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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen ionischer Aktivitäten von
verschiedenen, in einer Probelösung
enthaltenen ionischen Komponenten, welche vorteilhaft für die gleichzeitige
Analyse ionischer Komponenten in flüssigen Proben, wie beispielsweise
einer Vollblutprobe, einer Serumprobe und einer Urinprobe einsetzbar
ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Eine
Vorrichtung zum Messen ionischer Aktivität, welche eine ionenselektive
Elektrode verwendet, wird weithin zur Analyse ionischer Komponenten in
einer flüssigen
Probe, beispielsweise einer Vollblutprobe oder einer Serumprobe
eingesetzt.
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Das
US-Patent Nr. 4,571,293 (welches
der
EP 0 160 997 B1 entspricht)
offenbart eine Vorrichtung zum Messen ionischer Aktivität, welche
eine ionenselektive Elektrode verwendet und welche in
1 der
dieser Beschreibung beigefügten
Figuren dargestellt ist.
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In 1 umfasst
die Vorrichtung zum Messen ionischer Aktivität einen elektrisch nichtleitenden Träger 11,
ein Paar von Elektroden, von welchen jede eine Silbermetallschicht 12a, 12b und
eine Silberhalogenidschicht 13a, 13b umfasst,
eine gemeinsame Elektrolytmaterialschicht 14, eine gemeinsame
ionenselektive Membran 15 und eine gemeinsame elektrisch
nichtleitende Deckplatte 16 mit einem Paar von Öffnungen 17a, 17b zum
Empfangen und Halten einer Probelösung bzw. einer Referenzlösung, wobei jede Öffnung über jeder
Elektrodeneinheit platziert ist und darauf ein Brückenelement 18 aufweist,
um die in einer Öffnung 17a empfangene
Probelösung
und die in einer anderen Öffnung 17b empfangene
Referenzlösung
elektrisch zu überbrücken. Jede
Silbermetallschicht 12a, 12b weist jeweils eine
freiliegende Oberfläche 10a, 10b auf.
Die erzeugte elektrische Potentialdifferenz kann gemessen werden,
indem die Sonden eines Potentiometers 19 auf diesen freiliegenden
Silbermetalloberflächen 10a, 10b platziert werden.
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Die
ionenselektive Elektrode kann eine ionische Aktivität einer
ionischen Komponente, wie beispielsweise H+,
Li+, Na+, K+, Mg2 +,
Ca2 +, Cl–,
HCO3 – oder CO3 2– messen,
indem eine geeignete ionenselektive Membran eingesetzt wird.
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Das
US-Patent Nr. 4,789,435 beschreibt eine
ionenselektive Elektrodenanordnung, welche mehrere ionenselektive
Elektroden umfasst, um mehrere ionische Komponenten, wie beispielsweise Na
+, K
+ und Cl
– gleichzeitig
zu analysieren. Bei der Anordnung weist eine der mehreren ionenselektiven Elektroden
eine ionenselektive Membran auf, welche hinsichtlich ihrer chemischen
Zusammensetzung von derjenigen einer anderen ionenselektiven Elektrode abweicht.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum
gleichzeitigen Messen ionischer Aktivitäten von mehreren ionischen
Komponenten bereitzustellen, welche in einer wässrigen Probe enthalten sind.
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Die
Erfindung besteht in einer Vorrichtung zum Messen ionischer Aktivität, welche
umfasst:
einen Block aus isolierendem Material, welcher einen Hohlraum,
einen Lösungsempfangsoberflächenbereich,
in dem ein Paar von Öffnungen
zum separaten Empfangen einer Probelösung und einer Referenzlösung vorgesehen
ist, wobei die Öffnungen
mit dem Hohlraum verbunden sind, und eine Mehrzahl von Lösungszuführoberflächenbereichen
aufweist, wobei in jedem von diesen ein Paar von Öffnungen
vorgesehen ist, um die Probelösung
und die Referenzlösung
separat nach außen
zuzuführen,
wobei die Öffnungen
mit dem Hohlraum verbunden sind;
ein Brückenelement, welches an dem
Lösungsempfangsoberflächenbereich
vorgesehen ist, um die in einer Öffnung
empfangene Probelösung
und die in einer anderen Öffnung
empfangene Referenzlösung elektrisch
mit einer Brücke
zu verbinden;
ein Führungselement,
welches in dem Hohlraum platziert ist und welches mithilft, separat
die in der Öffnung
in dem Lösungsempfangsoberflächenbereich
empfangene Probelösung
zu den Öffnungen
an den Lösungszuführoberflächenbereichen
weiterzuleiten, um die Probelösung
nach außen
zuzuführen, und
die in der Öffnung
in dem Lösungsempfangsoberflächenbereich
empfangene Referenzlösung
zu den Öffnungen
an den Lösungszuführoberflächenbereichen
weiterzuleiten, um die Referenzlösung
nach außen
zuzuführen;
und
eine Mehrzahl von ionenselektiven Elektroden mit einer
ionenselektiven Membran darauf, von welchen jede auf dem Lösungszuführoberflächenbereich
in einem derartigen Zustand platziert ist, dass die ionenselektive
Membran separat in Kontakt mit der Probelösung und der Referenzlösung gebracht
wird,
wobei der Block die Form eines rechteckigen Parallelflachs
aufweist, welches eine obere Oberfläche, an der der Lösungsempfangsoberflächenbereich
angeordnet ist, und andere Oberflächen, die eine Bodenfläche und
Seitenflächen
umfassen, aufweist, wobei an wenigstens zwei von diesen der Lösungszuführoberflächenbereich
angeordnet ist.
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Bevorzugte
erfindungsgemäße Vorrichtungen
sind wie folgt.
- (1) Die Vorrichtung, bei der
das Führungselement eine
Unterteilung ist, welche in dem Hohlraum platziert ist, um die Probelösung und
die Referenzlösung
separat zu führen.
- (2) Die Vorrichtung, bei der das Führungselement ein Paar von
in dem Hohlraum platzierten, porösen
flüssigkeitsdurchlässigen Materialien
umfasst, von welchen eines die Probelösung und ein anderes die Referenzlösung weiterleitet.
- (3) Die Vorrichtung, bei der der Block die Form eines rechteckigen
Parallelflachs aufweist, welches eine obere Oberfläche, an
der der Lösungsempfangsoberflächenbereich
angeordnet ist, und andere Oberflächen aufweist, welche eine
Bodenfläche
und Seitenflächen
umfassen, wobei an wenigstens zwei von diesen der Lösungszuführoberflächenbereich
angeordnet ist.
- (4) Die Vorrichtung, bei der der Block die Form eines vertikal
verlängerten
rechteckigen Parallelflachs aufweist, welches eine obere Oberfläche, an
der der Lösungsempfangsoberflächenbereich angeordnet
ist, und andere Oberflächen
aufweist, welche eine Bodenfläche
und Seitenflächen
umfassen, wobei an wenigstens zwei von diesen der Lösungszuführoberflächenbereich
angeordnet ist.
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Die
US-A-4 510 035 offenbart
eine Vorrichtung zum Messen ionischer Aktivität nach dem Oberbegriff von
Anspruch 1.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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1 ist
eine schematische Ansicht einer repräsentativen Struktur einer herkömmlichen
Vorrichtung zum Messen ionischer Aktivität.
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2 ist
eine schematische Ansicht einer repräsentativen Struktur der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Messen ionischer Aktivität.
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3 ist
eine schematische Ansicht der Vorrichtung von 2 in
auseinander gebauter Form.
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4 stellt
eine innere Struktur des Blocks der Vorrichtung von 2 dar.
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5 ist
ein horizontaler Querschnitt einer inneren Struktur eines Blocks
mit anderer Struktur.
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6 ist
eine schematische Ansicht einer inneren Struktur eines Blocks mit
anderer Struktur.
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7 ist
eine teilweise vergrößerte Ansicht eines
vertikalen Querschnitts einer Lösungszuführöffnung.
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8 ist
eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen
ionischer Aktivität
mit einer anderen Struktur.
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9 ist
eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen
ionischer Aktivität
mit einer anderen Struktur.
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10 ist
eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen
ionischer Aktivität
mit einer anderen Struktur.
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11 ist
eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Messen ionischer
Aktivität
mit einer Struktur, welche von der erfindungsgemäßen verschieden ist.
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12 ist
eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Messen ionischer
Aktivität
mit einer Struktur, welche von der erfindungsgemäßen verschieden ist.
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13 ist
eine schematische Ansicht eines Rahmens zum Umgeben der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Messen ionischer Aktivität.
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14 ist
eine schematische Ansicht, welche die Herstellung des Blocks der
Vorrichtung von 10 darstellt.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Die
Vorrichtung zum Messen ionischer Aktivität nach der vorliegenden Erfindung
wird unter Bezugnahme auf die Figuren weiter beschrieben.
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2 ist
eine schematische Ansicht einer typischen Struktur der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum
Messen ionischer Aktivität,
und 3 ist eine schematische Ansicht der Vorrichtung
von 2 in auseinander gebauter Form.
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In 2 und 3 besteht
eine Vorrichtung 20 zum Messen ionischer Aktivität aus einem
Block 21 eines rechteckigen Parallelflachs, welcher einen Hohlraum
in seinem Inneren aufweist, und drei Gruppen von ionenselektiven
Elektrodenplatten 22, 23, 24, welche
an den Seitenflächen
und der Bodenfläche
des Blocks 21 angebracht sind. An der oberen Oberfläche des
Blocks 21 ist eine Öffnung 25a zum Empfangen
einer aufge sprenkelten Probelösung
und eine Öffnung 25b zum
Empfangen einer aufgesprenkelten Referenzlösung vorgesehen, und ein Brückenelement
(eine Faserbrücke) 26 ist
befestigt, um die empfangene Probelösung mit der empfangenen Referenzlösung elektrisch
zu verbinden. An jeder der Seitenflächen und der Bodenfläche des
Blocks 21 gibt es ein Paar von Öffnungen 27a, 27b,
um die empfangene Probelösung
und die empfangene Referenzlösung
separat auf die ionenselektive Elektrodenplatte zuzuführen.
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Der
Block 21 ist aus einem wasserundurchlässigen, elektrisch isolierenden
Material, wie beispielsweise Polystyrol hergestellt. Die Faserbrücke 26 ist
aus geschleuderten Polyethylenterephthalatfasern hergestellt.
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Jede
der ionenselektiven Elektrodenplatten 22, 23, 24 besteht
aus einem elektrisch nichtleitenden Träger, einer Silberschicht, einer
Silberchloridschicht, einer Elektrolytmaterialschicht und einer
ionenselektiven Membran, wie in 1 gezeigt.
Die ionenselektiven Elektrodenplatten 22, 23, 24 weisen bevorzugt
voneinander verschiedene ionenselektive Membranen auf, so dass ionische
Aktivitäten
mehrerer ionischer Komponenten in einer Vorrichtung gemessen werden.
Die ionenselektive Elektrodenplatte 22 wird an der Oberfläche des
Blocks 21 in einem solchen Zustand befestigt, dass die
oberste ionenselektive Membran 221 den Öffnungen 27a, 27b gegenüberliegt
und dass sich die Elektrodenanschlüsse 222 von den Kanten
des Blocks 21 erstrecken.
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In 4 zeigt
(1) eine obere Oberfläche
des hohlen Blocks 21, (2) eine Vorderansicht, und (3) ist eine
Seitenansicht. In 4 weist der innere Hohlraum
des Blocks 21 ein Paar von Lösungsreservoiren 30a, 30b auf,
welche mit einer Unter teilung 31 getrennt sind, um die
in der Öffnung 25a empfangene Probelösung und
die in der Öffnung 25b empfangene Referenzlösung separat
zu den Lösungszuführöffnungen 27a, 28a, 29a bzw.
den Lösungszuführöffnungen 27b, 28b, 29b zuzuführen.
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Der
Block 21 weist typischerweise eine Abmessung von 4 mm × 20 mm × 4 mm (Höhe) auf,
wie in 4 dargestellt. Jede der Lösungsempfangsöffnungen 25a, 25b weist
eine Abmessung von 3 mm × 3
mm auf. Jede der Lösungszuführöffnungen 27a, 27b weist
eine Abmessung von 2 mm × 2
mm auf, während
jedes der Lösungsreservoire 30a, 30b eine Abmessung
von 3 mm × 3
mm × 3,5
mm aufweist.
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Die
Struktur des Blocks 21 ist nicht auf die in 4 dargestellte
beschränkt.
Beispielsweise ist die Unterteilung 31 eine in dem inneren
Hohlraum an der Mittelposition angeordnete Platte. Andererseits
erstreckt sich ein Teil der Unterteilung 31' zu beiden Seitenabschnitten in
die Reservoire 30a, 30b, so dass das Volumen des
Reservoirs verringert wird, wie in 5 gezeigt.
Alternativ wird ein Paar von porösen
Materialien 32a, 32b unabhängig in beiden Reservoiren
platziert, um die Probelösung
und die Referenzlösung
separat weiterzuleiten, wie in 6 gezeigt.
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Jede
der Lösungszuführöffnungen 27a, 27b, 28a, 28b kann
von innen nach außen
eine schräge Decke
aufweisen, wie in 7 gezeigt, so dass keine Luftblasen
in der Öffnung
erzeugt werden.
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Die
obere Oberfläche
des Blocks 21 kann eine Nut zum Schützen der Faserbrücke 26 und
weiterhin zum Verringern eines benötigten Lösungsvolumens aufweisen. Die
Faserbrücke 26 kann
in der Nut platziert und befestigt werden.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Messen ionischer Aktivität
ist nicht auf die oben erwähnte
Struktur mit drei Gruppen von ionenselektiven Elektrodenplatten
beschränkt.
Beispielsweise sind, wie in 8 – (1) dargestellt,
nur zwei Gruppen der ionenselektiven Elektrodenplatten 22, 23 an
den Seitenflächen
angebracht. Andererseits sind, wie in 8 – (2) dargestellt,
vier Gruppen von ionenselektiven Elektrodenplatten 22, 23, 24, 33a (in
Kombination mit 34b) an den Seitenflächen und der Bodenfläche angebracht.
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Alternativ
sind, wie in 9 dargestellt, sieben Gruppen
von ionenselektiven Elektrodenplatten 42a, 42b, 42c, 43a, 43b, 43c, 44 an
dem Block 41 an der oberen Oberfläche, der Bodenfläche und
den Seitenflächen
angebracht. An jeder von der oberen Oberfläche und der Bodenfläche sind
die Elektrodenplatten 42a–42c und 43a–43c parallel
platziert. An der oberen Oberfläche
des Blocks 42 sind die Lösungsempfangsöffnungen 45a, 45b und
die Faserbrücke 46 angeordnet.
Die an der oberen Oberfläche und
Bodenfläche
angebrachten Elektrodenplatten können
zwei Gruppen oder vier Gruppen anstelle der oben erwähnten drei
Gruppen sein. Die Elektrodenplatten können nicht an den Seitenflächen angebracht
sein, oder können
nur an einer von der oberen Oberfläche und der Bodenfläche angebracht
sein.
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Die
Vorrichtung zum Messen ionischer Aktivität kann, wie in 10 dargestellt
ist, aus einem vertikal verlängerten
Block 51 und mehreren Gruppen von ionenselektiven Elektrodenplatten 52a, 52b, 52c,
..., 53a, 53b, 53c, ..., 54 bestehen,
welche an den Seitenflächen
und der Bodenfläche
angebracht sind. An den Seitenflächen
sind die Elektrodenplatten parallel angeordnet. An der oberen Oberfläche des
Blocks 51 sind die Lösungsempfangsöffnungen 55a, 55b und
die Faserbrücke 56 vorgesehen.
Die an der Seitenfläche
angebrachten ionenselektiven Elektrodenplatten können zwei Platten oder drei
Platten sein. Die Elektrodenplatte kann nicht an der Bodenfläche angebracht
sein, oder kann nur an einer Seitenfläche angebracht sein.
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Eine
nicht erfindungsgemäße Vorrichtung zum
Messen ionischer Aktivität
könnte
aus einem Block 61 in einer Trommelform und drei Gruppen
von ionenselektiven Elektrodenplatten 62, 63, 64 bestehen,
welche an den Seitenflächen
und der Bodenfläche
angebracht sind, wie in 11 dargestellt.
An der oberen Oberfläche
des Blocks 61 sind zwei Lösungsempfangsöffnungen 65a, 65b und
eine Faserbrücke 66 platziert.
Die an der Seitenfläche
und der Bodenfläche
angebrachten ionenselektiven Elektrodenplatten können zwei, vier oder mehr Platten
sein.
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Eine
andere nicht erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Messen ionischer Aktivität
könnte
aus einem Block 71, welcher aus zwei miteinander verbundenen
Trommeln zusammengesetzt ist, und zwei Gruppen von ionenselektiven
Elektrodenplatten 72a, 72b, 73a, 73b bestehen,
wie in 12 dargestellt. In 12 besteht
die Elektrodenplatte aus einem Paar aus einer einzelnen Elektrode 72a (73a)
und einer einzelnen Elektrode 72b (73b), welche
voneinander getrennt sind. An der oberen Oberfläche des Blocks 71 sind
Lösungsempfangsöffnungen 75a, 75b und eine
Faserbrücke 76 vorgesehen.
Drei oder mehr Elektrodenplatten können an der Seitenfläche angebracht
sein, und eine ionenselektive Elektrodenplatte kann an der Bodenfläche angebracht
sein.
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Die
Trommelstruktur kann durch andere Strukturen ersetzt werden, wie
beispielsweise eine mehreckige Säule,
z.B. eine fünfeckige
Säule,
eine sechseckige Säule
und eine achteckige Säule.
An den Seitenflächen
und/oder den Bodenflächen
können
ionenselektive Elektrodenplatten angebracht werden.
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Die
Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Messen ionischer Aktivität
wird unter Bezugnahme auf die Vorrichtung von 2 beschrieben.
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Zuerst
wird ein Kunststoffmaterial, wie beispielsweise Polyolefin (z.B.
Polystyrol) geformt, um einen Block von 3 herzustellen.
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Drei
Gruppen von ionenselektiven Elektrodenplatten, von welchen jede
eine andere ionenselektive Membran aufweist, werden auf eine der
bekannten Weisen unabhängig
hergestellt, welche beispielsweise in den
US-Patenten Nr. 4,053,381 , Nr.
4,171,246 , Nr.
4,219,968 und der Forschungsbekanntmachung
(Research Disclosure) Nr. 16113 (September 1977) beschrieben sind.
Eine repräsentative
ionenselektive Elektrodenplatte ist in
3 dargestellt.
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Die
drei Gruppen von ionenselektiven Elektrodenplatten werden unter
Verwendung eines Doppelklebebands an den Seitenflächen und
der Bodenfläche
des Blocks angebracht. An der oberen Oberfläche wird eine aus einer geschleuderten
Polyethylenterephthalatfaser hergestellte Faserbrücke platziert,
um die Lösungsempfangsöffnungen
zu verbinden, und wird unter Verwendung eines geeigneten Klebstoffs
an der Oberfläche
befestigt.
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Die
Vorrichtungen zum Messen ionischer Aktivität können in einem großen Maßstab hergestellt werden,
und eine Mehrzahl der Vorrichtungen kann transportiert und aufbewahrt
werden, nachdem die Vorrichtungen 20 mit einem aus einem
Kunststoff material hergestellten Rahmen 34 umgeben worden sind,
wie in 13 – (1) gezeigt. Zur Verwendung
der umgebenen Vorrichtung wird jede Vorrichtung zusammen mit ihrem
Gehäuse
abgetrennt und für
die gewünschte
Messung in einem Potentiometer platziert.
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Zur
Herstellung der vertikal verlängerten
Vorrichtung zum Messen ionischer Aktivität von 10 werden
zwei Blockeinheiten 511, 512 (551a, 551b, 552a, 552b:
Lösungsempfangsöffnung, 571a, 571b: Lösungszuführöffnung)
in mehrfacher Anzahl hergestellt und in der vertikalen Richtung
miteinander verbunden, um den gewünschten vertikal verlängerten Block 51 zu
ergeben.