DE2444148A1

DE2444148A1 - Verfahren und vorrichtung zur kapillarviskosimetrischen bestimmung von inhomogenen biologischen fluessigkeiten

Info

Publication number: DE2444148A1
Application number: DE2444148A
Authority: DE
Inventors: Karl Dr Heissler; Hans-Dieter Dr Renovanz; Eberhard Dr Weller
Original assignee: Dr Karl Thomae GmbH
Current assignee: Futronic Elektronische Geraete und Industries GmbH
Priority date: 1974-09-16
Filing date: 1974-09-16
Publication date: 1976-03-25
Also published as: HK5281A; NL7510821A; BE833429A; LU73407A1; NO147047C; NO753142L; CA1054395A; FI60315B; DE2444148B2; ATA653975A; ZA755855B; IT1060069B; FI60315C; FI752565A; CH587482A5; SE7510349L; MY8100297A; JPS5194983A; DE2444148C3; ES440944A1

Description

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Case 5/639
Dr.Bu./Kp.

DR. KARL THOMAE GMBH., BIBERACH AN DER RISS

Verfahren und Vorrichtung zur kapillarviskosimetrischen Bestimmung von inhomogenen biologischen

Flüssigkeiten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kapillar-viskos!metrischen Bestimmung von inhomogenen biologischen Flüssigkeiten, insbesondere von Sputum-Proben.

Schleimhautsekrete sind inhomogene Lösungen von Makromolekülen mit großer Kettenlänge. Der inhomogene Charakter der Schleimhautsekrete, die oftmals mit zum Teil sehr zähen Klumpen vermischt sein können, läßt keine Messung mit den üblichen Kapillar-Viskosimetern zu. Der freie Durchfluß auf Grund des eigenen Gewichtes und der Höhendifferenz der senkrechten Kapillaren wird verstopft, ^sobald zähe Schleimklumpen in die Röhren gelangen; die Messung der Durchflußzeit wird daher unmöglich.

IM. W. Arveson hat ein Kapillar-Viskosimeter konstruiert, bei dem Ihochvisköse Fette mit einem Kolben durch eine Kapillare gedrückt jwerden, wobei der dazu benötigte Druck gemessen wird. Dieses Geirät eignet sich jedoch nicht für die Messung geringer, inhomogener ■Sputummengen, wie sie bei klinischen Untersuchungen anfallen. Das [Gerät ist zudem sehr aufwendig konstruiert und äußerst unhandlich. iSpäter wurde deshalb von S. R. Hirsch und R. 0. Kory (J. Allergy 205 (1967)) ein Sputum-VlskoSimefcer entwickelt, bei welchem

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das Sputum durch einen durchlöcherten Spritzenkolben unter Messung des dabei entstehenden Druckes gedruckt wird. Dieses Gerät liefert aber zu ungenaue Werte, da eine echte Kapillarwirkung nicht erzielt wird und damit eine laminare Strömung nicht gesichert ist; zudem ist die Bestimmung verschiedener Meßgrößen nicht oder nur beschränkt möglich, die für die Beurteilung des Sputums oder eines auf dieses einwirkenden Therapeutikums wichtig sind. Zur Beurteilung einer Sputumprobe ist es notwendig, daß erstens die Gesamtva.skosität dieser Sputumprobe gemessen werden kann; zweitens, daß für diese Sputumprobe die maximale und minimale Viskosität bestimmbar ist. Es hat sich gezeigt, daß die herkömmlichen Viskosimeter, z.B. Kapillar-Viskosimeter, Kugelfallviskosimeter, Kotationsviskosimeter, eine Bestimmung dieser Werte bei volurnenmäßig beschränkten, inhomogenen Sputumproben, die an sich eine ijichtnewton'sche Lösung darstellen, nur in ungenügender Weise gestatten,

Et» wurde nun gefunden, daß sich das oben angegebene Ziel dadurch erreichen läßt, daß man einen mit einem Kolben versehenen Zylinder direkt, zur Vermeidung eines großen Zwischenvolumens, mit einem T-Stück mit kleinem Totraum verbindet, wobei am anderen Ende des Längskanals des T-Stückes eine Kapillare aufgesteckt und der vorzugsweise in einem Winkel von 90 auf den Längskanal stehende Seitenast des T-Stückes an einen Druckaufnehmer druckdicht angeschlossen ist. Voraussetzung ist, daß der Durchmesser des Kanals des T-Stückes größer ist als der innere Durchmesser der Kapillare.

Als Zylinder mit Kolben wird vorzugsweise eine handelsübliche medizinische Spritze verwendet, die nach Aufziehen der Sputumprobe mit ihrem Konus in das T-Stück gesteckt wird. Als Kapillare dient eine rostfreie Stahlkapillare mit Innenkonus, die auf das mit einem Außenkonus versehene freie Ende des T-Stücks aufgesetzt wird; der Druckaufnehmer, z.B. eine Vorrichtung mit einem Dehnungsmeßstreifen oder ein piezoelektrischer oder induktiver Druckaufnehmer, wird vorzugsweise im rechten Winkel zur Injektionsspritze ebenfalls in den Konus des T-Stückes gesteckt. Der Druckaufnehmer ist mit einem otreifenschreiber verbunden.

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Der Spritzenkolben wird mittels einer, vorzugsweise kontinuierlich regelbaren Vorschubvorrichtung gleichmäßig bewegt, damit eine konstante Strömungsgeschwindigkeit erreicht wird. Als Vorschubvorrichtung eignet sich z. B. eine Infusionspumpe, wie sie in jeder Klinik verwendet wird.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: Nachdem die zu messende Flüssigkeit in die Injektionsspritze aufgezogen ist, wird letztere in das T-Stück eingeführt. Nach dem Lanschalten der Vorschubvorrichtung, z.B. einer Infusionspumpe, wird die in der Kanüle (der Spritze) vorhandene Luft zunächst verdrängt. Der Druckaufnehmer mißt den unmittelbar vor der Kapillare vorhandenen Druck. Die Pumpe wird nunmehr kurz abgeschaltet und der nach Druckaustausch jetzt vorhandene "Null"-Druck am Schreiber auf die gewünschte Grundlinie eingestellt. Die Pumpe wird wieder eingeschaltet, wobei die eigentliche Messung beginnt.

Bei der nachfolgenden Messung einer anderen Flüssigkeit ist es nicht erforderlich, die Kanüle zu spülen, da der sehr kleine Totraum (beispielsweise 0,05 ml) einen raschen Austausch der Meßflüssigkeit gestattet.

Die Länge (Abszisse) der registrierten Kurve ist bei bekannter und konstanter Strömungsgeschwindigkeit ein Maß für die Menge der gemessenen Flüssigkeit.

Die Höhe der Auslenkungen (Ordinate) ist ein Maß für die Viskosität. Die "mittlere Viskosität" kann durch Integration und anschließende Division durch die Kurvenlänge erhalten werden. Maximal- und Minimalwerte der Viskosität können direkt abgelesen werden.

Die jeweils gewählten Parameter (Kanüle, Strömungsgeschwindigkeit) können mit Hilfe einer Flüssigkeit bekannter Viskosität geeicht werden.

Die Genauigkeit der Messung wird durch die Präzision der Vorschubvorrichtung bestimmt, die die konstante Stromstärke (Strömungsgeschwindigkeit) gewährleisten muß. Wichtig ist noch, daß die Sputum-

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Messungen bei nicht zu kleinen Strömungsgeschwindigkeiten durchgeführt werden, bedingt durch die thixotropen Eigenschaften des menschlichen oputums, falls nicht speziell diese luiterfaßt werden sollen.

Der große Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß große Viskositätsunterschiede innerhalb einer Probe erfaßbar sind, daß die Probemenge nicht begrenzt ist, daß das Gerät als echtes Kapillarviskosimeter für Reihenuntersuchungen einsatzfähig ist, ohne daß es jedesmal gewartet werden muß. Ein kleiner Totraum im T-otück läßt die Messung von Mengen ab etwa 0,2 ml zu. Die zweckmäßigsten Durchmesser der Kapillaren liegen zwischen 0,3 und

0,8 mm; es ist vorteilhaft, mit einer Strömungsgeschwindigkeit von ca. 0,1 bis 0,6 ml/Minute zu arbeiten. Ein großer Vorteil liegt noch darin, daß man genormte Einwegspritzen verwenden kanp, die nach unseren Versuchen nur unbedeutende Toleranzen aufweisen, sodaß sich eine Reinigung von Zylinder und Kolben erübrigt. Es soll noch kurz auf die physikalische Grundlage dieser Viskositätsmessung hingewiesen werden: aus der Gleichung

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in der fl die Viskosität in dyn · see ·· cm , ρ der Druck in Mikrobar,

r .der Radius der Kapillare in cm, 1 die Länge der Kapillare in cm und I die Stromstärke (Strömungsgeschwindigkeit),

ausgedrückt durch die Beziehung Volumen (ml) geteilt durch die Dui*ch-laufzeit (see), bedeuten,

ergibt sich, daß die Viskosität durch Messung des variablen Druckes ρ bestimmbar ist, wenn alle anderen Größen konstant gehalten werden. Dieser Druck ρ ist erforderlich, um die Flüssigkeit bei konstanter Stromstärke I durch die Kapillare zu drücken.

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Das Wesen der Erfindung soll in beispielhafter Form durch die nachstehend angeführte Figur 1 verdeutlicht werden.

In dieser Zeichnung bedeutet

:(1) eine kontinuierlich regelbare Vorschubvorrichtung, z.B. Infusionspumpen mit konstantem Vorschub,

(2) ein beweglicher Träger für den Spritzenstempel;

(3) ein fixiertes Gegenlager für die Injektionsspritze;

(4) eine Injektionsspritze;

(5) ein Spezial-T-Stück mit Innenkonus zur Aufnahme des Konus der Injektionsspritze, mit Außenkonus zum Aufsetzen der Ka-

'_ pillare und mit Innenkonus zum Einführen des Druckaufnehmers,

(6) eine auswechselbare Meßkapillare und ^J

1(7) ein elektrischer Druckaufnehmer, der z.B. mit einem Kurven- ^; schreiber in Verbindung steht.

:Die Figur 2 zeigt eine typische Kurve, wie sie ein Streifenschreiber schrieb.

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Claims

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Patentansprüche

H 1. )J Verfahren zur kapillar-viskosimetrischen Bestimmung von ^— inhomogenen biologischen Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einem Kolben versehener Zylinder (4) direkt über einen Konus mit einem T-Stück (5) mit kleinem Totraum verbunden, das andere, mit einem Konus versehene Ende des Längskanals des T-Stückes mit einer Kapillare (6) versehen und der in einem Winkel auf dem Längskanal stehende Seitenkanal druckdicht an einen Druckmesser (7) angeschlossen wird, wobei der mit der Meßflüssigkeit befüllte Zylinderkolben mittels einer Vorschubeinrichtung bis zur Verdrängung der>in der Kapillare vorhandenen Luft, gleichmäßig in Richtung auf das T-Stück (5) bewegt, der sich einstellende Ausgangsdruck gemessen und die Flüssigkeit anschließend unter Messung des Enddruckes durch die Kapillare mit gleichbleibender Strömungsgeschwindigkeit gepreßt wird.
2.) Vorrichtung zur kapillar-viskos!metrischen Bestimmung von inhomogenen biologischen Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß diese aus einem mit einem Kolben versehenen Zylinder (4), einem T-Stück (5) mit kleinem Totraum, versehen mit einem Konus an beiden Seiten des Längskanals und einem Konus im Seitenkanal, einer Kapillare (6), einem druckdicht ansitzenden

ι Druckmesser (7), einer Vorschubeinrichtung (1) mit fahrbarer

• Halterung (2) für den Kolbenkopf und fixierter Halterung (3) zum Festmachen des Zylinders (¹I), besteht, wobei der Durch-

. messer des Längskanals im T-Stück (5) größer sein muß als der Durchmesser der Kapillaröffnung.

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3.) Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Zylinder (4) eine an sich gebräuchliche Injektionsspritze dient, die über ihren Außenkonus am Kanülenende in den Innenkonus des Längskanals des T-Stückes (5) einsteckbar ist.
¹I.) Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3> dadurch gekennzeichnet, daß als Kapillare (6) eine rostfreie Stahlkapillare dient, die über ihren Innenkonus auf den Außenkonus des Längskanals des T-Stückes (5) aufsteckbar ist.
5.) Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Seitenast im
auf dem Längskanal steht.

net, daß der Seitenast im T-Stück (5) im Winkel von 90°
6.) Vorrichtung nach Anspruch 2, 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubeinrichtung (1) kontinuierlich regelbar ist.
7.) Verwendung einer Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 2 bis zur kapillar-viskosimetrischen Bestimmung von inhomogenen, biologischen Flüssigkeiten.

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