氧分析仪翻译

氧分析仪简介氧气对于地球上所有需氧生物是必不可少的。

由于它包括了略多于五分之一的空气的重量，水的重量的十分之九已经地球重量的几乎一半，所以氧是含量最丰富的元素。

由于氧气支持和维持生命的作用，监测大气中的氧气的水平通常是非常重要的。

太多的氧气会引起一个毒性的环境，在这个氛围中，氧气太少就会导致窒息并且最终死亡。

大多数好氧工艺都需要一个相对恒定的氧气水平。

氧气气体检测被用于很多方面，（1）医疗：麻醉（药物输送，气监测），呼吸氧气含量监测（吸入并呼出），受控的环境中，孵化器；（2）生理：运动（耗氧速率），航空器，飞船，潜水，消防，登山，洞穴。

（3）生物：新陈代谢（摄氧量和消费），发酵，饮料和食品包装（4）工业：燃烧控制，燃料和污染管理，操作安全，化工厂，监测气体纯度。

本文在医学、生理学和生物学方面概述了用于测量气态氧的分析仪。

溶解或结合氧的测量在医学方面也是很重要的并且在这本百科全书中也有详细的讨论。

历史和相关在18世纪70年代，氧气被科学家拉瓦锡和英国牧师及科学家通过燃烧试验发现之前，它的存在都是不为人知的。

此前，空气都被人认为是一种由单一的物质组成的元素。

可燃材料被认为有一种称为燃素的物质，这个词来自希腊语，意思是集火，它会作为一种燃烧的物质漏出。

然而，拉瓦锡认为燃烧是由空气和燃料的组合引起的。

他进行的实验中，他烧的蜡烛在一个密封的瓶子里，观察到只有五分之一的空气消耗。

他用希腊语中意思为产酸的单词来命名未被消耗的这部分。

虽然他的关于氧气在酸性物质中是腐蚀剂的观点错了，但是留下的名字和氧的研究诞生了。

氧气对地球上的大多数生命来说都是至关重要的，由于它的高电子亲和势，因此作为最终电子受体她在有氧代谢中起着重要的作用。

由于大于95%的能量都是由氧气和其他食物的反应产生的，所以通过测量氧的消耗量可以间接监测代谢率。

这种方法被称为间接测热法相对于直接量热法（热能产生的直接测量），这又是一个测量代谢率更具成本有效和及时的方法。

氧利用率是它所在的混合气体的总压和分压的函数。

在海平面上，氧分压大概有20%。

随着大气压的降低以及海拔的日益升高，可用氧的总量在减少（表1）。

例如，在海平面上方18000英尺（5.48km），尽管氧分压依旧是21%，大约只有一半的氧可供使用。

在珠峰的山顶，海拔29000英尺（8.33km）处，可用氧量只有海平面的不到三分之一。

在这样的高度，大多数人都需要补充氧气。

此外，身体也会通过提高心脏和呼吸率来满足代谢需求以弥补减少的氧供应量。

登山者在这个高度的静息心率是正常静息心率的两到三倍。

长期处于高海拔的环境中会使机体在每单位体积的血液中产生更多的红细胞来增加氧载体的数量使得呼吸更加轻松。

如果身体没有很好地适应这样的条件下，高原病，肺和脑水肿，和潜在的死亡都会产生（3）。

表1.大气压，相对于海平面的可用氧的比例和随着海拔的增加温度的降低。

海拔（英尺）气压可用氧温度（C）压力，比例毫米汞柱0 760 1.00 151,000 733 0.96 135,000 632 0.83 5.110,000 523 0.69 -5.414,000 447 0.59 -12.716,000 412 0.54 -16.718,000 380 0.50 -20.720,000 349 0.46 -24.622,000 321 0.42 -28.624,000 295 0.39 -32.626,000 270 0.36 -36.528,000 247 0.33 -40.530,000 228 0.30 -44.432,000 206 0.27 -48.434,000 188 0.25 -52.436,000 171 0.23 -56.3氧分压保持相当恒定的21%至非常高的高度[即，大于50000英尺（15.24公里）。

在这样的高度，有必要维持一个加压，封闭的环境，如飞机，航天器，或空间的套房，以维持人的生命。

氧的可用性可以由其他气体,如氮、二氧化碳、甲烷和麻醉剂的位移减少。

在燃烧和氧化过程中，氧利用率也很容易下降。

因此，在这些气体或燃烧的情况下，目前这类在封闭的环境中，封闭的呼吸电路，以及灭火，监测大气氧水平是非常必要的。

每年有20人死于由在空气中的另一种气体置换氧气引起的窒息。

意外窒息经常发生在工业上，这是由于在一个密闭空间如隧道，实验室，下水道，矿山，粮仓，储罐等的二氧化碳，甲烷以及油气引起的氧枯竭。

例如，在1992年，一艘驳船运营商在阿拉斯加死于窒息并且在救援过程中，一个救援者由于在一个限定空间低水平的氧(6%)而失去意识。

在麻醉的过程中，气体输送管连接不正确也会导致窒息。

在为一些特定的需要选择氧分析仪的时候，了解操作的属性，特点以及设备的局限性是非常重要的。

氧气检测的主要方法是基于顺磁性磁化率，电化学性能，和氧气的光吸收性能。

顺磁氧分析仪放置在非磁性领域时，所有的膜会表现出某种形式的磁性。

磁化率用来衡量材料被放置在一个外部磁场时的磁场强度。

反磁性物质，如金，水，垂直对齐到一个外部磁场使他们略微被排斥。

这个属性来自产生一个小型磁矩的电子的轨道运动。

在成对的的价电子的物质，这些时刻取消了。

然而，当施加一个外部磁场时，它会干扰电子的运动并且引起了原子的内部反对场和对他的轻微排斥。

抗磁性是所有材料的属性，但很弱并且一旦外部磁场撤回，就会消失。

在具有未配对电子的材料（例如，镍和铁）中，一个外部磁场与这场方向的小的磁矩的方向对齐，从而增加了磁通密度。

材料的这种行为是弱磁吸引领域，并归类为顺磁性。

铁磁性是一个顺磁性的材料（例如，铁和钴）被强烈地吸引至磁性领域的特例。

顺磁材料具有较高的易感性。

相比其他气体氧具有相对高的敏感性（见表2）。

此属性是顺磁氧分析仪的原理的关键。

表2.在20摄氏度时氧=100和氮~=0的模式下的相对磁磁化率值气体相对磁化率值氩0.58 乙炔0.38 空气（干燥空气）21.00 氨0.58 二氧化碳0.61 一氧化碳0.06 氯0.13 乙烷0.83 氦0.29 氢0.12 甲烷0.37 氮0.42 氧化亚氮0.58 一氧化氮43.80 二氧化氮28.00 氧气100.00三种主要类型的顺磁氧分析仪是：（1）热磁（磁性风）;（2）磁流体（哑铃或自动平衡），（3）磁气动（差压）。

顺磁分析仪通常用于监测在开放和封闭环境，生物实验室测量，并在工业燃烧分析时呼吸的空气质量（2,14）。

顺分析仪的局限性：因为氧气的磁化率依赖于温度，因此在一个恒定的温度下操作，或有一些温度补偿能力是必要的（1,15）。

该传感器的输出是正比于绝对大气压力，因此压力补偿有时是必要的（1,15）。

顺磁性的的设备通常是有移动部件的精密仪器，因此会受到震动的不利影响。

它们通常不被用作便携式装置（13）。

顺磁性的传感器在氧百分比测量中作用很大，但不建议用于微量氧测量。

此外，无法平衡干扰的影响（即试样气体中含有其他顺磁性或反磁性气体，或不同的背景气体的组合物）时，不应该使用该传感器（14）。

用于麻醉的背景气体的影响小，但并不总是可以忽略不计。

这些影响概述于表3。

表3由于麻醉气体顺磁性分析仪测量误差气体仪器读数错误在％O2由于1％蒸气乙醚0.0068氟烷0.0157氧化亚氮0.0018甲氧0.0000三氯乙烯0.0033热磁（磁场风）热磁分析仪是基于磁化率减小与温度的平方成反比的事实。

工作原理一个示意图可以看出，在热磁分析仪。

1。

的气体样品被接纳进入分成相等的分部，分支机构的入口然后在出口处再次收敛。

这些管子被另一些管子连接在出口和入楼的中间。

这种交叉管是由铂线圈加热的，在热电阻电桥的中心分离。

这两个加热线圈段形成惠斯登电桥的两个臂，而传感器的输出构成第三臂。

一个磁场应用于一半的线圈。

气体中的任何氧气被吸向磁场的横截面。

这些氧分子随后被加热线圈加热，并立即开始失去他们的磁化率。

然后，他们就被具有较高磁敏感性的冷却器氧分子所代替。

这种流动的气体通过交叉管简称为磁风，冷却磁性加热线圈和加热非磁化线圈引起的桥的不平衡来源于两个线圈之间的电阻产生的差异。

然后桥输出通过过腔（1,11,13）与已知的氧浓度的气体进行校准。

图1。

热磁氧气分析仪示意图（1）。

热磁分析仪的局限性。

将热电偶的磁性氧分析仪的测量受磁化率和承运人气体的热导率，试料气体的温度，环境温度，倾斜，样品流量，压力（1,16）的影响。

磁动态（哑铃或自动平衡）法拉第于1884年开发的方法，是最流行的顺磁氧分析仪和最早研制的氧气分析仪。

磁流体氧分析仪是基于氧气将被吸引进入一个顺磁性磁场的属性。

这些分析仪主要是测量样气的磁化率。

工作原理。

在此装置中的一种简单形式包括由石英制成的小哑铃形主体且用氮气或一些具有小的或负的磁化率的气体填充，光杠杆系统，和一个非均匀磁场（图2）。

哑铃悬浮在一个位于两块永久磁铁之间的封闭的由石英或铂丝构成的腔室，这两块永久磁铁的形状很特殊以获得一个非均匀的磁场。

哑铃可自由旋转。

由于哑铃略有抗磁性，所以它会自然地旋转且远离最高的磁场强度。

试样气体中的氧将被吸引到最大电场强度的区域，并进一步取代哑铃。

这种偏转的测量是由一个光杠杆系统实现的，在这个系统中，由试验室外的光源照射到安装在哑铃中心的镜子上。

然后光束反射到一个规模外室。

叛逃的数量与样品（1,17）中氧的分压成正比。

现代设计的传感器有自动调零和温度补偿功能。

一个单匝线圈环绕着哑铃。

当电流流过它时，线圈产生的磁感应强将反过来导致哑铃在外部磁场旋转。

哑铃的偏转的测量是通过使用光电管检测到从反光镜反射的光的光杠杆系统。

图2.示意图顺磁性“哑铃''传感器。

改编自（1）。

图3。

自归零顺磁性仪。

改编自参考文献1和17。

该光电管连接到一个反馈环路，这个环路控制通过线圈的电流的量并且保持哑铃中心相对于光电探测器。

随着顺磁组件的气体样品进入最强的部分的磁场,哑铃被移位并开始旋转。

光电池检测这个运动和驱动放大器，以产生必需的线圈中的电流，来保持哑铃在原始的零位置。

该系统是用纯氮气的样本归零。

在这种情况下，哑铃处于一个平衡位置，没有电流流通过线圈。

该电流与样本的磁化率成正比。

该系统是使用已知氧含量的样品进行校准。

见图3为示这种设计。

哑铃分析仪的局限性。

哑铃设计的主要缺陷是其缓慢的响应时间（10秒）（15）。

因此，需要实时氧分析时，不推荐使用哑铃分析仪。

这些分析仪也有移动部件，极为容易倾斜和振动。

磁气动（差压）该传感器的工作原理是当含有氧气的样品被吸入到一个具有不同氧含量的参照气体的非均匀磁场时会产生压力差。

差压传感器直接测量样气的磁化率，因此没有背景气体的热性能的影响。

操作原则。

一个参考气体是以一个恒定的速率被接纳进入腔室中的，如图4.参考气体分为两个路径与均衡器来确保平等在每个路径流动。