SE511185C2 - Förfarande och utrustning för mätning av pH och gashalt i en vätska, i synnerhet blod - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 511 185 2 genomsläppligt för koldioxid. Lösningen innanför membranet är en buffer som genom tillskott av koldioxiden fràn mätmiljön blir surare i samband med att koldioxiden löser sig i vätskan och bildar kolsyra. Försurningen innanför membranet är dá proportionell mot koldioxidnivàerna utanför detta och kan mätas med en konventionell pH-elektrod.

Genom den svenska patentskriften 409 372 är en metallelektrod för bestämning av pH m m i vätskor förut känd. Denna bestàr av en givare av metall innefattad i en hållare och metallen är monokristallin med endast ett kristallplan exponerat mot provvätskan. Med en sàdan elektrod av antimon möjliggörs pH- mätning med hög upplösning (0,02 pH-enheter). Denna elektrod- typ har samma goda karakteristik för pH-mätning som glasbase- rade pH-elektroder och har flera praktiska fördelar jämfört med glaselektroden då. elektrodtypen är mindre ömtàlig, lättsteriliserad och oskadlig för biologisk vävnad.

Ett kvarstående problem med antimonbaserade elektroder är dock syrgasberoendet. Detta har utretts i ett flertal arbeten där man bl.a. kunnat visa att den syrgasberoende delen av elektrodpotentialen är stabil och därigenom möjliggör simul- tan syrgasmätning om samtidigt pH-komponenten kan identifier- I det beskrivna fallet Linköping University as och subtraheras. (Sjöberg, F.

Skeletal muscle surface pH and P02. 1990. Linköping), den använts för vävnadsmätningar har detta skett genom att Medical Dissertations No 325, där elektro- man under en kort tid stänger av blodflödet till vävnaden.

Detta leder till att syrgastrycket under en period blir noll och man kan därigenom identifiera pH-delen i signalen. Genom att sedan subtrahera densamma kan syrgasnivàerna innan avstängningen beräknas. Nackdelen med detta förfarande är att avstängningen kan pàverka mätmiljön och att vissa vävnader inte tál avstängningsförfarandet, exempelvis centrala nerv- systemet. Det vore därför av stort värde att pà elekrtisk väg kunna separera elektrodpotentialens tvà komponenter.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att pà ett tillförlitligt och enkelt sätt separera de báda signaldelarna 10 15 20 25 30 35 511 185 3 hos en antimonbaserad eller annan metallelektrod sa att mätvärden pà p02 och pH kan erhàllas frán en och samma Ett andra ändamàl är att pà liknande sätt erhalla Ett givare. mätvärden pà pO2 och pCO2 fràn en och samma givare. ytterligare ändamål är att erhàlla dessa par av mätvärden fràn samma mätpunkt. Dessa och andra ändamål uppfylls av uppfinningen enligt efterföljande patentkrav.

Uppfinningen skall nu beskrivas närmare under hänvisning till efterföljande ritningar.

Figur l visar schematiskt en mätutrustning för genomförande av ett mätningsförfarande enligt uppfinningen.

Figur 2 visar spänning som funktion av pH-värde fràn en antimonelektrod för olika syrgaskoncentrationer.

Figur 3 visar en antimonelektrods spänning som funktion av temperaturen.

Figur 4 visar strömmen som funktion av syrgastrycket för olika pH-värden vid en polarografisk mätning med en antimonelektrod.

Figur 5 visar strömmen som funktion av temeraturen vid polarografisk mätning.

En mätuppställning enligt figur 1 bestàr av en antimonelekt- rod l kopplad till en högimpediv elektrometerförstärkare 2, en AD-omvandlare 3 och en anordning för datainsamling och analys 4, som kan utgöras av en persondator. Elektrometer- förstärkaren möjliggör dels potentiometri (spänningsmätning) (0,0l mV), innebärande att elektroden spänningsbeläggs och att man mäter med hög upplösning dels polarografisk mätning, strömmen som flyter genom elektroden. Mätupplösningen är i detta avseende i storleksordningen en nanoampere. Vid polaro- grafisk mätning kan förspänningen varieras mellan +1 V och -1 V. Detta sker den med hjälp av inkopplingsbara spänningskällan 5, vid vars inkoppling elektrometerför- stärkaren 2 omkopplas för strömmätning.

Vid utförda försök enligt uppfinningen har utnyttjats en elektrod av högrenat. monokristallint kristallografiskt 10 15 20 25 30 35 511 185 4 orienterat antimon med diametern l mm som år inbakat i ”ett cylinderformat epoxiplasthölje. Elektrodytan är membranklädd av polytetraflouretylen och innesluten i. en mätkammare, ett vattenbad, där vilken är placerad i temperaturen noggrannt kan kontrolleras. Elektroden kan exponeras för till som visas i olika gaser genom' ett slangsystem som nar fram mätkammaren. Vid nedan beskrivna försök, diagrammen enligt'figurerna 2 - 5, har elektroden exponerats för 5 olika gasblandningar, AGA specialgas innehållande O, 5, 10, 15 och 21 % syrgas rspektive olika buffertar (TRIS) 7.0, 7.2, 7.4, 7.6, 7.8, 8.0, inställd för potentiometrisk (fig. 2 - 3) eller polarografisk (fig 4 - 5) enheten bit, under det att elektroden varit mätning. Diagrammens y-axlar är angivna med som med kända skalfaktorer kan omräknas till spänning i V respektive ström i A.

Vid undersökning av elektrodtypens potentiometriska mätegen- skaper har resultat i stort sett identiska med tidigare undersökningar av' elektrodkarakteristiken. hos antimonet erhallits. Sàledes_framgär av figur 2 att syrgaskänsligheten ett icke-linjärt förlopp med höga känsligheter i 10 kPa. känsligheten är hög och linjär (58>mV/pH-enhet). har intervallet O - Vidare framgär av figur 2 att pH- Vidare framgick av dessa försök att temperaturberoendet är linjärt och därigenom kompenserbart samt att svarstiden hos elek- troden är extremt kort, av storleksordningen millisekunder.

Vid undersökning av elektrodtypens polarografiska egenskaper, dvs med en likspänning palagd över elektroden, framkom genom att studera elektrodens ström-spänningskurvor ett liknande mönster som det som ses hos den klassiska Clark-elektroden.

Skillnaden ligger i att spänningsplatan ligger runt 900 mV jämfört med 700 mV hos platina. Genom att kurvan har ett plataliknande förlopp lämpar sig antimonet väl för syrgasmätningar i. denna mätuppställning, förutsatt att spänningen hålls konstant runt 900 mV. Antimonelektro- den uppvisar också vid denna spänning en hög syrgas- känslighet se figur 4, omräknat till syrgastryck 0,005 kPa.

Känsligheten är konstant inom det område som undersökts, som 10 15 20 25 30 35 5 511 185 också är intressant ur medicinsk synvinkel,se figur 4_Denna nagot som starkt förenklar beräkningsprocessen. Temperatur- beroendet är som framgår av figur 5 linjärt OCh kompensefbârt liknande det som ses hos Clark-elektroder. Svarstiden och stabiliseringstiden vid byte av mätmod är sannolikt beroende av närmiljön till mätytan. Tider pá högst nagra sekunder kan vara acceptabla och möjliga att uppna.

Ett system för bestämning av pO2 och pH med samma elektrod enligt vad som ovan beskrivits, kan beskrivas genom-följande ekvationssystem i vilket U och I är spänning uppmätt vid potentiometrisk. mätning respektive ström uppmätt vid polarografisk mätning, T är temperaturen och A, B, C, D och E är konstanter: A(PH) + B(pO2) + C('I“) D(pO2) + E(T) H ll Genom att skifta mellan potentiometrisk och amperometrisk mätuppställning hos en elektrod av högrenat kristallografiskt orienterat antimon kan elektrodtypens dubbla känsligheter Elektroden kan därigenom användas för mätning av bade pH och pO2 eller för enligt föreliggande uppfinning separeras. mätning av bade pO2 och pCO2 i samma mätpunkt I det senare fallet omges elektroden pa i och för sig känt sätt av ett membran som är genomsläppligt för koldioxid. Lösningen innanför membranet är en buffer som genom tillskott av koldioxiden fran mätmiljön blir surare i samband med att sig i vätskan och bildar koldioxiden löser kolsyra.

Försurningen innanför membranet beräknas ur de poentiometriska och amperometriska mätvärdena och da den är proportionell mot koldioxidnivàn utanför membranet kan denna härigenom mätas.

Uppfinningen skall ej begränsas av det som anges i de beskrivna utföringsformerna utan endast av patentkravens lydelse.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 511 185 6 P A T E N T K R A V

1. Förfarande för mätning av pH och gashalt, i synnerhet för syrgas, i en vätska, i synnerhet blod, kännetecknat av att mätningen sker med en elektrod genom omväxlande potentio- metrisk mätning och polarografisk mätning, varvid vid poten- tiometrisk mätning elektrodpotentialen för elektroden mäts och med polarografisk mätning vid en bestämd pälagd spänning mäts strömmen varefter pH och gashalt bestäms med hjälp av de erhållna värdena.

2. Förfarande enligt krav 1, kånnetecknat av att elek- trodens aktiva yta utgöres av antimon eller annan metall.

3. Förfarande enligt krav 1 och 2, kännetecknat av att den pálagda spänningen.vid den polarografiska mätningen väljs i ett platåomràde för ström-spännings-kurvan för elektroden.

4. Utrustning för att pà elektrisk väg med hjälp av en gemensam elektrod mäta och bestämma minst tvá komponenter, exempelvis pH och pO2i blod, som ingår i elektrodens elek- trodpotential, kännetecknad av en mätelektrod, en spännings- källa, organ för känslig mätning av ström eller spänning, organ för att koppla in spänningskällan över mätelektroden och organ för att koppla om organet för känslig mätning mel- lan spänningsmätning och strömmätning.

5. Utrustning enligt krav 4, kännetecknad av att organen för att koppla in spänningskällan över mätelektroden och or- ganen för att koppla om organet för känslig mätning från spänningsmätning till strömmätning är integrerade.

6. Utrustning enligt krav 4 eller 5, kännetecknad av AD- omvandlare för omvandling av nàtvärdena fràn organet för känslig mätning och bearbetnings- och registreringsorgan för att lagra mätvärden och ur dessa beräkna de minst tvà kompo- nenterna.

7. Utrustning enligt något av kraven 4 till 6, känne- tecknad av att elektroden är av antimon.

8. Utrustning enligt krav 7, kânnetecknad av att kompo- nenterna som bestämmes är pH och pO,

9. Utrustning enligt krav 7, kännetecknad av att elek- 511 185 7 troden omges av ett membran genomsläppligt för koldioxid, att elektroden innanför membranet omges av en buffer som genom tillskott av koldioxiden från mätmiljön blir surare i samband med att koldioxiden löser sig i vätskan och bildar kolsyra och att försurningen innanför membranet ger ett mått pá kol- dioxidniván utanför membranet så att pCO2och pO2utanför mem- branet kan beräknas.