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极化电压

对ECG测量中电极极化电压的解释

金属表面的离子与溶液中极性水分子相互吸引而发生水化作用便产生了电极电位。

金属离子进入溶液,电子留在表面。当金属溶解速度和金属离子的沉淀速度相等时,达到动态平衡,此时界面上的电位差称为金属电极电位(半电池电位)。

Ag+CL-=AgCl+e-,银与含氯离子的溶液会发生反应,其产生的电极电位比较稳定,约为223mV

当电极与溶液间的界面形成的双电层在有电流通过时,界面间电位发生变化。变化剧烈的电极称为“高度极化电极”,否则称为“不极化电极”。

人体体内的微弱电流使电极极化,故要使用“不极化电极”,否则会产生极化电压,而这个极化电压不可预测。Ag-AgCL电极相对于生物组织有非常小且稳定的半电池电位,并且是”不极化电极”,故常作为生物测量电极。

由于银/氯化银电极在与生理盐水等电解质接触时,氯离子进出氯化银层速度相对快,达到平衡也快,所以形成的平恒的电极电位稳定。抗极化能力强,即抗干扰能力强。

银/氯化银电极有两种:

  • 在其它金属基体上镀上银后再镀上氯化银
  • 纯银基体镀上氯化银

医学电极贴片与身体接触的是水凝胶(亲水化合物),“黑色“部分为Ag/AgCl,使用导电金属和导线与仪器连接。其内部结构如下图所示。

心电的获取是通过在人体体表放置电极来进行的。与电极接触的是电解质溶液(导电膏、汗液或组织液等),从而会构成一个金属—电解质溶液界面,因电化学的作用,在二者之间会产生一定的电位差,称之为极化电压。极化电压的幅度一般较高,在几毫伏到几百毫伏之间。当两电极状态不能保持对称时,极化电压就会产生干扰,特别是在电极与皮肤接触不良以致脱落的情况下更为严重。

电极贴于人体时,其等效电路模型如下图所示(3种都是一样)。

注:Gel:凝胶 Electrode:电极 Epidermis:表皮 Dermis and Hypodermis:真皮和皮下 Insulator:绝缘子

由于电极和凝胶阻抗相对皮肤很小,前者为kohm,后者为Mohm,故可以将电极和凝胶等效为恒压源(极化电压约为200mV~300mV)。

人体的体内阻抗(真皮和皮下阻抗)在接触电源的频率不高(约1000Hz 以下)的情况下,可以说几乎是一个纯阻的阻抗,而其中电阻的大小和电流流通的途径有着绝对的关系,一般的安规标准会将体内阻抗以500ohm作为合理的参考值,接触面积也是另一个影响体内阻抗的重要因素,基本上,当接触面积小于几个平方毫米时,体内阻抗即会明显的增加,人体在干燥与潮湿情况下的阻抗相差有三倍以上,因为皮肤在潮湿时几乎是没有阻抗。整体而言,人体处于高压高湿的状况下,皮肤阻抗将不起任何效用,仅存体内阻抗,约在500~1000ohm之间。

根据标准测试要求,人体阻抗等效为R||C=51k||47nF(||表示并联)。

根据标准要求,极化电压要求设定范围为300mV以上。