DE2927048C2

DE2927048C2 - Vorrichtung zur Durchführung analytischer Messungen an einer Flüssigkeit

Info

Publication number: DE2927048C2
Application number: DE2927048A
Authority: DE
Inventors: Franco Siena Meiattini; Paola Siena Neri; Giorgio Florenz Papeschi; Paolo Nonteriggioni Sina Tarli
Original assignee: ISTITUTO SIEROTERAPICO E VACCINOGENO TOSCANO SCLAVO SpA SIENA IT
Current assignee: ISTITUTO SIEROTERAPICO E VACCINOGENO TOSCANO SCLAVO SpA SIENA IT
Priority date: 1978-07-05
Filing date: 1979-07-04
Publication date: 1982-04-08
Also published as: GB2025065B; FR2430605A1; DE2927048A1; CA1131310A; JPS63145161U; US4339317A; GB2025065A; IT1158880B; FR2430605B1; IT7825351A0; JPS5512491A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung analytischer Messungen an einer Flüssigkeit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei medizinischen Untersuchungen, z. B. während chirurgischer Eingriffe, bei Untersuchungen über Umweltverschmutzungen oder bei ähnlichen Untersuchungen ist es oft erforderlich, fortlaufend mehrere analytische Parameter zu bestimmen.

Früher wurden Materialproben genommen, in speziell ausgebildete und vorgesehene Transportbehälter eingefüllt und an ein Analysenlabor gesandt. Bei diesem Vorgehen besteht die Gefahr einer Verunreinigung oder Vertauschung der Probe, und ferner ein erhöhter Zeitverlust, ein erhöhter Verbrauch an Laborbehältern, und in besonderen Fällen, z. B. bei Analysen von Gasen im Blut, die Gefahr einer Veränderung der zu messenden Stoffe durch Diffusion mit der Umgebung.

Um diese Mängel zu vermeiden, ist ein Gerät bekannt (DE-AS 11 81 942), das einen hohlzylindrischen Körper aufweist, in dessen Innerem ein Kolben aus einem für die zu analysierenden Stoffe inerten Material, z. B. Glas mit Silicon, Gummi oder Tetrafluoräthylen, angeordnet ist. Dabei ist im Kolben ein Sensor eingesetzt, der an die Art der durchzuführenden Analysen angepaßt ist Dieser Sensor ist mit einem entsprechenden Meßinstrument verbunden. Durch diese Anordnung kann die zu analysierende Flüssigkeit wie in einer Spritze aufgezogen werden, und der Analysenwert vom Sensor bestimmt und an ein Auswert- oder Anzeigegerät weitergegeben werden.

ίο Bei diesem bekannten Gerät muß jedoch nach jeder Analyse das Gerät entleert, gereinigt und neu angesetzt und aufgezogen werden. Dadurch entsteht, insbesondere bei der erfoderlichen Reinigung zwischen den einzelnen Analysen, ein erheblicher Zeitaufwand. Bei der Anwendung in der Humanmedizin ergibt sich außerdem die Schwierigkeit, daß die Spritze zu jeder Analyse neu gesetzt werden muß.

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, die bekannte Vorrichtung zur Durchführung analyti-

2n scher Messungen so weiterzubilden, daß im wesentlichen alle zu einer bestimmten Überwachung erforderlichen Analysen, z. B. während einer Operation, am menschlichen Blut, in einem Gerät und ohne Unterbrechung in kurzen Zeitabständen durchgeführt werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 enthaltenen Maßnahn <en gelöst.
Erfindungsgemäß sind also einmal, nicht wie im Stand der Technik im Spritzenkolben nur ein, sondern mehrere Analysendetektoren vorgesehen, die alle interessierenden Analysenwerte gleichzeitig ermitteln. Zum anderen ist, um die Analysen in sehr kurzen Zeitabständen, ohne Unterbrechung durch Herausziehen, Entleeren, Reinigen, erneutes Entlüften und Ansetzen der Spritze, ausführen zu können, in der Ansaugleitung der Spritze ein Dreiwegehahn vorgesehen, durch den das Innere der Spritze mit einer Ableitung für die aufgezogene, bereits analysierte Flüssigkeit und ggf. mit einer Zuführleitung für eine Analysenhilfssubstanz verbindbar ist

Es ist zwar bekannt (DE-AS 10 38 310), eine Anzahl von Analysendetektoren in einer Kammer mit konstantem Volumen, nach Art einer »Spritze ohne Kolben« anzuordnen und die Flüssigkeit kontinuierlich aus der Kammer abzusaugen und damit durch eine andere Öffnung in die Kammer einzusaugen. Diese bekannte Anordnung macht aber eine Einrichtung zur Erzeugung eines kontinuierlichen Ansaug-Unterdrucks erforderlieh.

Gemäß der Erfindung wird der Ansaug- und Entleerungsdruck durch die spritzenartige Ausbildung des Geräts mit Kolben erzeugt.
Vorzugsweise Weiterbildungsformen des Gegenstandes des Anspruchs 1 sind in den weiteren Ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine Schrägansicht auf den Kolben eines solchen Geräts, und

F i g. 2 teilweise im Schnitt, eine Schrägansicht auf ein solches Gerät.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Vorrichtung aus einem Zylinderkolben 1 aus einem nicht durch die zu analysierenden Flüssigkeiten angegriffenen Material, das erforderlichenfalls sterilisiert werden kann, und aus Sensoren 3,4,5,6, die in die

Bodenwand 2 des Kolbens 1 eingesetzt sind, so daß sie mit der Probe in Berührung kommen. Der Kolben 1 ist im zylindrischen Hohlraum des als Spritze 14 ausgebildeten Probeentnahmebehälters verschiebbar. Die Sensoren sind über Leitungen 7 mit Analyse- oder Anzeigegeräten verbunden, die die Sensorsignale verarbeiten und die Untersuchungsergebnisse anzeigen.

Fig.2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des ganzen Geräts, indem der Kolben 1 gemäß F i g. 1 in eine hypodermatische Spritze 14 zur Entnahme von Blutproben einge jetzt ist. In einer derartigen hypodermatischen Spritze kommt die aufgezogene Blutprobe zum Zeitpunkt der Probeentnahme, mit den im Kolbenbogen angeordneten Sensoren 3,4,5,6 in Kontakt, die speziell für die Messung des pH-Wertes, des pC>2-Wertes, des pCÜ2-Wertes und der Temperatur ausgebildet sind.

Die Signale der Sensoren liegen an den nicht dargestellten Analyse- und Anzeigeinstrumenten, die diese Signale verarbeiten und die Untersuchungsergebnisse an Anzeigenschirmen und/oder in gedruckten Tabellen anzeigen. In dieser Weise stehen die Untersuchungsergebnisse unmittelbar zur Verfügung.

Wenn die hypodermatische Nadel 11 einmal in die Arterie oder die Vene eingeführt ist, wird die erste Probe aufgezogen, und wenn die Messung durchgeführt ist, kann die Probe selbst nach Umschalten durch den Dreiwegehahn 13 über den Auslaß 12, der zwischen der Nadel 11 und dem Körper 14 der Spritze liegt, abgeführt werden, ohne die Nadel zu entfernen. Durch erneutes Umstellen des Hahnes ist die Vorrichtung für die nächste Probeentnahme bereit usw. Wenn es notwendig ist, in die Probe ein Mittel, beispielsweise Heparin zum Verhindern einer Gerinnung einzuführen, kann die Vorrichtung mit einem Mehrwegehahn ausgerüstet sein, dessen einer Anschluß dazu dient, daß die Gerinnung verhindernde Mittel aufzuziehen.

' Es wurde ein Modell der Vorrichtug als Kolbenspritze 14 mit Mehrwegehahn 13 aus einem Kunstsloffmaterial hergestellt, wobei im Kolbenboden 2 eine Mikroelektrode aus Iridium und Iridiumoxid zum Messen des pH-Wertes, eine Mikroelektrode zum Messen des pCC>2-Wertes, eine polarographische Mikroelektrode zum Messen des pO2- Wertes und eine Temperaturmeßsonde zur Abnahme der Probetemperatur miteinander kombiniert wurden. Die Spritze 14 ist möglicherweise vor. einer thermostatischen Hüle umgeben.

In der Regel basieren die bei der Analyse von Blutgasen verwandten Elektroden auf den folgenden Arbeitsprinzipien:

pCO₂-Elektrode

Diese Elektrode ist gewöhnlich aus Glas hergestellt und spricht auf die Protonenaktivität an, wobei diese Elektrode in eine NaHCO₃-Lösung in Kontakt mit einer Membran eingetaucht ist, durch die eine Diffusion von CO2 erfolgen kann. Wenn das durch die Membran diffundierte CO2 in der Lösung zwischen der Elektrodenfläche und der Membran gelöst wird (I), verschiebt sich das Gleichgewicht (II) zur rechten Seite, so daß folglich die Protonenaktivität zunimmt:

CO₂ + H₂O

H₂C O₃

H₂CO₃

(D

H⁺ -f CHO₃- (U)

Im Gleichgewicht wird der Partialdruck des CO2 an beiden Außenflächen der Membran gleich groß. Eine Änderung des pCO₂-Wertes außerhalb der Membran wird daher eine gleiche Änderung des pCO?-Wertes in der Lösungsschicht zwischen Membran und Elektrode verursachen.

Das Potential der Glaselektrode wird relativ zu einer Vergleichselektrode Ag/AgCl gemessen, die die Cl^--Ionen in der inneren Lösungsschicht ermittelt, die gleichfalls das Bicarbonat enthält (typische Zusammensetzung NaHCO₃ :0,05 Mol + NaCl : 0,1 Mol).

Die Zelle somit in der folgenden Weise aufgebaut:

Ag-AgCl

NaHCO₃
NaCl

0,05 McI
0,1 Mol

pH-Elektrode

Ihr Potential ist eine Funktion des Partialdruckes des CO2 in der Probe.
Es ergibt sich daher:

RT

E'„ + 2.303 -^- log a„-

RT

2» -= Ε',', + 2.303 -y- log pCO,

pO2-Elektrode

Es gibt zwei Arten von pO2-Elektroden, nämiich galvanische oder polarographische Elektroden.

Die galvanischen Elektroden sind aus zwei verschiedenen Metallen gebildet, die bei Eintauchen in eine entsprechende Lösung einen Potentialunterschied ent-

jo wickeln, der ausreicht, Sauerstoff zu reduzieren. Polarographische Elektroden (Clark-Typ) bestehen umgekehrt aus einer Platingoldkathode, die auf ein Potential von -500 mV bis —800 mV relativ zu einer Vergleichselektrode mit Calomelsättigung vorgespannt ist-

Eine Membran, beispielsweise aus Polytetrafluorethylen, trennt die zu untersuchende Probe von der inneren Lösung, die Kaliumchlorid oder ein pH-7-Puffer sein kann. Diese Lösung muß in Form einer sehr dünnen .Schicht zwischen der Membran und der Platinkathode vorliegen und Ionen enthalten, die das Potential der Vergleichs-Ag/AgCl-Elektrode festlegen. Der durch die Membran diffundierte Sauerstoff wird zu OH- an der Kathode reduziert, und die Stromstärke, die die .Reaktion begleitet, ist proportional dem Partialdruck des Sauerstoffs in der Probe.

pH-Elektroden

Diese Elektroden zum Messen der Protonenaktivität oder des pH-Wertes sind im wesentlichen Glasmembranelektroden. Die dünne Glasmembran trennt die zu untersuchende Lösung von einer inneren Pufferlösung, in der eine Ag/AgCl-Elektrode oder eine Hg/Hg₂Cl2-Elektrode eingetaucht ist. Das Potential dieses Elementes wird relativ zu einer Vergleichshalbzelle gemessen und ändert sich nach der folgenden Beziehung:

E = E'„ + 2.303 — log H ⁺

RT

= E_u - 2.303 -^- pH

Die Glaselektroden können verschiedene Formen (Kapillarröhre, planarer oder kugelförmiger Kopf) haben, es ist jedoch schwierig, die geringe Größe mit

einer passenden mechanischen Widerstandsfähigkeit, einer geringen elektrischen Impedanz und einer hohen Ansprechgeschwindigkeit zu kombinieren.

Die oben beschriebenen Elektroden zum Messen des pH-Wertes, des pCO2-Wertes und des pC>2-Wertes sind nur dann praktisch anwendbar, wenn ihre Abmessungen es erlauben, gleichzeitig mehrere derartige Elektroden in den Kolbenboden 2 einzusetzen.

Bei einem Ausführungsbeispiel sind in einem Kolben die folgenden Sensoren in Kleinbauweise eingebaut.

1. lr/lrO₂-Elektrode zum Messen des pH-Wertes.

2. pCO2-Elektrode aus einer Ir/Ir02-Mikroelektrode, die von einem Au- und Pt-Schutz mit dem Durchmesser von 3 mm umgeben ist, in eine entsprechende Lösung eingetaucht und mit einer CCb-durchlässigen Membran überzogen ist.

3. Mikroelektrode nach Art eines Voltameters mit einer Kathode aus Pt (oder Au), die in eine entsprechende Lösung eingetaucht und mit einer sauerstoffdurchlässigen Membran überzogen ist.

Hierzu 2 IiIaH Zeichnurmen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Durchführung analytischer Messungen an einer Flüssigkeit, bestehend aus einer Spritze, deren Kolben als Hohlzylinder ausgebildet ist, wobei die Endfläche des Kolbens wenigstens einen Sensor für eine durchzuführende Analyse enthält, und wobei der Sensor mit einem entsprechenden, außerhalb der Spritze liegenden Analysebzw. Anzeigegerät in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kolbenfläche (2) Sensoren (3-6) für mehrere Analysen vorgesehen sind, und in der Ansaugleitung der Spritze ein Mehrwegehahn (13) derart angeordnet ist, daß das Innere der Spritze (14) mit einer Abflußleitung (12) für die aufgezogene analysierte Flüssigkeit und gegebenenfalls mit einer Zule'tung für eine Analysenhilfssubstanz verbindbar ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor in der Endfläche (2) des Kolbens (1) eine Elektrode zum Messen des pH-Wertes einschließt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor eine Elektrode zum Messen des pCCh-Wertes einschließt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor eine Elektrode zum Messen des pO₂-Wertes einschließt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor eine Elektrode zum Messen des pCa-Wertes einschließt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor eine Elektrode zum Messen des pCl-Wertes einschließt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor eine Elektrode zum Messen des pNC>3-Wertes einschließt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor einen Temperaturfühler einschließt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine thermostatische Umhüllung.