DE2365386A1 - Verfahren zur potentiometrischen analyse einer reihe von fluessigkeitsproben auf eine interessierende substanz - Google Patents
Verfahren zur potentiometrischen analyse einer reihe von fluessigkeitsproben auf eine interessierende substanzInfo
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Description
g; Wilhelm Heicliel
m· WoifgöDff KeMeI
ö Frcmkiud a, M. I
13 7904
Technicon Instruments Corporation, Tarrytown, N.Y. VStA
Verfahren zur potentiometrisehen Analyse einer Reihe von
Flüssigkeitsproben auf eine interessierende Substanz
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur potentiometrischen
Analyse einer Reihe von Flüssigkeitsproben auf eine interessierende Substanz unter Verwendung einer Bezugselektrode
und einer Fühlelektrode mit einem ionenselektiven Oberflächenabschnitt, der zusammen mit der Bezugselektrode
einen Teil einer Durchflußleitung bildet, bei dem die Flüssigkeitsproben aufeinanderfolgend als Probenstrom
durch die Leitung geschickt werden und dabei die Probenflüssigkeit des Probenstroms mit der Bezugselektrode sowie mit
dem ionenselektiven Oberflächenabschnitt der Fühlelektrode in Berührung gebracht wird und die an den Elektroden auftretenden
elektrischen Potentiale zur Analyse der Flüssigkeitsproben ausgewertet werden.
Zur quantitativen naßchemischen Analyse von Flüssigkeitsproben auf einen Bestandteil sind Verfahren bekannt, bei
denen eine Probe als ein zu überwachender Strom oder mehrere verschiedene Proben in Form eines Stroms einer Analysiereinrichtung
zugeführt werden. Bei der Analyse von mehreren verschiedenen Proben sind die einzelnen als Strom aufeinanderfolgenden
Proben durch Fluidschübe voneinander getrennt, die sich mit den Proben nicht mischen. Bei diesen
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Flüidschüben kann es sich beispielsweise um Luftblasen oder sonstige Gasschübe handeln. Bevor der Strom durch
die beispielsweise von einem Kolorimeter gebildete Analysiereinrichtung geleitet wird, ist es allgemein üblich,
den Strom von jeglichen Gas- oder Luftschüben.zu befreien. Selbsttätig arbeitende Vorrichtungen*zur Durchführung solcher
Analyseverfahren sind beispielsweise aus der US-PS 2 797 149 und der US-PS 2 879 141 bekannt.
Weiterhin ist aus einem Aufsatz von Harold Jacobson in der
Fachzeitschrift Analytical Chemistry, Band 38 f Nr. 13»
Seiten 1951 bis 1954, Dezember 196O5, eine nach dem kontinuierlichen
Durchflußprinzip selbsttätig arbeitende Vorrichtung bekannt, die zur NatriumbeStimmung bei der Harnanalyse
dient und bei der als Analysiereinrichtung anstelle eines Kolorimeters eine natriumselektive Glaselektrode verwendet
wird. Diese Elektrode ist einer aus der US-PS 3 398 079 bekannten Natriumionenglaselektrode ähnlich, die in dem oben genannten
Aufsatz von Jacobson mit Beckman-Natriumionenglaselektrode
Nr. 39046 bezeichnet istö Bei diesem Natriumanalyseverfahren
wird der unterteilte Probenstrom ebenfalls von den Luftschüben befreit, bevor der Probenstrom die Natriumionenglaselektrode
· erreicht» Der Natriumionenelektrode ist eine übliche Bezugselektrode zugeordnet, die zur Vervollständigung
des elektrischen Stromkreises eine Leckver-Mndung mit dem Probenstrom vorsieht o Die benutzte Natriumionenelektrode
Xtei st einen Kolben mit einem der Probe ausgesetzten
Teil auf? der aus_natriume!npfindlichen Glas hergestellt
ist. Die Probenanalysiergeschwindigkeit dieser bekannten Vorrichtung ist verhältnismäßig niedrig.
In einem Aufsatz mit dem Titel wIon~Selective Electrodes
In Continuous-Flow Analysis Determination of Calcium in Serum?'s, von J. Ruzicka und J. C. TJeIl8, in der Fachzeitschrift
Anal* CMm0 Acta, 1947 (1969), Seiten 479-482,
Elsevier Publishing Co0 s Amsterdam,, ist ein Verfahren beselsrieben,
das dem Verfahren nach Jacobson ähnlich ist,
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jedoch grundsätzlich andere Elektroden benutzt und ein Heizbad verwendet, um den Probenstrom auf 25 0C aufzuheizen,
bevor der ebenfalls 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 allen üblichen potentiometrisehen Durchflußanalysen
werden somit die die einzelnen Proben trennenden Gasschübe aus dem Probenstrom entfernt, bevor der Probenstrom zu den
Elektroden gelangt. Dies trifft auch für die oben beschriebene Natriumbestimmung nach Jacobson unter Verwendung des
kontinuierlichen Durchflußprinzips zu. Bei-diesem Verfahren hat man peinlichst vermieden, die natriumselektive Glaselektrode
den Luftblasen im Probenstrom auszusetzen, da die Luftblasen einen bekannten Polarisierungseffekt hervorrufen,
der nicht nur zu falschen Spannungspotentialen an den Elektroden führt, sondern der auch an dem natriumempfindlichen
Glas Schaden hervorruft und im Laufe der Zeit zu einer Zerstörung der Elektrode führen 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.
Die von den Fachkreisen allgemein geübte Praxis, bei der potentiometrischen Durchflußanalyse alle Luft- oder Gasschübe
aus dem Probenstrom zu entfernen, bevor der Strom zu den Elektroden gelangt, bietet den Nachteil, daß nach der
Entfernung der Gasschübe aus dem Probenstrom die verschiedenen Flüssigkeitsproben unmittelbar aneinandergrenzen und
es zu Durchmischungen und Verunreinigungen zwischen benachbarten Proben kommt. Um trotz dieser gegenseitigen Probenbeeinflussung
eine gute Meßgenauigkeit zu erzielen, ist es üblich, verhältnismäßig lange Probenschübe mit einem nicht
verunreinigten Mittelabschnitt zu verwenden. Dies führt al-
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lerdings zu einer Begrenzung der Steigerung der Probenanalysiergeschwindigkeit.
So ist die Probenanalysiergeschwindigkeit bei üblichen Natriumbestimmungen mit natriumselektiven Glaselektroden auf etwa 10 bis 60 Proben pro
Stunde begrenzt. Bei der Analyse von Blutproben in Krankenhäusern ist es jedoch erwünscht, Probenanalysiergeschwindigkeiten
von 200 oder mehr verschiedenen Blutproben pro Stunde zu erreichen. Derart hohe Probenanalysiergeschwindigkeiten
sind auch bei anderen Natriumbestimmungen oder anderen Anwendungsgebieten der potentiometrischen Analyse
erwünscht.
Außer der Verseuchungsgefahr zwischen aneinandergrenzenden Proben wird die Probenanalysiergeschwindigkeit in manchen
Fällen auch noch von anderen Umständen nachteilig beeinträchtigt. Ein solcher Umstand ist beispielsweise bei der
Natriumbestimmung der allgemein bekannte transiente Kaliumeffekt, dessen Wirkung darin besteht, daß eine Natriumglaselektrode
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 Yor, 1967, dargelegt ist. In diesem Zusammenhang ist es aus der Fachzeitschrift
Laboratory Practice, Band 18, 1969, Seite 35 bis 43 bekannt, bei der Fluorid-Messung durch Anwendung von
Wärme das Ansprechverhalten einer ionenselektiven Elektrode zu beschleunigen. Wenn man jedoch das ionenselektive Glas
einer derartigen Elektrode während des Betriebs einer zu großen Temperatur aussetzt, wird die Wirksamkeit der Elektrode
zerstört. Die Anwendung von Wärme allein ist daher nicht geeignet, um zu einer höheren Analysiergeschwindigkeit
zu gelangen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung oder Verbesserung der Ergebnisgenauigkeit die Probenanalysiergeschwindigkeit
bei der potentiometrischen Analyse von aufeinanderfolgenden Flüssigkeitsproben zu erhöhen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist das eingangs beschriebene Verfahren nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß
die Probenflüssigkeit zusammen mit zwischen den aufeinanderfolgenden Flüssigkeitsproben im Probenstrom befindlichen
Gasschüben der Bezugselektrode und dem ionenselektiven Oberflächenabschnitt der Fühlelektrode ausgesetzt wird.
Im Gegensatz zu den üblichen potentiometrischen Analyseverfahren wird somit nach der Erfindung der Probenstrom vor
dem Eintritt in die Meßeinrichtung von den Gasschüben nicht befreit, so daß zwischen den aufeinanderfolgenden Flüssigkeitsproben
keine Durchmischungen auftreten können und die Probenintegrität gewahrt bleibt. Ferner sorgen die Gasschübe
in der gesamten Meßleitung für eine Reinigung. Dadurch daß die einzelnen Proben streng voneinander getrennt
bleiben, können die Probenschübe zugunsten einer höheren Probenanalysiergeschwindigkeit sehr klein gewählt werden.
Im Gegensatz zu der von der Fachwelt vermuteten Befürchtung, daß im Probenstrom beibehaltene Gasschübe zu einer
starken Beeinträchtigung des Meßvorganges und insbesondere zu einer Polarisierung der Elektroden führen wurden, hat
es sich überraschend gezeigt, daß diese Befürchtungen nicht eintreten, insbesondere wenn man kleine Gasblasen verwendet,
die gerade den Leitungsquerschnitt ausfüllen. In diesem Zusammenhang wird angenommen, daß die dünne Flüssigkeitsgrenze der Gasschübe hinreichend leitend ist, um eine Polarisierung
der Elektroden zu vermeiden.
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Zur weiteren Steigerung der Probenanalysiergeschwindigkeit
kann man bei natriumselektiven Elektroden neben der Bewahrung der Probenintegrität den Probenstrom auf eine Temperatur
von 40 0C bis 50 0C bringen, um das Ansprechyerhalten
der Elektroden zu verbessern und den störenden transienten Kaliumeffekt zu beseitigen.
Ferner kann man die Elektrode in einer speziellen Weise konditionieren. Darüberhinaus besteht die Möglichkeit, die
einzelnen Proben durch zusätzlich eingeleitete GasSchübe weiter zu unterteilen. Zur Verbesserung der Reinigungswirkung
können in den Probenstrom auch Waschflüssigkeitsschübe eingeleitet werden, die vorzugsweise gegenüber den Proben
durch Gasschübe getrennt sind.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand von Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:
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Fig. 1 ein Blockschalfbxld 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
Analys everfahren.
Das dargestellte und erläuterte Analyseverfahren "bezieht
sich auf Natriumbestimmungen. Mit dem Analyseverfahren können aber auch andere Substanzen bestimmt v/erden, 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
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
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 in die Leitung 16 strömende Pufferlösung in gesteuerten Abständen
durch unter Druck stehende Luft unterteilt, die von einer herkömmlichen Druckluftquelle über einen Einlaß 22
einer Leitung 20 zugeführt wird. Der sich aus der Vereinigung 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 Körpertemperatur
liegende Temperatur erwärmt wird, die etwa zwischen 40 und 50 0C liegen kann.
Zwischen den Einlaß des Heizbads und den Auslaß der Mischschlange 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 natriumionenselektive
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. 1 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 der DT-OS 2 317 272 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
koaxial angeordnete Kanüle 38 besteht aus einem natriumselektiven Glas irgendeiner bekannten passenden Art und ist
in der Bohrung 34 in geeigneter Weise befestigt.
Wie man der Fig. 2 entnehmen kann, hat die Kanüle 38 einen wesentlich geringeren Außendürchmesser 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 Aufweitung 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 (KGl) 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 Leckverbindung 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
Vofsprungs 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 blockförmigem 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 des 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 Lgge 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 Probenstrom 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 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 Differentialyerstärkers besteht darin, das
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Gleichtaktsignal von jedem Signal der Bezugselektrode und
der natriumselektiven 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 zuerstgenannten
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-Silber chlor id-Draht der internen Bezugselektrode 44 in elektrischer Verbindung
steht.
Die erwähnte Unterteilung, des Probenstroms durch nichtmischbare
Fluidsehübe, beispielsweise Gasschübe, ist für das Analyseverfahren insoweit wichtig, als die nicht mischbaren
Fluidsehübe 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 führ en, daß jede Probe der ionenselektiven Elektrode für eine längere Zeit ausgesetzt
werden müßte, um für jede Probe ein genaues potentiometrisches 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 Polarisierung der Elektroden zu vermeiden.
Das Verfahren nach der Erfindung vermeidet wirkungsvoll verwirrende
anfängliche Übergangsvorgänge der natriumselekti—
ven 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 Über— gangsvorgänge 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
getrenntj 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 von Blutproben zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, daß unmittelbar
vor der Analyse einer ersten Serie von Proben die ionenselektive Elektrode, beispielsweise eine natriumionenselekti—
ve 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 verwednet
wird. Menschliches Blutserum oder Blutplasma können für eine solche Konditionierung verwendet werden. Durch die
Konditionierung wird eine 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 0C
liegende Temperatur erhitzt, bevor sie der genannten Elektrode ausgesetzt v/erden. Die hohe Elektrodenansprechgeschwindigkeit
verhindert bei der Natriumanalyse von Blutproben' in einem beträchtlichen Maß das sonst von Kalium hervorgerufene
störende Übergangsverhaltene
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Claims (7)
- - 17 -PatentansprücheVerfahren zur potentiometrischen Analyse einer Reihe von Flüssigkeitsproben auf eine interessierende Substanz unter Verwendung einer Bezugselektrode und einer Fühlelektrode mit einem ionenselektiven Oberflächenabschnitt, der zusammen mit der Bezugselektrode einen Teil einer Durchflußleitung bildet, bei dem die Flüssigkeitsproben aufeinanderfolgend als Probenstrom durch die Leitung geschickt werden und dabei die Probenflüssigkeit des Probenstroms mit der Bezugselektrode sowie mit dem ionenselektiven Oberflächenabschnitt der Fühlelektrode in Berührung gebracht wird und die an den Elektroden auftretenden elektrischen Potentiale zur Analyse der Flüssigkeitsproben ausgewertet werden,dadurch gekennzeichnet, daß die Probenflüssigkeit zusammen mit zwischen den aufeinanderfolgenden Flüssigkeitsproben im Probenstrom befindlichen Gasschüben der Bezugselektrode und dem ionenselektiven Oberflächenabschnitt der Fühlelektrode ausgesetzt wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß jede Flüssigkeitsprobe des durch Gasschübe unterteilten Probenstroms durch Einführen von zusätzlichen Gasschüben in den Probenstrom unterteilt wird. - 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Untersuchung von Proben, die sowohl Natrium als auch Kalium enthalten, und bei Verwendung einer natriumselektiven Elektrode als Fühlelektrode der auf die Elektroden zufließende Probenstrom derart erhitzt wird," daß die den Elektroden ausgesetzten Flüssigkeitsproben eine Temperatur von 40 0C bis 50 0C aufweisen.4Ό9840/0690
- 4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der den Elektroden ausgesetzte Probenstrom zusätzlich durch Waschflüssigkeitsschübe unterteilt wird, die von den Probenschüben jeweils durch Gasschübe getrennt werden.
- 5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Analyse von Blutproben die ionenselektive 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 ionenselektive Elektrode anspricht, und daß unmittelbar nach dieser Konditionierung die Blutproben als Probenstrom durch die Leitung geschickt werden.
- 6. Verfahren nach Anspruch 5, ■ dadurch gekennzeichnet, daß bei der Konditionierung die -Lösung an den Elektroden vorbeigeleitet wird, um sie dem Lösungsstrora auszusetzen.
- 7. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß bei der Konditionierung die Fühlelektrode der stillstehenden Lösung ausgesetzt wird.409840/0690
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