DE2317273A1

DE2317273A1 - Verfahren zur direkten potentiometrischen analyse von fluessigkeitsproben, insbesondere menschlichen blutproben

Info

Publication number: DE2317273A1
Application number: DE2317273A
Authority: DE
Inventors: Therese M Ast; Milton H Pelavin; K Jagan Mohan Rao
Original assignee: Technicon Instruments Corp
Current assignee: Bayer Corp
Priority date: 1972-04-10
Filing date: 1973-04-06
Publication date: 1973-10-18
Also published as: NL7302616A; DE2365386B2; DE2365386A1; CA974304A; CH555540A; IT980675B; JPS4910793A; US3840438A; DE2317273C3; BE797384A; JPS5630499B2; NL174875C; NL174875B; FR2180323A5; GB1395673A; AU5252973A; DE2365386C3; DE2317273B2; CH556537A; SE393680B

Description

Dr.-Ing. Wiliiülal Eöl
Kpi-lB.j. Wi&aang Mshü

6 Frankfurt a. 3VL 1
Parksircß© 13

7348

TECHNICQN INSTRUMENTS CORPORATION, Tarrytown, N.Y. VStA

Verfahren zur direkten potentiometrischen Analyse von Flüssigkeitsproben, insbesondere menschlichen Blutproben

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur direkten potentiometrischen Analyse einer Reihe von Flüssigkeitsproben auf eine interessierende Substanz, unter Verwendung einer ionenselektiven Elektrode und einer Bezugselektrode. Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit einem Verfahren zur direkten potentiometrischen Analyse \/on Natrium enthaltenden menschlichen Blutproben, unter Verwendung einer natriumempfindlichen Elektrode und einer Bezugselektrode.

Zur quantitativen naßchemischen Analyse von Flüssigkeitsproben auf einen Bestandteil sind Verfahren bekannt, bei denen eine Probe aιs ein zu überwachender Strom oder eine Reihe von verschiedenen Proben in Form eines Stroms einer Analysiereinrichtung zugeführt werden. Dabei sind die einzelnen Proben

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durch nicht mischbare Fluidschübe voneinander getrennt, "beispielsweise durch Luftblasen oder sonstige Gasschübe. Bevor der Strom durch die Analysiereinrichtung geleitet wird, die ein Kolorimeter enthalten kann, wird er im allgemeinen von den Gas- oder Luftschüben befreit. Selbsttätig arbeitende Vorrichtungen zur Durchführung eines solchen Verfahrens sind beispielsweise aus der US-PS 2 797 149 und aus der US-PS 2 879 141 bekannt. Y/eiterhin wurde von Harold Jacobson in der Fachzeitschrift Analytical Chemistry, Band 38, Nr. 13, Seiten 1951-1954, Dezember 1966, eine nach dem kontinuierlichen Durchflußprinzip selbsttätig arbeitende Vorrichtung beschrieben, die zur Natriumbestimmung bei der Harnanalyse dient und bei der das Kolorimeter durch eine natriumselektive Glaselektrode ersetzt ist. Diese Elektrode ist der aus der US-PS 3 398 079 bekannten Natriumionenglaselektrode ähnlich,, die in dem obengenannten Aufsatz von Jacobson mit Beckman-Natriumionenglaselektrode Nr. 39046 bezeichnet ist. Bei der zuletzt erwähnten Natriumanalyse wird der unterteilte Probenstrom von den LuftSchüben befreit,.bevor die Natriumionenglaselektrode dem Probenstrom ausgesetzt wird. Der Natriumionenelektrode ist eine übliche Bezugselektrode zugeordnet, die zur Vervollständigung des elektrischen Stromkreises eine Leckverbindung mit dem Probenstrom vorsieht. Die benutzte Natriumionenelektrode weist einen Kolben mit einem der Probe ausgesetzten Teil auf, der aus natriumempfindlichen Glas hergestellt ist. Die Probenanalysiergeschwindigkeit dieser bekannten Vorrichtung ist verhältnismäßig niedrig.

In einem Aufsatz mit dem Titel "Ionenselektive Elektroden zur Bestimmung von Calcium im Serum bei der kontinuierlichen Durchflußanalyse", von J. Ruzicka und J« C. Tjell, in der Fachzeitschrift Anal. Chim. Aeta, 47 (1969), Seiten 479-482, veröffentlicht in Amsterdam von Elevier Publishing Co., ist ein Verfahren beschrieben, das dem Verfahren nach Jacobson ähnlich ist, jedoch grundsätzlich andere Elektroden benutzt

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vmd ein Heizbad verwendet, um den Probenstrom auf 25 °C aufzuheizen, bevor der von den LuftSchüben befreite Probenstrom den Elektroden ausgesetzt wird. Die Probenanalysiergeschwindigkeit beträgt 20 bis 60 Proben pro Stunde, wobei bei einer Probenanalysiergeschwindigkeit von 60 Proben pro Stunde die gegenseitige Beeinflussung der Proben- bis auf 7% ansteigt.

Bei der Analyse von Blutproben, um nur ein Beispiel zu nennen, gibt es einen Faktor, der die Analysiergeschwindigkeit dieser Proben beträchtlich herabsetzt. Dieser Faktor ist als transienter Kaliumeffekt allgemein bekannt, dessen Wirkung darin besteht, daß eine Natriumionenglaselektrode anfangs in verwirrender Weise auf die Gegenwart von Kalium in den Proben anspricht, wie es beispielsweise von S. M. Freedman in einem Aufsatz mit dem Titel "Glass Electrodes for Hydrogen and other Cations", Seite 457, 458, G. Isenman (Verleger), Marcel Dekker, Inc., New York, 1967, dargelegt ist.

Es ist allgemein anerkannt, daß die Anwendung von Wärme auf eine ionenselektive Glaselektrode, beispielsweise bei Fluorid-Messungen, das Ansprechverhalten der Elektrode auf die Probe beschleunigt. Wenn man jedoch das ionenselektive Glas einer derartigen Elektrode während des Betriebs einer zu großen Temperatur aussetzt, wird die Wirksamkeit der Elektrode zerstört, und die Anwendung von Wärme allein führt nicht zu einer höheren Analysiergeschwindigkeit, obwohl man Geschwindigkeiten von 200 Proben pro Stunde erreicht hat.

Weiterhin hat man versucht, das Ansprechen einer ionenselektiven Glaselektrode durch Konditionierung zu beschleunigen, und zwar dadurch, daß die Elektrode vor ihrer Verwendung einer Lösung ausgesetzt wird, die diejenigen Ionen enthält, denen die Elektrode während der tatsächlichen Analyse ausgesetzt ist. Allerdings hat man gedacht, daß die Konditionierung

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einer Natriumionenglaselektrode durch Aussetzen der Elektrode gegenüber einem Blutserum oder Blutplasma, das bei der Blutanalyse verwendet wird, zur Folge hätte, daß das natriumempfindliche Glas mit Blutprotein überzogen wird, das in einem derartigen Serum oder Plasma enthalten ist, und daß dies zu einem langsameren Ansprechen der Elektrode und einem Empfindlichkeitsverlust führen würde.

Bei den Natriumbestimmungen nach Jacobson unter Verwendung des kontinuierlichen Durchflußprinzips hat man vermieden, die nätriumselektive Glaselektrode den Luftblasen im Probenstrom auszusetzen, da die Luftblasen einen bekannten Polarisierungseffekt hervorrufen, der nicht nur zu falschen Spannungspotentialen führt, sondern der auch an dem natriumempfindlichen Glas Schaden hervorruft und im Laufe der Zeit die Elektrode, vollständig zerstören kann. Bei dem Verfahren nach Jacobson wäre das ionenempfindliche Glas für eine verhältnismäßig lange Zeit der Luftblase ausgesetzt und der Übergang zwischen Probe und Luftblase fände abrupt statt. Während die natriumempfindliche Glasoberfläche der ionenselektiven Elektrode bei Jacobson einen Oberflächenabschnitt eines Glaskolbens bildet, ist es auch bekannt, natriumempfindliches Glas in Form einer Kanüle oder eines Kapillarrohres zu verwenden, das die Probe als ionenselektive Elektrode aufnimmt, wie" es beispielsweise aus der US-PS 3.357910 bekannt ist. Allerdings wird die aus dieser Patentschrift bekannte natriumempfindliche Glaskapillare lediglich zur chargenweisen Analyse benutzt, die im Gegensatz zur kontinuierlichen Durchflußanalyse steht.

Bisher sind genaue Natriummessungen mit natriumselektiven Glaselektroden auf eine Probenanalysiergeschwindigkeit von etwa 10 bis 60 Proben pro Stunde begrenzt. Bei der Analyse von Blutproben in Krankenhäusern ist es jedoch erwünscht, Probehanalysiergeschwihdigkeiten von 200 öder mehr verschiedenen Blutproben pro Stunde zu erreichen. Derart hohe Proben-

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analysiergeschwindigkeiten sind auch bei anderen Natriumbestimmungen erwünscht.

Ziel der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zur po- . tentiometrisehen Analyse verschiedener Flüssigkeitsproben, das einfach und leicht durchzuführen ist und Ergebnisse liefert, deren Genauigkeit genauso hoch, wenn nicht sogar bes- '. ser als die Genauigkeit der durch flammenfotometrische Ver-j fahren erzielten Ergebnisse ist. /

Das zu schaffende Verfahren soll zur automatischen Durchführung geeignet sein und einen Probenstrom oder zahlreiche aufeinanderfolgende Proben mit einer hohen Analysiergeschwindigkeit verarbeiten können. Das Verfahren soll insbesondere zur Natriumbestimmung dienen.

Nach der Erfindung ist ein Verfahren zur direkten potentiometrischen Analyse einer Reihe von Flüssigkeitsproben auf eine interessierende Substanz, unter Verwendung einer ionenselektiven Elektrode und einer Bezugselektrode, nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsproben jeweils in einem in sich abgeschlossenen, gesonderten Zustand als Strom durch eine Leitung geschickt und die Elektroden dem Strom ausgesetzt werden und daß der auf die Elektroden zufließende Strom erhitzt wird, so daß er eine Temperatur von 40 ⁰C bis 50 ⁰C aufweist, wenn ihm die Elektroden ausgesetzt sind.

Ein Verfahren zur direkten potentiometrischen Analyse von Natrium enthaltenden menschlichen Blutproben, unter Verwendung einer natriumempfindlichen Elektrode und einer Bezugselektrode, ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die natriumempfindliche Elektrode zur Konditionierung während einer Zeitperiode einer Lösung ausgesetzt wird, die in praktisch denselben Mengen wie im menschlichen Blut Blutprotein und diejenigen im menschlichen Blut vorkommenden

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Ionen enthält, auf die die natriumempfindliche Elektrode anspricht, und daß unmittelbar nach der Konditionierung die Proben als Strom durch eine Leitung geschickt und die Elektroden dem Strom ausgesetzt werden.

Vorzugsweise werden die Proben durch nicht mischbare Fluidschübe voneinander getrennt, die die Leitung reinigen und die Probenintegrität aufrechterhalten. Im Gegensatz zu den ,, bisherigen Verfahren wird der Probenstrom von den Luftschüben nicht befreit, sondern im unterteilten Zustand den Elektroden ausgesetzt. Durch die Analyse der voneinander getrennten, in sich abgeschlossenen Proben wird eine höhere Probenanalysiergeschwindigkeit erreicht. Im Gegensatz zu der früheren Denkungsweise tritt eine Polarisation der Elektroden nicht auf. Bei der Analyse von menschlichen Blutproben hat sich die Konditionierung der Elektroden durch menschliches Blutserum oder Blutplasma, als zweckmäßig herausgestellt. Im Gegensatz zu den früheren Annahmen wird dadurch eine Drift wirkungsvoll vermieden und die Ansprechgeschwindigkeit der natriumionenselektiven Elektrode heraufgesetzt. Das Ansprechen der natriumionenselektiven Elektrode wird dadurch weiter gesteigert, daß die Proben in einer solchen V/eise erhitzt werden, daß sie eine Temperatur von mehr als 40 ⁰C aufweisen, wenn sie der ionenselektiven Elektrode ausgesetzt sind. Das schnelle Ansprechen der Elektrode vermindert in einem hohen Maß den transienten Kaliumeffekt bei der Natriumanalyse von Blutproben.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand von Figuren beschrieben. Es₁ zeigen:

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Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Durchführung eines Analyseverfahrens nach der Erfindung und

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung mit einer ionenselektiven Elektrode und einer Bezugselektrode für das an Hand der Fig. 1 erläuterte Analyseverfahren.

Das dargestellte und erläuterte Analyseverfahren bezieht sich auf NatriumbeStimmungen. Mit dem Analyseverfahren können aber auch andere Substanzen bestimmt werden, beispielsweise Calcium. Dazu ist es lediglich erforderlich, eine passende ionenselektive Elektrode und Bezugselektrode zu verwenden. Die Anordnung nach der Fig. 1 weist eine Probenleitung 10 auf, durch die ein zu überwachender Probenstrom fließt, bei dem es sich um eine Reihe von verschiedenen Proben handeln kann, beispielsweise menschliches Blutserum oder Blutplasma. Die Proben kommen von einem nicht dargestellten Probenvorrat und werden unter der Wirkung eines Druckdifferentials über einen Einlaß 12 in die Leitung 10 eingeführt, um eine Natriumbestimmung vorzunehmen. Der Probenstrom kann von einer Schlauchquetschpumpe gefördert und über einen Probennehmer eingeführt werden, wie es aus der US-PS 2 879 141 bekannt ist. Dabei können die einzelnen Proben im Probenstrom durch nicht mischbare Fluidschübe voneinander getrennt sein. Bei den nicht mischbaren Fluidschüben kann es sich beispielsweise um Gasschübe handeln, und der Probenstrom kann durch weitere Schübe unterteilt sein, beispielsweise Waschflüssigkeitsschübe, die durch die nicht mischbaren Fluidschübe von den Proben getrennt sind. Bei der dargestellten Anordnung kann der Volumendurchfluß der Probe etwa 100 bis 200 Mikroliter pro Minute betragen. Der aus der Leitung 10 austretende Strom tritt in einen Einlaß einer Leitung 14 ein.

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An die Leitung 14 ist ferner der Auslaß einer Leitung 16 angeschlossen, über die eine geeignete Pufferlösung zugeführt wird, um jede Probe zu verdünnen und um sowohl den pH-Wert als auch die Ionenstärke einzustellen. Die Pufferlösung wird durch ein Druckdifferential veranlaßt, von einem nicht dargestellten Pufferlösungsvorrat in einen Einlaß 18 der Leitung 16 einzuströmen. In die Leitung 16 ist ein Durchflußregler eingeschaltet, der den Durchfluß der Pufferlösung in der Leitung 14 regelt, und zwar auf einen Durchfluß von etwa 500 bis 1000. Mikroliter pro Minute.

Bei der beschriebenen Anordnung wird die von der Leitung 14 in die Leitung 16 strömende Pufferlösung in gesteuerten Abständen durch unter Druck stehende Luft unterteilt, die von j einer herkömmlichen Druckluftquelle über einen Einlaß 22 einer Leitung 20 zugeführt wird. Der sich aus der Vereini-/ gung des unterteilten Probenstroms mit dem Pufferlösungsstrom ergebende Strom fließt durch eine in die Leitung 14 eingeschaltete Mischschlange, in der die Probenschübe und die Pufferlösung durchmischt werden. Bevor der auf diese Weise behandelte Probenstrom einer ionenselektiven Elektrode ausgesetzt wird, bei der es sich in diesem Fall um eine natriumionenselektive Elektrode handelt, wird der Probenstrom durch ein in der Fig. 1 dargestelltes herkömmliches Heizbad geleitet, in dem der Strom auf eine über der Körper_r temperatur liegende Temperatur erwärmt wird, die etwa zwischen 40 und 50 ⁰C liegen kann.

Zwischen den Einlaß des Heizbads und den Auslaß der Misch-* schlange ist ein Dreiwege-Absperrorgan 24 eingeschaltet. Das Absperrorgan 24 ist mit seinem noch freien Auslaß an eine zum Abfluß führende Leitung angeschlossen, so daß beim Ausspülen des eingangsseitigen Leitungssystems und der Mischschlange eine dazu verwendete Spüllösung abgeleitet werden und nicht auf die in der Fig. 1 dargestellte natri-. umionenselektive Elektrode einwirken kann, die an den Aus-

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laß des Heizbads angeschlossen ist.

Hinter dem Heizbad ist in eine Leitung 26, die in einer Stellung des Absperrorgans 24 über das Heizbad, das Absperrorgan und die Mischschlange an den Auslaß der Leitung 14 angeschlossen ist, ein nicht dargestellter Leiterstift vorgesehen,'der sich in die Leitung 26 erstreckt, um dem Probenstrom ausgesetzt zu sein, und der an einen Erddraht 28 angeschlossen ist. Der Leiterstift und der Erddraht 28 befinden sich vor der natriumionenselektiven Elektrode, wie es in der Fig. Λ dargestellt ist.

Die Auswahl einer natriumionenselektiven Elektrode und einer Bezugselektrodenanordnung ist unter der Voraussetzung nicht kritisch, daß die ionenselektive Elektrode auf dem kontinuierlichen Durchflußprinzip beruht und die elektrische Verbindung der Bezugselektrode mit dem Probenstrom nahe bei der ionenempfindlichen Oberfläche der ionenselektiven Elektrode erfolgt. Eine äußerst befriedigend arbeitende Kombinationselektrodenanordnung ist schematisch in der Fig. 2 dargestellt. Diese Elektrodenanordnung ist in einer gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung ausführlich beschrieben und erläutert. Auf eine detaillierte Beschreibung der Elektrodenanordnung 30 wird daher hier verzichtet.

Die Elektrodenanordnung 30 enthält einen aus Isoliermaterial hergestellten blockförmigen Körper 32 mit einer Bohrung 44, die eine Aufweitung 36 aufweist. Eine in der Bohrung 34 koaxial angeordnete Kanüle 38 besteht aus einem natriumselektiven Glas irgendeiner bekannten passenden Art und ist in der Bohrung 34 in geeigneter Weise befestigt.

Wi-e man der Fig. 2 entnehmen kann, hat die Kanüle 38 einen wesentlich geringeren Außendurchmesser als der Durchmesser der Aufweitung 36 und erstreckt sich auf der rechten Seite über den Körper 32 hinaus. Der Innendurchmesser der Kanüle

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schließt sich bündig an einen einen kleineren Durchmesser aufweisenden Teil- der Bohrung 34 an. Die Kanüle 38 ragt durch eine Dichtung 40, die zusammen mit dem Körper 32 und der Kanüle 38 im Bereich der Aufwertung 36 eine Kammer 41 für die Elektrolyt-Füllösung der internen Bezugselektrode "bildet. Die'Kammer 41 weist vorzugsweise einen in dem Körper 32 vorgesehenen Einlaß 42 auf, der durch einen nicht dargestellten Stopfen verschlossen werden kann. Die Kanüle 38 ist im Bereich der Kammer 41 vollständig von der in der Kammer befindlichen Elektrolyt-Füllösung umgeben. Die ionenselektive Halbzelle wird von einer internen Bezugselektrode 44 aus einem herkömmlichen Silber-Silberchlorid-Draht vervollständigt, der sich durch den Körper 32 erstreckt und in den in der Kammer 41 befindlichen Elektrolyten ragt. Der Einlaß 46 der Kanüle 38 ist an den Auslaß der in der Fig. 1 dargestellten Leitung 26 angeschlossen.

Der Bezugselektrodenteil der kombinierten Elektrodenanordnung 30. enthält im Körper 32 eine Leitung 48, deren Einlaß an den Auslaß einer in der Fig. 1 dargestellten Leitung 50, angeschlossen ist. Der Einlaß der Leitung 50 steht mit einem Elektrolytreservoir in Verbindung, das bei der beschriebenen Anordnung als Elektrolyt Kaliumchlorid (KOl) enthält. Das Reservoir ist abgedichtet und wird über eine Leitung 52 unter Druck gesetzt, deren Einlaß 54 an einen unter Druck stehenden Luftvorrat angeschlossen ist. Das in der Fig. 1 dargestellte KCl-Reservoir kann von irgendeiner geeigneten, nicht dargestellten Einrichtung mit einer KCl-Lösung versorgt werden. Über die Leitung 50 wird unter Druck stehendes KCl in die Leitung 48 befördert, in die sich eine Elektrode 56 erstreckt, die beispielsweise aus einem Silber-Silberchlorid-Draht besteht und zusammen mit der KCl-Lösung die Bezugshalbzelle bildet. -

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Der Bezugselektrodenteil der kombinierten Elektrodenanordnung 30 ist nach Art einer !,eckverbindung ausgebildet, um zu dem unterteilten behandelten Probenstrom eine elektrische Verbindung herzustellen. Wie bereits angedeutet, tritt dieser Strom über die in den Einlaßabschnitt der Bohrung 34 eingesetzte Kanüle 38 in einen einen Probenkanal bildenden Abschnitt der Bohrung 34 ein. Der sich an den Auslaß der Kanüle 38 anschließende Probenkanal der Bohrung 34 erstreckt sich durch die Achse eines kegelstumpfförmig ausgebildeten Vorsprungs 60 des Körpers 32. Die Leitung 48 für das unter Druck stehende KCl erstreckt sich derart durch eine Fläche des Körpers 32, daß sie dicht über der Basis des kegelstumpf förmigen Vorsprungs in einer ebenen ringförmigen Oberfläche des Körpers 32 ihren Auslaß aufweist.

Ein weiterer blöckförmiger Körper 62 arbeitet mit dem Körper 32 zusammen. Der aus Isoliermaterial hergestellte Körper 62 weist einen Probenkanal 64 auf, der sich durch den Körper 62 erstreckt und an seinem Auslaß in einem Nippel 66 endet, der in den Körper 62 eingesetzt ist, um daran den Einlaß einer in der Fig. 1 dargestellten Leitung 68 anzuschließen, deren Auslaß zu einem nicht dargestellten Abfallbehälter bzw. einem Abfluß führt. Der Einlaß des Probenkanals 64 ist im Boden einer Ausnehmung 70 vorgesehen, die eine zu dem Vorsprung 60 des Körpers 32 komplementäre kegelstumpf förmige Gestalt aufweist. An dem um die Ausnehmung 70 herumführenden Rand des Körpers 62 ist ein nachgiebiger Dichtungsring 72 vorgesehen, der zwischen den Körpern 32 und 62 eine Abdichtung vorsieht, wie es in der Fig. 2 dargestellt ist. Wie es ebenfalls aus der Fig. 2 hervorgeht, begrenzen die Körper 32 und 62 zwischen sich einen Flüssigkeitsdurchlaß, der mit dem Auslaß der Leitung 48 in Verbindung steht und teilweise von dem Vorsprung 60 und der Ausnehmung 70 gebildet wird.

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Dieser Aufbau sorgt für eine !,eckverbindung zwischen dem KCl-Elektrolyten der Bezugselektrode und dem unterteilten Probenstrom, der von dem im Vorsprung 60 vorgesehenen Auslaß de's Körpers 32 in den Einlaß des im Körper 62 vorgesehenen Probenkanals -strömt. In Wirklichkeit kann die Leckverbindung der Bezugselektrode von der natriumempfindlichen Glaskanüle 38 der ionenselektiven Elektrode einen Abstand von nur 2 mm haben. Obwohl es hier nicht dargestellt ist, können die blockartigen Körper 32 und 62 derart gehaltert sein, daß sie zur Einstellung ihrer relativen Lage aufeinander zu oder voneinander weg bewegt werden können. Dadurch kann man die sich zwischen den Körpern befindliche Leckverbindung verkleinern oder vergrößern. Darüberhinaus ist in Wirklichkeit die Querschnittsgröße des Flüssigkeitsdurchlasses der Leckverbindung zwischen den beiden blockartigen Körpern- 32 und 62 verhältnismäßig klein. Es kann daher lediglich ein sehr kleines Volumen der KCl-Lösung in den Proben- strom eintreten. Aus dem Vorstehenden geht hervor, daß die Leckverbindung vollständig um den Umfang des Probenstroms herumführt..

Wie es aus der Fig. 1 hervorgeht, ist die natriumselektive Elektrode über eine Leitung 76 an eine Eingangsklemme eines Differentialverstärkers angeschlossen. Die Leitung 76 ist mit dem Silber-Silberchlorid-Draht der Elektrode 44 verbunden. Die Bezugselektrode ist über eine Leitung 78 an eine zweite Eingangsklemme des Differentialverstärkers angeschlossen. Die Leitung 78 ist mit dem Silber-Silberchlorid-Draht 56 der.Bezugselektrode verbunden. Die den Erddraht-28 darstellende Leitung verbindet den Leiterstift, der in der Leitung 26 dem Probenstrom ausgesetzt ist, mit einer dritten Eingangsklemme des Differentialverstärkers,, dessen Ausgangsklemme an ein für potentiometrische Meßzwecke übliches Sicht- und bzw. oder Schreibgerät angeschlossen sein kann. Die Funktion des Differentialverstärkers besteht darin, das

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Gleichtaktsignal von jedem Signal der Bezugselektrode und der natriumse^ektiven Elektrode zu subtrahieren und ein potentiometrisches Signal zu erzeugen, das der Differenz zwischen den Signalen an der natriumselektiven Elektrode und der Bezugselektrode proportional ist. Das Ausgangssignal des Differentialverstärkers ist somit proportional der Natriumaktivität, die wiederum der Natriumionenkonzentration proportional ist.

Das durchgeführte Verfahren geht aus der Beschreibung der in der Fig. 1 gezeigten Anordnung hervor. Wenn die Anordnung für eine gewisse Zeit abgeschaltet werden soll, kann man die ionenempfindliche Kanüle 38 der natriumselektiven Elektrode für den nächsten Gebrauch konditionieren, indem man die Kanüle 38 einer gepufferten Lösung von der Art ausgesetzt sein läßt,wie sie bei der Analyse verwendet wird. Eine solche gepufferte Lösung kann ein Blutserum- oder Blutplasmastandard sein. Durch diese gepufferte Lösung wird menschliches Blutprotein in Berührung mit der natriumempfindlichen Glaskanüle 38 gebracht, um die ionenselektive Elektrode schneller ansprechen zu lassen, wenn die Anordnung erneut in Benutzung genommen wird. Durch die Aussetzung gegenüber einem Protein wird weiterhin bei der nächsten Inbetriebnahme der Anordnung eine Drift vermieden. Diese Konditionierung mit Blutprotein steht im Gegensatz zu den bekannten Verfahren. Das natriumionenselektive Glas der Kanüle 38 kann man dem gepufferten Serum oder Plasma ausgesetzt sein lassen,indem man eine Entnahme der gepufferten Lösung aus der Kanüle 38 und der Anordnung vermeidet, wenn die Anordnung abgeschaltet wird.

Als Alternative kann man vor dem Durchlaufenlassen einer ersten Serie von Testproben das natriumionenselektive Glas dadurch konditionieren, daß die Anordnung· mit wenigen Proben eines Plasma- oder Serumstandards betrieben wird. Eine Konditionierung nach dieser alternativen Methode kann schneller

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und erfolgreicher als die Konditionierung nach der zuerstgenännten Methode sein. In beiden Fällen wird die .natriumionenselektive Elektrode dadurch konditioniert, daß sie einem Blutprotein und den Ionen, die die Elektrode bei der Analyse beeinflussen, als auch der Pufferlösung ausgesetzt wird.

Wie bereits erwähnt, wird das Ansprechen der ionenselektiven Elektrode dadurch beschleunigt, daß sie einer über der Körpertemperatur liegenden Temperatur ausgesetzt wird, jedoch nicht in einem so hohen Maß, daß die natriumionenselektive Elektrode zerstört wird. Obwohl die Erwärmung der Probe an Hand eines Heizbades, das von der kombinierten Elektrodenanordnung 30 getrennt und entfernt angeordnet ist, beschrieben wird, kann man zum Erwärmen der Probe auch eine Heizschlange verwenden, die in die Elektrodenanordnung eingebaut ist. Anstelle einer flüssigen Füllösung in der Kammer 41 der ionenselektiven Elektrode kann man auch einen festen Elektrolyten verwenden, der die Kanüle 38 innig berührend umgibt und der mit dem Silber-Silberchlorid-Draht der internen Bezugselektrode 44 in elektrischer Verbindung steht.

Die erwähnte Unterteilung des Pröbenstroms durch nichtmischbare Fluidschübe, beispielsweise Gasschübe, ist für das Analyseverfahren insoweit wichtig, als die nicht mischbaren Fluidschübe eine Durchmischung der aufeinanderfolgenden Proben verhindern und auch eine Verunreinigung der nachfolgenden durch die vorangegangene Probe. Eine in der Probenleitung erfolgende gegenseitige Durchmischung der Proben an ihren Enden würde nämlich dazu führen, daß jede Probe der ionenselektiven Elektrode für eine längere Zeit ausgesetzt werden müßte, um für jede Probe ein genaues potentiometrischei Meßsignal zu erhalten. Wenn man der ionenselektiven Elektrode einen unterteilten Probenstrom aussetzt, kann man die ein-

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zelnen Probenvolumen herabsetzen und damit die Zeit, während der die Probe der Elektrode ausgesetzt sein muß, auf 18 Sekunden oder weniger verringern, so daß eine höhere Probenanalysiergeschwindigkeit erzielt werden kann. Dabei wird vorausgesetzt, daß die nichtmischbaren Fluidschübe, beispielsweise Gasblasen, ebenfalls nur einen kleinen Bereich einnehmen, der jedoch ausreicht, um den Querschnitt des Probenkanals vollkommen auszufüllen. Eine Polarisierung der ionenselektiven. Elektrode wird ebenfalls wirkungsvoll verhindert, und zwar dadurch, daß die Gasblasen kleingehalten werden und auch die Zeit, während der die ionenselektive Elektrode einer Gasblase ausgesetzt ist, so geringgehalten wird, wie es aus praktischen Gründen möglich ist. Es wird angenommen, daß die dünne Flüssigkeitsgrenze von derart kleinen Gasblasen hinreichend leitend ist, um eine Polarisie— rung der Elektroden zu vermeiden.

Das Verfahren nach der Erfindung vermeidet wirkungsvoll verwirrende anfängliche Übergangsvorgänge der natriumselektiven Elektrode aufgrund von Kaliumkonzentrationsschwankungen in den Proben. Bei der Aufzeichnung der Natriumspitzenwerte von Proben, die sowohl Natrium als auch Kalium in verschiedenen Kaliumkonzentrationen und Natriumkonzentrationen enthalten, hat man keine auf das Kalium zurückzuführende Übergangsvorgänge festgestellt. Es wird angenommen, daß bei dem schnellen Ansprechen der Elektrode gemäß dem oben beschriebenen Analyseverfahren dem anfänglichen Ansprechen der natriumionenselektiven Elektrode auf Kalium die Wirkung der Waschlösung entgegentritt, die in dem unterteilten Probenstrom zwischen den Proben eingeschoben ist.

Das zur. automatischen Durchführung geeignete Verfahren nach der Erfindung dient somit zur Überwachung eines Probenstroms oder zur Untersuchung einer Reihe von Proben durch direkte potentiometrische Messung bei einer sehr hohen Probenanalysiergeschwindigkeit. Das Verfahren ist insbesondere für

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Natriumbestimmungen geeignet. Die in einer Leitung zugeführten Proben sind durch nicht mischbare Fluidschübe voneinander getrennt, die zur Reinigung der Leitung dienen und die Probenintegrität aufrechterhalten. Zur Analyse des unterteilten Probenstroms werden eine ionenselektive Elektrode und eine Bezugselektrode verwendet. Da die nicht mischbaren Fluidschübe vor der Durchführung der Analyse aus dem Probenstrom nicht entfernt werden, ist eine höhere Probenanalysiergeschwindigkeit möglich. Bei der Analyse vpn Blutproben zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, daß unmittelbar vor der Analyse einer ersten Serie von Proben die ionenselektive Elektrode, beispielsweise eine natriumionenselektive Elektrode, konditioniert wird, und zwar dadurch, daß sie eine gewisse Zeit Blutprotein und den Blutionenbestandteilen, die bei der späteren Untersuchung der Proben auf die natriumionenselektive Elektrode einwirken, als auch einem Puffer von der Art ausgesetzt wird, wie er später bei der Analyse ver- ' wednet wird. Menschliches Blutserum oder Blutplasma können / für eine solche Konditionierung verwendet werden. Durch die Konditionierung wird eire Drift vermieden und die Ansprechgeschwindigkeit der natriumionenselektiven Elektrode erhöht. Um die Ansprechgeschwindigkeit der natriumionenselektiven Elektrode zwecks Erhöhung der Probenanalysiergeschwindigkeit weiter zu verbessern, werden die Proben auf eine über 40 C liegende Temperatur erhitzt, bevor sie der genannten Elek- trode ausgesetzt werden. Die hohe Elektrodenansprechgeschwindigkeit verhindert bei der Natriumanalyse von Blutproben in einem beträchtlichen Maß das sonst von Kalium hervorgerufene störende Übergangsverhalten.

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Claims

Patentansprüche

1J Verfahren zur direkten potentiometrischen Analyse einer Reihe von Flüssigkeitsproben auf eine interessierende Substanz, unter Verwendung einer ionenselektiven Elektrode und einer Bezugselektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsproben jeweils in einem in sich abgeschlossenen, gesonderten Zustand als Strom durch eine Leitung geschickt und die Elektroden dem Strom ausgesetzt werden und daß der auf die Elektroden zufließende Strom erhitzt wird, so daß er eine Temperatur von 40 ⁰C bis 50 ⁰C aufweist, wenn ihm die Elektroden ausgesetzt sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Trennung der Proben voneinander der Probenstrom mit nicht mischbaren Fluidschüben unterteilt wird und daß der derart unterteilte Probenstrom zusammen mit diesen Fluidschüben an den Elektroden vorbeigeführt wird, um diese dem Strom auszusetzen.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die nicht mischbaren Fluidschübe von einem Gas gebildet werden und .daß der den Elektroden ausgesetzte Probenstrom zusätzlich durch Waschflüssigkeitsschübe unterteilt wird, die von den Probenschüben jeweils durch Gasschübe getrennt sind.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Untersuchung des Probenstroms auf Natrium als ionenselektive Elektrode eine natriumionenselektive Elektrode verwendet wird.

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5. Verfahren nach Anspruch 4," dadurch gekennzeichnet, daß als ionenselektive Elektrode eine Natriumglaselektrode verwendet wird.
6. Verfahren zur direkten potentiometrischen Analyse von Natrium enthaltenden menschlichen Blutproben, unter Verwendung einer natriumempfindlichen Elektrode und einer Bezugselektrode, · " , dadurch gekennzeichnet, daß die natriumempfindliche Elektrode dadurch konditioniert wird, daß sie während einer Zeitperiode einer Lösung ausgesetzt wird, die in praktisch denselben Mengen wie im menschlichen Blut Blutprotein und diejenigen im menschlichen Blut vorkommenden Ionen enthält, auf die die natriumempfindliche Elektrode anspricht, und daß unmittelbar nach dieser Konditionierung die Blutproben als Strom durch eine Leitung geschickt und die Elektroden dem Strom ausgesetzt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, · dadurch gekennzeichnet,, daß zur Konditionierung die Lösung an den Elektroden vorbeigeleitet wird, um sie dem Strom auszusetzen.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder : 7» dadurch gekennzeichnet, daß der auf die Elektroden zufließende Probenstrom erhitzt wird, so daß er eine erhöhte Temperatur aufweist, wenn ihm die Elektroden ausgesetzt sind.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch '.gekennzeichn e-1. ,.

daß zur Trennung der Proben voneinander der Probenstrom mit nicht mischbaren Fluidschüben unterteilt wird und daß der derart unterteilte Strom zusammen mit diesen Fluidschüben an den Elektroden vorfcreigeleitet wird, um diese dem Strom auszusetzen.

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10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht mischbaren Fluidschübe von einem Gas gebildet werden und daß der den Elektroden ausgesetzte Probenstrom zusätzlich mit Waschlösungsschüben unterteilt wird, die von den Probenschüben jeweils durch Gasschübe getrennt werden.
11. Verfahren nach "einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die natriumempfindliche Elektrode eine Natriumglaselektrode ist.

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