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Glaselektrode zur Membrandiffusionsanälyse von
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Gasen In modernen analytischen Techniken haben die sogenannten "Gaselektroden"
viele Anwendungsmöglichkeiten gefunden.
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Der Ausdruck Gaselektrode, wie er hier verwendet wird, ist in der
Technik wohlbekannt und bezieht sich auf eine elektrochemische Zelle, in der das
zu bestirisnende Gas eine semipermeable Membran zu einem Elektrolyt-Reservoir durchströmt.
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Ein auf den pH-Wert ansprechender Glassensor und eine Referenzelektrode
sind mit dem Elektrolyten in elektrischer Verbindung, und das Gas löst sich in dem
Elektrolyten und verursacht eine meßbare pH-Änderung in dem Elektrolyten. Die Änderung
des pH-Wertes wird potentiometrisch durch den Glassensor gemessen, und das Ergebnis
ist ein Maß für das Gas, das die Membran durchströmt hat.
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Solche Gaselektroden sind in den Us-Patentschriften 3 649 505, 3 803
006 beschrieben sowie in der anstehenden US-Anmeldung
S.N. 427
322 vom 21.12.1973 mit dem Titel "HarnstoffanalyseU, deren Offenbarung hier als
Bezug angegliedert wird.
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In der besonders wichtigen Anmeldung zur Harnstoffbestimmung, die
in der Anmeldung S.N. 427 322 beschrieben ist, wird die Probe durch ein Bett von
immobilisierter Urease geführt, um den Harnstoff zu Ammoniumionen zu hydrolisieren.
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Das Ammoniumion wird dann durch Reaktion mit einer Base in Ammoniak
übergeführt. Das erhaltene Ammoniake,as strömt dann selektiv durch eine hydrophobe,
für Ammoniak permeable Membran zur potentiometrischen Erfassung mit einer auf den
pH-Wert ansprechenden Elektrode.
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In dieser und anderen Analysetechniken (zum Beispiel der Schwefeldioxidmeßtechnik
nach US-Patent 3 803 006) kann die Gaselektrode entweder in einem "Gleichgewichts-"
oder "Nichtgleichgewichts-Zustand" betrieben werden, was von der Länge des Kontaktes
zwischen der Gasprobe und der Membran ablängt. In dem Gleichgewichtszustand wird
die Gasprobe in Kontakt mit der Membran gehalten, bis ein Diffusionsgleichgewicht
auf beiden Seiten der Membran erhalten worden ist. Der Elektrolyt, der in Kontakt
mit der Membran steht, zeigt ein gleichförmiges Anwachsen des pE-Wertes über sein
ganzes Volumen, und das potentiometrische Ergebnis der Elektrode ist präzise und
genau. Unglücklicherweise neigt
diese Technik jedoch dazu, viel
Zeit in Anspruch zu nehmen, und eignet sich nicht für moderne analytische Laboratorien,
in denen viele Proben routinemäßig verarbeitet werden mussen.
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In der Gleichgewichtsmethode ist die Formgebung der Fühlspitze der
Glaselektrode und ihre Beziehung zu der Formgebung der Membran nicht besonders kritisch,
solange die beden Komponenten genügend nahe zusammenliegen, um einen Gleichgewichtszustand
der Gaskonzentrationen auf beiden Seiten der Membran zu erlauben.
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In dem Nichtgleichgewichtszustand wird die Gasprobe nicht für einen
Zeitraum in Kontakt mit der Membran gehalten, der ausreichen würde, um ein Diffusionsgleichgewicht
auf beiden Seiten der Membran zu erhalten. Dadurch wird eine schnelle Änderung des
pE-Wertes des Elektrolyter erreicht, wodurch man eine scharfe Spitze in dem potentiometrischen
Ergebnis erhält. Obwohl dieses potentiometrische Ergebnis etwas unterschiedlich
von dem Ergebnis ist, das unter Gleichge.Tichtsbedingungen erreicht wird, kann das
Ergebnis mit Präzision und Genauigkeit geeicht werden, solange es dasselbe für gleiche
Proben ist.
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In dem Nichtgleichgewichtsverfahren ist es, wenn Proben intermittierend
in eine Strömung eingeführt werden, wichtig für die Gasdiffusion in beiden Richtungen
durch die
Membran, daß sie schnell und gleichförmig geschieht. Zum
Beispiel wird in der Anmeldung S.N. 427 322 die Harnstoffprobe in relativ hoher
örtlicher Konzentration in den gepufferten Lösungsmittelstrom eingeführt, und die
Reaktion zur Herstellung des Ammoniaks geschieht schnell. Dies verursacht ein schnelles
Anwachsen in der NH3-Konzentration, wodurch eine scharfe Spitze in dem potentiometrischen
Ergebnis erhalten wird. Die Schärfe der Spitze ist eine Funktion der Änderungsrate
der NH3-Konzentration (das heißt, wie schnell der pH-Wert abnimmt, hängt davon ab,
wie schnell das NH3 zurück in den gepufferten Lösungsmittelstrom diffundiert). Die
höhle dieser scharfen Spitze ist ein Maß für die Harnstoffkonzentration. Die nächste
Harnstoffprobe kann eingeführt werden, wenn die potentiometrische Ablesung auf die
Grundlinie oder auf einen Punkt, der nahe genug der Grundlinie liegt, zurücknefallen
ist, so daß die nächste Harnstoffbestirimung nicht nachteilig beeinflußt wird.
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Unter diesen Bedingungen ist die Gleichmäßigkeit des Elektrolytfilmes
zwischen der Glassensorspitze und der Membran von höchster Wichtigkeit. Wenn diese
Schicht eine gleichförmige Dicke besitzt, löst sich das Gas, das durch die Membran
diffundiert, in einem gleichen Elektrolytvolwtien an allen Stellen zwischen der
Glassensorspitze und der Membran. Die Glassensorspitze "sieht" somit die gleiche
Gaskonzentration an allen Punkten ihrer Oberfläche. Wenn die
Diffusion
von Probe zu Probe gleichmäßig ist, gibt es keine lderung oder Auswanderung über
eine längere Reihenfolge von Bestimmungen.
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Wenn der Elektrolytfilm zwischen der Glassensorspitze und der Membran
im Nichtgleichgewichtsbetriebszustand nicht gleichmäßig ist, kann ein Analysefehler
entstehen, da die Gaskonzentration in dem elektrolytischen Film als eine Funktion
des Filmvolumens variiert, und das Elektrodenergebnis liefert einen Durchschnitt
dieser Konzentration.
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Gleichermaßen werden, wenn das Gas von dem Elektrolyten durch die
Membran diffundiert, die dünneren Teile des Elektrolytfilmes von dem Gas schneller
als die dickeren Abschnitte befreit. Wenn sich dieser Prozeß für mehrere Proben
wiederholt, kann ein wesentlicher Fehler erzeugt werden.
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Während solche Ergebnisse für viele Anwendungen geeignet sind, ist
ein hoher Präzisionsgrad -für medizinische analytische Anwendungen nach der Art
der S.N. 427 322 erforderlich. Die vorliegende Erfindung sieht eine spezielle p-Glassensorspitze
vor, um einen gleichförmigen Elektrolytfilm zwischen dieser Sensorspitze und der
Membran sicherzustellen.
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Dieses Problem wurde in bisherigen Elektrodenformgebungen
nicht
erkannt, und die vorliegende Lösung des Problems wurde noch nicht durchgeführt oder
ins Auge gefaßt. zum Beispiel wird bei der Ausführung, die im US-Patent 3 649 505
gezeigt wird, der Elektrolyt mit einem Filterpapier zur direkten Anwendung in einer
Kolbenelektrode aufgenommen. Es findet kein dünner Film eines flüssigen Elektrolyten
Verwendung.
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Das US-Patent 3 803 006 offenbart eine flache Elektrodenspitze, die
in Kontakt mit einer ebenen oder flachen Membran steht. Wenn diese Bedingungen aufrechterhalten
werden, ist ein gleichförmiger Film sichergestellt, jedoch sind solche Bedingungen
manchmal schwierig zu erreichen. In dieser Hinsicht ist die Ausführung des US-Patencs
3 803 006 ähnlich der Ausführung, die in den Figuren 2 und 3 der Anmeldung S.N.
427 322 gezeigt wird. Wenn diese Beingungen, nämlich flache Elektrode und flache
Membran, eingehalten werden, wird eine genaue Analyse erreicht.
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Beim Entwerfen und Bauen von Elektrodenzellen für Analyselaboratorien
werden diese Bedingungen der einwandfreien Ebenheit nicht immer ohne weiteres erreicht.
Viele Membranmaterialien sind dünne Filme aus porösem Kunststoff und werden leicht
durch einen engen Eingriff mit der pH-empfindlichen Glassensorspitze oder dem damit
verbundenen hydraulischen Druck verformt.
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Die vorliegende Erfindung sieht eine Glaselektrodensensorspitze vor,
die für eine gleichmäßige Elektrolytschicht zwischen der Spitze der Membran selbst
unter Bedingungen mit engem Eingriff, bei denen bisher die Membranverformung ein
Problem darstellte, Sorge trägt.
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Demgemäß sieht die vorliegende Erfindung eine verbesserte elektrochemische
Zelle zur potentiometrischen Analyse von Gasproben vor, wobei die Gasprobe eine
dünne, flexible, semipermeable Membran aus mikroporösem Kunststoff durchströmt und
sich in einem Elektrolyten löst, um eine meßbare Änderung des pH-Wertes des Elektrolyten
zu verursachen, wobei die Zelle eine Glaselektrode mit einer pE-empfindlichen Sensorspitze,
eine Referenzelektrode und ein Reservoir eines flüssigen Elektrolyten aufweist,
wobei die ensorspitze und die ReSerenzelektrode in elektrischer ;3erbindung miteinander
durch das Elektrolyt-Reservoir stehen, und wobei eine Membran direkt neben der Sensorspitze
gelagert ist, um einen dünnen, flüssigen Elektrolyt-Film zwischen der Sensorspitze
und der Membran zu bilden, wobei die Sensorspitze eine konvexe Biegung besitzt,
wodurch der dünne flüssige Elektrolytfilm, der zwischen der Sensorspitze und der
Membran sich ausbildet, im wesentlichen über die ganze Oberfläche der Sensorspitze
von gleichmäßiger Dicke ist.
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Vorzugsweise wird die Sensorspitze zur ökonomischen Herstellung
und
für guten Wirkungsgrad dadurch geformt, daß eine Scheibe aus pH-empfindlichem Glas
an einer chemisch resistenten Glasröhre durch einen geeigneten Klebstoff oder ein
Schmelzabdichten, wie zum Beispiel mit Einschmelztechniken, befestigt wird, und
daß dann die Scheibe mit einem konkaven Abtragwerkzeug geschliffen und poliert wird,
um der Spitze den gewünschten Krümmungsgrad zu erteilen.
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In der bevorzugten Durchführung der vorliegenden Erfindung besitzt
das chemisch resistente Glas rohr einen Durchmesser in dem Bereich zwischen etwa
0,5 cm bis 1,3 cm (0,2 inch bis 0,5 inch), und die Höhe des Kurvenbogens der Glassensorspitze
liegt in dem Bereich zwischen etwa 0,12 mm bis 0,37 mm ( 5 mils bis 15 mils). Wenn
die Krümmung der Spitze viel stärker ist, ist für Elektroden der beschriehenen Formgebung
der Sensor zu "spitz", und es läßt sich kein gleichmäßiger Film erreichen. In der
bevorzugten Ausführung zur Verwendung in der Zelle der Anmeldung S.N. 427 322 beträgt
der Röhrendurchmesser ungefähr 0,8 cm (1/3 inch), und die Höhe des Bogens der Spitze
ist etwa 0,12-bis 0,25 mm (5 mils bis 10 mils).
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Die Zusammensetzung des pH-empfindlichen Glases oder des chemisch
resistenten Glasrohres gehören zum Stande der Technik und bilden keinen Teil der
vorliegenden Erfindung.
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Solche Glaszusammensetzungen und Herstellungstechniken sind in dem
US-Patent 3 806 440, über das die Anmelderin ebenfalls verfügt, offenbart, und in
dem Kapitel 9 von "Determination of pH" von Roger G. Bates (John Wiley & Sons,
Inc.) 1964, dessen Offenbarung hier als Bezug angegliedert wird.
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Von speziellem Interesse ist das Glassensorelement 32, das in der
Zeichnung des Patentes 3 806 440 gezeigt wird, das zur Durchführung der vorliegenden
Erfindung geschliffen und poliert werden kann.
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Die vorliegende Erfindung wird in Verbindung mit der Harnstoffanalyse
beschrieben unter Bezug auf die Zeichnungen, von denen Figur 1 ein schematisches
Prozeßflußdiagramm der Harnstoffanalyse ist, Figur 2 eine Querschnittsdarstellung
einer elektrochemischen Zelle gemäß des Standes der Technik ist, und Figur 2A eine
vergrößerte Ansicht der Zelle von Figur 2 darstellt, wobei der Elektrolytfilm zwischen
der Sensorspitze und der Membran nicht gleichmäßig ist, Figur 3 eine Schnittdarstellung
einer pH-empfindlichen Glassensorspitze gemäß der vorliegenden Erfindung ist, und
Figur 4 eine Schnittdarstellung einer elektrochemischen Zelle mit der Sensorspitze
von Figur 3 darstellt, die gemäß der vorliegenden Erfindung einen gleichmäßigen
Elektrolytfilm besitzt.
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Wie in Figur 1 dargestellt ist, fließt eine wäßrige Probe, die Harnstoff
enthält, in ein Bett immobilisierter Urease, die als Hydrolysezone wirkt, in der
die Probe für eine Zeit und bei einer Temperatur gehalten wird, die ausreichen,
um den Harnstoff in Ammoniumionen durch den Prozeß, der in der Anmeldung S.N. 427
322 beschrieben ist, zu hydrolisieren.
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Vorzugsweise wird die Probe in Kontakt. mit der immobilisierten Urease
für eine Zeit gehalten, die ausreicht, im wesentlichen den gesamten Harnstoff zu
Ammoniumionen zu hydrolisieren. Typischerweise wird diese Hydrolyse in einem Zeitraum
zwischen wenigen Sekunden bis 30 Minuten oder länger und bei Temperaturen in einem
Bereich zwischen OOC bis etwa 500C und höher durchgeführt. Es wird angenommen, daß
die Urease zur Hydrolyse von Harnstoff am wirksamsten bei einem pH-Wert zwischen
etwa 5 und 9 ist. Da die Urease zur Hydrolyse von Harnstoff am wirksamsten in dem
pH-Berech zwischen 5 und 9 ist, wird die Harnstoffprobe, bevor sie in Kontakt mit
der Urease kommt, gewöhnlich mit einem wäßrigen Lösungsmittel gemischt, das auf
einem Wert zwischen pH 5 und 9 gepuffert ist.
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Das Lösungsyerhältnis der Harnstoffprobe in dem gepufferten Lösungsmittel
variiert mit der Harnstoffkonzentration in der Probe. Für physiologische Strömungsmittel,
wie zum Beispiel Blut oder Urin in einer unbekannten Konzentration innerhalb des
erwarteten Konzentrationsbereiches ist ein
Verhältnis von einem
Volumenteil der Probe auf 25 bis 50 Teile Lösungsmittel für ein annehmbares Elektrodenergebnis
geeignet. Gewöhnlich wird aus Wirksamkeits- und ökonomischen Gründen eine kleine
Probe (zum Beispiel etwa 10 bis 50 Mi.kroliter) in einen Strom eines gepufferten
Lösungsmittels eingeführt, das mit einer Flußrate von 0,1 bis 10 Milliliter pro.Minute
fließt, um es in das immobilisierte Ureasebett einzuführen. Geeignete gepufferte
Lösungsmittel sind unter anderem 0,01 m Natriumcitrat (pH 6,0), 0,01 m Natriummaleat
(pH 6,2) und 0,01 m Tris (Hydroxymethyl) Aminomethan, das auf einen pH-Wert von
7 mit HCl eingestellt ist.
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Nach der Hydrolyse des Harnstoffes fließt das entstandene Bydrolysegemisch,
das Ammoniumionen enthält, von dem Bett ler immobilisierten Urease und wird mit
genügend Hydroxid in einer geeigneten Mischkammer gemischt, um den pH-Wert des Gemisches
auf wenigstens etwa 11 einzustellen. Bei diesem pH und darüber werden im wesentlichen
alle Ammoniumionen in eine wäßrige Ammoniaklösung umgesetzt. Die Mischkammer besitzt
einen Einlaß für den hydrolisierten Harnstoff, einen Einlaß für das Hydroxid und
einen Auslaß für das erhaltene Reaktionsgemisch. Jeder Mischertyp, wie zum Beispiel
ein Rührflügel- oder Schaufelmischer, kann in der Mischkammer verwendet werden,
um das Hydroxid mit dem hydrolisierten Harnstoff zu vermischen, obwohl ein kleiner
magnetisch betriebener
Mischstab sich als weitgehend zufriedenstellend
erwiesen hat.
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Es kann jedes Hydroxid, das nicht Ammoniak oder Ammeniumionen enthält,
verwendet werden, um den pH auf wenigstens etwa ii einzustellen. Geeignete Basen
sind zum Beispiel die Erdalkalimetallhydroxide (zum Beispiel Ca Ca(OH)2 oder Mg(OfI),
obwohl wäßrige Lösungen der Alkalimetallhydroxide, speziell NaOH, mit einer Konzentration
in dem Bereich zwischen 0,01 und etwa in wegen der Wirksamkeit und Wirtschaftlichkeit
in der pH-Einstellung bevorzugt werden.
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Nach der Einstellung des pH-Wertes auf wenigstens 11 wird die erhaltene
wäßrige Ammoniaklösung in Kontakt mit einer hydrophoben, für Ammoniak permeablen
Membran für einen Zeitraum gebracht, der ausreicht, das gasförmige Ammoniak durch
die Membran strömen zu lassen. Solche hydrophoben Membranen ermöglichen den Durchgang
des gasförmigen Ammoniaks; während wäßrige Lösungen zurückgehalten werden, und können
in der Form eines hydrophoben porösen und mikroporösen Kunststoffilms vorliegen,
der eine Dicke von etwa 2,5 Mikrometer bis etwa 0,25 mm (0,1 bis etwa 10 mils) besitzt,
eine Porosität von etwa 10 bis 85% und einen Porendurchmesser von etwa 0,05 bis
5 Mikrometer hat. Geeignete Kunststoffmembraneii sind im Handel erhältlich in der
Form von porösen Copolymeren aus Acrylnitril und Vinylchlorid auf einem Nylonträger,
porösem
hydrophobem Zelluloseacetat, porösem Polytetrafluoräthylen, mikroporösem Polypropylen,
porösem Polyvinylidenfluorid und anderen Membranmaterialien, die Xm US-Patent 3
649 505 offenbart sind, dessen Inhalt hier als Bezug angegliedert wird. Diese Membranen
erlauben eine Diffusion von gasförmigem Ammoniak, während einwertige Ionen wie zum
Beispiel Na+, K+ oder Li+ in der wäßrigen Lösung bleiben, die nicht durch- die Membran
hindurchdiffundiert.
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Das gasförmige Ammoniak, das durch die Membran dringt, wird dann zu
einer elektrochemischen Zelle gebracht, die eine wäßrige Elektroiytlösung enthält.
Das gasförmige Ammoniak löst sich in der Elektrolytlösung und läßt so den pH der
Elektrolytlösung anwachsen. Dieses Anwachsen des pH-Wertes wird potentiometrsch
mit einer pH-sensitiven Elektrode gemessen.
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Die Elektrolytlösung ist gewöhnlich eine Lösung eines Ammoniumsalzes
(zum Beispiel 0,1 m NH4Cl), um eine Grundlinie der Ammoniumionenkonzentration zu
liefern, von der aus ein Anwachsen des pH leicht meßbar ist. Dieses Anwachsen des
pH ist eine Funktion des Ammoniakgasbetrags, der durch die Membran hindurchdringt
r und die entsprechende potentiometrische Ablesung auf dem Elektrometer kann leicht
in Harnstoffäquivalente der Originalprobe umgerechnet werden. Das Harnstoffäquivalent
der
Originaiprobe wird gewöhnlich in Milligramm Blutharnstoffstickstoff( blood urea
nitrogen, abgekürzt BUN) pro 100 ml Probe ausgedrückt. Diese Einheiten sind in klinischen
Anwendungen üblich.
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Die Figuren 2 und 2A sind Schnittansichten einer elektrochemischen
Zelle, in der eine flache Bodensensorspitze gemäß dem Stand der Technik verwendet
wird.
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Figur 3 ist eine Schnittansicht einer Glaselektrodenkomponente, die
allgemein mit dem Bezugszeichen ii bezeichnet ist und die eie chemisch resistente
Glasröhre 2 enthält, an der durch Schmelzabdichtung eine konvexe pH-Glassensorspitze
3 befestigt Jst, die aus einer pH-empfindlichen Glaszusammensetzung besteht. Die
Krümmung der Spitze 3 ist in Termen des Krümmungsradius des Kreises beschrieben,
der gewöhnlich solche Krümmungen beschreibt. Der Krümmungsradius ist in Figur 3
mit R bezeichnet. Wenn R ungeführ 6 cm (2,5 inches) beträgt, ist die Bogenhöhe (das
heißt die größte Entfernung zwischen der Kreissehne, die von dem Bogen S begrenzt
wird, und dem Bogen S) etwa 0,12 mm (5 mils), und wenn R etwa 2,5cm (1 inch) beträgt,
ist die Bogenhöhe etwa 0,32 mm (15 mils) für die Glasröhre 2, die einen Außendurchmesser
von etwa 8 mm (1/3 inch) besitzt.
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Für die praktische Wirksamkeit ist die Bogenhöhe der Glasspitze 3
in dem Bereich von etwa 0,12 mm (5 mils) bis etwa
0,32 mm (15 mils)
und gewöhnlich in dem Bereich von etwa 0,12 mm (5 mils) bis etwa 0,25 mm (10 mils).
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Die konvexe Krümmung wird durch Schleifen und Polieren mit einem feinen
konkav abreibenden Werkzeug erreicht, das einen Krümmungsradius von 6,3 cm (2,5
inches) besitzt. Der äußere Durchmesser der Röhre 2 liegt in dem Bereich von etwa
5 mm (0,2 inch) bis etwa 12 mm (0,5 inch), wobei etwa 8 mm (1/3 inch) typisch ist.
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Figur 4 ist eine vergrößerte Ansicht, teilweise aufgeschnitten, einer
Zelle, wie sie in Figur 2 dargestellt ist, die eine konvexe Sensorspitze nach Figur
3 verwendet. In den Figuren 2 und 4 besitzt die elektrochemische Zelle eine Elektrodenkammer
10a, mit der ein Membrangehäuse 10b mit Hilfe von Schraubgewindee 10c in Eingriff
steht. Die Kammer 10a enthält eine pH--empfindliche Glaselektrode 11, die eine übliche
Glaselektrodenzusammensetzungbezogen auf eine geeignete konventionelle Referenzstandardelektrode
12, wie zum Beispiel ein Platindrlht, der mit einer Silber/Silberchloridschicht
bedeckt ist, sein kann. Beide diese Elektroden werden in Stellung durch den Elektrodenträger
20 gehalten, der mit einer Dichtung 21 versehen ist. Die Elektroden 11 und 12 sind
elektrisch mit einem konventionellen verbunden potentiometrischen pH-Messer, der
nicht dargestellt ist.
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Die Sensorspitze der Elektroden 11 in Figur 2 und Figur 4 erstreckt
sich in eine Elektrolytenausnehmung 13, die eine wäßrige 0,1m NH4Cl Lösung enthält.
Die Referenzelektrode 12 erstreckt sich ebenfalls in die Elektrolytausnehmung 13.
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Der Boden der Elektrolytausnehmung 13 wird durch eine hydrophobe ammoniakdurchlässige
Membran 14 gebildet; die Fühlspitzen sind direkt neben ihr angeordnet. Die Membran
14 wird in Kontakt mit der Elektrolytausnehmung 13 durch das Membrangehäuse 10b
und dem Membranhalter 22 gehalten. Eine Flüssigkeitsabdichtung wird mit Hilfe der
Dichtung 16 erreicht. Das Membrangehäuse 1Ob ist auch mit einem schmalen Durchlaß
17 verziehen, durch den die Probe, die das Ammoniak enthält, in die Permeationskammer
23 einfließt. Der Durchlaß 17 und die Permeationskammer 23 sind von solchen Ausmaßen,
daß sie einen turbulenten Fluß sicherstellen, der die Probe der Membran 14 maximal
aussetzt, um eine wirksame Ammoniakdurchdringung zu ermöglichen. Nach dem Kontakt
mit der Membran 14 ströztt der Probenrest, dem Ammoniak entnommen wurde, durch den
Durchlaß 18 aus. Die potentiometrische Messung, die aus dem Anwachsen des pH-Wertes
erhalten wird, wird auf die Harnstoffkonzentration der ursprünglichen Harnstoffprobe
durch konventionelle Eichverfahren von Potentiometern über tragen.
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In Figur 2A ist die Sensorspitze der Elektrode 11 flach, und die Membran
14 ist als leicht gebogen dargestellt, was eintritt,
wenn die Sensorspitze
nicht sorgfältig und richtig eingeführt wird. In Figur 4 besitzt die Sensorspitze
eine Bogenhöhe von 0,175 mm (7 mils) und liegt so, daß die Membran 14 um etwa 0,25
mm (10 mils) von ihrer ebenen horizontalen Stellung heruntergedrückt wird. Eine
gleichförmige Dicke des Elektrolyten ist dazwischen ausgebildet.
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Die Erfindung wird weiterhin an den folgenden Beispielen dargestellt,
in denen alle Teile Gewichtsteile, alle Prozentzahlen Gewichtsprozente darstellen,
wenn nichts anderes angegehen i.st.
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Beispiel 1 In Beispiel 1 ist der gepufferte Verdünner eine wäßrige
0,01 m Lösung von Tris (Hydroxymethyl) Aminomethan, das auf einen pH von 7,5 (mit
HCl) eingestellt wurde und in NaCl 0,17 m ist, 1,0 x 10 3m in Dinatriumäthylendiamintetraessig--5
säure und 1,0 x 10 m in NH4Cl ist.
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Die Base, die zur EinstelJung des pH verwendet wird, ist eine 0,03
m Natriumhydroxidlösung.
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Die immobilisierte Urease wird durch Herstellung von immobilisierter
Urease auf porösem Aluminiumpulver hergestellt, wie es in Beispiel 5 der Anmeldung
S.N. 427 322 beschrieben ist.
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Die elektrochemische Zelle verwendet eine Glaselektrode, die eine
pH-sensitive Sensorspitze besitzt, die in Figur 4 gezeigt ist, mit einer Bogenhöhe
von etwa 0,17 mm (7 mils).
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Die Elektrode besitzt ein Silber-Silberchloridelement in einem IICl-Elektrolyten'bezogen
auf eine Silber-Silberchloridelektrode. Dies ist üblich und nicht gezeigt.
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Die für Ammoniak permeable hydrophobe Membran besteht aus einem mikroporösen
Polypropylenfilm mit einer Stärke von 0,025 mm (1 mil)/ einer Porösität von 35%
und einem durchschnittlichen Porendurchmesser von weniger als 0,1 Mikrometer.
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Der Elektrolyt in der Ausnehmung 13 besteht aus 0,1m NH4Cl.
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Das gepufferte Lösungsmittel und die Hydroxidlösungen, die oben beschrieben
wurden, werden durch den in Figur 1 beschriebenen Apparat mit einer Rate von 1,0
ml/Min. für jeden Strom gepumpt. Mehrere 10 ml-Proben von jeder der wäßrigen Harnstoffprobenkonzentration,
die unten beschrieben wird, wird schnell mit einer subkutanen Nadel durch das Injektions-'T"
in die immobilisierte Enzymkolonne, wie in Figur 1 dargestellt, injiziert. Die Analyse
findet statt, wie oben in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Die Eichung
wird mit einer wäßrigen Harnstoffprobe einer bekannten Zusammensetzung wie in der
Anmeldung S.N. 427 322 durchgeführt.
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Standardblutserum-Proben werden dann in einer einzigen Serie von Bestimmungen
analysiert, wobei eine Probe direkt nach der Analyse der vorangegangenen Probe injiziert
wird. Die "Testzahl" zeigt die Reihe der Analyse. Die Standardserumproben ergeben
folgenden BUN-Gehalt.
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Serumprobe mg BUN/100 ml A 12,2 B 16,0 C 30,7 D 48,0 Aufgrund der
Analyse mit der vorliegenden Erfindung, wie sie oben beschrieben ist, werden die
folgenden Resultate erhalten. Das Millivoltergebnis ist negativ.
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Probe A Probe B Probe C Probe D Test- Millivolt- BUN mg/ Test- Millivolt-
BUN mg/ Test- Millivolt- BUN mg/ Test- Millivolt- BUN mg/ Nr. ergebnis 100 ml Nr.
ergebnis 100 ml Nr. ergebnis 100 ml Nr. ergebnis 100 ml 1 100,5 12,3 7 109 17,4
4 125,0 32,4 10 136,5 50,4 2 101,0 12,6 8 109 17,4 5 125,5 33,0 11 136,5 50,4 3
101,5 12,7 9 109 17,4 6 126,0 33,3 12 136,5 50,4 13 103,5 13,7 19 109 17,4 16 125,5
33,0 22 136,5 50,4 14 102,0 13,2 20 109 17,4 17 125,5 33,0 23 136,5 50,4 15 102,0
13,2 21 109 17,4 18 125,5 33,0 24 136,5 50,4 Durchschnittsablesung 101.75#0,95 109,0#0,0
125,5#0,2 136,5#0,0 BUN mg/ 100 ml 13,0#1,0 17,4#0,0 33,0#0,4 50,4#0,0
Beispiel
2 Das Verfahren nach Beispiel 1 wird wiederholt mit der Ausnahme, daß eine frische
mikroporöse Polypropylenmembran Verwendung findet. Die Ergebnisse sind unten aufgeführt.
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Probe A Probe B Probe C Probe D Test- Millivolt- BUN mg/ Test- Millivolt-
BUN mg/ Test- Millivolt- BUN mg/ Test- Millivolt- BUN mg/ Nr. ergebnis 100 ml Nr.
ergebnis 100 ml Nr. ergebnis 100 ml Nr. ergebnis 100 ml 1 93,0 12,2 7 100,5 16,5
10 116,5 31,6 4 126,5 46,5 2 93,0 12,2 8 100,0 16,2 11 117,0 32,4 5 127,5 49,0 3
93,0 12,2 9 100,0 16,2 12 117,5 32,9 6 127,5 49,0 13 94,0 12,6 19 100,5 16.5 22
117,5 32,9 16 127,5 49,0 14 94,0 12,6 20 100,5 16,5 23 118,0 33,3 17 128,0 49,8
15 94,0 12,6 21 100,5 16,5 24 117,5 32,9 18 128,0 49,8 Durchschnittsablesung 93,5
100,3 117,3 127,5 BUN mg/ 100 ml 12,4#0,2 16,4#0,2 32,4#0,4 48,9#0,3
Die
obigen Meßdaten für Beispiel 1 und Beispiel 2 zeigen, daß das Ergebnis über eine
längere Reihe von Bestimmungen genau bleibt, selbst wenn Proben verschiedener BUN-Konzentrationen
intermittierend analysiert werden.
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Kontrolle Zu Vergleichszwecken wurde eine elektrochemische Zelle
wie die in Figur 2 gezeigte verwendet. Die Sensorspitze der Elektrode 11 ist flach
und wird gegen eine mikroporöse Polypropylenmembran gepreßt, wie oben beschrieben,
wobei eine nichtgleichförmige Elektrolytschicht dazwischen liegt. Die Membran wird
ungefähr 0,25 mm (10 mils) aus ihrer anfänglichen ebenen horizontalen Stellung weggebogen.
Die Verfahren sind im wesentlichen dieselben wie in Beispiel 1.
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Sieben 20 Mikroliter-Proben, von denen jede aus zwei Standardblutserurnproben
stammen, werden nach der Eichung mit einem wäßrigen Harnstoffstandard in der gleichen
Weise wie in Beispiel 1 analysiert, die Resultate sind unten aufgeführt. Die "Testnummer"
entspricht der Reihe der Probeninjektion.
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Normaler Serum-Harnstoff Abnormer Serum-Harnstoff Test- Millivolt-
BUN mg/ Test- Millivolt- BUN mg/ Nr. ergebnis 100 ml Nr. ergebnis 100 ml 1 67,0
17,4 2 4T,5 53,8 3 66,0 18,1 4 40,5 56,0 5 66,0 18,1 6 40 0 57,4 7 66,0 18,1 8 39,5
58,8 9 65,0 18,9 10 39,0 60,2 11 65,0 t8,9 12 39,5 58,8 13 65,0 18,9 14 38,5 61,6
Das Millivoltergebnis ist für diese Bestimmungen positiv.
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Das Abwandern oder der Mangel an "Präzision" in der Millivoltanzeige
zeigt höhere Konzentrationen von Harnstoff später in der Testserie an.