DE2833356C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Messung der Konzentration einer Komponente in einem Stoffgemisch durch Lichtmessung mit einer Lichtquelle, einem Monochromator, mindestens einer Lichtmeßeinrichtung, und einem auf die Änderung der Konzentration der Komponente mit einer Spektraländerung reagierenden Indikator in einem Raum zur Aufnahme des Indikators, wobei dieser Raum durch eine, für die zu messende Komponente durchlässige Membran und mindestens an der dem Monochromator zugewendeten Seite durch ein strahlungsdurchlässiges Fenster abgesperrt ist.

Aus der DE-PS 25 08 637 ist es bekannt, mit solchen Vorrichtungen transcutan den Partialdruck von Blutgasen zu messen. Dabei kommt insbesondere bei Serienmessungen der Eichung der verwendeten Indikatoren Bedeutung zu, die jedoch mit solchen Vorrichtungen, vor allem bei Messungen in situ, nicht möglich ist.

Vergleichsmessungen mit gattungsgemäßen Vorrichtungen sind weiterhin aus der DD-PS 1 06 086 bekannt. Hierbei wird der zum Vergleich verwendete Indikatorraum gegen das Meßobjekt abgeschlossen, so daß nur Verbesserungen des Meßsignals, jedoch keine Eichungen ermöglicht werden.

Für eine Anordnung, bestehend aus einem Indikator, der in einem Raum angeordnet ist, welcher durch eine für die zu messende Komponente durchlässige Membran und mindestens an der dem Monochromator zugewendeten Seite durch eine strahlungsdurchlässige Fläche abgesperrt ist, hat sich die Bezeichnung OPTODE eingebürgert.

Es stellt sich danach die Aufgabe, eine gattungsgemäße Vorrichtung zu schaffen, die leicht und auch während der Messung eichbar ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Raum zur Aufnahme des Indikators außer mit dem Stoffgemisch mit mindestens einem Vergleichsstoff mit bekannter Konzentration der zu messenden Komponente in Wirkverbindung steht.

Der Vorteil dieser Vorrichtung ist, daß Eichungen sofort und auch während der Messung vorgenommen werden können.

Insbesondere ist dies dann möglich, wenn bei der Meßvorrichtung ein optisch transparenter Vergleichsstoff bekannter Konzentration an der der Objektseite der Optode gegenüberliegenden Seite der Optode angeordnet ist.

In einer anderen Art der Vorrichtung besteht die Optode aus mindestens zwei Teiloptoden, die jeweils mit mindestens einem Vergleichsstoff bekannter Konzentration in Wirkverbindung stehen.

Für besondere Fälle ist es vorteilhaft, wenn der Vergleichsstoff eine Vergleichskammer durchströmt. Hierbei kann dann eine Nullmethode Verwendung finden, bei der die Konzentration des Vergleichsstoffes solange geändert wird, bis er die gleiche Spektraländerung wie das Meßobjekt zeigt.

Vorteilhaft besteht dann der Vergleichsstoff aus einer Mischung aus dem zu messenden Stoff und einer Trägersubstanz.

Dann kann die Messung auch dadurch erfolgen, daß das Mischungsverhältnis anzeigbar ist, wenn die Nullmethode zur Verwendung kommt.

Eine Weiterentwicklung der Erfindung besteht darin, daß das Mischverhältnis selbsttätig regelbar ist, wobei die Stellgröße durch das Signal der Lichtmessung bestimmt ist.

Bei dieser Methode kann die eigentliche Messung mittels der leichter beherrschbaren Messung des Mischungsverhältnisses zweier Substanzen erfolgen.

Besonders einfach ist die Messung dann, wenn der Vergleichsstoff gasförmig ist, weil dann die verwendeten Substanzen einfach vermischt und auch entfernt werden können.

Auch hat die Verwendung von Eichflüssigkeiten einige Vorteile, wie insbesondere die Temperierung und die Zuführung.

Es ist weiterhin von besonderem Vorteil, wenn die Teiloptoden, die mit dem Vergleichsstoff in Wirkverbindung stehen, jeweils an einem Teilstrang des objektseitigen Endes eines Lichtleiters angeordnet sind, daß die den Teiloptoden zugeordneten Lichtmeßeinrichtungen jeweils an den Teilsträngen des zweiten Endes des Lichtleiters angeordnet sind, daß an mindestens einem Teilstrang des zweiten Endes des Lichtleiters ein Monochromator vorgesehen ist und daß die Teilstränge des objektseitigen Endes des Lichtleiters jeweils einer Lichtmeßeinrichtung zugeordnet sind.

Durch diese Anordnung ist es ermöglicht, den Vergleichsstoff außerhalb des Objektes zu verwenden, was insbesondere bei der Katheterisierung in den Blutgefäßen zu einer Verringerung der Belastung von Patienten führt.

Eine vorteilhaft einfache Vorrichtung ergibt sich dadurch, daß die Vergleichskammer den Kopf eines aus einem Lichtleiter bestehenden Katheters bildet und daß die Zuleitungen zu der Vergleichskammer mit dem Lichtleiter fest verbunden ist.

Durch diese Anordnung ergibt sich eine sehr einfache Vorrichtung, wenn an schwer zugänglichen Stellen gemessen werden soll.

Insbesondere ist diese Vorrichtung vereinfacht, wenn die Zuleitungen zu der Vergleichskammer aus polymerisiertem Polyvinylchlorid besteht, in das der Indikator eingesiedelt ist.

In der nachfolgenden Zeichnung sind verschiedene Einzelheiten der Erfindung zur Erläuterung schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine zwischen Meßobjekt und Vergleichskammer eingeschlossene Optode,

Fig. 2 eine Anordnung mit zwei Teiloptoden,

Fig. 3 einen Lichtleiter mit einer unabhängigen Vergleichsoptode,

Fig. 4 eine Vergleichskammer am Kopf eines Lichtleiters,

Fig. 5 eine Vergleichskammer aus einem Schlauch mit einpolymerisiertem Indikator.

In Fig. 1 wird eine Meßkammer 10 vom Stoffgemisch 1 durchflossen. Die Meßkammer 10 ist durch einen Raum 30 zur Aufnahme des Indikators abgeschlossen. Auf der der Meßkammer 10 gegenüberliegenden Seite des Raumes 30 ist eine Vergleichskammer 20 angeordnet, die ebenfalls mit dem Raum 30 in Wirkverbindung steht, und von dem Vergleichsstoff 2 bekannter Konzentration durchströmt ist. Eine Lichtquelle mit einem Monochromator 40 sendet monochromatisches Licht 400 aus, das den Raum 30 trifft. Das von dem Raum 30 ausgehende Licht 401, sei es reflektiertes Licht oder Fluoreszenzlicht, trifft die Lichtmeßeinrichtung 50 und erzeugt dort ein Signal in der Anzeigevorrichtung 60. Die Mischung des Vergleichsstoffes 2 wird nun derart verändert, bis die Anzeige der Anzeigevorrichtung den gleichen Wert hat, wie er ohne Vergleichsstoff vorlag. Dann stimmt die Mischung des Vergleichsstoffes, dessen Konzentration leicht einstellbar ist, mit der Konzentration der zu messenden Komponente überein.

Bei einer Vorrichtung nach Fig. 2 werden zweckmäßig zwei Lichtmeßeinrichtungen 50, wie in Fig. 1 verwendet, die die spektrale Änderung des Indikators in dem Teilraum 31, der mit dem Stoffgemisch 1 in Wirkverbindung steht, und dem Teilraum 32, der mit dem Vergleichsstoff 2 in Wirkverbindung steht, messen. Zeigen beide Anzeigevorrichtungen den gleichen Wert an, dann ist wegen der bekannten Konzentration des Vergleichsstoffes 2 auch die Konzentration der zu messenden Komponente bekannt.

Diese Vorrichtung hat auch den besonderen Vorteil, daß sich Schwankungen der Spektralverteilung des Monochromators 40 ausgleichen, wenn der gleiche Optodentyp für beide Teilräume 31, 32 (Teiloptoden) verwendet wird, weil dadurch in beiden Strahlengängen der gleiche Filterfaktor auf die Strahlungsintensität wirksam ist.

Fig. 3 zeigt einen Lichtleiter 100, der am objektseitigen Ende in zwei Teilstränge 101 und 102 aufgespalten ist und der am anderen Ende aus drei Teilsträngen 103, 104 und 105 besteht. Die Fasern des Teilstranges 103, an dem ein Monochromator 41 angeordnet ist, werden in vorbestimmtem Verhältnis in die Teilstränge 101 und 102 geleitet, während die Fasern des Teilstranges 104, an dem eine Lichtmeßeinrichtung 51 angeordnet ist, nur zum Teilstrang 101 laufen und die Fasern des Teilstranges 105, an dem eine Lichtmeßeinrichtung 52 angeordnet ist, nur zum Teilstrang 102 geführt sind. In Teilstrang 102 befinden sich sonach Fasern zur Lichtmeßeinrichtung 52 und zum Monochromator 41, in Teilstrang 101 verlaufen Fasern zur Lichtmeßeinrichtung 51 und zum Monochromator 41. An der Endfläche der Teilstränge 102 und 101 sind diese Fasern statistisch oder in zweckmäßiger räumlicher Verteilung festgelegt. Es gibt demnach Fasern, die die Beleuchtung des Teilraumes 31 und des Teilraumes 32 vornehmen und solche, die das von dort ausgehende Licht zu den Lichtmeßeinrichtungen zurückleiten. Die Teilräume 31 und 32, die mit der Vergleichskammer 20 und dem Stoffgemisch 1 in Wirkverbindung stehen, befinden sich zwischen der Vergleichskammer 20 und der Endfläche des Teilstranges 102 sowie zwischen dem Stoffgemisch 1 und der Endfläche des Teilstranges 101.

Zur Verdeutlichung sind die Abstände in der Zeichnung vergrößert.

Mit dieser Anordnung können nunmehr gleichzeitig die Teilräume 31 und 32 beleuchtet und ausgemessen werden.

Wenn die Signale der Anzeigevorrichtung 61 und 62 übereinstimmen, dann ist auch die Konzentration der zu messenden Komponente des Stoffgemisches 1 und die des Vergleichsstoffes 2 in der Vergleichskammer 20 gleich.

Die Signale können in bekannter Weise elektronisch verglichen, oder nur das Differenzsignal erzeugt und angezeigt werden. Die dazu erforderlichen Anordnungen sind bekannt und in der Zeichnung nicht dargestellt.

In Fig. 4 ist ein Lichtleiter 100 vorgesehen, der die Hinleitung von monochromatischem Licht zum Raum 30 und die Rückleitung des reflektierten Lichtes oder des Fluoreszenzlichtes vornimmt. Der Raum 30 steht in Wirkverbindung mit der Vergleichskammer 20, deren Zuleitungen 201 und 202 fest mit dem Lichtleiter 100 verbunden sind.

Zu besseren Übersicht sind die Zuleitungen getrennt vom Lichtleiter gezeichnet. Die richtige Konzentration wird dann gezeigt, wenn sich die Farbe des Teilraumes bei durchgeleitetem Vergleichsstoff 2 nicht ändert.

In Fig. 5 bestehen die Vergleichskammer und die Zuleitungen 2000 aus einem Schlauch bspw. aus Polyvinylchlorid, in den der Indikator in bekannter Weise eingesiedelt ist. Das hat den Vorteil, daß dieses Teil einstückig sein kann. Auch Agar oder Silikon ist als Material verwendbar. Weiterhin kann die Vergleichskammer 2001 abwechselnd perfundiert und entleert werden, so daß noch genauer der Einfluß der zu messenden Komponente auf die Optode mit dem Einfluß des Vergleichsstoffes verglichen werden kann.

Claims (12)

1. Vorrichtung zur optischen Messung der Konzentration einer Komponente in einem Stoffgemisch durch Lichtmessung mit einer Lichtquelle, einem Monochromator, mindestens einer Lichtmeßeinrichtung und einem auf die Änderung der Konzentration der Komponente mit einer Spektraländerung reagierenden Indikator in einem Raum zur Aufnahme des Indikators, wobei dieser Raum durch eine, für die zu messende Komponente durchlässige Membran und mindestens an der dem Monochromator zugewendeten Seite durch ein strahlungsdurchlässiges Fenster abgesperrt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (30) zur Aufnahme des Indikators außer mit dem Stoffgemisch (1) mit mindestens einem Vergleichsstoff (2) mit bekannter Konzentration der zu messenden Komponente in Wirkverbindung steht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichsstoff (2) mit bekannter Konzentration optisch transparent ist und an der dem Stoffgemisch (1) gegenüberliegenden Seite des Raumes (30) zur Aufnahme des Indikators angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (30) zur Aufnahme des Indikators aus zwei Teilräumen (31, 32) besteht, die mit dem Stoffgemisch (1) bzw. mit dem Vergleichsstoff (2) bekannter Konzentration in Wirkverbindung stehen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vergleichskammer (20) vorgesehen ist, die von dem Vergleichsstoff durchströmt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichsstoff aus einer Mischung aus der zu messenden Komponente und einer Trägersubstanz besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischungsverhältnis angezeigt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischungsverhältnis selbsttätig regelbar ist, wobei die Stellgröße durch das Signal der Lichtmeßeinrichtung (50) bestimmt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichsstoff gasförmig ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichsstoff flüssig ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Teilraum (31), der mit dem Vergleichsstoff in Wirkverbindung steht, und der Teilraum (32), der mit dem Stoffgemisch (1) in Wirkverbindung steht an dem einen Ende eines Lichtleiters (100) sowie der Monochromator (41) und zwei Lichtmeßeinrichtungen (51, 52) sich an dem anderen Ende des Lichtleiters (100) befinden, wobei der Lichtleiter (100) in Teilstränge (101, 102, 103, 104, 105) derart aufgeteilt ist, daß eine optische Verbindung des Monochromators (41) mit jedem der Teilräume (31, 32) und eine optische Verbindung des Teilraumes (31), der mit dem Vergleichsstoff (2) in Wirkverbindung steht, mit der einen Lichtmeßeinrichtung (52) sowie eine optische Verbindung des Teilraumes (32), der mit dem Stoffgemisch (1) in Wirkverbindung steht, mit der anderen Lichtmeßeinrichtung (51) besteht.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichskammer (20), die Zuleitungen (201, 202) aufweist, den Kopf eines aus dem Lichtleiter (100) bestehenden Katheters bildet und daß die Zuleitungen (201, 202) zu der Vergleichskammer (20) mit dem Lichtleiter (100) fest verbunden sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungen (2000) zu der Vergleichskammer (2001) und die Vergleichskammer (2001) einstückig aus einem Schlauch von polymerisiertem Polyvinylchlorid besteht, in das der Indikator eingesiegelt ist.