DE2908719C2

DE2908719C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Ionenaktivität in einem Probenmedium

Info

Publication number: DE2908719C2
Application number: DE2908719A
Authority: DE
Inventors: Nobuyoshi Jachiouji Tokyo Suzuki; Shigeru Tokyo Yoshinari
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1978-03-10
Filing date: 1979-03-06
Publication date: 1982-08-19
Also published as: JPS616938B2; US4236988A; JPS54119787A; DE2908719A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen der Ionenaktivität in einem Probenmedium, bei dem das Probenmedium in einen Probenraum injiziert, das Ende einer Elektrodenanordnung mit dem Probenmedium in Kontakt gebracht und die Ionenaktivität im Probenmedium gemessen wird, bei dem danach der Probenraum mit den Elektrodenenden gewaschen und mit einer Bezugslösung gefüllt wird, um durch Messung der Ionenaktivität in der Bezugslösung die Elektroden zu eichen, und bei dem schließlich die genaue lonenaktivität suF der Basis der in dem Probenmedium

ίο und in der Bezugslösung gewonnenen lonenaktivitätsmeßwerte bestimmt wird. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Eine aus der DE-OS 22 12 801 bekannte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der eingangs genannten Art bedingt eine Vielzahl komplizierter Ventil- und Zeitgeberstellungen und eine aufwendige Strömungszelle, um das Probenmedium, die Eichlösung und die Waschlösung sowie ein Kalibrierungsgas über getrennte Wege und Steuerventile der Strömungszelle zuzuführen.

Ferner ist aus der CH-PS 4 43 724 ein Verfahren zur kontinuierlichen Messung der Ionenkonzentration in einer Flüssigkeit bekannt, bei dem eine Elektrode abwechselnd in eine vom Probenmedium kontinuierlich durchströmte Kammer und in die darunterliegende, mit einem Vergleichsmedium gefüllte Kammer hin- und herbewegt wird. Dieses bekannte Verfahren ist nur für relativ große Probenmedienmengen geeignet, während das Verfahren der eingangs genannten Art insbesondere für die Ionenaktivitätsmessung von in sehr kleinen Mengen vorliegenden physiologischen Medien vorgesehen ist, die nur diskontinuierlich erfaßbar und meßbar sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Ionenaktivität zur Verfügung zu stellen, die ein sehr rasches und sehr genaues Messen der in sehr kleinen Mengen vorliegenden zu untersuchenden physiologisehen Medien bei herabgesetztem baulichen und betrieblichen Aufwand gewährleisten.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art, sieht die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe vor, daß die Elektrodenanordnung sowohl im Probenmedium als auch in der Waschflüssigkeit auf- und abbewegt wird, daß als Waschflüssigkeit die Bezugslösung verwendet wird und daß die Bezugslösung nach dem Waschvorgang durch Beblasen mit Luft von der Elektrodenanordnung entfernt wird.

Da die für die Eichung der Elektroden erforderliche Bezugslösung bei der Erfindung gleichzeitig als Waschlösung verwendet wird, ist sowohl der bauliche als auch der betriebliche Aufwand gegenüber gattungsgleichen Verfahrensweisen herabgesetzt Die Waschlösung wird in besonders einfacher und zuverlässiger Weise nach dem Waschvorgang durch direkte Luftbeblasung von der Elektrodenanordnung entfernt. Die Erfindung macht daher eine Waschlösungsbevorratung und -zufuhr überflüssig und gewährleistet einen besonders hohen Reinheitsgrad der als Eichlösung dienenden Bezugslösung.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der eine Elektrodenanordnung von oben in ein Probengefäß hineinragt und eine

(55 Injektionsvorrichtung zum Einbringen des Probenmediums in das Probengefäß und eine aus dem Probengefäß Flüssigkeit abziehende und abführende Saugvorrichtung vorgesehen sind, zeichnet sich dadurch aus, daß die

Elektrodenanordnung an einer Halterungsvorrichtung höhenverstellbar über dem Probengefäß angebracht und mittels eines Verstellantriebs an der Halterungsvorrichtung auf- und abbewegbar ist, daß der obere Rand des Probengefäßes eine Bezugsflächc und einen Anschlag für die Halterungsvorrichtung bildet und daß eine aus einem Einblasrohr mit in cieses eingebauter Luftpumpe bestehende Einblasvorrichtung vorgesehen ist, durch die die Luft über ein Ansaugende des Einblasrohrs aus einer sowohl das Probengefäß mit der Elektrodenanordnung als auch die Injektionsvorrichtung aufnehmenden, thermostatisch gesteuerten Kammer ansaugbar und durch ein auf die Elektrodenanordnung gerichtetes Mündungsende des Einblasrohrs gegen die Elektrodenanordnung zum Entfernen bzw. Abblasen der Bezugslösung blasbar ist

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild zur Veransch.-.ulichung des Aufbaus eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung der Ionenaktivkät

F i g. 2 bis 4 teilweise geschnittene Ansichten durch verschiedene Elektrodenanordnungen, die in der Vorrichtung gemäß F i g. 1 verwendet werden können.

Im folgenden werden anhand der Zeichnung das erfindungsgemäße Verfahren und ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens beschrieben. In F i g. 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 Probengefäßes 2 in der in F i g. 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 Halterungsvorrichtung 3 ist eine Exzenterscheibe 5a angeordnet, weiche von einem Motor 5 angetrieben wird, wodurch die Halterungsvorrichtung 3 und damit auch die Elektrodenanordnung 1 in der durch den Pfeil in F i g. 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 Abiaugpumpe 8a aus dem Probengefäß 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 thermostatischc 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 Io bezeichnet einen Behälter für die Bezugslösung, das Bezugszeichen 17 bezeichnet eine Förderpumpe, das Bezugszeichen 18 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) 21Zj, einen Speicher 21c; eine Anzeigeeinheit 21c/und einen Drucker 21 e 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 Ib des Probengefäßes 2 durch das Rohr 6 abgesaugt wird. Danach öffnet die Absaugpumpe 8a das

•,ο 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 Innenraum des Ofens 12 durch das Ende 20a des Rohrs 20 in den Zentralbereich 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 deis von dem vorhergehenden Meßvorgang verbliebene restliche Probenmedium, das an der 'ilektrodenanordniiing 1 und dem Probengefäß 2 haftet, entfernt, ,md es wind 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 werden die Absaugpumpe 8a und die Luftpumpe 18 abgeschaltet, und eine Bereitschaftslampe (nicht gezeigt) wird eingeschaltet. Bei diesem Veirfahrensschritt wird ein Probenmedium in den Mittelbereich 26 des Probengefäßes 2 aus der Proben-Injektionspipette 11 eingegeben. Wenn ein Hauptschalter gedrückt wird, läuft der Motor 5 an und senkt die Elektrodenanordnung 1 in die

in F i g. 2 dargestellte Lage. Da der obere Rand 2a des Probengefäßes als Bezugsebene zur Einstellung der Elektrodenanordnung in deren unteren Lagen dient, kann die Spitze der Elektrodenanordnung sehr nahe an den Mittelbereich 2ödes Probengefäßes 2 herangeführt

« und mit dem in diesem befindlichen Probenmedium in Kontakt gebracht werden. Weinn 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 Absaugpumpe 8a und Luftpumpe 18 abgeschaltet, und die. Förderpumpe 17 wird erneut eingeschaltet und fördert die Bezugslösung 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 zu waschen,

wodurch die Elektrodenanordnung 1 und das Probengefäß 2 von Verschmutzungen bzw. Kontaminationen freigemacht werden. Danach werden die Magnetventile 9 und 10 geöffnet, und die 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 ι et Magnetventile 9 und 10 werden geschlossen. Danach wird die Förderpumpe 17 wirksam und läßt Bezugslösimg in den Mitlelbereich 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 Bezugsiösung herzustellen, in dieser Verfahrensstufe werden die Potentiale von Na, K und Cl in der Bezugslösung gemessen, und es wird die Konzentration jedes lonentyps in dem Probenmedium 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.

Fig.3 und 4 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele 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 Konstruktion die Halterungsvorrichtung 3 unter Schwerkrafteinfluß abgesenkt wird. Bei der in F i g. 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 lonenaktivität kann die Reinigungswirkung dadurch verstärkt werden, daß ein Lufttank 25 neben der Luftpumpe 18 derart angeordnet wird, daß Luft in den Lufttank gedrückt und unter höherem Druck in das Probengefäß eingeblasen wird, wobei die Öffnungs- und Schließfunklion 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 Röhre während der Probeninjektion und der Messung ermöglichen.

Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, gewährleisten das beschriebene Verfahren und die Vorrichtung zur Durchführung dieser Verfahren die Messung der lonenaktivität 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 Erfindung 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 Terr.peraturabfaüs in der Nähe der Elektrodenspitze erfolgen, da interne Luft des Ofens zum Reinigen über die Elektrodenspitze geblasen wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Messen der Ionenaktivität in einem Probenmedium, bei dem das Probenmedium in einen Probenraum injiziert, das Ende einer Elektrodenanordnung mit dem Probenmedium in Kontakt gebracht und die Ionenaktivität im Probenmedium gemessen wird, bei dem danach der Probenraum mit den Elektrodenenden gewaschen und mit einer Bezugslösung gefüllt wird, um durch Messung der Ionenaktivität in der Besugslösung die Elektroden zu eichen, und bei dem schließlich die genaue Ionenaktivität auf der Basis der in dem Probenmedium und in der Bezugslösung gewonnenen lonenaktivitätsmeßwerte bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenanordnung sowohl im Probenmedium als auch in der Waschflüssigkeit auf- und abbewegt wird, daß als Waschflüssigkeit die Bezugslösung verwendet wird und daß die Bezugslösung nach dem Waschvorgang durch Beblasen mit Luft von der Elektrodenanordnung entfernt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei der eine Elektrodenanordnung von oben in ein Probengefäß hineinragt und eine Injektionsvorrichtung zum Einbringen des Probenmediums in das Probengefäß und eine aus dem Probengefäß Flüssigkeit abziehende und abführende Saugvorrichtung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenanordnung (1) an einer Halterungsvorrichiung (3) höhenverstellbar über dem Probengefäß (2) angebracht und mittels eines Verstellantriebs (5,5a; 23,24) an der Halterungsvorrichtung auf- und abbewegbar ist, daß der obere Rand (2a) des Probengefäßes (2) eine Bezugsfläche und einen Anschlag für die Halterungsvorrichtung (3) bildet, und daß eine aus einem Einblasrohr (20) mit in dieses eingebauter Luftpumpe (18) bestehende Einblasvorrichtung vorgesehen ist, durch die die Luft über ein Ansaugende des Einblas-Rohrs (20) aus einer sowohl das Probengefäß (2) mit der Elektrodenanordnung (1) als auch die Injektionsvorrichtung (11) aufnehmenden, thermostatisch gesteuerten Kammer (12) ansaugbar und durch ein auf die Elektrodenanordnung (1) gerichtetes Mündungsende (20a) des Einblas-Rohrs (20) gegen die Elektrodenanordnung (1) zum Entfernen bzw. Abblasen der Bezugslösung blasbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, 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 der deren Schwenkpunkt gegenüberliegenden anderen Seite höhenverstellbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die höhenverstellbare andere Seite der Halterungsvorrichtung (3) durch eine Feder (22) in die untere Endstellung vorgespannt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellantrieb zum Auf- und Abbewegen der Elektrodenanordnung (1) einen Zahnstangentrieb (23,24) aufweist.