DE2922460C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verringern des Feuchtigkeitsgehaltes einer in einem medizinischen Massen­ spektrometer zu analysierenden Atmungsgasprobe, die eine Kapillarröhre, eine Druckverringerungseinrich­ tung und eine Gasprobenstromteilereinrichtung aufweist, wobei wenigstens ein Teil der Gasprobe in das Mas­ senspektrometer geleitet wird.

Eine solche Vorrichtung ist bereits durch die US-Patent­ schrift 27 75 707 bekanntgeworden. Bei dieser Vorrichtung wird der Atemgasstrom über eine Transportleitung geführt, in der eine Drossel mit einem kapillarförmigen Durchlaß vorgesehen ist. Die Atemgasprobe wird sodann mit Hilfe einer Vakuumpumpe weitertransportiert und ein geringer Teil des Atemgasstromes gelingt schließlich in das Massen­ spektrometer, in dem die Probe analysiert wird. Der übrige Atemgasstrom wird über eine Bypassleitung um das Massen­ spektrometer herumgeführt.

In vielen, modernen, großen Krankenhäusern werden die At­ mungsgase von Patienten, insbesondere von jenen auf einer Intensivstation, kontinuierlich überwacht und analysiert, um eine vorzeitige Warnung von möglichen Atmungsschwierig­ keiten zu erreichen. Verschiedene medizinische Parameter, wie die Sauerstoffaufnahme, werden auf bequeme und schnel­ le Weise durch die Verwendung eines medizinischen Massen­ spektrometers analysiert, welches kontinuierlich kleine Proben der kombinierten Gase erhält, den Druck durch einen Einlaß molekularer Größe verringert, so daß die verbunde­ nen Gasmoleküle durch Elektronenbeschuß ionisiert werden können, und in welchem die ionisierten Teilchen einem Magnetfeld ausgesetzt werden, das sie entsprechend ihrem Masse/Ladung-Ver­ hältnis abtrennt. Ionenauffänger sind so angeordnet, daß sie die Ionen der einzelnen in der Mischung interessieren­ den Gase auffangen und elektrische Ströme hervorrufen, die der in das System eingelassenen Gasmenge proportional sind.

Patienten, welche eine intensive Pflege benötigen, werden oft auf eine besondere Krankenhausstation gelegt, wo ihre Atemgasbestandteile fortwährend durch ein zentral angeord­ netes, medizinisches Massenspektrometer überwacht werden, welches in größeren Krankenhäusern bis zu 30 m oder mehr von einem zu überwachenden Patienten aufgestellt sein kann. Der Patient kann durch eine Kanüle oder ein Mund­ stück atmen, welches mit einem Flußmeter verbunden ist, das eine Anzeige der Flußmenge der von dem Patienten ein­ geatmetem und ausgeatmetem Atemgas liefert. Mit dem Fluß­ meter ist eine kleine Kapillarröhre verbunden, welche nor­ malerweise einen Innendurchmesser von ungefähr 0,5 mm auf­ weist und die 1,5-1,8 m lang sein kann, um sie mit einer an einer Wand befestigten Verbindung bzw. Kupplung zu ver­ binden. Die Verbindung ist das Ende einer 15-30 m langen Leitung, die einen größeren Durchmesser mit einem ent­ sprechend geringeren Flußwiderstand aufweist und zu ei­ nem geeigneten Verteilerventil und dann zu dem medizini­ schen Massenspektrometer führt.

Normalerweise haben die von einem Patienten auf einer In­ tensivstation ausgeatmeten Atemgase einen großen Feuchtig­ keitsgehalt. Wenn diese Gase mit großem Feuchtigkeitsge­ halt durch die enge Kapillarröhre mit relativ großem Wi­ derstand direkt zu dem Massenspektrometer fließen,wer­ den sich die warmen, feuchten Gase kompensieren, um Was­ sertröpfchen zu bilden, welche, wenn zugelassen wird, daß sie in den sehr kleinen Spektrometereinlaß gelangen, eine schnelle Verstopfung des Einlasses und der zugeordneten Leitung bewirken, wodurch ein wiederholtes Abschalten des Gerätes erforderlich ist, um die kondensierte Feuchtigkeit auszublasen.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu­ grunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art anzu­ geben, die es ermöglicht, den größten Teil der Feuchtig­ keit aus der Atemgasprobe zu entfernen, bevor diese in das medizinische Massenspektrometer eingeleitet wird.

Diese Aufnahme wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Teilereinrichtung für den Gasprobenstrom dergestalt als eine Impuls-Trenneinrichtung ausgebildet ist, daß die den Teil des Probenstromes zu dem Massenspektrometer ableiten­ de Leitung als T-Verbindung ausgebildet ist, die die Lei­ tung des Probenstromes unter einem zum Probenstrom spitzen Winkel schnei­ det, und daß zwischen der T-Verbindung und dem Einlaß des Massenspektrometers eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des dem Massenspektrometer zugeführten Teils des Probenstromes vorgesehen ist.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der große Feuchtigkeitsgehalt der Atemgase, die mit dem medizini­ schen Massenspektrometer analysiert werden sollen, dadurch verringert, daß zuerst der Druck des Gases schnell verrin­ gert wird, um die Feuchtigkeit im Dampfzustand zu halten, und daß die feuchte Atemgasprobe sodann durch eine Im­ puls-Trenneinrichtung geleitet wird, in der der größte Teil der Probe direkt zu der Ansaugseite einer Pumpe fließt, während nur ein kleiner Teil der Atemgasprobe, der dem Massenspektrometer zugeleitet werden soll, an der Im­ puls-Trenneinrichtung über eine T-Verbindung abgesaugt wird, die einen spitzen Winkel mit der Strömungsrichtung des übrigen Atemgasprobenstromes verläuft. Diese kleine Gasprobe, welche zwar noch Wasserdampf enthält, aus der jedoch alle größeren Feuchtigkeitströpfchen entfernt sind, wird durch eine Heizeinrichtung geführt, die vorzugsweise auf einer Temperatur von 100°C gehalten wird.

Vorzugsweise Ausführungsformen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Im folgenden soll die Erfindung näher anhand eines in der Zeichnung dargestellten vorzugsweisen Ausführungsbeispiels erläutert werden.

Die Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer nach der Erfindung ausgebildeten Vorrichtung.

In der Zeichnung ist ein typisches, medizinisches Massenspektrometer 10 dargestellt, wie es in der US-PS 38 24 390 beschrieben ist. Das Spektrometer 10 weist eine evakuierte Ionisationskammer 12 auf, durch die ein Elektronenstrahl hindurchgeht, um Gasmoleküle zu ionisieren, die durch die Kammer 12 von einem Probeneinlaß 14 zugelassen werden. Die­ ser Probeneinlaß weist ein herkömmliches, mole­ kulares Leck auf, welches, ohne die Zusammensetzung der Gasprobe zu beeinträchtigen, dessen Druck auf einen Wert verringert, welcher mit der Größe des in der Kammer 12 vorliegenden Vakuums vergleichbar ist. Die auf diese Weise ionisierten Gasproben werden durch eine Elektrode fokussiert und in eine Analysierkammer 16 beschleunigt, wo die ionisierten Gasmoleküle einem magnetischen Feld ausgesetzt werden, welches die Be­ wegungsbahn der Ionen in gekrümmte Wege gemäß den betreffenden Masse/Ladung-Verhältnissen der ver­ schiedenen enthaltenen Gasmoleküle ablenkt. In der Analysierkammer 16 sind Auffänger in geeigneter Weise angeordnet, um die abgelenkten Ionen von jedem der interessierenden Gase zu empfangen, wobei Ströme er­ zeugt werden, die der Menge der aufgefangenen Gas­ ionen proportional sind.

Eine sehr kleine Gasmenge wird durch die Einlaßöffnung 14 in die Kammer 12 gelassen. Es ist deshalb offen­ sichtlich, daß, wenn die Gasprobe Verunreinigungen enthält durch die Flüssigkeitströpfchen ein sehr kleiner Einlaß in Kürze verstopft werden kann, wodurch ein Abschalten des Gerätes zur Wartung erforderlich wird.

In Krankenhäusern stehen dem Pflegepersonal von Intensivstationen Einrichtungen zum Überwachen der Atemgase von Patienten zur Verfügung. Die Gasproben werden im allgemeinen von einem Flußmeter abgezweigt, welches mit einem Atmungsmundstück verbunden ist, um die Menge von eingeatmetem und ausgeatmetem Gas des Patienten zu messen, oder die Gasproben werden von anderen Teilen des Atmungskreislaufes des Patienten abgezogen. Das Flußmeter oder der Atmungskreislauf weist ein Verbindungsstück auf, welches mit einer Kapillarröhre verbunden ist, wie z. B. die Röhre 18 in der Zeichnung. Der Innendurchmesser der Röhre 18 beträgt normalerweise ungefähr 0,5 mm und sie weist eine Länge von ungefähr 1,80 m auf und endet an einer Wandverbindung 20. An der Wandverbindung 20 ist ferner eine Gastransportleitung 22 angeschlossen, welche nor­ malerweise einen größeren Innendurchmesser von unge­ fähr 5,0 mm und einen vergleichsweise kleineren Störungs­ widerstand aufweist. Die Röhrendimensionen sind bei­ spielhaft angegeben, und es können ohne weiteres andere Durchmesser verwandt werden. Die Leitung 22 erstreckt sich von der Wandverbindung 20 bis zu einem Einlaßven­ til 24 und dann zu einer Impuls-Trenneinrichtung 26, die im einzelnen im Querschnitt in der Zeichnung darge­ stellt ist. Die Impuls-Trenneinrichtung 26 weist einen geraden Röhrenabschnitt 28 auf, dessen Durchmesser im wesentlichen gleich dem der Transportleitung 22 ist. Der Ausgang 30 des Röhrenabschnittes 28 ist mit einer Vakuumpumpe 31 verbunden, und die zu analysierende Luftprobe bzw. Gasprobe wird über eine T-Verbindung 32 abgenommen, welche mit dem geraden Röhrenabschnitt 28 unter einem Winkel verbunden ist, der von dem Aus­ gang 30 her wesentlich größer als 90° ist, so daß der Fluß in die T-Verbindung 32 im wesentlichen entge­ gengesetzt zu dem Fluß des hauptsächlichen Teils der Probe in Richtung auf die Vakuumpumpe 31 ist. Deshalb, wenn feuchte Gase und kondensierte Tröpfchen schnell durch den geraden Röhrenabschnitt 28 durch die Vakuumpumpe 31 gesaugt werden, können Gasproben ohne Feuchtigkeits­ tröpfchen durch die T-Verbindung 32 entnommen bzw. abge­ saugt werden.

Die T-Verbindung 32 ist mit einem Wärmetauscher verbun­ den, der schematisch dargestellt ist und mehrere Lei­ tungswindungen 36 in einem geschlossenen Ofen 34 auf­ weist, welcher durch Widerstandselemente 38 geheizt wird, die wiederum durch eine Heizungssteuerung 40 ge­ steuert werden. Die Heizungssteuerung 40 hält die Tempe­ ratur in dem Ofen 34 bei ungefähr 100°C, um weiterhin das Wasser in der Probe im Dampfzustand zu halten. Die Probe wird dann zu dem Einlaß 14 des Massenspektrometers 10 geführt. Das Vakuumsystem, welches nicht dargestellt und dem Spektrometer 10 zugeordnet ist, saugt die erfor­ derlichen Proben aus dem sehr kleinen Einlaß und das nicht benutzte Gas gelangt dann durch die Auslaßlei­ tung 42 zur Vakuumpumpe 31.

Beim Betrieb gelangen die feuchten Atmungsgase bei Atmosphärendruck von dem Atmungskreislauf eines Patien­ ten in die Kapillarröhre 18. Die Kapillarröhre 18 hat einen Strömungswiderstand, durch den der Druck an der Wand­ verbindung 20 auf einen niedereren Wert, typischerweise 0,5 Atmosphäre, abfällt. Der schnelle Druckabfall ruft hervor, daß die gesamte Feuchtigkeit im Dampfzustand gehalten wird, obgleich die Temperatur ebenfalls sinkt. Dieses Gas mit niedererem Druck wird dann durch die Leitung 22 und das Ventil 24 zu der Impuls-Trennein­ richtung 26 geführt, wo jede kondensierte Feuchtigkeit durch die Vakuumpumpe 31 weitergeführt wird, während das feuchte Gas ohne kondensierte Tröpfchen durch die T-Verbindung 32 zum Ofen 34 gelangt, bevor es zu dem Einlaß 14 des Massenspektrometers 10 zugelassen wird. Das Feuchtigkeitstrennsystem verringert deshalb die Wirkung und die Menge des an dem Einlaß ankommenden Wassers und ermöglicht eine genaue Gasanalyse, ohne daß es wiederholt erforderlich ist, die Leitung zu trocknen und zu reinigen, welche die Gase zu dem Spektro­ meter leitet.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Verringern des Feuchtigkeitsgehaltes einer in einem medizinischen Massenspektrometer zu analysierenden Atmungsgasprobe, die eine Kapillarröhre, eine Druckverringe­ rungseinrichtung und eine Gasprobenstromteilereinrichtung aufweist, wobei wenigstens ein Teil der Gasprobe in das Massenspektrometer geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilereinrichtung für den Gasprobenstrom dergestalt als eine Impuls-Trenneinrichtung (26) ausgebildet ist, daß die den Teil des Probenstromes zu dem Massenspektrometer (10) ableitende Leitung (32) als T-Verbindung ausgebildet ist, die die Leitung (28) des Probenstromes unter einem zum Probenstrom spitzen Winkel schneidet, und daß zwischen der T-Verbindung (32) und dem Einlaß (14) des Massenspektrometers eine Heizeinrichtung (34) zum Erwärmen des dem Massenspektrometer zugeführten Teils des Probenstromes vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vakuumpumpe (31) mit dem Auslaß (30) des durch­ gehenden Teils (28) der Leitung der Impuls-Trenneinrich­ tung (24) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckverringerungseinrichtung zwischen der Kapillar­ röhre (18) und einer Transportleitung (22) mit einem größeren Durchmesser angeordnet ist und eine Verbindung (20) aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (34) eine Leitungsspule (36) umfaßt, die durch eine elektrische Heizeinrichtung (38) beheizbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsspule (36) und die elektrische Heizeinrichtung (38) in einer Heizkammer (34) eingeschlossen sind, welche auf einer Temperatur von ungefähr 100°C gehalten wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gasleitung (22) zwischen dem Ende der Kapillar­ röhre (18) und der Impuls-Trenneinrichtung (26) ein Einlaß­ ventil (24) vorgesehen ist.