心电图电极
电极连接在生物体上,目的是要将生物电引出来,然后对其进行处理。生物体内的电流是离子导电,电极和检测仪器中的电流是电子导电,电极必须把离子导电转换为相对应的电子导电。转换的过程发生在电极与生物体接触的界面,称为接界。最简单的生物医学电极就是放入肌体内的金属片,人体的组织液可以看成是电解液,因此可以用电解液和金属片的接界发生的变化来描述电极的工作原理。
金属片放在含有该种金属离子的电解液中时,金属表面与电解液的接界处发生可逆氧化还原反应,化学反应式为[1]:Am-=A+me- (1)C=Cn++ne- (2)式中C表示电极的金属原子,Cn+表示电解液中该金属的正离子,n是C的原子价。Am-表示电解液中的某种负离子,m是A的原子价。假如接界处的电极金属被氧化成正离子和 自由电子,正离子进入电解液,留下电子成为电极中的载流子。电解液中的负离子来到接界时,经还原反应变成中性原子而向电极释放自由电子。这就是电解液中的离子导电变换成金属电极中的电子导电过程。当氧化还原反应达到化学平衡时,伴随着电荷的得失,在电极和电解液接界处形成了一个电偶层,因而产生电势差,称为半电池电势,又称为电极电势Ehe [2]。电偶层的作用相当于一个电容,其等效阻抗既有电阻成分Rd 又有电容成分Cd 。
1.2电极-电解液-皮肤的接界心电图的电极与皮肤接触时,通常在电极与皮肤之间涂有导电膏(生理盐水),以确保良好的接触。这样又形成了一个导电膏和皮肤接界。由于皮肤和金属的性质不同,因此两者接界的性质也不同。皮肤主要由表皮、真皮和下皮层组成,表皮在导电膏和皮肤接界中起主要作用。表皮的角质层可看成是离子的半透摸,如果在膜的两边有离子的浓度差,就会存在浓差电位差Ese。表皮虽然很薄,但具有很大的阻抗,可用Re 和Ce 并联等效电路来表示。表皮下面的真皮和皮下层可等效为纯电阻R。图2是接在左手的心电图电极,电极与皮肤之间涂有导电膏
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