DD227799B1

DD227799B1 - DEVICE FOR MEASURING OXYGEN PARTICULAR PRESSURE IN MICROPROBES

Info

Publication number: DD227799B1
Application number: DD26266084A
Authority: DD
Inventors: Hans Haase; Volkmar Schoenjahn; Bernd Jarsumbeck; Joachim Koenig
Original assignee: Mini Verteidigung
Priority date: 1984-05-03
Filing date: 1984-05-03
Publication date: 1987-10-08
Also published as: DD227799A1

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Bestimmung des Sauerstoffpartialdruckes in Mikroproben von Flüssigkeiten und Gasen nach dem Clarkschen Prinzip, insbesondere für medizinische Anwendungen.The invention relates to a device for determining the oxygen partial pressure in micro samples of liquids and gases according to the Clark principle, in particular for medical applications.

Characteristic of the known technical solutions

Es sind Vorrichtungen zur Bestimmung des Sauerstoffpartialdruckes in Mikroproben bekannt, bei denen eine Probe aus dem zu untersuchenden Medium entnommen, transportiert und danach in bekannter Weise untersucht wird. Dabei handelt es sich um Vorrichtungen, die prinzipiell aus einer Meßelektrode (elektrochemischer Teil), einer Temperiereinrichtung und einem Meßverstärker (elektronischer Teil) bestehen und als Tischgeräte ausgelegt sind. Diese Baugruppen sind getrennt angeordnet und über elektrische Kabel und zum Teil zusätzlich über Schläuche miteinander verbunden. Die Mikroprobe wird zur Untersuchung auf die Meßelektrode gebracht, oder in eine Meßkammer mittels einer separaten Saugvorrichtung eingesaugt.There are devices for the determination of the oxygen partial pressure in micro samples are known in which a sample taken from the medium to be examined, transported and then examined in a known manner. These are devices that basically consist of a measuring electrode (electrochemical part), a tempering device and a measuring amplifier (electronic part) and are designed as desktop devices. These modules are arranged separately and connected via electrical cables and in part also via hoses. The microsample is placed on the measuring electrode for examination or sucked into a measuring chamber by means of a separate suction device.

Bei größeren Geräten ist dazu ein Pumpensystem integriert.For larger devices, a pump system is integrated.

Weiterhin ist eine Erfindung bekannt (WP 97131), welche gestattet, die Proben unmittelbar vom Untersuchungsobjekt in eine Kammer einzusaugen, in die anschließend eine Meßelektrode eingeführt wird. Die Erzeugung des Vakuums, die elektronische Verstärkung des Meßsignals und die Heizungsregelung zur Thermostatisierung erfolgen jedoch außerhalb des Gerätes.Furthermore, an invention is known (WP 97131), which allows to suck the samples directly from the examination subject in a chamber, in which subsequently a measuring electrode is inserted. However, the generation of the vacuum, the electronic amplification of the measuring signal and the heating control for thermostating are outside the device.

Die Nachteile zur Bestimmung des Sauerstoffpartialdruckes bei den erstgenannten Geräten bestehen darin, daß die Meßprobe in keinem Fall unmittelbar vom Ursprungsort oder bei Blut direkt nach dem Austritt aus dem Körper in eine geschlossene, thermostatisierte Meßvorrichtung gelangt. Diese Gerätesind nurfürstationären Betrieb geeignet, was entweder einen längeren Transport der Mikroprobe oder des gesamten Untersuchungsprojektes zum Meßgerät zur Folge hat. Der Einfluß äußerer Faktoren auf die Messung und die Verfälschung der Meßergebnisse sind dabei nicht auszuschließen.The disadvantages of determining the oxygen partial pressure in the first-mentioned devices are that the test sample in no case passes directly from the place of origin or, in the case of blood directly after leaving the body, into a closed thermostated measuring device. These devices are suitable only for inpatient operation, resulting in either a prolonged transport of the microsample or the entire assay project to the meter. The influence of external factors on the measurement and the falsification of the measurement results can not be ruled out.

Bei der obengenannten Erfindung ist es trotz der Heranführung der Elektrodenmeßanordnung an den Entnahmeort der Probe erforderlich, daß größere Baugruppen (Meßverstärker, Saug- und Druckvorrichtung, Heizungsregelung), die auch eine Standfläche benötigen, mit zum Meßort transportiert werden müssen und damit generell eine ortsunabhängige Messung nicht praktikabel ist.In the above-mentioned invention, despite the introduction of the Elektrodenmeßanordnung to the sampling of the sample required that larger assemblies (amplifier, suction and pressure device, heating control), which also require a footprint, must be transported to the measurement site and thus generally a location-independent measurement is not practical.

Alle bekannten Lösungen der Meßkammerausführung gestatten es nicht, bei geringster Energiezufuhr, die auch über kleine transportable Batterien erfolgen kann, eine ausreichend schnelle und sichere Thermostatisierung vorzunehmen.All known solutions of Meßkammerausführung do not allow it to make a sufficiently fast and secure thermostating at the lowest energy input, which can also be done on small portable batteries.

Alle bekannten Geräte sind nur unter stationären (Labor-) Bedingungen zu betreiben. Ihr Einsatz ist unter Feld- und extremen Bedingungen (Sportanlagen, militärische Einsatzbedingungen, Hochgebirgsexpeditionen, Tauch- und Raumstationen) nicht bzw. nur begrenzt möglich.All known devices are only operated under stationary (laboratory) conditions. Their use under field and extreme conditions (sports facilities, military operating conditions, high mountain expeditions, diving and space stations) is not or only to a limited extent possible.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, die Bestimmung des Sauerstoffpartialdruckes in Mikroproben von Flüssigkeiten und Gasen auch unter extremen Umweltbedigungen, einschließlich der Schwerelosigkeit, schnell, bequem, zuverlässig, ortsunabhängig und bei Bedarf netzunabhängig in Einhandbedienung zu ermöglichen.The aim of the invention is to allow the determination of the oxygen partial pressure in micro samples of liquids and gases even under extreme environmental conditions, including weightlessness, fast, convenient, reliable, location-independent and on-demand independent of the mains in one-handed operation.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Messung des Sauerstoffpartialdruckes in flüssigen oder gasförmigen Mikroproben, frei von Einflüssen durch die Umwelt, zu gestalten und mittels einer geeigneten, einfach handhabbaren und transportablen Vorrichtung auch unter extremen Umweltbedingungen allerorts zu ermöglichen.The invention has for its object to make the measurement of the oxygen partial pressure in liquid or gaseous micro-samples, free of environmental influences, and to enable by means of a suitable, easy to handle and transportable device even under extreme environmental conditions everywhere.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einer Vorrichtung aus einem in einem pistolenförmigen Gehäuse untergebrachten heizbaren und temperaturregelbaren Elektrodenmeßkopf mit einer daran befindlichen Meßkammer, in die die Mikroprobe eingesaugt wird, einer mit der Meßkammer über eine Schlauchleitung verbundenen Ansaug- und Ausstoßvorrichtung für die Mikroprobe, einer elektronischen Regelschaltung zurThermostatisierung der Meßkammer, einem Sauerstoff meßverstärker mit Potentiometern zur Kalibrierung der Meßanordnung, einer digitalen Anzeige, einem Meßwertspeicher mit elektronischem Zeiteinstellglied, einem Berührungskontakt zur Auslösung der Zeitverzögerung bis zur Meßwertspeicherung, einem elektromagnetischem Schalter zur Speicherlöschung, einem Elektrodenmeßkopf aus einer in einer Glaskapillare eingeschmolzenen Kathode aus Gold oder Platin, einem mit einer Silberchloridschicht überzogenen Anodenblock aus Silber, einem Elektrolytraum, am Anoden block gegenüber diesem isoliert angeordneten Transistorchips zur Heizung und zur Steuerung der Elektrodentemperatur und einer die Kathode, die Anode und den in die Anode eingelassenen Elektrolytraum straff und luftblasenfrei überspannenden Membran, durch die der in der Mikroprobe vorhandene Sauerstoff an die Kathode diffundieren kann, sich erfindungsgemäß die Meßkammer in einem thermischen Kontakt zum Elektrodenkopf befindet und elastisch gelagert und gleichzeitig thermisch zur Halterung der Meßkammer isoliert ist.The object is achieved in that in a device of a accommodated in a pistol-shaped housing heatable and temperaturregelbaren Elektrodenmeßkopf with a measuring chamber thereon, in which the microprobe is sucked, connected to the measuring chamber via a hose line suction and ejection device for the microprobe, an electronic control circuit for thermostatting the measuring chamber, an oxygen measuring amplifier with potentiometers for calibrating the measuring device, a digital display, a measured value memory with electronic Zeiteinstellglied, a touch contact for triggering the time delay to the measured value storage, an electromagnetic switch for memory extinction, a Elektrodenmeßkopf from one in a glass capillary fused cathode of gold or platinum, an anode block of silver coated with a silver chloride layer, an electrolyte space, on the anode block opposite di Isolated arranged transistor chips for heating and for controlling the electrode temperature and the cathode, the anode and the anode into the anode taut and air bubbles free spanning membrane through which the present in the microprobe oxygen can diffuse to the cathode, according to the invention the measuring chamber in is a thermal contact with the electrode head and elastically supported while thermally insulated to hold the measuring chamber.

Die Mikroprobe wird direkt aus dem zu untersuchenden Medium durch Loslassen des bis zum Drehpunkt eingedrückten Hebels in die Meßkammer gesaugt. Am Elektrodenmeßkopf erfolgt die auf dem Clarkschen Prinzip beruhende Messung des Sauerstoffpartialdruckes.The micro sample is sucked directly from the medium to be examined by releasing the depressed to the pivot lever in the measuring chamber. At the Elektrodenmeßkopf based on the Clark principle based measurement of the oxygen partial pressure.

Die Vorrichtung ist mit einem separaten Stromversorgungsteil oder einer tragbaren Batterie über eine Anschlußleitung verbunden.The device is connected to a separate power supply or a portable battery via a connection line.

Das Gerät ist leicht zu transportieren und zu handhaben, so daß die Messung direkt und vor Ort erfolgen kann. Die Vorrichtung ist mit einer Hand zu bedienen und für Routineuntersuchungen geeignet.The device is easy to transport and handle, so that the measurement can be done directly and on site. The device can be operated with one hand and is suitable for routine examinations.

embodiment

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werder Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained below with reference to an exemplary embodiment werder The accompanying drawings show:

Fig. 1: Schematischer Aufbau der VorrichtungFig. 1: Schematic structure of the device

Fig.2: Schnittdarstellung des Elektrodenmeßkopfes2 shows a sectional view of the electrode measuring head

Fig.3: Schnittdarstellung der Meßkammereinheit3 shows a sectional view of the measuring chamber unit

Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung des Sauerstoffpartialdruckes in Mikroproben von Flüssigkeiten und Gasen, insbesondere zur medizinischen Anwendung, hat als Hauptbauteil den Elektrodenmeßkopf 1, der als heizbarer elektrochemischer Sensor dient und dessen Steckkontakte mittels Überwurfmutter 2 mit der Anschlußbuchse 3 des Grundgerätes fest verbunden sind.The device according to the invention shown in Fig. 1 for determining the oxygen partial pressure in micro samples of liquids and gases, in particular for medical use, has as main component the Elektrodenmeßkopf 1, which serves as a heatable electrochemical sensor and its plug contacts by means of union nut 2 with the connector 3 of the basic unit are connected.

Zur Aufnahme der Meß- oder Kalibriermedien während der Messung dient die Meßkammereinheit 4, deren offene Seite durch die Membran des Elektrodenmeßkopfes begrenzt wird.The measuring chamber unit 4, whose open side is bounded by the membrane of the electrode measuring head, serves to receive the measuring or calibrating media during the measurement.

Durch ein Zwischenstück (17) mit äußerem Linksgewinde und innerem Rechtsgewinde wird die Meßkammereinheit am Elektrodenmeßkopf befestigt. Dabei wird das Meß- oder Spülmedium über den Ansaugschlauch 5 entweder mittels des Pumpensystems 19, das aus einer Kolbenpumpe mit Druckfeder besteht und mit dem Hebel 10 bedient wird, eingesaugt oder ausgestoßen, oder über den Konus 7 in die Meßkammer gedrückt. Die Art der Einbringung des Untersuchungs- bzw. des Spül medi u ms wird durch den Dreiwegehahn 6 eingestellt. Dabei kann das Saug volumen der Pumpe mittels der Madenschraube 9 eingestellt werden. Um ein Eindringen von Untersuchungs- oder Spüllösung in die Pumpe zu vermeiden, werden evtl.By an intermediate piece (17) with outer left-hand thread and inner right-hand thread, the Meßkammereinheit is attached to the Elektrodenmeßkopf. In this case, the measuring or flushing medium via the suction hose 5 either by means of the pump system 19, which consists of a piston pump with compression spring and is operated with the lever 10, sucked or ejected, or pressed over the cone 7 in the measuring chamber. The type of introduction of the examination or the rinsing medi u ms is set by the three-way valve 6. In this case, the suction volume of the pump can be adjusted by means of the grub screw 9. In order to avoid penetration of the test or rinse solution into the pump, it may be necessary to

Flüssigkeitsreste aus den Verbindungsschläuchen im Abscheidungsgefäß 8, welches mit saugfähigem Material gefüllt ist, zurückgehalten.Liquid residues from the connecting tubes in the deposition vessel 8, which is filled with absorbent material, retained.

Die elektronische Verstärkung des Meßsigna Is erfolgt durch den Sauerstoff meßverstärker 18, wobei der Elektroden-Nullwert mit dem Potentiometer 12 und der Elektroden-Eichwert mit dem Potentiometer 11 eingestellt wird. Der Eich- oder Meßwert wird mit einer dreistelligen LED-Anzeige 15 digital dargestellt.The electronic gain of the Meßsigna Is carried by the oxygen measuring amplifier 18, wherein the electrode zero value with the potentiometer 12 and the electrode calibration value with the potentiometer 11 is set. The calibration or measured value is displayed digitally with a three-digit LED display 15.

Nach der Füllung der Meßkammer mit dem Prüfmaterial wird mit der Hand über einen Berührungskontakt 22 eine elektronische Zeitschaltung ausgelöst, nach deren Ablauf der Meßendwert mittels einer „Sample-and-Hold"-Schaltung automatisch festgehalten und durch einen Leuchtpunkt 21 im Display angezeigt wird. Die Speicherlöschung erfolgt beim Drücken des Pumpenhebels zum Herausdrücken des Prüfmaterials aus der Meßkammer mittels eines „HaH"-Elements 23. Die elektronische Regelschaltung 20 zur Einstellung einer konstanten Temperatur, vorzugsweise 37°C, im Elektrodenmeßkopf befindet sich im Griff stück des Handgerätes. Der Anschluß der Anschlußleitung 16 für verschiedene Spannungen des Netzteils erfolgt über eine Steckkontaktverbindung, bestehend aus dem fünfpoligen Kabelstecker 14 und der Anschlußbuchse 13.After the filling of the measuring chamber with the test material, an electronic time circuit is triggered by hand via a contact 22, after the end of which the measured value is automatically recorded by means of a "sample-and-hold" circuit and indicated by a luminous dot 21 in the display Memory extinguishing takes place when pressing the pump lever to push out the test material from the measuring chamber by means of a "HaH" element 23. The electronic control circuit 20 for setting a constant temperature, preferably 37 ° C, in Elektrodenmeßkopf is in the handle of the handset. The connection of the connecting line 16 for different voltages of the power supply via a plug-in contact, consisting of the five-pin cable connector 14 and the socket 13th

Die Fig. 2 zeigt die Schnittdarstellung des Elektrodenmeßkopfes 1. Dieser besteht aus der Kathode 24 (Golddraht, Durchmesser 30pirn), die in einer Glaskapillare 30 an der Meßseite eingeschmolzen ist, und der Anode 25 (Silber, überzogen mit Silberchlorid).Fig. 2 shows the sectional view of the Elektrodenmeßkopfes 1. This consists of the cathode 24 (gold wire, diameter 30pirn), which is melted in a glass capillary 30 at the measuring side, and the anode 25 (silver, coated with silver chloride).

Eine Membran 27 (25μ,ιη Polyethylenfolie) bedeckt Kathode, Anode und den Elektrolytraum 26 luftblasenfrei mit Elektrolyt. Der Nullring 28 spannt die Membran straff über die Kathode. Auf den beiden gegenüberliegenden ebenen Flächen der Anode 25 sind auf einer Isolationsschicht 33 ein Heizchip 31 zur Heizung des Elektrodenmeßkopfes und ein Meßchip 32 zur Messung der Elektrodentemperatur aufgebracht. Beide Funktionen sind austauschbar, da gleiche Transistorchips benutzt werden. Der gesamte Elektrodengrundkörper ist bis auf die Meßfläche in Einspritzmasse 29 aus Polyset eingebettet.A membrane 27 (25μ, ιη polyethylene film) covers the cathode, anode and the electrolyte space 26 free of air bubbles with electrolyte. The null ring 28 tightens the membrane taut over the cathode. On the two opposite flat surfaces of the anode 25, a Heizchip 31 are applied to an insulating layer 33 for heating the Elektrodenmeßkopfes and a measuring chip 32 for measuring the electrode temperature. Both functions are interchangeable since identical transistor chips are used. The entire electrode main body is embedded in the injection mass 29 of polyset except for the measuring surface.

Die Figur 3 zeigt die Meßkammereinheit. Diese besteht aus der Meßkammer 34, die aus der dem Elektrodenkopf zugewandten Seite durch die Membran 27, hinter der sich die Kathode 24 befindet und auf der gegenüberliegenden Seite durch ein Piacrylfenster 35 begrenzt wird. Die Meßkammer wird ringförmig durch einen Messingblock 36 begrenzt, in dem sich diametral die Kanäle für die Probenzu- und -abführung 40 befinden. Der Messingblock 36 ist von dem Gehäuse aus verchromten Stahl 38, die mittels Gewinde über das Zwischenstück 17 mit dem Elektrodenmeßkopf 1 verbunden ist, durch eine Silikonkautschukeinbettung 37 thermisch isoliert. Die Verlängerung der Kanäle nach außen geschieht durch Kanülen 39, die in diese eingebracht sind. Die Silikonkautschukeinbettung dient einem elastischen Andruck der Meßkammereinheit an den Elektrodenmeßkopf und ermöglicht damit den zur exakten Temperaturregelung erforderlichen Wärmekontakt zwischen dem Messingblock 36 und der Anode 25.FIG. 3 shows the measuring chamber unit. This consists of the measuring chamber 34, which is bounded by the side facing the electrode head through the membrane 27, behind which the cathode 24 is located and on the opposite side by a Piacrylfenster 35. The measuring chamber is annularly bounded by a brass block 36 in which the channels for the sample supply and removal 40 are diametrically located. The brass block 36 is thermally insulated from the chromed steel housing 38, which is threadedly connected to the electrode measuring head 1 via the intermediate piece 17, by a silicone rubber embedding 37. The extension of the channels to the outside is done by cannulas 39, which are introduced into this. The silicone rubber embedding serves to elastic pressure of the Meßkammereinheit to the Elektrodenmeßkopf and thus allows the required for exact temperature control thermal contact between the brass block 36 and the anode 25th

Claims

1. Apparatus for measuring the oxygen partial pressure in liquid or gaseous micro-samples taken from a medium to be examined, thermostated and measured according to the Clark principle, micro samples from the medium to be examined are fed directly to a Meßkammereinheit whose temperature constant by an electronic control circuit held to the Elektrodenmeßkopf that the oxygen contained in the micro-sample is diffused through a membrane to a cathode, generates a reducing current in the measuring head and wherein the resulting measurement signal via an oxygen measuring amplifier, which is adjustable with screw potentiometers for zeroing and calibration, amplified and digitally displayed and wherein a contact with a timer electronic circuit can be triggered by operating a lever, which via a pump system for sucking and discharging the Prüfmateri serves as can be extinguished via a "HaN" element, characterized in that the consisting of a brass block (36) inner part of Meßkammereinheit (4) on the one hand in silicone rubber (37) is elastically and thermally insulated and on the other hand in thermal contact with Electrode measuring head (1) is located.

For this 3 pages drawings