CH643658A5 - Eichverfahren fuer einen sensor sowie angepasste sensorausbildung. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für einen eine polarographische Messelektrode und eine Referenzelektrode enthaltenden Sensor zur Partialdruckmessung von Gasen in Körperflüssigkeiten, wobei der Sensor an seiner Messspitze eine gasdurchlässige Membran aufweist, und bei dem der Sensor durch Eintauchen der an eine Messvorrichtung angeschlossenen Elektroden in zwei Medien mit verschiedenen bekannten Partialdrucken in einer Zweipunkteichung geeicht wird. Ausserdem wird eine für dieses Eichverfahren besonders geeignete Ausbildung des Sensors angegeben.

Zur P02-Partialdruckmessung im Blut sind z.B. aus der US-PS 3 791 376 bereits Sensoren bekannt, welche eine polarographische Messelektrode (Kathode) und eine Referenzelektrode (Anode) enthalten, die mit einem Elektrolytvorrat in Verbindung stehen. Gegenüber dem zu messenden Medium ist der Elektrolytvorrat durch eine für das Messgas durchlässige Membran abgedeckt. Beim Betrieb wird der Sensor an eine mit digital- oder analoganzeigende bzw. schreibende Messvorrichtung angeschlossen.

Damit die in der Messvorrichtung auftretenden Anzeige-grössen in Relation zu den zu messenden Partialdruckwerten des Gases gesetzt werden können, ist unter der näherungsweisen Annahme einer linearen Eichkurve wenigstens eine Zweipunkteichung erforderlich. Bei einer aus der Finnendruckschrift «Eicheinheit» Hillerkus & Co GmbH. 1977 bekannten Vorrichtung zur Eichung von P02-Messelektroden bzw. Sensoren sind zwei Messlösungen mit definierter Konzentration des Eichgases vorhanden, in die die Elektrode bzw. der Sensor nacheinander eingetaucht wird. Die an der Messvorrichtung auftretenden Anzeigen in Verbindung mit den bekannten Konzentrationen des Eichgases in der Messlösung bestimmen dann die beiden Eichpunkte der Geraden.

Bei transkutanen Sauerstoff-Messelektroden ist der Verlauf der Eichkurve im gasförmigem Medium und im flüssigen 5 Medium für grossflächige Clark-Elektroden untersucht worden, vgl. hierzu Eberhard, P. Hammacher, K. Mindt, W. «Methode zur kutanen Messung des Sauerstoffpartialdruk-kes» Biomedizinische Technik 18 (1973) S. 216-221. Es ergab sich, dass sowohl bei der Eichung in Gasatmosphäre als auch io bei Eichung in Flüssigkeiten annähernd lineare Eichkurven entstehen, die innerhalb der für biologische Messungen gegebenen Fehlergrenzen als etwa übereinstimmend betrachtet werden können.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, das 15 Eichverfahren für eine polarographische Messelektrode bzw. für einen mit dieser und mit einer Referenzelektrode bestückten Sensor wesentlich zu vereinfachen. Das Kennzeichnende der Erfindung ist darin zu sehen, dass der Sensor mit einer Membran von gegebener Dicke in eine mit dem Eichgas äqui-20 librierte Messlösung eingetaucht und die befeuchtete Elektrode anschliessend so lange der das Eichgas in definierter Konzentration enthaltenden Gasphase ausgesetzt wird, bis ein Minimum der Anzeige der Messvorrichtung eintritt. Auf diese Weise lässt sich eine Zweipunkteichung besonders ein-25 fach ausführen, wobei ausserdem ein Eichpunkt in der Nähe des Nullpunktes erlangt wird. Es wird lediglich eine einzige mit dem Eichgas äquilibrierte Messlösung benötigt, und die Messung kann dabei in relativ kurzer Zeit, d.h. innerhalb von wenigen Minuten, ausgeführt werden.

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Das neue Eichverfahren beruht darauf, dass beim Eintauchen in die Messlösung vom Sensor zunächst ein dem Gaspar-tialdruck entsprechender oberer Messwert durch die Messvorrichtung angezeigt wird. Nach dem Herausziehen des Sensors 35 aus der Messlösung wird der Eigenverbrauch der Messelektrode für das Messgas wirksam, und dieses Gas ist in dem die Messspitze umgebenden Flüssigkeitsrest innerhalb kurzer Zeit vollständig aufgezehrt. Da aus der Gasphase keine hinreichende Nachlieferung des Eichgases in den am Sensor an-40 haftenden Rest der Messlösung erfolgen kann, sinkt die Anzeige vom oberen Eichpunkt und erreicht schliesslich ein Minimum in unmittelbarer Nähe des Nullwertes.

Für verschiedene Anwendungszwecke kann der Minimumwert der Anzeige der Messvorrichtung unmittelbar mit 45 dem Nullwert gleichgesetzt werden. Bei Ansprüchen höherer Genauigkeit ist für die entsprechende Elektrode zuerst eine herkömmliche Zweipunkteichung mit zwei Flüssigkeiten von entsprechendem Gaspartialdruck durchzuführen, wobei die eine Flüssigkeit den echten Nullwert des Gaspartialdrucks 50 verwirklicht. Aus dem Unterschied zwischen dem in der herkömmlichen Eichung ermittelten Nullwert und dem durch Flüssigkeits-Gaseichung erzielten annähernden Nullwert ergibt sich eine Korrekturgrösse, z.B. 13 mbar, die bei den späteren Eichverfahren jweils berücksichtigt werden kann. Da 55 derartige Elektroden und Sensoren während des Gebrauchs mehrfach und in manchen Fällen vor jeder Messung nachgeeicht werden müssen, ergibt sich für das Flüssigkeits-Gas-Eichverfahren ein wesentlicher technischer Fortschritt.

Eine zusätzliche Vereinfachung kann dann erreicht wer-60 den, wenn das Eichverfahren für einen P02-Sensor oder eine P02-Messelektrode angewendet werden soll. In diesem Falle wird der Sensor zur Gewinnung des oberen Eichpunktes vorteilhaft in eine luftäquilibrierte, der Körperflüssigkeit bzw. dem Blut ähnliche Lösung eingetaucht und nach dem Herausnehmen aus der Messlösung der mit der Messlösung im Gasaustausch stehenden Luft ausgesetzt. Da der Sauerstoffgehalt der Luft mit 20,9 Vol.-% 02 als sehr konstant angenommen werden kann, ergibt sich bei der luftäquilibrierten Lösung ein

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02-PartiaIdruck von annähernd 190 mbar, der als oberer Ausgestaltung der Erfindung zweckmässig, einen Sensor bzw.

Eichpunkt benutzt werden kann. eine polarographische Messelektrode so auszubilden, dass im

Nach dem Herausnehmen aus der Messlösung sinkt die Bereich ihrer Messspitze mit Membran eine solche geometri-Anzeige der Mess vorrichtung auf den unteren Eichpunkt ab. sehe Gestaltung vorgesehen ist, welche die Bildung und Er-Dieser wird entweder mit dem Nullwert unmittelbar gleichge- 5 haltung eines hinreichenden Flüssigkeitsfilmes ermöglicht, setzt oder als zusätzlicher Korrekturwert wie oben angegeben, Hierzu können Gitterstrukturen aber auch ein- oder mehrfa-beispielsweise mit 13 mbar, ermittelt. che Hohlsysteme mit geringerem Fassungsvermögen zweck-

Das angegebene Eichverfahren eignet sich für polarogra- mässig sein. Vorteilhaft erscheint es, im Bereich der Mess-phische Messelektroden bzw. Sensoren zur subkutanen, spitze eine einseitig offene Kammer zu bilden, die als Wand-

transkutanen und zur intravasalen Katheteranwendung. 10 und/oder Bodenfläche die gasdurchlässige Membran enthält.

Bei der P02-Messung wird als Messlösung eine isotone Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird das mehr-

Elektroly tlösung entsprechend dem Flüssigkeitsersatz des fach zu wiederholende Eichverfahren für polarographische Blutes verwendet. Die Anwendung von Ringerlösung bzw. Messelektroden und Sensoren, insbesondere bei der P02-physiologischer Kochsalzlösung erscheint ebenfalls unter be- Messung, erheblich vereinfacht. Das Verfahren eignet sich so-stimmten Voraussetzungen möglich. Zweckmässig wird die 15 wohl für Messelektroden, bei denen die Membran einen zu-Messlösung in sterilen Ampullen abgefüllt geliefert. Nach sätzlichen Elektrolytvorrat abschliesst, als auch für solche dem Öffnen der Ampulle ergibt sich trotz einer gewissen Ab- Ausführungsformen, in denen innere Hohlräume der hydro-hängigkeit vom Umgebungsluftdruck keine wesentliche Än- pbilen Membran die Elektrolytfüllung aufnehmen. Die letzt-derung der P02-Konzentration. genannte Ausführungsform erscheint besonders im Hinblick

Zur Erreichung einer günstigen Langzeitstabilität kann es 20 auf eine günstige Lagerfähigkeit und auf eine geringe Anzei-zweckmässig sein, die Elektrodenspitze in einer gasdichten, geträgheit zweckmässig.

mit Messlösung gefüllten Kammer zu verpacken und durch In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines für das eine in die Verpackung eingeschlossene galvanische Zelle mit angegebene Eichverfahren besonders geeigneten Sensors dargeringer Betriebsspannung auf einem im Bereich des unteren gestellt.

Eichpunktes liegenden Partialdruck zu halten. Eine solche 25 Ein Sensor 1 enthält eine polarographische Messelektrode polarographische Messelektrode bzw. Sensor zeigt durch den (Kathode) 2, die in einem abgerundeten Glasstift 3 einge-mit Hilfe der galvanischen Zelle über lange Zeit durchgeführ- schlössen ist. Der Glasstift 3 liegt in einem als Katheter beten Reststrombetrieb im Gebrauch eine besonders gute Lang- nutzten Kunststoffschlauch 4. Als Referenzelektrode (Anode) zeitstabilität und vermeidet unerwünschte Drifterscheinun- dient eine Drahtwicklung 5 auf dem Glasstift 3. Die Messgen. Der Sensor bzw. die Messelektrode mit der mit Messlö- 30 spitze einschliesslich der Windungen der Referenzelektrode ist sung gefüllten Kammer kann vor der erfindungsgemässen durch eine hydrophile Cellophanmembran 6 abgedeckt, wel-Flüssigkeits-Gas-Eichung zur einmaligen, präzisen Eichung che die erforderliche Elektrolytfüllung aufnimmt. Die Mess-des Nullwertes zunächst an die Messvorrichtung angeschlos- elektrode 2 und die Referenzelektrode 5 sind über Lötstellen sen werden. Der angezeigte Wert entspricht mit hoher Genau- mit entsprechenden isolierten Ableitdrähten 7,8 verbunden, igkeit dem Nullwert und liefert eine Korrekturgrösse bei der 35 Der Glasstift ist in einer erprobten P02-Sensorausführung nachfolgenden wiederholten Durchführung des Flüssigkeits- etwa 5 mm lang und 1 mm dick. In ihm ist als Messelektrode 2 Gas-Eichverfahrens mit geöffnetter Kammer. ein etwa 100 jxm dicker Platindraht eingeschmolzen. Die Re-

Da für das erfindungsgemässe Eichverfahren die Aufzeh- ferenzelektrode 5 wird aus einem ebenfalls etwa 100 um dik-rung des Messgases in der aus der Messlösung herausgenom- ken Silberdraht gebildet, der innerhalb der Membran etwa menen Elektrode wesentlich ist, erscheint es zweckmässig, 40 fünf Windungen aufweist. Die Dicke der Membran beträgt dass bei Elektroden mit geringem Eigenverbrauch des zu mes- etwa 10 bis 25 um. Sie ist mit AgCl als Elektrolyt getränkt, senden Gases, beispielsweise bei impulsgetasteten Elektroden, An der Messspitze befindet sich ein tassenförmiges An-dieser Eigenverbrauch während der Durchführung des Eich- satzstück 9, welches dazu dient, beim Herausziehen des Sen-verfahrens kurzzeitig, beispielsweise durch Dauerstromschal- sors einen hinreichenden Flüssigkeitsrest an der Messspitze tung, erhöht wird. aufrecht zu erhalten. Der Bereich der Verpackung mit Elek-

trolyteinschluss ist durch die gestrichelte Linie 10 angedeutet. Damit der an der Messspitze benötigte Flüssigkeitsrest Eine für die Dauerstrombelastung des Sensors im Lager-

nicht frühzeitig abtrocknet, bevor das Minimum der Anzeige zustand vorgesehene galvanische Zelle 11 ist in der Zeichnung der Messvorrichtung erreicht wird, erscheint es in weiterer ebenfalls gestrichelt gezeigt.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

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1. Eichverfahren für einen eine polarographische Messelektrode und eine Referenzelektrode enthaltenden Sensor zur Partialdruckmessung von Gasen in Körperflüssigkeiten, wobei der Sensor an seiner Messspitze eine gasdurchlässige Membran aufweist, und bei dem der Sensor durch Eintauchen der an eine Messvorrichtung angeschlossenen Elektroden in zwei Medien mit verschiedenen bekannten Partial-drucken in einer Zweipunkteichung geeicht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor mit einer Membran von gegebener Dicke in eine mit dem Eichgas äquilibrierte Messlösung eingetaucht und die befeuchtete Elektrode anschliessend so lange der das Eichgas in definierter Konzentration enthaltenden Gasphase ausgesetzt wird, bis ein Minimum der Anzeige der Messvorrichtung eintritt.

2. Eichverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor in eine luftäquilibrierte Lösung eingetaucht und nach dem Herausnehmen aus der Messlösung der mit der Messlösung in Gasaustausch stehenden Luft ausgesetzt wird.

3. Eichverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Elektroden mit geringem Eigenverbrauch des zu messenden Gases dieser Eigenverbrauch während der Durchführung des Eichverfahrens kurzzeitig erhöht wird.

4. Sensor zur Durchführung des Eichverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dessen Messspitze eine gasdurchlässige Membran aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Messspitze mit Membran Mittel vorgesehen sind, deren geometrische Gestaltung die Bildung und Erhaltung eines hinreichenden Flüssigkeitsfilms ermöglicht.

5. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Mittel eine einseitig offene Kammer umfassen, die als Wand- und/oder Bodenfläche die gasdurchlässige Membran enthält.