DE19962589A1 - Verfahren und Einrichtung zur Messung eines Anteiles eines Messgases - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zur Messung eines Anteiles eines MessgasesInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur Messung eines Isotopenanteiles eines Meßgases, welches eines Gasgemisches ist, insbesondere das der Expirationsluft eines Patienten gemäß Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 11. Um hierbei zu erreichen, daß für die Applikation im medizintechnischen Bereich, das Meßverfahren sowie die Einrichtung dahingehend verbessert wird, daß beim zuvor eingestellten und ermittelten Kalibrationswert gemessen werden kann, ohne daß die Gasmatrix als solches bereits so erheblich verdünnt ist, daß der Meßeffekt stark fehlerbehaftet wäre, ist erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß zur exakten Bestimmung des Anteiles, das Meßgas in einem temporär geschlossenen Gaszyklus mit mindestens einer Gaskomponente so weit und derart verdünnt wird, bis die resultierenden Anteile bzw. Partialdrücke der Meßgasbegleitgaskomponenten der Gaszusammensetzung des zuvorig verwendeten Kalibriergases direkt, statt nur asymptotisch entspricht.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur Messung eines Anteiles
eines Meßgases, insbesondere in der Expirationsluft eines Patienten gemäß
Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 11.
Verfahren und Einrichtungen dieser Art sind aus der DE 195 38 431 bekannt. Es
werden Gasanalysatoren verwendet, die zur Messung von Konzentrationen bzw.
Partialdrücken von Meßgaskomponenten optische Verfahren einsetzen, bei welchen
die spezifische Wechselwirkung der Meßgaskomponente bei einer Durchstrahlung mit
monochromatischem oder polychromatischem Licht eine Rolle spielt. Hierbei ist ein
bekannter Vertreter die nichtdispersive Infrarotspektroskopie. Zur Realisierung einer
entsprechenden Schmalbandigkeit werden bei nichtdispersiven
Infrarotspektroskopieverfahren Empfänger eingesetzt, in denen das gleiche
Empfängergas eingesetzt ist, das dem zu messenden Meßgas oder der
Meßgaskomponente entspricht. Ein Verfahren dieser Art ist aus der EP 0 584 897 A1
bekannt. Hierbei wird das nichtdispersive Infrarotspektroskopiemeßverfahren zur
selektiven Bestimmung eines Isotopenanteiles eines Meßgases eingesetzt.
Besonders interessant, insbesondere für die medizinische Anwendung ist das stabile
Kohlenstoffisotop 13 C. So werden einem Patienten für diverse
Stoffwechseldiagnoseverfahren mit 13 C markierte Stoffwechseledukte verabreicht.
Werden die besagten Stoffwechseledukte aufgrund einer beispielsweise organisch
vorliegenden Stoffwechselstörung nicht verstoffwechselt, erscheint in der
Expirationsluft des Patienten das markierte Kohlenstoffisotop 13 C als 13 CO2 in
erhöhter Konzentration. Hierbei gilt es nun, das 13 CO2 vom üblichen 12 CO2 zu
unterscheiden, da das 12 CO2/13 CO2 Verhältnis in der normalen Expirationsluft
durch die Gabe des nichtverstoffwechselten Stoffwechseleduktes 13 C verändert wird.
Die Schwingungsbanden von 12 CO2 und 13 CO2 überlappen sich zwar, jedoch haben
die Moleküle Hyperfeinstrukturen, an denen sie unterschieden werden können. Hierzu
bedarf es jedoch geeigneter Kalibrierverfahren, damit eine solche optische Methode
überhaupt einsetzbar ist. Zur Meßaufgabe gehört auch der Nachweis kleinster
Veränderungen der 13 CO2-Anteile.
Bei der Differenzierung der beiden Moleküle über ihre jeweilige Hyperfeinstruktur muß
berücksichtigt werden, daß der Meßeffekt abhängig von den Partialdrücken in dem aus
mehreren Komponenten bestehenden Meßgas ist. Eine solche Abhängigkeit nennt
man Trägergasabhängigkeit und spielt bei der Differenzierung des besagten Isotopes
eine relevante Rolle.
Für den medizinischen Einsatz ist jedoch zu berücksichtigen, daß die Expirationsluft
eines Patienten eine von dem Kalibrierzustand abweichende Zusammensetzung hat.
Da die Trägergasempfindlichkeit ein vom jeweiligen Partialdruckverhältnis
abweichendes Meßergebnis erzeugt, muß bei der Kalibrierung eine bekannte
Trägergasmatrix eingestellt werden, bei der dann die relevante Meßkomponente wie
13 CO2 bzw. das Verhältnis von 13 CO2 zu 12 CO2 ermittelbar ist. Hierzu wird eine
Gasprobe mit bekanntem 13 CO2 Gehalt bzw Verhältnis von 13 CO2 und 12 CO2 mit
CO2 freier Umgebungsluft verdünnt. Dabei liegt das Verhältnis R zwischen O2 und N2
immer in der Nähe von RL = 20,95/79,05.
Nur bei entsprechendem Partialdruckverhältnis bzw. Volumenverhältnis ist ein fixer
Kalibrierpunkt vorgegeben. Der durch die Trägergasmatrix erzeugte signaltechnische
Offset wird hierdurch ermittelt und wird wiederum bei der späteren Messung
berücksichtigt.
Für den Einsatz im medizinischen Diagnostikbereich sind folgende Sachverhalte zu
berücksichtigen. Ein Mensch bzw. ein Patient mit intakten Vitalfunktionen atmet in
einer Gasmatrix, wie eben geschildert, knapp 21 Vol. % Sauerstoff und etwa 79%
Stickstoff incl. Edelgase ein, und verstoffwechselt den eingeatmeten Sauerstoff, so
daß die Expirationsluft des Patienten einen von 21 Vol. % Sauerstoff kleineren Anteil
hat und die Differenz nunmehr zum Teil durch CO2 substituiert ist. Würde der Patient
nunmehr die so zusammengesetzte Expirationsluft erneut einatmen, so würde der
Sauerstoffanteil zu Gunsten des CO2-Anteiles weiter fallen.
Somit ergibt sich, daß bei einer Kalibrierung mit Luft lediglich eine Kalibration bei dem
besagten RL gegeben ist.
In einem weiteren Fall kann es möglich sein, daß beispielsweise ein Intensivpatient
eine Gasmatrix einatmet, die in ihrem Partialdruckverhältnis nicht dem von Luft
entspricht, da beispielsweise hochdosierter oder sogar reiner Sauerstoff zum Einatmen
verabreicht wird. Demnach ist natürlich die Expirationsluft des Patienten erheblich
höher mit Sauerstoff befrachtet, als dies bei Atmung in normaler Luft gegeben wäre.
Aufgrund der eingangs bereits geschilderten Trägergasabhängigkeit ist die Messung in
keinem der genannten Fälle exakt durchführbar, da keine Kalibrationsbasis vorliegt.
Demzufolge ist die Messung entsprechend trägergasfehlerbehaftet. Die zuvorige
Kalibration ist hier unbrauchbar.
Es ist außerdem bekannt, die besagte Expirationsluft mit Luft zu verdünnen bzw. zu
ergänzen, um zumindest in die Nähe des Kalibrationspunktes, also des
Partialdruckverhältnisses in der genannten Trägergasmatrix zu kommen. Nachteilig ist
hierbei jedoch, daß durch das fest vorgegebene Partialdruckverhältnis zwischen
Sauerstoff und Stickstoff in Verdünnungsluft, bei dem zwar kalibriert wurde, jedoch in
ein anderes Gas eingemischt wird, es lediglich zu einer asymptotischen Annäherung
an das Kalibrations-R kommt. Irgendwann, das heißt bei entsprechend großer
Zudosierung wird zwar bei erheblicher Zumischung von Luft das besagte
Kalibrationsverhältnis von R = 20,95 Sauerstoff: 79,05 N2 incl. Edelgase angenähert,
jedoch ist das Meßgas nunmehr so weit verdünnt, daß der Meßeffekt bzw. der
absolute Meßausschlag so stark reduziert ist, daß man sich bereits im Bereich
erheblicher Meßfehler aufhält.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde bei einem Verfahren sowie einer
Einrichtung der eingangs genannten Art, insbesondere für die Applikation im
medizintechnischen Bereich, das Meßverfahren sowie die Einrichtung dahingehend zu
verbessern, daß beim zuvor eingestellten und ermittelten Kalibrationswert gemessen
werden kann, ohne daß die Gasmatrix als solches bereits so erheblich verdünnt ist,
daß der Meßeffekt stark fehlerbehaftet wäre.
Die gestellte Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art
erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1
gelöst.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den
nachfolgenden abhängigen Ansprüchen 2 bis 10 angegeben.
Hinsichtlich einer Einrichtung der gattungsgemäßen Art ist die gestellte Aufgabe durch
die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 11 gelöst.
Weitere vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in den
übrigen abhängigen Ansprüchen angegeben.
Kern der verfahrensgemäßen Erfindung ist, daß zur exakten Bestimmung des
Isotopenanteiles das Meßgas in einem temporär geschlossenen Gaszyklus mit
mindestens einer Komponente soweit verdünnt wird, bis ein oder mehrere
resultierende Anteile bzw. Partialdrücke der Meßgasbegleitgaskomponenten soweit
wie möglich der Zusammensetzung des zuvorig verwendeten Kalibriergases
entspricht.
Darüber hinaus kann diese Übereinstimmung dadurch vereinfacht werden, in dem ein
Kalibriergas mit bekannter Zusammensetzung mit einem Gas bekannter
Zusammensetzung vermischt wird, um dadurch eine Vielzahl von Kalibriergasen zu
erzeugen. Dadurch entsteht eine Vielzahl von möglichen Kalibrierdaten, von denen die
am besten passende ausgewählt werden kann.
Hierbei wird im Gegensatz zum genannten Stand der Technik nicht mehr die gesamte
ursprüngliche Gasmatrix des Meßgases, beispielsweise O2 und N2 in Luft als
Verdünnung zugegeben, sondern nur noch die Komponente im Überschuß. Am
Beispiel von Luft als Trägergasmatrix des Kalibriergases, wobei man beispielsweise
von einem Intensivpatienten mit einem sehr hohen Sauerstoffanteil in der
Expirationsluft ausginge, würde man mit N2 statt mit Luft verdünnen. Dies hat zur
Folge, daß man mit lediglich kleinen Gasmengen und somit einer lediglich kleinen
Verdünnung des Meßgases die Trägergasmatrix sehr schnell in Richtung des
Kalibration-RL, also dem von Luft, herankommt. Die Annäherung erfolgt dabei auch
nicht asymptotisch, wie bei der Verdünnung durch Luft, sondern man schneidet dieses
genannte Verhältnis R an einem definierten Punkt. An diesem Kalibrationspunkt ist die
Verdünnung bezogen auf die zu messende Meßgaskomponente noch nicht erheblich
relevant, so daß noch hohe Absolutmeßsignale des Meßgases, beispielsweise 13 CO2
ermittelbar sind. Da im medizinischen Anwendungsfall oftmals die
Sauerstoffkonzentration höher liegt, weil beispielsweise Intensivpatienten mit einem
erhöhten Sauerstoffanteil beatmet werden, ist das Zumischen oder Verdünnen durch
die jeweils schwächer vertretene Komponente, in dem Falle Stickstoff, in der
beschriebenen Weise sehr effizient. Konsequenterweise lassen sich jedoch auch
Anwendungsfälle konstruieren, in denen der Patient Normalluft atmet, die also im
eingeatmeten Zustand der Gaszusammensetzung am Kalibrationspunkt ähnelt. Die
Expirationsluft ist dabei im Sauerstoffanteil jedoch niedriger, zu Gunsten eines
Anstieges von CO2.
Damit ist das Trägergas, wiederum abweichend von der Gasmatrixzusammensetzung
am Kalibrationspunkt. In diesem Falle ist Sauerstoff schwächer vertreten, und eine
Zudosierung von reinem Sauerstoff führt sehr rasch zum Erreichen der
Trägergaszusammensetzung beim Kalibrations-R, nämlich wieder 20,95 Vol. %
Sauerstoff. Auf diese Weise wird mit einer minimierten notwendigen
Verdünnungsgasmenge das Absolutsignal der Meßgaskomponente im
Gesamtträgergashintergrund nur minimal reduziert. Dafür ist aber die Korrektur aus
der Kalibrierung optimal.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch auch anwendbar auf andere Trägergase
und natürlich auch andere Meßgase, als die hier beispielhaft genannten für den
medizinischen Einsatzfall. In einem solchen Falle ist immer konsequenterweise wie in
der oben dargestellten Art vorzugehen. Bei einer bestimmten festen
Trägergaszusammensetzung, die zudem bekannt ist, wird ein Kalibrationspunkt
eingestellt. Variiert nun im zu analysierenden Gas das Trägergas und natürlich das
Meßgas oder die Meßgaskomponente, so kann die trägergasabhängige Variation des
Meßwertes eliminiert werden dadurch, daß man wiederum in der geeigneten Weise mit
der in der Trägergasmatrix schwächer vertretenen Komponente als im Kalibrations-R
nun die besagte Trägergaskomponente hinzumischt, bis man wieder die
Zusammensetzung des Kalibrationsgases hat. Der dadurch bedingte
trägergasabhängige Offset ist nunmehr bekannt und auch für die jeweilige
Meßsituation zutreffend und kann linear vom Meßwert abgezogen werden. Übrig bleibt
dann der reine meßgasabhängige Meßwert.
Bei einer erfindungsgemäßen Einrichtung dieser Art ist es erfindungsgemäß so
realisiert, daß die Meßküvette in einen temporär geschlossenen Gaskreis eingebunden
ist, welcher zur Erreichung eines stationären Gaszustandes homogener
Zusammensetzung permanent umgepumpt wird. Über einen Bypass ist Meßgas
einlaßbar sowie über einen weiteren Bypass sind Verdünnungsgase in diesen
geschlossenen Gaskreislauf einbringbar. Hierdurch können gute und stationäre
Verhältnisse eingestellt werden und die Messung ist für ein gegebenes Gasvolumen
dann am genauesten. Die Einbringung des Meßgases sowie auch der
Verdünnungsgase erfolgt über entsprechend Feindosierelemente, wobei
entsprechende Gassensoren im Meßgaskreislauf notwendig sind, um die besagten
Trägergasverhältnisse gemäß Kalibrationspunkt auch reproduzierbar durch
Verdünnung einstellen zu können.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.
Es zeigt:
Fig. 1 Prinzipieller Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung.
Fig. 2 Diagramm Sauerstoff, sowie Kohlendioxid in Abhängigkeit zu den
Verdünnungsschritten.
Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung an der auch
die Verfahrensweise ersichtlich ist. In einem Beutel oder einem Reservoir 10 wird in
einem Ausführungsbeispiel eine Atemgasprobe eines Patienten gesammelt. Dieses
Reservoir 10 wird an die Anordnung angeschlossen. Dargestellt ist desweiteren nur
der schematische Aufbau eines nichtdispersiven Infrarotspektrometers 20. Die
Meßküvette ist mit einem Gaseinlaß 21 und einem Gasauslaß 22 versehen. Ein- und
Ausgänge werden über eine Pumpe 14 miteinander verbunden, so daß sich ein
geschlossener und über die Ventile 12 und 24 auch nach extern schließbarer
geschlossener Umpumpgaskreislauf ergibt. Hier nicht weiter dargestellt ist ein
Gasauslaß dieses geschlossenen Gaskreislaufes, so daß, wenn die Ventile 12
und/oder 24 geöffnet werden, das entsprechende Teil des Probengases und/oder
Verdünnungsgases abgelassen werden kann. Über die Pumpe 14 wird über die
entsprechend einstellbaren Dosierventile 12 und 24 das Probengas und das
Verdünnungsgas angesaugt und über einen hier nicht weiter dargestellten Gasaustritt
aus dem Zyklus ein entsprechend stationärer Zustand innerhalb des Kreislaufes
erzeugt. Wird beispielsweise über das Ventil 24 aus dem Reservoir 10 eine bestimmte
Menge Atemgas angesaugt, so wird das besagte Ventil 24 geöffnet und ein hier nicht
weiter dargestellter Gasaustritt im Gaszyklus stellt einen stationären Zustand her oder
spült das System mit Meßgas. Sodann werden die Ventile geschlossen und über die
laufende Pumpe 14 wird das Meßgas im besagten abgeschlossenen Rohrsystem
ständig umgepumpt, um einen gleich verteilten homogenen Gaszustand auch
innerhalb der Küvette zwischen Gaseintritt 21 und Gasaustritt 22 zu erzeugen.
Desweiteren ist innerhalb des Kreislaufes ein Sauerstoffsensor 11 angeordnet, mit
welchem der Sauerstoffgehalt des Meßgases bzw. sein Partialdruckanteil gemessen
wird. Dabei werden die Dosierventile 12 und 24 sowie die Pumpe 14 und der
Sauerstoffsensor 11 über ein Steuergerät 15 angesteuert. Wird über den
Sauerstoffsensor 11 ein entsprechend vom Kalibrationspunkt abweichender
Sauerstoffpartialdruck ermittelt, in den meisten Fällen höher als auf dem
Kalibrationspunkt, immer dann, wenn die Patienten, deren Expirationsluft im Reservoir
10 gesammelt ist, mit einem höheren Sauerstoffpartialdruck beatmet werden, als
dieser in Luft vorliegt. Sodann wird der Sauerstoffwert von Sensor 11 über das
Steuergerät 15 erkannt bzw. eingelesen und daraufhin die entsprechende
erfindungsgemäße Verdünnung bzw. der entsprechende Verdünnungsprozeß in die
Wege geleitet. So wird vom Steuergerät 15 ein entsprechendes Signal auf das
Dosierventil 12 gegeben und aus dem Reservoir 13 wird beispielsweise Stickstoff in
den Meßgaskreislauf eingespeist. Dabei können entweder diskrete
Verdünnungsschritte durch wiederholtes Öffnen und Schließen des Ventiles erzeugt
werden, oder es erfolgt eine kontinuierliche Verdünnung durch N2. Wie später noch
weiter dargestellt ist, wird nun die hoch Sauerstoff angereicherte Expirationsluft mit
reinem Stickstoff soweit verdünnt werden, bis die Sauerstoffkonzentration bzw. der
Sauerstoffpartialdruck eine Größe erreicht, bei welcher das Spektrometer kalibriert
wurde. Üblicherweise findet die Kalibration in Luft statt mit einem Sauerstoffanteil in
der Nähe von 20,95 Vol. %.
Ist nun das Meßgas soweit verdünnt, bis die besagte Sauerstoffkonzentration erreicht
ist, so wird die gewünschte Meßgaskomponente, in diesem Ausführungsbeispiel der
13 CO2-Anteil bzw das 13 CO2/12 CO2-Verhältnis gemessen, und der entsprechend
bei der Kalibration ermittelte Korrekturwert davon subtrahiert.
Da innerhalb des Leitungssystems zwischen Meßküvettenausgang 21 und
Meßküvettenausgang 22 in sich geschlossen ist, ist über die besagten Dosierventile 12
und 24 der besagte Meßzustand erreichbar und immer wieder reproduzierbar. Dieses
Beispiel gilt für den Fall der Untersuchung der Expirationsluft von
Intensivstationpatienten. Diesen wird häufig eine stark sauerstoffangereicherte Luft
verabreicht, so daß der besagte Kalibrationspunkt bzw. eine entsprechende Messung
am Kalibrationspunkt durch die entsprechende N2-Verdünnung erreicht werden muß.
Die gesamte Meßeinrichtung wird über eine Auswerteeinheit 16 gesteuert. Dieser
Auswerteinheit 16 kommen auch die Detektorwerte des NDIR-Spektrometers 20 zu,
werden jedoch innerhalb dieser Auswerteeinheit 16 in Abhängigkeit der gesteuerten
Zustände des beschriebenen Gaslaufsystems zugeordnet ausgewertet. Der
Auswerteeinheit 16 ist eine Speichereinheit 17 nachgeordnet, innerhalb der
Kalibrationswerte zur Korrelation mit den ermittelten Meßwerten abgespeichert werden
und überdies auch gesamte Meßprotokolle abspeicherbar sind. Überdies können
Drucksensoren 30 vorgesehen sein, mit deren Hilfe die Meßbedingung wie im
Kalibrationsfall eingestellt werden können.
Fig. 2 zeigt im oberen Bildteil den Sauerstoffpartialdruck in Abhängigkeit zu einer
Anzahl n Verdünnungsschritten. Das gesamte Spektrometer ist kalibriert bei einem
Partialdruckverhältnis zwischen Sauerstoff und Stickstoff in der Nähe von R =
20,95/79,05.
Die Kalibration ist in diesem Fall mit Luft durchgeführt. Der beim Kalibrationspunkt
ermittelte Meßwert berücksichtigt die Trägergasabhängigkeit in der beschriebenen
Weise und in dieser Gaszusammensetzung. Das erhaltene Kalibrationssignal wird als
Offset vom späteren Meßsignal abgezogen, so daß die Differenz das
trägergasbereinigte Meßsignal der Meßkomponente ist. Wie Fig. 2 darstellt, wird eine
Meßgasprobe genommen von einem Patienten, der stark sauerstoffangereicherte Luft
einatmet bzw. eine entsprechende Expirationsluft mit hohem Sauerstoffanteil
ausatmet, der über dem von normaler Luft, also über einem Volumenanteil von 20,95
Vol. % liegt. Sodann wird in der beschriebenen Weise mit Stickstoff verdünnt. Der
reine Stickstoff wird dabei entweder in diskreten Schritten oder quasi kontinuierlich
zugeführt. In Abhängigkeit zu einer Anzahl n Verdünnungsschritten sinkt der
Sauerstoffgehalt bzw. der Sauerstoffpartialdruckanteil, bis er die Kalibrations-O2-linie
schneidet, bei dem kalibriert wurde. Die Annäherung an die Kalibrationslinie ist wegen
des reinen Stickstoffs, der zugemischt wird statt Luft, nicht asymptotisch sondern der
O2-Gehalt schneidet an einem gewissen Punkt die Kalibrationslinie. Hierdurch wird
erreicht, daß zu einem frühen Zeitpunkt mit noch relativ geringer Verdünnung
gegenüber der Meßkomponente, die hierbei beispielsweise 13 CO2 ist, gemessen
werden kann.
Selbstredend ist natürlich der Meßgasanteil oder das Meßgasverhältnis 13 CO2 zu
12 CO2 über die gesamten Verdünnungsschritte hinweg konstant, was im mittleren
Diagramm der Fig. 2 gezeigt ist. Würde eine Verdünnung nur mit Luft vorgenommen,
so würde sich der Verlauf der Kurve asymptotisch an die Kalibrationslinie annähern.
Dies hätte zur Konsequenz, daß nur bei entsprechend hinreichend großer Verdünnung
eine hinreichende Annäherung an die Kalibrationslinie erreicht würde. Bei dieser
großen Verdünnung wäre der Absolutanteil von 13 CO2 so stark verdünnt, daß das
Absolutsignal stark fehlerbehaftet wäre. Aus diesem Grund ist ein sehr frühes
Erreichen des Kalibrationspunktes mit einer entsprechend erfindungsgemäßen
vorgenommenen Verdünnung mit der reinen Gaskomponente entsprechend wirksamer
und es kann zu einem früheren Zeitpunkt gemessen werden.
Das untere Diagramm zeigt noch einmal die Abhängigkeit der Meßgaskomponente
CO2 in Abhängigkeit von den Verdünnungsschritten. Natürlich wird das Absolutsignal
kleiner, mit zunehmender Verdünnung, von daher ist jedoch ein sehr frühes Erreichen
der Kalibrationslinie von großer Bedeutung. Nochmals sei wiederholt, daß durch die
Verdünnung mit reinem Stickstoff die Kalibrationslinie geschnitten wird, während dem
über eine Verdünnung durch Luft an dieselbe nur asymptotisch angenähert wird. Im
zweitgenannten Falle wird die Verdünnung so groß, daß das Absolutsignal CO2 zu
klein und damit zu stark fehlerbehaftet wird.
Im oben genannten Ausführungsbeispiel wird die Expirationsluft von Intensivpatienten,
die stark sauerstoffangereichert ist, gemessen. Werden dagegen Atemgasproben
verwendet, bei denen die Expirationsluft hinsichtlich des Sauerstoffanteils deutlich
unter der Kalibrationslinie liegt, das heißt beispielsweise bei einem Sauerstoffanteil von
16%, so empfiehlt sich die Verdünnung mit reinem Sauerstoff, um möglichst rasch die
Kalibrationslinie bei 20,95 Vol. % Sauerstoff zu erreichen.
Grundsätzlich läßt sich somit sagen, daß auch für andere Gaszusammensetzungen,
für andere Trägergasmatrizen und andere Meßgaskomponenten die Verdünnung
immer so vorgenommen werden sollte, daß die gegenüber dem Kalibrationsgas im
Meßgas geringer vertretene Komponente zur verdünnenden Zumischung verwendet
wird. Das heißt im zuerst genannten Falle bei einem weit überhöhten Sauerstoffanteil,
sollte die Zumischung durch reinen Stickstoff erfolgen, währenddem bei einem unter
der Kalibrationslinie liegenden Sauerstoffgehalt mit Sauerstoff verdünnt werden sollte.
In beiden genannten Fällen wird sehr rasch die Kalibrationslinie erreicht.
Insgesamt sind auch andere Meßgasmatrizen möglich, in der jedoch immer wieder mit
der oben dargestellten Systematik verdünnt wird, um die Kalibrationslinie zu erreichen.
Claims (14)
1. Verfahren zur Messung eines Anteiles eines Meßgases, welches Bestandteil eines
Gasgemisches ist, insbesondere das der Expirationsluft eines Patienten,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur exakten Bestimmung des Anteiles, das Meßgas in einem temporär
geschlossenen Gaszyklus mit mindestens einer Gaskomponente so weit und
derart verdünnt wird, bis ein oder mehrere resultierende Anteile bzw. Partialdrücke
der Meßgasbegleitgaskomponenten der Gaszusammensetzung des zuvorig
verwendeten Kalibriergases entsprechen.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das verwandte Spektroskopieverfahren die nichtdispersive
Infrarotspektroskopie ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Isotopenanteil 13 CO2 zu 12 CO2 im Verhältnis gemessen wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Verdünnung des Meßgases durch diejenige Komponente vorgenommen
wird, die geringer vertreten ist, bzw. in ihrer Zusammensetzung unterhalb des
Kalibrationszusammensetzung liegt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
daß der geschlossene Meßgaskreislauf durch Kreispumpungen umgewälzt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß innerhalb des geschlossenen Meßgassystems eine Bestimmung der
Begleitgaskomponenten erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kalibrierung mittels einer Eichkurve abgespeichert und bei Verdünnung bis
Kalibriergaszusammensetzung durch Korrektur des bekannten Trägergasoffsets in
jede Messung einfließt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Meßgas Expirationsluft von Patienten im medizinischen Bereich verwendet
wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Meßgas als Expirationsluft bzw. Atemgas aus Beuteln oder Reservoiren
ins System gesaugt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine elektronische Interpolation der Eichkurve bzw. der Kalibrationskurve
vorgenommen wird.
11. Einrichtung zur Messung eines Anteils eines Meßgases, welches Bestandteil eines
Gasgemisches ist, insbesondere das der Expirationsluft eines Patienten, mit Hilfe
einer optischen Spektroskopieeinrichtung,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßküvette der Spektroskopieeinrichtung (20) in einem geschlossenen
Gaskreislauf im Umpumpverfahren angeordnet ist und daß der besagte
Gaskreislauf mit Bypässen für den Meßgaseinlaß und den Verdünnungsgaseinlaß
versehen ist.
12. Einrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß Drucksensoren (30) vorgesehen sind.
13. Einrichtung nach einer der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Sauerstoffsensor (11) innerhalb des geschlossenen Gaskreislaufes der
Meßküvette vorgesehen ist.
14. Einrichtung nach einer der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß für die Gaseinlässe über Regelelemente (12, 24) vorgesehen sind, welche
über eine Steuereinheit (15) über die Auswerteeinheit (16) der
Spektroskopieeinrichtung ansteuerbar sind.
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