DE10207897A1 - Calibration of an analytical device for determining the concentration of an analyte, especially hydrogen peroxide in exhaled breath, comprises using a stable substitute calibrator - Google Patents
Calibration of an analytical device for determining the concentration of an analyte, especially hydrogen peroxide in exhaled breath, comprises using a stable substitute calibratorInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung von Einrichtungen zur Analyse insbesondere der Atemluft und kondensierter Atemluft, vor allem von dabei verwendeten Bio- und/oder Chemosensoren mittels einer Kalibrierlösung. The invention relates to a method for calibrating devices for analysis especially the breathing air and condensed breathing air, especially the bio- and / or chemical sensors using a calibration solution.
Eine bekannte Methode der Kalibrierung von Analyseeinrichtungen ist die Kalibrierung mittels der Analyse einer Standardlösung, deren Zusammensetzung bekannt ist. Kalibrierungsvorgänge dieser Art werden regelmäßig stationär in Labors durchgeführt und entziehen sich aufgrund der dafür notwendigen Apparaturen und Verfahrensschritte einem Einsatz unmittelbar vor Ort, wo die Analyse tatsächlicher aktueller Proben vorgenommen werden soll. A known method of calibrating analysis devices is calibration by analyzing a standard solution, the composition of which is known. Calibration processes of this type are regularly carried out in stationary laboratories and cannot be deployed due to the equipment and process steps required for this immediately on site, where the analysis of actual current samples is carried out should.
Um dieses Problem für automatische Messstationen z. B. für Meerwasser zu lösen, wird in der DE 196 10 855 A1 ein Verfahren zur Kalibrierung von Einrichtungen zur Analyse chemischer Elemente und/oder Verbindungen in Lösungen und/oder flüssigen Gemischen (Proben), insbesondere von in Wasser enthaltenen Nährstoffen, mittels einer Standardlösung vorgeschlagen, bei dem eine Mehrzahl unterschiedlicher Standardlösungen auf die Analyseeinrichtung zu deren Analyse gegeben werden, wobei die Werte der vorgebbaren ermittelten Analyseparameter nachfolgend gespeichert werden, und dann, nachdem die Werte der Standardlösungen ermittelt und gespeichert worden sind, aus den ermittelten Werten eine Kalibrierfunktion abgeleitet wird, die der Analyse aktueller Proben mittels der Analyseeinrichtung zur Ermittlung entsprechender tatsächlicher Werte zugrundegelegt wird. To solve this problem for automatic measuring stations e.g. B. to solve for sea water is in DE 196 10 855 A1 describes a method for calibrating devices for analysis chemical elements and / or compounds in solutions and / or liquid mixtures (Samples), in particular of nutrients contained in water, using a standard solution proposed in which a variety of different standard solutions to the Analysis device for their analysis are given, the values of the predetermined determined Analysis parameters are saved subsequently, and then after the values of the Standard solutions have been determined and saved, one from the determined values Calibration function is derived, the analysis of current samples by means of the analysis device is used to determine corresponding actual values.
Ein derartiges Verfahren ist bei der Verwendung der in der DE 101 37 565 beschriebenen Kassette zur Bestimmung von Parametern des Atemkondensats zu teuer. Gelöst werden damit auch nicht die Schwierigkeiten, die instabile, nicht transport- oder lagerfähige Analyten mit sich bringen. Dies trifft beispielsweise auf reaktive Verbindungen wie Wasserstoffperoxid, organische Peroxide und andere kurzlebige Biomoleküle zu. Such a method is used when using the method described in DE 101 37 565 Cassette for determining parameters of the breathing condensate too expensive. Be solved not the difficulties, the unstable, not transportable or storable Bring analytes with them. This applies, for example, to reactive compounds such as Hydrogen peroxide, organic peroxides and other short-lived biomolecules too.
Aus der DE 196 11 458 A1 ist ein Kontroll- und Eichserum bekannt, dass das ansonsten gegen Licht und Oxidationsmittel sehr empfindliche Bilirubin in einer stabilisierten Form enthält. Dies wird durch eine zusätzliche chemische Verbindung, Hilfsstoffe und die Aufbewahrung unter einer Schutzgasatmosphäre erreicht. A control and calibration serum is known from DE 196 11 458 A1 that otherwise Bilirubin in a stabilized form, very sensitive to light and oxidizing agents contains. This is due to an additional chemical compound, auxiliary substances and the Storage under a protective gas atmosphere achieved.
Insbesondere für die eingangs genannte Kassette zur Analyse der Inhaltsstoffe der Ausatemluft ist dies auch kein akzeptabler Lösungsansatz. In particular for the cassette mentioned at the beginning for analyzing the ingredients of the Exhaled air is also not an acceptable solution.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Kalibrierung unabhängig vom Ort vornehmen zu können, auch wenn der Analyt instabil, nicht transport- oder lagerfähig ist und damit die einmal eingestellte Konzentration des Analyten in der Kalibrierlösung nicht konstant ist. The object of the invention is therefore to carry out a calibration regardless of the location can, even if the analyte is unstable, not transportable or storable and thus the once the concentration of the analyte in the calibration solution is not constant.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1, vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. This object is achieved with the features of claim 1, advantageous Refinements are the subject of the dependent claims.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kalibrierung von Analyseeinrichtungen, insbesondere von Bio- und Chemosensoren, unter Verwendung eines Kalibrators, sieht vor, dass ein haltbarer, transport- und lagerfähiger Ersatzkalibrator, der eine für das Detektionsprinzip der Analyseeinrichtung geeignete Verbindung enthält, eingesetzt wird, wobei Umsatz/Reaktion des Ersatzkalibrators in einem definierten Verhältnis zum Umsatz/Reaktion des Analyten steht, und dieses Verhältnis nach der Messung der Realprobe zur Berechnung der Konzentration des zu bestimmenden Analyten dient. The method according to the invention for the calibration of analysis devices, in particular of bio and chemical sensors, using a calibrator, provides that a Durable, transportable and storable replacement calibrator, one for the detection principle of Contains suitable compound analysis device is used, conversion / reaction of the replacement calibrator in a defined ratio to the turnover / reaction of the analyte stands, and this ratio after measuring the real sample to calculate the Concentration of the analyte to be determined is used.
Das Verhältnis des Umsatzes/Reaktion des Ersatzkalibrators zum Umsatz/Reaktion des Analyten kann werks- oder laborseitig bestimmt und in einem Faktor oder einer mathematischen Funktion ausgedrückt werden. The ratio of the turnover / reaction of the replacement calibrator to the turnover / reaction of the Analytes can be determined in the factory or laboratory and in one factor or one mathematical function can be expressed.
Als Ersatzkalibratoren werden bei einer elektrochemischen Detektion bevorzugt Redoxmediatoren verwendet. Diese umfassen anorganische Verbindungen wie Komplexverbindungen mit redoxaktivem Zentralatom (z. B. Kaliumhexacyanoferrat), redoxaktive organische Verbindungen z. B. mit chinoider Struktur (Chinone), Benzene oder Heterocyclen, Farbstoffe und metallorganische Verbindungen wie Metallocene (z. B. Ferrocene, Osmium- und Rutheniumkomplexe) und Derivate der genannten Verbindungen. Electrochemical detection is preferred as a substitute calibrator Redox mediators used. These include inorganic compounds such as complex compounds with redox-active central atom (e.g. potassium hexacyanoferrate), redox-active organic Connections z. B. with quinoid structure (quinones), benzenes or heterocycles, dyes and organometallic compounds such as metallocenes (e.g. ferrocene, osmium and Ruthenium complexes) and derivatives of the compounds mentioned.
Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, den Ersatzkalibratoren Konservierungsstoffe und/oder Stabilisatoren und/oder Hilfsstoffe zuzusetzen. According to the invention, the substitute calibrators are also provided with preservatives and / or add stabilizers and / or auxiliaries.
In Abhängigkeit vom System (Oxidation oder Reduktion bei einem bestimmten Potential) ist ein geeigneter Redoxmediator auszuwählen, der beim gewünschten Potential ein Messsignal erzeugt. Dabei kann der Redoxmediator in einer elektrochemischen Reaktion an der Elektrode reagieren, oder die Reaktion über eine oder mehrere Redoxreaktionen mit einer oder mehreren zum Mess-, Analyse- oder Detektionssystem gehörenden Komponenten an eine Elektrode vermitteln. Depending on the system (oxidation or reduction at a certain potential) to select a suitable redox mediator that will provide a measurement signal at the desired potential generated. The redox mediator can be used in an electrochemical reaction on the React electrode, or the reaction via one or more redox reactions with one or several components belonging to the measuring, analysis or detection system to one Mediate electrode.
Dabei gilt als zweckmäßig:
- - Kalibrierung von Reduktionsreaktionen: Ersatzkalibratoren mit gleichem oder höherem Reduktionspotential als das angelegte Potential an der Elektrode, Verwendung der oxidierten Form des Mediators, so dass dieser reduziert wird
- - Kalibrierung von Oxidationsreaktionen: Ersatzkalibratoren mit gleichem oder niedrigerem Oxidationspotential als das angelegte Potential an der Elektrode, Verwendung der reduzierten Form des Mediators, so dass dieser oxidiert wird.
- - Calibration of reduction reactions: replacement calibrators with the same or higher reduction potential than the potential applied to the electrode, use of the oxidized form of the mediator, so that it is reduced
- - Calibration of oxidation reactions: replacement calibrators with the same or lower oxidation potential than the applied potential at the electrode, use of the reduced form of the mediator so that it is oxidized.
Die technische Messung mit dem Ersatzkalibrator erfolgt bei gleichem Potential wie die des Analyten oder bei einem anderen geeigneten Potential, vorausgesetzt zwischen der Konzentration des Ersatzkalibrators und der Konzentration des Analyten besteht mathematische Proportionalität, wobei die vorgenannten zweckmäßigen Bedingungen gewährleistet werden sollten. The technical measurement with the replacement calibrator takes place at the same potential as that of the Analyte or at another suitable potential, provided that between the The concentration of the substitute calibrator and the concentration of the analyte are mathematical Proportionality, whereby the aforementioned appropriate conditions are guaranteed should.
Das Prinzip der Verwendung eines Ersatzkalibrators ist beispielsweise für die empfindliche Bestimmung von Wasserstoffperoxid (H2O2) mittels eines elektrochemischen Bio- oder Chemosensors zur Wasserstoffperoxid-Bestimmung einsetzbar. The principle of using a replacement calibrator is, for example, for the sensitive one Determination of hydrogen peroxide (H2O2) using an electrochemical bio or Chemosensor can be used for hydrogen peroxide determination.
Ein Biosensor ist dabei ein analytisches Gerät oder System, in dem biologisches, biologisch abgeleitetes oder biomimetisches Material räumlich direkt an einen physikochemischen Transducer (z. B. potentiometrische oder amperometrische Elektrode, Thermistor, piezoeletrischer Kristall, Feldeffekttransistor, optischer Detektor) gekoppelt ist und ein elektronisches Signal liefert, dass proportional zur Konzentration eines bestimmten Analyten ist. A biosensor is an analytical device or system in which biological, biological derived or biomimetic material spatially directly to a physicochemical Transducer (e.g. potentiometric or amperometric electrode, thermistor, piezoelectric crystal, field effect transistor, optical detector) is coupled and a electronic signal provides that is proportional to the concentration of a particular analyte.
Im Chemosensor dagegen fehlt die biologische Komponente. Der Analyt wird direkt an einem geeigneten Transducer, z. B. einer modifizierten oder unmodifizierten Elektrode, umgesetzt. In contrast, the biological component is missing in the chemical sensor. The analyte is directly on a suitable transducer, e.g. B. a modified or unmodified electrode, implemented.
Wasserstoffperoxid-Lösungen sind instabil, insbesondere Lösungen geringer Konzentration sind nicht mehrere Stunden haltbar. Die für die Kalibrierung des Sensors notwendige Verdünnung von Wasserstoffperoxid-Lösungen, die aus handelsüblichen Wasserstoffperoxid- Lösungen hergestellt werden, oder die Freisetzung von Wasserstoffperoxid durch eine geeignete chemische oder biochemische Reaktion würde eine Laborausstattung erforderlich machen. Deshalb erfolgt die Kalibrierung mit einem geeigneten Ersatzkalibrator, dessen Umsatz zum Umsatz von Wasserstoffperoxid werksseitig für die Sensor-Charge bestimmt wurde, und in einem Berechnungsfaktor ausgedrückt wird. Der Berechnungsfaktor erlaubt die schnelle und unkomplizierte Kalibrierung des Sensors mit dem Ersatzkalibrator am Einsatzort. Hydrogen peroxide solutions are unstable, especially low concentration solutions are not stable for several hours. The necessary for the calibration of the sensor Dilution of hydrogen peroxide solutions made from commercially available hydrogen peroxide Solutions are made, or the release of hydrogen peroxide by one suitable chemical or biochemical reaction would require laboratory equipment do. The calibration is therefore carried out with a suitable replacement calibrator, the Sales for sales of hydrogen peroxide determined in the factory for the sensor batch and is expressed in a calculation factor. The calculation factor allows the fast and uncomplicated calibration of the sensor with the replacement calibrator on Site.
Für die Reduktion von H2O2 im Bereich um -100 mV (vs. Ag/AgCl-Referenzelektode) mittels eines Biosensors, wird gemäß einer Ausführung als Ersatzkalibrator ein Redoxmediator mit einem Reduktionspotential > -100 mV in der oxidierten Form verwendet (ein Ferroceniumderivat, vorzugsweise Ferroceniumhexafluorophosphat, Redoxpotential: +170 mV (vs. Ag/AgCl-Referenzelektode)) und reduziert. For the reduction of H2O2 in the range around -100 mV (vs. Ag / AgCl reference electrode) by means of a biosensor, is used as a replacement calibrator Redox mediator with a reduction potential> -100 mV used in the oxidized form (a Ferrocenium derivative, preferably ferrocenium hexafluorophosphate, redox potential: +170 mV (vs. Ag / AgCl reference electrode)) and reduced.
Für die Oxidation von H2O2 im Bereich um +600 mV (vs. Ag/AgCl-Referenzelektode), einem Chemosensor, kann gemäß einer weiteren Ausführung als Ersatzkalibrator ein Redoxmediator mit einem Redoxpotential < +600 mV verwendet werden, der in der reduzierten Form eingesetzt und oxidiert wird. For the oxidation of H2O2 in the range around +600 mV (vs. Ag / AgCl reference electrode), a chemical sensor, can be a replacement calibrator according to another embodiment Redox mediator with a redox potential <+600 mV can be used, which in the reduced form is used and oxidized.
In Abhängigkeit von der konkreten Sensorbeschaffenheit sind bei weiteren Ausführungen auch Messungen bei jedem konstanten Potential vorzugsweise im Bereich von etwa -200 bis +100 mV bzw. +400 bis +700 mV (vs. Ag/AgCl-Referenzelektode) realisierbar. Depending on the specific sensor properties, there are other versions also measurements at any constant potential, preferably in the range of approximately -200 to +100 mV or +400 to +700 mV (vs. Ag / AgCl reference electrode) realizable.
In den Fig. 1 und 2 wird gezeigt, dass die Verwendung von solchen Ersatzkalibratoren erfolgsversprechend ist, wo im Kurvenverlauf Stromstärke Konzentration sich bei gleicher Stromstärke die Konzentration vom Ersatzkalibrator zu der vom Analyten proportional verhält. In Figs. 1 and 2 is shown that the use of such is promising Ersatzkalibratoren where the concentration behaves in the curve current concentration at the same current intensity from Ersatzkalibrator to the analyte from the proportional.
Die Kalibrierung des Bio- oder Chemosensors und die Messung von Realproben kann so vor Ort kostengünstig und unabhängig von einem chemischen Labor erfolgen. Die Kalibrierung kann teilweise oder vollständig automatisiert bzw. online oder offline mit der Realprobe erfolgen. The calibration of the bio or chemical sensor and the measurement of real samples can be done in this way done on site inexpensively and independently of a chemical laboratory. The Calibration can be partially or fully automated or online or offline with the Real test done.
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