DE2908719A1

DE2908719A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung der ionenaktivitaet

Info

Publication number: DE2908719A1
Application number: DE19792908719
Authority: DE
Inventors: Nobuyoshi Suzuki; Shigeru Yoshinari
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1978-03-10
Filing date: 1979-03-06
Publication date: 1979-09-13
Also published as: JPS54119787A; JPS616938B2; DE2908719C2; US4236988A

Description

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PATENTANWÄLTE 2ΕΝΣ & HELBER · D 43OO ESSF=N 1 · AM RUHRoTElN 1 · TEL.: (O2O1) 4126 Seite - ^<_ 0 148

OLYMPUS OPTICAL CO., LTD,
Hatagaya 2—43—2, Shibuya—ku, Tokyo—to, Japan

Verfahren und Vorrichtung zur Messung der lonenaktivität

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Aktivitäten von Ionen, welche in physiologischen Strömungsmedien chemisch spezifisch sind.

Es ist eine bekannte Tatsache, daß unter Ionen in physiologischen Strömungsmedien Ionen von Natrium (Na) Kalium (K) usw. eine wichtige Rolle spielen. Na- und K-Ionen belegen hohe Verhältnisse der im Blut enthaltenen Kationen und sind besonders wichtig zur Aufrechterhaltung angemessener osmotischer Drücke und des Gleichgewichts zwischen Säuren und Basen—
gruppen im Blut. Außerdem sind Ionenmessungen im Blut, das zu typischen Zellmedien gehört, sehr wichtig, da sie Einsicht in Bedingungen, wie Wasseranteile, Stoffwechsel der Elektrolyte sowie Erregbarkeit von Nerven und Muskeln gewähren. Außerdem sind Änderungen der Ionenkonzentration
in physiologischen Medien sehr wichtig bei der klinischen Diagnose von Krankheiten, z.B. Diarrhöe (Durchfall),
Dehydrierung, Cardialinsuffizienz, Erbrechen usw.. Wenn
auch aus den oben angegebenen Gründen verschiedene Ionen
in physiologischen Medien gemessen wurden, wurden in der
Regel die Plammenphotometrxe und die atomare Absorptionsphotometrie zum Messen der besonders wichtigen Na- und K-Ionen angewandt. Dabei ergaben sich jedoch viele Probleme

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in bezug auf die Vorbereitungs—Betriebs— und Installations— arbeiten des erforderlichen Meßgeräts. Außerdem konnten diese bekannten Meßmethoden keine für den obengenannten Zweck ausreichend hohe Meßgenauigkeit gewährleisten, da sie nichtdie Aktivität, sondern die Menge der in den Proben enthaltenen Ionen messen.

Als weitere Methode zum Messen chemisch spezifischer Ionen in physiologischen Medien ist bekannt, Elektroden zu verwenden, welche auf zu messende Ionen selektiv ansprechen. Die derartige Elektroden verwendende Methode zum Messen von Ionen in physiologischen Medien hatte jedoch den Nachteil, daß große Fehler in den Meßergebnissen oder eine beträchtlich verschlechterte Genauigkeit auftraten, wenn die physiologischen Medien oder Elektroden kontaminiert waren. Außerdem sollten physiologische Medien, insbesondere Blut in kleinst möglichen Mengen berücksichtigt und abgenommen werden, da das Abnehmen großer Mengen physiologischer Medien zu ernsthaften körperlichen Beeinträchtigungen führen könnte. Daher sind die für die Messungen zur Verfügung stehenden Mengen an physiologischen Medien sehr klein, so daß auch eine Kontamination die Meßgenauigkeit ganz erheblich beeinträchtigt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Ionenaktivität zur Verfügung zu stellen, die für sehr kleine Mengen der zu untersuchenden physiologischen Medien geeignet sind und eine sehr genaue Messung unter Vermeidung der Kontamination der physiologischen Medien oder der benutzten Elektroden und einer Beschädigung der Elektrodenspitzen ermöglichen. Zum Messen der Ionenaktivität schlägt die Erfindung ein Verfahren vor, bei dem eine kleine Menge eines Probenmediums in ein Probengefäß eingegeben wird, das in der Nähe der Elektroden angeordnet ist, worauf die

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Elektroden soweit gesenkt werden, daß sie mit dem Proben— medium in Kontakt kommen. Danach werden die Elektroden aufwärts und abwärts bewegt, um einen intimen Kontakt zwischen den Elektroden und dem Probenmedium herbeizuführen. Unter dieser Bedingung werden die Ionenaktivitäten im Probenmedium nach der herkömmlichen Meßmethode gemessen. Nach dieser Messung wird eine Bezugslösung niedriger Konzentration, welche Na, K und Cl in denselben Verhältnissen wie das physiologische Medium enthält und zur Korrektur der Meßwerte dient, in das Probengefäß eingegeben, mit dem physiologischen Medium gemischt und entfernt· Außerdem wird die Bezugslösung in das Probengefäß gegossen, und die Elektroden werden auf- und abbewegt, um sowohl die Elektrodenspitzen als auch das Probengefäß ausreichend zu waschen. Nach dem Waschen wird die Bezugslösung ausgegossen. Danach wird die Bezugslösung zum dritten Mal in das Probengefäß gegossen, und die Elektroden werden auf— und abwärtsbewegt, um einen intimen Kontakt zwischen den Elektroden und der Lösung zu gewährleisten. Die Ionenaktivitäten in der Bezugslösung werden so gemessen und die lonenaktivitäten in dem Probenmedium werden korrigiert, um die lonenaktivitäten im Probeninedium zu bestimmen. Die Bezugslösung wird auch nach der Beendigung der Messung im Probengefäß gehalten. Unmittelbar vor dem Beginn der Messung an dem nächsten Probenmedium wird die Bezugslösung aus dem Probengefäß ausgeschüttet und ein neues Probenmedium in das Gefäß eingegeben«, Diese Probe wird unmittelbar danach in der zuvor beschriebenen Weise gemessen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert« In der Zeichnung zeigen:

Fig» 1 ein Blockdiagramia zur Veranschaulxchung des Aufbaus eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung der Ionenaktivität;

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Fig. 2 bis 4 teilweise geschnittene Ansichten durch

verschiedene Elektrodenanordnungen, die in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 verwendet werden können.

Im folgenden werden anhand der Zeichnung das erfindungsge— mäße Verfahren und ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens beschrieben. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Elektrodenanordnung, die aus Elektroden zum Sammeln der Ionen von Na, K und Cl sowie ..' aus einer Bezugselektrode besteht.. Ein Probengefäß 2 ist in der Nähe der Elektrodenanordnung 1 angeordnet, und eine Halterungsvorrichtung 3, an der die Elektrodenanordnung 1 gehaltert ist, ist am oberen Rand 2a des Proberigefäßes 2 in der in Fig. 2 dargestellten Weise angebracht. Auf einer Seite der Halterungsvorrichtung 3 ist ein Stift 3a angebracht, der in einen in einer Halteplatte 4 ausgebildeten Schlitz 4a eingreift. An der anderen Seite der Halterungsvorrxchtung 3 ist eine Exzenterscheibe 5a angeordnet, welche von einem Motor angetrieben wird, wodurch die Haiterungsvorrichtung 3 und damit auch die Elektrodenanordnung 1 in der durch den Pfeil in Fig. 2 angedeuteten Weise auf- und abbewegt wird. Die Bezugszeichen 6 und 7 bezeichnen Rohre zum Ablassen der Flüssigkeit in eine leere Flüssigkeitsflasche-8, wobei die Flüssigkeit mit Hilfe einer Absaugpumpe 8a aus dem Proben— gefäß abgesaugt wird.

In den Rohren 6 bzw. 7 sind Magnetventile 9 bzw. 10 eingebaut. 'Das Bezugszeichen 11 bezeichnet eine Pipette zum Injizieren des Probenmediums, und das Bezugszeichen 12 stellt eine thermostatische Kammer (oder einen Ofen) dar, in welcher die Elektrodenanordnung, das Probengefäß usw. angeordnet sind und die Temperatur durch eine Heizvorrichtung 13, ein Gebläse 14 und ein Ventilationsrohr 15 auf einen konstanten Wert geregelt wird. Das Bezugszeichen 16 bezeichnet einen Behälter für die Bezugslösung, das Bezugs-

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zeichen 17 bezeichnet eine Förderpumpe, das Bezugszeichen eine Luftpumpe, die Bezugszeichen 19 und 20 bezeichnen jeweils Rohre, und das Bezugszeichen 21 bezeichnet ein Meß-Aufzeichnungsgerät, das einen Verstärker 21a, eine zentrale Recheneinheit (CPU) 21b, einen Speicher 21c, eine Anzeigeeinheit 21d und einen Drucker 21e aufweist.

Im folgenden wird die Betriebsweise der zuvor beschriebenen Vorrichtung im einzelnen erläutert. Das Probengefäß 2 wird mit einer Bezugslösung gefüllt, in die die Spitze der Elektrodenanordnung 1 eingetaucht wird. Wenn ein in der Zeichnung nicht dargestellter Ablaufschalter gedrückt wird, wird die Absaugpumpe 8a in Betrieb genommen, wobei das Magnetventil 9 geöffnet wird, so daß die Bezugslösung aus dem oberen Mittelbereich 2b des Probengefäßes 2 durch das Rohr 6 abgesaugt wird. Danach öffnet die Absaugpumpe 8a das Magnetventil 10, um die Bezugslösung aus dem konkaven Teil 2c des Probengefäßes zu entfernen. Wenn auch die Magnetventile 9 und 10 gleichzeitig geöffnet werden können, wird doch vorzugsweise das Ventil 9 so früh wie möglich geöffnet, um die Bezugslösung so früh wie möglich von der Elektrodenanordnung abzuziehen und einen raschen Beginn der Messung zu ermöglichen» Beim nächsten Verfahrensschritt beginnt die Luftpumpe zu arbeiten und bläst Luft aus dem Innen— raum des Ofens 12 durch das Ende 20a des Rohrs 20 in den Zentralbereichs des Probengefäßes 2. Beim Einblasen von Luft in der zuvor beschriebenen Weise ist der Motor 5 in Betrieb und bewegt die Elektrodenanordnung, wobei eineinhalb Zyklen der vertikalen Hin— und Herbewegung ausgeführt werden« Durch diese Bewegung wird das von dem vorhergehenden MeßVorgang verbliebene restliche Probenmedium, das an der Elektrodenanordnung 1 und dem Probengefäß 2 haftet, entfernt, und es wird die Reinigungswirkung der Elektrodenspitze und des Probengefäßes durch Verschiebung des vom Luftstrom angestrahlten Teils verstärkt. Nach der vollständigen Entfernung der Bezugslösung aus dem Probengefäß 2

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werden die Absaugpumpe 8a und die Luftpumpe 18 abgeschaltet, und eine Bereitschaftslampe (nicht gezeigt) wird eingeschaltet. Bei diesem Verfahrensschritt wird ein Probenmedium in den Mittelbereich 2b des Probengefäßes 2 aus der Proben-Injektionspipette 11 eingegeben.

Wenn ein Hauptschalter gedruckt wird, läuft der Motor 5 an und senkt die Elektrodenanordnung 1 in die in Fig. 2 dargestellte Lage. Da der obere Rand 2a des Probengefäßes als Bezugsebene zur Einstellung der Elektrodenanordnung in deren unteren Lage dient, kann die Spitze der Elektrodenanordnung sehr nahe an den Mittelbereich 2b des Probengefäßes 2 herangeführt und mit dem in diesem befindlichen Probenmedium in Kontakt gebracht werden. Wenn die Elektrodenanordnung in der nächsten Verfahrensstufe auf- und abbewegt wird, so kommt das Probenmedium in dem Probengefäß 2 mit der Elektrodenanordnung 1 in gleichmäßigeren und intimeren Kontakt. In dieser Verfahrensstufe wird der Motor 5 angehalten und das Potential an jedem Elektrodenelement der Elektrodenanordnung gemessen und im Speicher gespeichert. Nach der Beendigung der Messungen injiziert die Förderpumpe 17 die Bezugslösung über das Rohr 19 in das Probengefäß 2, um die Elektrodenanordnung zu spülen . Gleichzeitig ist die Ablaufpumpe 8a wirksam und zieht die Bezugslösung aus dem Probengefäß 2 ab. Nach einer kurzen Totzeit wird die Luftpumpe 18 wirksam und reinigt die Oberfläche des Mittelbereichs 2b des Probengefäßes 2 und das untere Ende der Elektrodenanordnung 1« Danach werden die Absaugpurape 8a und Luftpumpe 18 abgeschaltet, und die Förderpumpe 17 wird erneut eingeschaltet und fördert die Bezugs— lösung in das Probengefäß 2* Am Schluß der Bezugslösungsinjektion wird die Elektrodenanordnung durch Betätigung des Motors 5 auf- und abbewegt, um die Elektrodenanordnung 1 und das Probengefäß 2 erneut au- wasehen, wodurch die Elektrodenanordnung 1 und das Probengefäß 2 von Verschmutzungen bzw. Kontaminationen freigemacht werden· Danach werden die Magnetventile 9 und 10 gaöffaet₀ «nd die

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Absaugpumpe 8a zieht die restliche Bezugslösung von der Elektrodenanordnung 1 und dem Mittelbereich 2b des Probengefäßes 2 ab. In dieser Verfahrensstufe, in der sowohl die Elektrodenanordnung 1 als auch das Probengefäß 2 in der zuvor beschriebenen Weise vollständig gereinigt worden sind, wird die Absaugpumpe 8a abgeschaltet und die Magnetventile 9 und 10 werden geschlossen. Danach wird die Förderpumpe 17 wirksam und läßt Bezugslösung in den Mittelbereich 2a des Probengefäßes 2 fließen. Nach der Einführung der Bezugslösung wird die Elektrodenanordnung 1 wieder auf- und abbewegt, um einen intimen Kontakt zwischen der Elektrodenspitze und der Bezugslösung herzustellen. In dieser Ver— fahrensstufe werden die Potentiale von Na, K und Cl in der Bezugslösung gemessen, und es wird die Konzentration jedes Ionentyps in dem Probenmediura auf der Basis des Meßwerts der Bezugslösung und des zuvor gemessenen und gespeicherten Meßwerts des Probenmediums bestimmt. Die analytischen Ergebnisse werden auf der Anzeigeeinrichtung angezeigt und von dem Drucker ausgedruckt.

Figuren 3 und 4 zeigen verschiedene Ausführunsbeispiele der Vorrichtung zum Auf- und Abbewegen der Elektrodenanordnung 1. Bei der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung wird die Halterungsvorrichtung 3 von einer Feder 22 nach unten vorgespannt, während bei der in Fig. 2 gezeigten Konstriktion die Halterungsvorrichtung 3 unter Schwerkrafteinfluß abgesenkt wird. Bei der in Fig. 4 gezeigten Konstruktion ist eine Zahnstange 23 an der Seite der Halterungsvorrichtung 3 vorgesehen, die mit einem Zahnrad 24 kämmt. Durch Drehung des Zahnrads 24 kann die Halterungsvorrichtung 3 auf- und abbewegt werden.

Bei der beschriebenen Vorrichtung zum Messen der Ionenaktivität kann die Reinigungswirkung dadurch verstärkt werden, daß ein Lufttank 25 neben der Luftpumpe 18 derart ange-

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ordnet wird, daß Luft in den Lufttank gedruckt und unter höherem Druck in das Probengefäß eingeblasen wird,"""wobei die Öffnungs- und Schließfunktion eines Ventils 26 gesteuert wird. Anstelle des einen Abzugsrohrs 6 können mehrere Abzugsrohre unter den Na- und anderen Elektroden der Elektrodenanordnung vorgesehen werden. Zu große Innendurchmesser der Rohrenden sind ungünstig, da sie das Eindringen von Probenmedien usw. in die Rohre während der Probeninjektion und der Messung ermöglichen.

Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, gewährleisten das beschriebene Verfahren und die Vorrichtung zur Durchführung dieser Verfahrens die Messung der Ionenaktivität mit hoher Genauigkeit dadurch, daß die Elektrodenanordnung abgesenkt wird und mit einer kleinen Menge des Probenmediums während der Meßzeit in Kontakt gebracht und auf- und abbewegt wird, um einen intimen Kontakt zwischen der Elektrodenanordnung und dem Probenmedium herzustellen. Außerdem wird durch die EifLndung eine Verschlechterung der Empfindlichkeit der Elektroden vermieden und ein rascher Beginn des Meßvorgangs ermöglicht, da die Elektrodenanordnung auch dann in die Bezugslösung eintaucht, nachdem die Messung beendet worden ist. Ferner können die Elektroden nicht verschmutzen bzw. kontaminieren, da die Elektrodenanordnung und das Probengefäß unter Auf— und Abbewegen der Elektrodenanordnung mit der Bezugslösung gewaschen bzw. gespült werden. Das Reinigen kann ohne Beeinträchtigung der Empfindlichkeit wegen des Temperatürabfalls in der Nähe der Elektrodenspitze erfolgen, da interne Luft des Ofens zum Reinigen über die Elektrodenspitze geblasen wird·

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Leerseife

Claims

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Ansprüche

Verfahren zum Messen der Ionenaktivität in einem Probenmedium, das in ein Probengefäß injiziert wird, da — durch gekennzeichnet, daß eine Elektrodenanordnung soweit in das Probengefäß gesenkt wird, daß die Spitze der Elektrodenanordnung mit dem Probenmedium in Kontakt kommt, daß die Elektrodenanordnung zur Herstellung eines intimen Kontakts mit dem Probenmedium auf- und abbewegt wird, daß danach in ruhendem Zustand und unter Kontakt der Elektrodenanordnung mit dem Probenmedium die Ionenaktivität gemessen wird, daß nach der Beendigung dieses Meßvorganges eine Bezugslösung in das Probengefäß injiziert, die Elektrodenanordnung unter Auf— und Abbewegen gewaschen und nach Beendigung des Waschyorgangs die Bezugslösung abgeführt wird, daß danach wiederum die Bezugslösung injiziert und die Ionenaktivität in der Bezugslösung gemessen wird und daß schließlich die genaue Ionenaktivität auf der Basis der In dem Probenmedium und in der Bezugslösung gewonnenen lonenaktivitätsmeßwerte bestimmt wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrodenanordnung (1) mit einer Haltejmgsvorrichtung (3) höhenverstellbar über einem Probengefäß (2) angebracht ist, wobei der obere Rand (2a) des Probengefäßes (2) eine Bezugsflache und einen Anschlag für die Halterungsvorrichtung (3) bildet, und daß ein Verstellantrieb (5, 5a; 23, 24) zum Auf- und Abbewegen der Elektrodenanordnung (1) über die Halterungs-

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vorrichtung (3), eine Pipette (11) zum Injizieren einer konstanten Menge des Probenmediums in das Probengefäß (2), eine Flüssigkeit aus dem Probengefäß abziehende und abführende Saugvorrichtung (6 ... 10) und eine thermostatisch gesteuerte, wenigstens die Elektrodenanordnung (1), das Probengefäß (2) und die Proben-Injektionspipette (11) aufnehmende Kammer (12) vorgesehen sind.

dadurch gekennzeichnet,
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,/daß zusätzlich eine Luft-Einblasvorrichtung mit einer Luftpumpe (18) und einem Einblasrohr (20) vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungsvorrichtung (3) an einer Seite (3a) schwenkbar gelagert ist und die Elektrodenanordnung (1) durch Auf— und Abbewegung der Halterungsvorrichtung (3) an deren dem Schwenkpunkt gegenüberliegenden anderen Seite höhenverstellbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die höhenverstellbare andere Seite der Halterungs— vorrichtung (3) durch eine Feder (22) in die untere End— stellung vorgespannt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellantrieb zum Auf- und Abbewegen der Elektrodenanordnung (1) einen Zahnstangentrieb (23, 24) aufweist.

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