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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen der Kristallisationswahrscheinlichkeit eines Salzes in einer flüssigen ionenhaltigen Probe. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen der Kristallisationswahrscheinlichkeit von Calciumoxalat in einer Urinprobe.
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In zahlreichen Anwendungen ist es vorteilhaft, die Kristallisationswahrscheinlichkeit eines bestimmten Salzes in einer flüssigen ionenhaltigen Probe abschätzen zu können. Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, die Konzentration der relevanten Ionen in der Probe zu bestimmen und die Menge des potentiellen Reaktionspartners vorzugeben oder zu ermitteln und daraus die Kristallisationswahrscheinlichkeit des Salzes abzuschätzen oder zu berechnen. Jedoch hängt die Salzbildung in Flüssigkeiten mit einer komplexen Zusammensetzung nicht nur von den Mengen der beteiligten primären Reaktionspartner, sondern auch von der Anwesenheit weiterer Bestandteile und deren Wechselwirkungen ab.
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Eine solche Anwendung ist die Bestimmung der Kristallisationswahrscheinlichkeit von Calciumoxalat in einer Urinprobe. Durch die Kristallisation von Calciumoxalat entstehen sogenannte Harnsteine. Calciumoxalat ist der wesentliche Bestandteil der Harnsteine. Harnsteine werden aus Bestandteilen des Urins im Körper gebildet. Harnsteine sind kristalline Konkremente mit einer Größe von wenigen Zehntelmillimetern bis hin zu mehreren Zentimetern. Gegenwärtig stehen keine hinreichend genauen, einfachen und kostengünstigen Mittel und Methoden zur Verfügung, um bei einem Harnsteinpatienten oder bei einer gefährdeten Person die Kristallisationswahrscheinlichkeit einer Urinprobe zu bestimmen.
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Ein Kriterium für das Risiko einer Harnsteinbildung ist der sogenannte Bonn-Risk-Index. Der Bonn-Risk-Index wird aus einer nativen Urinprobe mit einem induzierten Kristallisationstest ermittelt, wodurch sämtliche gelösten und nichtgelösten organischen und anorganischen Urinbestandteile in ihren nativen Konzentrationsverhältnissen und gegenseitigen komplexen Wechselwirkungen berücksichtigt werden. Dieser Ansatz simuliert in einer Urinprobe die im Körper stattfindenden Prozesse der Harnsteinbildung. Die der Formalgenese des Harnsteinleidens zugehörigen physikalisch-chemischen Prozesse der Keimbildung, des Kristallwachstums und der Kristallaggregation einer bestimmten Mineralphase, werden von den tatsächlichen Wechselwirkungen im Elektrolytsystem, der Ionenstärke und der daraus resultierenden Urinübersättigung bezüglich dieser Phase determiniert. Die Urinübersättigung ist die thermodynamische Triebkraft bei Fällungs- und Kristallisationsprozessen.
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Aufgrund der chemischen Komplexität der Urine können Analysen ausgewählter Harnparameter hingegen nur einzelne ausgeprägte Ursachen einer gestörten Urinzusammensetzung erfassen. Auch Risikoindizes, welche auf der empirischen Verknüpfung der Konzentrationen mehrerer verschiedener Harnparameter basieren, können nur sehr modellhaft die Kristallisationswahrscheinlichkeit erfassen. Erwartungsgemäß weist der Bonn-Risk-Index, welcher sämtliche physikalisch-chemischen Risikofaktoren erfasst, aufgrund seines methodischen Ansatzes eine höhere diagnostische Sensitivität und höhere Spezifität auf als labordiagnostische Modellwerte.
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Zahlreiche Harnsteinpatienten zeigen jedoch keine ausgeprägten pathologischen Harnwerte, d. h. sie gelten als idiopathische Harnsteinbildner. Hier ist die Kristallisation entweder Ergebnis der Urinzusammensetzung, deren Störung in einer analytisch nicht zugänglichen, aber lithogenetisch bedeutsamen, Komponente begründet ist, oder in einem ungünstigen, jedoch nicht erfassbaren, Konzentrationsverhältnis bekannter Harnkomponenten zueinander.
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Die Untersuchung der Konzentrationen einzelner Harnparameter alleine kann also den analytischen Anforderungen einer modernen individualisierten Behandlung des Steinleidens nicht gerecht werden.
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Die bisherigen Ansätze zur Bestimmung des Bonn-Risk-Index sind aufwändig. Der Bonn-Risk-Index kann in einem Forschungslabor und/oder mit komplexen Geräten bestimmt werden. Die bekannten Messmethoden sind aufgrund des enorm hohen technisch-wissenschaftlichen Aufwands und des hohen Investitionsbedarfs für den Einsatz in einer Arztpraxis oder in einem kleinen Labor nicht umsetzbar.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen der Kristallisationswahrscheinlichkeit eines bestimmten Salzes aus einer flüssigen ionenhaltigen Probe zum direkten oder indirekten quantitativen oder semiquantitativen Nachweis des Vorliegens einer bestimmten Substanz oder Substanzgruppe in einer bestimmten Konzentration bzw. einem bestimmten Konzentrationsbereich bereitzustellen, die einen relativ geringen Aufwand erfordern.
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Diese Aufgabe wird vorrichtungsmäßig durch den Gegenstand des Patentanspruches 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zum Bestimmen der Kristallisationswahrscheinlichkeit eines Salzes in einer flüssigen ionenhaltigen Probe vorgesehen, wobei:
- – die Vorrichtung wenigstens einen Messkanal mit einem offenen Ende, einem für Flüssigkeiten geschlossenen Ende und einem definierten Volumen aufweist,
- – die Vorrichtung eine Einlassöffnung zum Einbringen der flüssigen Probe aufweist,
- – das offene Ende des Messkanals mit der Einlassöffnung gekoppelt ist, der Messkanal wenigstens zwei hintereinander angeordnete Reaktionszonen umfasst,
- – eine erste Reaktionszone an dem offenen Ende des Messkanals angeordnet ist,
- – eine letzte Reaktionszone an dem für Flüssigkeiten geschlossenen Ende des Messkanals angeordnet ist,
- – jeweils eine Phasengrenze zwischen den benachbarten Reaktionszonen ausgebildet ist,
- die Phasengrenze durchlässig für die flüssige Probe ist,
- – die Phasengrenze derart ausgebildet ist, dass ein Übergang der flüssigen Probe zwischen den benachbarten Reaktionszonen verzögert wird,
- – der ersten Reaktionszone ein erstes Reservoir zugeordnet ist, das eine Substanz oder ein Substanzgemisch aufweist oder zum Aufnehmen der Substanz oder des Substanzgemisches vorgesehen ist, so dass die Substanz oder das Substanzgemisch der flüssigen Probe in der ersten Reaktionszone beigegeben wird,
- – der letzten Reaktionszone ein letztes Reservoir zugeordnet ist, das einen Indikator oder ein Indikator-Substanz-Gemisch aufweist oder zum Aufnehmen des Indikators oder Indikator-Substanz-Gemisches vorgesehen ist, so dass der Indikator oder das Indikator-Substanz-Gemisch der flüssigen Probe in der letzten Reaktionszone beigegeben wird,
- – die Substanz oder das Substanzgemisch wenigstens einen Bestandteil aufweist, der mit den Ionen der flüssigen Probe jenes Salz bildet, dessen Kristallisationswahrscheinlichkeit bestimmt werden soll, und der Indikator oder das Indikator-Substanz-Gemisch wenigstens einen Bestandteil aufweist, der jenes Salz anzeigt, dessen Kristallisationswahrscheinlichkeit bestimmt werden soll.
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Die Vorrichtung weist wenigstens einen Flüssigkeitseinlass, einen Auslass und einen dazwischenliegenden Reaktionsbereich auf. In dem Reaktionsbereich laufen in zeitlicher Abfolge kontrolliert ausgelöste sequentielle Reaktionen ab. Die sequentiellen Reaktionen werden dadurch erreicht, dass entweder der Reaktionsbereich aus räumlich getrennten Reaktionszonen besteht, in die die flüssige Probe nacheinander transportiert wird, oder die flüssige Probe in einem einzigen Raum verbleibt, in den in zeitlicher Abfolge die Reaktionspartner eingebracht werden. Die Reaktionszonen können somit räumliche und/oder zeitliche Zonen sein. Die räumlichen Reaktionszonen können durch konkrete mechanische Trennwände, aber auch durch die Verwendung von Mikro-Fluidiksystemen und/oder den gezielten Einsatz von Zentrifugalkräften definiert werden. In erstgenannten Fall sind die Phasengrenzen durch die mechanischen Trennwände gebildet. Die Reaktionszonen können linear angeordnet sein.
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Der Kern der Erfindung liegt darin, dass in der ersten Reaktionszone eines Kanals die Bildung des Salzes potentiell ermöglicht wird, indem der flüssigen ionenhaltigen Probe mit der Substanz oder dem Substanzgemisch ein geeigneter Reaktionspartner beigegeben wird. In der letzten Reaktionszone wird der Indikator oder das Indikator-Substanz-Gemisch beigegeben, so dass die Kristallbildung angezeigt wird. Da sowohl die flüssige Probe als auch die Substanz bzw. das Substanzgemisch in jeweils einer definierten Menge vorliegen, können Rückschlüsse auf die Kristallisationswahrscheinlichkeit des Salzes in der flüssigen Probe gezogen werden. Die Vorrichtung kann als eine Einweg- oder Mehrwegtestvorrichtung ausgebildet sein.
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Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass der Messkanal wenigstens eine weitere Reaktionszone umfasst, die zwischen der ersten Reaktionszone und der letzten Reaktionszone angeordnet ist, wobei der weiteren Reaktionszone ein weiteres Reservoir zugeordnet ist, welches eine weitere Substanz oder ein weiteres Substanzgemisch aufweist oder zum Aufnehmen der weiteren Substanz oder des weiteren Substanzgemisches vorgesehen ist, so dass die weitere Substanz oder das weitere Substanzgemisch der flüssigen Probe in der weiteren Reaktionszone beigegeben wird. Insbesondere soll die weitere Substanz oder das weitere Substanzgemisch solche Bestandteile in der flüssigen Probe ausfällen, die die Anzeige des Indikators verfälschen können.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung einen Referenzkanal mit einem offenen Ende und einem für Flüssigkeiten geschlossenen Ende aufweist, der die gleichen geometrischen Eigenschaften wie der Messkanal aufweist und dessen erstes Ende mit der Einlassöffnung gekoppelt ist, wobei der Referenzkanal wenigstens zwei hintereinander angeordnete Referenz-Reaktionszonen umfasst, die mit den Reaktionszonen des Messkanals korrespondieren, und wobei einer letzten Referenz-Reaktionszone ein letztes Referenz-Reservoir zugeordnet ist, das den Indikator oder das Indikator-Substanz-Gemisch aufweist oder zum Aufnehmen des Indikators oder Indikator-Substanz-Gemisches vorgesehen ist, so dass der Indikator oder das Indikator-Substanz-Gemisch der flüssigen Probe in der letzten Referenz-Reaktionszone beigegeben wird. Auf diese Weise wird in der letzten Referenz-Reaktionszone eine Verfärbung des Indikators angezeigt, die als Vergleich dient.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Referenzkanal wenigstens eine weitere Referenz-Reaktionszone umfasst, die zwischen der ersten Referenz-Reaktionszone und der letzten Referenz-Reaktionszone angeordnet ist, wobei der weiteren Referenz-Reaktionszone ein weiteres Referenz-Reservoir zugeordnet ist, welches die weitere Substanz oder das weitere Substanzgemisch aufweist oder zum Aufnehmen der weiteren Substanz oder des weiteren Substanzgemisches vorgesehen ist, so dass die weitere Substanz oder das weitere Substanzgemisch der flüssigen Probe in der weiteren Referenz-Reaktionszone beigegeben wird. Dadurch herrschen im Referenzkanal, abgesehen von der induzierten Kristallbildung, die gleichen Bedingungen wie im Messkanal.
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Insbesondere kann die Vorrichtung zum Bestimmen der Kristallisationswahrscheinlichkeit von Calciumoxalat in einer Urinprobe vorgesehen sein, wobei die Substanz oder das Substanzgemisch im ersten Reservoir wenigstens einen Bestandteil aufweist, der mit Calcium-Ionen der Urinprobe Calciumoxalat bildet. In diesem Fall kann die Substanz oder das Substanzgemisch beispielsweise feste oder gelöste Salze der Oxalsäure, insbesondere Ammoniumoxalat, aufweisen. Calciumoxalat ist der wesentliche Bestandteil von Harnstein, so dass aus der Kristallisationswahrscheinlichkeit von Calciumoxalat in der Urinprobe Rückschlüsse auf das Risiko der Harnsteinbildung gezogen werden können.
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Im vorgenannten Fall kann die weitere Substanz oder das weitere Substanzgemisch im weiteren Reservoir wenigstens einen Bestandteil aufweisen, der mit Phosphat-Ionen der Urinprobe eine oder mehrere unlösliche Phosphatverbindungen, beispielweise Magnesium-Ammonium-Phosphat, bildet. Die Phosphat-Ionen können die Anzeige des Indikators verfälschen, was durch die Bildung der unlöslichen kristallinen Phosphatverbindungen unterbunden wird.
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Insbesondere weist die Vorrichtung eine Mehrzahl Messkanäle auf, wobei die ersten Reservoire der Messkanäle unterschiedliche Mengen der Substanz oder des Substanzgemisches aufweisen. Auf diese Weise können parallel mehrere Kristallisationsreaktionen ausgeführt werden, wobei der Reaktionspartner in den verschiedenen Reservoiren unterschiedlich dosiert ist. Vorzugsweise sind die Mengen der Substanzen oder Substanzgemischen in den Reservoiren so dosiert, dass in mindestens einem der Kanäle ein erkennbarer Farbumschlag des Indikators stattfindet.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird verfahrensmäßig durch den Gegenstand des Patentanspruches 8 gelöst.
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Erfindungsgemäß weist das Verfahren zum Bestimmen der Kristallisationswahrscheinlichkeit eines Salzes in einer flüssigen ionenhaltigen Probe die folgenden Schritte auf:
- a) Einbringen einer vorbestimmten Menge der flüssigen Probe in eine erste Reaktionszone,
- b) Beigeben einer vorbestimmten Menge einer Substanz oder eines Substanzgemisches aus einem ersten Reservoir zu der flüssigen Probe in der ersten Reaktionszone, wobei die Substanz oder das Substanzgemisch wenigstens einen Bestandteil aufweist, der mit den Ionen der flüssigen Probe jenes Salz bildet, dessen Kristallisationswahrscheinlichkeit bestimmt werden soll,
- c) Einbringen der flüssigen Probe in eine letzte Reaktionszone,
- d) Beigeben eines Indikators oder eines Indikator-Substanz-Gemisches aus einem letzten Reservoir zu der flüssigen Probe in der letzten Reaktionszone, wobei der Indikator oder das Indikator-Substanz-Gemisch wenigstens einen Bestandteil aufweist, der jenes Salz anzeigt, dessen Kristallisationswahrscheinlichkeit bestimmt werden soll,
- e) Wiederholen der Schritte a) bis d), falls der Indikator oder das Indikator-Substanz-Gemisch das Salz nicht anzeigt, wobei die Menge der Substanz oder des Substanzgemisches in dem ersten Reservoir erhöht wird, und wobei Schritt e) sooft wiederholt wird, bis der Indikator oder das Indikator-Substanz-Gemisch das Salz anzeigt, oder
- f) wobei die Schritte a) bis d) in verschiedenen Reaktionszonen parallel ausgeführt werden und die Menge der Substanz oder des Substanzgemisches in verschieden ersten Reservoiren unterschiedlich dosiert ist.
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Gemäß der Erfindung wird in der ersten Reaktionszone die mögliche Kristallisationsbildung des Salzes simuliert, indem der flüssigen ionenhaltigen Probe mit der Substanz oder dem Substanzgemisch ein geeigneter Reaktionspartner beigegeben wird. In der letzten Reaktionszone wird der Indikator oder das Indikator-Substanz-Gemisch beigegeben, so dass die Kristallbildung angezeigt wird. Da sowohl die flüssige Probe als auch die Substanz bzw. das Substanzgemisch in jeweils einer definierten Menge vorliegen, können Rückschlüsse auf die Kristallisationswahrscheinlichkeit des Salzes in der flüssigen Probe gezogen werden.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Verfahren zum Bestimmen der Kristallisationswahrscheinlichkeit von Calciumoxalat in einer Urinprobe vorgesehen ist, wobei die Substanz oder das Substanzgemisch im ersten Reservoir wenigstens einen Bestandteil aufweist, der mit Calcium-Ionen der Urinprobe Calciumoxalat bildet. Calciumoxalat ist der wesentliche Bestandteil von Harnsteinen, so dass aus der Kristallisationswahrscheinlichkeit von Calciumoxalat in der Urinprobe Rückschlüsse auf das Risiko der Harnsteinbildung gezogen werden können.
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Schließlich kann das Verfahren zwischen Schritt b) und Schritt c) die folgenden weiteren Schritte aufweisen:
- – Einbringen der flüssigen Probe in eine weitere Reaktionszone, und
- – Beigeben einer weiteren Substanz oder eines weiteren Substanzgemisches aus einem weiteren Reservoir zu der flüssigen Probe in der weiteren Reaktionszone, wobei die weitere Substanz oder das weitere Substanzgemisch wenigstens einen Bestandteil aufweist, der mit Phosphat-Ionen der Urinprobe eine oder mehrere unlösliche kristalline Phosphatverbindungen, beispielweise Magnesium-Ammonium-Phosphat, bildet.
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Da die Phosphat-Ionen die Anzeige des Indikators verfälschen können, wird dies durch die Bildung der unlöslichen Phosphatverbindungen unterbunden.
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Weitere Merkmale, Vorteile und besondere Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung zum Bestimmen der Kristallisationswahrscheinlichkeit eines Salzes in einer flüssigen ionenhaltigen Probe gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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In 1 ist eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung zum Bestimmen der Kristallisationswahrscheinlichkeit eines Salzes in einer flüssigen ionenhaltigen Probe gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. In diesem konkreten Beispiel weist die Vorrichtung linear angeordnete explizit ausgewiesen Reaktionszonen auf.
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Die Vorrichtung umfasst einen Messkanal 10, eine Einlassöffnung 18 und einen Referenzkanal 20. Der Messkanal 10 und der Referenzkanal 20 weisen jeweils ein offenes und ein für Flüssigkeiten geschlossenes Ende auf. Die Einlassöffnung 18 ist mit dem offenen Enden des Messkanals 10 und des Referenzkanals 20 gekoppelt. Der Messkanal 10 und der Referenzkanal 20 haben die gleiche geometrische Struktur. In diesem konkreten Beispiel sind der Messkanal 10 und der Referenzkanal 20 nebeneinander und parallel zueinander angeordnet. Die Einlassöffnung 18 ist zum Einbringen einer vorbestimmten Menge der flüssigen ionenhaltigen Probe vorgesehen, so dass sich die Probe im Messkanal 10 und im Referenzkanals 20 ausbreitet. Der Messkanal 10 und der Referenzkanal 20 bilden zwei separate Reaktionslinien.
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Der Messkanal 10 umfasst hintereinander angeordnete Reaktionszonen 12, 14 und 16. Die Reaktionszonen 12, 14 und 16 des Messkanals 10 bilden somit eine Reihe. In diesem konkreten Beispiel umfasst der Messkanal 10 die drei Reaktionszonen 12, 14 und 16. Analog dazu umfasst der Referenzkanal 20 drei hintereinander angeordnete Referenz-Reaktionszonen 22, 24 und 26, so dass die Referenz-Reaktionszonen 22, 24 und 26 eine Reihe bilden. Jeder Reaktionszone 12, 14 und 16 des Messkanals 10 ist jeweils ein Messkanal-Reservoir 28, 30 und 32 zugeordnet. Entsprechend ist jeder Referenz-Reaktionszone 22, 24 und 26 des Referenzkanals 20 jeweils ein Referenz-Reservoir 34, 36 und 38 zugeordnet. Das erste Referenz-Reservoir 34 der ersten Referenz-Reaktionszone 22 ist jedoch optional.
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Als Reaktionszonen des Messkanals 10 und des Referenzkanals 20 sind beispielsweise ausgeformte Hohlräume geeignet, Diese Hohlräume können ggf. mit einer Schutzgasatmosphäre gefüllt sein. Die Reservoire in den Reaktionszonen des Messkanals 10 und des Referenzkanals 20 enthalten die für die in den jeweiligen Reaktionszonen benötigten Chemikalien. Diese Chemikalien können in flüssiger gelartiger oder fester Form vorliegen. Beispielsweise sind die in fester Form vorliegenden Chemikalien als Pulver, Tablette oder Beschichtung gebildet. Die Reaktionszonen sind jeweils durch Phasengrenzen voneinander getrennt.
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Zwischen den benachbarten Reaktionszonen 12, 14 und 16 befindet sich jeweils eine Phasengrenze 40. Auch zwischen den benachbarten Referenz-Reaktionszonen 22, 24 und 26 befindet sich jeweils eine Phasengrenze 40. Die Phasengrenzen 40 sind durchlässig, bilden aber einen Strömungswiderstand für die flüssige Probe, so dass zunächst die erste Reaktionszone 12 bzw. die erste Referenz-Reaktionszone 22 vollständig gefüllt und anschließend die flüssige Probe in die zweite Reaktionszone 14 bzw. in die zweite Referenz-Reaktionszone 24 eindringt. Dementsprechend verhält es sich zwischen der zweiten Reaktionszone 14 und der dritten Reaktionszone 16 bzw. der zweiten Referenz-Reaktionszone 24 und der dritten Referenz-Reaktionszone 26. Beispielsweise ist der Strömungswiderstand der Trennwände 40 so dimensioniert, dass für die flüssige Probe eine vorbestimmte Reaktionszeit in den jeweiligen Reaktionszonen 12 und 14 sowie Referenz-Reaktionszonen 22 und 24 zur Verfügung steht.
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Die Phasengrenzen zwischen den Reaktionszonen sind beispielsweise als Rückschlagventil, Berstscheibe, Folie, Membran, Gitter oder Blister ausgebildet.
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Die Messkanal-Reservoire 28, 30 und 32 sowie die Referenz-Reservoire 36 und 38 sind zur Aufnahme von Substanzen und/oder Substanzgemischen vorgesehen, die mit der flüssigen Probe in den entsprechenden Reaktionszonen 12, 14 und 16 bzw. Referenz-Reaktionszonen 24 und 26 reagieren. Dagegen ist im ersten Referenz-Reservoir 34 keine Substanz vorgesehen, die mit der flüssigen Probe reagieren könnte. Entweder befindet sich im ersten Referenz-Reservoir 34 eine Substanz, die mit der flüssigen Probe keine oder zumindest keine störende Reaktion eingeht, oder es befindet sich überhaupt keine Substanz im ersten Referenz-Reservoir 34.
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Die Vorrichtung einschließlich des Messkanals 10, der Einlassöffnung 18 und des Referenzkanals 20 ist beispielsweise einstückig ausgebildet. Vorzugsweise kann die Vorrichtung ein Spritzgussteil sein. Insbesondere ist die Vorrichtung als eine Einweg-Analysevorrichtung ausgebildet. Vorzugsweise ist die Analysevorrichtung als Kunststoff-Spritzgussteil ausgebildet. Dabei kann die Analysevorrichtung in etwa das Format einer Scheckkarte haben.
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Durch die Einlassöffnung 18 wird eine bestimmte Menge der flüssigen Probe in die Vorrichtung eingegeben. Die flüssige Probe verteilt sich zunächst in der ersten Reaktionszone 12 des Messkanals 10 und in der ersten Referenz-Reaktionszone 22 des Referenzkanals 20. Zur der flüssigen Probe wird in der ersten Reaktionszone 12 des Messkanals 10 eine definierte Menge einer Substanz oder eines Substanzgemischs aus dem ersten Reservoir 28 hinzugegeben. Dabei kann die Substanz oder das Substanzgemisch in fester, flüssiger oder gasförmiger Form vorliegen. Durch eine Reaktion der Ionen in der flüssigen Probe mit dieser Substanz oder diesem Substanzgemisch kann jenes Salz entstehen, dessen Kristallisationswahrscheinlichkeit bestimmt werden soll. Außerdem können bereits vorhandene Kristalle des Salzes weiter wachsen. Die flüssige Probe, die in die erste Referenz-Reaktionszone 22 des Referenzkanals 20 gelangt, bleibt unverändert und dient als Referenz.
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Anschließend dringt die flüssige Probe aus der ersten Reaktionszone 12 in die zweite Reaktionszone 14 des Messkanals 10. Gleichzeitig dringt die unveränderte flüssige Probe aus der ersten Referenz-Reaktionszone 22 in die zweite Referenz-Reaktionszone 24 des Referenzkanals 20. Aus dem zweiten Reservoir 30 bzw. dem zweiten Referenz-Reservoir 36 werden Substanzen und/oder Substanzgemische zugegeben, die mögliche störende Bestandteile ausfällen.
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Schließlich dringt die flüssige Probe aus der zweiten Reaktionszone 14 in die dritte Reaktionszone 16 des Messkanals 10. Gleichzeitig dringt die flüssige Probe aus der zweiten Referenz-Reaktionszone 24 in die dritte Referenz-Reaktionszone 26 des Referenzkanals 20. Aus dem dritten Reservoir 32 bzw. dem dritten Referenz-Reservoir 38 wird ein Farbindikator oder Farbindikator-Substanz-Gemisch zugegeben. Der Farbindikator bzw. das Farbindikator-Substanz-Gemisch reagiert durch einen Farbumschlag auf einen die Kristalle der zu bestimmenden Salze aufbauenden Bestandteil. Falls die Kristallbildung oder das Kristallwachstum auftritt, wird diese bzw. dieses durch die Farbe des Farbindikators direkt angezeigt. Alternativ dazu kann die Kristallbildung oder das Kristallwachstum indirekt über einen Farbindikator angezeigt werden, der selektiv auf wenigstens eine der Substanzen reagiert, die die zu bestimmenden Kristalle aufbauen.
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Falls in der flüssigen Probe durch die in der ersten Reaktionszone 12 aus dem ersten Reservoir 28 hinzugegebene Substanz keine oder keine ausreichende Kristallbildung ausgelöst worden ist, wird in einem erneuten Test die Menge oder Dosis der Substanz bzw. des Substanzgemisches in dem ersten Reservoir 28 erhöht. Dies wird sooft wiederholt, bis die Kristallbildung detektiert wird.
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Insbesondere besteht die Möglichkeit, dass die Vorrichtung mehrere Kanäle 10, eine Einlassöffnung 18 und einen Referenzkanal 20 aufweist, wobei in den ersten Reservoiren 28 der Messkanäle 10 sich unterschiedliche definierte Mengen der Substanz bzw. des Substanzgemisches befinden. In diesem Fall wird die flüssige Probe gleichzeitig in mehrere Messkanäle 10 eingebracht, wobei in jedem Messkanal 10 eine andere Dosis der Substanz bzw. des Substanzgemisches der flüssigen Probe beigegeben wird. Dadurch kann festgestellt werden, bei welcher Dosis der Farbumschlag des Indikators einsetzt.
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Alternativ dazu können auch mehrere Vorrichtungen bereitgestellt werden, die jeweils nur einen Messkanal 10 umfassen, wobei jede Vorrichtung eine andere Menge der Substanz bzw. des Substanzgemisches im ersten Reservoir 28 aufweist. Weiterhin können auch mehrere Vorrichtungen mit jeweils mehreren Messkanälen 10 und einem Referenzkanal 20 bereitgestellt werden, wobei jede Vorrichtung eine unterschiedliche Gruppe verschiedener Mengen der Substanz bzw. des Substanzgemisches in den ersten Reservoiren 28 aufweist.
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Der Referenzkanal 20 bewirkt, dass die Kristallbildung deutlicher erkannt wird, da parallel zu der Analyse im Messkanal 10 eine Referenzanalyse im Referenzkanal 20 durchgeführt wird. Der Farbunterschied zwischen der Probe in der dritten Reaktionszone 16 des Messkanals 10 und der in der dritten Referenz-Reaktionszone 26 des Referenzkanals 20 ist deutlicher erkennbar als ein Farbvergleich zwischen der Probe in der dritten Reaktionszone 16 des Messkanals 10 und beispielsweise einer Farbtafel. Im Referenzkanal 20 wird der flüssigen Probe keine Substanz bzw. kein Substanzgemisch beigegeben, das die Kristallisation des zu bestimmenden Salzes bewirkt. Ansonsten herrschen im Referenzkanal 20 identische Bedingungen. Die resultierende Indikatorfarbe in der dritten Referenz-Reaktionszone 26 dient als Referenz.
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Die Farbe und der Farbumschlag können automatisch mit Hilfe eines Geräts, beispielsweise eines Spektrometers, mit Hilfe eines Farbkeils, oder mit bloßem Auge detektiert werden.
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Die zu untersuchenden flüssigen Proben können sämtliche Arten von wässrigen Lösungen sein, insbesondere Abwässer aller Art, Lösungen in chemischen Reaktoren und Leitungssystemen, aber auch sämtliche Arten von Körperflüssigkeiten von Mensch und Tier, insbesondere Urin.
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Grundsätzlich kann in solchen flüssigen Proben das Wachstum sämtlicher organischer und anorganischer Kristallbildungen gezielt ausgelöst werden, sofern diese Kristallbildungen unter den gewählten Untersuchungsbedingungen stabil sind. Als Beispiele sind Kristallbildungen aus den Mineralklassen der Phosphate, Sulfate, Nitrate, Sulfide, Carbonate, Silikate und Oxalate genannt.
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Nachstehend wird die Bestimmung der Kristallisationswahrscheinlichkeit von Calciumoxalat in einer Urinprobe näher beschrieben.
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Durch die Einlassöffnung 18 wird eine bestimmte Menge des Urins in die Vorrichtung eingegeben. Dabei kann sowohl eine Nativurinprobe als auch eine physikalisch oder chemisch vorbehandelte Urinprobe verwendet werden. Die Urinprobe verteilt sich zunächst in der ersten Reaktionszone 12 des Messkanals 10 und in der ersten Referenz-Reaktionszone 22 des Referenzkanals 20.
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Zur Urinprobe wird in der ersten Reaktionszone 12 des Messkanals 10 eine definierte Menge der Substanz oder des Substanzgemischs aus dem ersten Reservoir 28 hinzugegeben. Die Substanz oder das Substanzgemisch enthält wenigstens einen Bestandteil, der zusammen mit den Calcium-Ionen der Urinprobe Calciumoxalat bildet. Die Substanz oder das Substanzgemisch kann in fester, flüssiger oder gasförmiger Form vorliegen. Die Substanz oder das Substanzgemisch kann beispielsweise feste oder gelöste Salze der Oxalsäure, insbesondere Ammoniumoxalat, aufweisen. Wenn die Vorrichtung mehrere Messkanäle 10 aufweist, variiert die Menge der Substanz oder des Substanzgemischs im ersten Reservoir 28 innerhalb der Vorrichtung. Bei der Vorrichtung mit nur einem Messkanal 10 werden mehrere Vorrichtungen mit unterschiedlichen Mengen der Substanz oder des Substanzgemischs im ersten Reservoir 28 verwendet. Die Mengen der Substanz oder des Substanzgemisches im ersten Reservoir 28 werden so dimensioniert, dass in wenigstens einem Messkanal 10 bzw. bei wenigstens einer Messung eine Fällung von Calciumoxalat induziert wird. Durch die Zugabe eines geeigneten chemischen Puffers kann der pH-Wert der Urinprobe auf einen bestimmten Werte-Bereich eingestellt werden. Die Kristallisationswahrscheinlichkeit für Calciumoxalat kann anhand des Volumens der Urinprobe und der Menge der Substanz oder des Substanzgemisches bestimmt werden. Calciumoxalat ist ein wesentlicher Bestandteil von Harnstein. Die Urinprobe, die in die erste Referenz-Reaktionszone 22 des Referenzkanals 20 gelangt, bleibt unverändert und dient als Referenz.
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Bei einer calciumselektiven Farbreaktion kann die Anwesenheit von Phosphat-Ionen störend sein, da die Bildungsmöglichkeit schwerlöslicher Calciumphosphatsalze unter indikatorspezifisch hohen pH-Werten in der Lösung besteht. Durch eine kontrollierte Kristallisation von Magnesium-Ammonium-Phosphat im Vorfeld der calciumselektiven Farbreaktion wird dieses Störmoment wirkungsvoll verhindert. Die Kristallisation von Magnesium-Ammonium-Phosphat kann durch Zugabe einer geeigneten Menge einer löslichen Magnesiumverbindung, insbesondere Magnesiumoxid oder Magnesiumchlorid kontrolliert ausgelöst werden. Dies erfolgt in der zweiten Reaktionszone 14 des Messkanals 10 und in der zweiten Referenz-Reaktionszone 24 des Referenz-Kanals 20. Die lösliche Magnesiumverbindungen, beispielsweise Magnesiumoxid oder Magnesiumchlorid, befinden sich im zweiten Reservoir 30 und im zweiten Referenz-Reservoir 36 und werden in der zweiten Reaktionszone 14 des Messkanals 10 bzw. in der zweiten Referenz-Reaktionszone 24 des Referenzkanals 20 der Urinprobe beigegeben.
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Schließlich dringt die Urinprobe aus der zweiten Reaktionszone 14 in die dritte Reaktionszone 16 des Messkanals 10 ein. Gleichzeitig dringt die Urinprobe aus der zweiten Referenz-Reaktionszone 24 in die dritte Referenz-Reaktionszone 26 des Referenzkanals 20 ein. Aus dem dritten Reservoir 32 und dem dritten Referenz-Reservoir 38 wird ein Farbindikator oder Farbindikator-Substanz-Gemisch zugegeben. Der Farbindikator bzw. das Farbindikator-Substanz-Gemisch reagiert durch einen Farbumschlag auf das Calciumoxalat. Falls die Bildung oder das Wachstum von Calciumoxalat auftritt, wird diese bzw. dieses entweder durch den Farbumschlag des Farbindikators direkt angezeigt oder indirekt über einen Farbindikator, der selektiv auf wenigstens eine der Substanzen reagiert, die die Calciumoxalat-Kristalle aufbauen.
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Da sowohl die Urinprobe als auch die Substanz bzw. das Substanzgemisch, beispielsweise die festen oder gelösten Salze der Oxalsäure, insbesondere Ammoniumoxalat, in jeweils definierten Mengen vorliegen, können Rückschlüsse auf die Kristallisationswahrscheinlichkeit von Calciumoxalat in der Urinprobe gezogen werden. Auch der Bonn-Risk-Index kann daraus bestimmt oder zumindest abgeschätzt werden. Der Bonn-Risk-Index beschreibt das Risiko der Harnsteinbildung.
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Weiterhin kann die Bildung von Kristallen ausgelöst werden, die nicht natürlich in Harnsteinen vorkommen. Auch die Kristallisation von Toxinen, Medikamenten und deren Metaboliten kann ausgelöst werden.
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Änderungen der Kristallisationswahrscheinlichkeit der Urinprobe können auf Änderungen von deren Zusammensetzung zurückgeführt werden. Die Kristallisationswahrscheinlichkeit kann durch bekannte und unbekannte Inhaltsstoffe in der zu untersuchenden Urinprobe gefördert oder gehemmt werden. Änderungen der Kristallisationswahrscheinlichkeit können auf die Existenz variabler Konzentrationen unbekannter Substanzen hinweisen. In den Körperflüssigkeiten, insbesondere im Urin, kann der Kristallisationstest auch als ein indirekter Nachweis von Toxinen, Medikamenten und deren Metaboliten dienen. In Körperflüssigkeiten kann die Bestimmung der Kristallisationswahrscheinlichkeit auch als indirekter Nachweis noch unbekannter Substanzen dienen. Besteht zwischen der Konzentration einer nur sehr aufwändig zu bestimmenden Substanz und der Kristallisationsneigung der diese Substanz beinhaltenden Lösung ein mathematischer Zusammenhang, kann der Kristallisationstest als vereinfachte Analysemethode verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Messkanal
- 12
- erste Reaktionszone
- 14
- zweite Reaktionszone
- 16
- dritte Reaktionszone
- 18
- Einlassöffnung
- 20
- Referenzkanal
- 22
- erste Referenz-Reaktionszone
- 24
- zweite Referenz-Reaktionszone
- 26
- dritte Referenz-Reaktionszone
- 28
- erstes Reservoir
- 30
- zweites Reservoir
- 32
- drittes Reservoir
- 34
- erstes Referenz-Reservoir
- 36
- zweites Referenz-Reservoir
- 38
- drittes Referenz-Reservoir
- 40
- Phasengrenze
