DE2051518B2 - Verfahren und Vorrichtung zur gleichzeitigen Bestimmung des im Blutserum vorhandenen Chlorids und Bicarbonate - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Bestimmung des im Blutserum vorliegenden Cnlorids und Bicarbonate.

In der GB-PS 1156967 wird ein Verfahren zur gleichzeitigen elektrochemischen Bestimmung mehrerer Elektrolyten in einer Blutserumprobe in einem automatischen Durchflußverfahren beschrieben.

Analysen auf vier Elektrolyten (Natrium, Kalium, Chlorid und Bicarbonat) im Blutserum stellen einen sehr großen Teil (wahrscheinlich ungefähr 40%) der Arbeitsbelastung eines mittleren klinischen Labors dar. Die vier Elektrolyt-Tests werden im allgemeinen durch den Arzt geschlossen angeordnet. Während die Analysen auf Natrium und Kalium nur wenig Schwierigkeiten bieten, da sie sich durch die Flammenphotometrie, eine schnelle und genaue Methode, bestimmen lassen, sind bisher bei der Entwicklung von Analysemethoden auf Bicarbonat und Chlorid nur wenig Fortschritte gemacht worden. Ein gutes Beispiel, das diese Situation widerspiegelt, ist das einzige im Handel erhältliche Instrument zur Durchführung der Analyse auf die vier Elektrolyten, und zwar der »Auto Analyzer«, der auf Seite 117 des am 9. Dezember 1963 erschienenen Heftes von »Chemical and Engineering News«, beschrieben wird. In diesem Instrument erfolgen die Tests auf Bicarbonat und Chlorid nach üblichen kolorimetrischen Methoden, wobei das Instrument langsam arbeitet, kompliziert ist und außerdem ungenaue Werte liefert.

Eine andere automatische Vorrichtung ist auf das Testen eines einzigen Elektrolyten des Vier-Elektrolyten-Systems beschränkt. Ein Instrument, das zur Durchführung einer Chloridanalyse eine weite Verbreitung gefunden hat, ist der Cotlove-Titrator, in dem zwei Paare von Silberelektroden verwendet werden, die beide in die Probe eintauchen. Ein konstanter Gleichstrom fließt zwischen einem Elektrodenpaar (den coulometrischen Elektroden), so daß ein stetiger Strom aus Silberionen in die Probe abgegeben wird (die nicht deproteinisiert werden muß). Die Silberionen reagieren mit den Chloridionen unter Bildung von

unlöslichem Silberchlorid. Mit der Zeit vereinigen sich alle Chloridionen. Zu diesem Zeitpunkt steigt der Strom quer zu dem anderen Elektrodenpaar (den amperometrischen Elektroden) schnell an. Erreicht dieser Strom einen vorherbestimmten Wert, dann stoppt das Instrument automatisch einen zu Beginn des Tests gestarteten Zeitgeber. Die verstrichene Zeit ist ein Maß für die in der Probe vorhandene Chloridionenmenge (vgl. DE-OS 1944196).

Neben der Verwendung des oben geschilderten Auto Analyzers ist es kaum möglich, Bicarbonat-Bestimmungen automatisch durchzuführen. Der ko!orimetrische Test (der in dem Auto Analyzer durchgeführt wird) kann angewendet werden. Fern kann das Bicarbonat durch die volumetrische Methode oder durch die manometrische Van Slyke-Methode gemessen werden. Ferner kann man auf Gaschromatographischen zurückgreifen. In der Literaturstelle IBM Technical Discolosure Bulletin, VoI. 12, No 11, April 1970, Seiten 1839 und 1840, wird die Bestimmung des Bicarbonations durch ein coulometrisches Titrationsverfahren beschrieben.

Der Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gleichzeitige schnelle, einfache und genaue Analyse sowohl auf Chlorid als auch auf Bicarbonat zu ermöglichen, wobei keine Deproteinisierung der Probe erforderlich ist. Diese Analyse soll zusammen mit flammenphotometrischen Methoden anwendbar sein und die Basis für einfache, schnelle und genaue Elektrolyttests schaffen, die in einer relativ komplizierten und einfach zu betreibenden Vorrichtung automatisiert werden können, welche nur eine geringfügige Wartung erfordert und nur die Zugabe einer Reagenslösung benötigt.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Verfahren zur gleichzeitigen Bestimmung des im Blutserum vorliegenden Chlorids und Bicarbonate durch Titrieren einer Serumprobe in einer Elektrolysezelle mit einer Silberanode und einer inerten Kathode durch die folgenden Merkmale:

(1) Vermischen einer Probe des Serums mit einer vorbestimmten überschüssigen Menge einer Säure und Entfernen des freigesetzten Kohlendioxids aus der Mischung;

(2) Titrieren der Probe mit Silberionen und Hydroxylionen, welche in einer Elektrolysezelle mit einer Silberanode und einer inerten Kathode erzeugt werden;

(3) Bestimmen des Silber/Chlorid-Äquivalenzpunktes mittels einer amperometrischen Einrichtung und des Wasserstoff/Hydroxyl-Äquivalenzpunktes mit einer pH-Meßeinrichtung.

Erfindungsgemäß ist es nunmehr möglich, eine gleichzeitige Bestimmung von Chlorid und Bicarbonat unter Verwendung von nur 0,1 ml Serum in nur 1 oder 2 Minuten durchzuführen. Die kleine erforderliche Serummenge ist ein erheblicher Fortschritt gegenüber bisher bekannten Methoden, da unter Verwendung einer gegebenen Volumenprobe eine immer größer werdende Zahl von Tests durchgeführt werden muß.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, die durch eine elektrolytische Titrationszelle mit einer Silberanode und einer inerten Kathode, eine Einrichtung zum Entfernen von Kohlendioxid aus der Probenflüssigkeit, eine Einrichtung zur amperometrischen Bestimmung des Silber/Chlorid-Äquivalenzpunktes und eine pH-Meßeinrichtung gekennzeichnet ist.

Die Probe kann in zweckmäßiger Weise vor der Durchführung der Titration verdünnt werden. Die Verdünnungslösung enthält bevorzugt eine vorherbe- ~> stimm ie Menge eines löslichen Silbersalzes, wobei diese Menge nicht dazu ausreicht, das ganze Chlorid in der Probe auszufällen. Vorzugsweise werden 5 X 10~⁵ bis 1 X 10"⁴ Mol Silberionen/ml Serum in der Mischung zugesetzt. Die zugesetzte Säuremenge

'» muß größer sein als das vorhandene Bicarbonat, wobei vorzugsweise 2 X 10"⁵ bis 1 x 10~⁴ Mol Wasserstoffionen/ml Serum in der Mischung vorliegen. Es ist zweckmäßig, daß der Silber/Chlorid-Äquivalenzpunkt nicht später erreicht wird als der Hydroxyl/

1> Wasserstoffionen-Äquivalenzpunkt.

Die Titration kann darüber hinaus in zweckmäßiger Weise in einer Fließzelle durchgeführt werden, in der die von Kohlendioxid befreite, saure Mischung zuerst mit der Silberanode und der inerten Kathode in Be-

-" running kommt, anschließend mit den amperometrischen und pH-Detektoren in Berührung kommt, wobei die Analyse in der Weise durchgeführt wird, daß der Strom auf einen Wert eingestellt wird, bei welchem jeder Detektor seinen entsprechenden Äquiva-

-'"' lenzpunkt bzw. Endpunkt anzeigt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Patentansprüchen 8-11 beschrieben.

Wie vorstehend erwähnt, wird bei der bevorzugten

J» Form der Erfindung das Serum zuerst mit einer Verdünnungslösung vermischt, die Silberionen enthält. Auf diese Weise wird die Silbermenge reduziert, die elektrolytisch erzeugt werden muß, so daß auf diese Weise die Analysezeit herabgesetzt wird. Die Silber-

i> menge, die dieser Verdünnung des Serums zugesetzt wird, kann konstant sein und braucht nicht durch eine grobe Analyse einer jeden Serumprobe bestimmt werden. Die Chloridionenkonzentration in dem menschlichen Serum schwankt im allgemeinen zwi-

Jii sehen 85 und 125 mMol (d. h. 85-125 Millimol pro Liter), während die Bicarbonationenkonzentration zwischen ungefähr 15 und 30 mMol liegt. Durch Zugabe von 5 ml einer Verdünnungslösung mit einer Konzentration von 1,5 mMol HNO₃ und 1,7 mMol

4". AgNO₃ zu 0,1 ml menschlichem Serum (d. h. durch Zugabe von 7,5 X 10"⁵ Mol H⁺ und 8,5 X ΙΟ"⁵ Mol Ag⁺ pro ml Serum) kann man eine verdünnte Lösung erhalten, deren Chloridendpunkt immer vor dem Säure/Base-Endpunkt erscheint. Weist beispielsweise

in das Serum eine Konzentration von 25 mMol HCO₃" und 110 mMol Cl" auf, dann können die Bestandteile der erhaltenen Lösung, die durch Vermischen der vorstehend angegebenen Verdünnungslösung mit dem Serum hergestellt worden ist (nach Bildung eines

V) AgCI-Niederschlags und nach Freisetzen von CO₂) wie folgt berechnet werden:
0,1 ml von 25 mMol HCO₃"

= 2,5 X 10"" Mol HCO₃-5,0 ml von 1,5 mMol H ⁺

Wi = 7,5 X 10-⁶MoIH ⁺

Erhaltene Lösung

= 5,0 X 10-⁶MoIH ⁺ 0,1 ml von 110 mMol Cl"

= 11,0 X 10-⁶MoICI" 5,0 ml von 1,7 mMol Ag⁺

= 8,5 X 10"⁶MoIAg⁺

Erhaltene Lösung

= 2,5 X 10"" MoI Cl"

Wird diese Lösung anschließend elektrolysiert, wobei ein Strom von 10 mA angewendet wird, dann tritt nach dem Farradayschen Gesetz der Endpunkt des freigesetzten Chlorids nach 26 Sekunden auf, während der Endpunkt der Säuretitration nach 52 Sekunden dauernder Elektroylse eintritt. In ähnlicher Weise treten bei anderen Bicarbonat- und Chloridgehalten innerhalb des in dem menschlichen Serum aufgefundenen Bereichs keine Überlappungen oder Umkehrungen der Reihenfolge der Endpunktzeiten auf, wenn die vorstehend angegebene Verdünnungslösung verwendet wird.

Es ist jedoch auch möglich, verschiedene Mengen oder Konzentrationen der Verdünnungslösung einzusetzen (oder sogar das Silber aus der Verdünnungslösung wegzulassen), wobei eine entsprechende unerwünschte Verlängerung der Zeitspanne, die für die Chloridanalyse erforderlich ist, in Kauf zu nehmen ist. In diesem Falle kann der Abschaltschalter für den Elektrolysestrom durch eine Einrichtung gesteuert werden, die nur dann anspricht, wenn beide Endpunkte erreicht worden sind (wobei beispielsweise ein Relais in Frage kommt, dessen Eingangsschaltung zwei Relais aufweist, und zwar eines für jeden Endpunkt, wobei diese parallel geschaltet sind). Ist andererseits die Verdünnungslösung derart, daß der Chloridendpunkt vor dem Säure/Base-Endpunkt auftritt, dann reicht es aus, eine einfachere Schaltung zu verwenden, in welcher der Elektrolysestrom nur dann abgeschaltet wird, wenn der Säure/Base-Endpunkt erreicht worden ist.

Tritt ferner der Säure/Base-Endpunkt vor dem Chloridendpunkt auf, dann hat ein fortgesetztes Fließen des Elektrolysestroms durch die nunmehr basische Lösung (wobei dieser Strom, wie vorstehend angegeben, Silberionen und Hydroxylionen erzeugt) zur Folge, daß nicht nur Silberchlorid, sondern auch SiI-bercarbonate, -hydroxyde, -oxyde und Mischungen oder gemischte Verbindungen erzeugt werden, weiche die Genauigkeit des Chloridendpunktes herabsetzen. Daher ist es vorzuziehen, das Serum in der vorstehend beschriebenen Weise zu verdünnen, um eine Lösung zu erhalten, in welcher die Chloridionen- und Wasserstoffionenkonzentrationen derartig sind, daß, falls Silberionen und Hydroxylionen in gleichen Mengen der Lösung zugesetzt werden, der Chloridendpunkt (d. h. die im wesentlichen vollständige Entfernung der Chlor dionen aus der Lösung als AgCl) ungefähr zur gleichen Zeit erfolgt wie die Neutralisation der Azidität oder vorzugsweise vorher eintritt. Dies bedeutet, daß in dem verdünnten Serum die Wasserstoffionenkonzentration ungefähr gleich oder vorzugsweise höher sein sollte als die Chloridionenkonzentration.

Die Vorverdünnung mit Silberionen besitzt ferner den Vorteil, daß die Lebensdauer der Silberanode erhöht wird, und zwar durch Herabsetzung der Silbermenge, die während der Elektrolyse entfernt werden muß, um den Chloridendpunkt zu erreichen.

Die Menge der für die Verdünnung des Serums verwendeten Säure ist bevorzugt derartig, daß ein verdünntes Serum erhalten wird, dessen Wasserstoffionengehalt unterhalb 10~³ Mol pro ml des Serums liegt. Dies bedeutet, daß man die Lösung nicht zu stark ansäuern sollte, sonst müssen zu viele Hydroxylionen zugesetzt werden, damit der Säure/Base-Endpunkt erreicht wird, wobei die Genauigkeit der Methode herabgesetzt wird.

Die Verdünnungslösung liefert im allgemeinen mehr als 2 X 10~⁵ Mol (vorzugsweise 2,5 X 10~⁵ bis 1 x 10"⁴MoI) an zugesetzten Wasserstoffionen pro ml des Serums und weniger als 10"⁴MoI (vorzugsweise 5 X 10"5 bis 1 X 10~⁴ Mol) an zugesetzten Silberionen pro ml des Serums.

Es ist zweckmäßig, in die Reagenslösung einen Trägerelektrolyten, wie beispielsweise ein Nitratsalz, einzumengen, um die Herabsetzung der Wanderung von Silberionen zu der Kathode zu erleichtern, und um die Beseitigung von elektrischen Feldern in der Lösung zu fördern, welche die pH-Messung beeinflussen könnten. Die Konzentration des Trägerelektrolyten in dem fertigen verdünnten Serum liegt vorzugsweise zwischen ungefähr 0,01 und 0,5 molar und vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,5 m. Wenn auch der Trägerelektrolyt durch die Verwendung großer Säuremengen zur Verfugung gestellt werden kann, so ist es dennoch vorzuziehen, dies zu vermeiden, da, wie vorstehend erwähnt, dadurch die Genauigkeit der Bicarbonatanalyse beeinträchtigt wird. Die Säurekonzentration liegt nach der Verdünnung des Serums bevorzugt unterhalb 0,001 m, wobei der Trägerelektrolyt durch Zumengung eines neutralen Salzes zur Verfügung gestellt wird. Zur Vermeidung von Pufferungseffekten bei der Annäherung an den neutralen Endpunkt ist es vorzuziehen, Salze von Alkalimetallen (beispielsweise Na, K, Li, Rb, Cs) zu verwenden. Wird die Lösung ferner einer Flammenphotometrie unterzogen, bei welcher die Natrium- und Kaliumionenkonzentration des Serums gemessen wird, dann ist es am zweckmäßigsten, Zugaben von Salzen dieser zwei Ionen zu vermeiden. In diesem Falle werden die Lithiumsalze bevorzugt, wobei in gleicher Weise die Cäsium- sowie die Rubidiumsalze verwendet werden können. Die Salze können auch andere Anionen als Nitratanionen aufweisen, beispielsweise Perchlorationen, wobei diese ionen keine Niederschläge mit den Silberionen bilden dürfen.

Die Erfindung wird anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Die Fig. 1 ist ein Aufriß, teilweise im Querschnitt, welcher die Anordnung der Elektrolyse- und Meßelemente zeigt, die in die zu testende verdünnte Probe eingetaucht sind.

Die Fig. 2 ist ein Aufriß im Querschnitt, welcher eine andere Form der Kathode zeigt.

DieFig. 3 zeigt in schematischer Weise den Betrieb sowie die Meßvorrichtung, weiche mit den Elementen gemäß Fig. 1 verbunden ist.

Die Fig. 4—6 zeigen ein Stromfließsystem unter Verwendung ähnlicher Elemente. Die Fig. 4 erläutert ein System, in welchem ein vorverdünntes Serum verwendet wird. Die Fig. 5 zeigt ein System, in welchem eine automatische Verdünnung erfolgt, während die Fig. 6 ein System wiedergibt, in welchem der Verlust von Silber von der Anode reduziert wird.

Die Fig. 7 zeigt in schematischer Weise ein modifiziertes Stromfließsystem unter Verwendung einer Rückführanordnung.

Die Fig. 8 zeigt ein Chargensystem mit einem Flammenphotometer.

Die F i g. 9 erläutert ein automatisierteres Chargensystem mit einem Flammenphotometer.

Die Fig. 10 zeigt in schematischer Weise einen Teil der Elektrolysestromschaltungen des Systems von Fig. 6.

Die durch Fig. 1 wiedergegebene Ausführungs-

form zeigt einen Kunststoffblock 11, der verschiedene Elemente trägt, welche in die zu analysierende Lösung 12 eingetaucht werden sollen, während sich die Lösung innerhalb eines Behälters 13 befindet. Es handelt sich dabei um folgende Elemente: Eine Silberanode ■ 14, eine Kathode 16 (beide mit einer elektrischen Schaltung verbunden, welche einen konstanten Elektrolysestrom zu der Anode und der Kathode liefert), ein Paar amperometrischer Elektroden 17,18 (die mit einer elektrischen Schaltung verbunden sind, welche i" eine konstante Spannung quer zu diesen Elektroden anlegt), einen Rührer 19, eine Durchperleinrichtung 21 sowie eine pH-Elektrode 22. Bei der Silberanode, denamperometrischen Elektroden sowie dem Rührer kann es sich um Teile handeln, wie sie in einer üblichen ι > Cotlove-Chlorid-Titrationsvorrichtung verwendet werden.

Um in Konkurrenz ablaufende Elektrolyseverfahren, wie beispielsweise eine Silberabscheidung, die auf eine Diffusion von Silberionen gegen die Kathode zu- ^o rückzuführen ist, auf einem Minimum zu halten, wird die Kathode 16 sehr klein gehalten (d. h. sie besitzt nur ein Viertel der Fläche der Anode 14), wobei sich diese Kathode etwas unterhalb des Unterteils der Anode befindet. Beispielsweise kann diese exponierte - > Kathode aus einem kurzen Platindraht bestehen, der eine exponierte Metalloberfläche von weniger als ungefähr 10"² cm², beispielsweise ungefähr 3 x 10~³ cm² besitzt, wobei sich diese Kathode unterhalb des Unterteils der Silberanode 14 befinden kann. n> Diese Anode kann vertikal in einem kurzen Abstand von der Kathocie, beispielsweise in einem Abstand von ungefähr 0,1 bis einige Zentimeter, horizontal gemessen, angebracht sein. Man kann auch andere Methoden anwenden, um die Diffusion von Silberionen und s > damit die Stromabnahme infolge einer Silberabscheidung auf der Kathode auf einem Minimum zu halten, und zwar auf weniger als ungefähr 10% und vorzugsweise weniger als ungefähr 5 % des Gesamtstroms, der zwischen der Kathode und der Anode fließt. Bei- 4ii spielsweise kann man eine Kathode 26 (Fig. 2) mit einer Abschirmung 27 verwenden, die beispielsweise aus einem isolierenden Material, wie beispielsweise Kunststoff, bestehen kann. Diese Abschirmung kann in Form eines im allgemeinen zylindrischen und nicht ^J~< durchlöcherten Rohres vorliegen, das an dem Bodenteil 28 offen ist und eine andere Öffnung 29 in der Nähe des Oberteils aufweist, wobei durch diese Öffnung das an der Kathode erzeugte Gas entweicht, jo

Ein nicht-exponierter Drahtteil 31 (Fig. 1) ist in einem Glas oder in einem anderen geeigneten elektrisch isolierten Material 32 eingeschlossen. Wenn auch die Kathode 16 vorzugsweise aus Platin wegen seiner Korrosionsbeständigkeit besteht, so kommen dennoch auch andere elektrisch leitende und im wesentlichen nicht-korrosive Materialien in Frage, wie beispielsweise Nickel, Silber, Gold sowie andere Metalle der Platingruppe (beispielsweise Rhodium) oder Legierungen davon. bo

Die Silberanode 14 kann, wie üblich, einen Silberdraht mit einer exponierten Oberfläche von beispielsweise ungefähr 0,1 bis 1 cm² besitzen (und zwar je nach der Größe des Elektrolysestroms, der eingehalten wird), wobei der obere Teil an irgendeinem geeig- b5 neten elektrisch isolierenden Material befestigt ist, das gegenüber der Lösung widerstandsfähig ist. Die Anode 14 und die Kathode 16 sind vorzugsweise ziemlich nahe beieinander (beispielsweise ungefähr 0,1-V₂ cm voneinander entfernt), so daß der Elektrolysestrom nur durch einen kleinen Teil der Lösung wandert und nicht merklich die Ablesung der pH-Elektrode beeinflußt. Die Anode kann die üblichen Teile für eine Erneuerung während der Verwendung besitzen. Beispielsweise kann auf der Stütze ein Stück eines Silberdrahtes sitzen, der beträchtlich länger ist als der als Anode verwendete exponierte Teil. Dieser lange Draht kann auf eine Spule gewickelt sein, so daß ein frischer Drahtabschnitt erforderlichenfalls von der Spule abzogen werden kann.

Die amperometrischen Elektroden 17, 18 können parallel in einem Abstand von 0,1 cm verlaufende SiI-berdrähte sein, wobei jeder Draht der Lösung über eine Länge von 1,5 cm ausgesetzt ist. Die Drähte sind oberhalb ihrer exponierten Stellen in einem geeigneten elektrischen isolierenden Material 33 eingepaßt, das gegenüber der Lösung beständig ist.

Der in Fig. 1 gezeigte Rührer 19 ist ein Rotationsrührer mit einem Rührelement 34 an der Basis einer vertikal drehbaren Welle 36, die durch Reibung mit einem Antriebsrad 37 angetrieben wird, wobei sich ein mit dem Antriebsrad 37 zusammenarbeitendes Rad 38 auf der Rührerwelle befindet.

Die Durchperleinrichtung 21, die dazu dient, einen Luftstrom in die zu analysierende Lösung einzuführen, um im wesentlichen alles Kohlendixoyd zu entfernen, kann aus einem Rohrstück (beispielsweise aus Kunststoff) bestehen, das an seinem unteren Ende offen ist und mit einer unter leichtem Überdruck stehenden Luftquelle verbunden ist (beispielsweise einer Luftpumpe). Zur Erzielung sehr genauer Analysen kann die Luft von CO₂ und anderen Verunreinigungen durch entsprechende Einrichtungen befreit werden. Die ist jedoch nicht erforderlich.

Die Glaselektrode 22 kann eine »Kombinationselektrode« bekannter Konstruktion sein, wobei sie ein Verbindungsstück für eine Bezugselektrode an ihrer Unterseite besitzt. Sie kann unter einem leichten Winkel (wie gezeigt) eingesetzt sein, um nicht den Betrieb des Rührers zu stören. Wie vorstehend erwähnt, ist diese Elektrode vorzugsweise in einem Abstand von der Anode 14 und der Kathode 16 angebracht, um die Wirküü" des Elektro!^vsestromes auf die .Ablesung der pH-Elektrode zu reduzieren.

Eine Kombinationselektrode wird bevorzugt, um Raum in der Elektrolysezelle zu sparen, es kann jedoch auch an ihrer Stelle eine gewöhnliche Glaselektrode in Kombination mit einer Bezugselektrode verwendet werden.

In typischer Weise ist der Behälter 13 ein zylindrisches Glasgefäß mit einem Durchmesser von 2 cm und einer Höhe von 4 cm, das mit 0,1 ml Serum und 4 ml der Verdünnungslösung in einer Höhe von ungefähr 2,5 cm gefüllt ist.

Die Teile, welche in Kontakt mit der Lösung kommen sollen, sollen natürlich aus Materialien hergestellt werden, die bei der Kontaktierung mit der Lösung während der Analyse nicht die Zusammensetzung beeinflussen (d. h. den Chloridgehalt oder die Azidität). Es dürfen nur die vorstehend beschriebenen Elektrolysewirkungen auftreten.

Wie in der Fig. 3 schematisch gezeigt wird, wird der Elektrolysestrom der Kathode 16 und der Anode 14 durch eine konstant arbeitende Stromzuführung 39 zugeführt. Es kann sich dabei um eine Quelle üblicher Bauart handeln, wobei eine Gleichstromzufuhr

(mit beispielsweise einer Abgabespannung von 300 Volt) mit der Kathode und Anode in einer Schaltung verbunden ist, die einen großen und einstellbaren Widerstand (von beispielsweise ungefähr 50 Kiloohm) besitzt, wobei eine Reihenschaltung mit der Kathode und Anode vorgesehen ist. Diese Anordnung gewährleistet das Fließen eines konstanten Stromes unabhängig von kleinen Widerstandsänderungen in dem restlichen Teil der Elektrolyseschaltung.

Die Spannungszufuhr 41 für das amperometrische Elektrodenpaar 17,18 kann von einer üblichen Bauart sein, wie sie zur Lieferung einer konstanten Spannung verwendet wird. Sie kann in einfacher Weise aus einer üblichen 1,5-Volt-Blitzlichtbatterie bestehen, die über eine übliche Spannungsteilerschaltung verbunden ist und 0,25 Volt Gleichstrom an das amperometrische Elektrodenpaar liefert. Die Spannung kann ferner aus einer üblichen 115-Volt-Wechselstromquelle durch eine elektrische Standardschaltung geliefert werden, die aus einem Transformator, einem Gleichrichter und einem Kondensator besteht. In jedem Falle ist die Spannungszuführungseinrichtung mit den amperometrischen Elektroden durch ein Zählrelais 42 verbunden, das derart eingestellt ist, daß es dann arbeitet, wenn der durch die Lösung zwischen diesen Elektroden fließende Strom um einen vorherbestimmten Betrag (beispielsweise 10 Mikroampere) steigt. Das Zählrelais 42 ist derartig angeordnet, daß es den Stromfluß zu einem Relais 43 abschaltet, das seinerseits den Stromfluß zu einem Zeitgeber 44 abschaltet, der direkt den Chloridgehalt angibt. Diese Schaltung entspricht der Schaltung, welche in dem weiter oben erwähnten Artikel von Cotlove und Nishi beschrieben wird.

Ein Zählrelais ist bekanntlich eine Kombination aus einem Relais und einer Anzeigevorrichtung. Bewegt sich bei einer üblichen Ausführungsform die Anzeigenadel bis zu einer vorherbestimmten Position, dann schließt sie eine Schaltung, welche einen Stromfluß bewirkt, der das Relais antreibt. Der Zeitgeber kann einen Synchronmotor aufweisen, wie er in üblicher Weise in elektrischen Uhren verwendet wird. Dieser treibt einen mechanischen Digitalzähler an, der beispielsweise vier Wählscheiben besitzt, welche Multiple yen ¹Z₁₀ Sekunden registrieren.

Eine ähnliche Anordnung wird für die Schaltungen verwendet, welche die pH-Elektrode 22 sowie das entsprechende Ablesegerät, das den Bicarbonatgehalt angibt, enthalten. Ein üblicher pH-Messer 46 (beispielsweise das »Metrion IV«-Modell, das von der Coleman Instruments, Maywood, 111. hergestellt wird) kann mit der pH-Elektrode und der Abgabestelle des Meßgeräts verbunden werden, das derart modifziert ist, daß sein ganzer Ausgabestrom (der gewöhnlich einfach dazu verwendet wird, den pH-Wert auf der Vorderseite des Meßgeräts anzuzeigen) nunmehr auch durch das Zählrelais 47 geschickt wird. Dies bedeutet, daß das Meßanzeigegerät des Standard-pH-Meters in Reihe mit dem Zählrelais 47 verbunden wird, welches zuvor derart eingestellt wird, daß es dann in Betrieb gesetzt wird, wenn dieser Ausgabestrom einem pH-Wert von beispielsweise 7,4 entspricht. Dies ist der Wert, der im allgemeinen als der zweckmäßigste Endpunkt bei Titrationen zur klinischen Bestimmung des Bicarbonatauslasses angesehen wird. Das Zählrelais 47 betreibt seinerseits ein Relais 48, das einen zweiten Zeitgeber 49 steuert (in der gleichen Weise wie für das Zählrelais 42, das Re-

lais 43 und den Zeitgeber 44 angegeben). Der zweite Zeitgeber kann jedoch, wie weiter oben dargelegt wurde, in der Weise geeicht sein, daß seine numerische Ablesung mit der Zeit abnimmt. Dies liefert eine direkte Ablesemöglichkeit des Bicarbonatgehalts.

Das Relais 48 ist ferner mit den elektrischen Schaltungen der konstanten Stromzufuhr 39 und dem Rührermotor 51 verbunden, um den Elektrolysestrom und das Rühren automatisch abzustoppen, wenn der Säure/Base-Endpunkt erreicht ist und der Zeitgeber 49 gestoppt wird.

Die Luft kann in die Durchperleinrichtung 21 mittels einer mit geringer elektrischer Energie betriebenen Luftpumpe 52 eingeführt werden. Bei dieser Pumpe kann es sich beispielsweise um einen Pumpentyp handeln, wie er zum Belüften von Heimaquarien verwendet wird.

Während des Betriebs wird das Gefäß 13, welches das Serum und die Titrationslösung enthält, in eine Stellung gebracht, in welcher die verschiedenen Elektroden der Vorrichtung in die Lösung eintauchen, so wie dies aus den Fig. 1 und 3 hervorgeht. Die Durchperleinrichtung sowie der Rührer werden in Betrieb gesetzt, während die Schaltung, welche die Spannungszuführeinrichtung 41 mit den amperometrischen Elektroden verbindet, geschlossen wird. Ein kleiner Hintergrundstrom fließt daher durch die Lösung zwischen diesen Elektroden. Zum Starten der Elektrolyse wird ein Schalter 53 betätigt, welcher das Fließen des Elektrolysestroms durch die Lösung in Gang setzt und auch die Zeitgeber 44 und 49 startet. Die Elektrolyse schreitet nun fort, wobei der Endpunkt der Titration von Chlorid mit den elektrolytisch erzeugten Silberionen erreicht wird. An diesem Punkt tritt ein Silberionen-Überschuß in der Lösung auf und hat zur Folge, daß ein verstärkter Strom durch das amperometrische Elektrodenpaar sowie durch das Zählrelais 42 fließt. Der im voraus eingestellte Kontakt in dem Zählrelais 42 wird geschlossen. Dabei wird seinerseits das Relais 43 betrieben. Das Relais 43 schaltet den Zeitgeber 44 sowie die 0,25-Volt-Zuführeinrichtung für die amperometrischen Elektroden ab. Der Elektrolysestrom wird jedoch nicht unterbrochen. Vielmehr fließt er so lange, bis der pH-Meter 46 anzeigt, daS der Endpunkt der Basetiiraiion erreicht worden ist. Zu diesem Zeitpunkt schließt das Zählrelais 47, das auf den gewünschten pH-Endpunkt eingestellt worden ist, seinen Kontakt, wodurch das Relais 48 betrieben wird. Das Relais 48 stoppt den Zeitgeber 49, den Elektrolysestrom sowie den Rührermotor. Die Analyse ist nunmehr beendet. Die Zeitgeber 44 und 49, welche die Chlorid- bzw. Bicarbonatkonzentrationen angeben, können abgelesen werden. Nach der Entfernung der Analyselösung werden die Elektroden kurz gespült, worauf die Zeitgeber erneut eingestellt werden. Dann ist die Vorrichtung zur Durchführung der nächsten Analyse fertig.

Wie in der durch Cotlove und Nishi beschriebenen Schaltung weist die erfindungsgemäße verwendete Schaltung in zweckmäßiger Weise einstellbare Zeitverzögerungsrelais 54, 56 (für die Antriebe der Zeitgeber) sowie einen einstellbaren Widerstand (in der Elektrolyseschaltung) auf. Wenn das Fließen des Elektrolysestroms beginnt, werden die Zeitverzögerungsrelais in Betrieb gesetzt und starten ihrerseits nach einer Verzögerung von wenigen Sekunden die Zeitgeber. Die Zeitverzögerungsrelais sind manuell einstellbar, so daß die Verzögerungszeit im voraus

eingestellt werden kann, und zwar je nach den Ergebnissen von Verruchen, um den Blindwert (Verzögerungszeit) bei der Titration sowie bei der Endpunktbestimmung zu kompensieren. Der Widerstand in der Elektrolyseschaltung ist einstellbar, so daß der Elektrolysestrom auf einen solchen Grad eingestellt werden kann, daß die Zahlen auf dem Zeitgeber eine direkte Ablesung der Anzahl der Äquivalente an HCO₃" und Cl" bei allen zukünftigen Analysen ermöglichen, bei deren Durchführung die gleiche Verdünnungslösung und die gleichen Mengen an Serum und Verdünnungslösung eingesetzt werden. Ein einfacheres Modell kann natürlich manuell betrieben werden, und zwar ohne die Zeitverzögerungsrelais.

Die an den Zeitgebern 44, 49 abgelesenen Werte können auf verschiedene Weise in die Konzentration umgewandelt werden. Wie bei jeder anderen Analyse können die Ablesungen anhand von Eichkurven in die Konzentration umgerechnet werden. Gemäß einer bevorzugten Form werden die Zähler direkt auf MiI-liäquivalente geeicht, so wie dies von Cotlove und Nishi nur für die Chloridtitrationsvorrichtung beschrieben wird. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung (Zugabe von Ag und H ⁺ ) startet der Zähler 44 (für Chlorid) bei 85 mÄq (wenn man eine Verdünnungslösung verwendet, die 8,5 X 10~⁵ Mol Silberionen pro ml Serum liefert) und zählt, während der Zähler 49 (für Bicarbonat) bei 75 mÄq startet (wenn man eine Verdünnungslösung verwendet, die 7,5 X 10~⁵ Mol Wasserstoffionen pro ml Serum liefert), wobei eine gegen Null laufende Zählung (count down) erfolgt. Die Eichung dieser Direktablesevorrichtung umfaßt die Einstellung der Zeitverzögerungsrelais sowie des Elektrolysestroms auf der Basis von Eichversuchen, wobei zwei Serumproben mit bekannten (hohen und niedrigen) HCO₃"- und Cr-Gehalten verwendet werden. Ist die Beziehung von Anode und Kathode derart, daß die Nebenreaktionen in einem merklichen Ausmaß stattfinden (beispielsweise die vorstehend diskutierte Reaktion zur Bildung von Silber an der Kathode), wobei die Stromausbeute vermindert wird, dann kann das Instrument in einfacher Weise eingestellt werden, um eine genaue direkte Ablesung zu ergeben, und zwar beispielsweise durch eine getrennte Einstellung der Geschwindigkeit, mit welcher der Zeitgeber 44 angetrieben wird. Wird beispielsweise die Stromausbeute zur Erzeugung von Hydroxylionen bei der Eichung zu 90% ermittelt, dann sollte der Antriebsmechanismus für den Zeitgeber 49 in der Weise reguliert werden, daß die Geschwindigkeit des Zeitgebers 49 90% der Geschwindigkeit des Zeitgebers 44 beträgt. Wird ein elektronisches Direktablesesystem verwendet, dann kann die gleiche Wirkung durch übliche Einstellung des Verstärkungsfaktors der Schaltung erzielt werden.

Wie vorstehend erwähnt, können die Zeitgeber üblicher Bauart sein, wobei Synchronmotoren verwendet werden. Andere Typen von Vorrichtungen zur Messung der Elektrizitätsmenge können verwendet werden. Eine bekannte Zeitgebervorrichtung liefert Ablesungen, die auf die Spannung zurückzuführen sind. In dieser Vorrichtung wird ein Potentiometer verwendet, das mit einer konstanten Geschwindigkeit angetrieben wird, so daß die Ausgabespannung linear mit der Zeit ansteigt. Elektronische Einrichtungen, wie beispielsweise solche, die geeignete Addierschaltungen oder umkehrende Koeffizientenschaltungen aufweisen, können verwendet werden.

Das folgende Beispiel erläutert die Erfindung.

Beispiel

Bei der Durchführung dieses Beispiels wird die Elektrodenanordnung gemäß der Fig. 1 und 2 verwendet.

0,1 ml eines menschlichen Blutserums (in diesem Falle die überstehende Flüssigkeit, die nach einem natürlichen Gerinnen von abgezogenem Blut erhalten wird) werden in einen zylindrischen Glasprobebecher mit einem Durchmesser von ungefähr 1,7 cm und einer Höhe von 4 cm pipettiert, worauf 4,0 ml einer wäßrigen (chloridfreien) Lösung zugesetzt werden,

i"' die eine Konzentration von 2,125 mMol AgNO₃, 1,875 mMol HNO₃ und 0,1 Mol KNO₃ besitzt. Vor der Zugabe der Flüssigkeiten wird das Innere des Bechers mit einem Silikon (Dow Corning Antifoam A) besprüht, um ein Schäumen während des anschließen-

-'<> den Durchperlens von Luft durch die Flüssigkeit zu verhindern.

Dann wird die in Fig. 1 gezeigte Anordnung in den Becher eingesetzt. Die Glaselektrode ist eine im Handel erhältliche »Kombinationselektrode« mit einem

-'"> Durchmesser von 0,75 cm. Die zwei vertikalen parallelen Silberdrähte, die als amperometrische Endpunktdetektoren verwendet werden, bes'tzen jeweils einen Durchmesser von 0,1 cm und befinden sich in einem Abstand von 0,25 cm voneinander. Sie werden

3d jeweils der Einwirkung der Lösung auf eine Länge von ungefähr 1,5 cm ausgesetzt. Die vertikale Silberanode besitzt ebenfalls einen Durchmesser von 0,1 cm und wird mit der Lösung auf eine Länge von 0,8 cm in Kontakt gebracht. Die Kathode ist ein Platindraht

r. mit einem Durchmesser von 0,033 cm mit einer expo nierten Länge von nur 0,1 cm. Sie befindet sich 0,2 cm unterhalb des Bodenteils der Anode in einer gewissen Entfernung von dieser, und zwar horizontal gemessen in einer Entfernung von 0,3 cm. Die Glaselektrode

-tu wird vor der Verwendung durch Einsetzen in eine im Handel erhältliche Pufferlösung mit einem bekannten pH von 7,41 (ein pH von ungefähr 7,4 ist ein erwünschter Endpunkt bei Bicarbonat-Titrationen) geeicht. Die Ansprechzeit der Glaselektrode wird eben-

■r> falls bestimmt, wobei man feststem, daß die Verzögerung des Ansprechens derartig ist, daß (wenn man einen konstanten Elektrolysestrom von 6,2 mA verwendet), falls der pH, wie er durch die Glaselektrode angegeben wird, auf 7,15 steigt, der tatsächliche

vi pH 7,4 beträgt. Der übliche einstellbare Kontakt des Zählrelais 47 wird derartig eingestellt, daß das Zählrelais auf eine Spannung anspricht, die derjenigen der Glaselektrode entspricht, wenn sie sich in einer Lösung mit einem nicht verändernden pH von 7,15 befindet.

Das Durchperlen wird gestartet, worauf die Elektrolyse der Lösung bei einem konstanten Strom von 6,2 mA zwischen der Anode und der Kathode durchgeführt wird. Dabei wird der Rührer mit einer Gewi schwindigkeit von ungefähr 300 Upm gedreht. Eine Gleichstromspannung von 0,25 V wird quer zu den amperometrischen Elektroden aufrechterhalten.

Bei der Verwendung bekannte! Mengen von Chlorid und Bicarbonat in dem Serum stellt man fest, daß

b5 die Vorrichtung linear sowohl auf die Chlorid- als auch auf die Bicarbonationen anspricht, und zwar mit einer Genauigkeit von mehr als 1%.

Bei der Durchführung des vorstehenden Beispiels

dient das zugesetzte KNO₃ als Trägerelektrolyt, wie vorstehend erläutert worden ist.

Wird dieses Beispiel wiederholt, wobei 10 mg Gelatine der verdünnten Probe zugesetzt werden (die Gelatine wird als frisch hergestellte Gelatinelösung zugesetzt), dann bleiben die Ergebnisse unverändert.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann so angepaßt werden, daß es in einer automatisch arbeitenden Analysiervorrichtung mit kontinuierlicher Strömung verwendet werden kann. Bei den in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsformen wird das Gemisch aus Serum und Verdünnungsmittel in einen Strom gepumpt, dessen Weg das Gemisch in Kontakt mit einer Kathode 61 und einer Silberanode 62 bringt, so daß der Elektrolysestrom durch das Gemisch zwischen der Kathode und der Anode hindurchgeht. Der Strom aus elektrolysiertem Gemisch berührt weiterhin Endpunktdetektoren, die ein amperometrisches Paar von Elektrode 63 und eine pH-Elektrode 64 sind. Während der Strömung des Flusses wird die Gesamtmenge an Elektrizität pro Einheitsvolumen (Coulomb/cm³) Gemisch variiert und die beiden Werte, die den Endpunkten entsprechen, werden bestimmt.

In Fig. 4 (die die einfachste der drei in den Fig. 4 bis 6 dargestellten Ausführungsformen ist) wird das vorverdünnte Serum an der Stelle A auf einen üblichen Drehtisch 66 gegeben, der die Behälter 67, die die Proben enthalten (wobei die Behälter häufig als »Probenbecher« bezeichnet werden), stufenweise von Stellung zu Stellung in vorbestimmter, konstanter Geschwindigkeit in einer Richtung vorbewegt, wobei der Drehtisch durch irgendeine geeignete, taktmäßig bzw. zeitlich regulierte Antriebsvorrichtung angetrieben wird. Das vorverdünnte Serum wird dem Einfluß einer Durchperleinrichtung 68 ausgesetzt, und dann wird es durch ein Probenansaugrohr 69 üblicher Bauart entnommen. Ein Strom der Probe wird dann durch eine geeignete Pumpe 71 mit konstanter Geschwindigkeit durch ein Rohr 72 längs der Kathode 61, der Anode 62 zu den Endpunktdetektoren 63 und 64 geleitet.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform werden die Verdünnung des Serums und das Spülen mit Luft durchgeführt, nachdem das Serum von dem Ansaugrohr 69 aus seinem Behälter 67 auf dem Drehtisch 66 angesaugt wurde, wobei die Verdünnung erfolgt, indem man das Serum und die Verdünnungsmittel in \ orbestimmten Raten durch die flexiblen Rohre 73,74 und 76 leitet, die gleichzeitig unter dem Einfluß einer peristaltischen Pumpe 71 stehen. Das Säure enthaltende Rohr 74 und das Serumrohr 73 treffen zusammen (bei 77), so daß CO₂ im Rohr 78 gebildet wird. Luft wird in einer kontrollierten Rate (durch den Einfluß der Pumpe 71 auf das Luftrohr 79) in das Gemisch mit der verdünnten Probe eingeleitet. Der Luft enthaltende Strom wird in die Spule 81 geleitet. Nach dem Durchgang durch die Spule strömt das Gemisch über einen Dampfauslaß 82 üblicher Bauart für das Entweichen von Luft und CO₂. Stromabwärts des Dampfauslasses 82 tritt das Rohr 78 mit dem SiI-bernitratlösungsrohr 76 zusammen, und das entstehende Gemisch fließt durch das Rohr 83 längs der Kathode 61, der Anode 62 und der Endpunktdetektoren 63 und 64.

Bei den in Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsformen findet (wie in den Fig. 1 und 3) eine anodische Auflösung der Silberanode statt. In Fig. 6 wird eine Ausführungsform erläutert, bei der dies verhindert wird, indem ein System verwendet wird, bei dem die Endzugabe der Silberionen in einer Menge, die ausreicht, den Endpunkt zu ergeben, durch die Zugabe eines Verdünnungsstroms erfolgt, dessen Silberio-■"' nengehalt auf kontrollierte Weise variiert wird. Diese Ausführungsform unterscheidet sich natürlich von der in Fig. 5 dargestellten, bei der der Verdünnungsstrom eine konstante, aber ungenügende Menge an Silberionen zuführt und bei der der letzte Teil an Silberionen

ι« durch die Elektrolyse verfügbar wird. In Fig. 6 sind der Silberionengehalt der Silberverdünnungslösung und die Rate, mit der die Lösung durch das Vorratsrohr 86 gepumpt wird, so, daß mehr als genug Silberionen zugeführt werden, um alles Chlorid in dem Strom der mit Säure verdünnten Probe im Rohr 87 zu binden. Jedoch wird ein variierender Anteil an Silberionen aus der Silberverdünnungslösung durch Elektrolyse entfernt, bevor diese Verdünnungslösung mit dem Strom aus der Probe vermischt wird. Insbe-

λ» sondere kommt die Silberverdünnungslösung im Rohr 86 in Kontakt mit der Kathode 88, wo das Silber durch Elektrolyse abgeschieden wird. Zur Vermeidung einer Verunreinigung der Verdünnungslösung durch die Anodenprodukte Jer Elektrolyse ist die Anode 89 in

2) Kontakt mit einem kleinen Nebenstrom aus Silberverdünnungslösung (im Rohr 91) angebracht, der zum Abfall geleitet wird. Der Hauptstrom an Silberverdünnungslösung (mit niedrigerem Silbergehalt) geht durch das Rohr 92 und trifft den Strom der Probe

«ι vom Rohr 87, nachdem die angesäuerte Probe über eine andere Kathode 93 geleitet wurde (wo Hydroxylionen durch einen Elektrolysestrom zwischen ihr und der gleichen Anode 89 gebildet werden). Das entstehende Gemisch geht als Strom durch ein Rohr 94 längs

r> der Endpunkte der Detektoren 63 und 64. Die Analyse erfolgt aufeinanderfolgend bzw. periodisch, z. B. kann ein Elektrolysestrom, der sich linear im Verlauf der Zeit erhöht, durch die Schaltung der Anode 89 und der Kathode 88 geleitet werden, bis der Chlorid-

4(i endpunkt erreicht ist, und dann wird ein Elektrolysestrom, der ebenfalls linear im Verlauf der Zeit erhöhl wird, durch die Schaltung der Anode 89 und der Kathode 93 geleitet, bis der Säure-Basen-Endpunkt erreicht ist. Zu diesem Zweck kann die in Fig. lOdarge-

·)> stellte Schaltung verwendet werden. Hier erfolgt die Erhöhung im Strom in jedem Fall durch Antreiben des bewegbaren Kontakts eines Rheostats 96 in Reihe mit einem großen Widerstand 97. Ein Schalter 98 dient zum Schließen des Kreises der Kathode 88 und

ίο dann zum öffnen des Kreises und Schließen des Kreises der Kathode 93.

Wenn beiden in den Fig. 4 bis 6 dargestellten Ausführungsformen ein Strömungsverfahren verwendet wird, so kann der Elektrolysestrom variiert werden

->> wie durch eine geeignete Feedbackkreisschaltung, wie sie in Fig. 7 dargestellt ist, so daß man für jeden Endpunkt einen stationären Zustand erhält. Hier, wie ir den Fig. 4 bis 6, fließt die Lösung durch ein Rohi 121 an einem Paar amperometrischer Elektroden 122

w) 123 (für den Nachweis des Chloridendpunkts) und einer Glaselektrode 124 und einer Bezugselektrode 12( vorbei (wobei die beiden letzteren für den Nachwei: des Säure/Base-Endpunkts dienen). Ein Differential· endpunktverstärker 127 vergleicht die Eingangsspan-

tv-, nung von jedem dieser Nachweissysteme mit einei vorgeeichten Standardeingangsspannung und ander in jedem Fall den Elektrolysestrom, bis die Eingangs spannung von dem Nachweissystem gleich wie die de«

Standards ist.

Insbesondere sind in Fig. 7 die amperometrische Elektrode 122, 123 in Reihenschaltung vorgesehen, die eine stationäre Spannungser.ergiequelle 128 umfaßt, deren Terminal mit Masse verbunden ist, und einen Widerstand 129, so daß die Spannung (gegenüber der Masse) bei dem Punkt 131 ein Maß für den amperometrischen Strom ist. Die Standardspannung (gegenüber der Masse), die zum Vergleich verwendet wird, wird an dem Punkt 132 einer Bezugsschaltung mit einer stationären Spannungsenergiequeüe 133, einem Rheostaten 134 und einer Verbindung gegenüber Masse entnommen. Ein Doppelpolschalter 136 mit doppeltem Ausschlag dient zur Verbindung dieser beiden Spannungszufuhren gleichzeitig mit dem Betriebsverstärker 127. Die Ausgangsspannung des Betriebsverstärkers betätigt den bewegbaren Kontakt

137 eines großen Rheostaten 138 (durch den der Elektrolysestrom hindurchgeht), einen geeigneten, reversiblen Motor, wie einen Gleichstrommotor 139, der für diesen Zweck vorgesehen ist. Der Betriebsverstärker üblicher Bauart wird so angeordnet, daß der Elektrolysestrom in einer Richtung variiert wird zur Verringerung des Unterschieds der beiden Eingänge in den Verstärker, bis ein konstanter Zustand erreicht wird, bei dem die amperometrische Spannungszufuhr gleich der Bezugsspannungszufuhr ist. Wenn dieser konstante Zustand erreicht wird, ist der konstante Ablesewert an dem Galvanometer 141 bei dem Gleichstromelektrolysekreis ein Maß für die Chloridkonzentration. Wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen, umfaßt der Elektrolysekreis eine Kathode 142, eine Anode 143 und eine konstante Spannungsenergiezufuhr 144.

Für die Bestimmung des Säure/Base-Endpunkts werden der gleiche Betriebsverstärker 127, Rheostat

138 und Galvanometer 141 verwindet. Der Schalter 136 wird jedoch so bewegt, daß die Zufuhrterminale des Betriebsverstärkers mit (a) der Spannung (gegenüber Masse) eines pH-Meters 146 in Reihe mit den Glaselektroden 124 und der Bezugselektrode 126 und (b) einer geeigneten, vorbestimmten Standardspannung (gegenüber Masse) aus der einstellbaren Schaltung 147 versorgt werden. Der konstante Ablesewert des Galvanometers 141 ist dann ein Maß für die Bicarbonatkonzentration.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in Verbindung mit einer Analyse siuf Natrium und Kalium durch Flammenphotometrie durchgeführt werden. Sowohl vor als auch nach dem Erreichen des Chloridendpunkts sowie des pH-Endpunkts befindet sich die Lösung auf einer Verdünnung, die sich für eine Flammenphotometrie eignet, so daß sie auf irgendeine geeignete Weise einem üblichen Flammenphotometer zugeführt werden kann. Um die Flamme intern zu standardisieren, ist es am zweckmäßigsten, ein Lithiumsalz zusammen mit der für die Verdünnung des Serums verwendeten Säure und dem Silbersalz zuzusetzen. Eine typische wäßrige Verdünnungslösung, wobei 5 ml dieser Lösung zur Verdünnung von 0,1 ml Serum verwendet werden, weist folgende Konzentration an gelösten Bestandteilen auf:

75 mMol LiNO₃, 1,5 mMol HNO₃ und 1,7 mMol AgNO₃. Ein geeignetes Benetzungsmittel, beispielsweise das nicht-ionische polyäthoxylierte Material, das als »Sterox« bekannt ist und durch Umsetzung von Äthylenoxyd mit einem höheren Fettalkohol hergestellt wird, kann in der Verdünnungslösung zugege-

ben sein, und Zivar in einer Konzentration von 0,02 Gewichts-%, um eine feinere Verteilung der Lösung in dem Zerstäuber des Flammenphotometers zu begünstigen. Gelatine kann ebenfalls zugesetzt werden. In der vorstehend beschriebenen Lösung, die 75 mMol LiNO₃ enthält, dient das Lithiumsalz sowohl als innerer Standard für die Flammenphotometrie als auch als Trägerelektrolyt für die Elektrolyse. Mann kann auch wesentlich kleinere Lithiummengen verwenden (beispielsweise in einer Konzentration von 10 mMol), wobei ferner andere Materialien als Trägerelektrolyten in Frage kommen (beispielsweise ionisierende nicht-puffernde organische Verbindungen). Andere Ionen, beispielsweise Rubidium- oder Cäsium-Ionen, können ebenfalls als innere Standards für die Flammenphotometrie verwendet werden. Entspricht das Flammenphotometer einem Typ, der keiner inneren Standardisierung bedarf (d. h. eines Vergleichs der Lichtemissionen für Natrium und Kalium mit der Lichtemission einer Standardmenge eines anderen Elements), dann braucht man natürlich das Lithiumsalz für diesen Zweck nicht zuzusetzen. Wird das Lithiumsalz zugesetzt, um sowohl als innerer Standard als auch als Trägerelektrolyt zu dienen, dann wird seine Konzentration vorzugsweise zwischen ungefähr 20 mMol und 500 mMol und in ganz bevorzugter Weise zwischen ungefähr 20 und 200 mMol gehalten.

Typische Flammenphotometer, die verwendet werden können, werden in den Büchern »Clinical Chemistry« von J. S. A η ni no, veröffentlicht 1956 von Litte Brown and Co., Seiten 93-108 sowie »Flame Photometry« von J. A. Dean, McGraw-Hill, 1960 beschrieben. Ein Absorptions-Flammenphotometer kann ebenfalls verwendet werden. Wahlweise kann ein System zur Messung der Na- und K-Konzentrctionen verwendet werden, in dem ionenspezifische Glaselektroden eines bekannten Typs enthalten sind.

Eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung der Flammenphotometrie wird schematisch durch die Fig. 8 wiedergegeben. Der Stützblock 11 trägt dabei nicht nur die in Fig. 1 gezeigten Elemente, sondern auch ein Saugrohr 151 des üblichen Typs, um einen Teil der Lösung in den Flammenphotometer 152 einzusaugen. Das Saugrohr 151 kann durch einen Schalter in Betrieb gesetzt werden, der beispielsweise durch das Relais 48 gemäß Fig. 2 in Gang gesetzt wird, so daß die Entfernung von Flüssigkeit durch das Saugrohr nach Beendigung der Chlorid- und Bicarbonatanalysen beginnt. Der Schalter kann natürlich manuell betätigt werden.

Die vorstehend beschriebene Analyse auf vier Elektrolyten (auf Cl", HCO₃~, Na⁺ und K⁺) kann auch unter Verwendung eines Drehtisches durchgeführt werden (vergleiche die Fig. 9). Der Drehtisch kann dem gleichen Typ entsprechen, wie er durch Fig. 3 wiedergegeben wird. Bei aufeinanderfolgenden Positionen werden automatisch in jeden Probebecher 66 folgende Elemente abgesenkt: (a) Eine Durchperleinrichtung 68, (b) eine Elektrodenanordnung 156 der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Bauart und (c) eine Ansaugeinrichtung 157 zur Entfernung eines Teils der Lösung zur Zufuhr zu einem Flammenphotometer 158. Auf diese Weise wird jede Probe zuerst mit Gas durchperlt, um Kohlendioxyd auszutreiben, worauf der Drehtisch um eine Stufe gedreht wird, um die elektrolytische Analyse auf Cl" und HCO,"

durchzuführen. Schließlich wird nach der nächsten Drehung die Flammenphotometrie durchgeführt. Man kann einen bekannten üblichen Mechanismus zur Absenkung der Elemente 68,156 und 157 in jeden Probebecher verwenden, wenn jeder Becher eine Position unterhalb eines derartigen Elements erreicht hat. Das gleiche gilt für das Anheben der Elemente vor der nächsten Drehung des Drehtisches. Wahlweise können diese Elemente stationär sein, wobei es sich bei dem Drehtisch um einen Typ handeln kann, der nach jeder Vorwärtsstufe sich automatisch hebt und damit die Inhalte der Probebecher in Kontaki mit den Elementen bringt, worauf er sich anschließend auto-

matisch absenkt, um die Becher von diesen Elementen zu befreien, bevor die nächste stufenweise Drehung des Drehtisches erfolgt.
Die in den Fig. 4—6 gezeigten Ausführungsformen sind leicht auf eine Flammenphotometrie anwendbar. Ein Flammenphotometer 161 (vergleiche die Fig. 4 und S) kann derart angeordnet sein, daß sein Einlaß die elektrolysierte Mischung nach ihrem Durchschikken durch die Endpunktdetektoren (vergleiche die

ίο Fig. 4) oder einen kleinen Nebenstrom der Mischung vorder Elektrolyse (vergleiche Fig. 5) aufnimmt. Die Aufnahme kann auch an jeder beliebigen anderen Stelle in dem System erfolgen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur gleichzeitigen Bestimmung des im Blutserum vorliegenden Chlorids und Bicarbonate durch Titrieren einer Serumprobe in einer Elektrolysezelle mit einer Silberanode und einer inerten Kathode, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

(1) Vermischen einer Probe des Serums mit einer vorbestimmten überschüssigen Menge einer Säure und Entfernen des freigesetzten Kohlendioxids aus der Mischung;

(2) Titrieren der Probe mit Silberionen und Hydroxylionen, welche in einer Elektrolysezelle mit. einer Silberanode und einer inerten Kathode erzeugt werden;

(3) Bestimmen des Silber/Chlorid-Äquivalenzpunktes mittels einer amperometrischen Einrichtung und des Wasserstoff/Hydroxyl-Äquivalenzpunktes mit einer pH-Wert-Meßeinrichtung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe durch die Zugabe einer vorherbestimmten Menge einer wäßrigen Silbersalzlösung in einer solchen Menge, die nicht dazu ausreicht, das ganze Chlorid in der Probe auszufällen, verdünnt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorherbestimmte Menge der Silbersalzlösung, die zugesetzt wird, 5 X 10~⁵ bis 1 X 10"⁴ Mol Silberionen/ml Serum in der Mischung liefert.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorherbestimmte Menge der zugesetzten Säure 2 x 10~⁵ bis 1 X 10"⁴ Mol Wasserstoffionen/ml Serum in der Mischung liefert.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß der Silber/Chlorid-Äquivalenzpunkt nicht später als der Wasserstoffionen/Hydroxyl-Äquivalenzpunkt erreicht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung in einer Fließzelle titriert wird, in der die von Kohlendioxid befreite, saure Mischung zuerst mit der Silberanode und der inerten Kathode in Berührung kommt, anschließend mit den amperometrischen Detektoren sowie den pH-Detektoren in Berührung kommt, wobei die Analyse in der Weise durchgeführt wird, daß der Strom auf einen Wert eingestellt wird, bei welchem jeder Detektor seinen entsprechenden Äquivalenzpunkt bzw. Endpunkt anzeigt.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine elektrolytische Titrationszelle mit einer Silberanode und einer inerten Kathode, eine Einrichtung zum Entfernen von Kohlendioxid aus der Probenflüssigkeit, eine Einrichtung zur amperometrischen Bestimmung des Silber/ Chlorid-Äquivalenzpunktes und eine pH-Meßeinrichtung.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Messung der Strommenge vorgesehen ist, die mit einer subtraktiv arbeitenden Zähleinrichtung verbunden ist, weiche Ablesungen liefert, die in einer direkten Beziehung zu dem Bicarbonatgehalt des Serums stehen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, mit deren Hilfe die Probe in Kontakt mit der Anode und der Kathode gebracht werden kann, worauf eine Kontaktierung mit der Detektoreinrichtung möglich ist, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, mit deren Hilfe der Stromfluß zur Schaffung eines Hinweises auf den Äquivalenzpunkt variiert werden kann.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Silberanode und eine inerte Kathode und eine amperometrische Einrichtung zur Bestimmung des Silber/Chlorid-Äquivalenzpunktes vorgesehen ist, wobei außerdem eine Zähleinrichtung vorhanden ist, weiche Ablesungen liefert, die in einer direkten Beziehung zu dem Chloridgehalt der Probe stehen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine automatische Einrichtung vorgesehen ist, welche die Zähleinrichtung an dem Äquivalenzpunkt abstoppt.