DE2046899A1 - Vorrichtung zum kontinuierlichen Mes sen des Partialdrucks eines Gases in einer flüssigen Losung - Google Patents

Description

Patentanwälte"
Dr. Ing. Walter AbitZ
Dr. Dieter F. Morf
Dr. Hans-A. Brauns München 88,

2j5. September I970

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ABBOTT LABORATORIES
North'Chicago, 111. 6OO64, V.St.A.

Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen des Partial drucks eines Gases in einer flüssigen Lösung

Die Erfindung betrifft ein Kontrollgerät für die kontinuierliche Bestimmung des Partialdrucks eines Gases in einer flüssigen Lösung, insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung für die fortlaufende Kontrolle des Partialdrucks von Kohlendioxid in dem Strom einer intravenös zu verwendenden' Flüssigkeit.

Während der Herstellung und des Abfüllens von intravenös zu verwendenden Lösungen (nachfolgend als intravenöse Lösungen bezeichnet), insbesondere von Aminosäuren-, Starke-' und sonstigen Nährlösungen, wird im allgemeinen vor dem Ab-

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füllen ein inertes Gas in die Charge der intravenösen Flüssigkeit eingeleitet, um in dem fertig abgefüllten Erzeugnis eine inerte Atmosphäre zu schaffen. Eine solche inerte Umgebung oder Atmosphäre ist erforderlich, um eine unerwünschte Oxydation und den Verderb der intravenösen Nährstoffe während der Lagerung zu verhindern. Kohlendioxid ist ein solches, häufig angewendetes Gas. Das gasförmige Kohlendioxid wird im allgemeinen in die Masse der intravenösen Flüssigkeit eingeführt, die sich in dem Tank, od. dgl., befindet, in den die Flüssigkeit unmittelbar vor dem Abfüllen aufgenommen ist. Nachdem die Flüssigkeit aus dem Tank in Behälter überführt und verschlossen ist, diffundiert ein bestimmter Teil des Kohlendioxids aus der Flüssigkeit in den Raum oberhalb der Flüssigkeit in dem Behälter und hält einen bestimmten Partialdruck von Kohlendioxid im Gleichgewichtszus 1md über der Flüssigkeit aufrecht, wodurch die Möglichkeit der Oxidation des flüssigen Behälterinhalts durch Luft auf ein ganz geringes Maß herabgesetztfiLst. Wenn der Anteil Kohlendioxid in der Flüssigkeit unmittelbar vor dem Abfüllen unerwünscht niedrig ist, kann der erforderliche Partialdruck über der Flüssigkeit in dem Behälter bis auf einen Punkt abnehmen, bei dem eine unerwünschte Oxidation des flüssigen Nährstoffes auftritt.

Die bisher engewandten Verfahren und Geräte kontrollieren · bestenfalls eine Charge abgefüllter intravenöser Flüssigkeit durch Stichproben; das ist ebenso zeitraubend wie beschwerlich und schließt die Möglichkeit ein, daß bestimmte Behälter mit unzureichendem Inertgasdruck in die Hände des Benutzers gelangen. Bei diesen bekannten Kontrollmethoden werden ein oder wenige Behälter ,aus einer vorgegebenen Menge ausgewählt, und es wird ein vorgegebenes Volumen. Kohlenoxidgas in den Behälter in den Raum oberhalb der Flüssigkeit gegeben. Nach dem Verstreichen einer für das

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Herstellen des Gleichgewichts ausreichenden Z-eit wird der Partialdruck des Kohlenoxids in dem Raum gemessen und daraus die Menge des in Lösung gegangenen Kohlenoxids ermittelt. Werin in der Lösung ursprünglich eine ausreichende Menge · Kohlenoxid vorhander* gewesen ist, wird ein umso geringerer Anteil des eingeführten Gases in die Lösung übergehen. Um-■ gekehrt geht, wenn die in der Lösung befindliche Kohlenoxidmenge niclvt ausreichend war, eine, entsprechend grössere Menge des eingegebenen Gases in Lösung. Auf diese Weise wird der. Gütegrad eines bestimmten Behälters ermittelt, und von diesem Gütegrad wird statistisch auf die gesamte Menge der gefüllten Behälter extrapoliert.

Natürlich ist eine derartige Methode, die Inertgasverhältnisse einer Charge intravenöser Flüssigkeit zu bestimmen, zeitraubend und beschwerlich. Ausserdem bleibt immer die Möglichkeit, daß fehlerhafte Behälter, die von der Stichprobenmethode nicht erfaßt worden sind, in die Hände des Benutzers gelangen. Andererseits wird, wenn ein bestimmter Behälter, u ? von der Probenahme erfaßt wurde, fehlerhaft ist und die übrigen Behälter der Charge keine Fehler aufweisen, wegen dieser Probe die gesamte Charge verworfen, was einer Vergeudung der hergestellten Produkte gleichkommt.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung und das erfundungsgemässe Verfahren vermeiden diese zahlreichen Nachteile und

ι gestatten die fortlaufende Kontrolle des Partialdruckes eines Gases in einem Flüssigkeitsstrom. Das erfindungsgemässe Kontrollgerät überwacht fortlaufend einen kontinuierlich fliessenden Strom von intravenöser Flüssigkeit, . und eine ionenempfindliche Elektrode gibt elektronische

• Ausgangssignale ab, die dem in dem Strom auftretenden Partialdruck von Kohlendioxid entsprechen. Vorrichtung und Verfahren_#nach der Erfindung sind ausserdem empfindlich gegenüber geringfügigen Änderungen des Partialdruckes des Gases und können die strömende Flüssigkeit vor dem Abfüllen

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in Behälter kontinuierlich überwachen, womit sowohl vermieden wird, daß der Verbraucher ein unbrauchbares Erzeugnis erhält, als auch, daß Erzeugnisse vergeudet werden. Die erfindungsgemässe Kontrollvorrichtung verringert das Auftreten von Drift, Weshalb kein häufiges Eichen der Vorrichtung ausserhalb des Verfahrens erforderlich ist. Die erfindungsgemäß aufgebaute Vorrichtung vermeidet praktisch völlig die Möglichkeit fehlerhafter Ablesungen infolge Auftretens von Luftblasen u. dgl. in der zur Untersuchung abgezweigten Flüssigkeit. Schließlich wird gemäß der erfinderischen Lehre noch eine einfache und wirkungsvolle Eichanordnung angegeben, die für die periodische Nacheichung der Kontrollvorrichtung zum Vermeiden fehlerhafter Anzeigen verwendet werden kann.

Nach einem wesentlichen Merkmal der Erfindung ist ein Kontrollgerät vorgesehen, das den Partialdruck eines Gases" in einer flüssigen Lösung fortlaufend mißt und ein Gehäuse mit darin befindlicher Kammer sowie eine ionenempfindliche Elektrode in dem Gehäuse, aufweist. Die Elektrode enthält eine Pufferlösung, und eine semipermeable Membran trennt die Pufferlösung von der Kammer. Ein Einführungsorgan ("Einspritzer") leitet einen Probenstrom der das Gas enthaltenden Flüssigkeit in die Kammer und gegen die Membran, so daß mindestens ein Teil des Gases durch die Membran tritt und den pH-Wert der Pufferlösung um einen Betrag ändert, der dem Partialdruck des Gases entspricht. An der Elektrode sind Mittel vorgesehen, mit denen die pH-Wert-Änderung der Lösung gemessen werden und eine Ausgangsgrösse erzeugt werden kann, die den Partialdruck. des Gases angibt; ferner ist ein Ablauf vorgesehen, durch den Flüssigkeit aus der Kammer weggeführt wird, wobei Ablauf und Einspritzer so angebracht sind, daß der an die Membran anstossende Kammerteil ständig und vollständig mit Flüssigkeit gefüllt ist.'

Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal umfaßt ein Verfahren

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zum fortlaufenden Kontrollieren eines Flüssigkeitsstroms zur Bestimmung des Partialdrucks eines Gases in der Flüssigkeit die Schritte, eine für das Gas durchlässige Membran ständig in Kontakt mit einem Strom der Flüssigkeit zu halten, indem ein Strom dieser Flüssigkeit kontinuierlich auf eine Seite der Membran gegeben und kontinuierlich der pH-Wert einer Pufferlösung auf der anderen Seite der Membran in Abhängigkeit von dem Partialdruck des Gases geändert wird, indem mindestens ein Teil des Gases kontinuierlich durch die Membran diffundiert. Die Grosse der pH-Wert-Änderung i

in der Pufferlösung wird mit einer ionenempfindlichen Elektrode abgetastet, um ein den Partialdruck des Gases anzeigendes Signal zu erzeugen.

Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal wird ein Verfahren zum kontinuierlichen Kontrollieren des Partialdruckes von Kohlendioxid in einer intravenösen Lösung, angegeben; das Verfahren besteht darin, daß ein Probenstrom der intravenösen Flüssigkeit kontinuierlich gegen eine Seite einer Membran geführt wird, daß der pH-Wert einer Bikarbonatlösung auf der anderen Seite der Membran in Abhängigkeit. von dem Kohlendioxid-Partialdruck in der Probenflüssigkeit durch Diffusion von Kohlendioxid durch die Membran geän- " " dert wird, und daß die Grosse der pH-Wert-Anderung in der Bikarbonatlösung mit einer ionenempfindlichen Elektrode abgefilhlt und ein Signal erzeugt wird, das dem Partialdruck des Kohlendioxids in der Lösung entspricht.

Das bisher Gesagte und weitere Merkmale und Eigenschaften der Erfindung werden verdeutlicht durch die nachstehende Beschreibung und in Verbindung mit den Zeichnungen, die folgendes darstellen:

Fig. 1 eine zum Teil im Schnitt wiedergegebene Ansicht

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einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäß aufgebauten Anordnung für die Pro-• benahme zur Bestimmung von Gas-Partialdrucken;

Fig. 2.eine Ansicht der ^rfindungsgemessen Meßelektrode in grösserem Maßstab und teilweise geschnitten;

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Arbeitsweise der erfindungsgemässen Meßelektrodß;

Fig. ^ ein Schaltschema der vorzugsweise' verw'endeten elektronischen Schaltung zum fortlaufenden Aufzeichnen .und Nacheichen der in Fig. 1 dargestellten Anordnung.

Die Probenahmeanordnung

In Fig. 1 ist eine'bevorzugte Ausführungsform der Gesamtanordnung für die Gewinnung von Proben dargestellt; sie umfaßt einen Gehäuseblock 10 aus Lucite (registriertes Warenzeichen) oder einem ähnlichen brauchbaren durchsichtigen Material. Der Block 10 besitzt eine Anzahl weiterer Bohrungen 12, 13 und 14, die von der Aussenseite des Blocks hereinführen und bei ihrem Zusammentreffen eine Probenkammer oder einen Hohlraum 16 bilden. Eine insgesamt mit 18 bezeichnete ionenempfind]iche Elektrode befindet sich in der Bohrung 12 und ist mit einem O-Ring 20 abgedichtet, um zu verhindern, daß eine Verbindung aus dem Hohlraum an der Elektrode vorbei zur äusseren Umgebung des Blocks entsteht. Die Einzelheiten, die Arbeitsweise und Abwandlungen der Elektrode werden im einzelnen weiter unten beschrieben.

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In der Bohrung 13 steckt ein insgesamt mit 22 bezeichneter Verneblungsapparat für die Eichung der Elektrode während ihres Arbeitens. Der Vernebler 22 weist ein rohrförmiges Halsteil 24 auf, das mit einer Kammer 26 verbunden ist, und ein O-Ring 28 um den probenkammerseitigen Teil des Halses 24 verhindert Sickerverluste aus der Kammer 16 zwischen dem Halsteil 24 und der Bohrung 13 hindurch. Das Halsteil 24 steht mit der grösseren kugelförmigen Verneblerkammer 26 in Verbindung bzw. mündet in diese, und ein Teil dieser. Kammer liegt unterhalb des Halsteils, so daß ein Sumpf 30 λ

gebildet wird, in dem ein Flüssigkeitsrest verbleibt, wenn die Kammer 16 entleert wird. Eine Flüssigkeitsansaugleitung 32 reicht mit ihrem einen Ende in den Sumpf 30, und ihr anderes Endei das Austrittsende, steht neben dem Austrittsende einer Gaszuleitung 34, die mit einem Behälter für Kohlendioxid-Eichgas verbunden ist. Neben den'Austrittsöffnungen der Leitungen 32 und 34 ist ein Vernebler 35 vorgesehen, der dazu beiträgt, während des Eichvorgangs, der witer untfc. beschrieben wird, eine gleichmässige Dampfatmosphäre herzustellen. Im oberen Teil der Kammer 26 ist ein Überlaufauslaß 36 vorgesehen, der in eine Ablaufleitung 38 mündet, deren anderes- Ende in ein Abfallgefäß 40 führt. Der Auslaß 36 befindet sich ganz oben in der Kammer, so \

daß die Probenkammer 16, das rohrförmige Halsteil 24 und der grössere Teil der Verstäubekammer 26 ständig mit der während des KontrQllvorgangs aufgenommenen Flüssigkeit gefüllt ist'.

Ein Einspritzer 4 2 mit enger Bohrung liegt in einer Bohrung 44 des Blocks 10 und ist mit seinem einen Ende mit einer Probenzuleitung 46 verbunden, die von einer das zu untersuchende Erzeugnis -führenden Förderleitung L herkommt, wobei eine geeignete, kontinuierlich arbeitende und gleichmassig fördernde peristaltische Pumpe 47 fortlaufend eine kleine Menge, des Stroms ohne Unterbrechung aus der Förder-

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leitung L abzweigt und an den Einspritzer abgibt, der sie in die Kammer 16 einspritzt. Das andere Ende des Einspritzers 4 liegt nahe an einer Membran 48, die das Ende der Elektrode 18 abdeckt, so daß der von dem Ende des Einspritzers 4 2 ausgehende Flüssigkeitsstrom sanft auf die Membran trifft.

In dem Gehäuse befindet sich eine Bypassbohrung 50,' die den einfliessenden Probenstrom von dem Einspritzer 4 2 in das Abfallgefäß.40 durch eine Ablaufleitung 54 und ein vorzugsweise druckluftbetätigtes Bypassventil 52 ablenkt. Ein ebenfalls druckluftbetätigtes Ablaufventil 56 verbindet die Bohrung 14 zum Entleeren des Hohlraums 16 über die Ablaufleitung 54 mit dem Abfallgefäß 40.

Ferner ist ein Rohrleitungssystem für die Versorgung mit· Eich-Kohlendioxid vorgesehen; eine Hauptleitung 5 8 kann an eine unter.bestimmtem Druck stehende Quelle für Kohlendio-· xid-Eichgas angeschlossen werden. Eine Zweigleitung 60 verbindet die Hauptleitung 58 über eine Gasleitung 61 mit der Gaszuleitung 34 in den Vernebler 22. In der Zweigleitung

60 befindet sich eine enge öffnung 62, durch die ein schwacher Strom von Eichgas in den Vernebler während des gesamten Kontrollvorgangs aufrechterhalten wird. Durch diesen Gasstrom wird die Flüssigkeit, die die Verneblerkammer 26 praktisch ausfüllt, in geringer Bewegung gehalten und das Verstopfen der verhältnismässig engen Austrittsöffnungen in den Enden der Leitungen 3 2 und 34 und die Ansammlung von abgestandener Flüssigkeit im Sumpf 30 verhindert. Eine zweite Zweigleitung 64 führt von der Hauptleitung 58 durch ein druckluftbetätigtes Ventil 66 an die Gasleitung

61 in Form eines Nebenschlusses zu der Öffnung 62, um das Eich-Kohlenoxid während der Eichvorgänge in grösserer Menge in den Vernebler zu leiten, wie es weiter unten genauer beschrieben wird. Eine dritte Leitung 6 8 geht von

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der Hauptleitung 58 zu einer relativ engen Einspritzbohrung 70, durch die das Kohlendioxid-Eichgas an die Elektrode 18 geleitet wird; Einzelheiten und Zweck werden weiter unten beschrieben. Die Strömung durch die Leitung 68 wird von einem Dosierventil 72 bestimmt.

Die Elektrode " ■

Nach den Fig. 2 und 3 stellt die Elektrode 18 eine pH-Glaselektrode zum Anzeigen des pH-Werts eines dünnen Films einer wäßrigen Natriumbikarbonat-Pufferlösung dar. Die Elektrode besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen, länglichen, rohrförmigen Glaselement 74', "das von einem konzentrischen Hüllrohr 76 aus rostfreiem Stahl oder einem ähnlichen widerstandsfähigen Werkstoff umgeben ist; das Hüllrohr bildet ein Gehäuse für die Elektrode. Die lichte Weite. des Hüllrohres 76 ist etwas grosser als der Durchmesser des Glaselements 74, so daß eine ringförmige Ausnehmung 7 8 entsteht, die als Vorratsbehälter für Natriumbikarbonat-Pufferlösung wirkt. Ein weiteres längliches, rohrförmiges Glaselement 80 steckt konzentrisch in dem Element 74 und ist ' diesem gegenüber abgedichtet, wobei der Zwischenraum zwischen der Aussenwand des Elements 80 und der Innenwand des Elements 74 eine erste ringförmige ßezugselektrodenkainmer 8 2 und das Innere des Elements 80 eine zweite Meßelektrodenkammer 84 bildet. Die beiden Kammern 82 und 84 sind mit einer etwa 0,1-molaren KCl-Elektrolytlösung gefüllt; eine Quecksilberamaigam-Bezugselektrode 86, etwa eine Kalomelelektrode, befändet sich in der Kammer 8 2 und eine Kalomel-Meßelektrode 88 befindet sich in dem Elektrolyt in der Meßkammer 84.

Das Ende des Elements 80 ragt über das Element 74 bei 8 9 hinaus, und ein 0-Ring 90 ist um das vorstehende Ende ge-

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legt, so daß ein Arbeitsraum 9 2 an dem vorstehenden*Ende 89 abgeteilt wird; der O-Ring 90 trennt.die Kammer 92 von dem Pufferlösungsvorrat 78. Das offene Ende des iiüllrohres 76 wird von der Membran 4 8 abgedeckt, die für das zu messende Gas, im vorliegenden Fall für Kohlendioxid, durchlässig ist. Die Membran besteht vorzugsweise aus einem dünnen Film von Teflon (eingetr. Warenzeichen), das den Durchtritt von Kohlendioxid gestattet aber den Durchtritt aller anderen Moleküle, die den pH-Wert der Pufferlösung nachteilig verändern könnten, verhindert. Die Membran 48 ist durch geeignete Mittel dichtend an dem Ende des Hüllrohres 76 angebracht, etwa durch einelastisches Band 94, das sich in eine Ringnut 96 am Ende des Hüllrohres legt. Eine dünne Schicht eines Nylongeflechts oder -netzes 98 liegt zwischen der Membran 48 und der Spitze des vorstehenden messenden Glaselements 89, und das Netz ist mit der Natriumbikarbonat-Pufferlösung gesättigt. Der O-Ring 90 dichtet den Arbeitsraum 92 praktisch gegen den Bikarbonat-Pufferlösungs-Vorrat 78 ab, ermöglicht jedoch einen geringfügigen Obergang von Pufferlösung in beiden Richtungen, um den Puffer in- der Arbeitskammer aufgefüllt und gleichmässig zu erhalten.

An dem anderen, erweiterten Ende des Glaselements 74 befindet sich ein O-Ring 100, der Sickerverluste aus dem Behälter 78 nach draussen verhindert. Eine Kappe 102 sitztauf dem Ende des Hüllrohres, und die Membran 48 wird durch eine öffnung. 104 in der Kappe zugänglich.

Die bis hierher beschriebene Elektrode stellt im wesentlichen eine Severinghaus-COg-Zelle dar, die bei den Instrumentation Laboratories Boston, Massachusetts, erhältlich ist. Severinghaus-Elektroden sind bisher in erster Linie für stichprobenartige pH-Messungen benutzt worden und sind an sich für die fortlaufende Betriebsüberwachung, wie sie die Erfindung vorsieht, wegen schneller und starker Drift

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nicht verwendbar. Diese Drift hat ihre Ursache anscheinend in einer Wanderung von Bikarbonat-Ionen zwischen der Arbeitskammer 92 und dem Vorrat 78, und da die Diffusionsrate an dem O-Ring 90 vorbei niemals einen stationären Zustand erreicht, ergibt sich eine langfristige Drift des Elektrodenpotentials. Es hat sich gezeigt, daß diese Drift bei Severinghaus-Elektroden durch fortlaufendes Einführen einer geringen Menge von Gas mit feststehendem Kohlendioxidgehalt in den Vorrat 78 vermieden werden kann. Die Anwesenheit des Gases in dem Vorrat führt zur Stabilisierung des Kohlendioxid-Partialdrucks in der Pufferlösung und hält eine stationäre Diffusion zwischen dem Arbeitsraum 92 der Elektrode und dem Vorrat aufrecht. Die Ausströmrate läßt sich durch Einstellen des Zumeßventils 72 regeln.

Beschreibung der Arbeitsweise der Probenahmeanordnunr; wäh«- rend des OberwachungsVorgangs

Zu Beginn der Überwachung der intravenösen Lösung sind das Bypassventil 52, das Ablaufventil 56 und das Zerstäubergasventil 66 geschlossen, und eine geringe Menge der intravenösen Flüssigkeit wird fortlaufend aus der Produktleitung L durch die Pumpe 47 abgeleitet und läuft durch die Probenzuleitung 46, durch die Bohrung 44 und den Einspritzer 42 und wird gegen die Probenkammerseite der Teflon membran 48 der Elektrode 18 geführt. Das Kohlendioxid, dessen Partialdruck bestimmt werden sol], ist vorher der durch die Leitung L strömenden intravenösen Flüssigkeit zugesetzt worden. Die Probenmenge, die von der Leitung L abgeleitet und in die Probenkammer geführt wird, hat daher praktisch den gleichen Gasgehalt wie die Hauptströmung.

Da das Ablaufventil 56 geschlossen ist, sammelt sich die durch den Linspritzer 42 zugeführte Probe in der Kaiar.er 16

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und füllt die Probenkammer und den Halsteil*24 sowie einen wesentlichen Teil der Kammer 26 des Verneblers, wobei das Niveau in der Kamme"r 26 durch den Oberlauf am Auslaß 36 fixiert wird; die überlaufende Flüssigkeit gelangt durch die Ablaufleitung 38 in das Abfallgefäß 40.

Wenn die Kammer 16 gefüllt ist, wird die Membran 48 von dem Flüssigkeitsvolumen vollständig abgedeckt, und der Einspritzer richtet den aus ihm austretenden Flüssigkeitsstrom in das Flüssigkeitsvolumen. In Wirklichkeit trifft der aus dem Einspritzer 42 austretende Strom nicht direkt auf die Membran 48 sondern wird derart in das Flüssigkeitsvolumen eingeführt, daß der Strom die Membran praktisch druckfrei erreicht und die Membran fortlaufend mit frischer Probenflüssigkeit versorgt, wobei er die unmittelbar vorher kontrollierte Flüssigkeit immer wieder von der Membran verdrängt. Die Auslaßmenge des Einspritzers 42 und der Abstand zwischen der Spitze des Einspritzers und der Membran sind so einzustellen, daß der aus der Einspritzerspitze in das Flüssigkeitsvolumen austretende Strom gerade keinen Druck auf die Membran ausübt, weil ein erhöhter Auftreffdruck an der Membran zu einer erhöhten Diffusion von Kohlendioxid durch die Membran und damit zu fehlerhaften Partialdruckergebnissen führt, wie sich ohne weiteres aus der weiter unten geschilderten Arbeitsweise der Elektrode ergibt..Strömungsmenge und Abstand zwischen Einspritzer und Membran lassen sich leicht von einem Laboratoriumsfachmann einstellen, wenn er berücksichtigt, daß das Auftreffen unter Druckausübung vermieden werden muß. Da der Einspritz-er 4 2 der Membran 48 fortlaufend frische intravenöse Lösung zuführt und Flüssigkeit, die bereits untersucht ist, von der Membran verdrängt, und da: die Probenkammer 16 während des Meßvorgangs ständig ganz gefüllt gehalten wird, können kaum fehlerhafte Ablesungen, die aus dem Auftreten von .Gasblasenünd. verbrauchter Flüssig-

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keit resultieren, auftreten, sie werden vielmehr praktisch völlig ausgeschlossen, wie es für die vorgesehene fortlaufende Überwachung erforderlich ist.

Aus den Fig. 2 und 3 ist zu entnehmen, daß, wenn die mit -dem inerten Kohlendioxidgas beladehe intravenöse Flüssigkeit die Teflonmembran 48 berührt, eine bestimmte Menge Kohlendioxid durch die Membran diffundiert, und zwar ent-" weder aus dem Arbeitsraum 92 mit der darin befindlichen Natriumbikarbonat-Pufferlösung heraus oder in den Raum i

hinein. Die Menge des durch die Membran diffundierenden Kohlendioxids hängt von der Konzentration der Bikarbonat-Ionen in der Pufferlösung und der Menge und damit dem Partialdruck des Kohlendioxids ab, das von der intravenösen Lösung mitgeführt wird. Bei einer gegebenen Pufferkonzentration sucht Kohlendioxid, wenn der Partialdruck des Kohlendioxids relativ hoch ist, durch die Membran aus dem Probenraum 16 in die Pufferlösung zu diffundieren. Ein derartiger Zuwachs an Kohlendioxid verschiebt das-Ionengleichgewicht in einer Richtung ansteigender H -Ionenkonzentration in der Meßkammer. Da die Spitze 8 9 des Glaselements H -Ionen durchtreten läßt, läßt das Anwachsen der H -IonenkonzentratxDn H -Ionen aus der¹ Lösung in der Kammer ™ 92 in den Elektrolyten in der Meßelektrodenkammer 84 übertreten, so daß das Potential der Zelle in einer Weise verändert wird, die den Vergleich mit einer üblichen StandardpH -Elektrode zuläßt. Wenn andererseits der Kohlendioxid-Partialdruck in der Probenkammer niedrig ist, sucht Kohlendioxid durch die Membran aus der Pufferlösung in die Probenkammer 16 zu diffundieren, wodurch die Gleichgewichtsgleichung im entgegengesetzten Sinne gestört wird, so daß die H -Ionenkonzentration in der Pufferlösung erniedrigt wird und eine Diffusion von H -Ionen aus dem Elektrolyten in die Pufferlösung stattfindet,

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Das Nylongewebe 98 sucht die Pufferlösung in .ständigem Kontakt sowohl" mit der Spitze 89 des vorstehenden Endes . der Glaselektrode als auch der Teflonmembran 48 zu halten und läßt das stationäre Gleichgewicht schneller eintreten. Das Gewebe wird von dem Vorrat 78 an Bikarbonatlösung ständig gesättigt gehalten und wirkt als Salzbrücke zwischen der Meßspitze 89 und der Bezugselektrode 86 über eine sehr kleine öffnung 106 im Element 74, die die Verbindung zwischen dem Vorrat 78 und der Bezugselektrodenkammer 82 herstellt.

Die Konzentration der Pufferlösung wird vorzugsweise so gewählt, dß die elektrische Ausgangsgrosse der Elektrodeungefähr 56 mV für jeweils zehnfache Änderung des Kohlendioxid-Partialdrucks beträgt. Eine brauchbare Pufferlösung ist bei der Instrumentation Laboratory, Inc., Boston, Mass. unter der Bezeichnung Nr. 106-22 erhältlich. Bei der Verwendung dieser Lösung nimmt der pH-Wert erfahrungsgemäß bei jeweils zehnfacher Zunahme des pCO₂ um 1 pH-Einheit ab, d.h. es ergibt sich eine pH-Variation, die linear mit dem Logarithmus des pCQ₂ verläuft.

Während des MeßVorgangs der Kontrollvorrichtung wird ein Kohlendioxid-Eichgas kontinuierlich durch die Zumeßdüse 7 2 in den Vorrat 78 geleitet und ausserdem durch die öffnung 6 2 in die Gaszuleitung 34 des Verneblers 22, wie weiter oben begründet. Die Strömung in den Vorrat 78 ist nur schwach und reicht gerade aus, um die Sättigung des'Puffers herbeizuführen, ohne einen nachweisbaren Druck auszuüben. Die Strömung durch die Spitze der Einlaßleitung 34 ist ebenfalls gering, und es findet keine Zerstäubung von Flüssigkeit statt, weil die Verne'blerkammer 26 während des. Kontrollvorgangs ständig praktisch gefüllt ist.

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Beschreibung der Arbeitsweise der Probenanordnung während der Eichung

• Obwohl der Zufluß von Kohlendioxid zu dem Vorrat 78 die Elektrodendrift erheblich verringert, ist doch über längere Zeit eine Drift festzustellen. Aus diesem Grunde sollte der Ausgabekreis periodisch nachgeeicht werden, um durch Langzeitdrift verursachte fehlerhafte Ablesungen vermeiden zu können. Ein geeignetes Steuerventil 108 wird periodisch geöffnet, um die Ventile 52, 56, und 66 durch Druckluftzufuhr gleichzeitig zu öffnen. Das öffnen des · Ventils 108 kann von einem Programmschalter aus automatisch gesteuert werden. Durch das öffnen des Ablaufventils 56 wird die die Probenkammer 16 und die Verneblerkammer 26 erfüllende Flüssigkeit in die Ablaufleitung 54 und das Abfallgefäß UO gezogen, abgesehen von einem kleinen Flüssigkeitsrest, der im Sumpf 30 der Verneblerkammer verbleibt; der Spiegel dieses Flüssigkeitsrests ist in Fig.l gestrichelt angedeutet. Durch öffnen des Bypassventils 52 wird der Probenstrom aus dem Einspritzer 42 in die Ablaufleitung 54 und den Abfallbehälter gezogen und es kommt kein weiterer Probenstrom aus dem Einspritzer in die Kammer 16. Wenn" das Ventil 66 geöffnet wird, strömt das Kohlendioxid-Eichgas an der Öffnung 6 2 vorbei und gelangt unmittelbar in die Gasleitung 61 und in die Vernebler-Zuleitung 34, Der-verstärkte Gasstrom durch die Spitze des Flüssigkeitssaugrohres 32 erniedrigt den Druck an der Spitze, so daß Flüssigkeit aus dem Sumpf 30 angesaugt und vernebelt wird, so ,daß ein Gemisch aus Eich-Kohlendioxid und Flüssigkeit in Form einer im Gasgleichgewicht befindlichen Wolke entsteht. Die Wolke erfüllt die Verneblerkammer 26. und die Probenkammer·16 und wird von der Membran 4 8 "erkannt", wobei ein ausgewählter Bruchteil des Kohlendioxidgases in der Wolke durch die Membran diffundiert und ein Elektrodensignal in der oben beschriebenen Weise

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erzeugt. Dieses Signal kann leicht mit dem Soll-Signal verglichen werden, das einem gegebenen Eichgas-Partial-' druck entspricht, und das Signal kann nach Bedarf leiqht abgeglichen werden.

Das Eichgasgemisch sollte mit seinem pC0₂ vorzugsweise höher liegen als der der zu überwachenden intravenösen Lösung, wenn optimale Empfindlichkeit erzielt werden soll, weil die aus dem Sumpf entnommene Lösung dazu neigt, den Partialdruck der Wolke, auf die die Membran anspricht, etwas zu erhöhen und «für die Eichung eine längere Ausgleichzeit benötigt wird. Es wurde festgestellt, daß eine Strömungsmenge des Eich-Kohlendioxids aus der Gaszuleitung 34 von ungefähr 1500 cm /min ausreicht, um die gewünschte Gaswolke zu erzeugen, während ein übermässiger Verbrauch des Eichgasgemischs und ein Abkühlungseffekt vermieden wird, der wegen der Expansion des Gases auftreten könnte. Ein 100%-Kohlendioxid-Eichgas wird vorzugsweise bei 21°C und

1,03 kg/cm (14,7 psia) verwendet, um alle intravenösen Lösungen gut ansaugen zu können.

Als Flüssigkeit, die bei der Herstellung der Eich-Wolke verwendet wurde, ist intravenöse Flüssigkeit angegeben, ,die im Sumpf zurückgeblieben warj es kann,während langer zusammenhängender Eichperioden auch Wasser zerstäubt werden, ohne daß ein Abfall des Partialdrucks des Wassers eintritt, wie es wegen der Verdampfung nach einer sehr lange

dauernden Eichung mit einer Salzlösung oder einer stark beschwerten intravenösen Lösung erwartet .werden könnte. Die Verwendung von Wasser ist jedoch im allgemeinen nicht erforderlich, weil mit dem angegebenen Gerät nach der beschriebenen Methode das Gleichgewicht während der Eichung im allgemeinen innerhalb einiger Minuten erreicht zu sein pflegt.

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Elektronische Schaltungen

Nach den beschriebenen erfindungsgemässen Verfahren kann der Kohlendioxid-Partialdruck mit einem Meßgerät 120 und einem Registriergerät (Schreiber) 122 überwacht werden. -Die Elektrode 18 erzeugt, wie erwähnt, eine dem Partial-.druck eines Gases entsprechende Spannung. Das Meßgerät 120 ist ein übliches, an sich bekanntes Voltmeter, etwa •ein Leads and Northrup Voltmeter Modell 7407 mit vollem . Skalenausschlag für 200, mV, was einer Änderung an der Meßelektrode um zwei Dekaden entspricht. Dieses Voltmeter 120 kann Änderungen von 10 bis 1000 mm Hg pC0₂ anzeigen.

Der Schreiber¹122 ist ebenfalls an. sich bekannt; er besitzt einen Schreibstift, der auf die am Eingang 125 des Schreibers angelegte Spannung anspricht. Der Aufzeichnungsträger 126, auf den der Stift 124 schreibt, kann von einem mit zwei Drehzah'len laufenden Motor (nicht dargestellt) angetrieben werden. Der für diese spezielle Aufgabe eingesetzte Schreiber ist unter der Bezeichnung Leads 'and Northrup Speedomax W bekannt und hat eine Empfindlichkeit, die vollen Skalenausschlag bei lOOmV Eingangsgrösse erbringt. Wegen der Empfindlichkeits-unterschiede zwischen Meß- und Registriergerät, wurde parallel zu den Ausgangsklemmen 130 des Meßgeräts ein 200 0hm Präzisxonswiderstand 128 gelegt. Der Ausgang des Meßgeräts wird auf den Schreiber auf einem Leiter 132 über einen einpoligen Dreh umschalter 134 gegeben, der die Schreiberskala von 10 bis 100 mm Hg pCO₂ in 100 bis 1000 mm Hg pCO« ändert. Mit diesem einpoligen Drehumschalter 134 kann das Meßgerät mit seiner normalen Zwei-Dekaden-Skala arbeiten, und der Schreiber kann durch blosses Umlegen des Schalters 134 von Hand auf jeder der beiden gedehnten Skalen registrieren. Der Schreiber ist mit einem Eingangsschalter 136 versehen, der von einem Schreibersolenoid 138 betätigt werden kann, um den Eingang zum

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Schreiber 122 ,zu ändern. Das Schreibersolenoi'd 138 wird über eine Diodenbrücke 140 aus einem Transformator 124 110/24 Volt erregt. Wenn Spannung an dem Transformator 14 liegt, wird demnach das Solenoid 138erregt, und der Schreibereingangsschalter 136 wird niedergedrückt, so daß er den feststehenden Kontakt 144 berührt. Wenn keine Spannung am Transformator 142 liegt, kehrt der Schalter in.seine Normallage zurück, in der er den oberen feststehenden Kontakt 146 berührt.

Wie bereits erwähnt, können Fehler bei einer unmittelbar von der Elektrode herrührenden Ablesung auftreten. Erfin·; dingsgemäß ist daher eine automatische Methode zum Eichen des Schreibers entwickelt worden. Um eine vorgegebene Spannung für die Eichung des Schreibers zu liefern, ist ein * 10-Windungs-lOO Ohm-Mikrometer 148 parallel zu der Ausgangswiderstandsschaltung 150 einer Gleichstromquelle 15 2 üblicher Art geschaltet. Die Stromquelle kann einem Leads and Northrup Regulated Power Supply Part Nr. 099012 mit. den Betriebsdaten 1,050 V bä 10 mA für einen feststehenden Belastungswiderstand von 105 0hm entsprechen. Das 100 Ohm-Mikrometer 148 besitzt einen von Hand einstellbaren Mikrowähler 154, mit dem die feste Spannung am Mikrometer 14 8 unterteilt wird und eine Teilspannung über die Leitung 156 an den unteren feststehenden Kontakt 144 des Schreibereingangsschalters 136 gegeben wird. Wenn das Schreibersolenoid 138 erregt wird, steht demnach der ,einpolige Drehumschalter 134 in Verbindung mit dem unteren beweglichenKontakt 144, und eine vorgegebene, von dem Mikrowähler 154 eingestellte Spannung liegt an dem Schreibereingang 125. Durch Drücken der Eichtaste 158 wird, wie noch erläutert wird, Spannung an den Transformator 14 2 gelegt, wodurch das.Solenoid 138 erregt und die vorge gebene Spannung an den Schreibereingang 125 gelegt wird.

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EineKompensationsspannung in Reihe mit dem Meßgerätaus- " gang von dem bewegliehen Arm 135 des Schalters 134 kann durch eine Widerstandsbrücke 160 mit Energieversorgung durch eine Festkörper-Gleichstromquelle 161 bekannter Art geliefert werden. Die Widerstandsbrücke kann als gewöhnliche Wheatstonesehe Brücke ausgebildet sein und einen einstellbaren eichbaren Schleifdrahtwiderstand 16 2 in Reihe mit einem Brückenarm aufweisen. Die Gleichstromquelle sollte an die beiden" nicht an dem Brüokenarm 168 liegenden Klemmen 164 und 166 angeschlossen sein.

Der Brückenarm 168 liegt in Reihe mit dem Ausgang des Heßgeräts 120. Die Spannung am Brückenarm 168 verursacht somit eine Änderung der Spannung am Schreibereingang 125, wenn der Schreibereingangsschalter 136 an den Ausgang des Meßgeräts 120 angeschlossen ist.

Beschreibung der Arbeitsweise der elektronischen Meß- und Registriereinrichtung

Für den Betrieb der Anordnung ist ein Registrierpult 170 mit Steuertasten und zugehörigen Kontrollampen vorgesehen. ä Wenn die Abschalttaste 172 gedrückt wird, ist der Schalter 174 geöffnet, und kein Teil der Schaltung erhält Strom. Die Hauptteile der Schaltung können aus einem üblichen Netz mit 110 V 60 Hz gespeist werden.

Wird die Bereitschaftstaste gedrückt, so wird der Schalter 174 geschlossen und der zweipolige Bereitschafts-Umschalter 176 erhält Kontakt mit den oberen, feststehenden Kontakten des Schalters 176; durch die Veränderung dieser Schalter wird Spannung an den Schreiber 122 und das Meßgerät 120 gelegt, wobei der Schreibereingang durch den oberen beweglichen Kontakt des zweipoligen Umschalters· 176 kurzgeschlos-

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sen ist, so daß der Schreibstift 124 in der Nullage bleibt. Der Aufzeichnungsträger 126 kann durch eine unabhängige Schaltung des (nicht gezeichneten) Antriebsmo-· tors für das Schreibblatt in Bewegung versetzt werden. Der Bereitschaftsschalter 176 läßt ausserdem die Bereitschaf tslampe 177 über den unteren beweglichen Kontakt des Schalters 176 aufleuchten.

Durch Drücken der Standard-Taste 178 kehrt der Bereitschaftsschalter 176 zurück in seine Ruhelage in Kontakt mit dem unteren unbeweglichen Teil des Kontaktschalters. Ferner gelangen dadurch die vier beweglichen Kontaktteile des Standardschalters 180 aus ihrer Ruhelage und erhalten Kontakt mit den oberen feststehenden Kontaktteilen des Standardschalters 180. Auf diese Weise kann Spannung von der Leitung 18 2 über den feststehenden Kontakt 180c auf die Standardlampe 184. und über den feststehenden Kontakt 180b an ein Steuerventilsölenoid 186 gegeben werden. Wird das Steuerventilsolenoid 186 erregt, so wird das Steuerventil 108 geöffnet und, wie erwähjit, Druckluft in die Ventile 52, 56. und 66 geleitet, wodurch die Probe der flüssigen Lösung mit einem Gas', dessen Partialdruck zu bestimmen ist, gegen ein Eichgas ausgetauscht wird, dessen Partialdruck bekannt ist. Beim Drücken der Standard-Taste 178 wird daher ein Eichgas an die Elektrode 18 geführt, und der _t Schreibereingang 125, der nicht mehr von dem Bereitschaftsschalter 176 kurzgeschlossen wird, empfängt die Ausgangsgrösse des. Meßgeräts, die der von der Elektrode 18 er- ' zeugten Spannung entspricht. Bei dieser Betriebsart läßt sich verfolgen, wie der Schreiber 122 und das Meßgerät ,während einer Zeitspanne ihre Angaben ändern, bis sie schließlich eine Gleichgewichtslage einnehmen.

Wenn die Gleichgewichtslage erreicht ist, kann die Eichtaste 158 gedrückt werden. Mit dem Drücken der Eichtast-e

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werden die beweglichen Kontaktteile des Standardschalters 180 in ihre Ruhelage, in Kontakt mit den unteren feststehenden Kontaktteilen, zurückgeführt. Beim Drücken der Eichtaste 158 werden auch die beweglichen teile des Eichumschalters 190 in Berührung mit den oberen feststehenden Kontaktteilen des Eichschalters' 190 gebracht. Während des Eichbetriebs bleibt das Steuerventilsolenoid 186 über das feststehende Kontaktteil 18Od des- Standardschalters und das feststehende Kontaktteil 190a des Eichschalters 190 erregt. Ferner wird der Transformator 142 durch Anschlies- ( sen an die Versorgungsleitung 18 2 über das obere feststehende Teil 190a des Eichschalters 19Q gespeist. Die Speisung des Transformators IU2 sorgt ferner für das Aufleuchten der Eichlampe 192 und erregt da's'Schreibers ο lenoid 138 über die Diodenbrücke IUO. Die.an den Schreibereingng gegebene Spannung ist demnach eine vorgegebene Spannung aus dem 100 Ohm-Mikrometer 148, eingestellt durch Verstellen des Mikrowählers 154.

In der Praxis ist diese vorgegebene Spannung mathematisch repräsentativ für den Partialdruck des Gases in der der Elektrode zum Eichen zugeführten Standardlösung. Der Partial- ^ druck des Standardgases läßt sich leicht bestimmen, weil die analysierte Prozentkonzentration des Gases in der be- nutzten Standardlösung bekannt 'ist. Wenn zum Beispiel 100. % CO₂ bei 744 mm Hg Luftdruck in Berührung mit Wasser von Raumtemperatur als Gas eingeführt werden, würde das Gas einen Partialdruck Von 7 20 mm Hg haben, wenn der Wasserdampf bei 25°C einen Partialdruck von 24 mm Hg hat. Auf einer von 0 bis 100 reichenden Skala, auf der eine logarithmische Dekade den Bereich von 100 bis 1000 mm Hg umfaßt, entsprächen 7 20 mm Hg etwa der Zahl 85. Der Mikrowähler müßte daher auf 85 gestellt werden, wodurch der Schreibstift 124 auf den Punkt·85 % des Registrierblatts bewegt wird.

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Durch Drücken der Eichtaste 158 wird auch eine Kupplung 194 eingeschaltet, die mit dem Schreibersolenoid 138 mechanisch verbunden ist. Der· veränderbare Schleifdrahtwiderstand 16 2 wird an die Schleifdrahtspindel des Schreibers gekuppelt. Wenn daher die vorgegebene Spannung von dem■ 100 Ohm-Mikrometer 110 über den Schreiber-Eingangsschalter 136 an den Schreibereingang gegeben wird, wird der Schleifdraht von der Kupplungl9 4so verstellt, daß er eine Kompensationsspannung an den Brückenarm 168 der Widerstandsbrücke 160 legt. ·

Während der anfänglichen Standardisierung und Eichung ^ diese Kompensationsspannung Null sein, weil der Schreiberwert bei der Standard-Betriebsweise (bei der ein standardisiertes Gas" an die Elektrode gebracht wird) ebenso groß ist wie d&r Schreiberwert während des Eichbetriebs (bei dem der Schreiber einen Teil der Spannung an dem 100 Ohm-Mikrometer 118 angibt). Danach wird die Kompensationsspannung so eingestellt, daß das genaue Potential in den Meßgeräteingang gegeben wird, um den Schreibstift 124 in der gleichen Stellung zu halten, wie wenn die vorgegebene Spannung an den Eingang des Schreibers 122 gelegt wird.

Durch Drücken der Meßtaste 196 werden die beweglichen Kontakte des Eichschalters 190 in die Normallage zurückgeführt, in der sie die unteren feststehenden Kontaktteile des Eichschalters 190 berühren. Das Steuerventilsolenoid 186 wird nun nicht mehr über das obere feststehende Kontaktteil 190a des Eichschalters 190 erregt. Wie erwähnt, kehrt das Steuerventil 108 nun in seine Normallage zurück, wodurch die Ventile 52, 56 und 66 gleichzeitig geschlossen werden und die.Einleitung der Lösungsprobe, die ein Gas enthält, dessen Partialdruck bestimmt werden soll, in die Elektrode 18 bewirken. Der Meßschalterkontakt 198 wird hergestellt, wenn die Meßtaste 196 gedrückt wird; damit leuchtet die

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2651 A%

Meßlampe 200 auf.

Während des Meßbetriebs stellen Meßgeräte und Schreiber die Ausgangsgrösse der Elektrode in Abhängigkeit von dem Partialdruck des Gases in der Probenlösung fest. Der Schreiber folgt dieser Spannung jedoch mit der von dem Brückenarm 168 der Widerstandsbrücke 160 gelieferten Kompensationsspannung.

Beschreibung des automatischen Betriebs von" Meßgerät und Schreiber

Nachdem während der Standardisierung die Gleichgewichtsstellung erreicht ist, kann die Automatiktaste, 202 gedrückt werden. Beim Drücken der Automatiktaste 202 werden die beweglichen Kontaktteile des Standardschalters 180 in ihre Ruhelage gedrückt, bei der sie die unteren feststehenden Kontaktteile des Schalters 180 berühren. Durch Drücken der" Automatiktaste 202 werden auch die beweglichen Kontaktteile des Automatikschalters 204 in Kontakt mit den oberen feststehenden Kontaktteilen des Schalters 204 gebracht.

Durch Drücken der Automatiktaste 202 wird auch ein Verzögerungsrelais 206 angeregt, welches während einer zwischen 0 und 30 Sekunden einstellbaren Zeit eine Welle erzeugt. Dieses Verzögerungsglied kann als Festkörperschalter vom Typ Guardian TDO 6 2O3O-115A ausgeführt sein. Beispielsweise kann das Verzögerungsglied einen Rechteckimpuls während einer Zeitspanne erzeugen, die der Zeitspanne gleich ist, die an dem Verzögererrelais 206 eingestellt ist. Während dieser vorgegebenen Zeitspanne bleibt das Steuerventilsolenoid¹186 zum Eichen offen, und die von dem Verzö-' gerungsrelais 206 abgegebene Energie beeinflußt den Trans-

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1 r r: - ~ ι -j g ₆ 9

fcrmator 14 2, den Schreibereingangsschalter 136 auf de untere feststehende Klemme 114 zu schalten, womit die vorgegebene Spannung von dem 100 Ohm-Mikrometer IU8 auf den Schreibereingang gegeben wird. Auf dem Aufzeichnungs-Dlatt kann auf diese Weise eine Eichmarkierung angebracht werden, und der Eichzeitgeber 208 kann seinen Zeitgeberumlauf beginnen.

Der Eichzeitgeber 208 kann als (nicht gezeichneter)Motor mit fester Drehzahl ausgebildet sein, der in Antriebsve-rbindung mit einer Scheibe 210 steht. Ein Schalthebel 212 gleitet auf der Fläche der umlaufenden Scheibe 210 und veranlaßt den Schalter 214, der normalerweise geschlossen ist, den Kontakt zu öffnen, wenn der Schalthebel in eine Vertiefung 216 in der Scheibe 210 fällt. Der Kontakt des Schalters 214 wird also jedesmal dann geöffnet, wenn der (nicht gezeichnete) Motor die Scheibe 210 einen vollen Umlauf hat ausführen lassen.

Ain Ende der vorgegebenen Zeit, während welcher von dem Verzögerungsglied 206 ein Impuls geliefert wurde, wird der zweipolige Umschalter 218 des Verzögerungsgliedes 206 erregt, und die beweglichen Teile des Schalters 218 begeben sich aus der Ruhelage.und berühren die unteren feststehenden Teile des Schalters 218. Durch diesen Kontakt werden die automatischen Relaissolenoide 2 20 und 222 erregt, wodurch der' zweipolige Relais umschalter 2 24 aus seiner Normallage zur Berührung mit den unteren feststehenden Kontaktteilen des Schalters 224 gebracht.wird und der Relaisumschalter 226 aus seiner Ruhelage in Kontakt mit den unteren feststehenden Kontaktteilen des Schalters 226 gerät.

Durch Schalten der Relaisschalter 224 und 226 wird der

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Transformator· 142 abgeschaltet; damit )*'-hrt der Schrei- , bereingangsschalter 136 in seine Normcilage und in Kontakt mit dem oberen feststehenden Kor-akt 146 des Schrei-. bereingangsschalters 136 zurück, so Jaß der Eingang zum Schreiber 122 aus der Reihenschaltu-i der von der Elektrode 18 erzeugten Spannung und de Brückenspannung am Brückenzweig 168 der Widerstandst ücke 160 gebildet wird.

Durch Erregen der Relaisschalte? 224 und 226 wird auch der Probenzeitgeber 228 erregt. ^er Probenzeitgeber kann I als an sich bekannter Motdrzei-geber mit niedriger fester Drehzahl ausgeführt sein. Mit dem Probenzeitgeber 2 20 ist ein Solenoid 230 verbund» das durch die Beendigung einer Umdrehung des Proben^-'i-tgebers erregt wird. Durch ^ Erregen des Solenoids bewejt sich ein Programmschalter 232 aus seiner Normallage'nit Kontakt an dem unteren feststehenden Kontakt des Zeitschalters 2 32 in Kontakt mit dem oberen'feststehende» Kontakt, wodurch die Versorgung des Solenoids 220 untf krochen wird undcfer zweipolige Relaisumschalter 224 ir seine Ruhelage in Berührung mit den oberen feststehender Kontakten des Schalters 224 zurückkehrt . ä

Durch das vorübe gehende öffnen des Prcgrainmschalters 2 32 wird der Proben ßitgeber 228 angehalten und der Lauf des Eichzeitgebers 208 eingeleitet und das Steuerventilsolenoid 186 erregt, vjS, wie erwähnt, zum Austausch'der Lösungs— probe in de* Elektrode 18 durch ein Eichgas führt. Der Eichvorgar^ in den die Kontrollvorrichtung eingetreten ist, wir^ durch Öffnen des Eichprogrammschalters 214 beendet, /ie bereits beschrieben wurde. Dieses Ereignis läßt den 7'j.chzyklus neu anlaufen, indem die Spannung zu dem automatischen Relais 222 abgeschaltet wird, wodurch der Schalter 226 in seine Normallage zurückkehren kann, bei der die beweglichen Kontaktteile an den oberen feststehenden

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2651 %

Kontaktteilen -des Schalters 226 anliegen.

Der Schalter 226 speist in seiner Normallage das Verzögerungsrelais 206 _? während das Steuerventilsolenoid 186 geöffnet bleiben und der Eichzeitgeber 208 sich .weiterdrehen kann, bis zur Betätigung des Verzögerungsrelaisschalters 218 des Verzögerungsrelais 206. Die"Betätigung des Verzögerungsrelais 206 schließlich' erregt die automatischen Relais 220 und 222 und entregt das Steuerventilsolencxd 186. Das Kontrollgerät ist wieder betriebsbereit und kann ein" weiteres vollständiges Arbeitsspiel durchlaufen.

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Claims (1)

1. 23. September I970

   ft

   Patentansprüche :

   Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen des Partialdrucks eines Gases in einer flüssigen Lösung, gekenn- ^

   zeichnet durch die Kombination ^

   eines Gehäuses (10) mit darin befindlicher Probenkammer (16) ,

   einer ionenempfindlichen Meßelektrode (Iß), die einen Abschnitt mit einer Pufferlösung umfaßt, deren pH-Wert durch die Anwesenheit des zu messenden Gases verändert wird, sowie eine Einrichtung.zur Erzeugung eines dem pH-Wert der Pufferlösung entsprechenden Signals und eine für das genannte Gas durchlässige semipermeable Membran (48), die den Abschnitt von der Probenkammer" (16) abteilt,

   einer Einspritzeinrichtung (42), die die gashaltige Flüssigkeit in die Probenkammer (1§) einleitet, Λ

   einer Ablaufeinrichtung zum Ablassen der Flüssigkeit aus der Kammer (16), "

   wobei der Flüssigkeitsstrom aus der Einspritzeinrichtung (42) gegen die der Probenkammer (16) zugewandte Seite der Membran (48) gerichtet ist und die Ablaufeinrichtung der Kammer (16) gegenüber so angeordnet ist, daß die Kammer (16) neben der Membran.: (48) während der Messung ständig und vollständig mit der Flüssigkeit angefüllt ist, wodurch mindestens ein'Teil des Gases, das sich in der aus dem Einspritzer (42) austretenden.Flüssigkeit befindet, durch die Membran (48) diffundiert und den pH-Wert der Pufferlösung um einen Betrag ändert, der

   " ²⁷ ~ 1 0 Q ρ - r / -j $ g η

   dem Partialdruck des Gases entspricht.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine wäßrige Natriumbikarbonatlösung als Pufferlösung dient. *

   Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (18) mit einem Vorratsbehälter (78) versehen ist, um den Abschnitt mit der Pufferlösung zu versorgen, sowie mit einer Einrichtung (70) zum Einleiten eines unter Druck stehenden Gases, 'dessen Zusammensetzung praktisch derjenigen des nachzuweisenden Gases entspricht, in den Vorratsbehälter (78).

   Vorrichtung nach Anspruch 1 mit Ablaufeinrichtungen zum Entleeren der Kammer und einer mit der.Kammer verbundenen Eicheinrichtung zum Eichen der Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die Eicheinrichtung (22) einen Einlaß zum Zuführen eines.Gases gleicher Art wie das zu messende Gas aufweist sowie eine Verneblungseinrichtung (32, 34) zum Mischen des durch den Einlaß eingeführten Gases mit einem Teil der Flüssigkeit, um die zur Probenkammer (16) gerichtete Seite der Membran (48) mit einer gasförmigen Mischung des Gases und der Flüssigkeit beaufschlagen zu können. , .

   5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eicheinrichtung (22) einen Sumpf (30) aufweist, und! daß.die Verneblungseinrichtung (32, 34) mit dem Sumpf (30)

   ■ ·

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   verbunden ist, um einen Teil der Flüssigkeit zu zerstäuben, die in dem Sumpf (30) beim Entleeren der Probenkammer (16) verbleibt.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Bypassleitungen (54), die während der Eichung der Elektrode (18) den von der Einspritzeinrichtung (42) ausgehenden Flüssigkeitsstrom von der Probenkammer (16) wegleiten.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableiteinrichtung mit der Eicheinrichtung (22) verbunden ist, um die Probenkammer (16) und die locheinrichtung (22) während der Messung mit Flüssigkeit praktisch gefüllt zu halten.

   8. Vorrichtung nach Anspruch 1_> dadurch gekennzeichnet, ä daß die Membran (48) aus Teflon (eingetragenes Warenzeichen) besteht.

   Verfahren zum fortlaufenden Bestimmen des Partialdrucks eines Gases in einer flüssigen Lösung, gekenn-· zeichnet durch die folgenden Schritte: eine für das Gas praktisch durchlässige Membran ständig von einer Flüssigkeit bespülen lassen, die das zu messende Gas enthält, .indem ständig ein Strom der Flüssigkeit gegen die eine Seite der Membran gerichtet wird, Ändern des pH-Werts einer Pufferlösung auf der anderen

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   Seite der Membran in Abhängigkeit von dem Partialdruck des Gases durch ständiges Diffundierenlassen mindestens eines Teils des Gases durch die Membran zwischen Flüssigkeit und Pufferlösung, und Erzeugen eines Signals, das dem Partialdruck des Gases entspricht, durch Abfühlen der Grosse der pH-Wert-Änderung in der Pufferlösung.

   1Oi Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtfläche der genannten einen Membranseite während der Messung des Gasdrucks in Kontakt mit einem Volumen der Flüssigkeit gehalten wird und daß der Strom der eingespritzten Flüssigkeit in das Flüssigkeitsvolumen gerichtet wird.

   11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom der eingespritzten Flüssigkeit praktisch senkrecht auf die eine Membranseite auftrifft.

   12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Einströmen von Flüssigkeit unterbrochen wird, ein Teil der Flüssigkeit durch Vernebeln der Flüssigkeit mit Gas bekannten Partialdrucks und von gleicher Art wie das zu bestimmende Gas verdampft wird, die eine Seite der Membran der verdampften Flüssigkeit und dem Verneblungsgas ausgesetzt wird, und der pH-Wert der Pufferlösung durch Diffundierenlassen des Gases mit bekanntem Partialdruck aus dem Gemisch durch die Membran hindurch, variiert wird, um die Elek-

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   trode zu eichen.

   13. Verfahren zum fortlaufenden Oberwachen des P'artialdrucks von Kohlendioxid in einer intravenösen Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß ein Probenstrom das zu messende Kohlendioxid fort-

   • laufend gegen eine Seite einer Membran spritzt,

   der pH-Wert einer Bikarbonatlösung auf der anderen Seite

   • der Memran in Abhängigkeit von dem Partialdruck des Kohlendioxids in dem Probenstrom verändert wird, indem mindestens ein Teil des Kohlenoxids durch die Membran zwischen Probenstrom und Bikarbonatlösung zur Diffusion gebracht wird, und

   ein Signal erzeugt wird, das dem Partialdruck des Kohlendioxids in der intravenösen Lösung entspricht, indem der Betrag der pH-Wert-Änderung in der Bikarbonatlösung gemessen wird.

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