DE2927048A1

DE2927048A1 - Vorrichtung zur durchfuehrung analytischer messungen

Info

Publication number: DE2927048A1
Application number: DE19792927048
Authority: DE
Inventors: Franco Meiattini; Paolo Neri; Giorgio Papeschi; Paolo Tarli
Original assignee: Istituto Sieroterapico e Vaccinogeno Toscano Sclavo SpA
Current assignee: Istituto Sieroterapico e Vaccinogeno Toscano Sclavo SpA
Priority date: 1978-07-05
Filing date: 1979-07-04
Publication date: 1980-02-07
Also published as: IT1158880B; IT7825351A0; JPS5512491A; CA1131310A; FR2430605A1; JPS63145161U; DE2927048C2; GB2025065A; GB2025065B; FR2430605B1; US4339317A

Description

Vorrichtung zur Durchführung analytischer Messungen

Die Erfindung "betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung analytischer Untersuchungen an Proben verschiedenen Ursprungs.

Ein typisches Beispiel ist die Untersuchung der Umweltverschmutzung, die in der Regel eine spezielle Empfindlichkeit und gleichzeitig eine einfache Durchführung der analytischen Arbeitsvorgänge benötigt.

Ein weiteres Anwendungsgebiet sind klinische Untersuchungen, bei denen es notwendig ist, fortlaufend die Tendenz bestimmter analytischer Parameter, beispielsweise während bestimmter chirurgischer Eingriffe oder in Wiederbelebungszentren zu überwachen.

Die zu analysierenden Materialproben müssen oftmals in speziell ausgebildete und vorgesehene Behälter übertragen werden, um sie an das Analyselabor zu senden. Bei derartigen Vorgängen zeigen sich im allgemeinen die folgenden Mangel:

1. eine Zunahme der Verschmutzung und/oder der Fehler, beispielsweise ein Vertauschen der Proben, Fehler beim Aufbringen der die Proben identifizierenden Codierungen und ähnliches,

2. ein Zeitverlust,

3. ein erhöhter Verbrauch an Laborbehältern,

4. bei wenigen speziellen Fällen, beispielsweise im Falle der Analyse von Gasen im Blut ein bestehendes Risiko einer Änderung der Werte der zu messenden Stoffe aufgrund einer

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Diffusion von der Umgebung oder in die Umgebung. Dieser Mangel ist besonders deutlich in dem oben erwähnten Fall der Operationssäle und der Wiederbelebungszentren, in denen auf der Grundlage der erhaltenen analytischen Ergebnisse Entscheidungen von vitaler Bedeutung getroffen werden sollen.

Es ist daher zwingend notwendig, eine Vorrichtung zu verwenden, die es erlaubt, daß die Analysen, wenn möglich, ohne eine Übertragung der Proben und vorzugsweise an derselben Stelle der Probenentnahme durchgeführt werden können.

Durch die Erfindung wird daher eine Vorrichtung geliefert, die es ermöglicht, im Probenentnahmebehälter direkt Untersuchungen vorzunehmen.

Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 das Ausführungsbeispiel der erfindungsge

mäßen Vorrichtung;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Kolbens, der

bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen ist.

Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, besteht das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus einem Zylinder 1 aus einem geeigneten Material, das nicht durch die zu analysierenden Fluide angegriffen wird und das erforderlichenfalls sterilisiert werden kann, und aus geeigneten Sensoren 3,4,5,6, die derart in den Behälter eingesetzt sind, daß sie der Seite 2 des Zylinders gegenüberliegen, die mit der

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Probe in Kontakt kommt. Der Zylinder ist so geformt, daß er wie ein Kolben im hohlzylindrischen Zwischenraum des Probeentnahmebehälters wirken kann. Die Sensoren sind über geeignete Zuleitungen mit einem oder mehreren Detektorinstrumenten verbunden, die dazu dienen, die Untersuchungsergebnisse zu verarbeiten und anzuzeigen.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Kolbens der oben beschriebenen Art, der in eine hypodermatische Spritze zur Entnahme von Blutproben eingesetzt ist. In einer derartigen h^podermatischen Spritze kommt die eingezogene Blutprobe zum Zeitpunkt der Probenentnahme mit den Sensoren in Kontakt, die im Kopf des Kolbens aufgenommen sind und die speziell für die Messung des pH-Wertes des pOg-Wertes, des pCC^-Wertes und der Temperatur ausgebildet sind.

Die Signale der Sensoren liegen an den V^rarbeitungsinstrumenten, die diese Signale verarbeiten und die Untersuchungsergebnisse an geeigneten Anzeigeschirmen und/oder gedruckten Tabellen anzeigen. In dieser Weise stehen die Untersuchungsergebnisse unmittelbar zur Verfügung. Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel stellt in keiner Weise eine Beschränkung der Anwendung dar und schließt nicht die Verwendung anderer Messungen und die Untersuchung einer anderen Probe aus. Ein hervorragender Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß es möglich wird, Untersuchungen an geringen Probevolumim durchzuführen, da es nicht mehr notwendig ist, den Zylinderraum vollständig zu füllen, und es nur noch notwendig und ausreichend ist, daß die vom Kolbenkopf vorstehenden Sensoren benetzt werden. Diese Tatsache erleichtert gleichfalls die Durchführung der Untersuchungen in einer schnellen Reihenfolge unter Verwendung eines Mehrwegehahnes, der in Fig. 2 dargestellt ist.

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Wenn die hypodermatische Nadel 1 einmal in die Artierie oder die Vene eingeführt ist, wird die Probe eingezogen, und wenn die Messung einmal durchgeführt ist, kann die Probe selbst nach einem Umschalten auf den Auslaß 2 durch den Zweiwegehahn 3, der zwischen der Nadel und dem Körper der Spritze 4 liegt, abgeführt werden, ohne die Nadel zu entfernen. Durch ein erneutes Drehen des Griffes des Hahnes ist die Vorrichtung für die nächste Probeentnahme bereit usw. Wenn es notwendig ist, in die Probe ein Mittel, wie beispielsweise Heparin, zum Verhindern einer Gerinnung einzuführen, kann die Vorrichtung mit einem Dreiwegehahn ausgerüstet sein, wobei ein Weg dazu dient, das die Gerinnung verhindernde Mittel einzuziehen.

Es wurde beispielsweise ein Modell der Vorrichtung dadurch hergestellt, daß eine einzige Kolbenzylindereinrichtung aus einem Kunststoff:*» ate rial, eine Mikroelektrode aus Iridium und Iridiumoxid zum Messen des pH-Wertes, eine Mikroelektrode zum Messen des pCOp-Wertes, eine polarographische Mikroelektrode zum Messen des ρ (^-Wertes und eine wärmeempfindliche Sonde zur Aufnahme der Probentemperatur miteinander kombiniert wurden. Dieses Modell eines Kolbens kann in eine Spritze eingesetzt werden, die möglicherweise von einer thermostatischen Hülse umgeben ist.

In der Regel basieren die bei der Analyse von Blutgasen verwandten Elektroden auf den folgenden Arbeitsprinzipien:

p'C0₂-Elektrode:

Diese Elektrode besteht aus einer Elektrode, die gewöhnlich aus Glas hergestellt ist und auf die Protonenaktivität anspricht, wobei diese Elektrode in eine NaHCO,-Lösung in Kontakt mit einer Membran eingetaucht ist, durch die eine Diffusion von CO₂ erfolgen kann. Wenn das durch die Membran diffundierte CO₂ in der Lösung zwischen der Elektrodenfläche

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und der Membran gelöst wird (I), verschiebt sich das Gleichgewicht (II) zur rechten Seite, so daß folglich die Protonenaktivität zunimmt:

CO₂ + H₂O < > H₂CO₃ (I)

H₂CO₃ < > H⁺ + CHO₃ (II)

Im Gleichgewicht wird der Partialdruck des CO₂ an beiden Außenflächen der Membran gleich groß sein. Eine Änderung des p'C0₂-Wertes außerhalb der Membran wird daher eine gleiche Änderung des p'C0₂-¥ertes im Lösungsfilm zwischen der Membran und der Elektrode verursachen.

Das Potential der Glaselektrode wird relativ zu einer Vergleichselektrode Ag/AgCl gemessen, die die CL~-Ionen in der inneren Lösung ermittelt, die gleichfalls das Bicarbonat enthält (typische Zusammensetzung NaHCO, : 0,05 Mol + NaCl : 0,1 Mol).

Die Zelle ist somit in der folgenden Weise aufgebaut:

Ag-AgCl NaHCO₃ 0,05 Mol pH-Elektrode

NaCl 0,1 Mol

Ihr Potential wird eine Funktion des Partialdruckes des CO₂ in der Probe sein.

Es ergibt sich daher:
B «= e; + 2.303 RT ^loe ^a _H+ ^{= E}" ^{+ 2}·³⁰³ ^- ^{log PC0}2

F ■ ^F

P'0₂-Elektrode:

Es gibt zwei Arten von P'0₂-Elektroden, nämlich die galvani-

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sehen oder die polarographischen Elektroden.

Die galvanischen Elektroden sind aus zwei verschiedenen Metallen gebildet, die dann, wenn sie in eine passende Lösung eingetaucht sind, einen Potentialunterschied entwickeln, der ausreicht, Sauerstoff zu reduzieren. Polarographische Elektroden (Clark Typ) bestehen umgekehrt aus einer Platingoldkathode, die auf ein Potential von -500 mV bis -800 mV relativ zu einer Vergleichselektrode mit Calomelsättigung vorgespannt ist.

Eine Membran, beispielsweise aus Polytetrafluoräthylen, trennt die zu untersuchende Probe von der inneren Lösung, die Kaliumchlorid oder ein pH 7 Puffer sein kann. Diese Lösung muß in Form einer sehr dünnen Schicht zwischen der Membran und der Platinkathode vorliegen und Ionen enthalten, die das Potential der Vergleichs-Ag/AgCT-Elektrode festlegen. Der durch die Membran diffundierte Sauerstoff wird zu 0H~ an der Kathode reduziert, und die Stromstärke, die die Reaktion begleitet, ist proportional dem Partialdruck des Sauerstoffs in .der Probe.

pH-Elektroden:

Diese Elektroden zum Messen der Protonenaktivität oder des pH-Wertes sind im wesentlichen Glasmembranelektroden. Die dünne Glasmembran trennt die zu untersuchende Lösung von einer inneren Pufferlösung, in der eine Ag/AgCl-Elektrode oder eine Hg/HggC^-Elektrode eingetaucht ist. Das Potential dieses Elementes wird relativ zu einer Vergleichshalbzelle gemessen und ändert sich nach der folgenden Beziehung:

2.303 RT log H⁺- = E₀ - 2.303 RT pH F F

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Die Glaselektroden können verschiedene Formen (Kapillarrohre, planarer oder kugelförmiger Kopf) haben, es ist jedoch schwierig, die geringe Größe mit einer passenden mechanischen Widerstandsfähigkeit, einer geringen elektrischen Impedanz und einer hohen Ansprechgeschwindigkeit zu kombinieren.

Die oben beschriebenen Elektroden der zum Messen des pH-Wertes, des pCOp-Wertes und des pOp-Wertes verwandten Art können dazu führen, daß die Erfindung nur dann praktisch verwirklicht werden kann, wenn ihre Abmessungen es erlauben, gleichzeitig derartige Elektroden in dem Kolben einzusetzen.

Ein in dieser Weise nicht eingeschränktes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Kolben, der die folgenden Sensoren in Kleinbauweise aufweist:

1. Ir/IrOp-Elektrode zum Messen des pH-Wertes.

2. pC0₂-Elektrode aus einer Ir/lr0₂~Mikroelektrode, die von einem Au-und Pt-Schutz mit dem Durchmesser von 3 mm umgeben ist, in eine passende Lösung eingetaucht und von einer COp-durchlässigen Membran überzogen ist.

3. Mikroelektrode nach Art eines Voltameters mit einer Kathode aus Pt (oder Au), die in eine geeignete Lösung eingetaucht und mit einer sauerstoffdurchlässigen Membran überzogen ist.

Durch die Erfindung wird somit eine Vorrichtung zum Durchführen von Messungen an Fluiden, beispielsweise an biologischen Fluiden, beispielsweise an Blut oder ähnlich Fluiden, geliefert, die aus einem zylindrischen Körper besteht, der in eine Spritze oder in einen ähnlichen Probeentnahmebehälter einjsetzbar ist und an der freiliegenden Fläche einen Elektrodenoder Sondensatz aufweist, der über geeignete elektrischen Leitungen mit Verarbeitungs- und Anzeigeeinrichtungen verbunden ist,. die es ermöglichen, die wichtigen Parameter, wie

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beispielsweise den pH-Wert, die Temperatur, den Partialdruck der Gase usw. unmittelbar abzulesen.

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Claims

Dr. F. Zumstein sen. - Cr. ι=. Asrmam - L>r. R. Koenigsberger Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dip!.-lng. F. Klingseisen - Dr. F. Zurnstein jun. P AT E N TA N W Ä LT E ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE 3/Li Case 1172 Istituto Sieroterapico e Vaccinogeno Toscano "SCLAVO" S.p.A., Siena, Italien PATENTANSPRÜCHE

1.) Vorrichtung ^ur Durchführung analytischer Messungen, gekennzeichnet durch einen hohlzylindrischen Körper, in dessen Inneren ein Kolben dicht gleitend verschiebbar ist, der aus einem Material besteht, das für die zu analysierenden Fluide inert und möglichst sterilisierbar ist, -wobei geeignete Sensoren, die an die Art der durchzuführenden Analyse angepaßt sind, so eingesetzt sind, daß sie vom Kolbenkopf vorstehen, und mit einem oder mehreren Instrumenten zum Aufnehmen, Verarbeiten und Anzeigen der Meßdaten verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende in einem Halsteil endet, um einen Mehrwegehahn anzuschließen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination der Sensoren eine Elektrode zum Messen

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des ρΉ-Y/ertes umfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination der Sensoren eine Elektrode zum Messen des ßCC^-Wertes umfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination der Sensoren eine Elektrode zum Messen des pO₂-Wertes umfaßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination der Sensoren eine Elektrode zum Messen des pCa-Wertes umfaßt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination der Sensoren eine Elektrode zum Messen des pCIL-V/ertes umfaßt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination der Sensoren eine Elektrode zum Messen des pNO^-Wertes umfaßt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination der Sensoren eine wärmeempfindliche Sonde umfaßt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine thermostatische Steuerung.

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