内氧和二氧化碳的浓度差有利于两种气 体向相反的方向弥散。血液流经肺泡时，氧气弥散至血液， 二氧化碳从血液弥散至肺泡 。
PO213.83kPa
PO25.32kPa
PO213.83kPa
3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
32

0.93 70.7
0.03 0.23
0.01 0.08
593.40 分压 (mmHg)
3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
Biblioteka Baidu
29
体外、呼吸道、肺泡各气体分压（单位：kPa）
部位 氮气 （N2）
79.8
氧气 （O2）
21.15
二氧化碳 （CO2）
0.2
水蒸汽 （H2O）
0
干燥空气
呼吸道 肺泡 动脉血 静脉血
3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
37
一些气体在水中的溶解度
度/℃ O2 0 20 H2 N2 0.0235 0.0155 CO2 1.713 0.878 HCL 507 442 NH3 1176 702 0.0489 0.0215 0.0310 0.0182
30 35
0.0261 0.0170 0.0244 0.0167
3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
36
气体溶解的规律：亨利定律
1803年亨利从实验中总结出一条规律：“在一 定温度下，气体溶解达到平衡时，气体在液体 中的溶解度和气相中该气体的分压成正比。” 这一规律称为亨利定律。用数学式表示： C=αP 式中， C为气体在液体中溶解度； P为液面上 气体的平衡分压；α为常数，是该气-液体系的 溶解系数。
19
范德瓦尔斯等温线
3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
20
范德瓦尔斯等温线

临界等温线以下所有的等温线都有一个 S形曲折部分，其中斜率为正的一段表 示气体体积随压强增大而增大．在实际 上是不可能实现的过程．范德瓦尔斯方 程只是描述真实气体行为较好的近似方 程。
3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
麻醉设备学
温州医学院附属第二医院 阮肖晖 温州医学院附属第一医院 朱伟
3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
1
第一章 物理基础知识
第一节 气体定律
气体的物理量 在麻醉设备中常使用气体为工质，因为 麻醉剂要求有良好的挥发性，以气体形 式易于被患者吸入。 气体具有压缩性和流动性好的特点。 气态物质：有气体和汽体两大种类。
3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
25
约翰· 道尔顿 科学原子论的提出者 座右铭：午夜方眠，黎明即起
3/14/2013
温州医学院麻醉设备学教研组
26
设在一定温度 T 下，体积为 V 的容器中， 装有组分气体为 A、B、C，它们之间互不 反应。则各混合气体各组分的压强就是：
3/14/2013