DE69530986T2

DE69530986T2 - Verfahren und vorrichtung zur messung der konzentration einer substanz in einer lösung

Info

Publication number: DE69530986T2
Application number: DE69530986T
Authority: DE
Inventors: Raymond Edgson; Bo Olde; Lars-Fride Olsson; Arfon Goodman Jones
Original assignee: Gambro Lundia AB
Current assignee: Gambro Lundia AB
Priority date: 1994-07-29
Filing date: 1995-07-28
Publication date: 2004-05-19
Anticipated expiration: 2015-07-29
Also published as: WO1996004401A1; US6521184B1; JP3616644B2; ES2194916T3; EP1182264A3; ATE318929T1; EP0772693A1; DE69534809T2; EP0772693B1; BR9508456A; ATE242338T1; DE69534809D1; AU3090695A; US6114176A; AU693233B2; DE69530986D1; JPH10504190A; EP1182264B1; CA2196161A1; EP1182264A2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Konzentration von Harnstoff oder einer ähnlichen Substanz in einer zusammengesetzten Lösung. Die Konzentration von Harnstoff ist schwierig direkt zu messen, und daher wird Harnstoff durch Urease katalytisch zersetzt und die Differenzleitfähigkeit gemessen.
Die Lösung ist bevorzugt eine medizinische Lösung, kann aber auch eine biologische Lösung sein, wie beispielsweise ein Plasma. Die Erfindung betrifft insbesondere die Messung der Konzentration von Harnstoff in Verbindung mit Dialyse.
STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Technik, die in der EP-A-0 437 789 offenbart ist. Dieses Patentdokument offenbart ein System zum Messen beispielsweise der Harnstoffkonzentration in einer komplexen Lösung, indem Harnstoff katalysiert durch Urease in Ammoniumionen zersetzt wird. Es ist schwierig, den Harnstoff direkt zu messen, und der Harnstoff muss zunächst in Ammoniumionen umgewandelt werden. Die Änderung der Leitfähigkeit infolge des Beitrags der Ammoniumionen wird mittels eines Leitfähigkeitsmessers gemessen.
In der DE-C1-39 00 119 ist ein Harnstoffsensor eines ähnlichen Typs beschrieben. In einem Schlauch ist eine Kapillare positioniert, durch die Blut strömt. Mittels der Kapillare wird Plasma aus dem Blut gezogen und wird an eine Ureasesäule geleitet. Die Differenz der Leitfähigkeit vor und nach der Ureasesäule wird gemessen, und die Differenz wird mit dem Harnstoffgehalt korreliert. Um die Temperatur in der Messvorrichtung konstant zu halten, wird das Dialysefluid in einem geschlossenen Kreis um die Ureasesäule und die beiden Leitfähigkeitsmesszellen zirkuliert.
Das Dokument JP-60-165551 offenbart eine ähnliche Anordnung, bei der eine Ionentauschersäule dazu verwendet wird, Elektrolyte mittels eines Anion-Kation-Austausches zu entfernen. Auf diese Art und Weise wird die Genauigkeit der gemessenen Werte erheblich verbessert, da die relative Änderung der Leitfähigkeit infolge der Tatsache größer wird, dass die Anfangsleitfähigkeit niedriger oder beinahe Null ist. Ferner wird ein Puffer zugesetzt.
Das Dokument U.S.-A-3,930,957 beschreibt einen Harnstoffsensor, bei dem eine organische Pufferlösung zugesetzt wird. Beispielsweise kann eine Lösung aus 0,05 M Tris(hydroxymethyl)-aminomethan verwendet werden, das durch Zugabe von Glycin auf einen pH-Wert von etwa 6 bis 7 eingestellt ist.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Konzentration von Substanzen, die eine Zersetzung erfordern, um gemessen werden zu können, in einer zusam mengesetzten Lösung durch heterogene katalytische Reaktion der Substanzen mit einem Katalysator in einer Reaktorsäule zu deren Zersetzung und zum Messen der Differenzleitfähigkeit zwischen der reagierten Lösung und der nicht reagierten Lösung vorzusehen, um eine Anzeige der Konzentration der Substanz in der Lösung zu liefern. Gemäß der Erfindung wird der Lösung, die Hydrogencarbonationen umfasst, vor der Reaktion in der Reaktorsäule Kohlendioxid zugesetzt. Das Kohlendioxid bildet zusammen mit den Hydrogencarbonationen einen Puffer, der den pH-Wert der Lösung innerhalb vorbestimmter Grenzen hält. Gleichzeitig trägt das Kohlendioxid dazu bei, die Beziehung zwischen der Differenzleitfähigkeit und der Konzentration der Substanzen über einen großen Bereich linear zu machen. Der Zusatz von Kohlendioxid hat auch zur Folge, dass die Moleküle der Substanzen in mehrere Ionen zersetzt werden, von denen jedes zur Erhöhung der Leitfähigkeit beiträgt.
Das Kohlendioxid wird in Gasform und bevorzugt in einer solchen Menge zugesetzt, dass die Lösung im Wesentlichen mit Kohlendioxid gesättigt ist. Um die Löslichkeit von Kohlendioxidgas in der Lösung weiter zu steigern, kann der Druck der Lösung abgesenkt werden. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass eine ausreichende Menge an Kohlendioxid in der Lösung gelöst wird, um die Beziehung über einen so groß wie möglichen Bereich linear zu machen.
Eine einzelne Leitfähigkeitszelle kann die Differenzleitfähigkeit zwischen der reagierten und nicht reagierten Lösung messen. Die nicht reagierten und reagierten Lösungen können nacheinander an die einzelne Leitfähigkeitszelle geschaltet werden. Auf diese Art und Weise sind die beiden Messungen unabhängig von dem Aufbau der Leitfähigkeitszelle so gleich wie möglich.
Es ist auch möglich, die beiden Leitfähigkeiten mit zwei separaten Leitfähigkeitszellen zu messen, von denen eine erste in einem ersten Zweig, der die Reaktorsäule umfasst, positioniert ist und eine zweite in einem Zweig. positioniert ist, der die Reaktorsäule umgeht. Da die Messung der Leitfähigkeit stark von der Temperatur abhängig ist, müssen die Messwerte bezüglich der Temperatur korrigiert werden, oder die beiden verschiedenen Lösungen müssen dieselbe Temperatur besitzen.
Dadurch, dass die beiden Leitfähigkeitszellen in nächster Nähe zueinander angeordnet werden und die beiden Lösungen durch Wärmetauscherwindungen in einem Wärmetauscher geführt werden, erzielen die beiden Lösungen dieselbe Temperatur.
Andere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile werden aus den angefügten Ansprüchen offensichtlich.
ZEICHNUNGSKURZBESCHREIBUNG
Die Erfindung wird nun detaillierter unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 eine schematische Ansicht eines Harnstoffsensors des Typs ist, auf den die vorliegende Erfindung gerichtet ist;
2 eine schematische Ansicht ähnlich zu 1 ist, die die Verwendung von zwei parallelen Leitfähigkeitsmessern zeigt;
3 eine schematische Ansicht ist, die Ventile zeigt, welche ein und dieselbe Messzelle vor bzw. nach die Reaktorsäule schalten;
4 ein Ventilschaltbild ist, das die Kupplungsfolge für die Ventile gemäß 3 zeigt;
5 eine schematische Ansicht eines Abschnittes von 1 ist, die die Lieferung von Kohlendioxidgas in eine Probenrohrleitung zeigt;
6 eine schematische Ansicht eines Abschnittes von 1 ist, die ein alternatives Verfahren zur Beseitigung von Blasen aus Kohlendioxidgas zeigt;
7 eine schematische Ansicht ähnlich zu 1 ist, die die Verwendung von zwei Leitfähigkeitsmessern zeigt;
8 eine schematisch Ansicht ähnlich zu 1 ist, die die Verwendung eines Wärmetauschers zeigt;
9 eine detaillierte schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des Harnstoffsensors gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
10 eine Schnittansicht durch den Wärmetauscher ist, der in dem Harnstoffsensor gemäß 9 enthalten ist;
11 eine Explosionsansicht in perspektivischer Darstellung einer Doppel-Leitfähigkeitszelle ist, die an dem unteren Bereich des Wärmetauschers gemäß 10 positioniert ist; und
12 und 13 schematische Ansichten ähnlich zu 9 sind, die den Harnstoffsensor während der Desinfektion zeigen.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
1 zeigt einen Harnstoffsensor oder -messer des Typs, auf den die vorliegende Erfindung gerichtet ist.
Ein Fluid oder eine Lösung, an dem/der die Messung ausgeführt werden soll, strömt durch eine Rohrleitung 1. Diese Lösung kann eine Dialyselösung sein, die direkt oder indirekt von einem Dialysator stammt.
Eine Probenahmenvorrichtung 3 entfernt eine Teilmenge der Lösung von der Rohrleitung 1 und transportiert diese Probe an eine Einlassrohrleitung 2. Die Probenahmenvorrichtung ist in 1 beispielhaft durch eine Pumpe 6 dargestellt.
Eine Ladevorrichtung 4 ist mit der Einlassrohrleitung 2 für den Zusatz von einer oder mehreren Substanzen verbunden. Der Zusatz wird durch eine Pumpe 5 in 1 gesteuert.
Die Probelösung wird an eine Reaktorsäule 10 geliefert und strömt durch diese hindurch. Die Reaktorsäule kann Urease zum Katalysieren der Aufzersetzung von Harnstoff in Ammoniumionen und Bicarbonationen enthalten.
Die Probe wird von der Reaktorsäule 10 aus an eine Messvorrichtung 7 zugeführt, die das zersetzte bzw. gespaltene Produkt in der Reaktorsäule misst. Die Messvorrichtung 7 kann eine Differenzleitfähigkeitszelle sein, die die Änderung der Leitfähigkeit vor bzw. nach der Reaktorsäule 10 misst.
Die Probe wird von der Messvorrichtung 7 aus an eine Auslassanordnung 8 abgegeben.
Ein Ionentauscher kann in der Einlassrohrleitung enthalten sein, um den Gehalt unerwünschter Ionen abzusenken, wodurch die Genauigkeit der Messvorrichtung verbessert wird.
Die Erfindung betrifft hauptsächlich die Messung von Harnstoff, und die Reaktion in der Reaktorsäule wird durch Verwendung einer Zugabe von Kohlendioxid linearisiert.
Die Löslichkeit von Kohlendioxid wird durch einen hohen Druck verbessert, und zumindest die Leitfähigkeitsmessung kann bei erhöhtem Druck erfolgen.
Durch Absenken der Temperatur steigt die Löslichkeit von Kohlendioxid, was ebenfalls vorteilhaft bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
LÖSUNG
Die zusammengesetzte Lösung, die in der Rohrleitung 1 vorhanden ist und bei der der Gehalt einer Substanz gemessen werden soll, ist eine Lösung vom medizinischen und/oder biologischen Typ.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lösung eine Dialyselösung, deren Harnstoffkonzentration bestimmt werden soll. Eine Dialyselösung umfasst Elektrolyte, beispielsweise Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Cl^–, HCO₃ ^–, CH₃COO^– in vorbestimmten Konzentrationen und Kombinationen wie auch möglicherweise weitere Substanzen, wie beispielsweise Glycose. Wenn die Dialyselösung einen Dialysator durchläuft, erfolgt ein Austausch von Substanzen mit niedrigem Molekulargewicht zwischen Blut auf einer Seite der Membran des Dialysators und der Dialyselösung auf der anderen Seite der Membran. Dadurch gelangen verschiedene Substanzen von dem Blut in die Dialyselösung, wie beispielsweise Harnstoff, Kreatinin, etc. Gleichzeitig gelangen bestimmte Substanzen von der Dialyselösung in das Blut, wie beispielsweise Bicarbonationen HCO₃ ^–.
Andere Typen von Lösungen, bei denen die vorliegende Erfindung verwendet werden kann, sind Blut, bei dem bevorzugt zuerst Substanzen mit hohem Molekulargewicht beispielsweise mittels einer Membran getrennt werden, wobei danach das Ultrafiltrat, d. h. das Blutplasma, analysiert wird.
Andere Typen von Lösungen, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind Dialyselösungen, die zur Peritonealdialyse verwendet werden, bei der die austretende PD-Lösung analysiert wird.
Zusätzliche andere Lösungen, die analysiert werden können, sind Urin, Schweiß, Tränenflüssigkeit, Speichel oder andere extrazelluläre Flüssigkeiten, die durch die Haut nach außen gesaugt oder auf eine andere Art und Weise abgezogen werden.
Die Lösung in der Rohrleitung 1 kann auch eine frische Dialyselösung oder Infusionslösung sein, bei der die Konzentration einer bestimmten Substanz bestimmt werden soll, beispielsweise Glycose oder Penizillin.
Die Substanzen, deren Konzentration in der Lösung gemessen werden soll, sind bevorzugt solche Substanzen, die eine katalytische Zersetzung erfordern, um gemessen werden zu können, und sind insbesondere solche, die einen pH-Wert erfordern, der innerhalb eines kleinen Bereiches liegt, d. h. die Anwesenheit eines Puffersystems erfordert. Beispiele derartiger Substanzen sind: Harnstoff, L-Glutamin, L-Citrullin, N-Acylaminosäure, Penizillin, L-Asparagin, Cholesterol, Glycose. Diese Substanzen werden durch enzymatischen Einfluss in der Reaktorsäule 10 über bekannte entsprechende Enzyme dazu veranlasst, sich zu zersetzen oder zu reagieren.
Bezüglich einer detaillierteren Bestimmung geeigneter Kombinationen siehe das EP-A2-0 437 789 und die U.S.-A-4,311,789.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Harnstoff und Urease beschrieben, ist aber auch auf die vorher erwähnten Substanzen und andere ähnliche Substanzen anwendbar.
PROBENEHMER
Eine Probe wird von der Lösung in der Rohrleitung 1 durch den Probenehmer bzw. die Probenahmevorrichtung 3 entnommen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Probenehmer eine Pumpe 6, die so betrieben wird, dass ein konstanter kleiner Durchfluss von der Rohrleitung 1 entnommen wird. Der Probendurchfluss kann zwischen etwa 0,1–10 ml/min und bevorzugt zwischen etwa 0,5–5 ml/min liegen, wie beispielsweise bei 1 ml/min.
Der Probenehmer kann auch intermittierend betrieben werden, so dass eine Probe pro Zeiteinheit entnommen wird, beispielsweise in einem Intervall im Bereich von 5–60 min, beispielsweise 30 min. Das Volumen der Probe kann dadurch zwischen etwa 1–100 ml/Probe und bevorzugt etwa 5–50 ml/Probe liegen und beispielsweise 10 ml/Probe betragen.
Bei einer Ausführungsform wird die Pumpe in dem Probenehmer 3 so betrieben, dass der Probenahmedurchfluss zu der Einlassrohrleitung 2 mit einer bestimmten Proportionalitätskonstanten proportional zu dem Durchfluss in der Lösungsrohrleitung 1 ist. Wenn beispielsweise die Lösung in der Rohrleitung 1 eine Dialyselösung ist, die mit etwa 500 ml/min strömt, wird ein fünfhundertstel Teil über den Probenehmer 3 strömt, wird ein fünfhundertstel Teil über den Probenehmer 3 entnommen, d. h. etwa 1 ml/min. Wenn der Durchfluss in der Rohrleitung 1 variiert, variiert auch der Durchfluss in der Einlassrohrleitung 2. Der Vorteil mit dieser Ausführungsform ist, dass die vorliegende Erfindung dadurch mit der Erfindung, die in der europäischen Patentanmeldung EP 94 102 383.0 offenbart ist, kombiniert werden kann. Die Pumpe des Probenehmers 3 kann auch intermittierend, jedoch jedes Mal so betrieben werden, dass der abgezogene Probendurchfluss einen bestimmten Prozentsatz des Lösungsdurchflusses in der Rohrleitung 1 darstellt.
Die Pumpe 6 kann eine Keramikpumpe mit einer konstanten Verdrängung pro Umdrehung und von demselben Typ sein, der in der Überwachungseinrichtung GAMBRO AK 100 verwendet wird. Somit kann eine sehr genau dosierte Menge von der Rohrleitung 1 entnommen werden. Alternativ dazu kann eine Schlauchpumpe (peristaltische Pumpe) eines bekannten Typs oder andere ähnliche Pumpen verwendet werden.
In dem Fall, wenn der Inhalt in der Rohrleitung 1 aus Blut besteht, kann dieselbe Technik verwendet werden, wie in der DE-C1-39 00 119 beschrieben ist, bei der eine Hohlfaser desselben Typs, wie in einem Hohlfaserdialysator verwendet wird, zur Probenahme verwendet wird. Der erforderliche Unterdruck zur Entnahme des Ultrafiltrates, d. h. des Plasma, wird durch die Pumpe erzeugt.
Es ist auch möglich, die Probenahme von einem Behälter auszuführen, der die zu analysierende Lösung umfasst. Auf diese Art und Weise ersetzt der Behälter die Rohrleitung 1.
LADEVORRICHTUNG
Die Probe, die mit dem Probenehmer 3 entnommen wird, wird der Einlassrohrleitung 2 zugeführt. Möglicherweise kann ein Zusatz in diese Rohrleitung zugesetzt werden. In bestimmten Fällen ist es erwünscht, den pH-Wert für die Lösung so einzustellen, dass die gewünschte Reaktion in der Reaktorsäule 10 erhalten wird.
Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die Lösung, die analysiert werden soll, eine Dialyselösung, die Harnstoff enthält und einen pH-Wert normalerweise im Bereich von 7,4 besitzt. Die Zersetzung des Harnstoffs in Ammoniumionen bewirkt einen Anstieg dieses pH-Wertes.
Die U.S.-A-3,930,957 beschreibt den Zusatz eines organischen Puffers in flüssiger Form. Ein alternatives Flüssigpuffersystem, das verwendet werden kann, ist ein so genannter Phosphatpuffer bestehend aus H₂PO₄ ^–/HPO₄ ^2–, der einen pH von etwa 7 besitzt.
Ein Nachteil mit einem Puffer in flüssiger Form besteht jedoch darin, dass dieser die Lösung verdünnt und Ionen beiträgt und somit die Leitfähigkeit der Lösung vor der Reaktion in der Reaktionssäule ändert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Puffer in Gasform verwendet, nämlich Kohlendioxid (CO₂), der mit dem Bicarbonatpuffer zusammenwirkt, der bereits in der Dialyselösung vorhanden ist. In diesem Zusammenhang wird Kohlendioxid in Gasform von der Ladevorrichtung 4 über die Pumpe 5 an die Einlassrohrleitung 2 geliefert. Dies ist nachfolgend detaillierter beschrieben.
Die Verwendung von Kohlendioxidgas als einem Zusatz zu der Dialyselösung, die Bicarbonat umfasst, und zur Anwendung beim Messen der Leitfähigkeit hat zumindest zwei Vorteile bezüglich eines Puffers in flüssiger Form zur Folge, nämlich, dass der Zusatz von Kohlendioxid keine Volumenänderung und somit keine Verdünnung der Lösung bewirkt, und auch, dass das gelöste Kohlendioxid keine eigene Leitfähigkeit besitzt.
Durch Verwendung eines Puffersystems in Verbindung mit einer Dialyselösung, die Harnstoff umfasst, insbesondere Kohlendioxidgas, kann der pH-Wert so gesteuert werden, dass eine optimale Wirkung von der Urease erhalten wird. Gleichzeitig wird eine Ausfällung von Calciumcarbonat vermieden.
REAKTORSÄULE
Eine Ausführungsform der Reaktorsäule 10 ist in 7 gezeigt und umfasst einen zylindrischen Behälter, der das erforderliche Enzym enthält. Bei der bevorzugten Ausführungsform umfasst die Säule 10 Urease 11, die durch Körner aus Aluminiumoxid 12 immobilisiert ist. Engmaschige Filter 13, 14 sind an dem Einlass und dem Auslass angeordnet. Die Filter verhindern, dass die Urease und das Aluminiumoxid, wenn diese freigegeben werden, aus der Säule 10 gelangen können. Die Filter verhindern ferner, dass größere Partikel in die Säule eintreten können.
Der zylindrische Behälter 10 muss ein ausreichend großes Volumen besitzen, so dass die Substanz, die umgewandelt werden soll, in Kontakt mit oder nah an das entsprechende Enzym für die Zeitdauer kommen kann, damit eine Zersetzungsreaktion katalysiert wird. Die Säule ist bevorzugt so angeordnet, dass die Probenlösung, die die Substanz umfasst, die Aktivierungsnähe des Enzyms mit zumindest 99% für solange erreicht, wie die entsprechende Reaktion katalysiert wird.
Es ist bevorzugt, die Lösung von unterhalb über einen Einlass 15 zuzuführen und die reagierte Lösung an dem oberen Ende der Säule über einen Auslass 16 herauszuführen. Zusätzlich ist ein Filter 17 vorgesehenen, das einen oberen Teil der Säule 10 trennt, der nur Aluminiumoxid 18, d. h. keine Urease enthält.
Es ist offensichtlich, dass die Säule 10 verschiedene Konstruktionen abhängig davon besitzen kann, welche Substanz analysiert und welches Enzym verwendet werden soll. Somit kann die Säule auch horizontal sein oder der Durchfluss kann umgekehrt und somit von oben nach unten erfolgen. Zusätzlich ist es mit einer intermittierenden Funktionsweise möglich, die Probe in die Säule 10 einzuführen und diese in der Säule solange zu belassen, bis eine Reaktion erhalten wird, wobei danach die Probe zur Analyse und Messung herausgeführt wird.
Bei der bevorzugten Ausführungsform sind Protein und Fett in der Dialyselösung enthalten. Es ist erwünscht, Protein und Fett vor oder nach der Säule zu trennen, wobei einer oder beide der Filter 13 oder 14 ein Doppelfilter bilden können, wobei eine Hälfte des Filters die Aufgabe zur Filterung der ankommenden oder austretenden Lösung und zum Halten der Urease besitzt, während die andere Hälfte des Filters einen Zellulosefilter bildet, der mit Aktivkohle imprägniert ist. In einem derartigen Filter wer den organische Moleküle praktisch vollständig absorbiert. Es können aber auch andere Filterkonstruktionen verwendet werden.
MESSVORRICHTUNG
Die Messvorrichtung 7 ist abhängig von der Substanz, die in der Lösung analysiert werden soll. In Verbindung mit der bevorzugten Ausführungsform, bei der Harnstoff analysiert werden soll, kann die Messvorrichtung 7 eine für Ammoniumionen empfindliche Elektrode sein, die den Ammoniumionengehalt in der Lösung nach der Reaktorsäule 10 bestimmt. Eine derartige Messvorrichtung ist in der WO94/08641 und der U.S.-A-4,686,479 offenbart.
Die Messvorrichtung kann auch ein pH-Messeinrichtung oder eine Messeinrichtung für Gas sein, das abgegeben wird, wie beispielsweise Ammoniak, siehe WO93/22668.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Messvorrichtung jedoch eine Anordnung zur Messung der Differenz der Leitfähigkeit der Lösung vor und nach der Ureasesäule 10.
Wie in 1 gezeigt ist, geht der Reaktorsäule 10 ein Dreiwegeventil 20 voraus, mit dem die Einlassströmung in eine Nebenschlussrohrleitung 9 und ein zweites Dreiwegeventil 23 nach der Reaktorsäule 10 umgeleitet werden kann. Wenn die Dreiwegeventile 20 und 23 in den Positionen sind, die den in 1 gezeigten entgegengesetzt sind, strömt die Dialyselösung jenseits der Säule 10 über die Nebenschlussrohrleitung 9 direkt an die Messzelle 7 zur Messung der anfänglichen oder nicht reagierten Leitfähig keit der Dialyselösung, d. h. ohne Zersetzung des Harnstoffes. Anschließend werden die Dreiwegeventile 20 und 23 in ihre andere Stellung, die in 1 gezeigt ist, geschaltet, so dass die Lösung durch die Reaktorsäule 10 und ferner an die Messzelle 7 strömen kann und ein Reaktionsleitfähigkeitswert gemessen wird. Bei dieser Ausführungsform wird dieselbe Messzelle 7 zur Messung sowohl der nicht reagierten als auch reagierten Leitfähigkeitswerte verwendet, was vorteilhaft ist.
Um die Messung noch zuverlässiger ausführen zu können, kann es geeignet sein, eine Verzögerungsrohrleitung 22 in der Nebenschlussrohrleitung 21 mit demselben Volumen wie dem der Reaktorsäule 10 einzuführen, die in 2 gezeigt ist. Die Verzögerungsrohrleitung 22 umfasst bevorzugt dieselbe Menge an Aluminiumoxid wie die Ureasesäule 10, so dass der Beitrag von Aluminiumoxid zu der Leitfähigkeit berücksichtigt wird. Bei der Ausführungsform von 2 werden zwei verschiedene Leitfähigkeitszellen verwendet, die jedoch kalibriert werden können, wie weiter unten gezeigt ist.
Ein weiteres Verfahren zur Bestimmung der Leitfähigkeit jeweils vor und nach der Reaktorsäule besteht darin, jeweils eine Messzelle vor und eine Messzelle nach der Säule anzuordnen, wie in 7 gezeigt ist.
Ein bevorzugtes Messverfahren ist in 8 offenbart und betrifft, dass die Probenlösung in zwei parallele Durchflüsse geteilt wird und Messungen bezüglich der jeweiligen Durchflüsse mit separaten Messzellen ausgeführt werden, um die Anfangsleitfähigkeit und die Reaktionsleitfähigkeit gleichzeitig zu bestimmen. Die Probenlösung benötigt geeigneterweise in etwa dieselbe Zeit, um die jeweilige Messzelle zu erreichen, so dass die beiden Messungen an in etwa derselben Probe ausgeführt werden.
Ein weiterer Weg besteht darin, dieselbe Messzelle zur Messung der Leitfähigkeit an derselben spezifischen Probe nicht nur vor sondern auch nach der Reaktorsäule 10 zu verwenden. 3 zeigt die Reaktorsäule 10 und eine Messzelle 7, die mit einer Vielzahl von Ventilen 31a, 31b, 32a, 32b, 33, 34, 35 und 36 zusammengekoppelt sind. Die Ventile werden gemäß dem Ventilschema in 4 betätigt, wobei O ein offenes Ventil und C ein geschlossenes Ventil definiert. Das Schaltschema besitzt zwölf Schritte, die mit T1–T12 bezeichnet sind. Danach wird derselbe Zyklus wieder aufgenommen.
Zum Zeitpunkt T1 sind die Ventile 31a, 32a, 33 und 34 offen und der Durchfluss erfolgt zunächst durch die Messvorrichtung 7 und anschließend durch die Reaktorsäule 10. Diese Position wird während einer relativ langen Zeitdauer beibehalten, so dass die Reaktorsäule 10 und die Rohrleitungen mit einer Probe gefüllt sind und eine Anfangsleitfähigkeit gemessen wird.
Zum Zeitpunkt T7 sind die Ventile so geschaltet worden, dass die Ventile 31b, 32b, 35 und 36 offen sind. In dieser Position strömt die Probe, die vorher durch die Messvorrichtung 7 in die Reaktorsäule 10 geströmt ist, durch dieselbe Messvorrichtung 7. Auch diese Stellung, T7, wird während einer ausreichend langen Zeitdauer beibehalten, so dass ein zuverlässig gemessener Wert der Reaktionsleitfähigkeit von der Messvorrichtung 7 erhalten werden kann.
Auf diese Art und Weise strömt dieselbe Probe oder dieselbe Menge an Fluid durch die Messvorrichtung 7 zweimal (obwohl in verschiedenen Richtungen) und hat dazwischen die Reaktorsäule 10 durchströmt. Auf diese Art und Weise kann eine besonders genaue Messung erhalten werden.
Die verschiedenen Schaltschritte T2–T6 wie auch T8–T12 besitzen die Aufgabe, um Druckpulse in Verbindung mit dem Schalten aufgrund der Tatsache zu beseitigen, dass die Messvorrichtung 7 während des Schaltvorganges parallel zu den Nebenschlussrohrleitungen 37, 38 gekoppelt ist. Es ist selbstverständlich möglich, dass andere Ventilschemas verwendet werden können, als die, die in 4 gezeigt sind. Ähnlicherweise können die einzelnen Ventile 31–36 durch Dreiwegeventile ersetzt werden, die ähnliche Funktionen ausführen. Für Fachleute ist es offensichtlich, dass derartige Ventile mit der Führung verbunden werden sollten, die durch 3 und 4 vorgesehen ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Messvorrichtung 7 eine Leitfähigkeitsmesszelle, die die Leitfähigkeit der Lösung, die durch die Messvorrichtung strömt, misst.
Die Leitfähigkeitsmesszelle kann vom so genannten Vierpoltyp sein, bei dem die elektrische Spannung an zwei Speiseelektroden geliefert wird, die unter einem Abstand voneinander positioniert sind. Zwei Detektorelektroden sind dazwischen positioniert. Die Spannung über die Detektorelektroden wird gemessen, und die Spannung, die an die Speiseelektroden geliefert wird, wird so geregelt, dass die gemessene Spannung konstant ist. Der resultierende Strom wird gemessen und ist proportional zu der Leitfähig keit der Lösung. Mittels der Vierpolmessung wird vermieden, dass Übergangswiderstände zwischen den Speiseelektroden und der Lösung das Ergebnis beeinflussen. Die Speisespannung ist eine Wechselspannung.
Eine Leitfähigkeitsmesszelle besitzt eine relativ große Temperaturabhängigkeit, wobei es aus diesem Grund notwendig ist, die Temperatur konstant zu halten und/oder Temperaturänderungen zu korrigieren, wie nachfolgend detaillierter beschrieben ist.
Aus Kalibrierungszwecken oder zur Austarierung ist in 2 eine Nebenschlussrohrleitung 24 gezeigt, wobei die Nebenschlussrohrleitung den Einlass der beiden Leitfähigkeitszellen 7a und 7b miteinander verbindet. Durch Einkoppeln dieser Rohrleitung können die Leitfähigkeitszellen ausgeglichen werden, um den selben gemessenen Wert zu ergeben. Wenn die Rohrleitung 24 doppelt ist, können die Leitfähigkeitszellen zum Vergleich der gemessenen Werte über Kreuz verschaltet sein.
AUSLASSANORDNUNG
Die Probe wird von der Messvorrichtung 7 an eine Auslassanordnung 8 geliefert, die in 1 in der Form eines Sammelgefäßes gezeigt ist.
Alternativ dazu kann die Probenlösung an einen Abfluss geliefert oder unterstromig des Probenehmers 3 an die Rohrleitung 1 rückgeführt werden.
Wenn die vorliegende Erfindung mit der Erfindung gemäß der EP 94 102 383.0 kombiniert werden soll, wie oben beschrieben ist, wird ein zusätzliches Dreiwegeventil 25 verwendet, wobei das Ventil in der Nebenschlussrohrleitung 9 positioniert ist (siehe 1) oder nach der Leitfähigkeitszelle 7b in der entsprechenden Rohrleitung in 2 auf der linken Seite positioniert ist, wo die Lösung die Ureasesäule nicht durchströmt hat. Um sicherzustellen, dass ein bestimmter Prozentsatz der Dialyselösung in der Rohrleitung 1 durch die Nebenschlussrohrleitung strömt, wird eine separate Pumpe 26 verwendet (siehe 2). Die Lösung wird von dem Dreiwegeventil 25 an einen separaten Sammelbeutel 27 geführt. Das Volumen der Lösung in dem Sammelbeutel 27 besitzt somit eine vorbestimmte Beziehung zu der Menge an Lösung, die durch die Rohrleitung 1 geströmt ist, beispielsweise 1 : 500. Ferner ist die Konzentration der Substanzen, die in dem Sammelbeutel enthalten sind, gleich dem Durchschnitt in der Rohrleitung 1. Durch Integration der gemessenen Werte für den Harnstoffsensor über die Dialysezeit wird ein Gesamtwert des Harnstoffes erhalten, der mit der Konzentration in dem Sammelbeutel verglichen werden kann (der auf eine andere Art und Weise analysiert wird). Auf diese Art und Weise kann die Funktion des Harnstoffsensors überwacht werden, und es wird eine doppelte Sicherheit erreicht. Da der Harnstoff in dem rechten Zweig zersetzt worden ist, kann die Lösung, die entlang dieser Route geführt worden ist, nicht zu diesem Zweck verwendet werden.
IONENTAUSCHER
In bestimmten Fällen ist es erwünscht, Elektrolyte von der Probenlösung zu entfernen, bevor diese in die Reaktorsäule 10 und die Messvorrichtung 7 zugeführt wird. Es ist die Differenz zwischen der Leitfähigkeit vor und nach der Reaktorsäule 10, die gemessen wird. Wenn der gemessene Wert vor der Reaktorsäule 10 niedrig oder Null ist, wird eine bessere Genauig keit erhalten. Aus diesem Grund kann ein Ionentauscher in die Einlassrohrleitung 2 vor der Reaktorsäule 10 eingebaut werden, wie in 1 mit gestrichelten Linien bei 21 gezeigt ist.
Ein derartiger Ionentauscher kann einen herkömmlichen Aufbau besitzen, wobei die Ionen mit entsprechenden Wasserstoffionen oder Hydroxidionen getauscht werden, die Wasser bilden. Derartige Ionentauscher können sehr effektiv sein, erfordern jedoch gewöhnlich einen großen Raum.
Es können auch andere Verfahren verwendet werden, um die Elektrolyte in der Lösung vor Reaktorsäule 10 zu minimieren oder zu beseitigen. Ein Beispiel besteht darin, ein elektrostatisches Verfahren zu verwenden, bei dem die Lösung in der Einlassrohrleitung 2 an geladenen Elektrodenflächen vorbeiströmen muss und bei dem die geladenen Ionen durch die Flächen der Elektroden angezogen werden, während die nicht geladenen Substanzen, wie beispielsweise Harnstoff, unbeeinflusst bleiben.
Zusätzlich können auch andere bekannte Ionentauschertechniken verwendet werden.
HARNSTOFF
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere auf ein Messen der Harnstoffkonzentration in einer Dialyselösung nach einem Dialysator gerichtet. Die Harnstoffkonzentration in dieser Dialyselösung steht mit dem Harnstoffgehalt in dem Blut in Verbindung, das durch den Dialysator gereinigt wird.
Harnstoff wird oftmals als ein Indikator dafür verwendet, ob eine ausreichende Dialyse erreicht worden ist. Es ist nicht Gegenstand dieser Erfindung, auf welche Art und Weise genau die Harnstoffmessung auf der Dialyseseite mit der Harnstoffkonzentration in dem Blut in Verbindung steht bzw. wie dies interpretiert wird, um zu bestimmen, ob die erforderliche Dialyse erreicht worden ist, und daher wird dies hier nicht weiter beschrieben. Es existiert eine große Anzahl von Literaturartikeln, die diese Fragen diskutieren, und es wird auf die EP-A1-0 547 025 wie auch die WO94/08641 verwiesen.
Bezüglich der Messung der Harnstoffkonzentration sei angemerkt, dass diese direkt nicht leicht gemessen werden kann. Wie oben beschrieben ist, muss die Lösung, die Harnstoff umfasst, eine Reaktorsäule 10 durchlaufen, die Urease enthält. Urease ist ein Enzym, das die Umwandlung von Harnstoff in Ammoniumionen gemäß der Reaktion (1) unten katalysiert:
Somit werden Ammoniumionen und Ammoniak wie auch Hydrogencarbonationen (Bicarbonat) gebildet. Die Ausbeute ist praktisch 100%, wenn der Kontakt zwischen dem Harnstoff und der Urease ausreichend wirksam ist.
Andererseits wird Ammoniak in Ammoniumionen abhängig von dem pH-Wert der Lösung gemäß der Gleichgewichtsreaktion (2) unten zersetzt: NH₃ + H₂Ο ≓ NH₄ ⁺ + ΟH^– (2)
Wenn die Lösung ein Puffersystem umfasst, wie beispielsweise den oben erwähnten Phosphatpuffer, wird dieses Gleichgewicht (2) bei ausreichend niedrigem pH-Wert, beispielsweise bei pH = 7, durch die folgende Reaktion (3) ersetzt: NH₃ + H₂PΟ₄ ^– → NH₄ ⁺ + HPΟ₄ ^2– (3)
Mit dem vorher erwähnten Phosphatpuffer kann der pH-Wert auf etwa 7 eingestellt und die Menge an Puffer so reguliert werden, dass dieser pH-Wert in nur einer sehr kleinen Größe verschoben wird. Auf diese Art und Weise kann durch geeignete Wahl des pH-Wertes praktisch der gesamte Ammoniak in Ammoniumiοnen umgewandelt werden. Es können auch andere Puffersysteme verwendet werden, wie beispielsweise in der U.S.-A-3,930,957 offenbart ist.
Der Nachteil mit der Verwendung eines Puffers des Phosphatpuffertyps besteht darin, dass dieser die Lösung verdünnt und vor einer Umwandlung in der Reaktorsäule zu der Leitfähigkeit beiträgt, was die Messung der Differenzleitfähigkeit zusätzlich schwierig macht. Dieses Problem ist in der U.S.-A-3,930,957 behandelt, die gepufferte organische Trägerlösungen vorschlägt, die selbst eine sehr niedrige elektrische Leitfähigkeit besitzen und nicht mit dem verwendeten Enzym reagieren.
KOHLENDIOXID
Bei einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass ein Puffersystem bestehend aus Kohlendi oxid und Hydrogencarbonat-(Bicarbonat)-Ionen verwendet wird. Insbesondere mit der Messung der Harnstoffkonzentration in einer Dialyselösung können damit größere Vorteile erhalten werden. Die Dialyselösung umfasst normalerweise Bicarbonat, das zusammen mit Kohlendioxid das Puffersystem bildet.
Kohlendioxid reagiert mit Ammoniak gemäß der folgenden Reaktion (4): NH₃ + CO₂ + H₂O → NH₄ ⁺ + HCO₃ ^– (4)
Die Reaktion, auf der die vorliegende Erfindung basiert, stellt die Summe von Reaktion (1) und Reaktion (4) dar, was in der folgenden Reaktion (5) resultiert: (NH₂)₂CO + CO₂ + 3H₂O → 2NH₄ ⁺ + 2HCO₃ ^– (5)
Wie aus der Reaktion (5) deutlich wird, werden von jedem Harnstoffmolekül zwei Ammoniumionen und zwei Hydrogencarbonationen erhalten, wobei alle vier Ionen zu einer Zunahme der Leitfähigkeit beitragen. Da Kohlendioxid im Überschuss zugegeben wird, ist die Reaktion (5) nach rechts verschoben, so dass der Austausch praktisch 100% wird. Durch Zusatz von überschüssigem Kohlendioxid wird ferner erreicht, dass der pH-Wert für die Lösung relativ niedrig wird, was die Ausfällung von Calciumcarbonat verhindert.
Wenn der pH-Wert unter etwa 7,35 liegt, ist der Austausch bei der obigen Reaktion größer als etwa 99,5%. Zusätzlich ist die Aktivität von Urease in dem pH-Bereich von etwa 6 bis etwa 8 am größten. Wenn gleichzeitig die Verweilzeit für die Lösung in der Ureasesäule ausreichend lang ist, wird ein Gesamtaustausch von über 99% erreicht. Somit ist ein pH-Wert für die Lösung nach der Ureasesäule im Bereich zwischen etwa 6 und etwa 8 bevorzugt und liegt bevorzugter zwischen 6,2 und 7,4.
Das Kohlendioxid wird mittels der Ladevorrichtung 4 zugesetzt. Ein Verfahren zum Zusetzen von Kohlendioxidgas zu der Probenlösung in der Rohrleitung 2 ist detaillierter in 5 gezeigt.
Die Ladevorrichtung umfasst eine Quelle für Kohlendioxid unter Druck 41 wie auch ein Druckverringerungsventil 42. Das Kohlendioxidgas wird von dieser Quelle mit einem vorbestimmten Druck an eine Rohrleitung 43 zugeführt. Die Rohrleitung 43 ist an ihrem unteren Ende mit einem Verbinder 44 versehen, der durch die Wand in der Rohrleitung 2 in die Probenlösung verläuft.
Ein Silikonschlauch 45 oder ein anderer gasdurchlässiger Schlauch ist mit der Kupplung 44 verbunden, wobei der Schlauch in der Rohrleitung 2 im Wesentlichen konzentrisch damit entlang einer vorbestimmten Länge positioniert ist. Das Silikon hat die Eigenschaft, dass Kohlendioxidgas, das innerhalb des Schlauches 45 vorhanden ist, durch das Silikonmaterial diffundieren kann und an die Lösung in der Rohrleitung 2 abgegeben werden kann.
Die Regelung des Druckreglers 42 wird durch zwei Druckmesser 46, 47 gesteuert, die die Druckdifferenz über den Schlauch 45 detektieren. Diese beiden Druckmesser können selbstverständlich in einem Differenzdruckmesser kombiniert sein.
Die Diffusionsgeschwindigkeit ist abhängig von dem Differenzdruck über den Schlauch 45. Durch Anpassung der Länge des Schlauches wie auch der Druckdifferenz kann die gewünschte Menge an Kohlendioxid in die Probenlösung in der Rohrleitung 2 zugeführt werden. Bevorzugt wird soviel Kohlendioxid hinzugesetzt, damit die Probenlösung im Wesentlichen gesättigt ist. In diesem Zusammenhang existiert normalerweise eine ausreichende Menge an Kohlendioxid, die bei der Reaktion (5) verwendet werden kann, um den gesamten Harnstoff in Ammoniumionen zu zersetzen.
Bei hohen Harnstoffkonzentrationen ist es schwierig, eine ausreichende Menge an Kohlendioxidgas hinzuzusetzen, das sich in der Probenlösung löst. In diesem Fall kann ein Überschuss von Kohlendioxidgas hinzugesetzt werden, wobei das Gas in der Probenlösung in der Form von Mikroblasen oder mehr oder weniger großen Blasen enthalten ist. Dieses Gas löst sich während des Transportes zu der Ureasesäule teilweise in der Probenlösung, und die verbleibende Menge an Kohlendioxidgas wird während der Reaktion in der Ureasesäule verwendet.
7 zeigt ein weiteres Verfahren zur Lieferung von Kohlendioxidgas an die Probenlösung in der Rohrleitung 2. Wie in 5 gezeigt ist, ist eine Quelle 41 für Kohlendioxidgas unter Druck vorgesehen. Zusätzlich sind zwei Ventile 49 und 50 vorgesehen, zwischen denen ein Behälter 48 mit einem vorbestimmten Volumen angeordnet ist. Das Ventil 49 verbindet den Behälter 48 mit der Quelle 41, und das Ventil 50 verbindet den Behälter 48 mit der Rohrleitung 2. Zwei Druckmesser 51a und 51b sind über das Ventil 50 angeordnet.
Die Funktion der Ladevorrichtung gemäß 7 ist wie folgt. Das Ventil 49 wird geöffnet und Kohlendioxid wird von der Quelle 41 an den Behälter 48 zugeführt, bis der Druckmesser 51a einen vorbestimmten Druck detektiert. Das Ventil 49 wird dann geschlossen und das Ventil 50 wird geöffnet, wodurch die Inhalte in dem Behälter 48 an die Rohrleitung 2 geliefert werden.
Wenn der Druckmesser 51a oder 51b einen niedrigen Druck detektiert, wird das Ventil 50 geschlossen und das Ventil 49 wird zu einer erneuten Füllung des Behälters 48 geöffnet.
Da das Volumen des Behälters 48 und die Druckdifferenz bekannt sind, kann die gelieferte Menge an Kohlendioxid in der Rohrleitung 2 bestimmt werden.
Das Ventil 50 kann in dem offenen Zustand eine gewisse Drosselung ausführen, so dass die Lieferung von Kohlendioxidgas mit einer relativ gleichmäßigen Geschwindigkeit erfolgt. Durch Regulierung des Grades der Drosselung in dem Ventil 50 während seiner Öffnungszeit kann die Menge an Gas, die pro Zeiteinheit geliefert wird, geregelt werden.
Es ist auch möglich, das Ventil 50 so zu betätigen, dass eine große Blase aus Kohlendioxidgas in die Probenleitung 2 eingeführt wird, so dass die Blase den kompletten Querschnitt der Rohrleitung 2 füllt. Während des folgenden Transportes in Richtung der Reaktorsäule löst sich die Blase aus Kohlendioxidgas in der benachbarten Probenlösung teilweise auf, so dass diese im Wesentlichen mit Kohlendioxid gesättigt wird. Die verblei bende Menge an Kohlendioxidgas wird schließlich durch das Filter 13 in der Reaktorsäule 10 (siehe 2) dispergiert, so dass das Kohlendioxidgas in der Probenlösung gleichmäßig verteilt wird. Die Einlassrohrleitung 15 sollte dazu konisch geformt sein, so dass die Probenlösung über den gesamten Querschnitt der Reaktorsäule 10 aufgeteilt wird. Während des Durchgangs durch die Reaktorsäule 10 wird das Kohlendioxid in der Reaktion (5) verwendet, wobei der Überschuss an Kohlendioxid aufgebraucht wird.
Um sicherzustellen, dass kein Kohlendioxid in Gasform in der Lösung verbleibt, die die Reaktorsäule 10 verlässt, was die folgenden Leitfähigkeitsmessungen stören würde, kann die Auslassrohrleitung 16 (siehe 7) mit einem Blasendetektor 52 versehen sein, beispielsweise einem Ultraschalldetektor. Das Ausgangssignal von einem derartigen Blasendetektor kann auf eine Vielzahl von Wegen verwendet werden. Es kann dazu verwendet werden, mögliche fehlerhafte Messwerte anzugeben und/oder die Lieferung von Kohlendioxidgas zu regulieren. In dem letztgenannten Fall sollte überwacht werden, dass die Zeitverzögerung von der Lieferung bis zur Detektion relativ lang ist, beispielsweise vier Minuten. Wenn die Konzentration an Harnstoff sich nicht zu schnell ändert, kann jedoch eine wirksame und optimale Regulierung erhalten werden.
In Verbindung mit dem Blasendetektor 52 kann eine Gastrenneinrichtung 62 (siehe 6) vorhanden sein, die mögliches Gas in freier Form von der Lösung in dem Auslass 16 trennt.
Die Kohlendioxidgasquelle 41 wird bevorzugt durch einen Druckbehälter mit Kohlendioxidgas in kondensierter Form gebildet, das unmittelbar bei Freigabe und entsprechender Druckverringerung verdampft. Derartige Kohlendioxidkartuschen sind in verschiedenen Größen verfügbar. Der Verbrauch an Kohlendioxidgas ist ständig so klein, dass eine derartige Kohlendioxidkartusche mit kleiner Abmessung für sehr lange Betriebsperioden ausreicht.
Eine alternative Quelle für Kohlendioxidgas kann die Herstellung von Kohlendioxidgas vor Ort sein. Ein Weg besteht darin, Natriumbicarbonatpulver (NaHCO₃) auf eine hohe Temperatur, beispielsweise über 50°C, zu erhitzen. Auf diese Art und Weise wird das Natriumbicarbonat zersetzt und Kohlendioxidgas abgegeben. Das Bicarbonat kann in einem kleinen Behälter vorgesehen sein, der auf einem Heizelement angeordnet ist. Wenn die Vorrichtung verwendet werden soll, wird die Heizquelle aktiviert und das Kohlendioxidgas nach einer kurzen Zeit abgegeben. Die Kartusche ist selbstverständlich austauschbar. Es sind auch andere Verfahren in der Technik bekannt. Das genaue Verfahren zur Herstellung von Kohlendioxidgas bildet nicht Teil des Gegenstandes der vorliegenden Erfindung, sondern es wird auf die EP-A1-0 481 257 verwiesen, bei der ein Verfahren zur Herstellung von Kohlendioxidgas beschrieben ist.
Während der Reaktion in der Ureasesäule 10 steigt der pH-Wert in der Lösung, insbesondere, wenn die Harnstoffkonzentration hoch und der Gehalt an Kohlendioxidgas zu gering ist. Wenn der pH-Wert über etwa 7,4 ansteigt, besteht die Gefahr einer Ausfällung von Calciumcarbonat und Magnesiumcarbonat (Calciumionen und Magnesiumionen sind normalerweise Teil der Dialyselösung). Wenn eine derartige Ausfällung in der Messzelle 7 auftritt, kann dies sehr schnell zu fehlerhaften Messwerten führen, und die Messvorrichtung muss gereinigt werden.
Um einen ausreichend niedrigen pH-Wert in der Lösung zu erhalten, die durch die Messzelle 7 strömt, kann es erwünscht sein, Kohlendioxidgas auch an dem Auslass von der Ureasesäule 10, d. h. an dem Auslass 16 hinzuzusetzen.
Es ist auch möglich, die Säule 10 mit einem zweiten Einlass für Kohlendioxid in etwa bei dem Filter 17 (siehe 7) oder an anderen Stellen vorzusehen, wodurch sichergestellt wird, dass der pH-Wert stets ausreichend niedrig ist, um eine Ausfällung von Calciumcarbonat in der Leitfähigkeitsmesszelle zu vermeiden.
Bevorzugte pH-Werte (an einer Position nach oder innerhalb der Leitfähigkeitszelle) liegen zwischen 5,5 und 8,5 und bevorzugt zwischen 6 und 8. Mit der Verwendung von Kohlendioxid und Bicarbonat als dem Puffer ist es bevorzugt, dass der pH-Wert zwischen etwa 6,2 und etwa 7,7 und bevorzugt zwischen 6,3 und 7,4 liegt.
DRUCK
Es ist bekannt, dass die Löslichkeit von Kohlendioxidgas in Wasser im Wesentlichen proportional zu dem Druck in dem Wasser ist. Diese Tatsache wird bei der in 7 gezeigten Ausführungsform verwendet.
Ein einstellbares Drosselventil 53 ist nach dem Auslass 16 der Ureasesäule angeordnet. Das Drosselventil 53 funktioniert zusammen mit der Pumpe 6, um den Druck in der Rohrleitung 2 und der Ureasesäule wie auch der Messvorrichtung 7a anzuheben, wenn durch den Blasendetektor 52 Blasen detektiert werden. Das Kohlendioxidgas löst sich dann infolge der erhöhten Löslichkeit. Sobald die Lieferung von Kohlendioxid verringert worden ist, so dass keine Blasen mehr vorhanden sind, wird der Druck geeignet wieder auf Normaldruck eingestellt.
Bei einer anderen Ausführungsform wird das Drosselventil 53 zusammen mit der Messvorrichtung 7a verwendet, um das Auftreten von Blasen in der Probenlösung zu detektieren, was die Messung in der Messvorrichtung 7a stört, ähnlich einem Ersatz für oder einer Ergänzung zu dem Blasendetektor 52. In vorbestimmten Intervallen wird, wenn es erwünscht ist, um zu überprüfen, ob die gemessenen Ergebnisse zuverlässig sind, der Druck momentan durch Aktivierung des Drosselventils 53 erhöht. Der Druckanstieg kann durch den Druckmesser 51b oder einen separaten Druckmesser überwacht werden. Wenn der Druckanstieg in einer Änderung des gemessenen Wertes in der Messvorrichtung 7a resultiert, ist dies ein Zeichen dafür, dass die Probenlösung Gasblasen enthält, die die Messung stören. Diese Information kann dazu verwendet werden, die Lieferung von Kohlendioxidgas zu verringern, wobei danach eine erneute Prüfung nach einer gewissen Zeit ausgeführt wird, um zu verifizieren, dass die Änderung die erwünschte Wirkung gezeigt hat.
Der Druckmesser 51b kann auch dazu verwendet werden, um sicherzustellen, dass sich die Probenlösung 2 stets bei annähernd demselben Druck befindet, beispielsweise bei atmosphärischem Druck. Wenn die Probenahme an dem Auslass von einer Dialysevorrichtung erfolgt, kann der Druck vor der Pumpe 6 erheblich variieren. Wenn die Austragsvorrichtung 8 durch eine Rückführrohrleitung zu der Rohrleitung 1 gebildet ist, ist die gesamte Probenrohrleitung 2 unter diesem Druck, der in der Rohr leitung 1 vorhanden ist. Durch Betätigung des Drosselventils 53 und der Pumpe 6, die mittels des Druckmessers 51b überwacht wird, kann der gewünschte Druck in der Probenrohrleitung 2 wie auch der Messvorrichtung 7a beispielsweise auf etwas über atmosphärischem Druck eingestellt werden.
Der vorher erwähnte Druckanstieg beeinflusst das gemessene Ergebnis in der Messvorrichtung 7a im Normalfall nur in einem sehr kleinen Ausmaß, wenn die Messvorrichtung 7a eine Leitfähigkeitszelle ist. Mit der Verwendung anderer Typen von Messvorrichtungen muss man die Druckabhängigkeit dieser Messvorrichtungen bei Verwendung des vorher erwähnten Verfahrens mit Druckanstieg korrigieren.
Als Alternative zu dem oben beschriebenen Verfahren kann ein lokaler Druckanstieg nur in der Messvorrichtung 7a verwendet werden. Dazu werden eine zusätzliche Pumpe, die vor der Messvorrichtung 7a angeordnet ist, und ein Drosselventil verwendet, das nach der Messvorrichtung 7a angeordnet ist. Die zusätzliche Pumpe und das Drosselventil 53 werden so gesteuert, dass der Druck in der Reaktorsäule 10 nicht beeinflusst wird. Abgesehen davon ist die Funktion gleich wie oben beschrieben ist.
Es ist auch möglich, einen permanent erhöhten Druck zu verwenden. Der Druckanstieg könnte im Bereich von 0,03 bis 0,3 MPa liegen und bevorzugt etwa 0,1 MPa betragen. Auf diese Art und Weise kann sich eine ausreichende Menge an Kohlendioxidgas in der Lösung lösen, um die Reaktion (5) zu befriedigen und gleichzeitig einen Auslass-pH-Wert von unter etwa 7,4 bis zu einer Harnstoffkonzentration von etwa 35 mM ohne zusätzlichen Zusatz von Kohlendioxidgas sicherzustellen.
TEMPERATUR
Es ist bekannt, dass der Logarithmus der Löslichkeit von Kohlendioxidgas in der Probenlösung in der Rohrleitung 2 invers proportional zu der Temperatur ist. Normalerweise beträgt die Temperatur der verwendeten Dialyselösung etwa 36–37°C.
Um eine Abhängigkeit von der Temperatur in dem ankommenden Dialysefluid zu vermeiden, kann die Probenlösung mittels eines Heizelementes auf eine fixierte Temperatur aufgeheizt werden, die bei einem Wert zwischen etwa 38 und etwa 45°C und bevorzugt bei etwa 40° liegt. Der Grund, dass die Temperatur so hoch gewählt ist, besteht darin, dass sie höher als alle erwarteten ankommenden Temperaturen ist, wobei aus diesem Grund keine Kühlung erforderlich ist und konsistente Messungen unabhängig von der ankommenden Temperatur erhalten werden.
Es ist erwünscht, die Temperatur während des Durchgangs der Probenlösung durch die Vorrichtung, d. h. von dem Probenehmer 3 durch die Reaktorsäule 10 und die Messvorrichtung 7, im Wesentlichen konstant beizubehalten. Zumindest die Temperatur der Reaktorsäule sollte konstant sein, um eine gleichförmige Aktivität zu erzielen. Jedoch sollte die Temperatur vor der Leitfähigkeitsmesszelle (zumindest nicht zu hoch) angehoben werden, um eine mögliche Blasenbildung infolge von überschüssigem Kohlendioxid zu vermeiden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Temperatur der ankommenden Probenlösung statt dessen mittels Kühlung abgesenkt. Eine derartige Kühlung kann auf eine Vielzahl verschiedener Wege erfolgen, aber, da die Menge an Lösung, die gekühlt werden soll, relativ klein ist, können Peltierelemente verwendet werden, bei denen der elektrische Strom direkt in Kühlung umgewandelt wird. Die Probenlösung wird über ein Peltierelement 55 geführt und Strom wird geliefert, so dass die erforderliche Temperaturabsenkung erhalten wird, wie in 6 mit gestrichelten Linien gezeigt ist, die durch einen Temperatursensor 56 detektiert wird, der unterstromig des Peltierelements 55 positioniert ist. Eine geeignete Temperatur bei dieser alternativen Ausführungsform beträgt etwa 25°C.
Die Temperaturen, die verwendet werden, sollten im Bereich von etwa 20°C bis etwa 50°C liegen. Der Grund dafür ist, dass unterhalb etwa 20°C das Ureaseenzym eine niedrige Wirksamkeit besitzt, was bedeutet, dass die Umwandlung von Harnstoff in Ammoniumionen zu lange benötigt. Über etwa 50°C wird das Ureaseenzym zersetzt, was selbstverständlich unerwünscht ist. Eine Temperatur zwischen etwa 25°C und etwa 45°C ist daher bevorzugt.
Durch Verwendung einer Absenkung der Temperatur mit Peltierelementen wird sichergestellt, dass sich stets eine ausreichende Menge an Kohlendioxidgas in der Probenlösung in der Rohrleitung 2 lösen kann.
Ein Absenken der Temperatur in Verbindung mit der Messzelle kann verwendet werden, um die Anwesenheit von Kohlendioxidgas, die die Messung beeinflusst, analog zu dem vorher erwähnten Druckanstieg zu detektieren. Bei Absenkung der Temperatur in der Messzelle steigt die Löslichkeit von Kohlendioxid an und Kohlendioxidgas in Blasenform löst sich möglicherweise. Um Leitfähigkeitswerte vor und nach einer derartigen Temperaturverringerung zu vergleichen, ist jedoch eine Temperaturkompensation der Messwerte erforderlich, die schwierig mit der gewünschten Genauigkeit zu erreichen sein kann.
6 zeigt eine Gasabfangeinrichtung 62 in der Form eines gasdurchlässigen Schlauches 57 aus Silikon. Außerhalb des Schlauches befindet sich eine Lösung mit einem niedrigen Gehalt an Kohlendioxid, beispielsweise eine Dialyselösung, wie beispielsweise der Inhalt in dem Wärmetauscher, wie in Verbindung mit der bevorzugten Ausführungsform in 8 beschrieben ist (siehe unten). Der Überschuss an Kohlendioxidgas innerhalb des Schlauches 57 kann möglicherweise an das Fluid außerhalb des Schlauches 57 abgegeben werden, insbesondere, wenn ein Druckunterschied vorhanden ist. Andere Typen von Gastrenneinrichtungen können auch verwendet werden.
AKTIVIERUNG
Die Ureasesäule 10 enthält ein trockenes Pulver, das vor der Verwendung befeuchtet werden muss. Dies kann dadurch erfolgen, dass eine physiologische Natriumchloridlösung durch die Ureasesäule und die Messvorrichtung 7 geführt wird.
Alternativ dazu kann man die Dialyselösung verwenden, die von der Dialysevorrichtung während ihrer Startperiode verwendet wird, um die Ureasesäule zu befeuchten und diese in einen für den Betrieb geeigneten Zustand zu versetzen. Die Dialysevorrichtung führt eine Startprozedur aus, die als "Aktivierung bzw. Priming" bekannt ist, bei der die Dialyselösung durch das System der Dialysevorrichtung ohne den Dialysator zirkuliert wird, der nebengeschlossen ist. Diese Lösung kann auch zur Aktivierung des Harnstoffsensors verwendet werden.
DESINFEKTION
Normalerweise ist keine besondere Reinigung des Harnstoffsensors erforderlich. Es wird jedoch empfohlen, den Harnstoffsensor nach einem abgeschlossenen Gebrauch beispielsweise dadurch zu spülen, dass eine physiologische Natriumchloridlösung für eine vorbestimmte Zeitdauer durch den Harnstoffsensor geführt wird. Eine Desinfektion mit erhöhter Temperatur ist normalerweise nicht erforderlich. Jedoch kann die Desinfektion der Dialyseüberwachungseinrichtung und des Harnstoffsensors so koordiniert werden, dass die Desinfektionslösung auch durch den Harnstoffsensor geführt werden kann. In diesem Fall ist eine Hitzedesinfektion bevorzugt, es kann aber auch eine Desinfektion unter Verwendung von Zitronensäure etc. verwendet werden (CleanCart).
In bestimmten Fällen enthält die Dialyselösung Glykose, die Probleme verursachen kann. Durch Spülen nach einem Gebrauch werden derartige Probleme jedoch vermieden.
Der Harnstoffsensor gemäß der Erfindung kann vollständig getrennt von einer Dialyseüberwachungseinrichtung verwendet werden. In diesem Fall ist der Harnstoffsensor mit dem Auslassschlauch der Überwachungseinrichtung verbunden. Selbstverständlich kann der Harnstoffsensor an dem Gehäuse der Vorrichtung fixiert und mit einer anderen Stelle beispielsweise unmittelbar nach dem Dialysator verbunden sein. Es ist auch möglich, den Harnstoffsensor vollständig in die Dialysevorrichtung zu integrieren und/oder den Harnstoffsensor mit einer elektronischen Schnittstelle zu der Dialysevorrichtung zu versehen.
QUALITÄTSPRÜFUNG
Vor der Verwendung des Harnstoffsensors ist es vorzuziehen, dass festgestellt wird, dass alles zufrieden stellend arbeitet. Zu diesem Zweck wird eine kleine Menge an Lösung, die Harnstoff mit einer bestimmten bekannten Konzentration enthält, an die Rohrleitung 2 geliefert und kann den Harnstoffsensor durchlaufen. Wenn die Messvorrichtung 7 den erwarteten gemessenen Wert nicht erzeugt, muss sie ausgetauscht werden und zur Reparatur bzw. zur Wartung eingesandt werden.
Eine derartige Qualitätssteuerung kann auf eine relativ einfache Art und Weise durchgeführt werden, indem die Ureasesäule 10 eine kleine Menge an Harnstoff in Pulverform an ihrem Einlass 15 umfasst. Sobald die physiologische Natriumchloridlösung oder andere Lösung zur Aktivierung geliefert wird, wird das Harnstoffpulver gelöst und von der Ureasesäule 10 in Ammoniumionen umgewandelt, die eine Ablesung an der Messvorrichtung 7 ergeben. Auf diese Art und Weise ist nur eine austauschbare und wegwerfbare Einheit erforderlich, nämlich die Ureasesäule 10, die das Harnstoffpulver umfasst.
Die Ureasesäule 10 besteht aus einer Kartusche, die austauschbar ist. Vor einer Dialysebehandlung wird eine neue Kartusche an der Stelle angeordnet und eine Aktivierung bzw. ein Priming ausgeführt, wie oben beschrieben ist.
In dem Falle der Herstellung von Kohlendioxidgas vor Ort kann eine zweite Kartusche verwendet werden, die die erforderlichen Bestandteile enthält. Diese beiden Kartuschen können eine Einheit bilden, indem sie auf eine geeignete Art und Weise zusammengebaut werden. Die Einheit wird in Verbindung mit jeder Messung ausgetauscht und ist derart bemessen, um eine Messung während einer normalen Dialysebehandlung zu ermöglichen, die bei der Haemodialyse etwa 4 Stunden betragen kann.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM
8 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Eine Probenehmerpumpe 6 zieht eine Probenlösung aus dem Inhalt in der Rohrleitung 1 heraus. Diese Probenlösung wird in zwei parallele Zweige mit annähernd gleichen Mengen in jedem Zweig geteilt. Der erste Zweig (in 8 rechts) enthält die Ureasesäule 10 wie auch die Versorgung für Kohlendioxid von einer Kohlendioxidquelle 41 über ein Dosierventil 60. Der zweite Zweig enthält eine Verzögerungsrohrleitung oder einen Verzögerungsbehälter 22, der dieselbe Menge an Aluminiumoxid wie die Ureasesäule 10 umfasst und zusätzlich denselben Strömungswiderstand wie die Ureasesäule 10 aufweist, jedoch keine Urease enthält.
Die Inhalte der Ureasesäule 10 und der Verzögerungsrohrleitung 22 werden an Wärmetauscherwindungen 71, 72 eines Wärmetauschers 70 geliefert, der eine große Menge an Fluid enthält. Der Inhalt jedes Zweigs 71 und 72 wird an jede Leitfähigkeitszelle 7a bzw. 7b geliefert. Nach den Leitfähigkeitszellen sind die beiden Zweige in eine einzelne Auslassrohrleitung 73 kombiniert, in der eine variable Drosselvorrichtung 53 angeordnet ist, und schließlich wird die Probenlösung an einen Sammelbehälter 8 (oder eine Rohrleitung 1) abgegeben.
Das Innere des Wärmetauschers ist mit einem Fluid gefüllt, das auf einer sehr konstanten Temperatur gehalten wird. Dieses Fluid kann das Dialysefluid sein, das in der Rohrleitung 1 strömt, oder es kann ein anderes Fluid sein, das auf eine gewünschte konstante Temperatur erwärmt wird. Um die Temperatur zu regulieren, ist ein Heizelement 74 in einem Einlass 75 zu dem Wärmetauscher und ein Temperatursensor 76 in einem Auslass 77 von dem Wärmetauscher vorgesehen. Zusätzliche Temperatursensoren können an strategischen Stellen in dem Wärmetauscher 70 angeordnet werden. Der Wärmetauscher ist von der Umgebung in einem Maße isoliert, das sich praktisch als geeignet erwiesen hat.
Die Leitfähigkeitszellen 7a und 7b sind mit einer elektronischen Vorrichtung 78 verbunden, die die erforderlichen Spannungen und Messvorrichtungen vorsieht, um die Leitfähigkeitsmessung auszuführen. Die elektronische Vorrichtung 78 umfasst ferner eine Subtrahierschaltung, um eine Differenz zwischen den gemessenen Werten von den Zellen 7a und 7b zu erzielen, wie auch weitere mögliche Anordnungen zur Temperaturkompensation der gemessenen Werte. Diese Funktionen werden bevorzugt unter Zuhilfenahme eines Mikrocomputers ausgeführt. Der Mikrocomputer wandelt auch die gemessenen Werte direkt in die Harnstoffkonzentration in der Probenlösung um.
Die gemessenen Werte können gemäß bekannten Techniken bezüglich der vorherrschenden Temperatur korrigiert werden. Die Temperatur der Lösung in jedem Sensor 7a und 7b wird durch Temperatursensoren 79 und 80 gemessen. Da die Strömung an den Messpunkten jedoch sehr gering ist, ist es schwierig, zuverlässige Temperaturmessungen zu erreichen.
Um eine ausreichende Genauigkeit bei der Bestimmung der Harnstoffkonzentration zu erreichen, ist es erforderlich, dass die Temperaturdifferenz zwischen den Lösungen in den Zellen 7a und 7b sehr klein gehalten wird, nämlich in der Größenordnung von kleiner als ±0,01°C. Es hat sich herausgestellt, dass, wenn die Schläuche 71 und 72 ausreichend lang sind und die Temperatur in dem Wärmetauscher 70 konstant ist, ausreichend genaue gemessene Werte erhalten werden können.
In diesem Fall ist es nicht notwendig, jeden Leitfähigkeitswert vor seiner Subtraktion bezüglich der Temperatur zu kompensieren, aber die Temperaturkompensation kann in Verbindung mit der Differenzleitfähigkeit ausgeführt werden. Anschließend kann ein Temperaturwert, der den Mittelwert der beiden Lösungen darstellt, verwendet werden.
Als Mittelwert kann die Temperatur des Wärmetauscherfluides in dem Wärmetauscher aber außerhalb der Windungen 71 und 72 verwendet werden. Diese Temperatur kann durch einen Temperatursensor erhalten werden, wie beispielsweise einen Temperatursensor 110, der in 9 gezeigt ist. Die Genauigkeit der mittleren Temperatur muss nicht so hoch sein, wie oben erwähnt wurde, kann aber ±0,4°C betragen.
Das Fluid, das in dem Wärmetauscher 70 vorhanden ist, ist bevorzugt Dialysefluid von der Rohrleitung 1. Auf diese Weise kann ein relativ großer Durchfluss durch den Wärmetauscher 70 strömen, was sicherstellt, dass die Temperatur im Wesentlichen konstant ist.
Alternativ dazu kann ein geschlossenes System verwendet werden, das in 8 in gestrichelten Linien gezeigt ist, bei dem eine Pumpe 81 das Fluid in einem äußeren geschlossenen Kreis 82 zirkuliert.
Die bevorzugte Ausführungsform gemäß 8 kann zusätzlich durch eine Drainagevorrichtung 25, 27 gemäß 1 in dem linken Zweig ergänzt werden, der dadurch eine separate Ventilanordnung oder Pumpe enthält.
Bei einer anderen Alternative ist die Anordnung gemäß 8 mit einer Kreuzkupplung versehen, die die Ureasesäule 10 mit dem Schlauch 72 und die Verzögerungsrohrleitung 22 mit dem Schlauch 71 verbindet. Auf diese Art und Weise können die Messzellen 7a bzw. 7b abwechselnd für die Ureasesäule 10 wie auch die Verzögerungsrohrleitung 22 verwendet werden, wodurch eine zuverlässige Kalibrierung erzielt werden kann.
Durch Verwendung der Drosselvorrichtung 53 und der Pumpe 6 kann ein Überdruck in dem Harnstoffsensor in der Größenordnung von 0,1 MPa erzielt werden, wodurch eine ausreichend hohe Löslichkeit für das Kohlendioxid vor der Ureasesäule 10 für den bestimmten linearen Messbereich bis zu 35 mM Harnstoffkonzentration erhalten wird. Der Grund für diese Linearität liegt vor allem darin, dass die Umwandlung auf Reaktion (5) basiert, die infolge der Katalyse durch Urease und dem Überschuss von Kohlendioxid wie auch einem niedrigen pH-Wert schwer nach rechts zu verschieben ist.
9 zeigt ein detaillierteres Durchflussschema der bevorzugten Ausführungsform des Harnstoffsensors. Die Lösung tritt von einer Dialysevorrich tung über eine Einlassleitung 111 ein und tritt in eine Heizeinrichtung 112 ein und strömt von dieser an eine Blasentrenneinrichtung 113. Von dieser wird das Dialysat weiter an einen Wärmetauscher 114 und über eine Auslassleitung 115 an einen Auslass geführt, der durch Pfeil 116 gezeigt ist.
Die Heizeinrichtung 112 umfasst einen Heizstab 117 und einen Temperatursensor 118. Ein anderer Temperatursensor 119 ist in der Einlassleitung 111 unmittelbar vor der Heizeinrichtung 112 positioniert und misst die Temperatur des Einlassdialysates. Überdies ist eine Strommessvorrichtung 120 zur Messung von geliefertem Strom an den Heizstab 117 über eine geeignete Stromquelle 121 vorgesehen.
Die Einlasstemperatur des Dialysates in der Leitung 111 liegt gewöhnlich zwischen etwa 20–37°C, beispielsweise bei etwa 34°C. Der Heizstab 117 ist derart ausgebildet, um die Temperatur auf beispielsweise etwa 42°C anzuheben, die durch einen Temperatursensor 110 erfasst wird, der am Wärmetauscher 114 positioniert ist.
Durch Messung der Temperaturdifferenz zwischen dem Temperatursensor 110 und dem Temperatursensor 119 und dem gelieferten Strom von der Stromquelle 121 durch den Strommesser 120 kann der Mengendurchfluss an Dialysat durch Leitung 111 bestimmt werden (ein so genannter thermischer Durchflussmesser). Da das Dialysat eine im Wesentlichen konstante Zusammensetzung besitzt, ist seine spezifische Wärmekapazität und Dichte in etwa konstant, und die Menge an Dialysat, die durch den Heizstab 117 erwärmt wird, kann bezüglich seiner Masse und/oder seines Volumens bestimmt werden.
Da der Anstieg der Temperatur mittels des Heizstabes 117 relativ geringfügig ist, ist die Genauigkeit eines derartigen thermischen Durchflussmessers niedrig. Der Durchflussmesser kann dazu verwendet werden, um zu erfassen, dass der Einlassfluiddurchfluss über die Einlassleitung 111 innerhalb vorbestimmter Grenzen liegt. Weitere Möglichkeiten zur Verwendung werden aus der nachfolgenden Beschreibung offensichtlich.
Die Blasentrenneinrichtung 113 umfasst eine Kammer mit einem relativ großen Querschnitt, so dass die Durchflussgeschwindigkeit durch die Kammer von einem Einlass 122 an dem unteren Ende der Kammer zu einem Auslass 123 an dem oberen Ende der Kammer niedrig ist. Die Blasentrenneinrichtung 113 ist mit einer Trennwand 124 versehen, und ein zweiter Auslass 125 ist hinter der Trennwand 124 in Bezug zu dem Einlass 122 ausgebildet, um den Auslass vor Turbulenzen zu schützen. Von dem Auslass 125 wird eine kleine Teilmenge des Dialysates entnommen, eine so genannte Probenlösung von beispielsweise etwa 1% oder weniger, wobei die Teilmenge das Fluid bildet, das bezüglich der Inhalte an Harnstoff (oder einer beliebigen anderen interessierenden Substanz) analysiert wird. Somit ist die Probenlösung, die über Auslass 25 entnommen wird, vergleichsweise frei von Gasbläschen.
Die entnommene Probenlösung strömt von dem Auslass 125 über eine Leitung 126 an einen Verzweigungspunkt 127. Leitung 126 umfasst eine Einlasskupplung 128 für einen Beutel 129, der eine Prüflösung umfasst, und eine Erdungsleitung 130 zur. Erdung des Fluides in Leitung 126. Überdies ist ein Belüftungsventil 131 vorgesehen. Ferner kann die Leitung 126 mit einigen Windungen um die Dialysatleitung 115 gewunden sein, wie bei 132 gezeigt ist, um mögliche Temperaturunterschiede zwischen den Fluiden in den Leitungen auszugleichen.
Die Kupplung 128 ist dazu bestimmt, mit einem Verbinder 133 zusammenzuwirken. Wenn der Verbinder 133 in die Kupplung 128 eingesetzt wird, wird ein Ventil 134 in Leitung 126 vor der Kupplung 128 geschlossen, so dass anstelle der Probenlösung der Inhalt des Beutels 129 durch Leitung 126 an den Verzweigungspunkt 127 strömt.
Der Beutel 129, der die Prüflösung umfasst, kann etwa 50–100 ml Prüflösung umfassen, die Harnstoff in einer bekannten Konzentration enthält. Die Prüflösung kann kälter als die Temperatur des Dialysates der Probenlösung sein, und dies ist der Grund dafür, warum der Wärmetauscher 132 die Probenlösung auf einen bestimmten Grad erwärmt. Ein Volumen von etwa 55 ml ist für etwa 20 Minuten Verwendung der Prüflösung ausreichend.
An dem Verzweigungspunkt 127 wird die Probenlösung von Leitung 126 in drei Zweige unterteilt. Der erste Zweig verläuft über eine Leitung 135 zu einer Pumpe 136 vom Schlauchpumpentyp (peristaltischem Typ). Der zweite Zweig verläuft über ein Ersatzvolumen 137 zu einer zweiten Pumpe 138 vom Schlauchpumpentyp. Der dritte Zweig verläuft über eine Leitung 139 zu einer dritten Pumpe 140 vom Schlauchpumpentyp.
Von Pumpe 136 strömt die Probenlösung weiter über eine Leitung 142 an eine Ureasesäule 141 mit der Beschaffenheit eines Wegwerfartikels. Die Säule umfasst eine ausreichende Menge an Urease und weiteres Material, das zur Umwandlung der Harnstoffinhalte der Probenlösung in Ammoni umionen und Bicarbonationen erforderlich ist, wie oben beschrieben ist. Die Säule 141 ist als eine Kartusche mit einer spezifischen Form und mit Verbindungen geformt, so dass sie leicht mit dem Harnstoffsensor verbunden werden kann.
Vor der Ureasesäule 141 wird Kohlendioxidgas an die Leitung 142 beispielsweise in eine T-Kopplung 143 geliefert. Der Druck des gelieferten Gases wird durch einen Druckmesser 144 gemessen. Die Menge an Gas, die geliefert wird, wird durch eine Ventilanordnung gesteuert, wie nachfolgend detaillierter beschrieben ist.
In der Ureasesäule 141 wird der Harnstoffgehalt der Lösung in Ammoniumionen und Bicarbonationen zersetzt. Die umgewandelte Lösung wird über eine Leitung 145 an eine Blasentrenneinrichtung 146 geführt. Von der Auslassverbindung der Blasentrenneinrichtung strömt die Lösung weiter über ein Ventil 147 (nachfolgend näher beschrieben) über eine Leitung 148 an eine vierte Pumpe 149.
Alle Pumpen 136, 138, 140, 149 werden durch einen gemeinsamen Motor 150 über eine gemeinsame Welle oder über eine geeignete Transmission angetrieben. Die Pumpen sind bevorzugt so genannte Schlauchpumpen (peristaltische Pumpen). Die Pumpe 136 besitzt bevorzugt eine geringfügig größere Kapazität als die anderen Pumpen, die zueinander dieselbe Kapazität besitzen, die etwa 0,6 ml/min für die Pumpen 138, 140, 149 betragen kann und etwa 20% mehr für die Pumpe 136 betragen kann. Die Pumpe 140 kann eine andere und/oder separate Kapazität besitzen.
Im Normalbetrieb herrscht zwischen der ersten Pumpe 136, der Leitung 142, der Ureasesäule 141, der Leitung 145, der Blasentrenneinrichtung 146, über das Ventil 147, der Leitung 148 und der Pumpe 139 ein geschlossenes System vor. Somit muss die Differenz der Kapazität (etwa 20%) zwischen den Pumpen 136 und 149 über die zweite Leitung 151 der Blasentrenneinrichtung für getrennte Gase abgegeben werden. Somit wird die Einlasslösung über Leitung 145 an die Blasentrenneinrichtung 146 in zwei Ströme unterteilt, nämlich 20% über Leitung 151 und 80 % über Leitung 148. Der Hauptanteil des Gasinhaltes der Einlassleitung 145 strömt über den oberen Auslass an Leitung 151 aus.
Die Lösung, die durch Leitung 148 an die Pumpe 149 ausströmt, ist somit mehr oder weniger vollständig frei von Gasen. Diese Lösung wird über eine Leitung 152 an eine Leitfähigkeitsmesszelle 153 weitergeführt.
Von dem Verzweigungspunkt 127 wird eine Teilmenge der Probenlösung über das Volumen 137 und die Pumpe 138 und über eine Leitung 154 an eine zweite Leitfähigkeitsmesszelle 155 geführt. Auf diese Art und Weise wird eine Zeitverzögerung bezüglich der das Volumen 137 durchlaufenden Teilmenge erzielt, die in etwa gleich groß wie die Zeitverzögerung für die die Ureasesäule durchlaufende Teilmenge ist.
Bevor die Lösungen in den Leitungen 152 und 154 ihre jeweilige Leitfähigkeitsmesszelle 153, 155 erreichen, strömt die Lösung durch Schläuche, beispielsweise in der Form von Wärmetauscherwindungen 156, 157, die in dem Wärmetauscher 114 positioniert sind und somit von Dialyselösung mit relativ konstanter Temperatur umgeben sind. Die Bedingungen sind so, dass die Lösungen in den beiden Windungen 156, 157 durch in etwa dieselben Volumen und Leitungslängen auf ihrem Weg zu den Windungen 156, 157 geströmt sind. Überdies sind die Windungen sehr dicht benachbart zueinander in dem Wärmetauscher positioniert, was bedeutet, dass die Temperatur der beiden Lösungen gleich oder sehr ähnlich ist, typischerweise kleiner als eine Differenz von 0,01°C.
Die Differenz der Leitfähigkeit zwischen den beiden Lösungen hängt von dem Gehalt an Ammoniumionen und Bicarbonationen in der katalytisch zersetzten Lösung ab, der somit gemessen und bezüglich der Harnstoffgehalte korreliert werden kann.
Infolge der Lieferung von Kohlendioxid ist die Beziehung zwischen der Menge an Harnstoff und Ammoniumionen über einen großen Bereich linear, der bei der Messung der vorliegenden Erfindung ausreichend ist. Somit sind keine Kalibrierungen für Korrekturen möglicher Abweichungen von einer linearen Beziehung erforderlich.
Von den beiden Leitfähigkeitsmesszellen 153, 155 strömt die Lösung über eine gemeinsame Leitung 158 an eine Druckausgleichsvorrichtung 159 weiter. In der Leitung 158 ist ferner eine Masseverbindung 160 angeordnet, um sicherzustellen, dass von der Umgebung keine elektrischen Störungen über die Lösung eintreten.
Die Druckausgleichsvorrichtung 159 umfasst einen Behälter 161 mit einer Einlassverbindung von Leitung 158 und einer Auslassverbindung zu einer Auslassleitung 162, wobei beide bevorzugt in dem unteren Bereich 161 angeordnet sind. In dem oberen Ende des Behälters ist eine Verbindung mit einer Leitung 163 vorgesehen, die mit einem Druckmesser 165 endet.
Das Signal von dem Druckmesser 165 steuert den Öffnungsgrad eines Ventiles 164, das in der Auslassleitung 162 positioniert ist.
Wenn Lösung in den Behälter 161 über Leitung 158 eintritt, wird der Behälter gefüllt und Luft strömt über Leitung 163 aus und beeinflusst den Druckmesser 165. Wenn ein gewisser vorbestimmter Druck in dem Behälter 161 vorherrscht, wird das Ventil 164 geöffnet und erlaubt, dass die Lösung über Leitung 162 und Ventil 164 nach außen strömen kann. Somit wird ein gewisser vorbestimmter Druck in dem Behälter 161 beibehalten und über die verbleibende Menge an Luft in dem Behälter 161 und das Ventil 164 gesteuert.
Die verbleibende Menge an Luft in dem Behälter 164 wirkt als ein Luftpolster, das mögliche Druckschwingungen dämpft, die beispielsweise während eines Pumpenhubes auftreten können. Mittels der Vorrichtung 159 wird in den Leitungen zwischen den Pumpen und bis zu der Vorrichtung 159 ein Überdruck erhalten. Dieser Überdruck bedeutet, dass mögliches verbleibendes Kohlendioxid in der Lösung, die über Leitung 152 strömt, und andere mögliche verbleibende Gasblasen in den Lösungen, die die Leitfähigkeitszellen erreichen, sich in der Flüssigkeit lösen. Auf diese Art und Weise werden Probleme in Verbindung mit der Messung in den Leitfähigkeitsmesszellen vermieden. Es ist bekannt, dass Gasblasen die Messung in den Leitfähigkeitsmesszellen erheblich stören.
Es ist auch möglich, den Druck der Vorrichtung 159 durch Schließen des Ventils 164 zu ändern, so dass der Druck temporär oder intermittierend ansteigt. Eine Änderung des Leitfähigkeitswertes (insbesondere ein An stieg) bei erhöhtem Druck zeigt einen Fehler in den Leitfähigkeitsmesszellen an, wie oben beschrieben ist.
Die vorliegende Erfindung verwendet Doppelgastrenneinrichtungen, nämlich eine erste Trenneinrichtung 122 zur Entnahme einer Probe von der Dialyselösung, die im Wesentlichen blasenfrei ist, und eine zweite Trenneinrichtung 146, die einen möglichen Überschuss von geliefertem Kohlendioxidgas trennt. Überdies wird die zusätzliche Sicherheitsmaßnahme eines erhöhten Druckes verwendet. Die Löslichkeit von Gas in einer Flüssigkeit vermindert sich mit zunehmender Temperatur; aber die Temperatur ist bei der vorliegenden Erfindung relativ konstant.
Vom Ventil 164 strömt die Lösung zu der Auslassleitung 115 für Dialysatlösung aus und wird an einen Ausguss etc. geliefert.
Die dritte Pumpe 140 ist mit dem Verzweigungspunkt 127 über Leitung 139 verbunden und entnimmt eine Prüfprobe mit konstanter Durchflussgeschwindigkeit, beispielsweise etwa 0,6 ml/min. Von Pumpe 140 strömt diese Probenlösung über eine Leitung 166 an einen Auslass 167 und über ein Ventil 171 an die Auslassleitung 115. In den Auslass 167 kann ein Verbinder 170 eingesetzt sein, der über eine Leitung 169 mit einem Sammelbeutel 168 verbunden ist. Wenn der Verbinder 170 in den Auslass 167 eingesetzt wird, wird das Ventil 171 geschlossen, und die gesamte Lösung in Leitung 166 muss an das Sammelgefäß 168 strömen.
Bevorzugt wird die Pumpe 150 mit konstanter Drehzahl betrieben, um eine konstante Teilmenge der Dialysatlösung zu entnehmen; die durch den gesamten Harnstoffsensor strömt. Alternativ dazu kann die Pumpe 150 mit einer Drehzahl betrieben werden, die proportional zu der Menge an Dialysatlösung, die in der Auslassleitung 115 strömt, beispielsweise mit einer Proportionalitätskontante von 1 : 500 ist, und wird für den Zweck verwendet, der in der europäischen Patentanmeldung 94 102 383.0 angegeben ist. In diesem Fall wird der Motor 150, der Pumpen 136, 138, 140, 149 antreibt, durch ein Signal gesteuert, das von der Dialysevorrichtung erhalten wird, so dass die Proportionalitätskonstante erhalten wird. Alternativ dazu ist es möglich, die Messung des Dialysedurchflusses zu verwenden, die über den Heizstab 117 und die entsprechenden Temperatursensoren 110, 119 erzielt wird.
Kohlendioxidgas wird über die T-Verbindung 143 an die Probenlösung geliefert, wie oben beschrieben ist. Das Kohlendioxidgas wird von einer geeigneten Quelle 132 für Kohlendioxidgas erhalten, die eine Kohlendioxidkartusche oder eine Vorrichtung zur Erzeugung von Kohlendioxidgas vor Ort sein kann.
Der Druck von der Quelle für Kohlendioxidgas wird mit einem Regler 173 mit bekanntem Aufbau gesteuert, und der Auslassdruck wird durch einen Drucksensor überwacht.
Die beiden Ventile 175, 176 sind in einer Leitung 177 angeordnet, die von dem Druckregler 173 zu der T-Kopplung 143 führt. Die Ventile 175, 176 sind so gesteuert, dass, wenn eines offen ist, das andere geschlossen ist. Durch Steuerung der Frequenz zum Öffnen und Schließen der Ventile wird die Menge an Kohlendioxidgas, die die Ventile 175, 176 durchströmt, gesteuert, wenn der Druckunterschied über die Ventile bekannt ist. Der Druckunterschied wird durch die Drucksensoren 174 und 144 gemessen.
Die Menge an Kohlendioxidgas, die in den Verzweigungspunkt 143 eingeführt wird, wird so gesteuert, dass eine ausreichende Menge an Kohlendioxidgas eingeführt wird, während ein zu großer Überschuss vermieden wird.
Die Leitung 177 umfasst ein Ventil 178, das die Leitung 177 bei bestimmten Betriebszuständen mit dem Behälter 159 verbindet, wie beispielsweise bei einer Desinfektion des Systems.
Es ist eine Bypassleitung 179 vorgesehen, die die Ureasesäule 141 umgeht, wenn diese aus ihrem Halter genommen wird.
Der Wärmetauscher 114 umfasst einen zylindrischen oder rechtwinkligen Behälter 180 mit einem relativ großen Volumen, beispielsweise 2 dl. Das Dialysat umgibt die Wärmewindungen 156 und 157, so dass sie dieselbe Temperatur wie das Dialysat und gegenseitig dieselbe Temperatur mit einer sehr großen Genauigkeit erhalten.
Die Leitfähigkeitsmesszellen 153, 155 sind in dem unteren Bereich des Behälters an der Außenseite des Behälters 180 positioniert, wie aus 10 deutlich wird. Die Wärmewindungen 156, 157 enden in zwei Öffnungen 181 und 182 durch den relativ dicken Boden 183 des Behälters. An der Außenseite des Bodens 183 (oder in einer Ausnehmung in der Bodenplatte) sind die beiden Leitfähigkeitsmesszellen 153, 155 in einer einzelnen Einheit auf demselben Substrat integriert. Somit wird sichergestellt, dass sie dieselbe Temperatur annehmen. Da sich beide Zellen in enger thermi scher Nähe befinden, ist die Genauigkeit, die für den Temperatursensor erforderlich ist, verringert.
Wie in 11 gezeigt ist, umfassen die Leitfähigkeitsmesszellen zwei Platten 184, 185, die beispielsweise aus Saphir bestehen und jeweils eine konkave Längsausnehmung 187 bzw. 188 umfassen. Die Platten sind vollständig symmetrisch und weisen zueinander und sind miteinander über federbelastete Befestigungsmittel verbunden (in 11 nicht gezeigt), so dass eine Dichtung 186 zwischen den Saphirplatten stets belastet ist. Die Dichtung 186 kann sehr dünn ausgebildet sein und besteht aus einem Kunststoffmaterial, das bezüglich des Dialysates inert ist, wie beispielsweise Polypropylen.
Gegenüber der entsprechenden Ausnehmung 187, 188 sind mehrere Goldelektroden 189, 190 vorgesehen, die sich zu den Seiten der Platte nach außen erstrecken. Jede Elektrode wirkt mit einem entsprechenden Kontakt 191 zusammen, von denen in 11 nur einer gezeigt ist. Es sind prinzipiell sechs gleiche Elektroden 189 vorhanden, die symmetrisch um eine gemeinsame Elektrode 190 positioniert sind.
Zwischen den beiden äußeren Elektroden 189 und der Elektrode 190 wird über einen Stromgenerator ein elektrischer Strom angelegt. Die Spannung über die beiden nächsten folgenden Elektroden auf jeder Seite wird gemessen und ergibt zwei Messsignale, die prinzipiell gleich groß sein sollten (möglicherweise nach einer Korrektur infolge unterschiedlicher Abstände).
Die Goldelektroden 189, 190 können mittels bekannter Techniken aufgebracht werden, wie beispielsweise elektrochemisches Beschichten oder mittels Ionenunterstützung oder Ionenimplantation. Es können auch andere bekannte Verfahren verwendet werden.
Da die Platten aus Saphir mit einer guten Wärmeleitfähigkeit bestehen, treten innerhalb der Leitfähigkeitsmesszelle nur kleine Temperaturunterschiede auf. Selbstverständlich können auch andere herkömmliche Materialien verwendet werden.
Die Probenlösung tritt jeweils durch Löcher 181, 182 in jede Ausnehmung 187, 188 ein und strömt in derselben Richtung zu Auslasslöchern 192, 193, um ähnliche Temperaturbedingungen zu erhalten. Es ist alternativ dazu möglich, dass die Strömung durch die Ausnehmungen in entgegengesetzten Richtungen erfolgt.
Bei einer alternativen Ausführungsform besitzt jede Platte zwei Ausnehmungen, und die Platten sind so positioniert, dass jede Ausnehmung zu einer entsprechenden Ausnehmung in der anderen Platte weist. Eine weitere Alternative besteht darin, eine Platte mit zwei Ausnehmungen zu versehen, während die andere Platte eben und mit den Elektroden versehen ist. In sonstiger Hinsicht ist der Betrieb identisch zu der oben beschriebenen Ausführungsform.
Die Platten 184, 185 werden über ein federbelastetes Befestigungsmittel 194 aneinander gehalten, wie in 10 gezeigt ist. Es können viele derartige Befestigungsmittel über die Peripherie der Platten verteilt sein, um an den Platten 184, 185 und der dazwischen angeordneten Dichtung 86 eine gleichförmige Druckverteilung vorzusehen. Auch tragen die Kontakte 191 dazu bei, um die Platten aneinander zu halten.
Der oben beschriebene Harnstoffsensor erfordert eine Reinigung und Desinfektion in regelmäßigen Intervallen, um eine hohe Genauigkeit beizubehalten. Eine Desinfektion mit Wärme kann gleichzeitig mit der Dialysevorrichtung, mit der der Harnstoffsensor verbunden ist, ausgeführt werden. Die Desinfektion kann nach jeder Behandlung oder nach jedem Tag erfolgen.
Wenn die Dialysevorrichtung desinfiziert wird, strömt Dialysat mit erhöhter Temperatur durch den Harnstoffsensor, die durch die Temperatursensoren 119 und 110 erfasst wird. Anschließend wird der Betrieb des Harnstoffsensors auch zu der Wärmedesinfektion geschaltet, und der Heizstab 117 heizt das Einlassdialysat weiter auf eine Temperatur von etwa 95°C. Die Ureasesäule 141 muss getrennt werden und die Bypassleitung 179 wird aktiviert, da das Ureasematerial diese hohen Temperaturen nicht aushält. Auf diese Art und Weise wird eine wirksame Wärmedesinfektion des Harnstoffsensors erhalten. Der Harnstoffsensor kann auch durch chemische Mittel gereinigt werden.
Bei der Desinfektion (chemisch und/oder mit Wärme) sind die Ventile in bestimmten Stellungen angeordnet, wie in den 12 und 13 gezeigt ist. 12 zeigt eine Desinfektion, Phase 1. Anschließend strömt Fluid von dem Einlass 125 über Leitung 126, Ventil 131, Windung 132 zu Punkt 127. Von Punkt 127 strömt das Fluid weiter über Pumpe 138, Leitung 154, Windung 157, Zelle 155, Leitung 158, Gefäß 161 und Ventil 164 an den Auslass 116. Überdies strömt die Lösung von Punkt 127 über Leitung 139, Pumpe 140, Leitung 166, Verbinder 167 an das Ventil 171.
Das Ventil 180, das das Ventil 171 mit dem Auslass verbindet, ist jedoch geschlossen, wie durch das Kreuz 181 in 12 gezeigt ist. Somit muss die Lösung in Leitung 166 über Ventil 171 und rückwärts in Leitung 151 an die Blasentrenneinrichtung 146 und dann über Ventil 147, Leitung 148, Pumpe 149, Leitung 152, Windung 156, Zelle 153 an die Leitung 158 und weiter an den Auslass strömen.
Gleichzeitig strömt die Lösung von Punkt 127 über Leitung 135 und Pumpe 136 an die Leitung 142. Infolge der Strömungsbedingungen ist der Druck an dem Punkt 143 und der Druck an dem Einlass zu der Blasenkammer 146 in etwa gleich, und dies ist der Grund, warum die Lösung nicht durch die Bypassleitung 179 über Leitung 145 an die Blasentrenneinrichtung 146 strömt, sondern statt dessen von dem Verzweigungspunkt 143 und rückwärts in Leitung 177 (in der normalerweise nur Kohlendioxid vorhanden ist) und dann über Ventil 178 und Leitung 182 an das obere Ende der Kammer 159 strömt. In dieser ersten Phase wird der Hauptteil des Systems mit Ausnahme von Ventil 180 und Leitung 145 und der Bypassleitung 179 desinfiziert.
In der zweiten Phase der Reinigung, wie in 13 gezeigt ist, wird das Ventil 180 umgeschaltet, so dass es offen ist, und das Ventil 147 wird geschaltet, um die Leitung 148 mit einer Leitung 183 zu verbinden und die Verbindung zwischen der Blasentrenneinrichtung 146 und der Leitung 148 zu blockieren. Durch diese Maßnahme werden die Leitung 145 und die Bypassleitung 179 mit einem großen Durchfluss desinfiziert, was eine große Erwärmung (bei Wärmedesinfektion) zur Folge hat. Überdies ist das Ventil 164 geschlossen, was bedeutet, dass die Strömung in Leitung 182 ihre Richtung ändert und von Kammer 159 an das Ventil 178 und den Punkt 143 gelangt.
Die vorliegende Erfindung ist oben unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben worden, die in den Zeichnungen gezeigt sind. Die Erfindung kann jedoch auf eine Vielzahl von Arten innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung variiert und modifiziert werden. Die verschiedenen einzelnen Merkmale, die in einer oder den anderen Zeichnungen gezeigt sind, können auf eine Art und Weise kombiniert werden, die von denjenigen, die in den Zeichnungen gezeigt sind, verschieden sind. Solche Modifikationen, die für Fachleute, die diese Beschreibung lesen, offensichtlich sind, sind als innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung anzusehen. Die Erfindung ist nur durch die angefügten Patentansprüche begrenzt.

Claims

Verfahren zum Messen der Konzentration einer Substanz, die eine katalytische Zersetzung erfordert, um gemessen werden zu können, in einer zusammengesetzten Lösung, die Hydrogencarbonationen umfasst, durch katalytische Reaktion mit einem Katalysator in einer Reaktorsäule zur Zersetzung der Substanz und zum Messen der Differenzleitfähigkeit zwischen der reagierten Lösung und der nicht reagierten Lösung, um eine Anzeige bezüglich der Konzentration der Substanz in der Lösung vorzusehen, dadurch gekennzeichnet, dass der Lösung vor der Reaktion in der Reaktorsäule Kohlendioxid zugesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lösung Kohlendioxid in Gasform zugesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Kohlendioxid der Lösung mittels eines Silikonschlauchs zugesetzt wird, der Kohlendioxidgas auf einer Seite und die Lösung auf der anderen Seite umfasst, um Kohlendioxidgas durch den Silikonschlauch in die Lösung diffundieren zu lassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck der Lösung während zumindest des Messschrittes auf einen Überdruck von beispielsweise etwa 0,1 MPa angehoben wird, um die Löslichkeit von Kohlendioxidgas in der Lösung zu erhöhen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur beispielsweise auf etwa 25°C während zumindest des Messschrittes abgesenkt wird, um die Löslichkeit von Kohlendioxidgas in der Lösung zu erhöhen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzleitfähigkeit von reagierter und nicht reagierter Lösung mittels einer einzelnen Messzelle gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messzelle mit der Lösung zuerst vor der Reaktorsäule zum Messen der nicht reagierten Leitfähigkeit und anschließend nach der Reaktorsäule zum Messen der reagierten Leitfähigkeit mittels von Ventilen verbunden wird (3).
Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein Umlenken der Lösung an der Reaktorsäule vorbei über eine Nebenschlussrohrleitung zur Messung der nicht reagierten Leitfähigkeit und zum Leiten der Lösung durch die Reaktorsäule zum Messen einer reagierten Leitfähigkeit mit einer einzelnen Messzelle, die nach der Reaktorsäule positioniert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzleitfähigkeit durch zwei separate Messzellen gemessen wird, wobei die Lösung in zwei Zweige aufgeteilt wird, und der erste Zweig die Reaktorsäule und eine erste Messzelle durchläuft und der zweite Zweig eine zweite Messzelle durchläuft.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Zweig eine Verzögerungsvorrichtung umfasst, so dass der Durchgang durch beide Zweige zu jeweiligen Messzellen in etwa dieselbe Zeitdauer benötigt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert der Lösung nach der Reaktion in der Reaktorsäule zwischen etwa 6 und etwa 8 liegt und bevorzugt niedriger als etwa 7,4 ist, und dass die katalysierte Reaktion ist: (NH₂)₂CO + CO₂ + 3H₂O → 2NH₄ ⁺ + 2HCO3^– .
Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen Wärmeausgleich der Lösung in den ersten und zweiten Zweigen vor jeder Messzelle in einem Wärmetauscher; eine Temperaturkompensation der Differenzleitfähigkeit durch eine mittlere Temperatur des Wärmetauschers; und Berechnung einer Harnsäurekonzentration oder einer Konzentration einer ähnlichen Substanz.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine mittlere Temperatur des Wärmetauschers durch Messen der Temperatur eines wärmetauschenden Fluides in Wärmeaustauschverbindung mit der Lösung in den ersten und zweiten Zweigen gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Leitfähigkeitszelle in enger thermischer Nähe bevorzugt auf ein und demselben Substrat vorgesehen ist.
Vorrichtung zum Messen der Konzentration einer Substanz, die eine katalytische Zersetzung erfordert, um gemessen werden zu können, in einer zusammengesetzten Lösung, die Hydrogencarbonationen umfasst, durch katalytische Reaktion durch einen Katalysator zum Zersetzen der Substanzen, mit: einer Reaktorsäule (10), die die Substanzen umfasst; einer Messvorrichtung (7) zum Messen der Differenzleitfähigkeit von sowohl der reagierten als auch nicht reagierten Lösung; und einer Vorrichtung (78) zur Berechnung der Konzentration der Substanzen in der Lösung, gekennzeichnet durch eine Ladevorrichtung (4) zum Zusetzen von Kohlendioxid zu der Lösung vor der Reaktorsäule.
Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch einen Silikonschlauch (45) zum Zusetzen von Kohlendioxid in Gasform zu der Lösung.
Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch einen Blasendetektor (52) zur Detektion verbleibender Gasblasen in der Lösung in Verbindung mit der Messvorrichtung (7).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15–17, gekennzeichnet durch eine Anordnung (53, 3), um einen erhöhten Druck in zumindest der Messvorrichtung (7), beispielsweise einen Überdruck von et wa 0,1 MPa zu erhalten, um die Löslichkeit von Kohlendioxidgas in der Lösung zu erhöhen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15–18, gekennzeichnet durch eine Anordnung (55, 56) zum Absenken der Temperatur beispielsweise auf etwa 25°C in zumindest der Messvorrichtung (7), um die Löslichkeit von Kohlendioxidgas in der Lösung zu erhöhen:
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15–19, gekennzeichnet durch eine einzelne Messzelle zum Messen der Differenzleitfähigkeit vor bzw. nach der Reaktorsäule (10).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15–19, gekennzeichnet durch eine erste Messzelle (7a) zum Messen der reagierten Leitfähigkeit und eine zweite Messzelle (7b) zum Messen der nicht reagierten Leitfähigkeit, wobei das System zwei Zweige für die Probenlösung umfasst, wobei der erste Zweig die Reaktorsäule (10) und die erste Messzelle (7a) und der zweite Zweig die zweite Messzelle (7b) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Zweig eine Verzögerungsrohrleitung (22) umfasst, so dass der Durchgang durch beide Zweige zu der jeweiligen Messzelle in etwa dieselbe Zeitdauer benötigt.
Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, gekennzeichnet durch einen Wärmetauscher (70–77), um die Temperatur der Lösungen in beiden Zweigen in enger Beziehung zueinander beizubehalten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 – 23, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert der Lösung zwischen etwa 6 und etwa 8 und bevorzugt unter etwa 7,4 liegt, und dass die katalysierte Reaktion ist: (NH₂)₂CO + CO₂ + 3H₂O → 2NH₄ ⁺ + 2HCO₃ ^– .
Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch einen ersten Zweig zum Leiten reagierter erster Lösung durch die Reaktorsäule (10) und eine erste Leitfähigkeitszelle (7a) und einen zweiten Zweig zum Leiten von nicht reagierter zweiter Lösung durch eine zweite Leitfähigkeitszelle (7b); Wärmeausgleichswindungen (71, 72), die die ersten und zweiten Lösungen umfassen und in einem Wärmetauscher (70) vor jeder Leitfähigkeitszelle ausgebildet sind; einen Temperatursensor (110) zum Messen einer mittleren Temperatur des Wärmetauschers; und eine Berechnungsvorrichtung (78) zur Berechnung einer Differenzleitfähigkeit und dann einer Temperaturkompensation der Differenzleitfähigkeit durch die mittlere Temperatur und Berechnung der Konzentration der Substanz.
Vorrichtung nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch einen Temperatursensor (110) zum Messen der Temperatur eines wärmetauschenden Fluides in dem Wärmetauscher, die die mittlere Temperatur ist.
Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Leitfähigkeitszellen (7a, 7b) in enger thermischer Nähe bevorzugt auf ein und demselben Substrat angeordnet sind.