麻醉設(shè)備學(xué)物理基礎(chǔ)知識(shí)

1、物理基礎(chǔ)知識(shí),麻 醉 設(shè) 備 學(xué),主講：安醫(yī)大二附院 醫(yī)療保障部　李加榮,2,Contents,本章學(xué)習(xí)在呼吸治療及吸入麻醉工作中，經(jīng)常遇到的一些相關(guān)物理學(xué)問(wèn)題。有助于本課程的學(xué)習(xí)，以及對(duì)相關(guān)設(shè)備工作原理的深入理解。本章內(nèi)容只需要了解，不需要掌握。,3,第一節(jié) 氣體定律,一. 理想氣體狀態(tài)方程,氣體的量（摩爾數(shù)）,,,4,一.理想氣體狀態(tài)方程,理想氣體:只考慮分子間相互碰撞，不考慮其他相互作用，分子體積體積和分子間引力忽略不計(jì)。誤

2、 差: 計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)值有微小差別，溫度越低、壓強(qiáng)越大，出現(xiàn)的偏差越大。理想氣體狀態(tài)方程的缺陷:①　氣體分子本身占有一定體積；②　分子間存在相互作用力。,5,1873年， 36歲的荷蘭阿姆斯特丹大學(xué)范德瓦爾斯以博士論文“論物質(zhì)液態(tài)和氣態(tài)的連續(xù)性” 獲得荷蘭萊頓大學(xué)博士學(xué)位，論文中考慮了實(shí)際氣體分子間作用力和分子體積兩個(gè)因素，將理想氣體物態(tài)方程加以修正，得出了近似描述實(shí)際氣體性質(zhì)的物態(tài)方程即范德瓦爾斯方程。

3、1910年，范德瓦爾斯73歲，榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。,二.范德瓦爾斯方程,6,對(duì)理想氣體的修正量:①　分子本身所占體積－－b②　比例系數(shù)－－a（內(nèi)壓強(qiáng)與分子數(shù)密度之比）,二.范德瓦爾斯方程,7,修正量:①分子本身所占體積－－b②比例系數(shù)－－a（內(nèi)壓強(qiáng)與分子數(shù)密度之比）例： 二氧化碳：a=0.366 J·m3/mol2b=0.0428×10-3 m3/mol；水蒸氣：a=0.55 J

4、·m3/mol2b=0.0305×10-3 m3/mol；,二.范德瓦爾斯方程,8,范德瓦爾斯方程比理想氣體狀態(tài)方程更接近于實(shí)際情況，但也不是絕對(duì)準(zhǔn)確，它是關(guān)于V的三次代數(shù)方程。A →A’：汽→（壓縮）→過(guò)飽和蒸汽B →B’：液態(tài)→（減壓膨脹） →過(guò)熱液體A’ → B’：實(shí)驗(yàn)中不能實(shí)現(xiàn),二.范德瓦爾斯方程,9,安德魯斯在不同溫度下對(duì)二氧化碳作了系統(tǒng)的等溫壓縮實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖?！∨R界點(diǎn)C臨界溫度T

5、c臨界壓強(qiáng)Pc臨界比容Vc,三.安德魯斯實(shí)驗(yàn),10,把各等溫線上氣體開(kāi)始液化和完全液化的各點(diǎn)連接起來(lái)得到曲線ABC，曲線ABC和臨界溫度（31.1℃）等溫線把P-V圖分成四個(gè)區(qū)域?！≡谂R界溫度以上，單純靠壓縮是不能使它液化的，稱為“氣”。臨界溫度以下的氣體，稱為“汽”，壓縮后會(huì)依次變成液汽共存狀態(tài)，和液態(tài)。,三.安德魯斯實(shí)驗(yàn),11,在容器內(nèi)的氣體混合物中，如果各組分之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，則每一種氣體都均勻地分布在整個(gè)容器內(nèi)，它所產(chǎn)生

6、的壓強(qiáng)和它單獨(dú)占有整個(gè)容器時(shí)所產(chǎn)生的壓強(qiáng)相同。,四.混合氣體的壓強(qiáng),12,威廉?亨利（William Henry ，1774-1836，英國(guó)化學(xué)家） 　“每一種氣體對(duì)于另一種氣體來(lái)說(shuō)，等于是一種真空?！碑?dāng)時(shí)這句話引起許多科學(xué)家的反對(duì)，道爾頓卻用實(shí)驗(yàn)證明了它的正確性。約翰?道爾頓（John Dalton，1766－1844 ）　實(shí)驗(yàn)得出下列結(jié)論：某一氣體在氣體混合物中產(chǎn)生的分壓等于它單獨(dú)占有整個(gè)容器時(shí)所產(chǎn)生的壓力；而氣體混合物

7、的總壓強(qiáng)等于其中各氣體分壓之和。這就是氣體分壓定律 。,四.混合氣體的壓強(qiáng),13,彌散：　當(dāng)氣體的密度不均勻時(shí)，氣體的分壓強(qiáng)就會(huì)有差異，氣體分子從分壓大的地方向分壓小的地方移動(dòng)。,五.氣體的彌散,14,五.氣體的彌散,15,溶解度：　在一定溫度與壓力條件下，當(dāng)液面上的氣體和溶解的氣體達(dá)到平衡時(shí)，該氣體在液體中的濃度?！〕Ｓ?00ml液體中能溶解氣體體積的ml數(shù)表示，寫(xiě)成vol%。如37℃，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，100ml血中所能溶解的

8、氧化亞氮濃度為0.468ml，故氧化亞氮的溶解度為0.468vol%?！〈蠖鄶?shù)氣體的溶解度隨溫度升高而減小，隨壓力增大而增大。,六.氣體在液體中的溶解度,16,分配系數(shù)：　在一定溫度下，某一物質(zhì)在兩相中處于動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，該物質(zhì)在這兩相中的濃度比值稱為分配系數(shù)?！∥镔|(zhì)在兩種不相混的溶劑中平衡時(shí)的濃度比。例如要比較一種物質(zhì)在油與水中的可溶性，可以用油/水分配系數(shù)來(lái)表示——分配系數(shù)越大，油溶性越大。,七.分配系數(shù),17,揮發(fā)性麻

9、醉藥經(jīng)肺泡進(jìn)入血液，可把肺泡氣和血液看成互相鄰接的氣、液兩相，當(dāng)其在兩相中處于動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，這兩相中麻醉藥的濃度比值就稱為該麻醉藥的血/氣分配系數(shù)?！±缍鞣樵?7 ℃時(shí)的血/氣分配系數(shù)是1.9，即表示溶解在血中的濃度是肺泡中濃度的1.9倍。,七.分配系數(shù),18,第二節(jié) 物態(tài)的變化,相變：物質(zhì)在固、液、氣三種狀態(tài)之間相互轉(zhuǎn)變。,19,一.氣化,蒸發(fā)：在液體表面發(fā)生的氣化現(xiàn)象。 可在任何溫度發(fā)生。蒸發(fā)的發(fā)生是由于液體粒子流動(dòng)

10、時(shí)互相發(fā)生不同程度的碰撞，這些碰撞使接近液體表面的粒子擁有足夠能量從液體中逃逸出去，做成蒸發(fā)現(xiàn)象。植物葉片氣孔中水份的蒸發(fā)叫蒸騰。在水文學(xué)中，把蒸發(fā)和蒸騰合稱蒸散。,20,一.氣化,影響蒸發(fā)的因素 與麻醉蒸發(fā)器設(shè)計(jì)中，加速蒸發(fā)的方法,21,一.氣化,沸騰：　一定溫度下，在液體表面和內(nèi)部同時(shí)進(jìn)行的汽化。沸點(diǎn)：一定壓力下，液體沸騰時(shí)的溫度?！∫后w沸騰時(shí)，它的飽和蒸氣壓等于外部壓強(qiáng)，所以沸點(diǎn)與液面上氣體的

11、壓強(qiáng)有關(guān)，壓強(qiáng)越大，沸點(diǎn)越高。,22,一.氣化,蒸汽壓指的是在液體的表面存在著該物質(zhì)的蒸汽，這些蒸汽對(duì)液體表面產(chǎn)生的壓強(qiáng)就是該液體的蒸汽壓。　當(dāng)溫度一定時(shí)，汽相壓力最終將穩(wěn)定在一個(gè)固定值，這時(shí)的汽相壓力稱為水在該溫度下的飽和蒸汽壓。　此時(shí)液相的水分子仍然不斷地氣化，汽相的水分子也不斷地冷凝成液體，只是由于水的氣化速度等于水蒸汽的冷凝速度，液體量才沒(méi)有減少，氣體量也沒(méi)有增加，液體和氣體達(dá)到平衡狀態(tài)。　飽和蒸汽壓是物質(zhì)的一個(gè)重要性質(zhì)，

12、它的大小取決于物質(zhì)的本性和溫度。 飽和蒸汽壓越大，表示該物質(zhì)越容易揮發(fā)。,23,一.氣化,大部分麻醉蒸發(fā)器，所用的麻醉藥物在室溫下呈液態(tài)。它們控制輸出麻醉藥濃度的原理就是：麻醉藥的飽和蒸汽與氧氣按比例混合。調(diào)節(jié)這一比例系統(tǒng)，即可調(diào)節(jié)麻醉藥的濃度。,飽和蒸氣,液體麻醉劑,氧氣,按比例混合,麻醉蒸發(fā)室的基本原理,合適的麻醉藥濃度,24,液化:　物質(zhì)從氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的過(guò)程。也稱凝結(jié)。,二.液化,液化的臨界溫度,,沸點(diǎn)是隨著壓力而變化的，臨

13、界溫度相當(dāng)于沸點(diǎn)的最大極限,25,濕度：　大氣的干濕程度。　用以表示大氣中水蒸氣的多少。　　絕對(duì)濕度：?jiǎn)挝惑w積大氣中水汽的質(zhì)量。因?yàn)闇y(cè)量困難，通常用單位體積大氣中水汽的壓強(qiáng)來(lái)表示。　　相對(duì)濕度：絕對(duì)濕度與同溫下飽和水汽壓的百分比。相對(duì)濕度越大表示離飽和狀態(tài)越近。,三.濕度和濕化器,26,濕化器：水容器型濕化器：將水加熱，產(chǎn)生水蒸氣，然后同吸入氣流帶入呼吸道。凝聚型濕化器：如人工鼻，在氣管導(dǎo)管內(nèi)裝置10層以上金屬網(wǎng)

14、，呼出氣流通過(guò)金屬網(wǎng)冷凝成水，附著在網(wǎng)架上，同時(shí)產(chǎn)生熱，濕度升高。吸氣時(shí)吸入氣體將部分重新蒸發(fā)的水汽帶入呼吸道。但吸入氣的濕度僅為呼出氣的58%，效率較低。霧化器：利用高速氣流（氧或壓縮空氣）通過(guò)噴嘴時(shí)產(chǎn)生的　　作用將液體吸入。,三.濕度和濕化器,27,濕化器：,三.濕度和濕化器,28,第三節(jié) 液體的運(yùn)動(dòng),一.連續(xù)性方程：穩(wěn)定流動(dòng)的不可壓縮液體，在同樣時(shí)間內(nèi)渡過(guò)兩截面的流體體積相等。,由連續(xù)性方程可知:同一管內(nèi)各橫截面的流量相等；

15、流速和管的橫截面積成反比。,29,理想流體：　不可壓縮、無(wú)沾滯性的流體。,理想流體作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，流管內(nèi)的任一截面處，單位體積流體的動(dòng)能、重力勢(shì)能和該點(diǎn)的壓強(qiáng)之和都相等。,二.伯努利方程,初始?jí)簭?qiáng),重力造成的壓強(qiáng)差,流速造成的壓強(qiáng)差,動(dòng)壓強(qiáng),30,空吸作用：,二.伯努利方程,根據(jù)連續(xù)性方程，截面積小的地方流速大。高度相等，不存在重力造成的壓強(qiáng)差……流速(v)大的地方壓強(qiáng)(P)小。,31,皮托管：　是一種常用的流速計(jì)，可用來(lái)測(cè)量

16、液體和氣體的流速。,二.伯努利方程,32,層流：有粘滯性的流體，在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)同一截面上各點(diǎn)流速不同，管中央軸線處流速最大，越靠近管壁流速越小，與管壁連接處為零。,泊肅葉定律：,三.層流,33,湍流：當(dāng)流體在管道里的流速超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，流體不再保持分層流動(dòng)，流體各部分互相混雜，形成漩渦，流線變得不規(guī)則。在管道內(nèi)造成湍流出現(xiàn)的因素Re稱為雷諾(Renault )數(shù)Re ＜1000時(shí)，流體作層流Re ＞1500時(shí)，流

17、體作湍流1000 ＜ Re ＜ 1500時(shí)，流動(dòng)不穩(wěn)定,四.湍流,34,射流：噴射成一束流動(dòng)的流體。卷吸作用：具有一定壓強(qiáng)的流體從細(xì)小的噴嘴中噴出時(shí)，流束兩側(cè)的靜止氣體被高速流動(dòng)的射流所帶動(dòng)，一部分氣體隨射流流動(dòng)。附壁效應(yīng)：,附壁效應(yīng),附壁效應(yīng)油脂分離器,五.射流的附壁效應(yīng),35,附壁效應(yīng)也叫柯恩達(dá)效應(yīng)。 流體 （水流或氣流）有離開(kāi)本來(lái)的流動(dòng)方向，改為隨著凸出的物體流動(dòng)的傾向。 當(dāng)流體與它流過(guò)的物體表面之間存在摩擦?xí)r，

18、流體的流速會(huì)減慢。只要物體表的曲率不是太大，依據(jù)流體力學(xué)中的伯努利原理，流速的減緩會(huì)導(dǎo)致流體被吸附在物體表面上流動(dòng)。 這種作用是以羅馬尼亞發(fā)明家亨利·康達(dá)為名。亨利·康達(dá)發(fā)明的一架飛機(jī)（康達(dá)-1910）曾經(jīng)因這種效應(yīng)墮毀，之后他便致力于這方面的研究。,五.射流的附壁效應(yīng),36,第四節(jié) 光的吸收,光的吸收：　當(dāng)光通過(guò)物質(zhì)時(shí)，由于光波和物質(zhì)的相互作用，一部分能量被散射，另一部分能量被吸收轉(zhuǎn)換成其他形式能量，

19、導(dǎo)致光波在進(jìn)行方向上的強(qiáng)度降低。選擇性吸收：　物質(zhì)對(duì)光波的吸收具有選擇性，即同一種物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)的光波吸收程度不同?！±?，通過(guò)綠色玻璃，只有綠色光能夠透過(guò)，其余顏色的光大部分被吸收。無(wú)色玻璃可以通過(guò)各種顏色的可見(jiàn)光，但強(qiáng)烈吸收紫外線。,37,麻醉氣體對(duì)紅外線具有選擇性吸收性質(zhì)，臨床上用紅外線氣體分析儀監(jiān)測(cè)麻醉氣體的濃度?！±煤谏貙?duì)685nm的光波吸收最強(qiáng)，而皮膚其他組織吸收較弱，這一原理用以激光美容。,一.選擇性吸收

20、,38,二.朗伯—比爾定律,朗伯(Lambert)定律闡述為：　光被透明介質(zhì)吸收的比例與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)；在光程上每等厚層介質(zhì)吸收相同比例值的光。比爾(Beer)定律闡述為：　光被吸收的量正比于光程中產(chǎn)生光吸收的分子數(shù)目。朗伯—比爾定律：,A－－吸光度Iout/Iin－－透射比Iout－－透射光強(qiáng)度Iin－－入射光強(qiáng)度Ｋ－－吸收系數(shù)Ｃ－－吸光物質(zhì)的濃度 Ｌ－－為吸收層厚度,39,在公式A＝KCL中，如

21、果K和L固定不變，則A與L成正比。檢測(cè)透射光的強(qiáng)度，就可以計(jì)算出吸光溶液的濃度。,二.朗伯—比爾定律,朗伯—比爾定律在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中應(yīng)用十分廣泛。從分光光度計(jì)到生化分析儀，絕大部分關(guān)于濃度的檢測(cè)都是基于這一原理。,40,光的選擇性吸收和朗伯比爾定律在臨床麻醉監(jiān)測(cè)儀器中有著重要的應(yīng)用：1.用紅外線氣體分析儀監(jiān)測(cè)麻醉氣體濃度2.利用腦紅外光譜監(jiān)測(cè)腦氧飽和度3.脈搏血氧計(jì)監(jiān)測(cè)脈搏血氧飽和度,紅外線氣體分析儀,血氧飽和度監(jiān)測(cè),二.朗伯—比爾

22、定律,41,習(xí)題,1.為加速液體蒸發(fā)所采取的措施，下列哪項(xiàng)錯(cuò)誤？A提高溫度B增加液體表面積C增加表面氣流D降低氣壓E提高氣體濕度,答案：E,42,習(xí)題,2.可以提高氣體在液體中的物理溶解量的是(　)。A減少氣體壓強(qiáng)B增大氣體壓強(qiáng)C降低溫度D提高溫度E擴(kuò)大液體表面積,答案：B,43,習(xí)題,3.麻醉蒸發(fā)器中裝有棉線等織物制成的吸液芯的作用是(　)。A節(jié)約藥液B防止液體晃動(dòng)C溫度補(bǔ)償D增加蒸發(fā)表面積E過(guò)濾通過(guò)