DE69015231T2

DE69015231T2 - Salzbrücke für eine Vorrichtung zur chemischen Analyse.

Info

Publication number: DE69015231T2
Application number: DE69015231T
Authority: DE
Inventors: Delbert D Jackson; Jack D Mcneal; Theodore R Nichols
Original assignee: Beckman Instruments Inc
Current assignee: Beckman Coulter Inc
Priority date: 1989-03-13
Filing date: 1990-02-15
Publication date: 1995-05-04
Anticipated expiration: 2010-02-16
Also published as: EP0388017A2; DE69015231D1; US5130010A; JPH02118256U; EP0388017B1; JPH0754848Y2; US5294311A; EP0388017A3; ES2068332T3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Erfindungen und Beschreibungen, die den Gegenstand der EP-A-388 012, EP-A-388 013, EP-A-388 014, EP-A-388 015 und EP-A-388 018 bilden.

Hintergrund

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Elektroden für automatische chemische Analyseinstrumente. Näherhin betrifft die Erfindung eine Salzbrücke in Strömungszellen analytischer Instrumente.
Strömungszellen-Analysatoren arbeiten mit der Strömung eines kombinierten Gemischs von Lösungsmittel und Probenflüssigkeit bzw. -strömungsmittel an verschiedenen Elektroden vorbei, zur Bestimmung von Elektrolyten in der Probenflüssigkeit bzw. dem Probenströmungsmittel. Üblicherweise werden in der Strömungszelle vier Elektrolyten, nämlich Natrium, Kalium, Chlorid und CO&sub2; bestimmt. Häufig ist es erwünscht, verschiedene Strömungspfade miteinander zu verbinden, ohne an den Elektroden neues Potential einzuführen. Die Salzbrücke ergibt einen strömungsfreien oder sehr strömungsarmen Pfad zwischen diesen verschiedenen Strömungspfaden und bewirkt einen Leitfähigkeitspfad.
Im bekannten Stand der Technik sind Salzbrücken relativ dauerhaft in einer Strömungszelle angeordnet und haben insoweit Nachteile, als ihre Ausrichtung und ihr Zusammenbau relativ bezüglich der Strömungszelle und verschiedenen Strömungen schwierig ist. Die Ausrichtung der Salzbrücke ist besonders kritisch. Das wirksame und genaue Einsetzen der Salzbrücke in die Strömungszelle wird dadurch erschwert. Außerdem muß, wenn eine Wartung erforderlich ist und die Salzbrücke aus der Strömungszelle entnommen werden muß, die ganze Strömungszelle zerlegt werden. Schwierigkeiten entstehen auch durch die Bildung von Luftblasen benachbart von Elementen der Salzbrückenelektrode, derart daß Elektrolytmessungen ungenau sind.
Ein potentiometrisches Analysesystem zur raschen und genauen Analyse von Ganz-Blut ist in der EP-A-0 101 236 vorgeschlagen. Das System verwendet eine Flüssigkeitsverbindung ('liguid junction') vom Typ mit restringierter Diffusion, bei welcher man die Ganz-Blut-Probe an einer Meß- oder Fühlelektrode und der Flüssigkeitsverbindung vorbeiströmen läßt. Eine Zellophan- Dialyse-Membran trennt die Probe von KCl-Elektrolyt-Lösung in der Bezugselektrode, bei gleichzeitiger Gestattung ionischer Diffusion zwischen ihnen.
Eine austauschbare Elektrolyt-Patronen-Spitze zur Anbringung an einer pH-Überwachungs-Elektrode ist in der US-A-4 413 628 beschrieben, wobei die Zwecksetzung darin besteht, das Bruchrisiko für ihre fragile auf einer Glassonde angeordnete ionenempfindliche Membran sowie weitere Schwierigkeiten während der Installation der Elektrode zu verringern. Die Patrone weist einen durch ein Kunststoffelement und wenigstens eine durchlässige Membran definierten Hohlraum auf, der einen gemeinsamen Elektrolyten für die zu analysierende Probe enthält, um den Betrieb der Elektrode durch Herstellung elektrischer Kontinuität zwischen der zu untersuchenden Probe und der Elektrode zu ermöglichen.
Die vorliegende Erfindung sucht diese Nachteile zu vermeiden und ein Salzbrückenelement zu schaffen, das verhältnismäßig einfach in einer Strömungszelle selbst-ausrichtend anzubringen und zu positionieren ist.

Zusammenfassung

Die vorliegende Erfindung schafft eine Salzbrücke für eine Strömungszelle eines chemischen Analysators, wobei die Vorrichtung eine Salzbrücke in einem selbst-ausrichtenden Körper aufweist, wodurch die Probleme des Standes der Technik vermieden werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Salzbrücke für eine Strömungszelle eines chemischen Analysators geschaffen, umfassend ein poröses Brückenelement zur Anbringung in einer Öffnung in der Strömungszelle, wobei das poröse Brückenelement einen für die Strömungsmittel- bzw. Flüssigkeitsströmung durch die Strömungszelle freiliegenden Bereich bzw. Teil und einen anderen für die Strömung einer Bezugsflüssigkeit freiliegenden Bereich bzw. Teil aufweist, einen Einlaß und Auslaß für die Bezugsflüssigkeit zu einer Kammer benachbart dem für die Strömung der Bezugsflüssigkeit freiliegenden Bereich oder Teil des Brückenelements, wobei die beiden Bereiche oder Teile mit Abstand voneinander unter Bildung einer dazwischen liegenden Salzbrücke angeordnet sind, Mittel zur lösbar herausnehmbaren Befestigung des porösen Elements zwischen den in der Öffnung ausgerichteten Strömungen, wobei das poröse Brückenelement von einem Körper umgeben ist, der durch ein zylindrisches Verankerungsrohr mit einer Außenoberfläche gehaltert wird, wobei die Außenoberfläche zum Eingriff in der Öffnung der Strömungszelle ausgebildet ist, um die Befestigung des porösen Brückenelements in Ausrichtung in der Öffnung zu gewährleisten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Befestigungsmittel einen das Brückenelement umgebenden Körper auf. Vorzugsweise weist die genannte Außenoberfläche ein Gewinde zum Schraubeingriff mit Gewinden in der Öffnung auf.
Ebenfalls gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Brückenelement von einer wahlweisen Anordnung von Zylinderbuchsen umgeben. Vorzugsweise ist der Körper mit einer zylindrischen Einführ-Buchse versehen, um die innere Bezugsflüssigkeit positiv-eindeutig zu dem einen freiliegenden Bereich bzw. Teil des Brückenelements zu lenken. Vorzugsweise besteht zwischen den beiden freiliegenden Bereichen bzw. Teilen des Brückenelements ein niedriger spezifischer Widerstand und eine niedrige Diffusionsrate.
Die vorliegende Erfindung schafft auch ein Verfahren zum Ausrichten einer Salzbrücke für eine Strömungszelle eines chemischen Analysators in einer Öffnung in der Strömungszelle, umfassend die Verfahrensschritte: Ein poröses Brückenelement wird in einem Körper untergebracht, zwischen dem Körper und dem porösen Brückenelement werden Buchsenelemente angeordnet, ein zylindrisches Verankerungsrohr mit einer Außenoberfläche wird zum Eingriff mit der Öffnung zu der Flüssigkeitszelle gebracht und dadurch das poröse Brückenelement über den Körper zwangsweise in der Öffnung ausgerichtet, ein Bereich oder Teil des porösen Brückenelements der Zelle wird der Strömungsmittel- bzw. Flüssigkeitsströmung durch die Strömungszelle ausgesetzt, ein anderer Bereich bzw. Teil wird einer Strömung einer Bezugsflüssigkeit ausgesetzt, wobei die beiden Bereiche bzw. Teile in Abstand voneinander unter Ausbildung der Salzbrücke zwischen ihnen angeordnet sind, derart daß das poröse Brückenelement hierdurch herausnehmbar lösbar fest befestigt ist.
Die Erfindung wird in der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen weiter beschrieben.

Zeichnung

Fig. 1 ist eine schematische Außenseitenansicht einer Salzbrücke;
Fig. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht in vergrößertem Maßstab der Salzbrücke in Anbringung in einer der Flüssigkeitszelle zugeordneten Öffnung und zeigt den Einlaß und Auslaß für die innere Bezugsflüssigkeit;
Fig. 3 ist eine vergrößerte Teilansicht des Salzbrückenelements;
Fig. 4 ist eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform der Salzbrücke in Verbindung mit Einlaß- und Austrittsrohren für die Bezugsflüssigkeit.

Beschreibung

In einer automatischen chemischen Analysevorrichtung ist eine Strömungszelle 10 vorgesehen, die in Teilansicht schematisch veranschaulicht ist. Die Strömungszelle 10 ist ein Element eines Analysators, wo verschiedene Elektrolyten, wie beispielsweise Natrium, Kalium, Chlorid und CO&sub2; durch die Strömungszelle 10 gemessen werden. Die Zelle 10 ist zwischen zwei miteinander vorbundenen Platten 11 und 12 gebildet. Zwischen den Platten 11 und 12 wird ein Strömungsweg bzw. -pfad 13 gebildet, in welchem Probenflüssigkeit bzw. Strömungsmittel und Verdünnungsmittel wie durch den Pfeil 14 veranschaulicht strömen können.
Eine innere Bezugsflüssigkeit tritt in die Salzbrücke 50 durch ein Einlaßrohr 15 ein und durch ein Auslaßrohr 16 aus ihr aus. Die innere Bezugsflüssigkeit bzw. das innere Bezugsströmungsmittel wird direkt oder indirekt aus einem Behälter in dem Analysator zugeführt. Nach dem Austritt aus dem Rohr 16 wird die Flüssigkeit direkt oder indirekt in einen geeigneten Behälter abgezogen, bei dem es sich um einen Abfall- oder Abfluß-Behälter handeln kann. Falls die Zufuhr und Abfuhr der Flüssigkeit zu bzw. von der Elektrode 50 indirekt erfolgt, können andere Elektroden vorhanden sein, zu bzw. von welchen die innere Bezugsflüssigkeit zu- bzw. abgeführt wird.
Die Salzbrücke 50 weist ein Brückenelement 17 mit einem ersten freiliegenden Bereich oder Teil 18 benachbart der Strömungsmittelströmung 14 in der Strömungszelle 10 auf. Ein zweiter freiliegender Bereich oder Teil 19 ist benachbart der Flüssigkeitsströmung 20 durch die inneren Bezugsrohrleitungen 15 und 16. Zwischen der Einlaßrohrleitung 15 für die innere Bezugsflüssigkeit und der Austrittsrohrleitung 16 für die innere Bezugsflüssigkeit ist eine Kammer 21 gebildet.
Das Brückenelement 17 wird durch ein poröses Material gebildet und kann wahlweise selektiv ein mit einem Keramiküberzug versehener Glasstab, ein poröser Keramikstab oder ein poröses Kunststoff-Fasermaterial sein. Das Material kann als Seidenfaden, als Keramikrohr, als poröses Kunststoff-Fasermaterial oder ein ähnliches poröses Material vorliegen. Zwischen dem einen freiliegenden Oberflächenbereich bzw. -teil 18 und dem anderen freiliegenden Oberflächenbereich bzw. -teil 19 besteht eine niedrige Diffusionsrate. Der spezifische Widerstand beträgt etwa 200 kOhm.
Um das Brückenelement 17 herum ist ein Keramiküberzug 22 vorgesehen und um diesen keramischen Überzug 22 herum ist ein Schrumpfrohr 23 geformt. Um das Schrumpfrohr 23 herum ist ein Epoxymaterial 24 vorgesehen, das zur Befestigung des Aggregats aus Schrumpfrohr 23 und Brückenelement 17 in der Salzbrückenspitze 35 dient.
Die Außenoberfläche des Epoxykörpers 24 ist von einem Zylinderkörper umgeben, welcher den Körper 35 der Salzbrückenspitze bildet. Eine Bohrung bzw. Öffnung in dem Körper 35 nimmt das Brückenelement 17 und die dieses umgebenden Rohre auf. Der Körper 35 weist einen kreisförmigen Außenumfang und einen Schulterabschnitt 27 auf, um welchen herum ein O-Ring 28 benachbart der Öffnung 29 in der Wandung 11 der Strömungszelle 10 angeordnet werden kann. Die Wandung 11, welche die rückseitige Wandung der Strömungszelle 10 bildet, dient als die Verankerung für die Salzbrücke 50. Der O-Ring 28 ermöglicht die eindeutige und genaue Anordnung und Positionierung der Salzbrücke 50 in der Wandung 11 und verhindert ein Auslecken. Die Öffnung 29 weist einen verjüngten kreisförmigen Teil 30 auf, gegen welchen der O-Ring 28 anliegt. Die Anbringung des Körpers 35 in der Öffnung 29 erfolgt in eindeutiger Weise mittels eines mit einem Außengewinde 26 versehenen zylindrischen Verankerungsrohrs 51, wobei das Außengewinde 26 mit einem Innengewinde 30 in der Öffnung 29 der Wandung 11 der Strömungszelle 10 verschraubt ist. Das zylindrische Verankerungsrohr 51 ist benachbart dem vom Strömungszellenpfad 13 entfernten Ende des Körpers 35. Das Rohr 51 ist in Längsrichtung verschieblich, zur Herstellung der Verankerung mit der Strömungszellenwandung 11.
Von der Brückenspitze 35 erstreckt sich in Einführrichtung ein Einführ-Zylinderrohr 31, das in einem Umfangsschlitz 32 im hinteren oder inneren Ende der Spitze 35 befestigt ist. In dem Einführteil 31 ist ein Einbettungsmaterial 33 vorgesehen, durch welches die Einlaß- und Austrittsleitungen 15 und 16 hindurchführen und verkittet sind. Das zylindrische Verankerungsrohr 51 erstreckt sich um das zylindrische Einführ-Rohr 31 herum für den Einschiebe- bzw. Einführvorgang. Das Schrumpfrohr 23 erstreckt sich über das Brückenelement 17 hinaus zum Dichtungseingriff mit dem Eintrittsrohr 15 und dem Austrittsrohr 16.
Die Bauteilkonstruktion ist solcher Art, daß das Brückenelement 17 als eine Salzbrücke wirkt und verhältnismäßig leicht in die Strömungszelle 10 einführ- und aus ihr herausnehmbar ist. Die Salzbrücke ist selbst-ausrichtend und nicht-kritisch, da der Körper 25 der Salzbrücke 50 und das Einführteil 31 durch Verschraubung mit der der Strömungszelle 10 zugeordneten Verankerungswandung 11 verbunden sind. Dies wird mittels des Rohrs 51 bewirkt, das in der Öffnung 29 mittels der Gewinde 26 und 30 verschraubt ist. Da das Rohr 51 in der Öffnung festgezogen wird, wird das Vorderende 52 der Spitze 35 in feste Anlage gegen die entsprechende Umfangsring-Stirnfläche 53 um die Öffnung 29 gedrückt. Der Schulterabschnitt 27 steht in Eingriff mit dem O-Ring 28.
Die positiv-eindeutige Lagebestimmung der Zuflußleitung 15 und der Austrittsleitung 16 für die innere Bezugsflüssigkeit vermeidet den Einschluß von Luft- oder Gasblasen in der Kammer 21 benachbart dem Teil 19 der Salzbrücke. Die Strömung durch die Kammer 21 ist relativ laminar und die Oberflächen der Kammer 21 sind von solcher Art, daß ein Einschluß von Luft oder Gas vermieden wird. Durch die speziellen Eigenschaften des Brückenelements 17 und der umgebenden Rohre werden Luftblasen auch an dem Teil 18 vermieden.
In Fig. 4 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei welcher das Eintrittsrohr 15 und das Austrittsrohr 16 direkt stumpf gegen das Teil 19 des Elements 17 anliegen. Die Enden der Rohre 15 und 16 sind gemäß halbkreisförmiger Ausschnitte abgeschnitten, derart daß zwischen den halbkreisförmigen Ausschnitten jedes der beiden Rohre 15 und 16 eine Kammer 21 für eine Flüssigkeitsströmung 20 gebildet wird.
Es gibt viele anderweitige Beispiele der Erfindung, die sich jedoch voneinander nur in Einzelheiten unterscheiden. Beispielsweise können unterschiedliche Bondierungs-Materialien um das poröse Brückenelement herum verwendet werden, um die positiv-eindeutige Lageanordnung bzw. Positionierung in dem Zylinderkörper zu bewirken. Außerdem können unterschiedliche Flüssigkeiten in die Kammer um den einen freiliegenden Bereich oder Teil des porösen Brückenelements eintreten. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung soll allein durch die folgenden Ansprüche bestimmt werden.

Claims

1. Salzbrücke (50) für eine Strömungszelle (10) eines chemischen Analysators, umfassend ein poröses Brückenelement (17) zur Anbringung in einer Öffnung (29) in der Strömungszelle, wobei das poröse Brückenelement einen für die Strömungsmittel- bzw. Flüssigkeitsströmung durch die Strömungszelle freiliegenden Bereich bzw. Teil (18) und einen anderen für die Strömung einer Bezugsflüssigkeit freiliegenden Bereich bzw. Teil (19) aufweist, einen Einlaß (15) und Auslaß (16) für die Bezugsflüssigkeit zu einer Kammer (21) benachbart dem für die Strömung der Bezugsflüssigkeit freiliegenden Bereich oder Teil des Brückenelements, wobei die beiden Bereiche oder Teile mit Abstand voneinander unter Bildung einer dazwischenliegenden Salzbrücke angeordnet sind, Mittel zur lösbarherausnehmbaren Befestigung des porösen Elements zwischen den in der Öffnung ausgerichteten Strömungen, wobei das poröse Brückenelement von einem Körper (35) umgeben ist, der durch ein zylindrisches Verankerungsrohr (51) mit einer Außenoberfläche gehaltert wird, wobei die Außenoberfläche zum Eingriff in der Öffnung der Strömungszelle ausgebildet ist, um die Befestigung des porösen Brückenelements in Ausrichtung in der Öffnung zu gewährleisten.

2. Salzbrücke nach Anspruch 1, bei welcher die Außenoberfläche mit Gewinde (26) zum Eingriff mit Gewinden (30) in der Öffnung versehen ist.

3. Salzbrücke nach Anspruch 1, bei welcher zwischen dem genannten Körper und dem genannten porösen Brückenelement Buchsenelemente vorgesehen sind, die wahlweise selektiv ein von einem Schrumpfrohr (23) und einem Epoxyverbund (24) umgebenes Keramikrohr (22) sind, wobei der Körper eine Ausnehmung bzw. Bohrung zur Aufnahme der Rohre aufweist.

4. Salzbrücke nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, mit einem zylindrischen Einführ-Rohr (31) zur Lageanordnung von dem Strömungszellenweg entfernt, wobei das zylindrische Einführrohr die genannten Mittel (15,16) für den Eintritt und den Austritt der genannten Bezugsflüssigkeit zu bzw. von dem für die Bezugsflüssigkeit freiliegenden Bereich bzw. Teil aufweist.

5. Salzbrücke nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher der Einlaß und der Auslaß Rohre (15,16) für die Bezugsflüssigkeit aufweist, wobei die Rohre in dem Einführzylinder verankert sind.

6. Salzbrücke nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem kreisförmigen Außenumfang des Körpers, wobei der kreisförmige Außenumfang eine Schulter zur Anordnung eines O-Rings (28) benachbart einer Wandung (11) der Strömungszelle aufweist.

7. Salzbrücke nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welcher das poröse Brückenelement wahlweise selektiv ein mit Keramik überzogener Glasstab, ein Seiden- oder Wollfadenmaterial, Keramikrohr, Kunststoff-Faser oder poröser Kunststoff ist.

8. Salzbrücke nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welcher das poröse Brückenelement eine relativ langsame Diffusionsgeschwindigkeit zwischen den beiden Teilen gewährleistet.

9. Verfahren zum Ausrichten einer Salzbrücke (50) für eine Strömungszelle (10) eines chemischen Analysators in einer Öffnung (29) in der Strömungszelle, umfassend die Verfahrensschritte: Ein poröses Brückenelement wird in einem Körper (35) untergebracht, zwischen dem Körper und dem porösen Brückenelement werden Buchsenelemente (23) angeordnet, ein zylindrisches Verankerungsrohr (51) mit einer Außenoberfläche wird zum Eingriff mit der Öffnung zu der Flüssigkeitszelle gebracht und dadurch das poröse Brückenelement (17) über den Körper (35) zwangsweise in der Öffnung ausgerichtet, ein Bereich oder Teil (18) des porösen Brückenelements (17) der Zelle (10) wird der Strömungsmittel- bzw. Flüssigkeitsströmung durch die Strömungszelle ausgesetzt, ein anderer Bereich bzw. Teil (19) wird einer Strömung einer Bezugsflüssigkeit ausgesetzt, wobei die beiden Bereiche bzw. Teile in Abstand voneinander unter Ausbildung der Salzbrücke zwischen ihnen angeordnet sind, derart daß das poröse Brückenelement hierdurch herausnehmbar lösbar fest befestigt ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem der genannte Schritt des Eingriffs des zylindrischen Verankerungsrohrs in der Öffnung der Strömungszelle dadurch ermöglicht wird, daß die genannte Außenoberfläche (26) ein Gewinde zum Eingriff mit Gewinden (30) in der Öffnung aufweist.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei welchem ein kreisförmiger Außenumfang des Körpers (35) zum Eingriff mit einer 0-Ring-Dichtung (28) benachbart einer Wandung (11) der Strömungszelle gebracht wird.