DE7632036U - MeBkammeranordnung für elektrochemische Meßeinrichtungen - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER

D(PL-ING

H. KINKELDEY

DR-INQ

W. STOCKMAIR

OR-INO A« (CALTECHI

K. SCHUMANN

_a DR RER NAT DlPL-PHYS

P. H. JAKOB

DtPL-INQ-

G. BEZOLD

CR RER NAT OFL-CHEM

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

PH 10 94-3 22. Juli 1977

Radiometer A/S
Emdrupvej 72
DK-24-00 Kopenhagen
Dänemark

Messkammeranordnung für elektochemische

Die Erfindung betrifft eine Messkammeranordnung und "bezieht sich insbesondere auf eine Messkammeranordnung für elektrochemische Messapparaturen.

Elektrochemische Messeinrichtungen oder -apparaturen, bei welchen eine Vielzahl unterschiedlicher Messungen gleichzeitig oder aufeinanderfolgend in einer entsprechenden
Anzahl von miteinander in Verbindung stehenden und in einer Messkammeranordnung enthaltenen Messkammern ausgeführt werden, sind bekannt. Sollen die Messapparaturen oder -vorrich-

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tungen zum Ausführen sehr genauer Messungen an sehr kleinen Flüssigkeits- oder Gasproben imstande sein, so sind höchste Ansprüche an die Messkammern und die die Messkammern miteinander verbindenden Verbindungskanäle zu stellen. Liegt die zu untersuchende Materialprobe als Gas oder Flüssigkeit (mit eventuell darin gelöstem Gas) vor, so müssen die die Messkammern und die Verbindungskanäle definierenden inneren Oberflächen derart beschaffen sein, daß sie nicht die Zusammensetzung oder die Eigenschaften der Probe in nennenswertem Ausmaße beeinflussen oder verändern, wenn die Probe durch die Messkammeranordnung hindurchgeführt wird. Ein Wechsel der Zusammensetzung der Materialprobe kann beispielsweise durch Verunreinigung mit Stoffen erfolgen, die von einer vorangehenden Untersuchung her in der Einrichtung zurückgeblieben sind. Ferner können in die Probe Gasmengen absorbiert werden, die von den Wandungen der Messkammern stammen,oder können Gase von den Wandungen der Messkammern absorbiert werden, die aus den Materialproben stammen. Aus den vorstehend genannten Gründen ist es ratsam, die Messkammeranordnungen der in Eede stehenden Art aus einem Material herzustellen, welches eine große Oberflächendichte besitzt und sich gegenüber den Materialproben inert verhält, wie beispielsweise nichtrostender Stahl oder. Glas. Werden derartige Materialien verwendet, so ist es erforderlich, die Oberflächen der.Messkammern und der Verbindungskanäle durch Schleifen oder Polieren zu behandeln oder zu bearbeiten. Üblicherweise besitzen sowohl die Messkammern als auch die Verbindungskanäle sehr geringe Abmessungen und relativ komplizierte Gestaltungen, weshalb die Herstellung einer derartigen Messkammeranordnung aus Glas, nichtrostendem Stahl oder vergleichbaren Werkstoffen relativ kostspielig ist. Zur Verringerung der Kosten hat es sich häufig als erforderlich erwiesen, die Messkammeranordnung aus Kunststoff herzustellen, wenngleich ein solcher Werkstoff weniger geeignet ist und in einigen Fällen Änderungen der Zusammensetzung einer in die

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Messkammer eingebrachten Materialprobe in einem solchen Ausmaß hervorgerufen werden, daß der Messfehler, so weit als möglich, kompensiert werden muß.

In der britischen Patentschrift 1 346 533 ist eine Messkammeranordnung mit Messkammern beschrieben, die durch eine Vielzahl von im Abstand voneinander angeordneten Ausnehmungen oder Aushöhlungen in einer Seitenfläche eines blockförmigen Körpers definiert sind, wobei benachbarte Ausnehmungen oder Aushöhlungen mit Hilfe eines V-förmigen Verbindungskanals verbunden sind.

Bei der erfindungsgemäßen Messkammereinrichtung sind zwei oder mehr Messkammern in Form von Ausnehmungen oder Aushöhlungen in der Oberfläche eines blockförmigen Körpers vorgesehen, wobei die Ausnehmungen oder Aushöhlungen mit Hilfe von in dem Körper ausgebildeten Durchtritten oder Bohrungen miteinander verbunden sind.

Ein Ziel der Erfindung besteht darin, eine Messkammeranordnung der genannten Gattung zu schaffen, die einfach herstellbar seh soll und bei welcher die Oberflächen der Messkammern und der Verbindungskanäle zwecks Erzielung der angestrebten Oberflächeneigenschaften relativ einfach zu bearbeiten sind.

Die Messkammeranordnung nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Ausnehmungen oder Aushöhlungen in einander gegenüberliegenden Oberflächenbereichen des blockförmigen Körpers ausgebildet sind und daß alle Verbindungskanäle oder Durchtritte geradlinig verlaufen und eine Ausnehmung in einem Oberflächenbereich mit einer Ausnehmung in dem anderen Oberflächenbereich verbindet.

Es versteht sich, daß eine derartige Messkammeranordnung re-

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lativ leicht aas einem blockförmigen Körper aus Glas, nichtrostendem Stahl oder anderen Material mit geeigneten Eigenschaften hergestellt werden kann, Dabei können die Axisnehmungen oder Aushöhlungen in den einander gegenüberliegenden Oberflachenbereichen durch Drehen, Schleifen oder andere geeignete Maßnahmen herbeigeführt werden. Die sich geradlinig erstreckenden Verbindungskanäle oder -bohrungen, die¹ eich auf kürzestem Wege zwischen zwei benachbart angeordneten Ausnehmungen oder Aushöhlungen durch die blockförmigen Körper erstrecken, können mittels eines einfachen Bohrvorganges hergestellt werden. Wegen der einfachen Gestalt der erfindungsgemäßen Meßkammeranordnung können die Oberflächen der Ausnehmungen und Verbindungskanäle auf relativ einfache Weise durch Schleifen, Polieren und dergleichen bearbeitet werder.

Außerdem macht^:es die Anordnung der Messkammer-Ausnehmungen in gegenüberliegenden Oberfla.chenbereich.en des blockförmigen Körpers möglich, eine kompaktere Messeinrichtung zu erzielen, als bei Anordnungen, in welchen die Messkammern auf der gleichen ßeitenoberfläche des blockförmigen K^rpex^s angeordnet sind. Weil die Verbindungskanäle oder -bohrungen zwischen den Messkammern geradlinig verlaufen,können dieselben sehr einfach sauber gehalten werden, wodurch sich Verunreinigungen einer zu untersuchenden Probe durch von einer vorhergehend untersuchten Probe stammende Stoffe weitgehend vermeiden lassen.

Die Ausnehmungen im blockförmigen Körper können beispielsweise derart miteinander verbunden sein, daß drei oder mehr Verbindungskanäle von einer zentral angeordneten Bohrung zu einer entsprechenden Anzahl von in dem gegenüberliegenden Oberflächenbereich des Körpers ausgebildeten Ausnehmungen verlaufen. Erfindungsgemäß sind die Ausnehmungen in einander gegenüberliegenden Oberflächenbereichen des blockförmigen Körpers je-

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doch vorzugsweise mit Hilfe von geradlinigen Bohrungen oder Kanälen in Reihe hintereinanderliegend miteinander verbunden. In diesem "bevorzugten Fall bilden die Ausnehmungen oder Vertiefungen und die Verbindungskanäle oder -bohrungen gemeinsam einen kontinuierlichen Messkanal, der über seine Länge eine relativ gleichmäßige Querschnittsfläche besitzen kann, Innerhalb der Erfindung ist es gleichfalls bevorzugt, je zwei aufeinanderfolgende, miteinander verbundene Vertiefungen oder Aushölungen in den einander gegenüberliegenden Oberflächenbereichen in bezug aufeinander versetzt anzuordnen, wobei sich dann jeder Verbindungskanal in einer geneigten oder schrägen Richtung zwischen den Umfangszonen der miteinander verbundenen Vertiefungen oder Ausnehmungen erstreckt. Durch, eine solche Ausführungsform der Erfindung kann ein Messkanal ohne plötzliche Richtungswechsel erhielt werden und wegen des Umstandes, daß sich die Verbindungskanäle oder -bohrungen in die Umfangs- oder Randzonen der Vertiefungen oder Ausnehmungen öffnen, ist es möglich, vorteilhafte Strömungsbedingungen ohne die Ausbildung sogenannter Taschen zu erzielen, wenn man eine Materialprobe durch den Messkanal hindurchströmen läßt. Durch eine solche Anordnung der als Messkammern dienenden Vertiefungen oder Ausnehmungen wird auch eine günstige wechselseitige Anordnung der den Messkammern zugeordneten Messinstrumente erzielt.

Die als Messkammern verwendeten Vertiefungen oder Aushöhlungen müssen selbstverständlich in der einen oder anderen Weise verschlossen werden. Dieses kann vorteilhafterweise mit Hilfe des Messinstrumentes geschehen, welches einer jeden einzelnen Messkammer zugeordnet ist. Dieses Messinstrument kann beispielsweise eine elektrochemische Messelektrode derjenigen Art se-'.n, die an einem Ende eine semipermeable Membran besitzt. Die Messelektrode kann dann kontinuierlich derart in dem blockförmigen Körper befestigt sein, daß das mit der Mem-

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bran versehene Ende der Messelektrode auf die Vertiefung oder Ausnehmung gerichtet ist und dieselbe nach außen abdichtet, wobei nach Möglichkeit noch ein Dichtungsring oder ein anderes geeignetes Dichtelement verwendet wird.

Zur Ausführung genauer Messungen ist es häufig erforderlich, dafür Sorge zu tragen, daß sich die zu untersuchende Materialprobe auf einer vorbestimmten Temperatur befindet. Es kann demzufolge erforderlich sein, der Probe innerhalb der Messkammer Wärme zuzuführen oder zu entziehen und aus diesem Grunde kann es vorteilhaft sein, den blockförmigen Körper aus einem Werkstoff mit guten Wärmeleitfähigkeitseigenschaften herzustellen. Nichtrostender Stahl und andere Metalle "besitzen diese guten Eigenschaften. Im Verlaufe bestimmter Messungen können jedoch Fehler dadurch entstehen, daß die Messkammer innerhalb eines elektrisch leitenden Materials ausgebildet ist und demzufolge hat man sich in der Praxis auf Glas oder Kunststoff beschränkt. Glas besitzt eine Anzahl ausgezeichneter Eigenschaften. Es ist jedoch relativ schwierig zu gestalten und oberflächlich zu behandeln. Kunststoff hingegen ist leicht zu gestalten und zu formen und gestattet leicht Oberflächenbehandlungen. Es hat jedoch die bereits genannten weniger vorteilhaften Eigenschaften und außerdem eine relativ schlechte Wärmeleitfähigkeit.

Erfindungsgemäß kann der blockförmige Körper vorteilhafterweise aus einem Glas-Keramik-Werkstoff hergestellt werden. Dieses Material ist in Blockform im Handel erhältlich und besitzt unter seinen Eigenschaften eine ausgezeichnete Bearbeitbarkeit. Außerdem ist dieser Werkstoff dank seiner anderen Eigenschiften zur Herstellung von Messkammeranordnungen der in Rede stehenden Art wenigstens ebenso geeignet wie Glas.

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Die Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zur Herstellung einer Messkammeranordnung der vorstehend beschriebenen Art, wobei nach diesem Verfahren eine Vielzahl von Vertiefungen oder Aushöhlungen in gegenüberliegenden Oberflächenbereicher- eines blockförmigen Körpers hergestellt wird und diesen Körper durchsetzende gradlinige Bohrungen hergestellt werden, die sich zwischen zwei in den genannten gegenüberliegenden Oberflächenbereichen ausgebildeten Vertiefungen oder Aushöhlungen erstrecken.

Ferner umfaßt die Erfindung jegliche Gestalt einer Messkammeranordnung zur Verwendung in Verbindung mit elektrochemischen Messeinrichtungen, insbesondere solchen Messeinrichtungen zum Durchführen von Bestimmungen an sehr kleinen Mengen an Blut oder anderen Körpermedien, wobei die Messanordnung wenigstens teilweise aus einem Glas-Keramik-Werkstoff besteht. Dieses Material hat für diesen speziellen Verwendungszweck überraschend _öute Eigenschaften bewiesen, unabhängig von der Gestalt der Hesskammeranordnung und unabhängig davon, ob zu der Anordnung eine oder mehrere Messkammern gehören.

Im Rahmen vorliegender Erfindung ist unter der Bezeichnung "blockförmiger Körper" nicht nur ein quaderförmig gestalteter Körper, sondern ein jeder Körper mit zwei einander gegenüberliegenden ebenen oder gekrümmten Oberflächenbereichen zu verstehen, die hinreichend weit voneinander entfernt sind, um darin die vorstehend erwähnten Vertiefungen oder Aushöhlungen auszubilden.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung, welche schematisch eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer Messkammereinheit mit dazugehöriger Messapparatur darstellt.

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Die Zeichnung zeigt eine Messkammeranordnung, die aus einem Block 10 aus Glas, einem geeigneten Metall, wie nichtrostendem Stahl, oder einem anderen geeigneten Werkstoff besteht. Vorzugsweise besteht die Anordnung jedoch aus einem Glas-Keramik-Werkstoff, wie beispielsweise dem unter dem Warenzeichen "MACOE" von Corning Glass Works aus Corning im amerikanischen Bundesstaat New Yor"¹" vertriebenen Werkstoff. Der Block 10 besitzt zwei einander gegenüberliegende Seitenflächen 11 und 12, in welchen eine Vielzahl, im vorliegenden Fall drei, Vertiefungen oder Ausnehmungen 13 ausgebildet sind. In Längsrichtung des Blockes 10 sind diese Vertiefungen in bezug zueinander versetzt angeordnet. Die Vertiefungen 13 sind mit Hilfe von schräg oder geneigt verlaufenden Kanälen oder Bohrungen 14 hintereinanderliegend miteinander verbunden (sozusagen hintereinandergeschaltet), wobei sich die Kanäle oder Bohrungen 14 vorzugsweise in die Umfangszonen der Vertiefungen öffnen. Bohrungen 15 erstrecken sich von den im Bereich der Endflächen 16 des Blockes 10 gelegenen Vertiefungen oder Ausnehmungen und öffnen sich in diese Endflächen.

Eine Vielzahl von Messinstrumenten oder Messelektroden 17» 18 und 19 ist derart angeordnet, daß jede Messelektrode eine der entsprechenden Vertiefungen 13 nach außen schließt und abdichtet, so daß in der Vertiefung eine Messkammer definiert ist. Wie deutlich aus der Zeichnung zu erkennen, bilden die durch die Vertiefungen 13 definierten Messkammern gemeinsam mil' den Bohrungen 14 und 15 einen kontinuierlichen leicht zickzack-förmigen Messkanal. Die Messelektroden 17 tis 19 sind in bezug zum Block 10 in jeder geeigneten, nicht dargestellten Weise befestigt. Zum Abdichten der Elektroden 17 bis 19 gegenüber den benachbarten Oberflächenabschnitten des Blockes 10 können Dichtungsringe 20, wie beispielsweise O-Einge verwendet werden. Diese Dichtungsringe 20 können

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gleichzeitig zur Befestigung einer .semipermeablen Membran 21 benutzt werden, die sich über das Elektrodenende erstreckt.

Die beschriebene Messkamm^ranordnung kann in einer automatischen oder halbautomatischen Messapparatur verwendet v/erden, wie beispielsweise einer Messapparatur gemäß US-Patentschrift 3 874- 058. Ist die Messkammeranordnung in einer Vorrichtung zur Untersuchung einer Blutprobe angeordnet, so können die Messelektroden 17» 18 und 19 beispielsweise zum Bestimmen des CO^-Partialdruckes, des pH-Wertes sowie des Sauerstoff-Partialdruckes verwendet werden. Derartige Messelektroden sind bekannt, weshalb auf die in der Zeichnung dargestellten Messelektroden nicht näher eingegangen wird.

Es sei unterstrichen, daß an (^em in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung zahlreiche Veränderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne daß der Erfindungsgedanke verlassen wird. So muß der Block 10 nicht notwendigerweise quaderförmig gestaltet sein, sondern kann beispielsweise auch als Zylinder ausgebildet sein. Die Vertiefungen oder Ausnehmungen können dann in einander gegenüberliegenden Abschnitten der Zylinderoberfläche ausgebildet sein. Es sei ferner bemerkt, daß es nicht erforderlich ist, alle Vertiefungen 13 längs ein und derselben Ebene vorzunehmen. Das heißt, daß die einzelnen Vertiefungen nicht nur in Längsrichtung, sondern auch in seitlicher Richtung versetzt zueinander angeordnet sein können. Selbst wenn die Messkammern vorteilhafterweise mit Hilfe der Messinstrumente oder Messelektroden 17 bis 19 in der in der Zeichnung dargestellten Weise innerhalb der Vertiefungen 13 definiert sind, so sei dennoch unterstrichen, daß die Messkammern wahlweise andersartig definiert sein können, wie beispielsweise mit Hilfe von Platten oder von Vorrichtungsteilen, die in die Seiten-

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Oberflächen 11 und 12 des Blockes 10 eingreifen und in welchen die Messinstrumente befestigt sein können.

Wie bereits erwähnt, haben sich Glas-Keramik-Werkstoffe als überraschend vorteilhaft für Messkammern der in Rede stehenden Art erwiesen, wobei der genannte Werkstoff eine besondere Eignung für Messungen an Blut und anderen Körperflüssigkeiten aufweist. Demzufolge umschließt die vorliegende Erfindung jegliche Verwendung des Glas-Keramik-Werkstoffes für derartige Messkammern, unabhängig von Form und Gestalt.

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Claims (5)

• · ι . ι a · I - 11 - Schutzansprüche

1. Messkammeranordnung, vorzugsweise für elektrochemische Messeinrichtungen, mit zwei oder mehr Messkammern in iOrni von Vertiefungen oder Ausnehmungen in der Oberfläche eines blockföraiigen Körpers, wobei die Vertiefungen mit Hilfe von in dem Korper ausgebildeten Kanälen oder Bohrungen miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen oder Ausnehmungen (13) in einander gegenüberliegenden Oberflächenbereichen (11,12) des blockförmigen Körpers (10) vorgesehen sind und daß alle Kanäle oder Bohrungen (14) geradlinig verlaufen und eine in dem einen Oberflächenbereich gelegene Vertiefung mit einer in dem anderen Oberflächenbereich gelegenen Vertiefung verbinden.

2. Messkammeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens teilweise aus einem Glas-Keramik-Werkstoff besteht.

3» Messkammeranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g ekennzeichnet. daß die Vertiefungen oder Ausnehmungen (13) mit Hilfe der Kanäle oder Bohrungen (14) hintereinanderliegend miteinander verbunden sind.

4. Messkammeranordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen oder Ausnehmungen (13) in einem der Oberflächenbereiche (11,12) hinsichtlich der Vertiefungen oder Ausnehmungen in dem anderen Oberflächenbereich versetzt angeordnet sind, wobei jeder Verbindungskanal (14) einen spit zen<,Winkel mit jedem

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der Oberflächenbereiche bildet.

5. Messkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g ckennzeichnet, daß die geradlinigen Kanäle oder Bohrungen (14) in die Umfangssoren der Vertiefungen oder Ausnehmungen (13) münden, welche sie miteinander verbinde',

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