WO2004082743A1 - Verfahren zur bestimmung der effektivität eines filters einer filteranordnung mittels konzentrationsbestimmung nicht membrangängiger partikel und anordnung zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur bestimmung der effektivität eines filters einer filteranordnung mittels konzentrationsbestimmung nicht membrangängiger partikel und anordnung zur durchführung des verfahrens Download PDF

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Lars Breuel
Uwe Hildmann
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ASM Anlagen und Systeme für Medizintechnik
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Definitions

  • the invention relates to a method for determining the effectiveness of a filter which is subdivided by a membrane into a primary compartment through which a primary liquid flows and a secondary compartment through which a secondary liquid flows in the opposite direction, the primary compartment being switched into a primary line and the secondary compartment being switched into a secondary line and wherein at least one membrane-permeable substance passes through the membrane.
  • the invention also relates to an arrangement for carrying out the method.
  • filter arrangements of the type considered here are used in many fields in which one or more substances are to be removed from a liquid.
  • Such filter arrangements are used, for example, in the field of food, water treatment and in the medical field, hemodialysis and the extracorporeal blood purification of albumin-bound toxins in the event of liver failure being mentioned for the latter. It is understood that the fields of application mentioned are only given as examples.
  • the invention is described below using the example of blood purification in the event of liver failure.
  • the blood plasma cleaning system can be connected in series to a conventional extracorporeal blood circuit of a dialysis machine.
  • the patient's blood circulates in one compartment of the albumin filter (plasma filter), while on the other side a plasma circuit is maintained by a plasma pump.
  • a blood pump conveys the blood through the albumin filter and through the dialyzer before the blood returns to the patient through another blood tube.
  • the blood flow along the albumin filter is first withdrawn from plasma, which (as seen in the direction of flow of the blood stream) gradually re-enters the blood stream in the subsequent filter area, there is first a concentration along the albumin filter and then a reduction in the concentration of the non-membrane-compatible red blood cells. that cannot pass through the filter membrane.
  • the plasma is passed through adsorbers in the plasma circuit, which clean the albumins of toxins.
  • DE 693 05 438 T2 discloses a method for functional testing of sensors on a dialysis fluid circuit, which are preferably designed as conductivity sensors and enable the measurement of the concentration of membrane-bound sodium or other membrane-bound substances present in the dialysis fluid.
  • DE 1 98 06 900 C1 discloses a method for determining hemodialysis parameters, in which the dialysate side measures the concentration of a membrane-permeable substance involved in the metabolism of the dialyzer.
  • the present invention is concerned with the problem of detecting the effectiveness of a filter of the type under consideration, in particular an albumin filter. If a secondary membrane builds up due to deposits from the blood above the albumin filter membrane, there is no longer the possibility that sufficient plasma will pass into the plasma circuit, so that, in spite of the adsorber capacity being present, blood detoxification is no longer carried out in this case.
  • the present invention has for its object to provide a method with which the filter performance of a filter or a membrane during a Treatment process can be detected so that an operator is promptly given an indication to replace a filter that has become ineffective.
  • a filter arrangement for performing the method is to be specified.
  • a substance is withdrawn from the liquid of the primary circuit, which substance passes through the membrane to the secondary side.
  • blood plasma is withdrawn from the primary region of the membrane and passes into the secondary circuit, the plasma circuit. This increases the hematocrit in the area of the first half of the albumin filter, i.e. the proportion of non-membrane-permeable blood components increases in this blood proportion.
  • plasma returns to the primary bloodstream, so that the proportion of red blood cells gradually decreases again.
  • the invention provides for at least one, preferably two or more sensors to be arranged in or on the flow path of the primary liquid and / or the secondary liquid, which are able to determine the concentration of individual non-membrane-permeable substances in the primary liquid and / or secondary liquid.
  • sensors can be, for example, photometric, ultrasound or similar sensors which determine the adsorption behavior, the reflectivity, the density or the like. of the liquid and can derive concentration values from it.
  • a non-membrane-compatible additive can also be added to the primary circuit and / or the secondary circuit for determining the concentration.
  • the concentration of at least one non-membrane-permeable substance in the primary liquid and / or Secondary liquid is measured at different points and / or at different times and that the difference between related measured values is compared as a measure of the permeability of the membrane with a predetermined minimum value.
  • the concentration of a non-membrane-permeable substance in the primary fluid is measured with at least two sensors, which can be fastened along the filter membrane, with which a concentration and / or a back concentration can be detected. It can also be provided that at least one of these sensors or a further sensor is arranged in the line upstream of the filter and / or after the filter, which detects the concentration of the non-membrane-permeable substance in the primary liquid and / or secondary liquid.
  • the measurement of the concentration can also be carried out in such a way that the flow rate of one of the liquids, preferably the secondary liquid, is preferably changed or the liquid is stopped suddenly by switching off the associated pump, as a result of which concentrated liquid, preferably the primary liquid, flows out of the filter the subsequent line or the subsequent hose system is conveyed, where the concentration of the non-membrane-compatible particles can be detected after flowing out of the filter via a sensor arranged there.
  • this one sensor can be sufficient for determining the filter effectiveness.
  • a possible concentration (i.e. increased concentration) in the filter can be detected by arranging a light source at one end of the primary compartment, which shines through the fiber bundle in the longitudinal direction of the compartment, and by receiving the light from a sensor arranged at the other end of the compartment and is evaluated. If the measurement of the sensors shows that no concentration of non-membrane-permeable particles, for example the red blood cells in the blood compartment of the filter, has taken place, it can be concluded that a secondary membrane prevents the mass transfer, so that to continue the treatment process the filter is replaced or the Suitable measures must be taken to remove the secondary membrane.
  • the filter is functional.
  • the equations below can be used to calculate this filter replacement value.
  • the attached figure shows schematically a filter which is operated according to the countercurrent principle, the pressure conditions prevailing therein with the associated flow through the membrane and the concentration of non-membrane-permeable substances on the primary and secondary sides of the filter.
  • the filter 1 shown schematically is divided by a filter membrane 2 into two chambers, namely into a primary compartment 3 through which a primary liquid such as e.g. Blood flows, and a secondary compartment 4 through which, for example, plasma circulates in the opposite direction.
  • a primary liquid such as e.g. Blood flows
  • a secondary compartment 4 through which, for example, plasma circulates in the opposite direction.
  • Corresponding hoses are connected to the filter 1, which form the blood circulation and the plasma circulation.
  • the flow directions of the two liquids are indicated with A and B in the figure.
  • the two liquids in the chambers 3 and 4 contain membrane-permeable substances 5 and substances 6 and 7 that cannot pass through the membrane 2.
  • the pressure gradient above the filter leads to a flow of membrane-permeable substances 5 through the membrane, while the non-membrane-permeable substances 6, 7 are retained.
  • the concentration of these substances which - with constant flow velocities on the primary and secondary side and through the membrane - remains constant after a certain time.
  • the concentration of non-membrane-permeable substances on the secondary side and the primary side is shown in the figure with the lines 1 2 and 13, respectively.
  • KP (1) KP (0) * (equation G 1)
  • K P (0) concentration of a non-membrane-permeable substance in the primary liquid in front of the filter
  • Q P flow on the primary side
  • Q M (I) Flow through the membrane up to the distance I
  • the (total) flow through the membrane up to this measuring point can thus be calculated by determining the concentration of a substance. If the concentration of the non-membrane-permeable substances cannot be determined directly or only with considerable effort along the filter membrane, the concentration can also be measured at the filter outlet, which is shown below.
  • the non-membrane-permeable substances with a constant flow through the membrane after passing through the filter must have the same concentration as before the filter.
  • KP (L) KP (0) (equation G4)
  • KP (L) KP (0) (equation G5)
  • the concentration of non-membrane-permeable substances can thus be measured at the filter outlet, taking into account the flow velocity on the primary side, and thus direct statements about the flow through the membrane can be made.
  • the statements made above for the concentration of non-membrane-permeable substances in the primary circuit or the flow in the primary and secondary circuits also apply to the concentration of non-membrane-permeable substances in the secondary circuit and the corresponding flows.
  • the concentrations are determined according to the present invention by measuring sensors For example, detected photometrically in the primary liquid and / or in the secondary liquid before and / or after the filter 1 and / or over the active filter length.

Abstract

Die Filteranordnung mit einem Filter, der von einer Membran in ein von einer Primärflüssigkeit durchströmtes Primärkompartiment und ein von einer Sekundärflüssigkeit in entgegengesetzter Richtung durchströmtes Sekundär­kompartiment unterteilt ist, wobei wenigstens ein membrangängiger Stoff durch die Membran hindurchtritt, ist dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Sensor im Bereich des Filters und/oder in der Leitung vor und/oder nach dem Filter angeordnet ist, der die Konzentration wenigstens eines in der Primärflüssigkeit und/oder Sekundärflüssigkeit enthaltenen Stoffes erfaßt. Das Verfahren zur Bestimmung der Effektivität des Filters einer Filteranordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentrationsbestimmung aufgrund der von dem Sensor/den Sensoren erfaßten Konzentrationswerte während des Filtervorgangs erfolgt.

Description

Verfahren zur Bestimmung der Effektivität eines Filters einer Filteranordnung mittels Konzentrationsbestimmung nicht membrangängiger Partikel und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Effektivität eines Filters, der von einer Membran in ein von einer Primärflüssigkeit durchströmtes Primärkompartiment und ein von einer Sekundärflüssigkeit in entgegengesetzter Richtung durchströmtes Sekundärkompartiment unterteilt ist, wobei das Primärkompartiment in eine Primärleitung und das Sekundärkompartiment in eine Sekundärleitung eingeschaltet sind und wobei wenigstens ein membrangängiger Stoff durch die Membran hindurchtritt.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
An allen semipermeablen Membranen bzw. Filtern, die im Gegenstromprinzip betrieben werden und bei denen ein Druckaufbau durch die Fließgeschwindigkeit erfolgt, findet ein Stoffaustausch statt. Aus diesem Grund werden Filteranordnungen der hier betrachteten Art auf vielen Gebieten eingesetzt, auf denen einer Flüssigkeit eine oder mehrere Substanzen entzogen werden sollen. Solche Filteranordnungen werden beispielsweise auf dem Gebiet der Lebensmittel, der Wasseraufbereitung und auf dem medizinischen Gebiet eingesetzt, wobei zu letzterem die Hämodialyse und die extrakorporale Blutreinigung von Albumin-gebundenen Toxinen bei Leberversagen genannt seien. Es versteht sich, daß die genannten Anwendungsgebiete nur beispielhaft aufgeführt sind. Die Erfindung wird nachfolgend am Beispiel der Blutreinigung bei Leberversagen beschrieben. Das Blut-Plasma-Reinigungssystem kann dabei in Reihe zu einem herkömmlichen extrakorporalen Blutkreislauf eines Dialysegerätes geschaltet sein. In dem einen Kompartiment des Albuminfilters (Plasmafilter) zirkuliert das Blut des Patienten, während auf der anderen Seite ein Plasmakreislauf durch eine Plasmapumpe aufrecht erhalten wird. Eine Blutpumpe fördert das Blut durch den Albuminfilter und durch den Dialysator, bevor das Blut durch einen weiteren Blutschlauch zum Patienten zurückkehrt.
Durch die Fließgeschwindigkeiten baut sich sowohl auf der Blut- als auch auf der Plasmaseite der Membran ein entsprechender Druck auf.
Aufgrund der Druckverhältnisse in dem Albuminfilter kommt es zu einem Stoffaustausch an der Membran. An dem einen Endbereich des Albuminfilters, an dem blutseitig ein höherer Druck als plasmaseitig besteht, tritt Plasma von dem Blut zur Plasmaseite über die Membran über. An dem anderen Endbereich des Albuminfilters, wo plasmaseitig ein höherer Druck als blutseitig besteht, wird Plasma zurück in das Blut gedrückt. Dieser Fluß über die Membran paßt sich den Druckverhältnissen über die Membran an.
Da dem Blutfluß entlang des Albuminfilters zunächst Plasma entzogen wird, das (in Strömungsrichtung des Blutstroms gesehen) in dem nachfolgenden Filterbereich allmählich wieder in den Blutstrom eintritt, findet entlang des Albuminfilters zunächst eine Aufkonzentration und dann eine Verringerung der Konzentration der nicht membrangängigen roten Blutkörperchen statt, die die Filtermembran nicht passieren können.
Das Plasma wird in dem Plasmakreislauf durch Adsorber geleitet, die die Albumine von Toxinen reinigen.
Die Effektivität dieses Systems wird durch die Durchlässigkeit des Albuminfilters und die Kapazität der Adsorber und deren Auslastung bestimmt. Die DE 693 05 438 T2 offenbart ein Verfahren zur Funktionsprüfung von Sensoren an einem Dialyse-Flüssigkeitskreislauf, die vorzugsweise als Leitfähigkeitssensoren ausgeprägt sind und die Messung der Konzentration des membrangängigen Natriums oder anderer in der Dialysierflüssigkeit vorhandenen membrangängigen Stoffen ermöglichen.
Die DE 1 98 06 900 C1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung von Hämodialyse-Parametern, bei dem dialysatseitig die Konzentration einer am Stoffaustausch des Dialysators beteiligten membrangängigen Substanz gemessen wird.
In beiden Verfahren wird demnach die Konzentration von membrangängigen Substanzen ermittelt, während durch Diffusion längs der Filtermembran hervorgerufene Veränderungen der Konzentration nicht membrangängiger Substanzen mit diesen Verfahren nicht ermittelt werden können.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit dem Problem, die Effektivität eines Filters der betrachteten Art, insbesondere eines Albuminfilters zu erfassen. Wenn sich eine Sekundärmembran durch Ablagerungen aus dem Blut über der Albuminfiltermembran aufbaut, besteht nicht mehr die Möglichkeit, daß ausreichend Plasma in den Plasmakreislauf übertritt, so daß trotz vorhandener Adsorberkapazität in diesem Fall keine Detoxifikation des Blutes mehr durchgeführt wird.
Die Ausbildung solcher Sekundärmembranen wird bisher nur im Labor untersucht, wobei hiermit nur nach der Behandlung festgestellt werden kann, ob sich eine solche Sekundärmembran gebildet hat. Auf diese Weise kann nicht festgestellt werden, wie sich die Effektivität der Membran bzw. des Filters während der Behandlung entwickelt hat und ob und wann die Behandlung damit uneffektiv geworden ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Filterleistung eines Filters bzw. einer Membran während eines Behandlungsvorgangs erfaßt werden kann, so daß einer Bedienungsperson rechtzeitig ein Hinweis gegeben wird, einen uneffektiv gewordenen Filter auszutauschen. Außerdem soll eine Filteranordnung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Merkmale der Patentansprüche 1 , 8 und 10 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.
An dem in Strömungsrichtung vorderen Bereich des Filters wird der Flüssigkeit des Primärkreislaufs eine Substanz entzogen, die durch die Membran auf die Sekundärseite übertritt. Im Falle eines Albuminfilters wird demnach am Anfangsbereich der Membran der Primärflüssigkeit Blutplasma entzogen, das in den Sekundärkreislauf, den Plasmakreislauf, übertritt. Damit steigt im Bereich der ersten Hälfte des Albuminfilters der Hämatokrit, d.h. der Anteil der nicht membrangängigen Blutbestandteile nimmt in diesem Blutanteil zu. In der zweiten Hälfte des Albuminfilters tritt Plasma wieder in den primären Blutkreislauf über, so daß hier der Anteil der roten Blutkörperchen wieder allmählich zurückgeht.
Die Erfindung sieht vor, wenigstens einen, bevorzugt zwei oder mehr Sensoren in oder an der Strömungsbahn der Primärflüssigkeit und/oder der Sekundärflüssigkeit anzuordnen, die in der Lage sind, die Konzentration einzelner nicht membrangängiger Stoffe in der Primärflüssigkeit und/oder Sekundärflüssigkeit zu bestimmen. Hierbei kann es sich beispielsweise um photometrische, Ultraschalloder ähnliche Sensoren handeln, die das Adsorbtionsverhalten, das Reflektions- vermögen, die Dichte o. . der Flüssigkeit erfassen und hieraus Konzentrationswerte ableiten können. Zur Konzentrationsbestimmung kann weiterhin ein nicht membrangängiger Zusatzstoff in den Primärkreis und/oder den Sekundärkreis gegeben werden.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Konzentration wenigstens eines nicht- membrangängigen Stoffes in der Primärflüssigkeit und/oder der Sekundärflüssigkeit an verschiedenen Stellen und/oder zu verschiedenen Zeitpunkten gemessen wird und daß die Differenz zwischen zusammengehörenden Meßwerten als ein Maß für die Durchlässigkeit der Membran mit einem vorgegebenen Minimalwert verglichen wird.
Nach einer ersten erfindungsgemäßen Variante wird mit wenigstens zwei Sensoren, die längs der Filtermembran befestigt sein können, die Konzentration eines nicht membrangängigen Stoffes in der Primärflüssigkeit, beispielsweise des Blutes, gemessen, womit eine Aufkonzentration und/oder eine Rückkonzentration nachgewiesen werden können. Dabei kann auch vorgesehen sein, daß wenigstens einer dieser Sensoren oder ein weiterer Sensor in der Leitung vor dem Filter und/oder nach dem Filter angeordnet ist, der die Konzentration des nicht membrangängigen Stoffes in der Primärflüssigkeit und/oder Sekundärflüssigkeit erfaßt.
Die Messung der Konzentration kann nach einer anderen erfindungsgemäßen Variante auch so durchgeführt werden, daß bevorzugt die Fließgeschwindigkeit einer der Flüssigkeiten, bevorzugt der Sekundärflüssigkeit geändert oder die Flüssigkeit durch Abschalten der zugehörigen Pumpe schlagartig angehalten wird, wodurch aufkonzentrierte Flüssigkeit, bevorzugt die Primärflüssigkeit aus dem Filter in die nachfolgende Leitung bzw. das nachfolgende Schlauchsystem gefördert wird, wo über einen dort angeordneten Sensor die Aufkonzentration der nicht membrangängigen Partikel nach dem Ausströmen aus dem Filter nachgewiesen werden kann. Für dieses Verfahren kann dieser eine Sensor für die Bestimmung der Filtereffektivität ausreichend sein.
Dabei kann eine eventuelle Aufkonzentration (d.h. erhöhte Konzentration) im Filter dadurch erfaßt werden, daß an einem Ende des Primärkompartiments eine Lichtquelle angeordnet wird, die das Faserbündel in Längsrichtung des Kompartiments durchstrahlt, und daß das Licht von einem am anderen Ende des Kompartiments angeordneten Sensor empfangen und ausgewertet wird. Wenn die Messung der Sensoren ergibt, daß keine Aufkonzentration nicht membrangängiger Partikel, beispielsweise der roten Blutkörperchen im Blutkompartiment des Filters, stattgefunden hat, kann daraus geschlossen werden, daß eine Sekundärmembran den Stoffaustausch verhindert, so daß zur Fortführung des Behandlungsvorgangs der Filter ausgetauscht bzw. die Sekundärmembran durch geeignete Maßnahmen entfernt werden muß. Wenn sich jedoch die Meßwerte der Sensoren oder die zeitlich aufeinander folgenden Meßwerte des einen Sensors wenigstens um einen von verschiedenen Faktoren wie Typ der Membran, Art der Flüssigkeit etc. abhängigen vorgegebenen Minimalwert voneinander unterscheiden, ist der Filter funktionsfähig. Für die Berechnung dieses Wertes für den Austausch der Filter können die unten angeführten Gleichungen verwendet werden.
Die beigefügte Abbildung zeigt schematisch einen Filter, der nach dem Gegenstromprinzip betrieben wird, die darin herrschenden Druckverhältnisse mit dem zugehörigen Fluß durch die Membran und die Konzentration nicht- membrangängiger Substanzen der Primärseite und der Sekundärseite des Filters.
Der schematisch dargestellte Filter 1 ist von einer Filtermembran 2 in zwei Kammern unterteilt, und zwar in ein Primärkompartiment 3, durch das eine Primärflüssigkeit wie z.B. Blut fließt, und ein Sekundärkompartiment 4, durch das beispielsweise Plasma in Gegenrichtung zirkuliert. An den Filter 1 sind entsprechende Schläuche angeschlossen, die den Blutkreislauf und den Plasmakreislauf bilden. Die Flußrichtungen der beiden Flüssigkeiten sind in der Abbildung mit A und B angedeutet.
Außerdem ist schematisch angedeutet, daß die beiden in den Kammern 3 und 4 befindlichen Flüssigkeiten membrangängige Substanzen 5 und Substanzen 6 und 7 enthalten, die die Membran 2 nicht passieren können.
Bei der Filtration an der Membran 2 kommt es aufgrund der unterschiedlichen Filtrationsraten der einzelnen Inhaltsstoffe zu Verschiebungen ihrer Konzentrationsanteile. Die Flußgeschwindigkeiten führen zu einem Druckgefälle sowohl an der Primärseite 3 als auch an der Sekundärseite 4. Der daraus resultierende Druckgradient über dem Filter führt zu einem Fluß der membrangängigen Substanzen durch die Membran, der in der Abbildung mit Pfeilen angedeutet ist. Der Druck nimmt an der Primärseite von der Eintrittsöffnung 8 zu der Austrittsöffnung 9 der Primärflüssigkeit hin ab, während der Druck der Sekundärseite in derselben Richtung (d.h. von der Austrittsöffnung 1 0 zu der Eintrittsöffnung 1 1 der Sekundärflüssigkeit) hin entsprechend zunimmt.
Der Druckgradient über dem Filter führt zu einem Fluß der membrangängigen Substanzen 5 durch die Membran, während die nicht-membrangängigen Stoffe 6,7 zurückgehalten werden. Je nach Flußrichtung durch die Membran 2 kommt es so zu einer Konzentrationserhöhung bzw. Konzentrationserniedrigung dieser Stoffe, die - bei konstanten Fließgeschwindigkeiten auf der Primär- und Sekundärseite sowie durch die Membran - nach einer gewissen Zeit jeweils ortskonstant bleibt. Die Konzentration nicht-membrangängiger Substanzen auf der Sekundärseite und der Primärseite ist in der Abbildung mit der Linie 1 2 bzw. 13 dargestellt.
Für die Konzentration eines nicht membrangängigen Stoffes in der Primärflüssigkeit im Abstand I vom Beginn der Filtermembran (in Flußrichtung gesehen) gilt:
Figure imgf000009_0001
bzw. KP(1) = KP(0) * (Gleichung G 1 )
Figure imgf000009_0002
KP(I) : Konzentration eines nicht membrangängigen Stoffes in der Primärflüssigkeit im Abstand I vom Beginn der Filtermembran KP(0) : Konzentration eines nicht membrangängigen Stoffes in der Primärflüssigkeit vor dem Filter QP : Fluss auf der Primärseite QM(I) : Fluss durch die Membran bis zum Abstand I
Damit kann über die Konzentrationsbestimmung eines Stoffes der (Gesamt-) Fluss durch die Membran bis zu diesem Messpunkt berechnet werden. Kann die Konzentration der nicht membrangängigen Stoffe nicht direkt oder nur mit erheblichem Aufwand längs der Filtermembran bestimmt werden, kann die Messung der Konzentration auch am Filterausgang erfolgen, was im folgenden gezeigt wird.
Bei einem geschlossenen Sekundärkreis ist das Volumen in diesem konstant, so dass der Gesamtfluss über die Membran null sein muss.
Jöw( = ° (Gleichung G2)
0
L : Gesamtlänge der Filtermembran
Daher müssen die nicht membrangängigen Stoffe bei ortskonstantem Fluss durch die Membran nach dem Durchlauf durch den Filter dieselbe Konzentration wie vor dem Filter haben.
KP(L) = KP(0) * = KP(0) (Gleichung G3)
Figure imgf000010_0001
Ändert sich z.B. der Fluss im Sekundärkreis, so folgt daraus eine Änderung des Flusses durch die Membran, so dass für die Berechnung der Konzentration KP(L) nach dem Durchlauf durch das Filter folgende Gleichung gilt:
KP(L) = KP(0) (Gleichung G4)
Figure imgf000010_0002
Q1M : Fluss durch die Membran vor Änderung des Flusses im Sekundärkreis Q2M : Fluss durch die Membran nach Änderung des Flusses im Sekundärkreis 11 : Position des nicht membrangängigen Stoffes zum Zeitpunkt der Flussänderung (vom Beginn der Filtermembran gemessen)
Durch Kenntnis, wie sich der Fluss durch die Membran bei unterschiedlichen Membranen, unterschiedlich ausgeprägten Sekundärmembranen und unterschiedlichen Flüssen im Primär- und Sekundärkreis verhält, kann aufgrund der am Filterausgang über die Zeit gemessenen Konzentration von nicht membrangängigen Stoffen auf den Fluss durch die Membran geschlossen werden.
Einfacher ist jedoch, den Fluss z. B. im Sekundärkreis schlagartig zu stoppen. In diesem Fall gleicht sich der Druck auf der Sekundärseite der Membran sehr schnell dem Druck auf der Primärseite an, und es findet somit kein druckbedingter Fluss durch die Membran mehr statt:
KP(L) = KP(0) (Gleichung G5)
Figure imgf000011_0001
Nach dem Abschalten des Flusses im Sekundärkreis kann somit am Filterausgang unter Berücksichtigung der Fließgeschwindigkeit auf der Primärseite die Konzentration nicht membrangängiger Stoffe gemessen und somit direkt Aussagen zum Fluss durch die Membran getroffen werden.
Die oben angeführten Gleichungen gelten nur unter den Voraussetzungen, dass der Stoffaustausch an der Membran konvektiver Art ist, der Fluss durch die Membran ausschließlich druckbedingt ist und das Filter gleichmäßig durchströmt wird. Abweichungen davon wie z.B. lokale Rezirkulationen an der Membran aufgrund der Strömungsgeschwindigkeit oder unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeit über den Querschnitt werden Einfluss auf die gemessenen Konzentrationswerte haben und müssen, wenn der absolute Fluss durch die Membran bestimmt werden soll, berücksichtigt werden. Diese Faktoren sind weniger von Bedeutung, wenn nur eine Veränderung des Flusses durch die Membran erkannt werden soll.
Die oben für die Konzentration von nicht membrangängigen Stoffen im Primärkreis bzw. den Fluss im Primär- und Sekundärkreis getroffen Aussagen gelten im Umkehrschluss ebenso für die Konzentration der nicht membrangängigen Stoffe im Sekundärkreis und die entsprechenden Flüsse. Die Konzentrationen werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch Meßsensoren beispielsweise fotometrisch in der Primärflüssigkeit und/oder in der Sekundärflüssigkeit vor und/oder nach dem Filter 1 und/oder über die aktive Filterlänge erfaßt.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Bestimmung der Effektivität eines Filters, der von einer Membran in ein von einer Primärflüssigkeit durchströmtes Primärkompartiment und ein von einer Sekundärflüssigkeit in entgegengesetzter Richtung durchströmtes Sekundärkompartiment unterteilt ist, wobei das Primärkompartiment in eine Primärleitung und das Sekundärkompartiment in eine Sekundärleitung eingeschaltet sind und wobei wenigstens ein membrangängiger Stoff durch die Membran hindurchtritt, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration wenigstens eines nicht-membrangängigen Stoffes in der Primärflüssigkeit und/oder der Sekundärflüssigkeit an verschiedenen Stellen und/oder zu verschiedenen Zeitpunkten gemessen wird und daß die Differenz zwischen zusammengehörenden Meßwerten als ein Maß für die Durchlässigkeit der Membran mit einem vorgegebenen Minimalwert verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß bei konstanten Fließgeschwindigkeiten der Primärflüssigkeit und der Sekundärflüssigkeit die Konzentration wenigstens eines nicht- membrangängigen Stoffes während des Filtervorgangs durch wenigstens einen ersten Sensor in dem Primärkompartiment und/oder dem Sekundärkompartiment, vorzugsweise in der Filtermitte, und durch wenigstens einen in Strömungsrichtung zu dem wenigstens einen ersten Sensor versetzten weiteren Sensor gemessen wird, der vorzugsweise außerhalb des Filters in der Primärleitung oder Sekundärleitung angeordnet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Fließgeschwindigkeit der Primärflüssigkeit oder .der Sekundärflüssigkeit während des Filtervorgangs geändert wird, und daß die Konzentration wenigstens eines nicht-membrangängigen Stoffes durch einen Sensor vor und nach der Änderung der Fließgeschwindigkeit in der Primärleitung oder der Sekundärleitung gemessen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließgeschwindigkeit in der Primärleitung oder der Sekundärleitung schlagartig auf Null reduziert wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine eventuelle Aufkonzentration wenigstens eines nicht- membrangängigen Stoffes im Filter dadurch erfaßt wird, daß an einem Ende des Primärkompartiments eine Lichtquelle angeordnet wird, die das Faserbündel in Längsrichtung des Kompartiments durchstrahlt, und daß das Licht von einem am anderen Ende des Kompartiments angeordneten Sensor empfangen und ausgewertet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchfluß durch die Membran in Abhängigkeit von den gemessenen Konzentrationswerten ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Konzentrationsbestimmung ein nicht-membrangängiger Zusatzstoff in den Primärkreislauf und/oder Sekundärkreislauf eingegeben wird.
8. Filteranordnung mit einem Filter, der von einer Membran in ein von einer Primärflüssigkeit durchströmtes Primärkompartiment und ein von einer Sekundärflüssigkeit in entgegengesetzter Richtung durchströmtes Sekundärkompartiment unterteilt ist, wobei das Primärkompartiment in eine Primärleitung und das Sekundärkompartiment in eine Sekundärleitung eingeschaltet sind und wobei wenigstens ein membrangängiger Stoff durch die Membran hindurchtritt, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 , 2, 4, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Sensoren in dem Primärkompartiment und/oder dem Sekundärkompartiment über die aktive Filterlänge verteilt sind.
9. Filteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Sensor in der Leitung der Primärseite und/oder der Sekundärseite in Fließrichtung vor dem Filter ( 1 ) angeordnet ist.
1 0. Filteranordnung mit einem Filter, der von einer Membran in ein von einer Primärflüssigkeit durchströmtes Primärkompartiment und ein von einer Sekundärflüssigkeit in entgegengesetzter Richtung durchströmtes Sekundärkompartiment unterteilt ist, wobei das Primärkompartiment in eine Primärleitung und das Sekundärkompartiment in eine Sekundärleitung eingeschaltet sind und wobei wenigstens ein membrangängiger Stoff durch die Membran hindurchtritt, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Sensor in der Leitung der Primärseite und/oder der Sekundärseite in Fließrichtung hinter dem Filter ( 1 ) angeordnet ist.
1 1 . Filteranordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 1 0, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärleitung ein geschlossener Kreislauf ist.
2. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Filteranordnung Bestandteil eines Blut-Plasma-Reinigungssystems ist und daß der Filter ein Albuminfilter ist.
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