DK157711B

DK157711B - PROCEDURE FOR COULOMETRIC DETERMINATION OF CHLORIDE CONCENTRATION IN A TEST AND APPARATUS FOR EXERCISING THE PROCEDURE

Info

Publication number: DK157711B
Application number: DK487584A
Authority: DK
Inventors: Edmund E Buzza; James C Sternberg
Original assignee: Beckman Instruments Inc
Priority date: 1975-06-12
Filing date: 1984-10-11
Publication date: 1990-02-05
Also published as: DK157711C; DK487584D0; DK487584A

Description

iin

DK 15771 1 BDK 15771 1 B

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til coulometrisk bestemmelse af chloridkoncentrationen i en prøve, hvorved prøven indføres i et prøveindføringskammer, og chloridet i prøven omsættes med sølvioner, som genereres coulometrisk, og søl vionkoncentrationen i kammeret 5 overvåges.The invention relates to a method for coulometric determination of the chloride concentration in a sample, whereby the sample is introduced into a sample introduction chamber and the chloride in the sample is reacted with silver ions which are generated coulometrically and the silver ion concentration in chamber 5 is monitored.

Til bestemmelse af chloridkoncentrationen i en prøve er der i tidens løb udviklet en hel del metoder og apparattyper, herunder metoder og apparater baseret på coulometrisk titrering af chloridionerne i 10 prøven med sølvioner. I beskrivelsen til US patent nr. 3.551.109 er der således beskrevet en fremgangsmåde til coulometrisk bestemmelse af chlorid i en prøve, ved hvilken fremgangsmåde prøven overføres til et surt medium i en analysebeholder, i hvilken der er anbragt et elektrodepar bestående af en sølvanode og en anden metal katode 15 (fortrinsvis af platin), hvilket elektrodepar er forbundet til en konstant strømkilde. I analysebeholderen er desuden anbragt et andet elektrodepar til amperometrisk overvågning af sølvioner i analysemediet i beholderen. Dette elektrodepar er via et målerelæ forbundet til en anden spændingskilde og via et yderligere relæ 20 forbundet til en tidsmåleanordning. Når den chloridholdige prøve er blevet anbragt i analysemediet i analysebeholderen, startes samtidig den coulometriske generering af sølvioner fra det første elektrodepar og den amperometriske overvågning med det andet elektrodepar ved at slutte strømmen fra den konstante første strømkilde og samtidig 25 slutte forbindelsen mellem den anden spændingskilde og det amperometriske elektrodepar, hvorved tidsmåleanordningen samtidig startes.In order to determine the chloride concentration in a sample, a number of methods and apparatus types have been developed over time, including methods and apparatus based on coulometric titration of the chloride ions in the sample with silver ions. Thus, in the disclosure of US Patent No. 3,551,109, a method for coulometric determination of chloride in a sample is disclosed in which the sample is transferred to an acidic medium in an assay container in which is placed an electrode pair consisting of a silver anode and another metal cathode 15 (preferably of platinum), which pair of electrodes is connected to a constant current source. In addition, a second electrode pair for amperometric monitoring of silver ions is placed in the analysis medium in the container in the analysis vessel. This pair of electrodes is connected via a meter relay to another voltage source and via a further relay 20 connected to a timing device. Once the chloride-containing sample has been placed in the assay medium in the assay vessel, the coulometric generation of silver ions from the first electrode pair and the amperometric monitoring with the second electrode pair is started by terminating the current from the constant first current source and simultaneously connecting the second voltage source and the pair of amperometric electrodes, whereby the timing device is simultaneously started.

Så længe der forekommer chloridioner i analysemediet, vil der kun passere en ganske svag strøm mellem det amperometriske elektrodepar, men i det øjeblik endepunktet for chloridtitreringen nås, vil der 30 fremkomme overskud af sølvioner i analysemediet, hvilket vil give anledning til en forøgelse af strømmen mellem det amperometriske elektrodepar og dermed gennem målerelæet. Denne strømpuls forårsager en afbrydelse af forbindelsen til spændingskilden og standser tidsmåleanordningen. Den med tidsmåleanordningen bestemte 35 titreringstid bruges som mål for chloridkoncentrationen i prøven. Sammenhængen mellem den målte tid og chloridindholdet i prøven fastlægges på basis af en serie kalibreringsforsøg med prøver med kendt chloridindhold. Herved bliver pålideligheden af et opnået analyseresultat imidlertid afhængig af, at samtlige analyseparametre tilAs long as chloride ions are present in the assay medium, only a very weak current will pass between the amperometric electrode pair, but as soon as the chloride titration endpoint is reached, excess silver ions will be present in the assay medium, resulting in an increase in the current between the pair of amperometric electrodes and thus through the meter relay. This current pulse causes a disconnection of the voltage source and stops the timing device. The titration time determined by the time-measuring device is used as a measure of the chloride concentration in the sample. The relationship between the measured time and the chloride content of the sample is determined on the basis of a series of calibration experiments with samples of known chloride content. Hereby, however, the reliability of an obtained analytical result depends on the fact that all the analysis parameters for

DK 15771 1 BDK 15771 1 B

2 stadighed kan holdes konstant, hvilket bl.a. vil sige, at den coulometriske generering af sølvioner foregår med konstant hastighed, hvilket forudsætter, at der ikke forekommer ændringer eller fluktuationer i den coulometriske strømpassage. Dette kan det være 5 vanskeligt at sikre sig i praksis, ligesom det også er besværligt til stadighed at sikre sig de øvrige analyseparametres konstans, herunder f.eks. omrøringseffektiviteten og den indledningsvise tidsforsinkelse af tidsanordningens start, der skal kompensere for titreringsbi indværdi.2 can be kept constant, which that is, the coulometric generation of silver ions takes place at a constant rate, assuming no changes or fluctuations in the coulometric current passage. This can be difficult to ascertain in practice, and it is also difficult to constantly ascertain the constancy of the other analytical parameters, including e.g. the stirring efficiency and the initial time delay of the start of the timing device to compensate for titration by value.

1010

Disse ulemper undgås med fremgangsmåden ifølge opfindelsen, der er ejendommelig ved, at den coulometriske generering af sølvioner styres af signaler hidrørende fra overvågningen af sølvionkoncentra-tionen, og den elektriske ladningsmængde, som fordres til coulome-15 tri sk generering af den til endepunktsomsætning af chloridet i prøven nødvendige mængde sølvioner, bestemmes.These disadvantages are avoided by the method according to the invention, which is characterized in that the coulometric generation of silver ions is controlled by signals derived from monitoring the silver ion concentration and the electric charge amount required for coulometric generation of the end point reaction of the chloride. the amount of silver ions required in the sample is determined.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er især velegnet til hurtig og nøjagtig bestemmelse af chloridkoncentrationen i en biologisk prøve, 20 såsom en legemsvæske, som f.eks. blod eller serum, og kan derfor anvendes under kirurgiske indgreb, ved pulmonarfunktionsstudier, hjertekatheterisering, under anesthesi og lignende.The process according to the invention is particularly suitable for the rapid and accurate determination of the chloride concentration in a biological sample, such as a body fluid, such as e.g. blood or serum, and can therefore be used during surgical procedures, pulmonary function studies, cardiac catheterization, anesthesia and the like.

Opfindelsen angår også et apparat til brug ved udøvelse af frem-25 gangsmåden ifølge opfindelsen, hvilket apparat omfatter en analysecelle med et vertikalt tilvejebragt prøveindføringskammer, hvori der er tilvejebragt organer til coulometrisk generering af sølvioner i kammeret og som er koblet til en strømgenerator, samt organer til overvågning af sølvionkoncentrationerL i kammeret, hvilket apparat er 30 ejendommeligt ved, at overvågningsorganerne er forbundet med en differentialforstærker, der igen er forbundet med strømgeneratoren til styring af strømgenereringen, og at en strømintegrator er forbundet til de coulometriske sølvionsgenererende organer til bestemmelse af den elektriske ladningsmængde, der passerer gennem 35 disse organer.The invention also relates to an apparatus for use in carrying out the method according to the invention, which comprises an analysis cell with a vertically provided sample insertion chamber, in which means are provided for coulometric generation of silver ions in the chamber and coupled to a current generator, as well as means. for monitoring silver ion concentrations in the chamber, which apparatus is characterized in that said monitoring means are connected to a differential amplifier which in turn is connected to the current generator for controlling the current generation and that a current integrator is connected to the coulometric silver ion generating means for determining the electric charge amount. that pass through 35 these bodies.

Apparatet ifølge opfindelsen kan være sammenbygget med et apparat til bestemmelse af carbondioxid og/eller bicarbonat i en prøve, og chloridkoncentrationen kan da bestemmes samtidig med, at der udføres 3The apparatus of the invention may be combined with an apparatus for determining carbon dioxide and / or bicarbonate in a sample, and the chloride concentration can then be determined at the same time as

DK 157711BDK 157711B

en bestemmelse af carbondioxid og/eller bicarbonat i samme prøve. Fremgangsmåden ifølge opfindelsen vil i det følgende blive beskrevet nærmere i forbindelse med en sådan udførelsesform for apparatet ifølge opfindelsen, idet der henvises til tegningen, hvor: 5 fig. 1 er et planbiIlede set fra oven af et prøvebæger til anvendelse i analyseapparatet ifølge opfindelsen og viser monteringen af chloridbestemmelseselektroderne ifølge opfindelsen tillige med elektroder til bestemmelse af 10 bicarbonat, fig. 2 er et standrids set forfra af prøvebægeret og elektrodestrukturerne ifølge fig. 1, 15 fig. 3 er et længdesnitbillede taget i stort set lodret plan efter linien 3-3 på fig. 1. Figuren viser skematisk strømningen af sure og alkaliske reagenser i apparatet, fig. 4 er et skematisk, kombineret diagram af det elektriske 20 diagram og analyseapparatet ifølge opfindelsen, fig. 5 er en grafisk gengivelse af forskellige elektriske signaler og logikordrer fremkommet under brug af apparatet ifølge fig. 4 som funktion af tiden.a determination of carbon dioxide and / or bicarbonate in the same sample. The method according to the invention will now be described in more detail in connection with such an embodiment of the apparatus according to the invention, with reference to the drawing, in which: Fig. 1 is a top plan view of a test beaker for use in the analyzer of the invention, showing the mounting of the chloride determination electrodes of the invention as well as electrodes for determining bicarbonate; 2 is a front elevational view of the sample cup and electrode structures of FIG. 1, FIG. 3 is a longitudinal sectional view taken in a substantially vertical plane along line 3-3 of FIG. 1. The figure schematically shows the flow of acidic and alkaline reagents in the apparatus. Fig. 4 is a schematic combined diagram of the electrical diagram and the analyzer according to the invention; 5 is a graphical representation of various electrical signals and logic orders obtained using the apparatus of FIG. 4 as a function of time.

2525

Som vist på tegningen og specielt i figurerne 1-3 omfatter apparatet ifølge opfindelsen en analysecelle 10 tilvejebragt af en klods af isolerende materiale, såsom polymethylmethacrylat. Et cylindrisk, vertikalt forløbende kammer 12, som er åbent i sin øvre ende, er 30 tilvejebragt i klodsen. De prøver, som skal analyseres, kan indsprøjtes i kammeret gennem den øvre ende af dette ved hjælp af mi kroprøveudtagningsudstyr, såsom en pipette eller burette på sædvanlig måde. Den nedre overflade 14 af kammeret har konisk form.As shown in the drawing and especially in Figures 1-3, the apparatus according to the invention comprises an analysis cell 10 provided by a block of insulating material such as polymethyl methacrylate. A cylindrical vertical extending chamber 12, which is open at its upper end, is provided in the block. The samples to be analyzed can be injected into the chamber through the upper end thereof by means of body sampling equipment such as a pipette or burette in the usual manner. The lower surface 14 of the chamber has a conical shape.

Et par kanaler 16 og 18 ligger i stort set vandret plan i klodsen og 35 skærer hinanden under en ret vinkel ved spidsen af den koniske nedre overflade af kammeret. Reagens tilføres og bortledes fra kammeret gennem disse passager. Et sædvanligt magnetisk omrørerelement 20 er placeret i kammeret og indrettet til at kunne sættes i rotation af en magnet 22, der er anbragt under cellen 10, og som bringes i 4A pair of ducts 16 and 18 lie in substantially horizontal plane in the block and 35 intersect at a right angle at the tip of the conical lower surface of the chamber. Reagents are supplied and discharged from the chamber through these passages. A conventional magnetic stirring element 20 is placed in the chamber and arranged to rotate a magnet 22 located below the cell 10 which is brought into the

DK 15 7 71 1BDK 15 7 71 1B

rotation af en motor 23. Hvis det ønskes kan klodsen, som danner analysecellen 10, udgøres af to efter hinanden tilpassede stykker 24 og 26, som er skruet sammen som vist på fig. 3.rotation of a motor 23. If desired, the block forming the analyzing cell 10 may be formed by two mutually aligned pieces 24 and 26 which are screwed together as shown in FIG. Third

5 Til måling af carbondioxidindholdet og chloridindholdet i en blodprøve er der monteret tre elektrodemoduler i vandrette boringer i væggen af analysecellen 10. En første COg-detektor 30 er monteret i en første horisontal boring 32 og har en føleende 34, som står i forbindelse med prøvekammeret 12 gennem en del 36 af boringen 32 med 10 formindsket diameter. Detektoren 30 holdes i boringen 32 ved hjælp af et cylindrisk element 38, som er indskruet i boringen 32 og ligger an mod en ringformet skulder 40 på detektoren.5 To measure the carbon dioxide content and chloride content in a blood sample, three electrode modules are mounted in horizontal bores in the wall of the assay cell 10. A first COg detector 30 is mounted in a first horizontal bore 32 and has a sensing 34 which communicates with the sample chamber. 12 through a portion 36 of the bore 32 of reduced diameter. The detector 30 is held in the bore 32 by a cylindrical element 38 which is screwed into the bore 32 and abuts an annular shoulder 40 on the detector.

En anden ^-detektor 30', som kan være identisk med detektoren 30, 15 er monteret i en anden vandret boring 42. Som det bedst ses af fig.Another detector 30 ', which may be identical to detector 30, 15, is mounted in another horizontal bore 42. As best seen in FIG.

1, er boringen 42 en blind boring, som ikke står i forbindelse med reaktionskammeret 12. Den anden COg-detektor 30' har derfor en føleende 34', der er isoleret fra reaktionskammeret. Detektoren 30' holdes i den blinde boring 42 ved hjælp af et andet cylindrisk 20 element 38', som er indskruet i boringen og ligger an mod en ringformet skulder 40' på detektoren. COg-Detektorerne 30 og 30' anvendes til måling af carbondioxidindholdet på den nedenfor omtalte måde.1, the bore 42 is a blind bore which does not communicate with the reaction chamber 12. The second COg detector 30 'therefore has a sensor 34' which is isolated from the reaction chamber. The detector 30 'is held in the blind bore 42 by a second cylindrical element 38' which is screwed into the bore and abuts an annular shoulder 40 'on the detector. The COg detectors 30 and 30 'are used to measure the carbon dioxide content in the manner discussed below.

25 Det tredie elektrodemodul 50 er monteret i en tredie vandret boring 52 og holdes deri ved hjælp af et cylindrisk element 54, som er indskruet i boringen og ligger an mod en ringformet skulder 56 af elektrodemodulet. Modulet omfatter to par elektroder 58 og 60, som strækker sig ind i reaktionskammeret 12 gennem en del 62 af boringen 30 52 med reduceret diameter. Elektrodemodulet 50 anvendes til måling af chlorid på den nedenfor omtalte måde.The third electrode module 50 is mounted in a third horizontal bore 52 and held therein by a cylindrical element 54 which is screwed into the bore and abuts an annular shoulder 56 of the electrode module. The module comprises two pairs of electrodes 58 and 60 which extend into the reaction chamber 12 through a portion 62 of the reduced diameter bore 30 52. Electrode module 50 is used to measure chloride in the manner described below.

Et rør 70 forbinder kanalen 16 i analysecellen 10 med et reservoir 72, som indeholder et passende reagens, såsom fortyndet svovlsyre.A tube 70 connects channel 16 in assay cell 10 with a reservoir 72 containing a suitable reagent such as dilute sulfuric acid.

35 En pumpe 74, fortrinsvis af sædvanlig stempeltype, er tilvejebragt til udtagning af reagens fra reservoiret 72 og afgivelse af dette gennem kanalen 16 til reaktionskammeret 12. Pumpen 74 er forbundet med røret 70 ved hjælp af et rør 76 mellem et par ventiler 78 og 79. Ventilen 79 er indrettet til at tillade udtagning af en afmåltA pump 74, preferably of the usual piston type, is provided for withdrawing reagent from the reservoir 72 and delivering it through the duct 16 to the reaction chamber 12. The pump 74 is connected to the tube 70 by means of a tube 76 between a pair of valves 78 and 79. The valve 79 is arranged to allow the removal of a metered

c DK 157711Bc DK 157711B

mængde reagens fra reservoiret 72 men hindre væsketilførsel dertil. Ventilen 78 er indrettet til at tillade afgivelse af den afmålte reagensmængde gennem røret 70 til kanalen 16 men hindre udtagning af væske fra kammeret gennem røret. Dette par ventiler kan kombineres i 5 en enkelt komponent om ønsket.amount of reagent from reservoir 72 but preventing fluid supply thereto. The valve 78 is adapted to allow delivery of the measured amount of reagent through the tube 70 to the duct 16 but to prevent the withdrawal of liquid from the chamber through the tube. This pair of valves can be combined into a single component if desired.

Til bortledning af væske fra reaktionskammeret 12 forbinder et rør 80 kanalen 18 i cellen 10 med et affaldsreservoir 82. En pumpe 84, som kan have samme konstruktion som pumpen 74, er forbundet med 10 røret 80 ved hjælp af et rør 86 mellem et par ventiler 88 og 90. Ventilen 88 er indrettet til at tillade strømning gennem røret 80 fra kanalen 18 ind i røret 86 og hindre strømning i modsat retning gennem røret 80. Ventilen 90 tillader strømning af væske ind i affaldsreservoiret 82 men hindrer fjernelse af affald fra reservoi-15 ret. Dette par ventiler kan kombineres til en enkelt komponent om ønsket.For draining fluid from the reaction chamber 12, a tube 80 connects the duct 18 of the cell 10 with a waste reservoir 82. A pump 84, which may have the same construction as the pump 74, is connected to the tube 80 by means of a tube 86 between a pair of valves. 88 and 90. Valve 88 is adapted to allow flow through tube 80 from duct 18 into tube 86 and prevent flow in the opposite direction through tube 80. Valve 90 allows flow of fluid into waste reservoir 82 but prevents removal of waste from the reservoir. 15 ret. This pair of valves can be combined into a single component if desired.

Nærmere bestemt og under henvisning til fig. 3 omfatter apparatet ifølge opfindelsen til måling af carbondioxidindholdet i en blod-20 prøve COg-detektorerne 30' og 30. En elektrolytstrømningsbane gennem begge (X^-detektorer er tilvejebragt på følgende måde. Et rør 130 forbinder indgangsrøret 118' af detektoren 30' med et reservoir 132 indeholdende en passende elektrolyt, såsom kaliumbicarbonat. En pumpe 134, som kan svare til pumperne 74 og 84, er tilvejebragt til 25 fjernelse af elektrolyt fra reservoiret 132 og overførsel heraf gennem indføringsrøret 118' til elektrolytrummet i (X^-detektoren 30'. Pumpen 134 er forbundet med røret 130 ved hjælp af et rør 136 mellem et par ventiler 138 og 140. Ventilen 140 er indrettet til at tillade fjernelse af en afmålt mængde elektrolyt fra reservoiret 132 30 men hindre tilførsel af væske dertil. Ventilen 138 er indrettet til at tillade tilførslen af den afmålte mængde elektrolyt gennem røret 130 ind i (^-detektoren 30' men hindre fjernelse af væsken fra detektoren gennem røret. Ventil parret kan være kombineret til en enkelt komponent om ønsket.More specifically and with reference to FIG. 3 comprises the apparatus of the invention for measuring the carbon dioxide content of a blood sample of COg detectors 30 'and 30. An electrolyte flow path through both (X 1 detectors is provided as follows. A tube 130 connects the input tube 118' of the detector 30 'with a reservoir 132 which corresponds to pumps 74 and 84 is provided for removing electrolyte from reservoir 132 and transferring it through the feed tube 118 'to the electrolyte in the (X The pump 134 is connected to the tube 130 by means of a tube 136 between a pair of valves 138 and 140. The valve 140 is adapted to permit removal of a metered amount of electrolyte from the reservoir 132 30 but to prevent the supply of fluid therein. arranged to allow the supply of the metered amount of electrolyte through the tube 130 into the (^ detector 30 'but prevent removal of the liquid from the detector g The valve pair can be combined into a single component if desired.

3535

Udgangsrøret 120' af detektoren 30' er ved hjælp af et rør 142 forbundet med indgangsrøret 118 i detektoren 30, således at der tilvejebringes elektrolytisk forbindelse mellem de to pH-elektroder. Udgangsrøret 120 af detektoren 30 er forbundet ved hjælp af et rørThe output tube 120 'of the detector 30' is connected by means of a tube 142 to the input tube 118 of the detector 30 so that electrolytic connection is provided between the two pH electrodes. The output tube 120 of the detector 30 is connected by a tube

DK 15771 1 BDK 15771 1 B

6 144 med et affaldsreservoir 146, som er adskilt fra affaldsreservoiret 82. Pumpen 134 overfører derved en afmålt mængde elektrolyt fra reservoiret 132 ad en serieforbundet strømningsbane gennem detektorerne 30' og 30 til affaldsreservoiret 146.6 144 with a waste reservoir 146 separated from the waste reservoir 82. The pump 134 thereby transfers a metered amount of electrolyte from the reservoir 132 along a series connected flow path through the detectors 30 'and 30 to the waste reservoir 146.

55

Elektriske udgangssignaler fra hver af pH-elektroderne 92 og 92' leveres over de respektive kabler 100 og 100' til det med henvisningsbetegnelsen 148 benævnte elektroniske kredsløb. En elektrolytjordforbindelse 150 er tilvejebragt i røret 142, og dette jordniveau 10 føres over en leder 152 til kredsløbet 148.Electrical output signals from each of the pH electrodes 92 and 92 'are supplied over the respective cables 100 and 100' to the electronic circuit designated by reference 148. An electrolyte ground connection 150 is provided in the tube 142 and this ground level 10 is passed over a conductor 152 to the circuit 148.

Princippet for måling af carbondioxidindholdet i en prøve vil blive omtalt i forbindelse med fig. 4, som viser visse strukturmæssige aspekter af fig. 3 på skematisk form og mere detaljeret viser de 15 elektroniske kredsløb 148 og 154 i fig. 3. De i figurerne 1-3 anvendte numre er blevet anvendt til at identificere samme dele på fig. 4.The principle of measuring the carbon dioxide content of a sample will be discussed in connection with FIG. 4, which shows certain structural aspects of FIG. 3 in schematic form and in more detail, the 15 electronic circuits 148 and 154 of FIG. 3. The numbers used in FIGS. 1-3 have been used to identify the same parts in FIG. 4th

Når en blodprøve indeholdende opløst carbondioxid og bicarbonat 20 indsprøjtes i reaktionskammeret 12, dekomponeres bicarbonatet i prøven som følge af virkningen af svolvsyrereagenset i kammeret ifølge nedenstående ligning: HC03" + H+ £ C02 t + H20 25When a blood sample containing dissolved carbon dioxide and bicarbonate 20 is injected into the reaction chamber 12, the bicarbonate is decomposed into the sample as a result of the action of the sulfuric acid reagent in the chamber according to the equation below: HC0 3 "+ H + £ CO 2 t + H

En proportional del af den totale carbondioxidmængde (det oprindelige carbondioxid plus det ud fra bicarbonat dannede) diffunderer gennem den gaspermeable membran 108 i C02-detektoren 30. Bicarbonat-elektrolytten i elektrolytrummet 112 i måleelementet har en konstant 30 pH-værdi, eftersom den er i ligevægt med carbondioxidets partialtryk i atmosfæren ifølge nedenstående ligning: co2 + h2o j h2co3 ·+ H+ + hco3" 35 Det carbondioxid, som diffunderer gennem membranen 108, nedsætter bi carbonate!ektrolyttens pH-værdi. Ifølge opfindelsen er det blevet erkendt, at den hastighed, som denne pH-værdi ændres med, kan anvendes til at bestemme bicarbonatkoncentrationen. Til dette formål omfatter kredsløbet 148 en differentialforstærker 160 med første ogA proportional portion of the total amount of carbon dioxide (the original carbon dioxide plus that formed from bicarbonate) diffuses through the gas-permeable membrane 108 of the CO 2 detector 30. The bicarbonate electrolyte in the electrolyte 112 of the measuring element has a constant pH of 30 equilibrium with the partial pressure of the carbon dioxide in the atmosphere according to the equation below: co2 + h2o j h2co3 · + H ++ hco3 "35 The carbon dioxide diffusing through the membrane 108 decreases the pH of the carbonate / acrolyte. with which this pH value is changed can be used to determine the bicarbonate concentration. For this purpose, circuit 148 comprises a differential amplifier 160 having

DK 15771 1 BDK 15771 1 B

7 anden indgangsterminaler 162 og 164, en udgangsterminal 166 og en indre jordterminal 168. Udgangsterminalerne for de respektive pH-elektroder 92 og 92' i C02-detektorerne er forbundet med de respektive første og andre indgangsterminaler for differentialfor-5 stærkeren 160. Den indre jordterminal i differentialforstærkeren er ved hjælp af en leder 152 forbundet med bicarbonatreagensets elektrolytjordforbindelse 150. Differentialforstærkeren giver således ved sin udgangsterminal et differentielt pH-signal, som er et udtryk for pH-forskellen mellem pH-elektroderne 92 og 92'.7 second input terminals 162 and 164, an output terminal 166 and an inner ground terminal 168. The output terminals of the respective pH electrodes 92 and 92 'of the CO 2 detectors are connected to the respective first and second input terminals of the differential amplifier 160. The inner ground terminal in the differential amplifier, a conductor 152 is connected to the electrolyte grounding compound 150 of the bicarbonate reagent. Thus, at its output terminal, the differential amplifier provides a differential pH signal which is an expression of the pH difference between the pH electrodes 92 and 92 '.

1010

Udgangsterminalen af differentialforstærkeren 160 er forbundet med et differentiationskredsløb 170, som igen er forbundet med en maksimalværdi-opsamlings- og holdeforstærker 172. Differentieringskredsløbet differentierer det differentielle pH-signal fra forstær-15 keren 160, således at der ved dets udgang fås et signal, som er proportionalt med den øjeblikkelige hastighedsændring af pH. Forstærkeren 172 afføler en maksimal værdi for den tidsmæssige hastighedsændring af signalet og frembringer et udgangssignal ved dette maksimalniveau. Registreringsudstyr, såsom et digi tal vol tmeter 174, 20 er forbundet mellem jord og en bevægelig arm på en potentiometermodstand 176 og viser et udslag, som angiver carbondioxidindholdet i milliækvival enter pr. liter. Differentierings- og forstærkerkreds-løbene 170 og 172 kan have den i "Glucose Analyzer Service Manual, Beckman Instruction 83544-B", copyright 1970, Beckman Instruments, 25 Inc., viste og beskrevne form.The output terminal of differential amplifier 160 is connected to a differential circuit 170, which in turn is connected to a maximum value collection and holding amplifier 172. The differentiation circuit differentiates the differential pH signal from amplifier 160 so that at its output a signal which is proportional to the instantaneous rate change of pH. Amplifier 172 senses a maximum value for the temporal rate change of the signal and produces an output at this maximum level. Recording equipment, such as a digi volume of 174, 20, is connected between ground and a movable arm of a potentiometer resistor 176 and shows an output indicating the carbon dioxide content in milliequivalents per mill. liter. The differentiation and amplifier circuits 170 and 172 may have the form shown and described in "Glucose Analyzer Service Manual, Beckman Instruction 83544-B", copyright 1970, Beckman Instruments, 25 Inc.

I praksis indføres ti-mikroliter prøver i 1 ml af syrereagenset i analysekammeret 12.In practice, ten microliters of samples are introduced into 1 ml of the acid reagent in the assay chamber 12.

30 Når prøven indsprøjtes i reagenset i kammeret 12, frigives carbondioxid omgående, og C02-detektoren 30 udsættes direkte for og måler en andel af dette carbondioxid. Carbondioxidet diffunderer gennem membranen 108 og nedsætter pH-værdien af det alkaliske reagens i elektrolytrummet 112 i detektoren og dermed ved pH-elektroden 92.When the sample is injected into the reagent in the chamber 12, carbon dioxide is released immediately and the CO 2 detector 30 is directly exposed to and measures a proportion of that carbon dioxide. The carbon dioxide diffuses through the membrane 108, lowering the pH of the alkaline reagent in the electrolyte 112 of the detector and thus at the pH electrode 92.

35 Den maksimale ændringshastighed for pH har vist sig at udgøre et mål for carbondioxidindholdet i prøven. Dette maksimumsignal fås og vises typisk direkte i mi 11iækvival enter pr. liter ved hjælp af måleinstrumentet 174 i løbet af 20 sekunder eller mindre. Inden den næste prøve indsprøjtes, lader man reakti onskammeret løbe tom ogThe maximum rate of change of pH has been found to be a measure of the carbon dioxide content of the sample. This maximum signal is typically received and displayed directly in mi equivalents per liters using the measuring instrument 174 in 20 seconds or less. Before injecting the next sample, allow the reaction chamber to run empty and

DK 15771 1 BDK 15771 1 B

8 genfylder det med frisk reagens. Frisk elektrolyt pumpes gennem detektorerne 30 og 30' for at forberede dem til næste måling. Genopfyldning af elektrolytten på denne måde eliminerer de lange ækvilibreringstider, som er knyttet til sædvanlige carbondi-® oxidelektroder. Anvendelse af en anden pH-elektrode (elektrode 92') eliminerer unøjagtigheder, der indføres af kontaktpotentialer (eng.: junction potentials), og som normalt er knyttet til sædvanlige referenceelektroder med væskekontakt. Endvidere er det ikke nødvendigt regelmæssigt at supplere referenceelektrolytten i elektroder af 10 typen med væskekontakt. Det er klart, at den absolutte pH-værdi af den til opfindelsen anvendte alkaliske elektrolyt ikke har interesse, og at udsættelse af pH-elektroden 92' for den alkaliske elektrolyt i et punkt langt fra elektrolyt-carbondioxidreaktionen i detektoren 30 giver et differentielt pH-signal mellem de to pH-elek-^ troder 92 og 92'. Kobling af måleelektroderne til de respektive indgangsterminaler til en differentialforstærker giver yderst effektiv kompensation for fremmedsignaler, idet der tilvejebringes et forbedret signal-støjforhold med deraf følgende forbedret måleføls©mhed og -præcision.8 refills it with fresh reagent. Fresh electrolyte is pumped through detectors 30 and 30 'to prepare them for the next measurement. Refilling the electrolyte in this way eliminates the long equilibration times associated with conventional carbon dioxide oxide electrodes. The use of a second pH electrode (electrode 92 ') eliminates inaccuracies introduced by junction potentials, which are usually associated with conventional fluid contact reference electrodes. Furthermore, it is not necessary to regularly supplement the reference electrolyte in electrodes of the type with liquid contact. It is to be understood that the absolute pH of the alkaline electrolyte used for the invention is of no interest and that exposure of the pH electrode 92 'to the alkaline electrolyte at a point far from the electrolyte-carbon dioxide reaction in detector 30 gives a differential pH. signal between the two pH electrodes 92 and 92 '. Coupling of the measuring electrodes to the respective input terminals of a differential amplifier provides highly efficient compensation for foreign signals, providing an improved signal-to-noise ratio with consequent improved measurement sensitivity and precision.

2020

Kobling af opløsnings jordafledningen 150 til den indre jordterminal i differentialforstærkeren sikrer, at jordafledningsvariationer for opløsningen elimineres. Opløsningsjordafledningen 150 kan være en forholdsvis billig metalforbindelse i elektrolytstrømningsbanen.Coupling the solution ground lead 150 to the inner ground terminal of the differential amplifier ensures that ground lead variations of the solution are eliminated. The dissolution ground drain 150 may be a relatively inexpensive metal compound in the electrolyte flow path.

2525

Chloridindholdet i prøven måles eventuelt samtidig med målingen af carbondioxidindholdet. Idet der henvises til figurerne 3 og 4 er til dette formål elektrodeparret 58, hvoraf den ene er af platin og den anden af sølv, koblet til en coulometrisk strømgenerator til genere-ring af sølvioner i reakt i on s kammeret 12. (I praksis er det ønskeligt at gøre sølvelektroden i dette par forholdsvis stor og let udskiftelig, da den forbruges under titreringen og den kan anbringes adskilt fra platinelektroden 58 og det sølvamperometriske elektrodepar 60]. Et par elektroder 60, som begge er af sølv, er forbundet med en differentialforstærker til måling af sølvionerne i kammeret og tilvejebringelse af amperometrisk endepunktsbestemmelse af sølvreaktionen. Differentialforstærkeren 182 er igen forbundet med strømgeneratoren 180 ved hjælp af en leder 184 til kontrol af strømdannelsen. En strømintegrator 186 er forbundet medThe chloride content of the sample is optionally measured simultaneously with the measurement of the carbon dioxide content. Referring to Figures 3 and 4, for this purpose, the electrode pair 58, one of platinum and the other of silver, is coupled to a coulometric current generator to generate silver ions in reaction in the chamber of 12. (In practice, it is desirable to make the silver electrode in this pair relatively large and easily interchangeable since it is consumed during the titration and it can be placed separately from the platinum electrode 58 and the silver amperometric electrode pair 60. A pair of electrodes 60, both of silver, are connected to a differential amplifier. for measuring the silver ions in the chamber and providing amperometric endpoint determination of the silver reaction.The differential amplifier 182 is again connected to the current generator 180 by means of a conductor 184 to control the current formation.

9 DK 157711B9 DK 157711B

platinelektroden i elektrodeparret 58 for at måle den ladningsmængde, som passerer mellem disse elektroder. Et digitalvoltmeter 188 er forbundet mellem den glidende arm af et potentiometer med modstandsben 190 og jord.the platinum electrode in the electrode pair 58 to measure the amount of charge passing between these electrodes. A digital voltmeter 188 is connected between the sliding arm of a resistor potentiometer 190 and ground.

5 Påvisning af chlorid i prøven er baseret på titrering af chloridet med coulometrisk dannede sølvioner. Ved anoden af parret af detektorelektroder 60 er nedenstående reaktion altid mulig: 10 Ag0 + Ag+ + e"5 Detection of chloride in the sample is based on titration of the chloride with coulometric silver ions. At the anode of the pair of detector electrodes 60, the following reaction is always possible: 10 Ag0 + Ag ++ e

Ved katoden er følgende reaktion mulig, når der er overskud af sølvioner til stede: 15 Ag+ + e" -* Ag0 Når en chloridholdig prøve er til stede, findes den lille fri sølvionkoncentration ikke længere som følge af udfældning som sølvchlorid. Dette forhold, som opfattes af differentialforstærkeren 20 182, anvendes til at sætte strømgeneratoren 180 igang, hvorved følgende reaktioner foran!ediges:At the cathode, the following reaction is possible when silver ions are present: 15 Ag + + e "- * Ag0 When a chloride-containing sample is present, the small free silver ion concentration is no longer due to precipitation as silver chloride. perceived by the differential amplifier 20 182, is used to start the current generator 180, thereby facilitating the following reactions:

Ag0 - Ag* + e'; + 2e" ^ H2 t;Ag0 - Ag * + e '; + 2e "^ H2 t;

Ag+ + Cl' - AgCl 1 25 Når hele chloridmængden i prøven er blevet udfældet af de dannede sølvioner, dannes overskud af sølvioner, som resulterer i et detektorsignal fra forstærkeren 182, som afbryder strømgeneratoren 180.Ag + + Cl '- AgCl 1 25 When the entire amount of chloride in the sample has been precipitated by the silver ions formed, excess silver ions are formed which results in a detector signal from the amplifier 182 which cuts off the current generator 180.

30 Et mål for den ladningsmængde, som er nødvendig for at titrere det tilstedeværende chlorid, fås af spændingsudgangssignalet for strøm-integratoren 186. Di gi tal voltmeteret 188 omdanner direkte dette spændingsudgangssignal til en værdi i milliækvivalenter chlorid pr. liter.A measure of the amount of charge needed to titrate the chloride present is obtained by the voltage output signal of the current integrator 186. The dia number of voltmeter 188 directly converts this voltage output signal to a value in milliequivalents of chloride. liter.

3535

Brug af strømintegratoren 186 på denne måde eliminerer behovet for at tilvejebringe et konstant strømudgangssignal i en i forvejen fastlagt tidsperiode, hvilket er sædvanlig praksis ved coulometrisk chloridbestemmelse. På denne måde integreres den aktuelle dannedeUsing the current integrator 186 in this way eliminates the need to provide a constant current output signal for a predetermined time period, which is common practice in coulometric chloride determination. In this way, the current formed integrates

DK 15771 1 BDK 15771 1 B

10 strøm, og fluktuationer i dette strømsignal har ingen betydning.10 fluctuations, and fluctuations in this current signal have no significance.

Typiske bølgeformer for driften af analyseapparatet ifølge opfindelsen er vist i fig. 5. I figuren er tiden afsat på den vandrette 5 akse, medens forskellige måleenheder for signalerne er vist på den lodrette akse. Nultidspunktet er tidspunktet for prøveindsprøjtningen. Den øverste del af fig. 5 viser den bølgeform, som fås fra different!al sølvforstærkeren 182, strømgeneratoren 180, strøminte-gratoren 186 og digital voltmeteret 188. Den nederste del af figuren 10 viser on-off-tiIstanden for omrørermotoren, fyldningen af reaktionskammeret 12 med syrereagens og cirkulationen af bicarbonatelektrolyt gennem ^-detektorerne samt tømningen af reaktionskammeret.Typical waveforms for the operation of the analyzer according to the invention are shown in FIG. 5. In the figure, the time is plotted on the horizontal 5 axis, while different units of measurement for the signals are shown on the vertical axis. The zero time is the time of the sample injection. The upper part of FIG. 5 shows the waveform obtained from differential silver amplifier 182, current generator 180, current integrator 186 and digital voltmeter 188. The lower part of Figure 10 shows the on-off state of the stirrer motor, filling of reaction chamber 12 with acid reagent and circulation of bicarbonate electrolyte through the ^ detectors as well as the emptying of the reaction chamber.

Ved titreringen af chlorid efter prøveindsprøjtningen sætter signa-15 let fra differentialforstærkeren 182 strømgeneratoren 180 igang, således at sølvioner dannes og målingen af strømmen er vist som den integrerede bølgeform. Digitalvoltmeteret giver et mål for den integrerede dannede strøm og dermed for det titrerede chlorid og fastholder den målte værdi. Chloridtitreringen afsluttes i løbet af 20 30 sekunder eller derunder.In the titration of chloride after the sample injection, the signal from differential amplifier 182 initiates current generator 180 so that silver ions are formed and the measurement of current is shown as the integrated waveform. The digital voltmeter provides a measure of the integrated generated current and thus of the titrated chloride and maintains the measured value. The chloride titration is completed within 20 seconds or less.

For at forberede apparatet til næste indsprøjtning tømmes og fyldes (X^-detektorerne 30 og 30' og reaktionskammeret 12 to gange med de passende reagenser for at sikre, at alle restreaktanter fra den 25 foregående måling bliver udrenset af systemet. Efter, at reaktionskammeret er fyldt med frisk reagens, gennemføres en chloridblindti -trering for at udfælde eventuelt forekommende chlorid i reagenset, således at kun prøvens chloridindhold vil blive målt ved indsprøjtning af prøve.To prepare the apparatus for the next injection, the X 2 detectors 30 and 30 'and the reaction chamber 12 are emptied and filled twice with the appropriate reagents to ensure that all residual reactants from the previous 25 measurement are purged by the system. filled with fresh reagent, a chloride blank titration is performed to precipitate any chloride present in the reagent so that only the chloride content of the sample will be measured by sample injection.

3030

For at forøge følsomheden af pH-detektoren 92, forbindes afløbsrøret 144 fra afgangsrøret 120 til et reservoir 146 med konstant tryk for at holde trykket på membranen 108 konstant. Dette opnås ved at anbringe afgangsenden af røret 144 ca. 10 cm under membranen, 35 således at det negative trykdifferential over membranen holdes konstant.In order to increase the sensitivity of pH detector 92, drain pipe 144 from outlet pipe 120 is connected to a constant pressure reservoir 146 to keep the pressure on membrane 108 constant. This is achieved by placing the outlet end of the tube 144 approx. 10 cm below the diaphragm, so that the negative pressure differential across the diaphragm is kept constant.

Skønt det ovenfor er anført, at apparatet og fremgangsmåden ifølge opfindelsen kan anvendes i forbindelse med en eventuelt samtidigAlthough it is stated above that the apparatus and method according to the invention can be used in conjunction with an optional simultaneous

DK 15771 1 BDK 15771 1 B

π måling af carbondioxid, bør det bemærkes, at de ligesåvel kan anvendes i forbindelse med samtidig måling af andre sure gasser, såsom svovldioxid, nitrogenoxider eller hydrogencyanid, eller måling af andre basiske gasser, såsom ammoniak eller flygtige aminer.π measurement of carbon dioxide, it should be noted that they can also be used in conjunction with the simultaneous measurement of other acidic gases, such as sulfur dioxide, nitrogen oxides or hydrogen cyanide, or measurement of other basic gases such as ammonia or volatile amines.

5 10 15 20 25 30 355 10 15 20 25 30 35

Claims

Method for coulometric determination of the chloride concentration in a sample, whereby the sample is introduced into a sample introduction chamber and the chloride in the sample is reacted with silver ions which are generated coulometrically and the silver ion concentration in the chamber is monitored, characterized in that the coul is metric The generation of silver ions is controlled by signals derived from the monitoring of the silver ion concentration and the electrical charge amount required for 10 coulometric generation of the amount of silver ions required for endpoint conversion of the sample in the sample is determined.

Method according to claim 1, characterized in that the coulometric generation of silver ions is automatically initiated by 15 signals resulting from the monitoring of the silver ion concentration by introducing the sample into the sample feeding chamber and automatically interrupted by the endpoint reaction of the chloride in the introduced sample.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the monitoring of the silver ion concentration is performed amperometrically with a silver electrode pair.

Method according to any one of claims 1-3, characterized in that the sample is introduced into a predetermined volume of analytical medium in the sample introduction chamber.

Process according to claim 4, characterized in that the assay medium is acidic.

Process according to claim 5, characterized in that the analytical medium is dilute sulfuric acid.

Apparatus for use in the method of claim 1, comprising an analysis cell (10) having a vertical sample insertion chamber (12) in which means (58) are provided for coulometric generation of silver ions in the chamber and which are coupled to a current generator (180), and means (60) for monitoring the silver ion concentration in the chamber, characterized in that the monitoring means (60) are connected to a DK 15771 1B differential amplifier (182), which in turn is connected to the current generator (180) for controlling current generation and for a current integrator (186) to be connected to the means (58) for determining the amount of electrical charge passing through these means.

Apparatus according to claim 7, characterized in that the current integrator (186) is connected to a potentiometer (190) and that a digital voltmeter (188) is connected between ground and an idle arm of the 10 potentiometer for converting a voltage output from the current integrator to a value in milliequivalents of chloride per liter.

Apparatus according to claim 7 or 8, characterized in that it comprises equipment for supplying a reagent from a reagent reservoir 15 (72) to the sample delivery chamber (12) and equipment for emptying the sample introducing chamber (12) for mixing the introduced sample and the reagent or optional rinse reagent for a waste reservoir (82).

Apparatus according to claim 9, characterized in that the reagent supply equipment comprises pumping equipment (74, 70) for withdrawing a metered amount of reagent from the reagent reservoir (72) and transferring the measured reagent to the sample feed chamber (12) and the discharge equipment comprises pumping equipment. (86) to remove the mixture of introduced sample and reagent or optional rinse reagent from the sample introducer chamber (12) and dispense it to the waste reservoir (82).