DE2712158A1

DE2712158A1 - Vorrichtung zur messung des sauerstoffgehalts gasfoermiger oder fluessiger proben, insbesondere des bluts

Info

Publication number: DE2712158A1
Application number: DE19772712158
Authority: DE
Inventors: Werner Dr Rer Nat Lang; Hans Uwe Prof Dr Rer Nat Wolf; Rolf Prof Dr Zander
Original assignee: Compur Electronic GmbH
Current assignee: Zander Rolf Prof Drmed Wolf Hans Uwe Dr Re
Priority date: 1977-03-19
Filing date: 1977-03-19
Publication date: 1978-09-28
Also published as: CA1116987A; DE2712158C2

Description

Vorrichtung zur Messung des Sauerstoffgehalts gasförniger
oder flüssiger Proben, insbesondere des Bluts Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur photometrischen Messung des Sauerstoffgehalts gaförniger oder flüssiger Proben, bestehend aus einem Photometer und einer Testküvette.
In der nedizinischen und naturwissenschaftlichen Forschung, in der medizinischen Diagnostik sowie in anderen Anwendungsbereichen, beispielsweise im Rahmen des Umweltschutzes, in Fermentern sowie in der Luft-, Raumfahrt- und Tauchtechnik stellt sich häufig die Aufgabe, den Saucrstoffgehalt in kleinsten Probenmengen, schnell, nit großer Genauigkeit und mobil an Ort und Stelle zu bestimmen.
Eine Reihe von gasanalytischen Verfahren, die teils auf physikalischen, teils auf chemischen Methoden beruhen, werden zur Zeit für die Bestimmung des Sauerstoffs benutzt.
Bei den physikalischen Verfahren kommen die Massenspe.ktrometrie, Gaschromatographie, paramagnetische und polarographische Methoden, Wärmeleitfähigkeitsmessung und der Einsatz galvanischer Zellen in Frage. Den klassischen chemischen Verfahren manoxetrischer oder volumetrischer Art liegt eie Druck- oder Volumenmessung nach Absorption des Sauerstoffs zugrunde.
Jede der bisher gebräuchlichen Methoden ist mit mindestens einem der nachfolgenden Nachteile behaftet: hohe beratekosten, große Störanfälligkeit der Geräte, anspruchsvolle Igedienung, lange Analysendauer, großes Probenvolumen, mangelnde Spezifität für Sauerstoff, Messung ist entweder nur in der flüssigen oder gasförmigen Phase möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung vorzuschlagen, die eine Sauerstoffkonzentrationsmessung schnell, einfach, billig, mit hoher Spezifität, in Gasen und Flüssigkeiten, mit großer Genauigkeit und mobil zuläßt.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Anwendung einer Testküvette, die durch eine gasdichte (speziell sauerstoffdichte) und durchstechbare Membran verschlossen ist und mit einem durch Sauerstoff verfärbbaren Reagens teilweise gefüllt sowie mit einer Inertgasatmosphäre versehen ist.
Diese Kuvette besteht aus gasundurchlässigem Material, vorzugsweise aus Glas, und hat eine für die photometrische Messung geeignete, z. B. eine zylindrische Form (Rundküvette).
Empfehlenswerte Maße für diese Rundküvette sind: lo mm Innendurchmesser (entsprechend etwa lo mm Schichtdicke), 12 mm Außendurchmesser, 3 - 5 ml Inhalt.
Die beschriebene Küvette wird verschlossen durch eine gasdichte, speziell sauerstoffdichte, durchstechbare Membran.
Diese Membran besteht aus mehreren ubereinander geklebten Schichten von elastischem Trägermaterial wie Gummi und synthetischen Hochpolymeren sowie gasdichten Metallfolien, z. B.
in der Anordnung: synthetische Hochpolymere - Aluminiumfolie -Gummi - Aluminiumfolie - synthetische Hochpolymere. Die Küvette wird in geeigneter Weise, z. B. durch Verkleben oder durch einen Metallringverschluß mit der beschriebenen Membran verschlossen.
Die auf ihren Sauerstoffgehalt hin zu untersuchende Probe wird mit Hilfe einer Injektionsspritze, speziell einer Präzisionsspritze, unter Durchstechen der Membran in die Küvette injiziert. Nach Entfernen der Injektionsspritze gewährleisten die elastischen Folien der Membran für einige Stunden die Dichtigkeit der Membran gegenüber Sauerstoff. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, die Messung (s. u.) einige Stunden nach Injektion der Probe vorzunehmen.
Die beschriebene Sauerstoffkonzentrationsmessung ist extrem einfach durchführbar. Da lediglich eine Probe von lo - loo pl mit einer Präzisionsspritze in die Küvette einzuspritzen und die Absorptionsänderung in einem Photometer abzulesen ist, kann diese Bestimmung auch durch ungeschultes Personal durchgeführt werden. Weiterhin erfolgt die Messung der Sauerstoffkonzentration sehr schnell, denn vom Einbringen des Bluts bis zum Erhalt des Meßergebisses wird maximal eine Minute benötigt.
Der Sauerstoffgehalt der injizierten Probe wird photometrisch unter Verwendung von Reaktionslösungsgemischen gemessen, die mit Sauerstoff eine intensive Färbung ergeben, z. B. unter Verwendung von Hydroxy- oder Aminoderivaten aromatischer Verbindungen wie Benzol oder Naphthalin oder von Derivaten mehrkerniger Aromaten mit Heteroatomen. Ein empfindliches Reaktionslösungsgemisch besteht z. B. aus 25 mM Brenzcatechin in 1 N NaOH oder KOH.
Gegebenenfalls erfolgt zum Reaktionslösungsgemisch ein Zusatz von farbverstärkenden Substanzen wie Metallsalzen, z. B. von 5 mM Fe2+ (in Form von Fe(NH4)2(S04)2).
Die photometrische Messung der der Reaktionsprodukte erfolgt im System Brenzcatechin + Fe2+ bei 490 nm. Unter den hier angegebenen Bedingungen wird durch die Injektion von 1 pl Sauerstoff eine Extinktionsdifferenz von o.25 Einheiten erhalten. Andere Gase, z. B. C02 und CO, werden durch das genannte Reaktionslösungsgemisch nicht erfaßt.
Für die Sauerstoffkonzentrationsmessung werden egen der ausgesprochen großen Empfindlichkeit der beschriebenen Reaktionslösungen gegenüber Sauerstoff nur kleinste Probenvolumina in der Größenordnung von lo - loovul benötigt. Für den Bereich der medizinischen Diagnostik bedeutet dies, daß zur Gewinnung einer Blutprobe auf eine Venenpunktion verzichtet werden kann (arztliches Hilfspersonal kann das erforderliche Blut aus dem Ohrläppchen entnehmen), oder daß auch dann eine Sauerstoffmessung vorgenommen werden kann, wenn nur geringe Mengen zur Verfügung stehen (Bestimmung der Sauerstoffkonzentration im Kopfschwartenblut des Säuglings).
Durch die Anwendung eines alkalischen Milieus im Reaktionslösungsgemisch werden gleichzeitig die bei der Untersuchung von biologischem Material möglicherweise in der Probe enthaltenen Zellen (z. B. Erythrocyten bei Sauerstoffnessungen im Vollblut) lysiert und die Zellmembran in Lösung gebracht. Weiterhin werden andere organische korpuskulare Bestandteile, z. B. solche des Flußwassers (Algen o. a.) gelöst. Gegebenenfalls kann der Lösungsprozeß durch Zusatz von Detergentien, wie z. B. von 1 - 3 % Natriumdodecylsulfat, erleichtert werden. Auf diese Weise wird eine Störung der photometrischen Messung durch korpuskuläre Begleitstoffe in den zu untersuchenden Proben weitgehend vermindert oder gänzlich unterdruckt.
Bedingt durch die Schnelligkeit der Messung und durch die Tatsache, daß in dem für die Farbreaktion verwendeten Reaktionslösungsgemisch keinerlei biologische Reaktionen wie Atmung und dgl. ablaufen können, ist die Möglichkeit gegeben, Sauerstoffkonzentrationsmessungen auch in solchen biologischen Systemen durchzufuhren, in denen durch biologische Vorgänge die Sauerstoffkonzentration während einer lãngerdauernden Messung so stark verändert wird, daß kein aussagefähigen Ergebnis zu erhalten ist.
Die Verdünnung der Probe (lo - loo 1) auf das Volumen des Reaktionslosungsgemischs von ca. 2.5 ml ermöglicht auch die Messung intensiv gefärbter Proben (z. B. Blut), da durch die starke Verdünnung die Eigenextinktion der Proben gegenüber dem Sauerstoffmeßwert relativ gering ist.
Die Sauerstoffbestimmung kann sowohl in Gasen als auch in Flussigkeiten vorgenommen werden. Bei der Untersuchung des Sauerstoffgehalts flüssiger Proben kann auf eine sonst notwendige Extraktion oder Elution des Gases aus der flüssigen Phase verzichtet werden. Das Vorhandensein von 1 - 2 ml Inertgas in der Küvette, entsprechend etwa 30 - 40 % des Gesamtvolumens ermöglicht einen Druckausgleich, der bei der Injektion flüssiger Proben nötig ist.
Die Messung der Sauerstoffkonzentration kann in mobilen Einsatz vorgenommen werden, wenn ein tragbares, batteriebetriebenes Photometer für die Absorptionsrnessung benutzt wird. Auf diese Weise kann die Diagnostik der Saxerstoffkonzentration des menschlichen Blutes, zum Beispiel in der Notfall- und Katastrophenmedizin (Notartzwagen), in der Tauch-, Luft- und Raumfahrtmedizin (U-Boot, Flugzeug) sowie in der Sport- und Arbeitsmedizin direkt an Ort und Stelle durchgeführt werden.
Im Gegensatz zu anderen Verfahren wird nicht der Sauerstoffpartialdruck, sondern die Sauerstoffkonzentration gemessen. Dies hat in einer Reihe von Fällen, z.B. bei Vergiftungen, bei denen Methämoglobin gebildet wird, oder bei CO-Vergiftungen eine erhebliche diagnostische Bedeutung.
Gegenüber den herkömmlichen Verfahren ist die beschriebene Sauerstoffkonzentrationsmessung erheblich billi ger, und zwar sowohl hinsichtlich der Kosten für die Meßgeräte als auch hinsichtlich der Kosten der Messung selbst.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand einer Zeichnung dargestellt und näher erläutert.
Es handelt sich dabei um eine Rundküvette 1 aus Glas mit einer Lichtweglänge von 10 mm, die mit 2,5 ml Reaktionsflüssigkeit 2 gefüllt ist. Der verbleibende Küvettenraum ist mit Inertgas 3 gefüllt. Die Küvette 1 ist mit einer aus mehreren Schichten zusammengesetzten Membran 4 verschlossen, die mit einem Schraubverschluß 5 gegen die Auflagefläche der Küvette gedrückt wird. Die Injektion der Probe erfolgt mit Hilfe einer Injektionsspritze durch die Membran 4 hindurch. Die Membran (Fig. la) ist aus den folgenden Schichten aufgebaut: Polyäthylen 6, Aluminium 7, Paragwnmi 8, Aluminium 9, Polyäthylen 10.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 1. Vorrichtung zur photometrischen Messung der Sauerstoffgehalts gasförmiger oder flüssiger Proben, bestehend aus einem Photometer und einer Testküvette, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß diese Testküvette durch eine gasdichte (speziell sauerstoffdichte) und durchstechbare Membran verschlossen ist und mit einen durch Sauerstoff verfärbbaren Reagens teilweise gefüllt sowie mit einer Inertgasatmosphäre versehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, das diese gasdichte und durchsteckbare Membran aus mehreren übereinander geklebten Schichten von elastischen Trägermaterial wie Gummi und synthetische Hochpolymeren sowie gasdichten Metallfolien, z. B. in der Anordnung: synthetische Hochpolymere - Metallfolien - Gummi - Metallfolien - synthetische Hochpolymere, besteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dae das s durch Sauerstoff verfärbbare Reagenz aus Hydroxy- oder Aminoderivaten aromatischer Verbindungen wie Benzol oder Naphthalin, oder aus Derivaten mehrkerniger Aromaten mit Heteroatomen, z. B. aus 25 mM Brenzcatechin in 1 N NaOH oder KOH, besteht.
4. Vorrichtung nach des Ansprüchen 1 und 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß dem verfärbbaren Reagenz farbverstärkende Substanzen wie Metallsalze, z. E. 5 nM Fe2+ (in For: vor. Fe(NH4)2(SO4)2), zugesetzt werden.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 3 und 4, d a d u r c h y e k e n n z e i c h n e t, daß dem Reaktionslösungsgemisch Detergenticn, z. B. 1 - 3 z Natriumdodecylsulfat, zugesetzt werden.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der das Inertgas enthaltende Raum ca. 30 - 40 5 des Gesamtvolumens der Küvette beträgt.