JPS5931328B2 - Ｐｏ↓２，ｐｃｏ↓２電気化学的検出器 - Google Patents

Ｐｏ↓２，ｐｃｏ↓２電気化学的検出器

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JPS5931328B2
JPS5931328B2 JP53090554A JP9055478A JPS5931328B2 JP S5931328 B2 JPS5931328 B2 JP S5931328B2 JP 53090554 A JP53090554 A JP 53090554A JP 9055478 A JP9055478 A JP 9055478A JP S5931328 B2 JPS5931328 B2 JP S5931328B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、流体中の酸素分圧ＰＯ２及び二酸化炭素分圧
ＰＣＯ２を同時に連続的に測定するための電気化学的検
出器装置に関する。
本発明の電気化学的検出器は、特に血液中のＰＣＯ２及
びＰＯ２を動脈内測定するのに有用であり、加熱用素子
及びわずかな形状の変化を加えることによりえ等血液中
のガスを皮膚から測定するのに容易に適用することがで
きる。従来のＰＯ２検出器は、電解質と電気的に接続し
た一対の金属電極を、電解質及び検査しようとする流体
と接触した酸素透過性膜中に入れたものからなつている
。
一方の電極であるカソードは、膜を通過する酸素を電気
化学的に還元することができる金属からなり、それによ
り流体中の酸素分圧に関連した電流を生ずる。従来のＰ
ＣＯ２検出器も一対の電極と電解質及び、この場合には
二酸化炭素に対し透過性の膜からなる。
検出器は、水が通る膜を二酸化炭素が通過して溶解し、
炭酸を生じ、その炭酸の解離によつり次式に従つて水素
イオンを生成することによつて起きるＰＨ変化の効果を
記録する働きをする。ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ−ーー一→Ｈ２Ｃ
Ｏ３Ｈ２ＣＯ３←＝：」計＋ＨＣＯ３− [ヮ_化炭素・酸素検出用微小電極単一装置は、Ｒｅｓｐ
ｉｒａｔｌＯｎＲｈｙｓｉＯｌＯｇｙＺ】，３７１−３
７９（１９７５）に記載されている。
この系は白金カソード銀・塩化銀アノードをキンヒドロ
ン（ＱｕｉｎｈｙｄｒＯｎ）／塩化カリウム電解質中に
入れたものを含んでいる。この系はＰＣＯ２とＰＯ２を
同時ではないが別々に測定するのに用いることができる
。本発明の範囲には次のものが入る。
流体中のＰＯ２及びＰＣＯ２を同時に且つ連続的に測定
するための電気化学的検出器において、（ａ）二酸化炭
素の存在によつて生ずるＰＨ変化に感応する第１電極、
電気化学的に酸素を還元することができる第２電極、第
１及び第２電極の各々に対する又はそれらに共通する対
照電極、第１電極、第２電極及び対照電極を離して絶縁
して保持するための部材、及び対照電極及び第１及び第
２電極と接触する、好ましくはアルカリ性電解質である
電解質、を内部に有する電極室、（ｂ）第１及び第２の
面を有する酸素及び二酸化炭素に透過性の膜で、第１面
が電解質と接触し、第２面が試験しようとする流体から
の二酸化炭素及び酸素ガスに対し露出することができる
ようになつており、然もアルカリ電解質を電極と接触さ
せて保持し、酸素と二酸化炭素ガスが電解中に入れるよ
うにし、更に電解質が固体の場合にも水にも透過性であ
る膜、からなる電気的検出器。
第１電極と対照電極との間の二酸化炭素及び第２電極と
対照電極との間の酸素によつて生ずる電気的変化を同時
に測定するための装置が各電極に接続されている。
−具体例として、検出器は血液中のＰＯ２とＰＣＯ２を
測定するための動脈内カテーテルの先端に取り付けて用
いられる。
二酸化炭素の変化に感応する電極はＰＨガラス電極であ
る。酸素を電気化学的に還元するための電極は、銀又は
白金から作られ、対照電極は銀／塩化銀であり、膜は水
、二酸化炭素及び酸素に透過性のポリスナレンである。
そして電解質は炭酸水素ナトリウム及び塩化カリウムの
水溶液からつくつた乾燥した又は半固体の層である。膜
は、好ましくは生物学的に不活性の重合体から作られて
いるが二酸化炭素と酸素に対し透過性ノである。
もし固体の電解質を用いるならば、膜は水にも透過性で
なければならない。適当な膜は、電解質被覆センサー（
Ｓｅｎｓｅｒ）をＣＯ２／０２／Ｈ２Ｏ透過性ポリスチ
レン膜で浸漬被覆することによつて作ることができる。
この形のセンサーを作るには、電極を先ずカテーテル先
端にとりつけ、その先端を固体電解質で被覆し、それを
今度は０２／ＣＯ２／Ｈ２Ｏ透過性膜で浸漬被覆する。
両方の被覆は完全に電極を覆つている。他の具体例とし
て、二酸化炭素と酸素に対し透過性の膜は、皮膚に接触
して或は皮膚に接近して置けるように配置されており、
その結果二酸化炭素と酸素が血液から皮膚を通り、膜を
通つて電解質へ入ることができる。
この後者の具体例は、制御された加熱用素子（即ちサー
ミスターで制御された素子）を取りつけ、それによつて
検出器を加熱して、その検出器と接触している皮膚の部
分中の血液流を増大するのに適した温度に維持するのが
有利である。
斯様に、本発明の重要な具体例は、皮膚を通つて拡散す
るガスのＰＯ２及びＰＣＯ２を決定することにより、皮
膚を通るＰＯ２及びＰＣＯ２を決定することができる皮
膚からの検出器である。本発明の検出器のそのような具
体例の一例は、一つ以上の銀０２電極と、測定しようと
する皮膚の所の分分の血液流を増大するための制御され
た加熱用素子とを組み込んだ環状対照電極でＰＨガラス
ＣＯ２電極を取りまいたものからなる。電極の露出表面
は適当な電解質と接触しており、その電解質は液体でも
よく、その装置に対しては動脈内検出器の場合に必要な
程厳格な殺菌法は用いなくてもよい。最後に電解質を０
２／ＣＯ２透過性膜で被覆する。もし湿潤又は液体電解
質が用いられるならば、水透過性は必須ではない。この
検出器は、血液流を増大するようにサーミスター制御が
ついた電気的加熱用素子で局部的に加熱した皮膚に直接
適用し、皮膚を通つて拡散するガスから血液のＰＯ２と
ＰＯＣ２の信頼性のある測定を行なうことができる。本
発明による検出器のどの型のものについても、ＣＯ２電
極と０２電極は少なくとも或る程度対照電極によつて離
し、ＣＯ２電極に存在する水素イオンと、０２電極で発
生する水酸イオンとの間の干渉を出来るだけ小さくする
ことが好ましい。二酸化炭素の存在によつて生ずるＰＨ
変化に感応する第１電極は、ＰＨガラス電極であるのが
好ましい。酸素を電気化学的に還元することができる第
２電極は、銀、金、白金、炭素又は適当な半導体材料の
ような、分極電流で酸素を電気化学的に還元する必要な
性質を有するどのような材料から作ることができる。
対照電極は、プロツク又は巻線型の銀／塩化銀であるの
が好ましい。
酸素の電気化学的還元による出力は、分極用電源及び電
流増幅器を用いた従来のポーラログラフ回路により測定
する。
ＰＨガラス電極の出力は、高インピーダンス電圧増幅器
により測定する。酸素と二酸化炭素は、干渉することな
く同時に動脈中又は皮膚から測定される。エレクトロニ
クスの分野の当業者であれば、ＣＯ２／０２により惹き
起される電極中の変化を測定する手段として役に立つ、
種々の電気的部品を知つているであろう。好ましい電解
質材料は、非緩衝状態でアルカリ性で、遊離のハロゲン
イオンを含むものである。
電解質の選択は、電極材料の選択によつて指定される。
ＰＨガラスＣＯ２電極、銀／塩化銀対照電極及び銀酸素
電極と共に用いるのに好ましい電解質は、ＮａＨＣＯ３
とＫＣＴとの混合物である。
電解質は湿潤（液体）又は半固体上でもよい。エチレン
グリコール中に炭酸水素ナトリウム／塩化カリを入れた
ものは、本発明の皮膚透過型検出器に適したアルカリ性
電解質である。ここに記載した検出器の皮膚透過性のも
のは、ガラス内血液のＰＯ２及びＰＣＯ２を測定するの
に用いることもできる。
この場合には、検出器の膜は血液の試料と接触して保ち
、電極は血液から膜を通つて拡散してくる酸素及び二酸
化炭素の分圧を測定する。第１図に関し、電気化学的検
出器が５Ｆポリ塩化ビニルカテーテル１の先端に取り付
けてある。
電気化学的検出器は、カテーテルの端に取りつけたＰＨ
ガラス頭部の形の二酸化炭素感応電極を有する。酸素を
電気化学的に還元するための電極３は、１８０ｕｍ径の
銀線である。電極２及び３に対し、銀／塩化銀対照電極
４は共通になつている。電極を有するカテーテルのその
区域は、半固体の炭酸水素ナトリウム／塩化カリ電解質
からなるアルカリ性電解質５の層で被覆されており、そ
の層は今度は０２／ＣＯ２／Ｈ２Ｏ透過性ポリスチレン
膜６で被覆されている。酸素還元用電極、銀線３は、ア
ルカリ性電解質層５と接触している。普通の電気的接続
部７，８及び９が各電極から伸びている。ガラス電極２
は、シリコンゴムシール１１で塞い中空鉛ガラスシヤフ
ト１０上に取りつけてある。ガラスシヤフトの内腔は塩
素イオンゲル化電解質又は導電性エポキシ樹脂１２で満
されている。二酸化炭素感応電極２及び酸素を電気化学
的に還元するための電極３は、この具体例では２〜４ｍ
７ｎ離れている。第２図に関し、皮膚透過型検出器は、
二酸化炭素を測定するためのＰＨガラス電極２２が内部
の中心部に配置された検出器本体２１からなる。
ＰＨ電極を取り巻いて環状銀／塩化銀対照アノード２４
があり、それから離れて径方向に二つ相対して白金酸素
電極２３が内部に配置されている。対照アノード２４に
は、加熱器２５が備えられており、その温度は対照電極
中に配置したサーミスター２６によつて制御されている
。電極の露出表面は、エチレングリコール中に０．１モ
ルＮａＨＣＯ３／０．１モルＫＣＩ溶液を入れた電解質
２７と接触している。電解質は酸素・二酸化炭素透過性
膜２８によつて保持され、その膜はＰＴＦＥリング２９
及びねじ付保持リング３０によつて適所に保持されてお
り、それによつてアルカリ性電解質を電極室内に密封し
、酸素が動物の皮膚から膜を通過してアルカリ性電解質
中へ入れるようにしてある。ＣＯ２電極のインピーダン
スを低下させるために、フイールド効果（Ｆｉｅｌｄｅ
ｆｆｅｃｔ）トランジスター３１が配置されている。
使用する場合、検出器を患者の皮膚と接触させるか又は
その近くに置き、加熱器を働かせて皮膚の温度を血液流
を局部的に増大させるのに十分な値迄上昇させる。血液
中の酸素と二酸化炭素は酸素カソード及び阻ガラス電極
によつて夫々検出され、電流を適当に記録する。第３図
は銀／塩化銀対照電極２４の中にあるがそれから絶縁さ
れている二つの径方向に配置された白金酸素電極２３を
例示している。
【図面の簡単な説明】
第１図はカテーテルの先端に取り付けた電気化学的検出
器の断面図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 流体中のＰＯ＿２とＰＣＯ＿２を同時に連続的に測
    定するための電気化学的検出器において、（ａ）二酸化
    炭素の存在によつて生じたｐＨ変化に感応する第１電極
    、電気化学的に酸素を還元することができる第２電極、
    第１及び第２電極の各々に対する又は両者に共通の対照
    電極、第１電極、第２電極及び対照電極を離して絶縁し
    て保持するための部材、対照電極及び第１及び第２電極
    と接触している電解質、を内部に有する電極室、 （ｂ）第１及び第２の面を有する酸素及び二酸化炭素に
    透過性の膜で、第１面が前記電解質と接触し、第２面が
    試験しようとする流体からの二酸化炭素及び酸素ガスに
    触れることができるようなつており、然も電解質を電極
    と接触させて保持し、酸素及び二酸化炭素ガスが電解質
    中に入れるようにし、更にアルカリ性電解質が固体の時
    には水にも透過性である膜、（ｃ）前記膜と接触してい
    るか又はその近辺にある動物の皮ふを加熱するための、
    前記電極室に伴なわれた制御された加熱用素子、からな
    るＰＯ＿２、ＰＣＯ＿２検出器。 ２ 電解質がアルカリ性電解質である前記第１項に記載
    の電気化学的検出器。 ３ 第１電極と対照電極との間の二酸化炭素及び第２電
    極と対照電極との間の酸素によつて生じた電気的変化を
    同時に測定するための装置と組合さつた前記第１項又は
    第２項に記載の電気化学的検出器。 ４ 第１電極がｐＨガラス電極である前記第１、２又は
    ３項に記載の電気化学的検出器。 ５ 第２電極が銀又は白金である前記第１、２又は３項
    に記載の電気化学的検出器。 ６ 対照電極が銀／塩化銀から作られている前記第１、
    ２又は３項に記載の電気化学的検出器。 。７ 膜がポリスチレンから作られている前記第１、２
    又は３項に記載の電気化学的検出器。 ８ 流体中のＰＯ＿２とＰＣＯ＿２を同時に連続的に測
    定するための電気化学的検出器において、（ａ）二酸化
    炭素の存在によつて生じたｐＨ変化に感応する第１電極
    、電気化学的に酸素を還元することができる第２電極、
    第１及び第２電極の各々に対する又はそれらに共通の対
    照電極、第１電極、第２電極及び対照電極を離して絶縁
    して保持するための部材、対照電極及び第１及び第２電
    極と接触している固体電解質、を内部に有する電極室、 （ｂ）第１及び第２面を有する水、酸素及び二酸化炭素
    に対し透過性の膜で、第１面が電解質と接触しており、
    第２面が試験しようとする流体からの二酸化炭素と酸素
    ガスに触れさせることができるようになつており、然も
    電極と接触して内部に電解質を保持し、酸素と二酸化炭
    素が電解質中に入れるようにしている膜、からなるＰＯ
    ＿２、ＰＣＯ＿２電気化学的検出器。 ９ 電解質がアルカリ電解質である前記第８項に記載の
    電気化学的検出器。 １０ 第１電極と対照電極との間の二酸化炭素及び第２
    電極と対照電極との間の酸素によつて生じた電気的変化
    を同時に測定するための装置を組み合された前記第８又
    は９項に記載の電気化学的検出器。 １１ 第１電極がｐＨガラス電極である前記第８、９又
    は１０項いずれかに記載の電気化学的検出器。 １２第２電極が銀又は白金である前記第８、９又は１０
    項いずれかに記載の電気化学的検出器。 １３ 対照電極が銀／塩素銀から作られている前記第８
    、９又は１０項に記載の電気化学的検出器。 １４膜がポリエチレンから作られている前記第８、９又
    は１０項に記載の電気化学的検出器。 １５ 血液中のＰＯ＿２及びＰＣＯ＿２を測定するため
    に動脈中カテーテルの先端に取りつけた前記第８項に記
    載の電気化学的検出器。 １６ 動物の皮膚を通るＰＯ＿２及びＰＣＯ＿２を同時
    に連続的に皮膚測定するための電気化学的検出器。 （ａ）二酸化炭素の存在によつて生じたｐＨ変化に感応
    する第１電極、電気化学的に酸素を還元することができ
    る第２電極、第１電極及び第２電極の各々に対し又はそ
    れらに共通の対照電極、第１電極、第２電極と対照電極
    を離して絶縁して保持するための部材、対照電極及び第
    １及び第２電極と接触した電解質、を内部に有する電極
    室、 （ｂ）第１及び第２面を有する酸素及び二酸化炭素に透
    過性の膜で、第１面が電解質と接触し、第２面が試験し
    ようとする動物の皮膚からの二酸化炭素及び酸素ガスに
    触れるようになつており、然も電解質と接触して保持し
    、酸素及び二酸化炭素が電解質中に入れるようにする膜
    、からなるＰＯ＿２、ＰＣＯ＿２電気化学的検出器。 １７ 電解質がアルカリ電解質である前記第１６項に記
    載の電気化学的検出器。 １８ 第１電極と対照電極との間の二酸化炭素及び、第
    ２電極と対照電極との間の酸素により生じた電気的変化
    を同時に測定するための装置と組み合された前記第１６
    又は１７項に記載の電気化学的検出器。 １９ 第１電極がｐＨガラス電極である前記第１６、１
    ７又は１８項のいずれかに記載の電気化学的検出器。 ２０ 第２電極が銀又は白金である前記第１６、１７又
    は１８項いずれかに記載の電気化学的検出器。 ２１ 対照電極が銀／塩化銀から作られている前記第１
    ６、１７又は１８項いずれかに記載の電気化学的検出器
    。 ２２ 膜がポリエチレンである前記第１６、１７又は１
    ８項のいずれかに記載の電気化学的検出器。
JP53090554A 1977-07-26 1978-07-26 Ｐｏ↓２，ｐｃｏ↓２電気化学的検出器 Expired JPS5931328B2 (ja)

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