DE2147718A1 - Kohlendioxid-warngeraet - Google Patents

Description

Kohlendioxid-Warngerät
(Zusatz zur Patentanmeldung Nr. P 16 48989.7-52)

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Überwachung der Kohlendioxid-Konzentration in dem einem Patienten zur Inhalationsnarkose zuzuführenden Gasgemisch, bei dem in dem das Narkosegasgemisch führenden Rohr eine mit entionisiertem Wasser gefüllte Zelle von sehr geringem Volumen angeordnet ist, die zwei mit einem elektrischen Meßinstrument verbundene Elektroden enthält und zumindest eine Membran aus einem semipermeablen Material aufweist, die auf ihrer einen Seite mit dem Narkosegasgemisch und auf ihrer anderen Seite mit dem entionisierten Wasser in Berührung steht, nach der älteren, eigenen Patentanmeldung Nr. P 16 48989.7-52.

Gemäß diesem eigenen, älteren Vorschlag wird die Meßzelle von zwei Schläuchen in der Wandung des Rohres gehaltert, das den Ausgang eines Absorbers mit einer Füllung aus Natronkalk bildet und das aus dem Absorber austretende Narkosegasgemisch zur Atemmaske des Patienten leitet. Die wesentliche Funktion der Zellenmembran besteht darin, daß sie nur das Gasgemisch aus dem Rohr zu dem sehr geringen Volumen Wasser hindurchgehen läßt, während auf ihrer einen Seite eventuell den Absorber verlassende Wassertröpfchen, in denen Reste des Natronkalkes gelöst seinkönnen, innerhalb des Rohres und auf ihrer anderen Seite das entionisierte Wasser innerhalb des Zellenraumes zurückgehalten werden. Sobald das an die Elektroden angeschlossene, elektrische Meßinstrument anzeigt, daß das entionisierte Wasser einen gewissen Anteil Kohlendioxid aus dem Narkosegasgemisch des Rohres aufgenommen hat, muß der Zelleninhalt, also die kleine Wassermenge, in der das gemessene Kohlendioxid gelöst ist, an der also die Messung vorgenommen wurde, durch eine neue kleine Menge entionisierten Wassers ersetzt werden, damit wieder eine kleinere Kohlendioxid-Konzentration als die zuvor gemessene am Meßinstrument wahrgenommen werden kann. Zu diesem Zweck ist an dem einen aus der Rohrwandung austretenden Schlauch eine Pumpe und an dem anderen Schlauch ein Behälter mit einem Ionenaustauscher

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angeschlossen. Vorder Pumpe wird die kleine, mit dem Kohlendioxid angereicherte Wassermenge zum Behälter mit dem Ionenaustauscher befördert, aus dem anschließend entionisiertes Wasser wieder entnommen und zur Zelle zurückbefördert wird, damit sie erneut Kohlendioxid aus dem im Rohr strömenden Narkosegasgemisch durch die Membran hindurch aufnehmen und am elektrischen Meßinstrument zur Anzeige bringen kann.

Um die Anzeige der Kohlendioxid-Konzentration in einem Gasgemisch durch einen Pumpvorgang nicht unterbrechen zu müssen, ist aus der britischen Patentschrift Nr. 1.434.403 bekannt, einen geschlossenen Wasserkreislauf vorzusehen, in dem einerseits die Meßzelle und andrerseits der Behälter mit dem Ionenaustauscher angeordnet ist. Das Gasgemisch, das das zu messende Kohlendioxid enthält, wird am unteren Ende einer Röhre in das den Ionenaustauscher verlassende, entionisierte Wasser hineingedrückt und steigt in Bläschen unter der Mitwirkung der Schwerkraft innerhalb der Röhre auf, bis es am oberen Ende der Röhre in die Meßzelle eintritt. Infolge dieser Aufwärtsbewegung der Gasblasen wird das Wasser im Kreislauf durch den Ionenaustauscher und die Meßzelle getrieben, wobei das Wasser innerhalb der Zelle ständig erneuert wird und das angeschlossene, elektrische Meßinstrument jeden Augenblickswert der Kohlendioxid-Konzentration anzuzeigen in der Lage ist.

Das einem Patienten zwecks Inhalationsnarkose zuzuführende Gasgemisch kann jedoch nicht zum Antrieb einer Wassermenge ausgenutzt werden, da vom Patienten letzten Endes derjenige Druck z. B. gegen die Wassersäule in der Röhre aufgebracht werden müßte, der das Wasser durch den Kreislauf mit dem Ionenaustauscher hindurchtreibt. Eine solche Druckbelastung kann einem Patienten beim Atmen nicht zugemutet werden. Außerdem treten bei der bekannten Anordnung Schwierigkeiten auf, das Narkosegasgemisch, das den mit Natronkalk gefüllten Absorber verläßt, von geringfügigen Verunreinigungen, nämlich von Wassertröpfchen freizuhalten, in denen geringe Mengen Alkali gelöst sein können, die in Abwesenheit der trennenden Membran zusätzlich zur Konzentration des Kohlendioxids in der Zelle gemessen werden und dabei die Messung des Kohlendioxidgehaltes vereiteln würden.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei dem Gerät gemäß dem eigenen, älteren Vorschlag aus der kleinen Wassermenge die Ionen ständig mit Hilfe eines Ionenaustauschers herauszuziehen, damit es jederzeit den Augenblickswert der Kohlendioxid-Konzentration im Narkosegasgemisch anzuzeigen in der Lage ist.

Biese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an der der Membran gegenüberliegenden Seite der Zelle die Masse eines Ionenaustauschharzes und zwischen der Membran und der Oberfläche des Ionenaustauschharzes, von diesem isoliert, die eine Elektrode angeordnet ist.

Da normalerweise die zur Anwendung kommenden Ionenaustauschharze elektrische Leiter sind, kann die andere Elektrode gemäß der Erfindung von der Masse des Ionenaustauschharzes selbst gebildet sein.

Da die zur Anwendung kommenden Ionenaustauschharze vorzugsweise aus zahlreichen Körnchen bestehen, kann die Masse des Ionenaustauschharzes durch ein Kunststoffgewebe, dessen Maschenweite die Körnchengröße unterschreitet, auf einen Abschnitt des Zelleninnenraumes beschränkt sein.

In dem Falle, daß die zur Anwendung kommenden Ionenaustauschharze nicht zur Stromleitung benutzt werden sollen oder können, kann zwischen der ersten Elektrode und der Masse des Ionenaustauschharzes eine weitere Elektrode angeordnet sein.

Bei der Anordnung der Zellenbestandteile gemäß der Erfindung wird die zwischen den beiden Elektroden vorhandene Meßstrecke ständig von einem Kohlendioxidstrom durchlaufen, dessen Konzentration in Übereinstimmung mit der Konzentration des Kohlendioxids im Narkosegasgemisch schwankt; dieser Strom geht von dem Narkosegasgemisch am Ausgang des Absorbers aus, durchsetzt die Membran der Meßzelle und die Meßstrecke zwischen den Elektroden und verschwindet innerhalb des Ionenaustauschharzes.

'Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt · und werden im folgenden näher erläutert. Die Figuren geben die wichtigsten Einzelheiten der Erfindung wieder. Es stellen dar:

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Figur 1 eine Ausführungsforra der Meßzelle, in der die Masse des Ionenaustauschharzes die zweite Elektrode enthält, und

Figur 2 eine weitere Ausführungsform, bei der zwei gesonderte, metallische Elektroden vorgesehen sind.

In Figur 1 ist die Meßzelle teilweise im Schnitt wiedergegeben, an der ein (schematisch) dargestellter, elektrischer Meßkreis angeschlossen ist. Dieser enthält eine Wechselstromquelle 2 von 24 V, ein Anzeigeinstrument 4 und zwei Klemmen 6, mit denen die beiden Adern eines Kabels 8 in Verbindung stehen. Das andere Ende der Adern ist an je einer siebartigen, metallischen Elektrode 10 bzw. 12 angeschlossen.

In einem Rohr 14 verläßt das dem Patienten zur Inhalationsnarkose zuzuführende Gasgemisch einen mit Natronkalk gefüllten Absorber (nicht gezeigt) und strömt in Richtung eines Pfeils N zur Gesichtsmaske des Patienten. In der Wandung des Rohres 14 ist ein Flansch 16 ausgebildet, in den mit Hilfe eines Dichtungsringes 18, durch den das Kabel 8 hindurchgeführt ist, die Meßzelle eingesetzt ist.

Die Meßzelle ist von einem Kunststoffrohr 20 gebildet, dessen eines Ende von einem Stopfen 22 abgeschlossen ist. Am anderen Ende ist der Rand des Kunststoffrohres 20 von einem Wulst 24 aus Kitt umgeben, der zugleich die siebartige Elektrode 10 im offenen Ende des Kunststoffrohres 20 festhält. Auf den ringförmigen Wulst 24 ist eine Membran 26 aus einer Folie von Silikonkautschuk, Polyäthylen, einem Mischpolymerisat aus Tetrafluoräthylen und Hexafluorpropylen oder Polyfluoräthylen aufgezogen, die sich unter ihrer Eigenspannung auf dem Wulst 24 festhält oder von einem Gummiring (nicht gezeigt) festgehalten wird.

Der zylindrische Innenraum des Kunststoffrohres 20 ist von einem Nylongewebe 28 von 0,1 bis 0,2 mm Maschenweite in zwei Abschnitte zerteilt, von denen der eine mit einem Ionenaustauschharz 30 von körniger Beschaffenheit gefüllt ist. Die Körner haben vorzugsweise einen Durchmesser von 0,3 bis 0,6 mm und gehen daher durch die siebartige Elektrode 12 hindurch, während sie vom Nylongewebe 28 zurückgehalten werden. Als Ionenaustauschharz 30 kann ein Anionen/Kationen-Mischbett-

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- 5 austauscher verwendet werden, dessen Körnchen elektrisch leitend sind.

Zur Inbetriebnahme der Meßzelle wird der Innenraum des Kunststoffrohres 20 zwischen der gasdurchlässigen, aber flüssxgkeitsdichten Membran 26 und der Rückwand des Stopfens 22 vollständig mit destilliertem Wasser gefüllt, dem das Ionenaustauschharz 30 etwaige GCo-Ionen entzieht. Sobald dem Patienten durch das Rohr I4 das Narkosegasgemisch zugeleitet wird, treten die Gase, unter denen sich das abzutastende und zu messende Kohlendioxid befinden kann, auch durch die gasdurchlässige Membran 26 hindurch und lösen sich im Wasser auf. Alle Gase des dem Patienten zuzuführenden Narkosegasgemisches mit Ausnahme des Kohlendioxids bilden im Wasser keine Ionen» Sobald der Natronkalk des Absorbers sich erschöpft, ist er nicht mehr in der Lage, das Kohlendioxid aus dem Gasgemisch, das der Patient ausatmet, völlig zu absorbieren, so daß langsam zunehmende Mengen Kohlendioxid durch den Absorber hindurchgehen, im Rohr 14 erscheinen und wieder dem Patienten zur Einatmung zugeleitet werden.

Dieses vom Absorber hindurchgelassene Kohlendioxid tritt neben den anderen Gasen ebenfalls durch die Membran 26 der Meßzelle hindurch und löst sich im Wasser unter Ionenbildung auf. Die elektrische Leitfähigkeit des entionisierten Wassers, die etwa 0,065 bis 0,1 JiS beträgt, nimmt, sobald der Absorber nicht mehr in der Lage ist, alles ausgeatmete Kohlendioxid zu absorbieren, langsam zu. Geringfügige Beimengungen von Kohlendioxid in dem dem Patienten zugeführten Narkosegasgemisch werden jedoch nicht als bedenklich erachtet. Die Schwelle der Kohlendioxid-Konzentration, die für den Patienten als kritisch angesehen wird, liegt bei 0,2 fo. Dieser Schwellwert wird je nach den äußeren Temperaturbedingungen etwa 30 bis 60 see nach dem Auftreten dieser CO^-Konzentration im Narkosegasgemisch auf dem Anzeigeinstrument 4 zur Schau gestellt, wodurch der Bedienende informiert wird, daß die Füllung des Absorbers mit Natronkalk unbedingt erneuert werden muß. Wie schon angedeutet, verliert der Absorber seine Fähigkeit, das Kohlendioxid aus dem Narkosegasgemisch, das der Patient ausatmet und ihm im geschlossenen Kreislauf wieder zugeführt wird, zu absorbieren, nicht abrupt, sondern dieser Vorgang

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erstreckt sich über einen Zeitraum von mindestens 15 min, so daß dem Patienten höchstens 1 min lang ein Narkosegasgemisch zugeleitet wird, dessen Kohlendioxid-Konzentration geringfügig über 0,2 fo liegt, was man praktisch als unschädlich betrachten darf.

Die Meßstrecke, an der die Leitfähigkeitsänderung des Wassers abgetastet wird, befindet sich bei der Ausführungsform nach der Figur 1 zwischen der der Membran 26 benachbarten Elektrode 10 und dem Rand des Ionenaustauschharzes 30, der praktisch von dem Nylongewebe 28 begrenzt ist, das die Masse des Ionenaustauschharzes 30 zurückhält. Da die Ionenaustauschharze normalerweise selbst elektrische Leiter sind, stellt bereits ihre Masse die eine Elektrode dar, so daß die Ausbildung der metallischen Elektrode 12 als Sieb nicht unbedingt notwendig erscheint. Die Siebform erlaubt jedoch einerseits einen günstigen Stromübergang vom Ionenaustauschharz 30 auf die eine Ader des Kabels 8 und andrerseits einen Zugang der Körnchen des Ionenaustauschharzes 30 bis zum Nylongewebe 28 und folglich eine gute Raumausfüllung ohne Hohlräume.

Bei der Ausführungsform nach der Figur 2 ist die metallische Elektrode 12 räumlich vom Ionenaustauschharz 30 getrennt. Falls das Ionenaustauschharz 30 elektrisch schlecht oder nicht leiten sollte, oder falls eine besonders kurze und/oder exakt festliegende Meßstrecke erwünscht ist, wird diese Ausführungsform nach der Figur 2 vorgezogen. In der Figur 2 ist nur die Meßzelle selbst wiedergegeben, da der angeschlossene elektrische Meßkreis, sowie das das Narkosegasgemisch führende Rohr 14 wie in Figur 1 aufgebaut sein können.

Der besondere Vorteil der Ausführungsformen nach den Figuren 1 und 2 liegt in dem Zusammenwirken des Ionenaustauschharzes 30 mit der zwischen den Elektroden bestehenden Meßstrecke für die elektrische Leitfähigkeit. Das durch die Membran 26 eintretende Kohlendioxid, das sich unter Ionenbildung im Wasser löst und in der Masse des Wassers gleichmäßig verteilt, wird durch das Ionenaustauschharz 30 gebunden, so daß letzteres eine Senke für das Kohlendioxid bildet. Infolgedessen stellt sich ein Ionenfließgleichgewicht, das der elektrischen Messung unterliegt, in der sonst ruhenden Flüssigkeit (Wasser) ein.

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In dem Falle, daß die Kohlendioxid-Konzentration im Narkosegasgemisch unvorhergesehen oder infolge des Auswechselns der Absorberfüllung abnehmen sollte, sinkt auch in der Meßstrecke die CCL-Ionenkonzentration ab, und diese Abnahme läßt sich als Abnahme der elektrischen Leitfähigkeit des Wassers am Anzeigeinstrument 4 verfolgen. Die Möglichkeit, die Abnahme der CO~-Ionenkonzentration in einem ruhenden Elektrolyten (Wasser) unmittelbar abzulesen, stellt eine Besonderheit der Meßzelle gemäß der Erfindung für den Bedienenden dar.

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Claims (4)

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   - 8 PATENTANSPRÜCHE

   I)) Gerät zur Überwachung der Kohlerldioxid-Konzentration in fern einem Patienten zur Inhalationsnarkose zuzuführenden Gasgemisch, bei dem in dem das Narkosegasgemisch führenden Rohr eine mit entionisiertem Wasser gefüllte Zelle von sehr geringem Volumen angeordnet ist, die zwei mit einem elektrischen Meßinstrument verbundene Elektroden enthält und zumindest eine Membran aus einem semipermeablen Mate-, rial aufweist, die auf ihrer einen Seite mit dem Narkosegasgemisch und auf ihrer anderen Seite mit dem entionisierten Wasser in Berührung steht, nach der Patentanmeldung Nr. P 16 48989·7-52, dadurch gekennzeichnet, daß an der der Membran (26) gegenüberliegenden Seite der Zelle die Masse eines Ionenaustauschharzes (30) und zwischen der Membran (26) und der Oberfläche (28) des Ionenaustauschharzes (30), von diesem isoliert, die eine Elektrode (10) angeordnet ist.
2. 2) Gerät nach dem Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die andere Elektrode von der Masse des Ionenaustauschharzes (30) gebildet ist.
3. 3) Gerät nach dem Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, -daß die Masse des Ionenaustauschharzes (30) durch ein Kunststoffgewebe (28),dessen Maschenweite die Körnchengröße des.Ionenaustauschharzes (30) unterschreitet, auf einen Abschnitt des Zelleninnenraumes beschränkt ist.
4. 4) Gerät nach dem Anspruch 1 oder 3,dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten Elektrode (10) und der Masse des Ionenaustauschharzes (30) eine weitere Elektrode (12) angeordnet ist.

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