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主要由電極系統、管路系統和電路系統三大部分組成。
1、電極系統：電極測量系統包括pH 測量電極、PCO2測量電極、PO2測量電極。(1)pH 測量電極是一種玻璃電極, 由Ag -AgCl 電極和適量緩沖溶液組成, 主要利用膜電位測定溶液中H濃度, 參比電極為甘汞電極, 其作用是為pH 電極提供參照電勢。(2)PCO2測量電極主要結構是氣敏電極, 關鍵在于電極頂端的CO2分子單透性滲透膜, 通過測定pH 的變化值, 再通過對數變換得到PCO2數值。(3)PO2測量電極是基于電解氧的原理, 由Pt -Ag 電極構成, 在氣體滲透膜選擇作用下, 外施加一定電壓, 血液內O2 在Pt 陰極處被還原, 同時形成一穩定的電解電流, 通過測定該電流變化從而測定血樣中的PO2。
2、管路系統：是為完成自動定標、自動測量、自動沖洗等功能而設置的關鍵部分。
3、電路系統主要是針對儀器測量信號的放大和模數轉換, 顯示和打印結果。近年來血氣分析儀的發展多體現在電路系統的升級, 在電腦程序的執行下完成自動化分析過程。