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Verfahren zur Bestimmung des Konzentrationswertes von in einer geringen
Flüssigkeitsprobe vorhandenen Gasen und Gastranßfervorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens.
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Din Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Konzentrationswertes
von in einer geringen FlUssigkeitsprobe vorhandenen Gasen, insbes. des pCO2-.Wertes
und/oder des pO2-Wertes von Blut, sowie eine Gastransfervorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens, die getrennt von einem zur Messung dienenden Mikroelektrodensystem
verwendbar ist.
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Es -sind verschiedene Systeme zur Messung des Partialdruckes im Blut
(z.B. des pOO2-Wertes und des pO2-Wertes) bekannt.
Derartige Messungen
sind von zunehmender Bedeutung für die Diagnose und Behandlung von Erkrankungen
der Atmungsorgane und von Stoffwechselerkrankungen. Gegenwärtig kommerziell verfügbare
Blutanalysensysteme erfordern verhältnismäßig große Blutmengen von 150 Mikrolitern
oder mehr, um diese Partialdrücke bestimmen zu können. Daher ist es unmöglich, solche
Blut analysen bei kleinen Kindern oder Frühgeburten, bei kleinen ieren und bei manchen
anderen Fällen vorzunehmen, wo die erforderliche große Blutmenge nicht entnommen
werden kann. Darüberhinaus dauert es lange, bis man bei diesen Systemen zu Ergebnissen
kommt, da die Geräte zunMächßt gewicht und Labormesaungen gemacht werden müssen.
Zusätzlich sind generell Berechnungen erforderlich, die eine weitere Fehlerquelle
bilden.
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Als Versuch, die Fehlerquellen und die benötigte Blutmenge zu verringern,
haben eich Fachleute bemüht, die Blutgasmeßsysteme zu verkleinern. Hierdurch ergaben
sich erhöhte Anschaffungs- und Servicekosten. Außerdem leidet bei solchen Konstruktionen
die Anpassungsfähigkeit, und es ergibt sich eine Beschränkung auf die Technik, für
die das Syatem insbesondere entwickelt wurde. Hinzu kommt, daß die meisten bekannten
Systeme jetzt aus Glas oder durchsichtigem Kunststoff hergestellt werden, damit
der Bedienende feststellen kann, ob sie richtig gefüllt, geleert oder gespült sind.
Hierdurch wird ein die Funktionsfähigkeit des Systems beeinflussender, von der menschlichen
visuellen Beurteilung abhängiger Uneicherheitsfaktor eingeführt. Schließlich erhöht
die Glaekonetruktion die Bruchgefahr, insbesondere, wenn eine Membran leck wird
und das Gerät auseinandergenommen und wieder zusammengesetzt werden muß.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten
Systeme bezüglich Kosten, Genauigkeit und Proben größe zu beseitigen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Flüssigkeitsprobe
buf-der einen Seite einer halbdurchlässigen Membran und eine gasaufnehmende Flüssigkeit
auf der anderen Seite der Membran eingekapselt wird, daß das in der Flüssigkeit
enthaltene Gas zum Durchströmen der Membran veranlaßt wird, um einen Ausgleich des
Partialdruckes über der Membran zu erzeugen, wo durch der teil des die Membran durchströmenden
Gases physikalische meßbare Parameter der gasaufnehmenden Flüssigkeit verändert,
und daß diese Parameter gemessen werden.
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Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Gas transfervorrichtung
verwendet, die in wenigstens zwei Kammern unterteilt ist, wobei die Größe Jeder
Kammer von der jeweils durchzuführenden Gasanalyse abhängt. De Kammern sind voneinander
mittels einer gasdurchlässigen Membran getrennt. Die Kammergröße liegt bei einer
Ausführungsform im Bereich vOn 15 Mikrolitern. Die Kammern enthalten Einlaß- und
Auslaßwege, die vorzugsweise in ihren Abmessungen begrenzt sind, so, daß durch Kapillarwirkung
die Übertragung und dä Verbleiben der Flüssigkeit in den Kammern unterstützt wird.
In eine der Kammern wird Blut und in die an deren Kaiflmerü wird eine gasaufnehmende
Flüssigkeit gefüllt. Unter geeigneten Temperatur- und Druckbedingungen wird dann
Gas durch die gasdurchlässige Membran geleitet. Anschliessend wird die gasaufnehmende
Flüssigkeit zum Meßelektrodensystem übergeführt, wo der Partialdruck des zu prüfenden
Gases bestimmt würde
Durch die erfindungsgemäße, speziell für'Blutgasanalysen
geeignete Gastransfervorrichtung ergibt sich eine Reihe von Vorteilen. Die Vorrichtung
ist billig, da sie bei der Blùtgasanalyse mit einzelnen Blutproben verwendbar ist
und dann weggeworfen werden kann; der Gastransfer erfolgt getrennt vom Meßvorgang;
die Konstruktion ist einfach und erfordertLkaum menschliche Zusammenarbeit für die
Benutzung; es entfällt eine beschwerliche und teure Ausrüstung und die Notwendigkeit
einer ständigen Eichung; gegenüber den bisher notwendigen Blutmengen von 150 Mikrolitern
kommt man mit Blutproben in der Größenordnung von 15 Mikrolitern aus; man braucht
ferner nicht die teure Instrumentenausrüstung zu den Patienten zu schaffen, da die
Probe in die erfindungsgemäße Gastransfervorrichtung eingebracht und später einem
klinischen Labor übersandt werden kann; es ist auch möglich, mehrere Blutproben
zu nehmen und Jede in eine gesonderte Gastransfervorrichtung einzubringen, die dann
zusammen einer zentralen Auswertestelle zugeleitet werden, um dort serienmäßig geprüft
zu werden; die erfindungsgemäße Gastransfervorrichtung benötigt keine Antikoagulierungsmittel,
Abkühlung, Plasmatrennung und weitere Verfahrensschritte, die bei bekannten Systemen
erforderlich sind; schließlichwird auch die häufige Reinigung der Meßelektrode in
einem Blutgasanalysesystem vermieden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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In der Zeichnung stellen dar:
Fig. 1 einen seitlichen
Schnitt einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gastransfervorrichtung;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung entlang der
Linie 2-2; Fig. 5 eine Draufsicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Gas transfervorrichtung; Fig. 4 einen Seitenschnitt der in Fig.
3 gezeigten Vorrichtung entsprechend der Linie 4-4; Fig. 5 eine Draufsicht zur Veranschaulichung
eines Verfahrens zur Herstellung mehrerer Vorrichtungen; Fig'. 6 einen Seitenschnitt
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung entsprechend der Linie 6-6 in Fig.
7; Fig. 7 einen Querschnitt der in Fig. 6 gezeigten Vorrichtungen entsprechend der
Linie 7-7; Sig. 8 eine Seitenansicht eines Stopfens für die in Fig. 6 dargestellte
Ausführungsform und Fig. 9 einen Teilquerschnitt einer Vorrichtung die der in Fig.
1 gezeigten Konstruktion ähnelt und Scheidewände zum Abschluß der Durchlässe zum
Innern der Kammern enthält.
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Die Gastransfervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt
wenigstens zwei Kammern, wobei ein Transfer des infragekommenden Gases, wie etwa
C02 oder 02, von der Kammer mit der Probe,'z.B. Blut, durch eine benachbarte Membran
erfolgt.
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Das Gas reagiert mit der Aufnahmeflüssigkeit und ändert dadurch einen
meßbaren Parameter der Flüssigkeit, z.B. den pH-Wert. Ein Teil der Aufnahme flüssigkeit
wird anschließend der Gas transfervorrichtung zur Messung des geänderten Parameters
in einem gesonderten System, z.B. einem Mikroelektrodenmeßsystem, entnommen.
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Hierin liegt ein wesentlicher Unterschied zu anderen.
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bekannten Systemen, wie dem Severinghaus-Elektrodensystem für die
pC02-Bestimmung oder dem Clark-Elektrodensystem für die 02-Bestimmung, in denen
die Meßelektrode körperlich mit der Membran über eine dünne Schicht der Aufnahmeflüssigkeit
gekoppelt ist. Die Trennung der Transfervorrichtung von der Meßvorrichtung ergibt
eine Reihe unerwarteter Vorteile, die bisher nicht vorauszusehen und abzuschätzen
waren.
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Fig. 1 zeigt im Seitenschnitt eine Ausführungsform für eine Transfervorrichtung.
Zwei gleichartige, mit Flanschen versehene Schalen 10 und 12, die aus Kunststoff,
Metall, Glas oder anderem formbeständigen Material bestehen können und eine Membran
18 sind miteinander verbunden und bilden erste und zweite Behälter oder Kammern
22 und 24. Die Schalen 10 und 12 sind ringsherum mit Flanschen 14 und 16 versehen,
zwischen denen die dünne flache Membran 18 eingespannt ist.
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Ein gegossener oder gebogener Ring 20, der aus Metall bestehen kann,
hält die beiden Schalen 10 und 12 und die Membran 18 Zusammen, so daß ein flüssigkeitsdichter
Abschluß gebildet wird. Im Gebrauch wird Jede Kammer 22 und 24 mit einer unterschiedlichen
Flüssigkeit
gefüllt, wobei die Flüssigkeiten durch die Membran 18 voneinander getrennt sind.
Wenn die Membran 18 für ein Gas, das in der einen der Flüssigkeiten enthalten ist,
durchlässig ist, während sie für geladene Ionen und für die Flüssigkeit undurchlässig
ist, kann das Gas oder ein Teil davon in einer vorgegebenen Art von der einen Flüssigkeit
zur anderen überführt werden.
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Der Zugang zu den Kammern 22 und 24 wird durch bffnungen oder Durchlässe
26, 27,. 28 und 29 gebildet. Diese Durchlässe sind kegelförmig oder spitz zulaufend
ausgebildet, so daß sie leicht durch Stopfen 32, 33, 34 und 35 geschlossen und abgedichtet
werden können. Die Stopfen 32 bis 35 sind zwecks bequemer Handhabung zu Paaren 32
und 33 bzw. 34 und 35 verbunden.
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Die Stopfen 32 bis 35 verlaufen unter einem Winkel spitz zu, der
so weit wie praktisch möglich ist, so daß der beim Einsetzen entstehende Druck das
Volumen der Kammer 22 oder 24 nicht nennenswert ändert, der meist aus Weichgummi
bestehende Stopfen aber die Durchlässe 26 bis 29 wirksam abdichtet. Die Stopfen
32 bis 55 können mit einem Farbkode versehen werden, damit identifiziert werden
kann, welche Seite der Transfervorrichtung sie abdichten, d.h. die Seite mit der
Probe oder die Seite mit der Aufnahmeflüssigkeit. Es können auch Mittel vorgesehen
werden um die Stopfen 32 bis 35 in ihrer eingesetzten Lage zu halten um einen Verlust
an Flüssigkeit oder der Stopfen zu vermeiden Um entweder die rammer 22 öder 24 des
Behälters vollständig zu füllen, wird Flüssigkeit an einem Durchlaß, z.B. 26,
eingefüllt,
bis sie schließlich am anderen Durchlaß 27 der Kammer 22 wieder austritt. Um tote
oder ungefüllte Räume zu vermeiden, sind die Kammers 22 und 24 vorzugsweise von
linghoher und schmaler Form, wie in der Ansicht von Fig. 2 zu erkennen ist.
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Während je nach dem verwenfleten Verfahren zum Ausgleich verschiedene
Größen für diese Transfervorrichtung ndtzlich sein können, hat eine typische Ausführung
für die Messung des pC02-Wertes die folgenden Abmessungen: Kammerlänge 12 mm Kammerbreite
2 mm Kammerhöhe 0,6 mm Membrandicke 0,025 mm Das Volumen einer solchen Kammer beträgt
annähernd 15 Mikroliter, Die Membran 18 besteht aus Polypropylen, es können aber
auch andere Kunststoffe wie Tetrafluoräthylen, Polyäthylen und verschiedene Silikonkautschukverbindungen
verwendet werden. Bei der betrachteten Ausführungsform für die pC02-Bestimmung haben
die beiden Kammern 22 und 24 das gleiche Volumen.
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Bei der als Beispiel beschriebenen Ausführungsform für die pC02-Bestimmung
wird die Kammer 22, die als Probenkammer bezeichnet werden soll, mit Luft oder Stickstoff
ohne C02-Gehalt gefüllt, wenn die Vorrichtung nicht in Gebrauch ist. Falls die Vorrichtung
für eine längere Zeit vor Gebrauch gelagert wird, wird vorzugsweise die rammer 22
mit der selben Aufnahmeflüssigkeit wie die Kammer 24 gefüllt, um einenUbergxng von
Wasser aus
der gasaufnehmenden Flüssigkeit in die Kammer 24 durch
die Membran 18 zu unterbinden. Es kann aber auch mit Wasser gesättigte Luft in die
Kammer 22 eingelassen werden, um ein Spülen der Kammer, vor Einbringen einer Probe
zu vermeiden. In die Probenkammer 22 kann ebenfalls ein ausreichender Betrag von
NaF eingegeben werden, um in der Probe eine 10-3 3 molare Lösung zu schaffen, damit
die Glykolyse geprüft werden kann, falls die Probe gänzlich aus Blut besteht und
die Messung verzögert werden muB.
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Für eine pCO2 -Messung würde eine typische Füllung der Kammer 24
mit einer gasaufnehmenden Flüssigkeit wie folgt aussehen: physiologische ochsalzlösung
Spuren von Natriumphosphat um einen geeigenten pH-Wert, vorzugsweise von etwa 8
zu erreichen.
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Der pE-Wert in dieser Lösung ist zwar wählbar, muß jedoch genau festgelegt
werden.
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Bekannte Vorrichtungen, z.B. das Severinghaus-Elektrodensystem, müssen
geeicht werden, bevor der Partialdruck einer Probe gemessen werden kann. Dies bedeutet
die Verwendung von wenigstens zwei Gasmischungen von genau bekannter Zusammen,setzung,
die aus Vorratstanks oder -zylindern entnommen werden müssen.
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Zwei Tanks sind notwendig, då sowohl die Ablesung auf dem Meßinstrument,
normalerweise einem pH-Meter für einen bekannten Partialdruck, z.B. pCO2, als auch
die Abhängigkeit der Elektrode,
e.B. O pH/ # p002 festgeatellt
werden muß. Da für die Eichung Gas verwendet wird, müssen noch Korrekturrechnungen
in bezug auf die Temperatur und den barometrischen Druck etc. durchgeführt werden.
Eine derartige Eichung erfordert normalerweise 10 bis 15 Minuten und muß von Zeit
zu Zeit wiederholt werden.
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Durch die vorliegende Erfindung wird die Zeit und die Arbeit für
die Verwendung von Gas zur Eichung vermieden. Es werden vorgeeichte Puffer mit bekannten
Partialdruckwerten von z.B. pCO2 verwendet. Diese werden zweckdienlich Transfervorrichtungen
zugeführt, bei denen beide Kammern mit derselben Flüssigkeit gefüllt sind, z.B.
einer, physiologischen Kochsalzlösung mit einer vorbestimmten Menge von NäHC03 für
p002-Messungenf Auf diese Weise wird die Eichung mit Transfervorrichtungen durchgeführt,
die mit Standardlösungen gefüllt sind, und die Messung wird mit Proben in ähnlichen
Transfervorrichtungen durchgeführt. Gastanks sind ebensowenig wie zeitraubende Verfahren
und Rechnungen erforderlich.
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Für die Messung des p02-Wertes kann eine Transfervorrichtung verwendet
werden, die der für die Bestimmung des pCO2-Wertes entspricht. Wenn die Vorrichtung
Jedoch gelagert wird und sich keine Probe darin befindet, wird die Kammer 22 mit
reinem Stickstoff oder einem anderen inerten, sauerstofffreien Gas gefüllt. Die
Kammer 24 wird mit gesättigtem KCl oder einem anderen, nicht reduzierbaren Füllelektrolyten
versehen, der für eine polarografische Zelle geeignet ist. Eine Probe (z.B. Blut)
ersetzt das , Gas in der Kammer 22 während der Benutzung der Vorrichtung.
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Auch für die pO2-Bestimmung ist kein Tankgas mit den Erschwerungen
für eine Eichung erforderlich. Die bekannte Clark-Zelle würde dagegen zwei Gase
erfordern, die üblicherweise mit den C02-Mischungen kombiniert sind, von denen die
eine keinen Sauerstoff die andere dagegen einen bekannten Betrag von Sauerstoff
enthalten würde. Es würde ebenfalls die übliche Umwandlung für Temperatur und barometrischen
Druck erforderlich, wenn man die alten Systeme verwenden würde. Das neue System
gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet eine vorgeeichte Transfervorrichtung,
um den oberen Sauerstoffskalenpunkt aufzustellen. Bei eines normierten Transfervorrichtung
wind daher die Kammer 22 mit einer Probe gefüllt, die eine Miechung aus Stickstoff
und Sauerstoff von bekanntem Verhältnis enthält, das geeignet Ist, den Skalenbereich
festzulegen. Die Kammer 24 wird mit gesättigtem KCl gefüllt. Für den Nullpunkt,
der ebenfalls festgestellt werden sollte, wird eine sauerstofffreie Probe in einer
Transfervorrichtung verwandt.
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Die gesonderte Gastransfervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
führt zu einer Vereinfachung der Apparatur und der Technik, die mit den bekannten
einheitlichen Blektrodensystemen nicht erreichbar ist. Ein typisches Verfahren für
die Verwendung einer Transfervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird im
folgenden beschrieben. Hierbei werden auoh gewisse Unterschiede in der Theorie und
in der Wirkungsweise zwisehen bekannten Meßeystemen und dem erfindungsgemäßen Meßsystem
aufgezeigt.
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Zunächst wird ein Technicker oder eine Krankenschwester von dem Patienten
eine 3ltprobe durch Fingerpunktur nehmen.
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Hierbei sollten dem Fachmann bekannte Techniken befolgt werden. Ein
Blutstropfen (etw 40 Mikroliter) genügt als Probe für eine pC02-und p02-Bestimmung
mit einer Transfervorrichtung gemäß der Erfindung. Die Uberführung wird. am besten
mit einer Mikropipette oder einer Einfüllvorrichtung, wie sie in einer gleichzeitig
eingereichten, ein Meßelektrodensystem betreffenden Anmeldung beschrieben ist, durchg'Jführt,
obwohl auch eine Kapillare verwendet werden kann. Die wellung der Probenkammer 22
muß schnell und vollständig durchgeführt werden, und es sind dann die Stopfen einzusetzen,
um eine kleine Menge der Probe zu verdrängen, damit keine Luftblase in der Kammer
22 verbleibt.
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Durch Verwendung einer Einfüllvorrichtung verläuft dieser Vorgang
schnell und automatisch, ohne daß eine visuelle Prüfung erforderlich ist, während
die Verwendung einer Eapillare von der Kapillarwirkung abhängt und weniger sicher
ist. Die mit den Proben gefüllten Transfervorrichtungen werden dann mit geeigneter
Beschriftung dem Laboratorium zur Analyse zugeschickt.
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Da die PC02 und p02-Werte Funktionen der Temperatur sind, wird die
Vorrichtung kurz vor der Messung auf eine thermostatgeregelte heiße Platte gelegt
und auf annähernd 37 °C gebracht. Ein Metallring, in den die Kapsel paßt, dient
als Hitzeschleuse, um den Hitzeübergang zu erleichtern und eine beständige Temperatur
während der Probenentnahme zu halten. Eine Temperaturregelung auf 0,1 °C Genauigkeit
ist angemessen und leicht erreichbar. Da der Ausgleich des Gastransfers auf der
heißen Platte erfolgt und nicht in der Meßelektrode, braucht der Bedienende nicht
zu warten, und es können in einer gegebenen Zeit mehr Proben gemessen werden.
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Nach dem Ausgleich wird die gasaufnehmende Flüssigkeit unter Verwendung
einer Einfüllvorrichtung der Kammer 24 entnommen und der Meßelektrode zugeführt.
Für die pC02-Bestimmung kann diese Elektrode eine pH-Elektrode sein, wie sie in
der oben bezeichneten, gleichzeitig eingereichten Anmeldung beschrieben ist. Jegliche
Temperaturänderung in der Probe während der Überführung in die Einfüllvorrichtung
wird wenige Sekunden, nachdem sich die Probe in dem Meßelektrodensystem befindet,
aufgehoben. Eine pE-Messung kann daher durchgeführt werden, ohne daß eine lange
Verzögerung für den Ausgleich wie bei dem Serveringhaus-Elektrodensystem auftritt.
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Da die in das pH-Elektrodensystem eingeführte Probe eine anorganische
wäßrige Lösung ist, ergeben sich im Gegensatz zu bekannten Elektrodensystemen, in
die nur Blut- oder Plasmaproben eingeführt werden, keine Schwierigkeiten hinsichtlich
der Reinhaltung der Elektrode. Außerdem kann die Transfervorrichtung nach einmaligem
Gebrauch weggeworfen werden, so daß die Notwendigkeit einer Reinigung der Vorrichtung
entfällt.
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Ein wesentlicher Unterschied zwischen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und bekannten Vorrichtungen zur Messung des pC02-Wertes beruht auf der Tatsache,
daß die Kammer 24 vorzugaweise das gleiche Volumen hat wie die Kammer 22. Durch
den Ausgleich wird somit der pC0 -Wert in der Kammer 22 verringert, während er gleichzeitig
in der Kammer 24 zunimmt. Der endgültige pC02-Wert beträgt das 0,5-fache des ursprünglichen
pC02-Wertes der Probe, während alle anderen Faktoren konstant bleiben. Die Eichkurve
a pH = K.41ogp002 ist eine gerade Linie. Die Neigung
wird jedoch
nun etwas geringer als der theoretische Wert sein, da der gemessene pC02-Wert nur
die Hälfte des Wertes der Originaiprobe ist. Dies ist jedoch nicht kritisch. Die
Präzision moderner pH-Meter ist auareichend, um diese Abweichung des Kurvenverlaufes
zu überwinden.
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Es ist jedoch wichtig, genau das Volumenverhältnis der Kammern 22
und 24 einzuhalten. Eine exakte Kontrolle der Größe der beiden Schalen 10 und 12
und eine Kontrolle der in die Rammer 24 eingebrachten Lösungsmenge, die genau die
Hälfte des Gesamtvolumens bei 37 oO betragen muß, stellt eine ausreichende Volumenkontrolle
dar. Auf diese Weise kann das Volumenverhältnis sogar eingehalten werden, obwohl
die eine Seite jeder der Kammern 22 und 24 durch die nachgiebige Membran 18 gebildet
wird.
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Die Messung der p02-Probe schließt ebenfalls einen Ausgleich auf
einer thermostatgeregelten heißen Platte ein. Die Probe wird dann mittels einer
Einfüllvorrichtung einer polarografischen Zelle mit Sikroelektrodensystem zugeführt
und bei minus 0,6 bis 0,8 V gemessen. Der durch die Zelle fließende Diffusionsstrom
erzeugt einen Spannungsabfall an einem Widerstand. Ein typischer Wert für den Widerstand
ist 106 Ohm, und das Mikroelektrodensystem ist von einer solchen Größe, daß der
Strom durch den Widerstand in der Größenordnung von 10 7 Ampere beträgt. Die über
dem Widerstand abfallende Spannung beträgt somit etwa 0,1 V. Das selbe pH-Meter
kann dann zur Lieferung eines Ergebnisses für den p02-Wert verwendet werden.
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Eine andere Möglichkeit für die Entnahme und UberfUhrung
der
Probe aus der Transfervorrichtung besteht darin, ein Elektrodenpaar, --das aus einem
chlorierten Silberdraht und einem armierten Platindraht mit freigelegter Spitze
besteht, in die Durchlässe 28 und/oder 29 gesteckt wird, wo daß in der Kammer 24
der Vorrichtung eine polarografische Zelle gebildet wird.
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Dieses Verfahren ist einfach und schnell und ergibt eine ausreichende
Genauigkeit z.T. deswegen weil der Gemperaturkoeffidient der Zelle ziemlich klein
ist und etwa t 0,5 % pO2/00 beträgt.
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Die Anforderungen für die Einhaltung des Volumenverhältnisses bei
der p02-Transfervorrichtung sind ähnlich wie bei der pCO2-Vorrichtung. Bei der polarografischen
Ermittlimgsmethode wird abweichend von der pH-Ermittlungsmethode von PCQ2 der Sauerstoffgehalt
der Probe verbraucht. Die Anzeige des Ergebnisses neigt daher dazu, auf einen tieferen
Wert abzufallen. Durch Anwendung der Faraday'schen Gesetze läßt sich errechnen,
daß bei dem Volumen von 50 Mikrolitern und bei dem erwähnten Strom -7 von 10 7 Ampere
der Abfall etwa 0,1 % /min beträgt. Dieser praktische Wert kann, falls erwünscht,
noch verbessert werden.
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Ein Vorteil der vorliegenden Transfervorrichtung besteht darin, daß
dieser Abfall nicht einsetzt, bis mit der Messung begonnen wird.
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Bei der bekannten Clark Zelle ist dieser Abfall aufgrund der höheren
Ströme normalerweise viel größer. Darüberhinaus wurde der Abfall teilweise wegen
der geringen Menge der verwendeten tragenden Lösung gegen die fortwährende Diffusion
durch die Membran ausgeglichen. Es müssen somit bei der Clark-Vorrichtung zwei Veränderliche
im Gleichgewicht stehen, eo daß die Fehlermöglichkeit
erhöht wird.
Bei der vorliegenden Vorrichtung ist eine fortwährende Diffusion während der Messung
vernachlässigbar, da die Reduktion in p02 der Flüssigkeit in Kammer 24 vernachlässigbar
ist.
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Bei dem in Fig. 3 und 4 gezeigten weiteren Ausführungsbeispiel erlaubt
die Konstruktion eine Füllung durch Kapillarwirkung, und die Vorrichtung kann zur
Entleerung zusammengedrückt werden, so daß sie als ihre eigene Einfüllvorrichtung
für die Übertragung zum Meßelektrodensystem verwendbar ist.
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Zwei Kunststoffschalen 40 und 42 sind am Rand mit einer Membran 44
dicht verschlossen, wie in Fig. 3 und 4 zu erkennen ist. Die Schale 40 ist mit einem
.Eingangsdurchlaß 46 in einem Eingangsstutzen 47 und einer Ausgangsöffnung 48 versehen.
Der Durchlaß 46 kann somit in einen Tropfen Blut oder eine andere Probe getaucht
werden, die dann durch Kapillarwirkung nach innen befördert wird und die Kammer
50 füllt. Die Kammer 52 wird vorher durch eine Mündung 54 in einem Entleerungsstutzen
55 gefüllt, die dann durch geeignete Mittel abgeschlossen wird.
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Wahlweise wird ein Entleerungsmundstück 56 verwendet, das nachgiebig
ist und eine selbstschließende Mündung 54 bildet, oder das abgeschnitten werden
kann, um die Mündung 54 nach dem Verschluß wieder zu öffenen.
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Eine weitere Wahlmöglichkeit besteht darin, die Kapsel in eine undurchlässige
Hülle oder einen Behälter 58 (Fig. 4) zu verpacken, der mit wassergesättigter Luft
oder einer Stickstoff-Sauerstoffmischung mit bekanntem Mischungsverhältnis gefüllt
wird.
Hierbei wäre es allerdings nicht erforderlich, die Mündung 54 zu verschließen, da
ein Wasserverlust durch Verdampfung nicht auftreten würde. Die Verpackung muß jedoch
so begemessen sein, daß ein Flüssigkeitsverlust an der Mündung 54 durch Kontakt
mit den Wandungen oder anderen Teilen im Behälter 58 nicht eintreten kann.
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Vorzugsweise enthält bei dieser Ausführungsform die Kammer 50 Rippen
60, um die Membran 44 insbesondere dann zu stützen, wenn die flachen Seiten der
Schalen 40 und 42 zusammengedrückt werden, um die Flüssigkeit in der Kammer 52 in
ein Meßelektrodensystem zu entleeren. Die Vorrichtung übernimmt dann zusätzlich
die Funktion der Einfüllvorrichtung. Um eine Verbindung mit der Elektrode zu bewirken,
ist die äußere Fläche des Mundstücks 56 konisch ausgebildet. Dieser konische Teil
wird von einem entsprechenden Aufnahmeteil an der Elektrode (nicht gezeigt) aufgenommen,
wie in der erwähnten, gleichzeittig eingereichten Anmeldung beschrieben ist.
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Die bei diesem Ausführungsbeispiel verwendeten Lösungen zur Füllung
sowie die allgemeine Technik für den Gebrauch sind die gleichen wie bei dem oben
beschriebenen Beispiel. Der Vorteil dieser zweiten Ausführungsform besteht in der
Vermeidung einer Übertragung der Probe von der Fingerpunktur zur Kapsel mittels
einer Kapillare oder einer Einfüllvorrichtung. Darüberhinaus ist die Handhabung
dieser zweiten Ausführungsform leichteer und es wird auch noch eine zweite Übertragung
in eine Ein-'füllvorrichtung für die Einfüllung in das Elektrodensystem vermieden.
Diese Vorteile erhöhen die Bequemlichkeit und die
Schnelligkeit
des Gebrauchs. Andererseits ist die zuerst beschriebene Ausführungsform anpassungsfähiger
an geänderte Techniken, und die Proben können mehr als einmal eingeführt und entfernt
werden.
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Es ist von Vorteil, sowohl die Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2
wie auch die Ausführungsform gemäß Fig. 3 und 4 so herzustellen, daß mehrere Vorrichtungen
Seite an Seite entlang einem fortlaufenden Streifen aus Membranmaterial angeordnet
werden. Fig. 5 zeigt eine solche Anordnung. Dort sind mehrere Vorrichtungen 62 und
64 Seite an Seite entlang dem Membranmaterial 66 angeordnet. Die einzelnen Vorrichtungen
62 und 64 können miteinander verbunden werden, wenn man einen festen Streifen haben
möchte. Die einzelnen Vorrichtungen werden dann nach Bedarf abgebrochen. Es ist
aber auch möglich, das Membranmaterial 66 allein zur Verbindung der Vorrichtungen
zu verwenden. Hierdurch ist es möglich, den Streifen zu falten oder aufzuwickeln.
Löcher in der Membran entlang einer Linie zwischen den Vorrichtungen erleichtern
die Trennung der Vor-Schtungen. In der Streifenform können die Vorrichtungen vorab
mit einer gasaufnehmenden Flüssigkeit, in der oben für einzelne Vorrichtungen beschriebenen
Weise gefüllt werden.
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Durch die Streifenform ergeben sich folgende Vorteile: Erleichterung
der Lagerung und des Vertriebs; e,rleichterte Identifizierung des Testtyps, z.B.
pCO2, P02 oder beides zusammen; Vereinheitlichung durch einen gegebenen Streifen;
leichte manuelle Handhabung beim Einfüllen einer Probe, beim Aufsetzen auf eine
heiße Platte etc.; zwangsläufige Probenidentifizierung,
wenn eine
bestimmte Reihenfolge gefordert wird, da die Reihenfolge durch den Streifen featgelegt
ist. Diese und andere Vorteile machen die Streifenform zu mehr als nur einem Fertigungskomfort
Die Streifenform bietet sich selbst für die Herstellung der in Fig. 6 und 7 dargestellten
Ausführungsform an, die der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 sehr ähnlich ist.
Schalen 68 und 69, die die Vorrichtung bilden, werden durch Stanzen, Rollen oder
Prägen eines fortlaufenden Kunststoffstreifens z.B.
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geformt. Beim gleichen Arbeitsgang werden Durchlässe 70 und 71 zum
FEllen und entleeren eingestochen und mit einem vorstehenden Verschlußkragen 72
versehen, dessen Durchmesser so bemessen ist, daß er mit einer Einfüllvorrichtung
zusammenpaßt. Einschnürungen 74 zwischen den Vorrichtung erleichtern die nachfolgende
Trennung. Für den Zusammenbau der Vorroichtungen werden identische Streichen 68
und 69, wie in Fig. 7 dargestellt, gegenüberliegend zur Deckung gebracht und zwischen
die miteinander im Eingriff befindlichen Flanschen ein Streifen aus Membranmaterial
66 gele0gt. Diese aus drei Teilen bestehende Gruppe wird druch Druck und/oder Hitze
oder Ultraschallschweißimpulse verbunden. Die Flansche können auch mit einem geeigneten
Verbindungsmittel bestrichen werden, um einen dichten Abschluß zu erzielen.
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Bei der in Fig. 6und 7 gezeigten Vorrichtung kann der Verschluss
durch einen halbfesten Stopfen 76 gemäß Fig.- 8 bewirkt werden. Der Stopfen 76 besitst
flache Stöpsel 78 und 79, die mit Durchlässen 70 und 71 zusammenpassen. Die Stöpsel
78 und 79 sind mittels eines flexiblen Streifens 80 miteinander verbunden, der in
der Mitte eine dünne Stelle besitzt, um eine Biegung zu erleichtern. Ein druckempfindliche
Kleber auf der Innen- oder Stöpselseite des Stopfens 76 hält diesen an der Vorrichtung
fest, erlaubt aber ein Ablösen der Enden des Stopfens, damit die Durchlässe 70 und
71 zum Füllen geöffnet werden können.
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Es können aber auch andere Verschlusstypen wie perforierbare Scheidewände
in Verbindung mit den Ausfühfungsbeispielen gemäß Fig 1 und 6 verwendet werden.
Fig. 9 zeigt in teilweise geschnittener Ansicht eine husfuhrungsform, die der Ausfahrungsform
von Fig. 1 ähnelt, und geeignet für einen Verschluss 82 des Scheidewand-Typs ist.
Der Verschluss 82 ist mit einem Schlitz 84 versehen, so daß die Vorrichtung mit
einer Einfüllvorrichtung, die eine Kunststoff- oder Metallspitze hat,- oder mit
einer -Kapillare gefüllt werden kann.
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Eine verengte Öffnung 86 am Boden des Halses eine geraden Durchlasses
27a mit gleichmäßigem Querschnitt verhindert, daß die Spitze einer Einfüllvorrichtung
oder einer Kapillare in die Flüssigkeitskammer eindringt und beim Füllen das Membranmaterial
66 beschädigt. Verschlüsse des Scheidewand-Typs für die Ausführungsform nach Fig.
6 können mit der Vorrichtung durch einen Kleber oder durch Heißsiegelung verbunden
werden. Die Einschnürungen 74 können sich auch weit genug einwärts von den Rändern
des Streifens in Form offener Schlitze erstrecken, so daß dünne- Elastomer-BAnder,
die das
Ende der Vorrichtung umschließen, den Verschluss bilden
könnten.
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Die bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele und Verfahren beziehen
sich auf die statische Handhabung während des Diffusionsprozesses jeweils einer
einzelnen Probe, jedoch schließt die Erfindung auch die Verarbeitung fließender
Ströme von Probe und gasaufnehmender Flüssigkeit ein. Für diesen Zweck kann z.B.
eine Reihe von Blutproben fortlaufend durch den einen Kanal einer Vorrichtung zugeführt
werden.
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Die Vorrichtung oder Kapsel würde dann von einer Konstruktion und
Ausrichtung sein, die einem solchen Verfahren angepaßt ist und würde auf der geeigneten
Temperatur vorzugsweise 37°C gehalten. Die gasaufnehmende Flüssigkeit würde als
ein zweiter Strom durch den anderen Kanal der Kapsel eingefüllt werden. Der Transfer
des Gases, C02 oder 02 , würde in der Kapsel unter geeigneten Ausgleichsbedingungen
erfolgen. Die Flußmenge würde durch die erforderliche Diffusionszeit für den Ausgleich
bei 3700 bestimmt sein. Dieser Prozeß unterscheidet sich wesentlich vom Dialysierprozeß,
wie sich am Beispiel einer gängigen, mit fließendem Strom arbeitenden Analysiervorrichtung
zeigen läßt. Die unterschiedlichen Punkte ergeben sich aus der folgenden Tabelle:
Dialysier-
Transfervorrichtung vorrichtung 1. Membranmaterial Zellophan Polypropylen oder Tetrafluoräthyl
en 2. Membran wasserbindend ja nein 3. Werden geladene (kristalloide) Ionen von
der Membran durchgelassen? ja nein 4. Werden ungeladene Moleküle von der Membran
durchgelassen? nein ja 5. Wird in Lösung befindliches Material-von der Membran durchgelassen?
ja nein 6. Wandert ein wesentlicher Teil des übertragenen vorhandenen Materials
durch die Membran? nein ja 7. Kann Wasser durch die Membran gelangen? ja, nein Bei
einer Ausführungsform der Erfindung mit fortlaufendem Prozeß verläuft der Strom
der gasaufnehmenden
Flüssigkeit nach Verlassen der Kapsel durch
eine geeignete Elektrode , die auf 3700 gehalten wird, um entweder den pH-Wert <für
die pCO2 Bestimmung) oder den polarografischen Diffusionsstrom (für die pO2 Bestimmung)
zu messen. Falls die Verbindungsleitung ebenso auf oder nahezu 37°C gehalten wird,
kann der Prozeß beschleunigt werden, da der thermische Rückausgleich der Flußgeschwindigkeit
keine Grenzen mehr setzt.
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Ein geeignetes pH-Elektrodensystem ist in der erwähnten gleichzeitig
eingereichten Patentanmeldung beschrieben. Im Falle der p02 Bestimmung ist es praktisch,
eine gesonderte polarografische Zelle mit einer Platinmikroelektrode zu verwenden,
wie sie in der Literatur über Polatrographie beschrieben ist. Es kann auch , wie
oben beschrieben, eine eingebaute Elektrode verwendet werden. Falls die Platineiektrode
in den Auslaß des Kapselkanals gelegt wird, wird.der p°2 Wert des ausgeglichenen
Stromes gemessen, und die Ablesung wird aufgrund der Rührwirkung des fließenden
Stromes besser.
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Es sind auch verschiedene andere, noch im Bereich der Erfindung liegende
Anordnungen denkbar. So können z.B. die pCO2 und pO2-Kammern nebeneinander sowie
neben der gleichen Probenkammer angeordnet werden, so daß Bereiche derselben Membran
und aieselbe Thermostatausrüstung benutzt werden.
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Es ist auch möglich, falls ein geeigneter Trägerelektrolyt als gasaufnehmende
Flüssigkeit verwendet wird, die p02 und pCG2 Bestimmung mit derselben gasaufnehmenden
Lösung zu machen, wobei nur eine Kammer für beide Bestimmungen,aber getrennte Elektrodensysteme
verwendet werden. Die 0,163 molare oder
physiologische Kochsalzlösung
bildet einen geeigneten Trägerelektrolyten für sowohl die p02 - als auch die pC02-Bestimmung
bei dieser vereinfachten Praxis der Erfindung, bei der eine Vorrichtung und eine
einzelne Probe für beide Bestimmungen verwendet werden. Solch eine Flüssigkeit ist
den Ansprüchen als einem doppelten Zweck dienende , gasaufnehmende Blüssigkeit beseichnet.
Will man dies bis zu einem weiteren Grad fortführen, so kann eine pK-Wertbestimmung
der Probe gemacht werden, bevor diese in die Kapsel überführt wird, so daß damit
3 Bestimmungen durchgeführt werden, nämlich die Bestimmung des pH-Wertes, des p02-Wertes'und
des pC02-Wertes.
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Die vorliegende Anmeldung sowie-die erwähnte, gleichzeitig eingereichte
Patentanmeldung beschreiben ein völlig neues System zur Messung des Partialdruckes
von Gas in einer Flüssigkeit.
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-Patentansprüche-