DE2528819A1

DE2528819A1 - Analysegeraet

Info

Publication number: DE2528819A1
Application number: DE19752528819
Authority: DE
Inventors: Philip Spergel; Bernard Stein
Original assignee: Instrumentation Laboratory Co
Current assignee: Instrumentation Laboratory Co
Priority date: 1974-06-27
Filing date: 1975-06-27
Publication date: 1976-01-15
Also published as: CA1046795A; US3963440A; LU72317A1; MX2979E; IT1032771B; BR7502687A; BE826866A; GB1457491A; JPS513693A; FR2276585A1; NL7503060A; FR2276585B1

Description

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US Serial No. 483,610 26. Juni 1975

Piled: June 27, 1974 9582-75 Dr.v.B/S

Instrumentation Laboratory Inc. 113 Hartwell Avenue, Lexington. Mass., V.St.A.

Analysegerät

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Analysegerät gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 und betrifft insbesondere ein Analysegerät für Fluid- oder Flüssigkeitsproben, das sich vor allem für die Analyse der Parameter kostbarer Flüssigkeiten, wie Blut, eignet.

Häufig müssen zwei oder mehr Bestandteile einer Flüssigkeitsprobe kleinen Volumens genau bestimmt werden. Beispielsweise können die Werte bestimmter Bestandteile einer Blutprobe für eine Diagnose oder für die Steuerung einer lebenserhaltenden Einrichtung von Bedeutung sein. In vielen Fällen stellen die Werte der Wasserstoffionenkonzentration (pH), des Kohlendioxid-Partialdruckes (PCO«) und des Sauerstoff partialdruckes (PO₂) einer Blutprobe eine wichtige klinische Information dar.

Für die Durchführung solcher Analysen sind bereits die verschiedensten Analysesysteme, die mit elektrochemischen

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Elektroden arbeiten, bekannt. In der US-PS 3 658 4-78 ist beispielsweise ein Blutanalysegerät beschrieben, das einen ersten Probeneingang für ein pH-Meßsystem und einen zweiten Probeneingang für ein Kohlendioxid- und Sauerstoff-Meßsystem hat. Es sind auch Blutanalysegeräte bekannt, die einen einzigen Probeneinlaß und mehrere Meßzellen enthalten.

Die zu untersuchende Probe muß häufig auf eine bestimmte Meßtemperatur gebracht und auf dieser konstant gehalten werden. Die Meßelektrodensysteme in Analysegeräten der erwähnten Art sind gewöhnlich temperaturempfindlich. Die zu untersuchenden Blutproben werden häufig gekühlt. Die Untersuchung gekühlter Blutproben liefert jedoch meist schlechte Ergebnisse, da die Empfindlichkeit der Elektrodenanordnungen zur Messung des Kohlendioxid- und Sauerstoff-Partialdruckes bei gekühlten Blutproben gering ist. Ein weiteres Problem besteht darin, daß häufig die Parameter einer Probe kleinen Volumens sowohl schnell als auch genau gemessen werden muß.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein Analysegerät mit einer verbesserten Anordnung von Meßkammern und Elektrodensystemen anzugeben, mit dem eine Mehrzahl von Parametern einer einzigen kostbaren Pluid-Probe kleinen Volumene schnell und genau gemessen werden kann. Insbesondere soll ein besonders zweckmäßiges Probenbehandlungsoder Strömungssystem für ein solches Analysegerät angegeben werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Ein erfindungsgemäßes Analysegerät für strömungsfähige, insbesondere flüssige Proben enthält also eine Thermostatenkammer, in der mehrere Durchfluß-Meßzellen angeordnet sind. Dem Fluid in jeder Zelle ist ein Bestandteilssensor zugeordnet. Jede Meßzelle hat einen Einlaß und einen Auslaß und das Gerät

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hat eine Probeneinlaßöffnung, die mit den Einlaßöffnungen aller Zellen verbunden ist. Die Auslaßöffnungen aller Zellen sind mit einer mit ZwangsVerdrängung arbeitenden Verdrängungspumpe verbunden, die im Betrieb durch alle Zellen gleichzeitig Fluid pumpt. Die Probeneinlaßöffnung ist zwischen einer ersten Stellung, in der sie für die Zuführung einer zu analysierenden Probe freiliegt, und einer zweiten Stellung, in der sie in ein Spülfluid eintaucht, beweglich. Die gemeinsame Pumpe fördert im Betrieb Fluid (entweder Probenfluid oder Spülfluid) in koordinierter Weise durch beide Kammern.

Bei bevorzugten Ausführungsformen enthält das Analysegerät eine Strömungssteuereinrichtung, die direkt auf der Thermostatenkammer montiert ist. Die Strömungssteuereinrichtung ist zwischen die beiden Meßzellen geschaltet und hat vier Hilfseinlässe, denen verschiedene Eichfluide zugeführt werden können. In einer ersten Betriebsart leitet die Strömungssteuereinrichtung Probenfluid von einer Meßzelle zu einer zweiten Meßzelle; in einer zweiten Betriebsart wird lichfluid von einem Hilf seinlaß durch eine Meßzelle und Eichfluid von einem zweiten Hilfseinlaß durch die zweite Meßzelle geleitet, und in einer dritten Betriebsart werden verschiedene Eichfluide vom dritten und vierten Hilfseinlaß zu den Meßzellen geleitet. Von der Strömungssteuereinrichtung führen freiliegende lösbare leitungsverbindungen zu den verschiedenen Meßzellen, so daß gewünsehtenfalls ein leichter Zugang zu verschiedenen oder anderen Meßzellen möglich ist.

Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung sind Sensoren für die Messung des CO₂- und Og-Partialdruckes einer Blutprobe mit der einen Meßzelle gekoppelt, während mit der anderen Meßzelle ein pH-Sensor gekoppelt ist. Dem pH-Sensor ist eine Eeferenzelektroden-Zwischen- oder Grenzfläche zugeordnet, die ebenfalls direkt auf der Thermostatenkammer montiert ist. Die Probe wird durch eine Heizstufe eingeführt, die in die Thermostatenkammer eingesetzt ist, und man läßt

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Temperierungsfluid vor dem Eintritt in die Thermostatenkammer durch die Heizungsstufe strömen. Die Temperatur des Temperierungsfluids ist genau gesteuert, so daß beide Meßzellen genau auf einer gewünschten undkonstanten Temperatur gehalten werden. Im Falle einer Blutanalyse beträgt diese Temperatur typischerweise 37° C. Das Gesamtvolumen des in Betrieb befindlichen Probenströmungsweges für die gleichzeitige Messung unter Verwendung beider Meßzellen ist vorzugsweise kleiner als 500 Mikroliter, und bei einer speziellen Ausführungsform des vorliegenden Analysegerätes hat der Probenströmungsweg zwischen der Probenheizvorrichtung und der Referenzelektrodengrenzfläche (durch die erste Meßzelle, die Strömungssteuervorrichtung und die zweite Meßzelle) ein Volumen von etwa 350 Mikroliter. Die Zwangsverdrängungspumpe und/oder die Strömungssteuervorrichtung können von Hand oder automatisch betätigbar sein. Durch manuelle Betätigung der Pumpe kann man ein noch kleineres Probenvolumen zuerst in die eine Meßzelle und dann in die zweite Meßzelle bringen und nacheinander analysieren.

Die Erfindung ermöglicht die Analyse von Fluidproben kleinen Volumens in einer kompakten, modulartig aufgebauten Anordnung, die leicht zu bedienen ist, mehrere verschiedene Betriebsarten zuläßt, bequem, schnell und gründlich gespült werden kann und schnell genaue Analysewerte liefert.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Blutanalysegerätes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Figur 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Strömungssteuerteiles des Analysegerätes gemäß Figur 3;

Figur 3 eine teilweise geschnittene Stirnansicht eines Teiles des Analysegerätes gemäß Fig. 1;

Figur 4 eine graphische Darstellung von Strömungswegen des Blutanalysegerätes gemäß Fig. 1;

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Figur 5 eine Draufsicht auf eine Behälter- und Ventilanordnung des Analysegerätes gemäß Fig. 1;

Figur 6 eine Schnittansicht in einer Ebene 6-6 der Fig. 3;

Figur 7 eine vergrößerte Schnittansicht, die Einzelheiten einer Meßzelle und ihr zugeordneter Sensorelektroden zeigt;

Figur 8 eine Schnittansicht in einer Ebene 8-8 der Fig. 5; Figur 9 eine Schnittansicht in einer Ebene 9-9 der Fig. 5;

Figur 10 eine vergrößerte Schnittansicht, die Einzelheiten der Verbindung zwischen der Probenheizvorrichtung und einer Meßzelle zeigt;

Figur 11 eine Schnittansicht der Probenheizvorrichtung;

Figur 12 eine Ansicht der Unterseite eines Strömungssteuerventils ;

Figur 13 eine Schnittansicht des Strömungssteuerventils in einer Ebene 13-13 der Fig. 12;

Figur 14 eine Draufsicht einer Grundplatte des Ventils; Figur 15 eine Draufsicht einer Dichtscheibe des Ventils;

Figur 16 eine Ansicht der Unterseite einer Wählscheibe des Ventils und

Figur 17, 18 und 19 schematische, von unten gesehene Darstellungen des Ventils in drei verschiedenen Stellungen.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Blutgasanalysegerätes gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. In den Figuren 2 und 3 ist das Flüssigkeitssystem dieses Gerätes in Vorder- und Seitenansicht dargestellt. Das Analysegerät enthält einen elektronischen Teil 12 mit einer Anzahl von Einstell- und Bedienungselementen, oberhalb derer sich drei digitale Anzeigevorrichtungen für die PCOp, POp und pH-Werte befinden. Ferner enthält das Gerät einen Flüssigkeitssystem-Teil 14 mit einer Deckplatte 16 und einer Frontplatte

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Auf der Deckplatte 16 befindet sich eine Thermostatenkammer-Tankanordmtng 20, die eine pH-Elektrode 22, eine Sauerstoffelektrode 24 und eine Kohlendioxidelektrode 26 trägt. Hinten an der Tankanordnung 20 ist eine Referenzelektrode 28 befestigt. Die Ausgangssignale von den Elektroden 22, 24, 26 und 28 werden über Kabel einem Anschlußfeld 30 des elektronischen Teils 12 zugeführt.

An der Frontplatte 18 ist ein Probenkopf 34 angebracht, der eine Probenkanüle 36 enthält, die zwischen einer in Fig. dargestellten ersten Stellung, in der sie für die Einführung einer Probe freiliegt, und einer zweiten StelLung, in der die Probenkanüle 36 in Spülflüssigkeit, die sich in einer Kammer befindet, eintaucht, verstellbar ist. An der Frontplatte 18 sind ferner ein Zirkulator 40, eine durch einen Motor angetriebene Peristaltikpumpe 42, die außerdem mit einem von Hand betätigbaren Antriebsrad 44 gekoppelt ist, und eine Blasenkammer 46 angebracht. Unmittelbar unterhalb der Tankanordnung 20 befindet sich eine entfernbare Referenzelektroden-Grenzflächen- oder Leckverbindungsanordnung 50. An der Rückseite der Tankanordnung ist ein Steuerventil 52 angebracht, von dem aus sich eine Antriebswelle 54 nach hinten erstreckt, welche durch einen Schrittmotor 56 angetrieben wird. Hinten an der Tankanordnung 20 befindet sich ferner eine Probenheizvorrichtung Hinter dem Flüssigkeitssystemteil befindet sich ein erster Pufferlösungsvorrat 60, ein zweiter Pufferlösungsvorrat 62, ein Spülmittelvorrat 64 und ein Abfallbehälter 66.

Weitere Einzelheiten hinsichtlich der Strömungswege des Gerätes können der schematischen Darstellung in Fig. 4 entnommen werden. Wie ersichtlich, ist die Kammer 38 für die Spülflüssigkeit mit dem Spülmittelvorrat 64 verbunden. Der Probeneinlaß (Probenkanüle 36) ist über eine Leitung 70 mit der Probenheizvorrichtung 58 verbunden, die sich in die Tankanordnung 20 erstreckt. Von der Probenheizvorrichtung 58 verläuft ein Strömungsweg 74 zum Einlaß einer Meßzelle 76, in der

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Endflächen der Elektroden 24 und 26 freiliegen. Von der Meßzelle 76 führt ein Strömungsweg 78 zu einem Anschluß 80 des Ventils Ein weiterer Anschluß 82 des Ventils ist über eine Leitung 84 mit einem Anschluß 86 der pH-Elektrode 22 verbunden. Der Strömungsweg verläuft durch einen Kapillarkanal, welcher einen Meßzellenabschnitt 88 aus pH-empfindlichem Glas enthält, zur Leckverbindungsanordnung 50. Diese trägt eine Membrane 90, der Elektrolyt über eine Leitung 92 von einem KCl-Behälter 94 zugeführt wird, in dem sich die pH-Referenzelektrode 28 befindet. Der Probenströmungsweg führt von der LeekverbindungsanOrdnung 50 weiter über eine Leitung 96 zur Peristaltikpumpe 42 und von dieser über eine Leitung 98 zum Abfallbehälter 66.

Durch den Zirkulator 40 wird thermostatisiertes Wasser, das typischerweise eine Temperatur von 37° C hat, durch eine Heizvorrichtung 68 und eine Leitung 100 zum Gehäuse des Steuerventils 52 und von diesem über eine Leitung 102 zu einem Einlaß 104 der Probenheizvorrichtung geleitet. Das Wasser fließt über die Probenleitung in der Probenheizvorrichtung in einen Wassermantel der Thermostatenkammer-Tankanordnung 20, die die Elektroden 22, 24 und 26 umgibt. Vom Wassermantel der Tankanordnung 20 strömt das Wasser über Leitungen 106, 108 zurück zum Zirkulator 40.

Der Meßzelle 76 und dem Meßzellenabschnitt 88 können über das Steuerventil 52 Eichflüssigkeiten zugeführt werden. Das Steuerventil hat einen ersten Einlaß 120, der über eine Leitung 122 mit dem ersten Pufferlösungsbehälter 60 verbunden ist, ferner einen zweiten Einlaß 124, der über eine Leitung 126 mit dem zweiten Pufferlösungsvorrat 62 verbunden ist und einen dritten Einlaß 128, der über eine Leitung 130 mit einem Ventil 132 verbunden ist, und schließlich einen vierten Einlaß 134, der über eine Leitung 136 mit einem Ventil 138 verbunden ist. In Reihe mit den Ventilen 132 und 138 liegt jeweils eine Blasenvorlage 46, ein Rückschlagventil 140, ein Nadelventil 142 und ein Entleerungsventil 144; das dem Ventil 132 zugeordnete Strömungs-

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steuersystem ist mit einem Anschluß I46 verbunden, an den ein Behälter für ein erstes Eichgas (niedrig) anschließbar ist, während das dem Ventil 138 zugeordnete Strömungssteuersystem mit einem Anschluß 148 für ein zweites Eichgas (hoch) verbunden ist.

Das Steuerventil 52 hat drei BetriebeStellungen. In der ersten Stellung ist der Anschluß 80 mit dem Anschluß 82 verbunden, während die Einlasse 120, 124, 128 und 134 gesperrt sind. In der zweiten Stellung sind der Einlaß 120 mit dem Anschluß 82 und der Einlaß 128 mit dem Anschluß 80 verbunden, während die Einlasse 124 und 134 weiterhin gesperrt sind. In der dritten Stellung sind der Einlaß 124 mit dem Anschluß 82 und der Einlaß 134 mit dem Anschluß 80 verbunden, während die Einlasse 120 und 128 gesperrt sind.

Die PCOp-Elektrode 26 enthält einen Abschnitt aus pH-empfindlichem Glas, auf dem eine für Kohlendioxidgas durchlässige Membrane angeordnet ist. Diese Elektrode 26 liefert ein Ausgangssignal über eine Leitung I50 an eine elektrische Schaltungsanordnung 152, die ein Abgleich- oder Symmetrierstellglied 154 sowie ein Neigungsstellglied 156 enthält und ein Ausgangssignal liefert, das durch die digitale Anzeigevorrichtung 158 angezeigt wird. Die POg-Elektrode 24 liefert bei einer konstanten Polarisefcionsspannung einen Strom, der dem Partialdruck oder der Spannung des Sauerstoffes direkt proportional ist, der zu ihrer reaktionsfähigen Eathodenoberflache diffundiert; dieses elektrische Signal wird über eine Leitung 160 einer elektrischen Schaltungsanordnung 162 zugeführt, die ein Abgleich- oder Symmetrierstellglied 164 sowie ein Empfindlichkeits- oder Neigungsstellglied 166 enthält und ein Ausgangssignal liefert, das durch die digitale Anzeigevorrichtung 168 angezeigt wird. Die pH-Elektrode 22 enthält den kapillaren Abschnitt 88 aus pH-empfindlichem Glas, durch das die Probe gesaugt wird. Die Referenzelektrode 28 befindet sich in einer gesättigten KCl-Lösung und zwischen ihr und der Probe in der Kapillare 88 der Meß-

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elektrode 22 wird ein elektrischer Kontakt durch die Membrane 90 der Leckverbindung hergestellt. Die elektrischen Signale von der pH-Elektrode 22 und der Referenzelektrode 28 werden über leitungen 170, 172 einer elektrischen Schaltungsanordnung 174 zugeführt, die wieder ein Abgleich- oder Symmetrierstellglied 176 sowie ein Empfindlichkeits- oder Neigungsstellglied 178 enthält und ein Ausgangssignal an die digitale Anzeigevorrichtung 180 liefert.

Weitere Einzelheiten von Teilen des Probenströmungsweges und der zugehörigen Elektrodenanordnungen sind in den Figuren 5 bis 9 dargestellt. Die Tankanordnung 20 besteht aus Akrylharz und enthält, wie in den Figuren 5 und 6 dargestellt ist, ein Mittelteil 190 sowie Endteile 192 und 194. Wie Fig. 5 zeigt, hat das Mittelteil 190 in seiner Oberseite eine Ausnehmung 196. In dieser Ausnehmung 196 befinden sich Leitungsrohren 200 und 202, von denen jeweils ein Ende lösbar an Armaturen 204 und angebracht ist, die die Anschlüsse 80 bzw. 82 des Steuerventils 52 bilden.Wie Fig. 6 zeigt, hat das Mittelteil 190 an beiden Enden einen ringförmigen Flansch, in dem jeweils ein O-förmiger Dichtungsring 208 angebracht ist. Die Endteile 192 und 194 haben jeweils eine ringförmige Endfläche 210, die dicht auf den Dichtungsring 208 paßt und durch nicht dargestellte Schrauben befestigt ist. Das Mittelteil 190 hat ferner einen quer verlaufen den Steg 212. Im Steg 212 ist eine zylindrische Kammer mit einem Durchmesser von etwa 5 mm gebildet, die die Meßzelle 76 darstellt. Der Strömungsweg 74 hat einen Durchmesser von etwa 0,75 mm (0.03 Zoll) und mündet waagrecht und tangential in der die Meßzelle 76 bildenden Kammer. Der den Auslaß bildende Strömungsweg 78 hat einen Durchmesser von etwa 2,5 mm und verläuft von der die Meßzelle 76 bildenden Kammer senkrecht nach oben zur Leitungsröhre 200. Von der Meßzelle 76 erstreckt sich eine Monitor-Elektrode 214 senkrecht nach unten bis zu einem Punkt außerhalb des Mittelteils 190. Der Steg 212 hat ferner eine relativ große Öffnung 216 (Fig. 8), eine kleine, kreisförmige Öffnung, die ein Quecksilberthermometer 218 aufnimmt,

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und eine gebogene Öffnung 220.

Das Einlaßende des Strömungsweges 74 ist erweitert und nimmt eine Dichtung 222 auf, in die eine Spitze der Probenheizvorrichtung 58 eingesetzt ist. Die Probenheizvorrichtung 58 ist in einer Bohrung 226 angeordnet, die axial mit dem Strömungsweg 74 fluchtet und sich in einem Ansatz 228 nach außen erstreckt. Die Probenheizvorrichtung 58 ist so am Ansatz 228 befestigt, daß ihre Spitze 224 dicht in der Dichtung 222 sitzt.

Die Probenkammer ist in Pig. 7 genauer dargestellt. Die Sauerstoffelektrode 24 enthält eine Drahtkathode 250, die in einen Glaskolben252 so eingeschmolzen ist, daß an dessen Ende nur ihre Spitze 254 freiliegt. Die Spitze bildet eine reaktionsfähige Oberfläche und ist mit einem Diaphragma oder einer Membrane 256 überzogen, die für Sauerstoff, nicht jedoch für Verunreinigungen und reduzierbare Ionen der Probe durchlässig ist. Die Elektrodenanordnung enthält ferner eine Silber/Silberchloridanode 258 und ist über einKsfcel 160 mit dem elektronischen Teil 12 verbunden. Der COg-Sensor hat an seiner Spitze eine pH-empfindliche Glasmembrane 260, die die Endwand einer inneren Kammer 262 bildet, in der eine Silber/Silberchloridelektrode 264 untergebracht ist. Sine äußere Kammer 266 ist mit Elektrolyt gefüllt und enthält eine Silber/Silberchlorid-Referenzelektrode 270. Auf dem Ende der Elektrodenanordnung ist eine Abstandshaltermembrane272 angeordnet, die für gasförmiges CO₂, nicht jedoch für Ionen durchlässig ist. Die Elektroden sind über das Kabel 150 mit der elektronischen Schaltung 12 verbunden und in Dichtungen 284y'gehaltert, die dicht in Ausnehmungen der Kammeranordnung eingesetzt sind. Die Endteile 192, 194 der Tankanordnung weisen nach innen vorspringende Elektrodengehäuseteile 294, 296 auf, die ähnliche Dichtungen 290, 292 tragen, die dicht an ringförmigen Planschen des Mittelteils 190 anliegen.

Die pH-Elektrode 22 ist in einer Röhre 298 angeordnet und enthält, wie lig. 9 zeigt, einen Kapillarteil oder ein Kapillarröhrchen 300, in dem sich der Meßzellenabschnitt 88 aus pH-

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empfindlichem Glas befindet. Das Kapillarröhrchen 300 ist von einer Elektrolytkammer 304 umgeben, in der sich eine Silber/ Silberchlorid-Halbzelle befindet. Das Kapillarröhrchen 300 hat am oberen Ende eine Einlaßöffnung 306 und am unteren Ende eine Spitze 308, die von einer Dichtung 310 in einem Bauteil 312 umgeben ist, welches eine Leckverbindung oder Drosselstelle im Strömungsweg bildet. Der Strömungsweg im Bauteil 312 hat einen Durchmesser von etwa 1 mm (0.04 Zoll) und einen Knick, der durch zwei Schenkel 314, 316 gebildet wird, die einen Winkel von 60° miteinander bilden und zu einer öffnung 318 führen. Gegenüber dieser Öffnung befindet sich ein Bauteil 320, das die Membrane 90 trägt, welche dieForm einer Scheibe aus Polycarbonat hat, etwa 10 um dick ist und eine Vielzahl paralleler Poren oder Kanäle aufweist, die jeweils einen Durchmesser von etwa 0,1 Mm haben. Das Bauteil 320 ist in einem Rahmen 322 gehaltert und durch eine Klemmschraube 324 so befestigt, daß die Membrane 90 mit geradlinig wirkender Kraft so auf die Öffnung 318 gedruckt wird, daß die Membrane 90 keinen Biegungs- oder Scherkräften unterworfen wird und daß sowohl ein Elektrolytkanal 326 als auch ein Probenkanal 328, die im Bauteil 320 gebildet sind, abgedichtet werden. Der Elektrolytkanal 326 ist über die leitung 92 mit dem Elektrolytbehälter 94 verbunden, in dem sich die Referenzelektrode 28 befindet. Diese Elektrode enthält eine gesättigte Kalomel-Halbzelle und ist durch das Kabel 172 mit der Meßschaltung verbunden.

Die Probenheiz-vorrichtung 58 ist in den Figuren 10 und 11 genauer dargestellt. Diese Heizvorrichtung enthält einen Körper 350, der einen Plansch 352 hat und beim äußeren Ende einen ersten O-förmigen Dichtungsring 354 sowie beim inneren Ende einen zweiten O-förmigen Dichtungsring 356 trägt. Zwischen den Dichtungsringen 354 und 356 befindet sich ein Ausleger- oder Zwischenteil, dessen Außenseite eine wendeiförmige Nut 358 aufweist, welche von einer Anzahl axial verlaufender Schlitze 360 unterbrochen ist. Der Körper 350 hat ferner eine Ausnehmung 362,

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die ein Ende 364 eines Röhrchens 366 aufnimmt. Das Röhrchen besteht auf Polyvinylchlorid, hat einen Innendurchmesser von etwa 0,85 am (0,034 Zoll) und ist durch einen der Schlitze herausgeführt und dann unter Bildung einer ersten wendeiförmigen Wicklungslage in Richtung nach vorne in die Nut 358 gewickelt.

Diese erste Wicklungslage ist von einer Hülse 368 umgeben, deren Außenseite wieder eine wendeiförmige Nut 370 aufweist, die in entsprechender Weise durch axial verlaufende Schlitze 372 unterbrochen ist. Das Röhrchen 366 ist in Richtung nach hinten zum Plansch 352 in die Nut 370 gewickelt, dann durch eine Bohrung 374 nach außen geführt und im Plansch 352 befestigt. Im montierten. Zustand ist die Probenheizvorrichtung in die Bohrung 226 eingesetzt, wobei dann die Dichtung 354 an einer Gegenbohrung 230 dicht anliegt und die Dichtung 356 eine Abdichtung mit einem Einsatz 376 (Pig. 10) bewirkt. Die Spitze 224 sitzt fluchtend mit dem Strömungsweg 74 dicht in der Dichtung 222. Das der Erwärmung dienende Wasser wird über einen Kanal 380 (Pig.11) zugeführt, strömt dann durch die axialen Schlitze 360 um die innere Wicklung des Röhrchens und dann durch die Schlitze 372 zur äußeren Wicklung. Das Wasser fließt dann von der Bohrung 226 am Einsatz 376 vorbei durch die gebogene öffnung 220 in Wassermantelkammern beidseits der Meßzelle 76 und durch die Leitungen 106, 108 zurück zum Zirkulator 40. Das thermostatisierende Pluid bzw. der Wärmeträger umströmt das pH-Elektrodengehäuse bzw. die Röhre 298 und hält diese Meßzelle auf der gleichen konstanten Temperatur, auf der auch die Meßzelle 76 gehalten wird. Das Probenfluid strömt von der Spitze 36 durch die Leitung 70 in und durch die zwei wendeiförmigen Wicklungen des Röhrchens 366 der Heizvorrichtung und dann durch den Strömungsweg 74 in die Kammer der Meßzelle 76. Von der Kammes der Meßzelle 76 fließt das Probenfluid dann durch den vertikalen Strömungsweg 78 nach oben und durch die Leitungsröhre 200 zum Anschluß 80 des Steuerventils 52.

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Das Steuerventil 52 ist in den Figuren 12-19 genauer dargestellt. Es enthält eine Grundplatte 400 aus Polyacetal-Kunststoff (z.B. Polyoxymethylen) und eine mit dieser durch Schrauben 404 verbundene Kappe 402. In der Grundplatte 400 sind die Armaturen 204 und 206 (Fig. 13) befestigt, die die Anschlüsse 80 und 82 bilden; ähnliche Armaturen bilden die Einlasse 120, 124, 128 und 134. Die Armatur 204 steht mit einer Öffnung 406 in der Grundplatte 400 in Verbindung, die Armatur 206 mit einer Öffnung 408, der Einlaß 120 steht mit einer Öffnung 410 in Verbindung, der Einlaß 124 mit einer Öffnung 412, der Einlaß 128 mit einer Öffnung 414 und der Einlaß 134 mit einer öffnung 416. Von der Öffnung 406 geht eine gebogene Nut 418 aus, die an der Öffnung 416 vorbeiführt und am Punkt 422 auf einem Öffnungskreis 420 endet, der einen Durchmesser von 1,5 cm hat. Auf der Innenseite der Grundplatte 400 ist eine Dichtungsscheibe 426 aus Chloropren-Gummi mit einer Shore-A-Härte 50 angeordnet, die einen Durchmesser von 4 cm und eine Dicke von etwa 1,5 mm hat. Die Dichtungsscheibe 426 hat sieben Durchbrüche 430-436, welche mit entsprechenden der Öffnungen 406-416 und dem Ende 422 der gebogenen Nut fluchten.

Die Dichtungsscheibe 426 wird durch die Kappe 402 gegen die Oberfläche 424 der Grundplatte 400 gedrückt. In der Kappe 402 befindet sich eine Wähl- oder Einstellvorrichtung 440, die eine nach außen reichende Welle 442, ein Lager 444, einen Kragen 446, eine Sitzfläche 448 und einen Wählscheibenteil 450 enthält, welch letzterer in seiner Stirnseite zwei Nuten 452, 454 aufweist, wie aus Pig. 13 ersichtlich ist. Die Nut 452 reicht von einem mittleren Punkt 456 (Fig. 16) zu einem Punkt 458 auf dem Öffnungskreis 460, während die Nut 454 von einem Punkt 462 auf dem Öffnungskreis 460 zu einem ebenfalls auf dem Öffnungskreis 460 gelegenen Punkt 464 führt. Die Oberfläche des Wählscheibenteiles 450 trägt einen Überzug 466 aus Polytetrafluoräthylen.

In der Kappe 402 ist eine Scheibe 470 (Fig. 13) aus PoIy-

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amid angeordnet, auf der eine Feder 472 sitzt, die die Stirnseite des Wählscheibenteils 450 gegen die Dichtungsscheibe 426 drückt. Mit der Kappe 402 sind Armaturen für die leitungen 100 oder 102 verbunden, so daß sie von dem thermostatisierten Wasser durchströmt werden kann.

Die drei Betriebsstellungen des Steuerventils sind in den Figuren 17-19 dargestellt. In der Stellung "Analyse", die in Fig. 17 dargestellt ist, hat das Wählscheibenteil 450 eine solche Lage, daß die radial verlaufende Nut 452 über den Durchbruch 436 der Dichtungsscheibe mit der gebogenen Nut 418 in Verbindung steht, so daß ein Strömungsweg vom Anschluß 80 durch die gebogene Nut 418 und dann radial nach innen durch die Nut 452 zur Öffnung 82 gebildet wird. Die Anschlüsse 120, 124, 128 und 134 werden sämtlich durch den Wählscheibenteil 450 verschlossen, der die entsprechenden Öffnungen in der Dichtungsscheibe 426 bedeckt.

In einer ersten Eichstellung, die in Fig. 18 dargestellt ist und bei der das Wählscheibenteil 450 gegenüber Fig. 17 um 45° gedreht ist, verbindet die radiale Nut 452 den Anschluß 82 über den Durchbruch 432 in der Dichtungsscheibe mit dem Einlaß 120, während die tangentiale Nut 454 den Einlaß 128 mit dem Anschluß 80 verbindet? die Anschlüsse 124 und 134 werden durch das Wählscheibenteil 450 und die Dichtungsscheibe 426 verschlossen. In der dritten Betriebsstellung des Ventils, die in Fig. dargestellt ist und eine zweite Eichstellung bildet, ist der Wählscheibenteil 450 nochmals um 45° weitergedreht. In dieser Stellung steht der Anschluß 82 über die radiale Nut 452 mit dem Einlaß 124 in Verbindung; der Anschluß 80 ist über die tangentiale Nut 454 mit dem Einlaß 134 verbunden, und die Einlasse 120, 128 sind verschlossen.

Wenn eine Blutgasanalyse durchgeführt werden soll, wird das Steuerventil 52 in die in Fig. 17 dargestellte Stellung gebracht

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ORIGINAL INSPECTED

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■und in die Meßkammern 76 und 78 wird eine Blutprobe eingeführt,

die
indem die Probenkanüle 36/den Probeneinlaß bildet, in ihre erste Stellung gebracht wird, bei der ihre Spitze in einen Probenbehälter eintaucht. Außerdem wird die Peristaltikpumpe 42 in Betrieb gesetzt. Die Pumpe saugt die Probe durch die Leitung 70, die zwei wendeiförmigen Wicklungen in der Probenheizvorrichtung 56, den Strömungsweg 74, die Kammer 76, den Strömungsweg 78, die Leitungsrohre 200, die Nuten 418 und 452, die Leitungsröhre 202, die Leitung 84, das Kapillarröhrchen 300 und durch den Probenkanal 328 mitder Leckverbindung zur Leitung 96. Diese Strömungswegkonfiguration erfordert für gleichzeitige pH-, PO₂- und PCOg-Messungen an der gleichen Probe ein Probenvolumen von weniger als 500 Mikrolitern. Die Probenkanüle 36 wird in Spülfluid in der Kammer 36 gebracht und die Schaltungsanordnungen 152, 162 und 174 werden freigegeben, so daß sie auf die Signale von den Elektroden 22, 24, 26 und 28 ansprechen und die resultierenden Signale zu Ausgangswerten verarbeiten, die den digitalen Anzeigevorrichtungen 158, 168 und 180 zugeführt werden. Die Sauerstoffelektrode 24 erzeugt einen Strom, der direkt proportional der Spannung des Sauerstoffs ist, der durch die von der Elektrodenanordnung getragene Membrane 256 diffundiert. Die Kohlendioxidelektrodenanordnung 26 mißt eine Änderung der Kohlendioxidkonzentration als Punktion des pH, das Kohlendioxid diffundiert durch die Membrane 274 "und erzeugt eine Spannung, die eine exponentiell Punktion des PCOp ist; diese Spannung wird durch die Schaltungsanordnung 152 verarbeitet, und das resultierende Ausgangssignal wird der digitalen Anzeigevorrichtung 158 zugeführt. DaspH-Meßsystem enthält die Elektroden 22 und 28 und eine Potentialdifferenz zwischen den Oberflächen der G-lasmembrane des Meßzellenabschnitts 88 wird über die Elektroden 22 und 28 der Schaltungsanordnung 174 zugeführt, die ein Ausgangssignal an die digitale Anzeigevorrichtung 180 liefert. Sobald die Daten vorliegen, wird die Pumpe 42 in Betrieb gesetzt, um Spülfluid durch den ganzen Probenströmungsweg zu saugen, so daß dieser in Vorbereitung der Analyse der

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nächsten Probe gereinigt wird. Gewünschtenfalls kann die Pumpe 42 mittels des Antriebsrades 44 von Hand betätigt werden und dadurch eine Probe genau in die transparente Meßzelle gebracht werden, oder man kann eine Probe nacheinander in die Zelle 76 und dann in (Be Zelle 88 bringen, um getrennte Mikroanalysen mit Probenvolumen von 175 Mikroliter durchzuführen.

V_or diesen Analysen werden die Sauerstoff- und Kohlendioxid-Sensoren mit den Elektroden 24 und 26 mit zwei Gasen geeicht, die von entsprechenden Quellen oder Vorratsbehältern kommen, welche mit den Anschlüssen 146 und 148 verbunden sind; der pH-Sensor mit der Elektrode 22 wird mit Pufferflüssigkeiten aus den Pufferlösungsvorräten 60 bzw. 62 geeicht. Während sich das Steuerventil 52 in der Analysestellung (Pig. 17) und die Probenkanüle 36 sich in einer Spüllösung in der Kammer 38 befinden, wird die Peristaltikpumpe 42 betätigt, um die Spüllösung durch das System zu saugen und dieses zu reinigen. Das Steuerventil 52 wird dann in die erste Eichstellung (Pig. 18) gebracht, in der die Meßzelle 76 mit der einen Gasquelle (niedrig) und der pH-Meßzellenafeschnitt 88 mit der Pufferlösungsquelle 60 (pH 7,384) verbunden sind. In dieser Stellung des Steuerventils strömt durch die Meßzelle 76 eine Gasmischung, die etwa 5 % Kohlendioxid, 12 # Sauerstoff und im übrigen Stickstoff enthält und die der Kohlendioxidelektrode zugeordnete Schaltungsanordnung 152 wird mittels des Symmetrierstellgliedes 154 genullt. Außerdem wird die pH-Schaltungsanordnung 174 mittels des Symmetrierstellgliedes 176 genullt. KTachdem die Elektrodensysteme für pH und COo genullt sind, wird das Steuerventil in die zweite Eichstellung (Pig. 19) gebracht, in der der Meßzelle 76 über den Anschluß 148 eine einem hohen Wert entsprechende Gasmischung von einer geeigneten Quelle oder einem Torrat zugeführt wird, die etwa 10 ^ Kohlendioxid, keinen Sauerstoff und im übrigen Stickstoff enthält; der Meßzellenabschnitt 88 ist mit dem Pufferlösungsvorrat 62 verbunden, der Pufferlösung niedrigen pH-Wertes (pH 6,84) enthält. Diese Pufferlösung wird dann mittels

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der Peristaltikpumpe 42 in den Meßzellenabschnitt 88 gesaugt. Während das Eichgas von der zweiten Eichgasquelle durch die Kammer der Meßzelle 76 strömt, werden das Symmetrierungsstellglied 164 der das Sauerstoffsignal verarbeitenden Schaltungsanordnung 162 eingestellt und gleichzeitig das Neigungsstellglied 156 der das Kohlendioxidsignal verarbeitenden Schaltungsanordnung 152 einjustiert. Die Schaltungsanordnung 174 für das pH-Signal wird mittels des Neigungs-Reglers 178 auf die richtige Neigung bzw. Verstärkung eingestellt. Nachdem das Sauerstoffsystem genullt und das Kohlendioxid- sowie pH-System hinsichtlich der Neigung oder Verstärkung einjustiert worden sind, wird das Steuerventil 52 in die erste Eichstellung (Pig. 18) zurückgeschaltet und die Neigung oder Verstärkung des Sauerstoffsystems wird unter Verwendung des Eichgases von der ersten Quelle mittels des Neigungsstellgliedes 156 eingestellt.

Nach dem Einstellen und Eichen der Bereiche und Empfindlichkeiten der Elektrodensysteme wird das Steuerventil in die Analysenstellung (3?ig. 17) zurückgeschaltet und das Analysegerät ist nun für eine Analyse oder Meßfolge bereit. Wie erwähnt, wird dabei die Probenkanüle 36 aus der Spülflüssigkeit entfernt und in eine zu analysierende Blutprobe eingetaucht, mit der Pumpe 42 werden dann 500 Mikroliter Blut durch die Probenheizvorrichtung 58 in die Meßzelle 76 und den Meßzellenabschnitt 88 und an der Referenzelektroden-Leckverbindung 50 vorbeigesaugt. Nachdem die Probe auf diese Weise in die Meßzellen und Kammern eingeführt worden ist, werden die Meßschaltungen freigegeben und man erhält von der gleichen Mikroprobe gleichzeitig Meßwerte für pH, PCO₂ und PO₂. Nachdem die Probe eingeführt worden ist, wird die Probenkanüle 36 wieder in die Spüllösung in der Kammer 38 eingetaucht und nach der Anzeige der bei der Analyse ermittelten Meßwerte wird die Probe durch Betätigung der Pumpe 42 aus der Meßzelle 76 und dem Meßzellenabschnitt 88 herausgespült, wobei gleichzeitig Spüllösung durch das System strömt und dieses reinigt. Man kann die Eichung

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der Elektrodensysteme periodisch, prüfen, indem man das Steuerventil 52 in eine Eichsteilung bringt und das gewählte Eichgas durch die Meßzelle 76 strömen läßt und gleichzeitig die entsprechende gewählte Pufferflüssigkeit durch den Meßzellenabschnitt 88 pumptj die Anzeige wird dabei freigegeben, so daß die Eichung des Gerätes überprüft werden kann.

Selbstverständlich läßt sich das beschriebene spezielle Ausführungsbeispiel hinsichtlich vieler Details abwandeln, ohne den Hahnen der Erfindung zu überschreiten.

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Claims

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Patentansprüche

Analysegerät mit einer Thermostatkammer, in der sich zwei Durchfluß-Meßzellen befinden, die jeweils eine Einlaß- und Auslaßöffnung haben, ferner mit einer einen Einlaß aufweisenden Einlaßvorrichtung, die über Leitungen mit den Einlaßöffnungen der beiden Meßzellen verbunden ist, und einer Terdrängungspumpe, die mit den Auslaßöffnungen beider Meßzellen in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßvorrichtung (36) zwischen einer ersten Stellung, in der ihr Einlaß für die Aufnahme einer zu untersuchenden Probe freiliegt, und einer zweiten Stellung, in der ihr Einlaß in Spülfluid in einer Kammer (38) eintaucht, verstellbar ist und daß das Strömungssystem so ausgebildet ist, daß die Pumpe (42) in der ersten Stellung der Einlaßvorrichtung (36) eine Probe und in der zweiten Stellung Spülfluid durch beide Meßzellen (76, 88) fördert.
2. Analysegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung einer der Meßzellen und die Einlaßöffnung der anderen Meßzelle durch eine freiliegende lösbare Leitung verbunden sind, die außerhalb der Thermostat- oder Meßkammer verläuft und einen bequemen wahlweisen Zugang zu den Meßzellen ermöglicht.
3. Analysegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen die beiden Meßzellen (76, 88) eine Steuervorrichtung (52) geschaltet ist, die in einer ersten Stellung beide Meßzellen in einen zur Einlaßvorrichtung (36) führenden Strömungsweg schaltet und in einer zweiten Stellung die beiden Meßzellen voneinander trennt und mit individuellen Hilfsfluideinlässen verbindet.

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4. Analysegerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (52) vier Hilfseinlässe (120, 124, 128, 134) für unterschiedliche Eichfluide aufweist und so ausgebildet ist, daß sie in der ersten Stellung (Fig. 17) eine lluidprobe zu beiden Meßzellen (76, 88) leitet, in einer zweiten Stellung (18) Eichfluid vom einen Hilf seinlaß durch die eine Meßzelle, und Eichfluid von einem zweiten Hilfseinlaß durch die andere Meßzelle leitet und in einer dritten Stellung (I*ig. 19) ein drittes Eichfluid vom dritten Hilfseingang durch die eine Meßzelle sowie ein viertes Eichfluid vomierten Hilfseingang durch die zweite Meßzelle leitet.
5. Analysegerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung ein Ventil (52) ist, dessen der Fluidprobe ausgesetzte Oberflächen aus elektrisch isolierendem und elektrisch inertem Material bestehen, so daß der in elektrischer Hinsicht auf mit den Meßzellen gekoppelte Sensoren ausgeübte Einfluß bei Umschaltungen der Steuervorrichtung zwischen der ersten und der zweiten Stellung nicht wesentlich geändert wird.
6. Analysegerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung ein Ventil (52) ist, die ein Abdichtelement (426) mit mehreren beabstandeten Durchbrüchen (430 - 436), ein Wählteil (450) mit mehreren Kanälen (452, 454) zum wahlweisen Verbinden von Durchbrüchen des Dichtungsteiles (426) und mit einer Oberfläche, die abdichtend an dem Dichtungsteil angreift, und ein Steuerglied (442) zur Änderung der gegenseitigen Lage des Dichtungs- und Wählteiles unter Änderung der Durchbrüche des Dichtungsteiles, die durch die Kanäle des Wählteiles miteinander verbunden sind, enthält.

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7. Analysegerät nach. Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsteil (426) ein ebenes Bauteil aus elastischem Material ist und daß das Wählteil (450) eine glatte Oberfläche mit niedrigem Reibungswiderstand aufweist, und daß eine Vorrichtung (472) vorgesehen ist, die die glatte Oberfläche (466) dicht gegen das Dichtungsteil drückt.
8. Analysegerät nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß an der Thermostatkammer eine Heizvorrichtung angebracht ist, die in Reihe mit der Einlaßvorrichtung (36) und den Einlaßöffnungen der Meßzellen (76, 88) liegt.
9. Analysegerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (58 ,Pig.10 und 11) eine Anordnung zur Halterung zweier übereinander angeordneter wendeiförmiger Leitungswicklungen (366) sowie eine mit der Thermostatenkammer in Verbindung stehende Kammer für ein Thermostatisiermedium enthält, das über die von der Probe durchströmten Leitungswindungen strömt und in inniger Berührung mit diesem steht.
10. Analysegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der ersten Meßzele (76) ein erstes Meßsystem zur Messung eines Gasparameters der KLuidprobe gekoppelt ist; daß mit der zweiten Meßzelle (88) ein zweites Meßsystem für die Messung des pH-Wertes der Fluidprobe gekoppelt ist; und daß das zweite Meßsystem eine Referenzelettrodengrenzfläche enthält, die an der Thermostatenkammer angebracht und in Verbindung mit dem Strömungsweg zwischen der zweiten Meßzelle und der Verdrängungspumpe steht.
11. Analysegerät nach Anspruch 10, dadurch g e -

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kennzeichnet, daß die Referenzelektrodengrenzflächenanordnung eine Einrichtung enthält, die einen Teil des Strömungsweges zwischen der zweiten Meßzelle (88) und der Verdrängungspumpe (42) definiert; daß diese Einrichtung eine Öffnung (318) aufweiet ; daß eine lösbare Ha3te rungs einrichtung (320) vorgesehen ist, die einen Teil einer Elektrolytleitung (92) zu einer Referenzelektrode bildet, und daß die Halterungseinrichtung ein Strömungssteuerteil (90) trägt, das die Öffnung (318) bedeckt und einen gesteuerten Strömungsweg bildet, der eine ionische Verbindung zwischen dem Elektrolyten und einer Probe im Strömungeweg (328) herstellt.
12. Analysegerät nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Klemmvorrichtung (322, 324) zum Erzeugen einer !^druckkraft in Richtung einer Achse, die durch die Öffnungen (318, 326) geht, zwischen denen das Strömungssteuerteil (90) angeordnet ist.
13. Analysegerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungssteuerteil von einer Vielzahl von im wesentlichen parallelen Kanälen gleicher Länge durchsetzt ist, die eine Vielzahl ionischer Verbindungen zwischen des Elektrolyten und der zu analysierenden Probe bilden.
14. Analysegerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Einrichtung (320) ein austauschbares Bauteil ist und daß das Strömungssteuerteil (90) an diesem Bauteil angebracht ist.
15. Analysegerät nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch außerhalb der Thermostatkammer verlaufende, lösbare Leitungen, die die einzelnen Meßzellen mit der Strömungssteuereinrielitung verbinden.

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16. Analysegerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung direkt auf der Thermostatkammer angeordnet ist und daß auf der Thermostatkammer eine Heizvorrichtung montiert ist, die in Reihe zwischen die Einlaßvorrichtung und die Einlaßöffnungen der Meßzellen (76, 88) geschaltet ist.
17. Analysegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der ersten Meßzelle ein erstes Meßsystem zur Messung eines Gasparameters der STuidprobe gekoppelt ist; daß mit der zweiten Meßzelle ein zweites Meßsystem zur Messung des pH-Wertes der ITuidprobe gekoppelt ist und daß das zweite Meßsystem eine Referenzelektrodengrenzflächenanordnung enthält, die an der Thermostatkammer angebracht und in Verbindung mit dem Strömungsweg zwischen der zweiten Meßzelle und der Verdrängungspumpe (42) steht.
18. Analysegerät nach Anspruch 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Strömungsweges zwischen der Heizvorrichtung und der Referenzelektrodengrenzflächenanordnung weniger als 500 Mikroliter beträgt.

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