DE2833356C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen
Messung der Konzentration einer Komponente in einem
Stoffgemisch durch Lichtmessung mit einer Lichtquelle,
einem Monochromator, mindestens einer
Lichtmeßeinrichtung, und einem auf die Änderung der
Konzentration der Komponente mit einer Spektraländerung
reagierenden Indikator in einem Raum zur Aufnahme des
Indikators, wobei dieser Raum durch eine, für die zu
messende Komponente durchlässige Membran und mindestens
an der dem Monochromator zugewendeten Seite durch ein
strahlungsdurchlässiges Fenster abgesperrt ist.
Aus der DE-PS 25 08 637 ist es bekannt, mit solchen
Vorrichtungen transcutan den Partialdruck von Blutgasen
zu messen. Dabei kommt insbesondere bei Serienmessungen
der Eichung der verwendeten Indikatoren Bedeutung zu, die
jedoch mit solchen Vorrichtungen, vor allem bei Messungen
in situ, nicht möglich ist.
Vergleichsmessungen mit gattungsgemäßen Vorrichtungen
sind weiterhin aus der DD-PS 1 06 086 bekannt. Hierbei wird
der zum Vergleich verwendete Indikatorraum gegen das
Meßobjekt abgeschlossen, so daß nur Verbesserungen des
Meßsignals, jedoch keine Eichungen ermöglicht werden.
Für eine Anordnung, bestehend aus einem Indikator, der
in einem Raum angeordnet ist, welcher durch eine für die
zu messende Komponente durchlässige Membran und
mindestens an der dem Monochromator zugewendeten Seite
durch eine strahlungsdurchlässige Fläche abgesperrt
ist, hat sich die Bezeichnung OPTODE eingebürgert.
Es stellt sich danach die Aufgabe, eine gattungsgemäße
Vorrichtung zu schaffen, die leicht und auch während der
Messung eichbar ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Raum zur
Aufnahme des Indikators außer mit dem Stoffgemisch mit
mindestens einem Vergleichsstoff mit bekannter
Konzentration der zu messenden Komponente in
Wirkverbindung steht.
Der Vorteil dieser Vorrichtung ist, daß Eichungen sofort
und auch während der Messung vorgenommen werden können.
Insbesondere ist dies dann möglich, wenn bei der
Meßvorrichtung ein optisch transparenter Vergleichsstoff
bekannter Konzentration an der der Objektseite der Optode
gegenüberliegenden Seite der Optode angeordnet ist.
In einer anderen Art der Vorrichtung besteht die Optode
aus mindestens zwei Teiloptoden, die jeweils mit
mindestens einem Vergleichsstoff bekannter Konzentration
in Wirkverbindung stehen.
Für besondere Fälle ist es vorteilhaft, wenn der
Vergleichsstoff eine Vergleichskammer durchströmt.
Hierbei kann dann eine Nullmethode Verwendung finden, bei
der die Konzentration des Vergleichsstoffes solange
geändert wird, bis er die gleiche Spektraländerung wie
das Meßobjekt zeigt.
Vorteilhaft besteht dann der Vergleichsstoff aus einer
Mischung aus dem zu messenden Stoff und einer
Trägersubstanz.
Dann kann die Messung auch dadurch erfolgen, daß das
Mischungsverhältnis anzeigbar ist, wenn die Nullmethode
zur Verwendung kommt.
Eine Weiterentwicklung der Erfindung besteht darin, daß
das Mischverhältnis selbsttätig regelbar ist, wobei
die Stellgröße durch das Signal der Lichtmessung
bestimmt ist.
Bei dieser Methode kann die eigentliche Messung mittels
der leichter beherrschbaren Messung des
Mischungsverhältnisses zweier Substanzen erfolgen.
Besonders einfach ist die Messung dann, wenn der
Vergleichsstoff gasförmig ist, weil dann die verwendeten
Substanzen einfach vermischt und auch entfernt werden
können.
Auch hat die Verwendung von Eichflüssigkeiten einige
Vorteile, wie insbesondere die Temperierung und die
Zuführung.
Es ist weiterhin von besonderem Vorteil, wenn die
Teiloptoden, die mit dem Vergleichsstoff in
Wirkverbindung stehen, jeweils an einem Teilstrang des
objektseitigen Endes eines Lichtleiters angeordnet sind,
daß die den Teiloptoden zugeordneten
Lichtmeßeinrichtungen jeweils an den Teilsträngen des
zweiten Endes des Lichtleiters angeordnet sind, daß an
mindestens einem Teilstrang des zweiten Endes des
Lichtleiters ein Monochromator vorgesehen ist und daß
die Teilstränge des objektseitigen Endes des
Lichtleiters jeweils einer Lichtmeßeinrichtung
zugeordnet sind.
Durch diese Anordnung ist es ermöglicht, den
Vergleichsstoff außerhalb des Objektes zu verwenden, was
insbesondere bei der Katheterisierung in den
Blutgefäßen zu einer Verringerung der Belastung von
Patienten führt.
Eine vorteilhaft einfache Vorrichtung ergibt sich
dadurch, daß die Vergleichskammer den Kopf eines aus
einem Lichtleiter bestehenden Katheters bildet und daß
die Zuleitungen zu der Vergleichskammer mit dem
Lichtleiter fest verbunden ist.
Durch diese Anordnung ergibt sich eine sehr einfache
Vorrichtung, wenn an schwer zugänglichen Stellen
gemessen werden soll.
Insbesondere ist diese Vorrichtung vereinfacht, wenn die
Zuleitungen zu der Vergleichskammer aus polymerisiertem
Polyvinylchlorid besteht, in das der Indikator
eingesiedelt ist.
In der nachfolgenden Zeichnung sind verschiedene
Einzelheiten der Erfindung zur Erläuterung schematisch
dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 eine zwischen Meßobjekt und Vergleichskammer
eingeschlossene Optode,
Fig. 2 eine Anordnung mit zwei Teiloptoden,
Fig. 3 einen Lichtleiter mit einer unabhängigen
Vergleichsoptode,
Fig. 4 eine Vergleichskammer am Kopf eines Lichtleiters,
Fig. 5 eine Vergleichskammer aus einem Schlauch mit
einpolymerisiertem Indikator.
In Fig. 1 wird eine Meßkammer 10 vom Stoffgemisch 1
durchflossen. Die Meßkammer 10 ist durch einen Raum 30
zur Aufnahme des Indikators abgeschlossen. Auf der der
Meßkammer 10 gegenüberliegenden Seite des Raumes 30 ist
eine Vergleichskammer 20 angeordnet, die ebenfalls mit
dem Raum 30 in Wirkverbindung steht, und von dem
Vergleichsstoff 2 bekannter Konzentration durchströmt
ist. Eine Lichtquelle mit einem Monochromator 40 sendet
monochromatisches Licht 400 aus, das den Raum 30 trifft.
Das von dem Raum 30 ausgehende Licht 401, sei es
reflektiertes Licht oder Fluoreszenzlicht, trifft die
Lichtmeßeinrichtung 50 und erzeugt dort ein Signal in
der Anzeigevorrichtung 60. Die Mischung des
Vergleichsstoffes 2 wird nun derart verändert, bis die
Anzeige der Anzeigevorrichtung den gleichen Wert hat, wie
er ohne Vergleichsstoff vorlag. Dann stimmt die Mischung
des Vergleichsstoffes, dessen Konzentration leicht
einstellbar ist, mit der Konzentration der zu messenden
Komponente überein.
Bei einer Vorrichtung nach Fig. 2 werden zweckmäßig zwei
Lichtmeßeinrichtungen 50, wie in Fig. 1 verwendet, die
die spektrale Änderung des Indikators in dem Teilraum
31, der mit dem Stoffgemisch 1 in Wirkverbindung steht,
und dem Teilraum 32, der mit dem Vergleichsstoff 2 in
Wirkverbindung steht, messen. Zeigen beide
Anzeigevorrichtungen den gleichen Wert an, dann ist wegen
der bekannten Konzentration des Vergleichsstoffes 2 auch
die Konzentration der zu messenden Komponente bekannt.
Diese Vorrichtung hat auch den besonderen Vorteil, daß
sich Schwankungen der Spektralverteilung des
Monochromators 40 ausgleichen, wenn der gleiche
Optodentyp für beide Teilräume 31, 32 (Teiloptoden)
verwendet wird, weil dadurch in beiden Strahlengängen
der gleiche Filterfaktor auf die Strahlungsintensität
wirksam ist.
Fig. 3 zeigt einen Lichtleiter 100, der am objektseitigen
Ende in zwei Teilstränge 101 und 102 aufgespalten ist
und der am anderen Ende aus drei Teilsträngen 103, 104
und 105 besteht. Die Fasern des Teilstranges 103, an dem
ein Monochromator 41 angeordnet ist, werden in
vorbestimmtem Verhältnis in die Teilstränge 101 und 102
geleitet, während die Fasern des Teilstranges 104, an
dem eine Lichtmeßeinrichtung 51 angeordnet ist, nur zum
Teilstrang 101 laufen und die Fasern des Teilstranges
105, an dem eine Lichtmeßeinrichtung 52 angeordnet ist,
nur zum Teilstrang 102 geführt sind. In Teilstrang 102
befinden sich sonach Fasern zur Lichtmeßeinrichtung 52
und zum Monochromator 41, in Teilstrang 101 verlaufen
Fasern zur Lichtmeßeinrichtung 51 und zum Monochromator
41. An der Endfläche der Teilstränge 102 und 101 sind
diese Fasern statistisch oder in zweckmäßiger
räumlicher Verteilung festgelegt. Es gibt demnach
Fasern, die die Beleuchtung des Teilraumes 31 und des
Teilraumes 32 vornehmen und solche, die das von dort
ausgehende Licht zu den Lichtmeßeinrichtungen
zurückleiten. Die Teilräume 31 und 32, die mit der
Vergleichskammer 20 und dem Stoffgemisch 1 in
Wirkverbindung stehen, befinden sich zwischen der
Vergleichskammer 20 und der Endfläche des Teilstranges
102 sowie zwischen dem Stoffgemisch 1 und der Endfläche
des Teilstranges 101.
Zur Verdeutlichung sind die Abstände in der Zeichnung
vergrößert.
Mit dieser Anordnung können nunmehr gleichzeitig die
Teilräume 31 und 32 beleuchtet und ausgemessen werden.
Wenn die Signale der Anzeigevorrichtung 61 und 62
übereinstimmen, dann ist auch die Konzentration der zu
messenden Komponente des Stoffgemisches 1 und die des
Vergleichsstoffes 2 in der Vergleichskammer 20 gleich.
Die Signale können in bekannter Weise elektronisch
verglichen, oder nur das Differenzsignal erzeugt und
angezeigt werden. Die dazu erforderlichen Anordnungen
sind bekannt und in der Zeichnung nicht dargestellt.
In Fig. 4 ist ein Lichtleiter 100 vorgesehen, der die
Hinleitung von monochromatischem Licht zum Raum 30 und
die Rückleitung des reflektierten Lichtes oder des
Fluoreszenzlichtes vornimmt. Der Raum 30 steht in
Wirkverbindung mit der Vergleichskammer 20, deren
Zuleitungen 201 und 202 fest mit dem Lichtleiter 100
verbunden sind.
Zu besseren Übersicht sind die Zuleitungen getrennt vom
Lichtleiter gezeichnet. Die richtige Konzentration wird
dann gezeigt, wenn sich die Farbe des Teilraumes bei
durchgeleitetem Vergleichsstoff 2 nicht ändert.
In Fig. 5 bestehen die Vergleichskammer und die
Zuleitungen 2000 aus einem Schlauch bspw. aus
Polyvinylchlorid, in den der Indikator in bekannter Weise
eingesiedelt ist. Das hat den Vorteil, daß dieses Teil
einstückig sein kann. Auch Agar oder Silikon ist als
Material verwendbar. Weiterhin kann die Vergleichskammer
2001 abwechselnd perfundiert und entleert werden, so daß
noch genauer der Einfluß der zu messenden Komponente auf
die Optode mit dem Einfluß des Vergleichsstoffes
verglichen werden kann.
Claims (12)
1. Vorrichtung zur optischen Messung der Konzentration
einer Komponente in einem Stoffgemisch durch Lichtmessung
mit einer Lichtquelle, einem Monochromator, mindestens
einer Lichtmeßeinrichtung und einem auf die Änderung
der Konzentration der Komponente mit einer
Spektraländerung reagierenden Indikator in einem Raum
zur Aufnahme des Indikators, wobei dieser Raum durch
eine, für die zu messende Komponente durchlässige
Membran und mindestens an der dem Monochromator
zugewendeten Seite durch ein strahlungsdurchlässiges
Fenster abgesperrt ist, dadurch
gekennzeichnet,
daß der Raum (30) zur Aufnahme des Indikators außer mit
dem Stoffgemisch (1) mit mindestens einem Vergleichsstoff
(2) mit bekannter Konzentration der zu messenden
Komponente in Wirkverbindung steht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Vergleichsstoff (2) mit bekannter Konzentration
optisch transparent ist und an der dem Stoffgemisch (1)
gegenüberliegenden Seite des Raumes (30) zur Aufnahme
des Indikators angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Raum (30) zur Aufnahme des Indikators aus zwei
Teilräumen (31, 32) besteht, die mit dem Stoffgemisch (1)
bzw. mit dem Vergleichsstoff (2) bekannter
Konzentration in Wirkverbindung stehen.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Vergleichskammer (20)
vorgesehen ist, die von dem Vergleichsstoff durchströmt
ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichsstoff aus
einer Mischung aus der zu messenden Komponente und einer
Trägersubstanz besteht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das Mischungsverhältnis angezeigt wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das Mischungsverhältnis selbsttätig regelbar ist,
wobei die Stellgröße durch das Signal der
Lichtmeßeinrichtung (50) bestimmt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Vergleichsstoff gasförmig ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Vergleichsstoff flüssig ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß sich der Teilraum (31), der
mit dem Vergleichsstoff in Wirkverbindung steht, und der
Teilraum (32), der mit dem Stoffgemisch (1) in
Wirkverbindung steht an dem einen Ende eines Lichtleiters
(100) sowie der Monochromator (41) und zwei
Lichtmeßeinrichtungen (51, 52) sich an dem anderen Ende
des Lichtleiters (100) befinden, wobei der Lichtleiter
(100) in Teilstränge (101, 102, 103, 104, 105) derart
aufgeteilt ist, daß eine optische Verbindung des
Monochromators (41) mit jedem der Teilräume (31, 32) und
eine optische Verbindung des Teilraumes (31), der mit dem
Vergleichsstoff (2) in Wirkverbindung steht, mit der
einen Lichtmeßeinrichtung (52) sowie eine optische
Verbindung des Teilraumes (32), der mit dem Stoffgemisch
(1) in Wirkverbindung steht, mit der anderen
Lichtmeßeinrichtung (51) besteht.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichskammer (20),
die Zuleitungen (201, 202) aufweist, den Kopf eines aus
dem Lichtleiter (100) bestehenden Katheters bildet und
daß die Zuleitungen (201, 202) zu der Vergleichskammer
(20) mit dem Lichtleiter (100) fest verbunden sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zuleitungen (2000) zu der
Vergleichskammer (2001) und die Vergleichskammer (2001)
einstückig aus einem Schlauch von polymerisiertem
Polyvinylchlorid besteht, in das der Indikator
eingesiegelt ist.
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