DE3129029A1

DE3129029A1 - Kompensierte referenzfluessigkeit zur verwendung in einem chemischen analysegeraet

Info

Publication number: DE3129029A1
Application number: DE19813129029
Authority: DE
Inventors: Alan D. 01950 Newburyport Mass. Cormier; John D. 01830 Bradfort Mass. Czaban
Original assignee: Instrumentation Laboratory Co
Current assignee: Allied Corp
Priority date: 1980-07-21
Filing date: 1981-07-17
Publication date: 1982-04-15
Also published as: FR2487072B1; FR2487072A1; AU548232B2; GB2080543B; GB2080543A; US4410631A; DK323081A; CA1158966A; AU7305481A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft chemische Analysegeräte (Analysatoren) und insbesondere Referenzflüssigkeitssysteme zur Eichung oder Qualitätskontrolle derartiger Analysegeräte vom ionenselektiven Elektrodentyp.

Die Entwicklung von ionenselektiven Elektrodensystemen (ISE) ermöglicht die Messung einer Vielzahl von Kationen (positiv geladenen Ionen) und Anionen (negativ geladenen Ionen). Insbesondere werden in ISE-Systemen natrium- und kaliumionenselektive Elektroden zur direkten elektrolytischen Analyse von unverdünnten Proben (z.B. Blut, Plasma und Serum) sowie zur indirekten Analyse von verdünnten Proben (z.B. Urin) verwendet. Blutserum ist eine komplexe biologische Flüssigkeit, die verschiedene Komponenten von erheblicher physiologischer Bedeutung enthält. Die Bestimmung von Elektrolyten und insbesondere Natrium und Kalium ist ein wichtiger Aspekt der Blutanalyse. Veröffentlichte Vergleiche von Daten für Natrium und Kalium, die mit ionenselektiven Elektrodenanalysegeräten ermittelt wurden, mit durch Flammenphotometrie ermittelten Daten zeigen im wesentlichen keine Abweichung für Kalium aber eine mäßige Abweichung (3%) für Natrium. Elektrolytdaten für normale Proben bezogen auf eine Plasmawasserbasis (direkte Messung) ergeben jedoch Konzentrationsdaten, die

von indirekten Verfahrensdaten um ungefähr 7% abweichen. Der Plasmateil einer Blutprobe enthält sowohl Elektrolytais auch Nichtelektrolytkomponenten, wobei die Nichtelektrolyten hauptsächlich aus gelösten und suspendierten Proteinen und Lipoiden bestehen. Die direkte ISE-Messung spricht nur auf die Elektrolytphase an und ergibt Konzentrationen auf einer Plasmawasserbasis, d.h. mMol/1 Plasmawasser, und liefert wertvolle klinische Informationen, insbesondere für Proben, die abnorme Protein- und/oder Lipoidgehalte aufweisen. Außerdem entfallen auch die

-|0 bei der Flammenphotometrie und anderen indirekten (Verdünnungs-)Verfahren erforderlichen Zentrifugier- und Verdünnungsstufen. Das indirekte (Verdünnung) Flammenphotometriev.erfahren verwendet eine Teilmenge, die sowohl Elektrolyt- als auch Nichtelektrolytphasen enthält, und

-| 5 liefert Konzentrationen auf einer Gesamtplasmabasis, mMol/1 Plasma. Aus diesem Grund haftet allen eine Verdünnungsstufe einschließenden Messungen (einschließlich derer mit einem ISE-Analysengerät) der Nachteil an, daß sie in Abhängigkeit der Lipoid- und Proteinkonzentrationen schwanken.

Ionenselektive Elektrodensysteme haben einzigartige Eigenschaften, die sie besonders vorteilhaft für direkte (unverdünnte) Analysen machen, da sie u.a. selektiv auf einen Ionentyp ansprechen, so daß im allgemeinen Störungen

durch andere Ionen in der Testprobe nicht auftreten, und nicht auf gelöste oder suspendierte Feststoffe wie Blutzellen, Proteine und Lipoide ansprechen. Eine ionenselektive Elektrode besteht aus einer elektrochemischen Halbzelle (einer inneren Elektrolytlösung und einer inneren Referenzelektrode) und einer Meßmembran. Das Material der Meßmembran hängt von dem zu messenden Ion ab. Eine Nätriumelektrode kann beispielsweise eine Glaskapillarmembran ähnlich wie in bestimmten Durchfluß-pH-Elektroden aufweisen, und eine Kaliumelektrode kann eine Polyvinyl-Chloridmembran besitzen, die Valinomycin enthält. Bei einer ISE-Elektrodenmessung wird typischerweise eine elektrochemische Referenzhalbzelle (z. B. eine Silber/ Silberchlorid-Elektrode in Berührung mit einer konzentrierten Kaliumchloridlösung) mit einer elektrischen Verbindung zwischen der Referenzelektrode und der ionenselektiven ' Elektrode durch eine Salzbrückenlösung verwendet, die ebenfalls eine konzentrierte Kaliumchloridlösung sein kann. In derartigen Systemen ist ein geringes aber deutliches Potential (Überführungspotential (Diffusionspoten-

tial) (E.)) an der Grenzfläche zwischen der Probe und den Salzbrückenlösungen vorhanden, das darauf beruht, daß die Ionen der beiden Lösungen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch die Grenzfläche diffundieren.

Das Uberführungspotential schwankt etwas in Abhängigkeit

von der Zusammensetzung der Probe oder der Testlösung

- 8 und dies kann zu Fehlern führen.

In für die direkte Potentiometrie von unverdünnten Proben (Blut, Plasma und Serum) und für die indirekte Potentiometrie von verdünnten Proben (Urin) konstruierten Elektrolytanalysesystemen wird als Satz von Eichlösungen zur Eichung der Natrium— und Kaliumelektroden verwendet: Eine erste Eichflüssigkeit mit einer doppelten Funktion: Mittelpunktseichung für die direkte Potentiometrie und Steigungseichung für die indirekte Potenticmetrie; eine zweite Eichflüssigkeit ebenfalls mit einer Doppelfunktion: Steigungseichung für die direkte Potentiometrie und Mittelpunktseichung für die indirekte Potentiometrie (vorzugsweise besitzt diese Eichflüssigkeit Natrium- und Kaliumkonzentrationen ähnlich den verdünnten Urinproben); ein Urinverdünnungsmittel, das vorzugsweise eine ausreichende pH-Pufferkapazität besitzt, um ein Abfallen des pH-Wertes von verdünntem Urin unter 5 zu vermeiden, und das die Ionenstärke des verdünnten Urins s-tabilisiert, um Fehler aufgrund von Schwankungen der Ionenzusammensetzung des Urins von Probe zu Probe auf ein Minimum zu beschränken; und ein Satz von Linearitätskontrolllösungen zur Routineüberprüfung des Analysegerätes. Die Natrium- und Kaliumanalysenwerte für die Mittelpunktseichung und die Kontrollen sollen mit den Analysenwerten für flammenphotometrische Messungen übereinstimmen, da

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— 9 —

die Flammenphotometrie. historisch das Standardverfahnen für Natrium- und Kaliumbestimmungen ist. Eichflüssigkeiten für die Flammenphotometrie, die typischerweise aus einfachen Mischungen von Natriumchlorid und Kaliumchlorid bestehen, ergeben jedoch keine genaue Eichung für direkte Messungen mit ionenselektiven Elektroden. Diese Fehler beruhen auf Probenmatrixeffekten, in erster Linie den Aktivitätskoeffizient- und Uberführungspotentialfaktpren. Diese Fehler können mit einem geeigneten Kompensationssystem ausgeschaltet werden.

Das Potential der ionenselektiven Messelektrode (Ε_τς_) steht gemäß der Nernsten Gleichung in einem logarithmischen Zusammenhang mit der Aktivität des interessierenden Ions. Für das monovalente Kation M gilt:

^EISE = ^E°ISE ⁺ 2,3O₃BIlOg a_M+ , (1)

worin

E°_TCl_ = Standardpotential (eine Konstante)

lob - -

einschließlich durch die innere 20

Referenzelektrode badingte Faktoren

usw.

R = Allgemeine Gaskonstante, T = Temperatur in ⁰K,

F = Faraday-Konstante und 25

a„+ = Aktivität des zu messenden Ions M⁺

sind.

RT
Der Wert 2,303 —ρ wird als die Steigung (S) der Elektrode bezeichnet und entspricht der Anzahl von Volt, um die sich das Elektrodenpotential ändern würde, wenn die Aktivität von M um das lOfache verändert würde.

Das Symbol a_M+ wird als die Aktivität des Probenions bezeichnet und kann als die "effektive Konzentration" des Ions in der Testlösung angesehen werden. Für klinische Proben ist diese immer geringer als die millimolare Konzentration (mMol/1), wobei:
10

^aM^{+ =} ^M⁺ · ⁰M^{+ (2)}

mit: C.,+ = Konzentration des zu messenden Kations M

und

/^+ = Aktivitätskoeffizient des zu messenden Kations

ist.

Einsetzen von a..+ aus Gleichung 2 in Gleichung 1 ergibt für monovalente Ionen (z.B. Na , K):

^E°ISE = ^EISE ⁺ (^Stei9^un9> ^l09 «V · V_M+) (3)

^Eg_emessen=^E°ISE ⁺ (Steigung) log (C_M+ .

mit: E_ocr = Potential der Referenzelektrode und E. = Flüssigkeitsüberführungspotential.

3129Q29

- 11 -

Diese Gleichung kann sowohl für die Probe (S) als auch für die Eichlösungen (C) geschrieben werden.

^Ege^SrJ.=^E ISE ⁺ (Steigung) log C_M+(S) -E(S)

(5A)

ISE

log

(5B)

Die zwischen der Probe und der Eichlösung (d.h., Gleichung 5A - 5B) gemessene Potentialdifferenz, Δε gem., ist ein. Maß für die Konzentration von M in der Probe. E_TSE und E_Rp_F verändern sich bei der Probe gegenüber der Eichlösung nicht und fallen deshalb heraus. Daraus folgt

15 ΔΕ (S^ - (C) = (Steigung) log

V ^(S) * V ^(S)

^CM⁺

Δε

•J

- (ο

wobei: ^E. = Restflüssigkeitsüberführungspotential,

dasgleieh der Überführungspotentialdifferenz zwischen Probe und Eichlösung ist.

Einführung des Antilogarhithmus und Auflösung nach der Konzentration von M in der Probe ergibt:

/δε (S) - (c)\ /γ_ν+ (ο Ν /δε, (S) - (Ο ,

(S) =C_M+ (C) . θχρτη -32ZL· · (-JL- · exp₁₀ _2_ (6)

^{M 1U}^ (Steigung)) \^ΎΜ^+{S) J ^1U \jSte.gung) /

Dies ist der exakte Ausdruck, der die Konzentration des Probenions in Abhängigkeit von der zwischen Probe und Eichlösung beobachteten Zellenpotentialdifferenz wiedergibt. Entsprechend kann der Ausdruck zur Berechnung der waren Steigung einer ionenselektiven Elektrode geschrieben werden als:

ΔΕ (2)-(l) +ΔΕ_ή(2)(1)

Steigung= —a£2L· . J- U)

In der obigen Gleichung haben die Symbole die oben angegebene Bedeutung und die Zahlen (1) und (2) beziehen 20

sich auf die Mittelpunkts- bzw. Steigungselchflüssigkeiten.

Bei Anwendung von ISE-Analysegeräten zur indirekten Potentiometrie von hochverdünnten Proben sind die Ionenstärke

und Zusammensetzung sowohl der Proben als auch der Eichflüs-25

sigkeit im wesentlichen durch das Verdünnungsmittel fest-

■gelegt. Daraus resultiert, daß die Aktivitätkoeffizienten und die Überführungspotentiale für alle Proben und Eichflüssigkeiten im wesentlichen identisch sind und die Gleichungen 6 und 7 sich vereinfachen auf:

ΔΕ (S)-(C) _V(S) = C_M+(C) χ ex_Pl0

<b.eob)

und

ΔΕ
Steiguna = S

(beob) C_M+(2)
log J2

Bei der Durchführung der direkten Potentiometrie mit unverdünnten Proben ist es in der Praxis zweckmäßig und bequem, diese vereinfachten Gleichungen zu verwenden. Dies beruht darauf, daß die Werte der Aktivitätskoeffizienten und der Überführungspotentiale nicht allgemein bekannt sind und- für Routineanalysen nicht in einfacher Weise bestimmt werden können. Die Verwendung der vereinfachten Gleichungen führt jedoch zu Fehlern bei der Bestimmung der Konzentrationswerte der interessierenden Ionen gemäß folgender Gleichung:

% Fehler in den _ yMbeob)- Cereal) _{χ 10Q {10)}

angegebenen Daten ~ _Q _+(real)

wobei C +(beob) die beobachtete, nach den vereinfachten Gleichungen (8) und (9) bestimmte Probenkonzentration und C,.+ (real) die tatsächliche, nach den exakten Glei-^M

chungen (6) und (7) bestimmte Konzentration ist. Einsetzen der Gleichungen (6) bis (9) in Gleichung (10) ergibt:

% Fehler =

Steigung j i Steigung J

¹ .. (real Γ ■ - _ (beob/

· f _m \ ■ γ + (S) Ί

X exp₁₀ \ χ _ ι χ

\Steigting / Ύ_Μ ⁺ ^t) J

(real)
C D

wobei Steigung . -> der nach Gleichung (7) erhaltenen Steigung und Steigung . . der beobachteten, nach Gleichung (9) berechneten Steigung entspricht. -·,

In Gleichung 11 geben die Ausdrücke A und B den Fehler wieder, der in den Probenwert durch die Verwendung der vereinfachten Gleichung (6) anstelle der exakten Gleichung

(7) eingeführt wird. Dieser Fehler beruht auf einer Abweichung der Aktivitätskoeffizient- und Überführungspotentialfaktoren zwischen den Mittelpunkts- und Steigungseichflüssigkeiten. Wenn die Eichflüssigkeiten gut ausgeglichen sind, ist Steigung _(beob) gleich Steigung _(real) und die

Ausdrücke A . B entfallen. Außerdem zeigt die Gleichung 11, daß Steigungsfehler keine Auswirkung auf Analysenwerte für Proben entsprechend der Mittelpunkseichflüssigkeit haben, d.h., wenn Δ E _em (2) - (1) = 0 ist.

per Fehlerausdruck C in Gleichung 11 ergibt sich aus der Nichtübereinstimmung beim Flüssigkeitsüberführungs-

potential zwischen der Probe uhd der Beispielsweise würde die verwendung einer 4ir\fAthen 140/4 mM Lösung von NaCl/KCl ein Restüberführurigspötöhtiäi bezogen auf normales Ölut von 0,42 mV ergeben und di£es wiederum bewirkt einen um etwa 1,6 % zu rtiedrigsh" Aflälysenwert. Fehlerausdruck D beruht auf den Differenzöh d^h Aktivitätskoeffizienten des interessierenden iöris iri der Probe und in der Eichflüssigkeit. Der Aktivitätökoef''''· fizient für das Natriurfiion in normalem Blut beträgt beispielsweise 0,740, während dör Kööffizient in einer 140/4 NaCl/KCl-EichlÖsung 0,751 betragt. Diese AbwäieHung von y_N + wurde einen um 1,5 % zu nifedrigen Natriurilwört ergeben. Folglich würde der Gesamtfehler der'Natriumöestimmunö bei Verwendung einer 140/4 NaCl/KCl-EichflüsisiglUit Stwa - 3,1 % betragen.

15

l=rfindungsgemäß verbesserte iSß-'Anälysä.torrefecenaflüfesigkeiten (z.B. Eich- und Kontrollflüssigkeiten) enthalten¹ Kompensationssalze, die die Worte der Aktivitätsköeffi·" 2ient- und Überführungspotentialfaktoren ausgleichen, um den Fehler des Analysenwertes des interessierenden¹ Ions um mindestens 50 % gegenüber dem ei ier hiähtkombisrt'-Sierten Flüssigkeit zu verrinjjerh. Der AktivitätSkoeffi-2ientfaktor ist:

25

(12)

- 16 -

und der Überführungspotentialfaktor ist:

Steigung

(13)

Eine genaue Eichung für die Analyse von biologischen 5

Flüssigkeiten wird durch die Verwendung von bevorzugten kompensierten Eichflüssigkeiten erhalten, in denen die C- und D-Fehlerausdrücke in Gleichung (11) ein Produkt von im wesentlichen 1 haben. Darüberhinaus kann das gleiche

Kompensationskonzept verwendet werden, um Kontrollflüssig-10

keiten herzustellen, die biologische Proben über den physiologischen Bereich nachstellen und zur Prüfung eines Analysegeräts auf ordnungsgemäßen Betrieb verwendet werden können. Die Kompensation wird mit Salzen erreicht, die den

Überführungspotentialfaktor,, den Aktivitätskoeffizientfak-15

tor oder beide Faktoren gleichzeitig korrigieren. In

Abhängigkeit vom Einzelfall können diese Effekte additiv oder subtraktiv sein. In Referenzflüssigkeiten von Natrium/Kalium-Analysegeräten kann die Kompensation beispielsweise durch Austausch von Chlorid gegen andere 20

Anionen oder durch Hinzufügen zusätzlicher Salze zu einer einfachen NaCl/KCl-Lösung erhalten werden.

Fehlerkorrekturtrends in einem Natrium-ISE-System (bezogen

auf normales Blut) mit alternierenden Anionen als Kompen- ·

sationssalz für das Chloridanion sind in Figur 1 angege-

ben. Bei fixierter Kationenzusammensetzung und Ionenstärke (die Natrium- und Kaliumgehalte werden bei 140/4 gehalten und monovalente Anionen werden anstelle des Chloridions eingesetzt) ist die Verschiebung des Probenfehlers desto positiver je niedriger die Äquivalentleitfähigkeit des Ersatzanions ist (siehe Fig. 1). Diese Verschiebung beruht auf Veränderungen beim Aktivitätskoeffizienten und beim Flüssigkeitsüberführungspotential. Die Verwendung von divalenten Anionen neigt dazu, steilere Korrekturfaktorentrends aufgrund der ansteigenden Ionenstärke zu bewirken, die die Veränderung beim Aktivitätskoeffizienten vergrößert.

Die Auswirkung des Zusatzes von Inertsalzen (d.h. solchen Salzen, die nicht das zu messende Ion enthalten) als Kompensationssalze zur Beeinflussung des Aktivitätskoeffizienten und/oder des Überführungspotentials bei einer Natriumelektrode ist in Figur 2 dargestellt. Über einen begrenzten Konzentrationsbereich neigen einige Salze wie Magnesiumsulfat und Magnesiumacetat dazu, den Aktivitätskoeffizienten mehr als das Überführungspotential zu beeinflussen. Im allgemeinen haben mijltivalente Salze einen stärkeren Effekt als monovalente Salze. Quaternäre Ammoniumchloridsalze verändern sowohl den Aktivitätskoeffizienten als auch das Überführungspotential. Wie in Figur 2 wiedergegeben sind die Steigungen der Fehlerlinien

für Tripropylammoniumchlorid (TPACl) und Tetramethylammoniumchlorid (TMACl) kleiner als die für Methylammoniumchlorid (MACl). Kalium-ISE-Elektrodensysteme zeigen ähnliche aber nicht identische Trends, Daraus folgt, daß es eine Vielzahl von verbesserten kompensierten Referenz-

flüssigkeitsformulierungen gibt.

Tabelle 1 gibt Konzentrationen und Aktivitätskoeffizient- und Überführungspotentialwerte (berechnet unter Verwendung der Debye-Hückel- und Henderson-G.leichungen) von Ionen

ο

in einer typischen Blutprobe eines Erwachsenen (bei 25 C) auf einer Plasmawasserbasis mit einer 3m KCl-Salzbrücke und einer offenen statischen Überführung wieder.

	Tabelle 1
	Konzentration
Ion	(mMol/1)
Na⁺	150,0
K⁺	4,3
Ca⁺⁺	2,7
Mg⁺⁺	1,6
HCO₃-	29,0
H₂PO₄-	0,5
HPO₄=	0,8
ΟΙ	111,0
Α (Protein)	21,5

Aktivitäts- Koeffizient	,740
0	,709
0	,344
0	,395
0	,740
0	, 740
0	,285
0	, 709
0	,617
0

Ionenstärke (mMol/1): 168,0
FlüssigkeitsüberfUhrungspotential: 1,27 mV

In einer bestimmten Ausführungsform enthält ein System von Eichflüssigkeiten, Verdünnungsmittel und Kontrollflüssigkeiten für eine ionenselektives Elektrodenanalysegerät mit Natrium- und Kaliumelektroden eine erste Eichlösung mit der folgenden Zusammensetzung:

Tabelle 2

Komponenten	Formel	Bezeichnung	Konzentration
			(mMol/1)

NaCl Natriumchlorid 80,0

NaOAc (wasserfrei) Natriumacetat 60,0 KCl Kaliumchlorid 4,00

Mg(OAc)p.4H_?0 Magnesiumacetat 4,0

CH„0 Formaldehyd 53

^

Eine modifizierte (und zur Zeit bevorzugte) erste Eichlösung besitzt die folgende Zusammensetzung:

ti *

- 20 Tabelle 3

Komponenten

Konzentration Formel Bezeichnung (mMol/1)

NaCl Natriumchlorid 63,0

NaOAc (wasserfrei) Natriumacetat 77,0

KCl Kaliumchlorid 4,00

Mg(OAc)p.4H-O Magnesiumacetat 4,0

CH₂O Formaldehyd 53

Eine zweite Eichlösung mit der folgenden Zusammensetzung

	Formel	Tabelle 4	Konzentration (mMol/1)
Komponenten	NaCl		10,00
KCl	Bezeichnung	7,00
Mg(OAc)₂.4H₂O	Natriumchlorid	50
MgSO₄ (wasserfrei)	Kaliumchlorid	13,0
CH 0	Magnesiumacetat (Tetrahydrat)	53
Magnesiumsulfat
Formaldehyd

Ein Urinverdünnungsmittel mit der folgenden Zusammen-Setzung:

3129Ö29

	Tabelle 5	Konzentration (mMol/1)
^; ;·."-<: Komponenten		60,0
Formel	Bezeichnung	15,0
Mf(;ÖÄc)_o,4H_o0	Magnesiumacetat (Tetrahydrat)	53
MgSOv'(wasserfrei)	Magnesiumsulfat
CH₂O./- ,;	Formaldehyd

10

ein erste Linearitäts-(120/2)-Kontrolle mit der folgenden Zusammensetzung:

15

Formel

Tabelle

Konzentration (mMol/1)

20

NaCl

NaOAc

KCl

55,0 65,0

2,00 53

25

Eine zweite Linearitäts-(140/5)-Kontrolle mit der folgenden Zusammensetzung:

Tabelle 7	Konzentration
	(mMol/1)
	63,0
	77,0
	5,00
	4,00
	53

Formel

NaCl NaOAc KCl Mg(OAc)₂-.

CH₂O

Eine dritte Linearitäts-("160/8)-Kontrolle mit der folgenden Zusammensetzung:

Tabelle 8	Konzentration (mMol/1)
	63,0
	97,0
	8,00
	53

Formel

NaCl NaOAc KCl

Die erste Eichlösung (Tabelle 2) besitzt einen Natriumgehalt von 140 mM, eine Kaliumkonzentration von 4 mM und eine Ionenstärke von 156 mM. Eine nichtkompensierte (140/4) Eichlösung (E.=0,85, K, = 0,751,V = 0,722 und Steigung=58) weist einen berechneten Aktivitätskoeffizienten-Überfüh-

31290P

- 23 - : -■;■■

rungspotential-Natriumfehler von -3,-1% und einen Kaliumfehler von -3,4% auf, während die kompensierte Lösung

(Tabelle 2) (E.=1,28, Y.. =0,746, y =0,716 und Steigung=58) j Na rs

einen Natriumfehler von -0,8% und einen Kaliumfehler von -0,9 % aufweist. Mit diesen Formulierungen betrug die ° durchschnittliche Abweichung zwischen ionenselektiven Elektrodendaten (reduziert auf Gesamtplasmabasis) und Flammenphotometriedaten für 10 normale Blutproben von ambulanten Spendern 0,1 + 0,3 mMol/1 (Gesamtplasma) für

Natrium und 0,11 + 0,06 mMol/1 (Gesamtplasma) für Kalium. 10

Eine modifizierte erste Eichlösung (Tabelle 3) besitzt ebenfalls einen Natriumgehalt von 140 mM, eine Kaliumkonzentration von 4 mM und eine Ionenstärke von 156 mM. Die modifizierte kompensierte (140/4) Eichlösung (Tabelle 3) (E.=1,42 Y.. =0,746, ^ =0,716 und Steigung = 58) hat einen j i\a t\

Natriumfehler von -0,2% und einen Kaliumfehler von -0,4%. Bei dieser Zusammensetzung betrug die mittlere Abweichungzwischen ionenselektiven Elektrodendaten (reduziert auf

Gesamtplasmabasis) und Flammenphotometriedaten für 16 20

normale Serumproben von stationär behandelten Spendern 0,5 +1,4 mMol/1 (Gesamtplasma) für Natrium und 0,0 + 0,1 mMol/1 (Gesamtplasma) für Kalium.

Die zweite Eichlösung (Tabelle 4) wird als Mittelpunktseichlösung für die Urinanalyse verwendet. Ihre Natrium- und

Kaliumgehalte entsprechen denen einer durchschnittlichen verdünnten Urinprobe auf der Basis eines Verdünnungsverhältnisses von einem Teil Urin zu 6 Teilen Verdünnungsmittel, wobei typische Natriumgehalte 70 mMol/1 und typische Kaliumgehalte 45 mMol/1 sind. Durch die 50 mMol/1 Magnesiumacetatkomponente wird die Ionenstärke der zweiten Eichlösung in der Nähe derjenigen der ersten Eichlösung eingestellt. Das Magnesiumacetat dient als ein Ionenstärke- und pH—Puffermittel. Probenfehler aufgrund der Aktivitätskoeffizienten- und Restüberführungspotentialfehler werden durch Verwendung desselben Salzes sowohl in ,der zweiten Eichflüssigkeit als auch im Verdünnungsmittel minimiert. Sowohl die Magnesiumacetat- als auch die Magnesiumsulfatkompensierungskomponente neigen dazu, die beobachtete Kaliumsteigung zu verringern und die beobachtete Natrium-Steigung zu vergrößern, wobei die Kaliumelektrodensteigung auf die Konzentration dieser Komponenten empfindlicher als die Natriumelektrodensteigung für dieses Eichsystem re- . agiert.

Das Urinverdünnungsmittel (Tabelle 5) besitzt eine Grundzusammensetzung (background composition) ähnlich der der zweiten Eichlösung (Tabelle 4) und ausreichende pH-Pufferkapazität, um den pH-Wert der verdünnten Urinprobe über 5 zu halten (um Störungen der Natriumglaselektrode durch Wasserstoffionen zu vermeiden). Außerdem besitzt

es eine ausreichend hohe Ionenstärke, um den- Einfluß der Urinprobe auf die Endiohenstärke und den Hintergrund (background) der verdünnten Probe zu minimieren. Deshalb wurden 'ä'ie Magnesiumacetat- und Magnesiumsulfatzusämmen- ; "setzuhgeh^iri' einem Verhältnis von 7/6 mal der Konzentratiönep in-der zweiten Eichlösung gewählt, so daß die Ertdionenstärke der verdünnten Probe hauptsächlich durch das Verdünnungsmittel bestimmt wird und die verdünnte Probe praktisch -der zweiten Eichlösung (Tabelle 4) entspricht.

"10 Unter Verwendung der zweiten Eichlösungs- und der Verdünnungsmittelzusammensetzungen wurcfen die ionenselektiven Elektroden-, und Flammenphotometrieanalysenwerte von 36 Urinproben mit ausgezeichneter Korrelation über die physiologischefi^ereiche sowohl für Natrium und Kalium verglichen,

Sowohl Natrium/Kalium-ISE-Analysengeräte als auch Flammenphotometer haben ungefähr den gleichen Arbeitsbereich von Natrium- und Kaliumkonzentrationen, wobei der Natriumbereich (physiologisch) 115 bis 190 mM und der Kaliumbereich 1,5 bis 9 mM betragen. Derartige analytische Geräte werden routinemäßig unter Verwendung gut charakterisierter KontrollÖsungen, die nahe und weit entfernt vorrr Mittelpunkt liegen, getestet. Die drei Linearitätskontrollen (Tabellen 6 bis 8) sind sowohl mit ISE-Analysengeräten als auch

²^ Flammenphotometern verträglich. Vorzugsweise werden diese

Kontrollzusammensetzungen zur einfachen Identifikation und für diagnostische Zwecke angefärbt. Linearitätskontrollösungen aus reinem NaCl und KCl, die mit einem ISE-Analysengerät untersucht werden, das für genaue Gehaltsbestimmungen von Blutproben geeicht ist, ergeben Werte, die aufgrund der Abweichung zwischen Flüssigkeitsüberführungspotentialen und Aktivitätskoeffizienten um etwa 3 bis 4 % zu hoch sind. Die Fehlerverringerung bei den kompensierten Linearitatskontrollen (Tabellen 6 bis 8) ist in Tabelle 9 zusammengefaßt.

Tabelle 9

% Natriumfehler

% Kaliumfehler

Nichtkom-

pensiert Kompensiert

Nichtkompensiert Kompensiert

120/2	(Tabelle	6)	3,	3	1	,0	3	,5	1	,2
140/5	(Tabelle	7)			-0	,1	3	,1	-0	,1
160/8	(Tabelle	8)	2,	7 -	-0	,2	2	,9	0	,0

Diese Werte wurden aus den Fehlerausdrücken C und D in Gleichung (11), wobei sich (S) auf di'e Linearitätskontrollösung und (C) auf eine Blutprobe mit denselben Gehalten an Natrium und Kalium wie die Kontrollösung und normalen Gehalten an anderen Bestandteilen beziehen, mit

berechneten Aktivitätskoeffizient- und Überführungs- . potentialwerten auf der gleichen Basis wie in Tabelle 1 wie folgt berechnet:

	Tabelle	10	j 1,52	0,755	0,727
Referenzblut (C)		0,97	0,763	0,736
Niehtkompensiert	(S)	1,53	0,763	0,736
Kompensiert (S)		1,35	0,744	0,714
Referenzblut (C)		0,85	0,751	0,722
Niehtkompensiert	(S)	1,41	0,745	0,715
Kompensiert (S)		1,20	0,735	0,702
Referenzblut (C)		0,73	0,741	0,709
Niehtkompensiert	(S)	1,45	0,741	0,709
Kompensiert (S)

120/2

140/5

160/8

Bei diesen speziellen Kontrollen wird das Cl"/OAc" -Verhältnis verändert, um äquivalente Anälysenresultate sowohl mit ordnungsgemäß für Blut geeichten ISE-Analysengeräten als_: auch Flammenphotometern zu erhalten.

Verschiedene Kombinationen von blauen, roten und gelben. Farbstoffen wurden verwendet, um folgende Farben zu erz;eu>

gen: . -■■'".. \ .; v.

140/4	(Tabelle	3)	blau
10/7	(Tabelle	4)	rot
120/2	(Tabelle	6)	purpur
140/5	(Tabelle	7)	grün
160/8	(Tabelle	8)	orange

- 28 -

Die 140/4, 10/7, 140/5 und 120/2 Lösungen enthalten jeweils etwa 100 ppm zugesetzten Farbstoff (100 mg/1). Die gleiche Intensität wurde für die 160/8-Lösung mit 200 mg/1 an Farbstoffen erzielt. Die Farbstoffe wurden auf ihren Natriumgehalt analysiert, um das NaCl in der Zusammensetzung (Tabelle 11) ordnungsgemäß zu korrigieren.

Tabelle

Na Gehalt von Farbstoffen Zunahme an NA⁺ (mM")

Farbstoff je 100 mg Farbstoff

Pyla-Cert Rot Nr. 33 W.J. Nr. 5601 Blau Nr. 1 W.J. Nr. 8005 Gelb Nr. 5

0	,50
0	,25
0	,45

Zusammensetzungen für gefärbte Eichzusammensetzungen und Linearitätskontrollzusammensetzungen sind in Tabelle 12 zusammengefaßt:

- 29 -

Tabelle 12

Linearitätskontroll-Eichzusammensetzungen zusammensetzungen

	140/4	33	53.	10/7	120/2	140/5	160/8
NaCl	62,75	. 1	—	9,60	54,61	62,58	62,02
NaOAc	77,00	. 5	100 mg/1	—	65,00	77,00	97,00
KCl	4,00	—	7,00	2,00	5,00	8,00
Mg(OAc),	,0 4,00	50,00	—	4,00	—
	MgSO. (wasserfrei)-—	13,00	—	—	—
	CH₂O	53	53	53	53
	Rot Nr.	100 mg/1	70 mg/I	—	40 mg/1
	Blau Nr,	—	30 mg/1	40 mg/1	—
/4H₂	Gelb Nr,		__	60 mg/1	160 mg/1

Die Salze in diesen Referenzlösungen sind stabile, allgemein erhältliche Reagenzien, die keinen störenden Einfluß auf das Ansprechen der Elektroden haben. Der Formaldehyd verhindert jedes nennenswerte Bakterien- oder Schimmelpilzwachstum in den Reagenzien, ohne eine Sterilisation zu erfordern, und hat keinen störenden oder beschädigenden Einfluß auf die natrium- oder kaliumionenselektiven Elektroden .

Diese Referenzflüssigkeitszusammensetzungen verringern die Aktivitätskoeffizient- und Flüssigkeitsübergangspoten-

tialfehlereffekte und liefern Analysenwerte für normale Blutproben (reduziert auf Gesamtplasmabasis) für Natrium und Kalium, die mit durch Flammenphotometrie- oder anderen Analysengeräte unter Verwendung indirekter (Verdünnungs-)

Methoden ermittelten Werten übereinstimmen, 5

Wenngleich diese Referenzflüssigkeitssysteme besonders vorteilhaft für biologische Flüssigkeitsanalysensysteme des ISE-Typs sind, sei darauf hingewiesen, daß andere Referenzflüssigkeitssysteme gemäß der Erfindung für andere

Ionen und für andere Anwendungen wie on-line- Aufzeichnung und- direkte Prozesskontrolle entwickelt werden können. Obwohl nur bestimmte Ausführungsformen der Erfindung dargelegt und beschrieben worden sind, sind deshalb für den Fachmann verschiedene Modifikationen offensichtlich.

Dementsprechend soll die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen oder Details derselben beschränkt sein.

Claims

UEXKÜLL & STOLBERG european patent attorneys

PATENTANWÄLTE

BESELERSTRASSE 4 .-■:-". ' ."^:

D-2000 HAMBURG 02 DR J-D. FRHR. von UEXKULL

DR. ULRICH GRAF STOLBERG DIPL.-ING. JÜRGEN SUCHANTkE DIPL.-ING. ARNULF HUBER DR. ALLARD von KAMEKE DR. KARL-HEINZ SCHULMEYER

Instrumentation Laboratory Inc.

Hartwell Avenue

Lexington, Massachusetts 02173 ( Prio : 21 . Jtili 1980

V.St.A. U.S.170 599 +

15.Juni igSi US 271 321 )-■■.

17 825 ka/do Juli 1981

Kompensierte Referenzflüssigkeit zur Verwendung

in einem chemischen Analysegerät

Patentansprüche

Kompensierte Referenzflüssigkeit zur Verwendung in einem chemischen Analysegerät mit einer ionenselektiven Elektrode, die eine erste Komponente enthält, welche Ionen eines ersten zu messenden Elementes liefert, die in einer vorbestimmten Konzentration vorliegen, gekennzeichnet durch eine Fehlerkompensationskomponente zum Ausgleich

(a) des Aktivitätskoeffizientfaktor j {Gleichung 12) und/oder

(b) des Übergangspotentialfaktors (Gleichung 13), wobei die Fehlerkompensationskomponente in einer ausreichenden Konzentration vorliegt, um den Fehler im Vergleich zu einer entsprechenden Referenzflüssigkeit ohne die Fehlerkompensationskomponente um mindestens 50 % zu verringern.

* d w .-

-Z-
2. Referenzflüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlerkompensationskomponente ein wasserlösliches Salz ist.
3. Referenzflüssigkeit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserlösliche Salz ein zugesetztes inertes Salz ist.
4. Referenzflüssigkeit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserlösliche Salz ein Kompensationssalz des alternierenden Anionentyps ist.
5. Referenzflüssigkeit nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt des Aktivitätskoeffizientfaktors und des Überführungspotentialfaktors im wesentlichen 1 ist.
6. Referenzflüssigkeitsystem für ein chemisches Änalysegerät mit einer Vielzahl von ionenselektiven Elektroden zur direkten Potentiometric von unverdünnten Proben, das eine Vielzahl von Referenzflüssigkeiten jeweils gemäß den Ansprüchen 1. bis 5 enthält, wobei jede Referenzflüssigkeit in vorbestimmter Konzentration Salze von ersten und zweiten zu messenden Elementen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste der Referenzflüssigkeiten eine erste Eichflüssigkeit ist, die in vorbestimmter Konzentration Salze des

ersten und zweiten Elementes zur Mittelbereicheichung für unverdünnte Proben und zur Steigungseichung für verdünnte Proben enthält, und

eine zweite der Referenzflüssigkeiten eine zweite Eichflüssigkeit ist, die Salze des ersten und zweiten Elementes in einer von der Konzentration der ersten Eichlösung abweichenden Konzentration enthält und zur Mittelbereicheichung für verdünnte Proben und zur Steigungseichung für unverdünnte Proben dient.
7. Referenzflüssigkeitssystem nach Anspruch 6 gekennzeichnet durch ein Verdünnungsmittel, das eine Fehlerkompensationskomponente der zweiten Eichlösung in einer ausreichenden Konzentration enthält, um eine verdünnte Probe auf einem pH-Wert von mehr als 5 zu halten, und eine Ionenstärke von mindestens 150 mMol/1 besitzt. ' ...
8. Referenzflüssigkeitssystem für ein chemisches Änalysegerät mit einer Vielzahl von ionenselektiven Elektrodenzur direkten Potentiometric von unverdünnten Proben, . das eine Vielzahl von Referenzflüssigkeiten jeweils¹ gemäß den Ansprüchen 1 bis '5 enthält, wobei die Referenzflüssigkeit in vorbestimmter Konzentration Salze erster und zweiter, zu messender Elemente enthält, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste der Referenzflüssigkeiten eine Mittelpunktskontrolle, eine zweite

der Referenzflüssigkeiten eine von der Mittelpunktskontrolle abgesetzte Kontrolle und eine dritte der Referenzflüssigkeiten eine in der anderen Richtung von der Mittelspunktskontrolle abgesetzte Kontrolle ist.
9. Referenzflüssigkeitssystem nach den Ansprüchen 6

bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Referenzflüssigkeit ein Farbstoffmaterial zur deutlich unterscheidbaren Anfärbung der betreffenden Referenzflüssigkeit enthält, wobei die Konzentrationen der Ionen des ersten Elements in jeder Referenzflüssigkeit so eingestellt sind, daß die Ionen des ersten Elements in dem Farbstoffmaterial in der Referenzflüssigkeit kompensiert werden.
10. Referenzflüssigkeitssystem nach den Ansprüchen 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element Natrium und das zweite Element Kalium ist.