JP2015530594A - ガス校正液をリアルタイムで供給するためのガス平衡化コイル - Google Patents

Abstract

液体試料ガス分析器用のガス−溶液平衡化装置は、温度制御される熱伝導性マンドレルと、マンドレルの周囲に巻き付けられた、注入口と排出口とを有するガス透過性チューブのコイルと、温度制御される熱伝導性マンドレルとガス透過性チューブのコイルと一定容積のガスとを収容する内部空間を有するハウジングとを備え、ガス透過性チューブが所定の線長および所定の壁厚を有し、所定の線長と所定の壁厚との組合せにより、所定の流速でコイルを通過する液体を大気中の酸素と平衡化して、液体ガス分析器に対しチューブの排出口において、ガス校正液をリアルタイムで供給することが可能である。

Description

発明の詳細な説明

［発明の背景］
１．発明の技術分野
本発明は、一般的には電極用の校正標準に関する。特に、本発明は、例えば血液ガス分析器や水性ガス分析器などのガス分析装置の品質管理用の、および／または校正用のガスコントロール液に関する。

２．従来技術の説明
液体中のガスレベルおよび／または電解質レベルを検査および測定する際には、様々な液体分析装置が用いられる。これらの装置は、例えば医療用途および環境用途で、血液、尿、水、およびその他の液体におけるガスレベルおよび／または電解質レベルを測定するために用いられる。

液体分析装置は、液体試料を検査するために用いられる際、度々校正されなければならない。これらの分析装置の精度および信頼性を保証するためには、コントロール液を用いるのが一般的である。例えば、血液ガス分析器は、通常、血液試料のｐＨ、二酸化炭素分圧（ｐＣＯ_２）、および酸素分圧（ｐＯ_２）を測定する電極を備える。このような電極は、通常、血液試料の測定に使用する前に校正される。

電極の校正は、分析される物質の既知の濃度を有する標準液または標準ガスに、電極を接触させることを含む。電極は、電気的反応を提供し、電気的反応は、校正スロープを生成するために使用される。その後、電極は、測定対象の試料に接触させられ、それにより更なる電気的反応を生成する。校正スロープは、電気的反応を試料中の物質の濃度に変換するために用いられる。例えば、血液ガス分析器内の電極は、特定試料について電極により提供される反応が、時間の経過とともにドリフトする（すなわち、変化する）傾向があるため、定期的に校正される。

通常、標準容器または校正容器は、溶液中に既知の分圧で酸素や二酸化炭素などのガスを含む標準液または校正液を収容する。これらの分圧は比較的精度良く既知であるため、標準液または校正液は、液体試料が検査された後に液体分析器を正確に校正するために使用することができる。

密封容器に充填されたガストノメータ処理済みの水溶液が、酸素電極および二酸化炭素電極用の校正標準としてこれまで用いられてきた。ガストノメータ処理済みの溶液の製造環境は、校正標準の正確性を確保するために、温度や圧力の正確な制御を必要とする。これらのトノメータ処理済みの溶液は、分析器内の電極を校正するために使用する前に、既知の温度に平衡化させることも必要である。

他の液体ガスコントロール製品は、人の血液の成分に基づくものとして、あるいは、フッ化炭素およびシリコーン化合物エマルジョンなどの血液代替物としての使用が提案された成分に基づくものとして、これまで提案されてきた。

いくつかのコントロール／校正液は、気密性密封アンプル入りで提供され、既知の濃度の溶存酸素および溶存二酸化炭素を含有する。
例えば血液ガス分析器などの分析器は、溶存ガスレベルがある期間にわたって一定であるように、校正液の様々な充填方法を用いるが、通常、こうした校正液の保存可能期間は１８ヵ月以上である。袋／容器の材料および袋／容器の内容物にアクセスするための装備は、大気圧や温度等の種々の要因に応じた、袋／容器内への、あるいは袋／容器から外へのガスの拡散を最小化するように選択される。

［発明の概要］
従来技術の校正液および／またはコントロール液は、様々な不都合に悩まされている。例えば、市販の調製された水性ガスコントロール液は、ｐＨおよびｐＣＯ_２については血液の所与のレベルを適切に模倣しているが、十分な量の酸素を溶解することができないため、十分な酸素バッファリング能力を有していない。このようなコントロール液は、比較的少量の外部の酸素汚染が存在すると不正確になりやすく、あるタイプの器具の故障を誤って表示する可能性もある。

エマルジョン系校正液／コントロール液は、分析装置の測定チャンバ内の泡が洗浄を困難にし、コントロール液から試料へのキャリーオーバーを生じさせるという不都合を有する。校正の際にコントロール試料を調製することは、独自の不都合を有する。これは、調製過程が技術的にかなり複雑であることから、相当量の手間、高価な追加的装置、および不確実性を含む問題を生じさせる。

ガス拡散を最小化するように設計された、校正液用の容器に用いられる材料および装備もまた、不都合に悩まされている。大気と保存試薬との平衡状態における差が大きい可能性がある場合は特に、校正パック内で、長期間、酸素を安定したレベルに保つことが非常に難しい。更に、容器の材料または試薬に対する酸素の反応性もまた、非常に厄介である。

ガス−液体分析器での使用のための液体試薬および／または校正／標準液において、作り置きではなく予め包装されていないガス校正標準を提供することが、本発明の１つの目的である。

本発明は、ガス校正を目的として試薬または液体を使用するために、液体試薬および／または校正／標準液における溶存ガス値を、リアルタイムで制御対象レベルまで上げることができる装置を提供することにより、これらの目的および他の目的を達成する。

広義では、本発明は、例えば３７℃などの高温に保たれている加熱されたおよび温度制御されたマンドレルの周囲に巻き付けられた、長尺で肉薄のガス透過性チューブであって、ガス−液体分析器において使用されるガス校正液をリアルタイムで供給するための、ガス−液体平衡化コイルとも呼ばれるガス透過性チューブを用いる。マンドレルおよびチューブ近辺のガス環境は、温度およびガス濃度に関して厳密に制御される。本発明で使用可能な、容易に入手できる安価なガスの一例は、大気である。チューブの材料は、例えば高い酸素透過率など高いガス透過性のために選択される。試薬および／または校正液が高温でコイルを通過すると、その試薬および／または校正液は、コイル周辺の空間における大気圧、温度、およびガスの割合に基づいて、速やかに新たな平衡状態を取る。マンドレルおよびチューブが位置しているチャンバ内の正確な大気圧またはガス圧を知ることにより、その瞬間の正確なガス値を計算することができ、したがって、校正のためにそのガス値を利用することができる。

ガス透過性チューブの壁厚は、ガス拡散のためにはより薄い方がよいことと、蠕動ポンプにより生じる真空下での壁面崩壊と、の間の妥協である。材料、温度および真空の組合せが、使用可能な壁厚を決定するためのパラメータを規定する。ガス透過性チューブの内径は、蠕動ポンプにより生じる真空下での圧力損失のためには大きい方がよいことと、所与の単位容積あたりの露出表面積のためには小さい方がよいことと、の間の妥協である。全ての変数（すなわち、チューブ材料、厚さ、チューブの長さ、チューブ内での溶液の滞留時間、温度等）のうち、温度は、一次に影響がある。拡散は、温度に依存するため、低温では、平衡状態が非常にゆっくりと達成される。種々の液体が、下は１００ｍｍＨｇから上は２２０ｍｍＨｇまでのガス値で試され、所定の温度で平衡状態に達した。低い温度では長い時間がかかるが、高い温度では迅速である。

本発明の一実施形態において、液体試料ガス分析器用のガス−溶液平衡化装置は、温度制御される熱伝導性マンドレルと、マンドレルの周囲に巻き付けられた、注入口と排出口とを有するガス透過性チューブのコイルと、ガス雰囲気と平衡状態にあり、温度制御される熱伝導性マンドレルおよびガス透過性チューブのコイルを収容する内部空間を有するハウジングとを備える。ガス透過性チューブのコイルは所定の線長を有し、ガス透過性チューブは所定の壁厚を有し、その両者の組合せにより、所定の流速でコイルを通過する液体とハウジング内のガスとを平衡化させて、液体ガス分析器に対しチューブの排出口においてガス校正液を供給することが可能になる。

本発明の別の実施形態において、ハウジング内のガスは大気酸素であり、ハウジングは、ハウジング内の内部空間と大気との平衡化を促進する開口部を有する。
本発明の別の実施形態において、ガス透過性チューブは、厚さ２５ミクロンのフィルムについて、２５℃で約０．６×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1から約１０×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1の範囲の、酸素または二酸化炭素に対する比較的高いガス透過率を有する材料で作られる。なお、チューブ材料のガス透過率のスペックは、本発明において使用可能なチューブの種類の指標として利用される。ある特定の材料が、２５ミクロンのフィルムについて２５℃において、上記明示された範囲内あるいはそれに近いガス透過率の値を有する場合、その特定の材料で作られたチューブは、本発明において使用可能であろう。本明細書および請求項において、全ての透過率の値は、２５℃における２５ミクロンのフィルムについての値である。

本発明の更なる実施形態において、ガス透過性チューブは、約０．６×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1以上、好ましくは約３×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1以上、より好ましくは７×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1以上の酸素透過率を有する材料で作られる。

本発明の更に別の実施形態において、ガス透過性チューブは約３×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1以上の酸素透過率を有する材料で作られる。
本発明のまた別の実施形態において、ガス透過性チューブは、約３×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1から約７×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1の範囲の酸素透過率を有する材料で作られる。

本発明の別の実施形態において、ガス透過性チューブは、約０．０１１インチから約０．０１４インチの範囲、好ましくは、約０．０１２インチから約０．０１３インチの範囲の壁厚を有する。

本発明の別の実施形態において、ガス透過性チューブは、チューブを通過する溶液用の溶液排出口において溶解酸素の大気酸素との平衡を達成するのに十分な酸素透過率を供給する一方、チューブが蠕動ポンプから真空効果を受けた際に壁面崩壊を防止するのに十分な壁厚を有する。

本発明の更なる実施形態において、ガス透過性チューブは、約３×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1から約１０×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1の範囲の二酸化炭素透過率を有する材料で作られる。

本発明の更に別の実施形態において、ガス透過性チューブは、約３×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1以上、好ましくは約７×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1以上、より好ましくは１０×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1以上の二酸化炭素透過率を有する材料で作られる。

別の実施形態において、温度制御される熱伝導性マンドレルは、マンドレルの内壁、またはマンドレルの外壁、またはその両方に載置された薄膜抵抗ヒータを有する。抵抗ヒータには、薄膜ヒータの代わりに、管状のマンドレル内の加熱コイルを採用してもよい。マンドレルを加熱するために採用される加熱メカニズムは、例えば熱電式（すなわち、ペルチェ効果に基づく）、マンドレルを通って循環する加熱された循環液など、抵抗加熱以外の方法を用いてもよい。

更に別の実施形態において、ガス透過性チューブは、約３５インチから約７５インチの範囲の長さを有する。
また別の実施形態において、コイルは、約１１巻きから約２３巻きまでの範囲の予め定められた巻き数を有する。

別の実施形態において、ガス透過性チューブは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロ（アルコキシビニルエーテル）フィルム（ＰＦＡ）などのパーフルオロアルコキシ共重合体、およびポリエチレン−テトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）などのエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体から成る群から選択された材料で作られる。

別の実施形態においては、液体試料ガス分析器用のガス校正液を、リアルタイムで供給する方法が開示される。前記方法は、温度制御される熱伝導性マンドレルを所定の温度に設定することと、温度制御される熱伝導性マンドレルの周囲に巻き付けられたガス透過性チューブのコイルを通して、校正液を所定の流速で移動させることとを含み、前記ガス透過性チューブは、所定の長さと所定の壁厚を有し、所定のガスの雰囲気に晒され、その所定のガスに対して比較的高い透過性を有する材料で作られる。校正液は、ガス透過性チューブの排出口において、所定のガスと平衡状態にあるガス含有量を有する。

別の実施形態において、前記方法は、温度制御される熱伝導性マンドレルおよびガス透過性チューブのコイルを、ガス透過性チューブの注入口に接続されたハウジング注入口とガス透過性チューブの排出口に接続されたハウジング排出口とを有するハウジングに収納することを含む。

更なる実施形態において、前記方法は、ガス透過性チューブの排出口における校正液のガス濃度を、その時点で既知の大気圧、マンドレルの温度、および所定のガスの割合に基づいて確定することを含む。

別の実施形態において、前記方法は、約３×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1から約７×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1の範囲の酸素透過率を有するガス透過性チューブを選択することを含む。

更に別の実施形態において、前記方法は、チューブを通過する校正液用の排出口において溶解酸素の大気酸素との平衡を達成するのに十分な酸素透過率を供給する一方、チューブが蠕動ポンプからの真空効果を受ける場合の壁面崩壊を防止するのに十分な壁厚を有するガス透過性チューブを選択することを含む。

別の実施形態において、前記方法は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロ（アルコキシビニルエーテル）フィルム（ＰＦＡ）などのパーフルオロアルコキシ共重合体、およびポリエチレン−テトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）などのエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体から成る群から選択された材料で作られるガス透過性チューブを選択することを含む。

本発明の更なる実施形態においては、ガス−液体分析器においてガス校正液をリアルタイムで供給する、ガス−液体平衡化コイルが提示されている。ガス−液体平衡化コイルは、温度制御される熱伝導性マンドレルと、マンドレルの周囲に巻き付けられた、注入口と排出口とを有するガス透過性チューブのコイルと、ガス−液体平衡化コイル周囲の環境を制御するための温度およびガス手段とを備え、ガス−液体平衡化コイルを出るガス校正液は、温度およびガス手段により規定される所定のガス濃度を有する。

ガス透過性チューブのコイルとマンドレルとを備えたガス平衡化装置を収容するハウジングを示す、本発明の一実施形態の背面斜視図である。 図１に示されるフレームの一実施形態の正面斜視図である。 図１に示されるカバーの一実施形態の背面斜視図である。 カバーが取り外された状態の、図１に示される実施形態の左側面図である。 フレームが取り外された状態の、図１に示される実施形態の上面図である。 マンドレルと、加熱部材と、ガス透過性チューブのコイルとを示す本発明の一実施形態の斜視図である。 図１に示される本発明のガス平衡化装置のコイルの一実施形態の斜視図である。 図１に示される本発明のマンドレルおよび加熱部材の一実施形態の斜視図である。 図６に示されるガス平衡化装置の加熱部材の斜視図である。

［好適な実施形態の詳細な説明］
本発明の好適な実施形態は、図１−９において説明される。図１は、本発明のガス−液体平衡化装置アセンブリ１０の一実施形態を示す。ガス−液体平衡化装置アセンブリ１０は、内部空間２９を形成するフレーム２２およびカバー３０を含むハウジング２０を備える。ハウジング２０の内部空間２９には、ガス平衡化装置４０がある。ガス平衡化装置４０は、リアルタイムで生成されるガス校正液を液体ガス分析器に供給するために用いられる。ガス−液体平衡化装置アセンブリ１０は、また、溶液注入口５０と、溶液排出口５２と、ヒータケーブル用ポート７０とを備える。ガス標準として大気酸素を用いるカバー３０の一実施形態において、当該実施形態は、通常、内部空間２９と雰囲気との間で空気の平衡化を可能にするための通気口２８を備える。

図２に移ると、フレーム２２の正面斜視図が示されている。フレーム２２は、側面から見ると、フレーム上部２３と、フレーム下部２４と、フレーム上部２３とフレーム下部２４との間に垂直に延びて両者を直接接続するフレーム壁部２５とにより、ほぼＣ字形を有する。フレーム上部２３は、フレーム下部２４と間隔を空けて配置され、実質上平行になっている。フレーム上部２３およびフレーム下部２４は、ガス平衡化装置４０を相対的な固定位置に支持し、しっかりと固定する。フレーム上部２３およびフレーム下部２４からは、固定タブ２６が互いに向かって実質上垂直に延びている。固定タブ２６は、それぞれ、フレーム上部２３およびフレーム下部２４の外縁部２３ａおよび２４ａから延出し、フレーム壁部２５とは反対側の位置している。固定タブ２６は、カバー３０をフレーム２２に固定するための取付部である。フレーム壁部２５はまた、任意には、フレーム２２の両側に、少なくとも１つのフランジ２７を備える。フランジ２７は、壁部の第一側縁部２５ａおよび壁部の第二側縁部２５ｂを横切って間隔を空けて配置されている。各フランジ２７は、第一側縁部２５ａと第二側縁部２５ｂとの間にカバー側面受容スペース２７ａを形成しており、フランジ２７の内表面２７ｂと第一および第二側縁部２５ａ、２５ｂのそれぞれとの間の距離は、カバー３０のカバー側壁３２の厚さよりわずかに大きく（図１および３に示される）、これは、カバー３０をフレーム２２に支持するのに役立つ。図示された実施形態において、フレーム上部２３およびフレーム下部２４のそれぞれは、ガス平衡化装置４０をフレーム２２に固定する固定具を受容するための、上部開口部２３ｂおよび底部開口部２４ｂをそれぞれ有する。ガス平衡化装置４０の端部をフレーム上部２３およびフレーム下部２４に固定してガス平衡化装置４０の移動を防止するような、横木、留め具、凹部等を用いるなどして、ガス平衡化装置４０は、別の方法で固定されてもよいと考えられる。フレーム壁部２５は、また、ガス平衡化装置４０のチューブ継手やヒータケーブルを収容するための複数の開口部および／またはスロット２８を備えてもよい。フレーム２２は、剛性材料で作られ、ガス平衡化装置４０およびカバー３０を支持し固定するのに十分な強度を有する。許容される材料は、金属、非金属、炭素複合材、プラスチック等である。

図３は、カバー３０の一実施形態を示している。この実施形態において、カバー３０は、一対の対向するカバー側壁３２、３４と、カバー前壁３６とを有する。カバー前壁３６は、カバー側壁縁部３２ａ、３４ａに沿うカバー側壁３２、３４の間に、互いに対向する平行なカバー長手方向縁部３６ａに沿って直接接続されている。ガス−溶液平衡化を目的として大気を使用する場合、カバー側壁３２、３４のそれぞれは、カバー側壁３２、３４をそれぞれ貫通する１つ以上の通気口３２ｂ、３４ｂを有する。好ましくは、カバー側壁３２、３４間の内部空間２９内の空気と、大気と、の間の平衡状態を維持するために、通気口３２ｂ、３４ｂは、それぞれの端部３２ｃ、３４ｄから間隔を空けて配置されて、受動エアフローを供給する。カバー側壁３２、３４およびカバー前壁３６の厚さは、ガス平衡化装置４０を意図しない損傷から保護するように選択される。フレーム上部２３およびフレーム下部２４の外縁部２３ａ、２４ａがカバー内表面３１に対する支持面を提供するように、カバー側壁３２、３４およびカバー前壁３６の長手方向の長さは、フレーム上部２３およびフレーム下部２４の外表面２３ｃ、２４ｃ間の距離と等しいことが好ましい。フレーム２２のフランジ２７が壁部外表面３３に対して対向する表面（すなわち内表面２７ｂ）を提供するように、壁部の長手縁部３２ｅ、３４ｅは、フレーム２２のカバー側面受容スペース２７ａよりわずかに小さい厚さを有する。したがって、フレーム上部および下部の外縁部２３ａ、２４ａは、カバー３０がガス平衡化装置４０上に落ち込むのを防止し、フランジ２７は、カバー側壁３２、３４がフレーム上部および下部の外縁部２３ａ、２４ａから離間するのを防止する。カバー３０にはどのような材料も使用し得るが、ガス平衡化装置４０を通って流れる溶液を見ることができるように、好適な材料は、透明なアクリルである。

図４は、カバー３０が取り外された状態のガス−液体平衡化装置アセンブリ１０の側面図である。図示されるように、ガス平衡化装置４０は、上端部４４および下端部４５において、フレーム２２のフレーム上部２３およびフレーム下部２４のそれぞれに、固定部材４８を用いて固定されている。ガス平衡化装置４０は、温度制御される熱伝導性マンドレル４２と、マンドレル４２のマンドレル外表面４３の周囲に巻き付けられたガス透過性チューブのコイル６０とを備える。コイル６０は、マンドレル４２の周囲に、複数の間隔の空いたコイル／チューブの巻き６２を含み、これによりガス透過性チューブの外表面の大半は、コイル６０の周囲のガス雰囲気（すなわち、空気または他の所定のガス）に晒される。コイル６０は、溶液注入口５０に接続された第一コイル端部６４（図示なし）と、溶液排出口５２に接続された第二コイル端部６６（図示なし）とを備える。本発明のこの実施形態において、溶液注入口５０および溶液排出口５２は、他の弾性チューブと接続するように構成された竹の子継手として特徴づけられる。任意に、ガス平衡化装置４０は、温度制御対象のマンドレル４２の温度を維持し易くするため、上端部４７にマンドレル断熱材４６を備える。ガス平衡化装置４０は、また、マンドレル４２の上下端４４、４５とフレーム上部および下部２２、２４のそれぞれとの間に配置される絶縁スペーサ４５ａ、４５ｂを、任意に備えてもよい。絶縁スペーサ４５ａ、４５ｂもまた、特にフレーム２２が例えば金属などの熱伝導性材料で作られている場合に、ガス平衡化装置４０とフレーム２２との間の熱伝導を減少させることによって、温度制御を促進する。内部空間２９からの熱損失を更に減少させるため、例えば発泡絶縁体ブロックなどの他の絶縁部品９０（図１に示すように）が、ガス平衡化装置４０とフレーム２２／カバー３０との間に任意に備えられてもよい。

図５に移ると、そこには、フレーム２２が取り外された状態での上記実施形態の上面図であって、カバー３０およびフレーム２２により形成された内部空間２９内に配置されたガス平衡化装置４０を示す上面図が示される。この実施形態において、温度制御される熱伝導性マンドレル４２は、マンドレル外表面４３とコイル６０との間に、マンドレル外表面４３に密着した薄膜の可撓性ヒータの形をとるヒータ８０を備える。マンドレル４２は中実でも管状でもよく、ヒータ８０はまた、管状のマンドレル４２の内表面に密着してもよく、または管状のマンドレル４２内に配置されたヒータコイルあるいは１つ以上の熱電モジュールを備えてもよいと考えられる。ヒータ８０は、一端でヒータ８０に接続され、他端で電気コネクタ８４に接続された導線８２を備える。加熱機構は、例えば熱電式（すなわちペルチェ効果に基づく）、被加熱循環液等の抵抗加熱以外の方法を用いてもよいと考えられる。熱電の例は、熱電モジュールの独自の特性を利用することになる。熱電モジュールは、高温側および低温側を有するヒートポンプである。このシステムは、４０℃から４２℃の温度で平衡に至らせた後、３７℃まで液体を冷却するように使用し得る。より高い温度は、より低いｐＯ_２平衡値をもたらすことになる。校正液は、１００から１４０ｍｍｐＯ_２までの何れかの値で、熱電モジュールの被加熱側から出てくる。校正液は、次にサラン（ｓａｒａｎ）またはステンレススチールなどの材料で作られた気密チューブ内に入り、分析器に入る前に冷却される。１００から１５０ｍｍという低めの値は、臨床的に意味のある範囲に近いため、より有益かもしれない。別の実施形態では、低温側を高い校正値に至らせるために使用し、高温側を低い校正値に至らせるために使用するであろう。

この図で分かるように、第一コイル端部６４は溶液注入口５０に接続され、第二コイル端部６６は溶液排出口５２に接続されて、例えば血液ガス分析器や水性ガス分析器などの液体ガス分析器の、コイル６０および他の液体検査部を通じた連続的な液体連通を提供する。マンドレル４２の上端部４４は、通常、フレーム上部２３を介してマンドレル４２をフレーム２２に固定する固定具４８を備える。フレーム下部２４を介して下端部４５をフレーム２２に固定するために、同様な装置が用いられる。

図６は、ガス平衡化装置４０の斜視図である。図に示すように、ヒータ８０は、マンドレル４２のマンドレル外表面４３に対して配置される。コイル６０は、ヒータ８０の導線８２に対して十分なアクセスを残し、マンドレル外表面４３の大部分にわたってマンドレル４２およびヒータ８０の周囲に比較的ぴったりと巻き付けられる。コイル６０は、コイルのそれぞれの巻き６２の間に見える長手方向のヒータ端縁８１から明らかなように、互いに離間した複数のコイル／チューブの巻き６２を備える。第一コイル端部６１は、竹の子継手などの溶液注入口５０への接続が可能になるように、マンドレル下端部４５の付近でマンドレル４２から離れる。

図７は、第一コイル端部６４と第二コイル端部６６との間に複数のコイルの巻き６２を有する、コイル６０のみを示す。前述のように、コイル６０はガス透過性チューブである。選択されるチューブは、通常、比較的高いガス透過率を有する。チューブの壁厚は、液体検査モジュールの内部へ、液体検査モジュールから外部へ、また液体検査モジュールを通って試料および標準液を移動させるために、液体ガス分析器内で通常用いられる蠕動ポンプにより生じる、チューブの内側に加わる真空力に耐えるチューブの能力と、コイル６０を通過する校正液へのチューブ壁を通じたガス移送の速度とのバランスに基づいて選択される。必要なコイルの巻き６２の数も、使用されるチューブのガス透過率、壁厚、コイルを通る溶液の流速、およびマンドレルの温度、の関数である。例えば、コイル６０を通過する校正液が、溶液排出口５２を通って出る前に、内部空間２９内のガスレベルと完全に平衡化することを確実にするために必要なコイルの巻き６２の数は、マンドレルが所定の温度に設定され、コイル６０を通る校正液の流速が予め定められた状態で、所定のガス透過率および所定の壁厚を有するチューブに左右される。例えば、流速を増加させると、校正液が溶液排出口５２から出る前の平衡化を達成するためには、必要なコイルの巻き６２の数はより大きくなる。逆に、流速を低下させると、必要なコイルの巻き６２の数はより小さくなる。これは、溶液排出口５２から出る液体をガス校正液として利用できるように、液体がコイル６０を通過する際に、内部空間２９内のガスとコイル６０内の液体との平衡化を可能にするためには、溶液がコイル６０内に十分な時間留まらなければならないからである。また、より低いガス透過率を有するチューブが用いられる場合には、より多くのコイルの巻き６２が必要である。これは、チューブの厚さを変える場合にも当てはまる。チューブ壁が厚いほど、コイルの巻き６２の数は大きく、チューブ壁が薄いほど、コイルの巻き６２の数は小さい。チューブ壁の厚さは、コイル６０内の液体が蠕動ポンプにより生成および印加される真空力に晒された場合に、チューブ内径（Ｉ．Ｄ．）が潰れないような寸法に限定される。温度制御されるマンドレル４２が動作する温度も、必要なコイルの巻き６２の数を左右する。温度が高いほど、コイルの巻き６２の数は小さく、温度が低いほど、コイルの巻き６２の数は大きい。以上のように、それは、例えば溶液平衡化の早さ、アセンブリの大きさ、好適な温度等の使用者にとってより重要な要因に応じた、ガス−液体平衡化装置アセンブリ１０の様々な特性の釣り合いをとることであり、過度の実験をせずに当業者によって為し得る判断である。本発明においてチューブとして使用可能な材料は、その材料の２５ミクロンのフィルムについて、２５℃で約０．６×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1以上、好ましくは約３×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1以上、より好ましくは約７×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1以上のガス透過率を有する材料である。

以下の例は、ガス−液体平衡化装置アセンブリ１０の具体的な実施形態を説明している。以下の例は、血液ガス分析器などのガス−液体分析器用の酸素校正液を生成するために、大気酸素（２０．９％）を用いた。温度制御される熱伝導性マンドレル４２の温度は３７℃に設定された。コイル４２を通る溶液の流速は、毎秒約８０マイクロリットルであった。大気圧が記録された。この情報は、ガス−液体平衡化装置アセンブリ１０の溶液排出口６４から出る平衡溶液の、正確な酸素値を算出するために用いられた。

例１
約１インチの外径を有する、温度制御される熱伝導性マンドレル４２と、（マンドレル４２の周囲に巻き付けられているため）約１インチのコイル内径を有するポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）チューブのコイル６０と、が用いられた。ＰＴＦＥチューブは、ＰＴＦＥの５ミクロンのフィルムについて２５℃で、７×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1の酸素に対するガス透過率および７×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1の二酸化炭素に対するガス透過率を有する。以下の表は、ガス平衡化装置４０のガス透過性チューブの具体的なパラメータを提供する。

※注：全長は、溶液注入口６４および溶液排出口６６との接続部を含む。

コイル６０内の目標容量サイズは、１．５ミリリットルであった。溶液排出口６６から出る校正液は、３７℃の溶液において大気酸素と完全に平衡化され、液体ガス分析器用の酸素校正液として使用可能であった。

例２
約１インチの外径を有する、温度制御される熱伝導性マンドレル４２と、（マンドレル４２の周囲に巻き付けられているため）約１インチのコイル内径を有するフッ化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）チューブのコイル６０と、が用いられた。ＦＥＰチューブは、ＦＥＰの５ミクロンのフィルムについて２５℃で、３×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1の酸素に対するガス透過率および１０×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1の二酸化炭素に対するガス透過率を有する。以下の表は、ガス平衡化装置４０のガス透過性チューブの具体的なパラメータを提供する。

※注：全長は、溶液注入口６４および溶液排出口６６との接続部を含む。

コイル６０内の目標容量サイズは、１．５ミリリットルであった。溶液排出口６６から出る校正液は、３７℃の溶液において大気酸素と完全に平衡化され、液体ガス分析器用の校正液として使用可能であった。

ＰＴＦＥおよびＦＥＰのガス透過率の値は、２５℃で２５μｍの膜厚に基づいていると理解されるべきである。
内部空間２９は、任意に、他のガスおよび／または他の濃度レベルの他のガスを含む大気と平衡化してもよいと考えられる。大気が用いられない場合には、ガス透過性チューブ６０を通過する溶液と平衡化するために用いられる内部空間２９内のガスまたはガス混合物が大気からの空気により汚染されないように、ハウジングは気密に構成されなければならない。複数の開口部および／またはスロット２８は気密である必要があり、フレーム２２とカバー３０との組合せは気密である必要があり、カバー３０は通気口３２ｂ、３４ｂを有していないか、または通気口３２ｂ、３４ｂは栓がされて同様に気密である必要があることは、当業者には理解されるであろう。

本発明の好適な実施形態が本明細書中で説明されたが、上記の説明は単に例示的なものに過ぎない。本明細書中に開示された発明の更なる変更は、各技術分野の当業者に想到されるはずであり、そのような変更の全ては、添付の請求項に規定された発明の範囲に含まれるものと見なされる。

Claims (24)

1. 液体試料ガス分析器において使用するためのガス−溶液平衡化装置であって、
   温度制御される熱伝導性マンドレルと、
   前記マンドレルの周囲に巻き付けられた、注入口と排出口とを有するガス透過性チューブのコイルと、
   前記温度制御される熱伝導性マンドレルと、前記ガス透過性チューブのコイルと、一定容積のガスと、を収容する内部空間を有するハウジングとを備え、前記ガス透過性チューブのコイルは、所定の線長を有し、前記ガス透過性チューブは、所定の壁厚を有し、前記所定の線長と壁厚との組合せにより、所定の流速で前記コイルを通過する液体を前記内部空間内の前記ガスと平衡化して、前記液体ガス分析器に対し前記チューブの前記排出口において、ガス校正液をリアルタイムで供給することが可能であるガス−溶液平衡化装置。
2. 前記一定容積のガスが大気である請求項１記載の装置。
3. 前記ガス透過性チューブが、約０．６×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1から約１０×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1の範囲の、酸素または二酸化炭素に対する比較的高いガス透過率を有する材料で作られている請求項１記載の装置。
4. 前記ガス透過性チューブが、約０．６×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1以上、約３×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1以上、および約７×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1以上から成る群から選択された酸素透過率を有する材料で作られている請求項１記載の装置。
5. 前記ガス透過性チューブが、約３×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1の酸素透過率を有する材料で作られている請求項１記載の装置。
6. 前記ガス透過性チューブが、約７×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1の酸素透過率を有する材料で作られている請求項１記載の装置。
7. 前記ガス透過性チューブが、約３×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1から約７×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1の範囲の酸素透過率を有する材料で作られている請求項１記載の装置。
8. 前記ガス透過性チューブが、約０．０１１インチから約０．０１４インチの範囲の壁厚を有する請求項１記載の装置。
9. 前記ガス透過性チューブが、約０．０１２インチから約０．０１３インチの範囲の壁厚を有する請求項１記載の装置。
10. 前記ガス透過性チューブが、前記チューブを通過する溶液用の溶液排出口において、溶解酸素の大気酸素との平衡を達成するのに十分な酸素透過率を提供する一方、前記チューブが蠕動ポンプからの真空効果を受ける場合の壁面崩壊を防止するのに十分な壁厚を有する請求項１記載の装置。
11. 前記ガス透過性チューブが、約３×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1以上、約７×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1以上、および約１０×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1以上から成る群から選択された二酸化炭素透過率を有する材料で作られている請求項１記載の装置。
12. 前記ガス透過性チューブが、約３×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1の二酸化炭素透過率を有する材料で作られている請求項１記載の装置。
13. 前記ガス透過性チューブが、約７×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1の二酸化炭素透過率を有する材料で作られている請求項１記載の装置。
14. 前記ガス透過性チューブが、約１０×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1の二酸化炭素透過率を有する材料で作られている請求項１記載の装置。
15. 前記ガス透過性チューブが、約７×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1から約１０×１０^-13ｃｍ³．ｃｍｃｍ^-2ｓ^-1Ｐａ^-1の範囲の二酸化炭素透過率を有する材料で作られている請求項１記載の装置。
16. 前記温度制御される熱伝導性マンドレルが、管状のマンドレルの内壁に配置された薄膜ヒータを有する請求項１記載の装置。
17. 前記ガス透過性チューブが、約３５インチから約７５インチの範囲の長さを有する請求項１記載の装置。
18. 前記コイルが、約１１巻きから約２３巻きの範囲の所定の巻き数を有する請求項１記載の装置。
19. 前記ガス透過性チューブが、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化エチレンプロピレン、パーフルオロアルコキシ共重合体、およびエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体から成る群から選択された材料で作られている請求項１記載の装置。
20. 前記パーフルオロアルコキシ共重合体が、テトラフルオロエチレン−パーフルオロ（アルコキシビニルエーテル）である請求項１７記載の装置。
21. 前記エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体が、ポリエチレン−テトラフルオロエチレンである請求項１７記載の装置。
22. ガス−液体分析器内にガス校正液をリアルタイムで供給するガス−液体平衡化コイルであって、
    温度制御される熱伝導性マンドレルと、
    前記マンドレルの周囲に巻き付けられた、注入口と排出口とを有するガス透過性チューブのコイルと、
    前記ガス−液体平衡化コイルの周囲の環境を制御するための温度およびガス手段とを備え、前記ガス−液体平衡化コイルから出るガス校正液が、前記温度およびガス手段の温度およびガスにより規定される所定のガス濃度を有するガス−液体平衡化コイル。
23. 前記ガス透過性チューブが、約１３００ｃｍ³／ｍ²．ｄ．ｂａｒから約１５０００ｃｍ³／ｍ²．ｄ．ｂａｒの範囲の、酸素または二酸化炭素に対する比較的高いガス透過率を有する材料で作られている請求項２０記載の平衡化コイル。
24. 液体試料ガス分析器用のガス校正液をリアルタイムで供給する方法であって、
    温度制御される熱伝導性マンドレルを所定の温度に設定することと、
    ガス平衡化装置を構成する前記温度制御される熱伝導性マンドレルの周囲に巻き付けられたガス透過性チューブのコイルを通して、所定の流速で校正液を移動させることと
    を含み、前記ガス透過性チューブは、所定の長さおよび所定の壁厚を有し、ハウジングの内部空間内に配置されて所定のガスの雰囲気に晒され、前記ガス透過性チューブは、前記所定のガスに対する比較的高い透過率を有する材料で作られており、前記ガス透過性チューブの排出口における前記校正液は、前記内部空間における所定のガスと平衡なガス含有量を有する方法。

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