DE3501137A1

DE3501137A1 - Vorrichtung und verfahren zur quantitativen bestimmung von analyten in fluessigkeiten

Info

Publication number: DE3501137A1
Application number: DE19853501137
Authority: DE
Inventors: Alan Dennis Newburyport Mass. Cormier; Melvin Sumner Nashua N.H. Weinberg
Original assignee: Amdev Inc; Advanced Medical Devices Inc
Current assignee: Amdev Inc; Advanced Medical Devices Inc
Priority date: 1984-03-28
Filing date: 1985-01-15
Publication date: 1985-10-10
Also published as: ATE53125T1; EP0157597A2; JPH0749328A; JPS60218059A; US4627893A; JP2525729B2; JPH0785067B2; EP0157597B1; EP0157597A3; JPH0854366A

Description

PATENT-UND RECHTSANWÄLTE PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. W. EITLE . DR. RER. NAT. K. HOFFMANN - DIPL.-ING. W. LEHN DIPL.-INS. K. FDCHSLE - DR. RER NAT. B. HANSEN · DR. RER. NAT. H.-A. BRAUNS · DIPl—ING. K GDRG DIPL.-ING. K. KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NETTE

- 13 - 43 394 Gh/Ne

AMDEV/ Inc.
Haverhill, Mass. / USA

Vorrichtung und Verfahren zur quantitativen Bestimmung von Analyten in Flüssigkeiten

Eine große Anzahl von Meßkammereinheiten wurde in der Vergangenheit in verschiedenen elektrochemischen Meßvorrichtungen verwendet. US-PS 4 160 714 beschreibt eine Meßkammer in Form einer einzigen Einheit, die zur Bestimmung von pH-Werten und Gaswerten verwendet wird, und andere Arten sind bekannt zur Verwendung bei der Me esung verschiedener Analyte (analytes; zu analysierende Substanz) einschließlich Metallionen in Körperflüssigkeiten oder Körperfluids, wie beispielsweise Blut.

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Es ist bekannt, Bezugselektroden zu verwenden und eine elektromotorische Kraft zwischen einer Bezugselektrode und einer Elektrode zu messen, die unter einer Membran angebracht ist, über welche ein Fluid strömen gelassen

'15 wird, um den Ionengehalt des Fluids oder der Flüssigkeit zu bestimmen. Ionen, wie Kaliumionen, Natriumionen und andere werden üblicherweise in medizinischen Laboratorien mit einer solchen Ausrüstung getestet, übliche Elektroniks, Pumpeinrichtungen und Strömungsmesser und

ARABELLASTRASSE A · D-8OOO MÖNCHEN 81 · TELEFON CO893 Q11O87 . TELEX 5-20618 CPATHE^ . TELEKOPIERER Ο1β3δβ

dgl. werden mit Einheiten zum Messen verbunden, welche Meßkammern und Elektroden enthalten.

Es ist ein Zweck der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren für schnelle und wirksame quantitative Bestimmung der Konzentration verschiedener Ionen in Fluids oder Flüssigkeiten zu bestimmen, beispielsweise im Blut.

Ein anderer Zweck der Erfindung besteht darin, eine neuartige und verbesserte Testmoduleinheit zu schaffen, die mit anderen Moduleinheiten verwendet werden kann, für schnelle quantitative Messung hoher Genauigkeit von ionischen Komponenten von extrem kleinen Volumen an Körperfluid oder Körperflüssigkeit in wirksamer Weise, wobei Verunreinigung der Probe in einem großen Ausmaß verhindert ist.

Ein noch anderer Zweck der Erfindung besteht darin, modulare Einheiten zu schaffen in Übereinstimmung mit den zuvor genannten Zwecken, wobei die modularen Einheiten aufeinanderfolgend gestapelt werden können, um eine Mehrzahl von in-line Tests zu schaffen, um eine Mehrzahl von Ionen in einer einzigen durch die Einheiten fließenden oder strömenden Probe schnell und wirksam quantitativ zu bestimmen.

Ein noch anderer Zweck der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung und Verfahren zu schaffen zum schnellen und wirksamen Einführen von Eichlösungen zu ausgewählten Fühloder. Feststellteilen von mehreren modularen Einheiten, ohne die Eichlösungen mit der Füllösung der Bezugselektrode oder anderen Quellen von Verunreinigungen zu verunreinigen.

Ein noch anderer Zweck der Erfindung besteht darin, einen neuartigen Elektrodenhalter und eine Halterung oder Mon-

tage zu schaffen zur Verwendung in einer Anordnung von modularen Einheiten gemäß der Erfindung, wobei der Halter die Anbringung einer Membran und richtige Positionierung schafft und einen Austausch von Membranen in schneller und wirksamer Weise ermöglicht.

Gemäß der Erfindung ist eine Testmoduleinheit derart dimensioniert und angeordnet, daß sie mit wenigstens einer anderen Moduleinheit zum Testen eines Analyten in einer Flüssigkeit verwendet werden kann. Die Moduleinheit hat ein Gehäuse und einen hindurchgehenden Durchgang kleinen Durchmessers. Der Durchgang hat eine vergrößerte Kammer zwischen Enden des Durchganges, und die Kammer ist an einer Seite der Membran gebildet, die an ihrer anderen Seite über ein elektrischleitendes Fluid an eine Elektrode angeschlossen ist. Die Kammer liegt vorzugsweise in einer Ebene mit einem ersten Teil des Durchganges, der in einen Einlaß der Kammer in einem Winkel zu der Ebene mündet, um Turbulenz hervorzurufen, die im wesentlichen auf die öffnung begrenzt-ist, während glatte Strömung jenseits der öffnung ermöglicht ist, wodurch die Kammer an ihrem Eintritt als ein Difftis'ör oder Defuser (defuser) und an ihrem Austritt als eine Düse wirkt. Vorzugsweise hat die Kammer im wesentlichen rautenförmige oder elliptisehe Gestalt, und der an die Kammer anschließende Durchgang hat einen kleinen Durchmesser derart, daß seine Querschnittsfläche entlang seiner Längsachse im wesentlichen gleichwertig zu einem Durchmesser von etwa 0,38 mm (0,015 Zoll) bis etwa 1,27 mm (0,05 Zoll)

Vorzugsweise hat die Elektrodenmembran ein Gel, welches ihre Innenfläche abstützt auf der Seite, die der inneren Bezugselektrode zugewandt ist, entgegengesetzt zu der Kammer, so daß eine Abstützung der Membran in im wesentliehen planaren Zustand mit Bezug auf die Modulkammer

unterstützt ist, selbst wenn schwankender Druck und schwankende Strömung durch die vergrößerte Kammer des Moduls hindurch vorhanden ist.

Der Elektrodenhalteraufbau, der vorzugsweise in Verbindung mit der Testmoduleinheit gemäß der bevorzugten Ausführungsform verwendet wird, hat einen langgestreckten Elektrodenkörper mit einem"leitenden Draht, der ein SilberchloridEnde hat, welches als innere Elektrode wirkt, die sich in ein Abteil erstreckt, welches mit einer elektrisch-leitenden Flüssigkeit gefüllt ist und eine erste Kammer des Gehäuses umfaßt. Ein zweites Kammerabteil umfaßt vorzugsweise einen abnehmbaren Deckel, der mit einem elektrisch-leitenden Gel gefüllt ist und primär eine Verbindung mit dem mit Flüssigkeit gefüllten Abteil schafft und am entfernt liegenden Teil oder Abschnitt mit einer chemisch empfindlichen Ionentestmembran verbunden ist, wodurch eine zweite Kammer geschaffen ist, die mit einem Gel eines gelatinehaltigen elektrisch-leitenden Materials gefüllt ist, während die erste Kammer mit einer elektrisch-leitenden Flüssigkeit gefüllt ist. Es ist elektrische Kontinuität zwischen der inneren Elektrode und- der Testmembran vorhanden. Vorzugsweise ist das mit dem Gel gefüllte Abteil bzw. die zweite Kammer durch eine Elektrodenkappe oder einen Elektrodendeckel bestimmt, der als ein Teil des Halterkörpers angepaßt und abgedichtet ist und der für. Austausch der Membran entfernt werden kann, wenn dies gewünscht wird. Gemäß dem Verfahren der Erfindung wird die Ionenaktivität eines Fluids, beispielsweise einer Körperflüssigkeit oder Blut gemessen, indem das Fluid oder die Flüssigkeit in einem Strom zwischen der ersten Meß- oder Feststellelektrode und einer zweiten Bezugs-Meßelektrode hindurchtreten gelassen wird. Die erste Meß- oder Feststellelektrode umfaßt einen Teil einer Prüfkammer. Die erste Meß- oder Feststellelektrode besitzt eine Membran und

ein Gel -aus elektrisch-leitendem Material, welches unter der Feststellemembran oder Sensormembran liegt und zwischen der Membran und einer inneren Bezugselektrode angeordnet ist, die von einem leitenden Fluid umgeben ist. Die elektromotorische Kraft wird zwischen der zuerst genannten Meß- und Feststellelektrode und deren zugeordneter Bezugselektrode und der zweiten,oder zuletzt genannten Bezugs- Meßelektrode gemessen. Die Messung kann ausgeführt werden unter statischen Bedingungen oder unter Strömungsbedingungen des Fluids. Bei einer gemeinsamen Ausführung wird Messung zweier verschiedener Ionenspezies ausgeführt, in zwei Kammer von zwei Moduleinheiten gemäß der Erfindung, während eine dritte Moduleinheit die zugeordnete Bezugselektrode aufnimmt. In einer Zwischenzeit zwischen Messungen kann ein Hilfsdurchgang dazu verwendet werden, ein Eichfluid durch die Meßkammern strömen zu lassen, um diese zu eichen, ohne das Eichfluid mit der Füllösung der Bezugselektrode zu verunreinigen, und um gleichzeitig ein Mittel zum schnellen Reinigen aller Probenwege und Kammern zu schaffen.

Vorzugsweise ist eine modulare Einheit mit Meßkammer gemäß der Erfindung verwendet in Verbindung mit einer zweiten im wesentlichen identischen Einheit. Mehr Einheiten können verwendet und durch einen Sicherungs- oder Verriegelungskörper aneinander festgelegt werden, wobei Elektroden nachgebbar an jeder Einheit angeordnet sind. Bei einer Ausführungsform ist eine der Moduleinheiten eine eine Bezugselektrode.tragende Einheit. Diese Bezugselektrodeneinheit ist von modifizierter Gestaltung, und sie umfaßt einen zweiten Durchgang, der das Reinigen einer anderen benachbarten Einheit ermöglicht ohne Verunreinigung von einer modifizierten Prüfkammer für Bezugsmessung in der Einheit, die den Hilfsdurchgang aufweist.

Bei einer anderen Ausführungsform ist die Meßkammereinheit nur an der Bezugskammer modifiziert, um die Bezugs-

kammer kleiner zu machen, um, schnelle Messung zu unterstützen.

Es ist ein Merkmal der Erfindung, daß eine Mehrzahl von modularen Einheiten aufeinanderfolgend schnell und wirksam angebracht werden kann. Als Folge der hydrodynamischen Gestaltung der Prüfkammern kann schnelles Reinigen erzielt werden. Die Durchgänge können so angeordnet und ausgeführt werden, daß ein Fangen bzw. Sammeln und ein Aufbau von Abfallstoffen in den Einheiten verhindert ist. Der Hilfsdurchgang kann, wenn er verwendet wird, schnelles und wirksames Einführen von Eichfluid weg oder im Abstand von der Stelle des Einführens der Probe und ohne die Notwendigkeit schaffen", die Stelle oder Seite des Einführens der Probe mit Ventilen zu komplizieren, mit denen eine Verunreinigung"verhindert wird. Dieser Durchgang kann somit als Reinigungsdurchgang wirken, insoweit, als die Kammer, zu welcher das Eichfluid strömt, durch die Strömung unmittelbar gereinigt wird und bereit-

^Δ gemacht wird, für Messung des Eichfluids verwendet zu werden..

Die Verwendung des Gels und .besondere federnde Halterungen schaffen zwangsläufige Anbringung der Prüfkammer in Gesamtanordnungen, die sehr vielseitig sind, schnell gereinigt und bequem geeicht werden können, und die schnelle und wirksame Messung von Ionenkonzentrationen von Fluids und insbesondere von Körperflüssigkeiten, wie Blut ermöglichen. Schnelle Ansprechzeiten für Tests in der Größenordnung von weniger als ,1.5 Sekunden können erhalten werden, teilweise als Folge der verwendeten kleinen Querschnitt aufweisenden Durchgänge und Kammern.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 ist eine auseinandergezogene schaubildliche Ansicht einer bevorzugten Anordnung von Moduleinheiten mit modularen Prüfkammereinheiten gemäß der Erfindung.

Fig. 2 ist eine Schnittansicht der modularen Meßkammereinheiten gemäß Fig. 1.

Fig.3A ist eine Hinteransicht einer einzelnen modularen Meßeinheit der in Fig. 2 wiedergegebenen allgemeinen Art.

Fig.3B ist eine Hinteransicht einer einzelnen modularen Meßeinheit/, die an ihrer Kammer modifiziert ist, um nur als Bezugsmeßkammereinheit bzw. als Prüfkammereinheit zu wirken.

Fig.3C ist eine abgewandelte Ausführungsform der modularen Einheit gemäß Fig. 3B.

Fig. 4 ist eine Querschnittansicht eines Teiles der Anordnung von modularen Einheiten gemäß Fig. 1, wobei der Elektrodenhalter voll und die umgebende Montagehülse und der Montageaufbau im Querschnitt dargestellt sind.

Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht des Elektrodenhalters gemäß den Fig. 1 und 4.

Fig. 6 ist eine Querschnitcsansicht der abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 3 in einer Anordnung von zwei modularen Einheiten, wobei eine der modularen Einheiten modifiziert ist in Übereinstimmung mit der abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 3.

Fig. 7 bis 10 sind halbschematische Darstellungen der Verwendung einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.

In der Zeichnung und insbesondere in Fig. 1 ist eine Anordnung mit Testmoduleinheiten bei 10 dargestellt, und sie weist drei Moduleinheiten 11, 12 und 13 auf, die in

einem Gehäuse 14 mittels Sicherungsbolzen oder Sicherungsstangen 15 und 16 mit zugeordnetem Sicherungsmechanismus angebracht sind und die drei Elektrodenhalterungen aufweisen, welche in dem Gehäuse angebracht und allgemein mit 17/ 18 und 19 bezeichnet sind und von denen 19 die Bezugselektrode ist.

Jede Moduleinheit der bevorzugten Ausführungsform 10 ist den anderen verwendeten Moduleinheiten im wesentlich en identisch, mit der Ausnahme, daß die Einheit 11 eine modifizierte Kammer 47A verkleinerten Volumens aufweist, um als eine Bezugseiektroden-Prüfkammer zu wirken, und aus diesem Grunde wird nur eine Moduleinheit vollständig beschrieben.

Wie am besten in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellt, hat jede Moduleinheit eine Vorderfläche 20, eine Hinterfläche 21 und einen allgemein T-förmigen Querschnitt, wie es an den Enden 22 und 23 zu sehen ist. Der T-förmige Querschnitt schafft, flügelartige Vorsprünge oder Flügel 24 und 25, die stramm in einem hinterschnittenen T-förmigen Ausschnitt 26 eines starren vorzugsweise aus Metall bestehenden Gehäuses 14 gleiten. Der T-förmige Ausschnitt 26 stimmt mit dem Gesamtquerschnitt der Einheiten 11 usw.

überein, so daß die Einheiten aufeinanderfolgend eingeschoben werden können. Durch Dimensionierung des Gehäuses 14 derart, daß die gewünschte Mehrzahl von Testmoduleinheiten 11 usw. aufgenommen wird, kann man die gewünschte Größe bestimmen. Bei der bevorzugten Ausführungsform hat jede Moduleinheit 11 usw. eine Höhe von etwa 25,4 mm (1 Zoll) und eine Tiefe von vorne nach hinten von etwa 25,4 mm (1 Zoll). Die Gesamtbreite bis zu den Enden der Flügel 24 und 25 beträgt etwa 31,7 mm (1,25 Zoll). Es ist zu bemerken, daß die Vorderwand 20 aus ästhetischen Gründen und aus Gründen einer Vergrößerungsbetrachtung gekrümmt ist, obwohl sie als allgemein parallel zur Hinter-

fläche oder Hinterwand 21 angesehen wird. Die besondere Gestalt der Vorderwand 20 kann sich nach Wunsch ändern, wie auch der Querschnitt, so daß das T oder andere vertiefte Anordnungen verwendet werden können, um eine Hinterschneidung für die Anbringung zu schaffen. In gewissen Fällen können andere Anbringungsmittel oder Halterungsmittel verwendet werden.

Bei den bevorzugten Ausführungsformen sind Sicherungsbolzen 15 und 16 mit Muttern 30, 31, 32, und 33 sowie mit zugeordneten Scheiben 34, 35, 36 und 37 durch Endteile 38 und 39 hindurch mit den Moduleinheiten 11 usw. verbunden. Geeignete Bohrungen 40 und 41 gehen durch jede Moduleinheit 11, 12, 13 vollständig hindurch. Der untere Teil 38 und der obere Teil 39 sind allgemein T-förmig, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, wobei ein Auslaßrohr 42 und ein nicht dargestelltes Einlaßrohr am Endteil 38 einen Durchgang von einem Ende der zusammengefügten Einheiten 11, 12 und 13 zu dem anderen Ende schaffen, der durch die Durchgänge geschaffen ist, die mit 44 bezeichnet sind..

Das Material jeder Moduleinheit 11, 12 und 13 ist vorzugsweise klarer bzw. durchsichtiger starrer Kunststoff.

Polyethylen, Acrylmaterial:ien,Viny!materialien und ähnliche Materialien, wie auch andere thermoplastische und wärmehärtende Materialien können verwendet werden, welche die Durchsichtigkeit und die erforderliche Abstützung schaffen. In gewissen Fällen können Glas oder andere keramische Materialien verwendet werden. Der Kreis durch den Durchgang 44 jedes .Blocks 12 und 13 bestimmt einen ersten Durchgangs teil 45, der in einem Winkel zu ..einem zweiten Durchgangsteil 4 6 liegt, eine Prüfkammer- oder Meßkammer 47, einen dritten Durchgangsteil· 48 und einen vierten Durchgangsteil 49. Auf diese Weise schaffen die Durchgänge eine Strömungskammer oder Fließkammer voll-

ständig durch jede Einheit 11, 12, 13 hindurch. Die Enden der Durchgänge an den oberen und unteren parallelen Flächen des Blocks sind von Dichtungen umgeben, wie es bei 50 dargestellt ist. Nur eine Dichtung braucht an jedem Block verwendet zu werden, da, wenn diese in einer Moduleinheit sanordnung gemäß Fig: 1 angeordnet sind, eine einzige Dichtung sich an eine Paßfläche einer darunterliegenden Einheit legt, und ähnliche Dichtungsanordnungen können an den Durchgängen 42 jedes End blocks vorgesehen sein, um eine Fluidabdichtung zu schaffen. Bei der Einheit 11 hat die Kammer 47A eine allgemein elliptische Fläche neben der Bezugselektrodenmembran, die durch den Schnitt der Durchgänge 44 und 48 gebildet ist.

Jede Testmoduleinheit 11, 12, 13 umfaßt weiterhin Mittel zum Ausrichten und zum Verbinden von ihr mit einer benachbarten Einheit und/oder mit einem Endteil. Diese Mittel umfassen vorzugsweise eine Paßfläche der benachbarten Moduleinheiten und eine Verkeilungsanordnung, die durch Stifte oder Zapfen 61 und 62 dargestellt ist. Die "Zapfen 61 und 62 erstrecken sich von einem Ende jeder Einheit 11, 12, 13 und können mit entsprechenden Ausnehmungen 63_Λ und 64 in benachbarten Einheiten in Eingriff treten. Verschiedene Sicherungsanordnungen können verwendet werden, um die Einheiten 11, 12 ,13 aneinander festzulegen.

Bei der Ausführungsform gemäß. Fig. 1 sind die Befestigungsbolzen 15/16 durch die Endteile hindurchgeführt, und die Muttern 30, 31, 32 und 33 werden in Eingriff gebracht und mit allen Einheiten. 11, 1.2 und 13 zusammengefügt, die in dem Block liegen und aneinander festgelegt werden.

Die festgelegte Testmoduleinheit wird durch die Bolzen 15 und 1.6 als eine integrale Einheit gehalten.Die aneinanderfestgelegten Einheiten können in dem Gehäuse 14 lediglich

BAD ORIGINAL

durch den Druck gehalten werden, der durch die Kombination eines Stirnringes oder einer Zwinge 83 und einer Hülse 80 ausgeübt wird, welche einen federnden O-Ring 81

gegen jede Cuvette drücken.
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Nach dem Anordnen der Einheiten 11, 12 und 13 werden, wie am besten aus den Fig. 1, 4 und 5 ersichtlich, die Elektrodenausführungen angeordnet, um die Anordnung gemäß den Fig. 1 und 2 zu bilden. Dies wird ausgeführt, indem zuerst eine zylindrische .abgestufte Elektrodenhalterhülse 80, die einen O-Endring 81 hat, durch das Gehäuse 14 hindurch in einer zweckentsprechenden Bohrung, die darin gebildet ist, wie es beispielsweise bei 82 und am besten in Fig. 4 dargestellt ist, an einer Fläche 21 des Moduls 11 angeordnet. Die zylindrische Hülse 80 wird durch einen Sicherungsring 83 in ihrer Stellung gehalten, der mit Außengewinde versehen ist, welches mit einem Innengewinde des Gehäuses 14 zusammenpaßt. Es ist auch eine Anti-Dreheinrichtung (Zapfen) 302 in dem Gehäuse 14 angeordnet, sowie ein entsprechender Schlitz 303 in der Hülse 80. Die Hülse 80 trägt einen sich nach innen erstreckenden Zapfen 300, der mit dem Schlitz 301 des Halters 9 0 zusammenpaßt und Drehung des Halters 9 0 verhindert, um Drehung zu verhindern, wenn die Haltekappe oder der Haltedeckel eingebaut wird.

Die zylindrische Hülse weist einen L-förmigen Bajonettschlitz 84 bekannter Art auf. Eine Kappe 85 mit Paßstiften 86 kann den Elektrodenhalter 9 0 in dem Gehäuse 14 gegen die Vorspannung einer Feder 91 festlegen. Demgemäß wird die Feder 91 zusammengedrückt, die Kappe 85 mit den Bajonettschlitzen in Eingriff gebracht, und die Halterungsanordnung für den Elektrodenhalter wird so angeordnet, wie es in Fig. 4 dargestellt ist.

Die Elektrodenhalteranordnung für eine Meßelektrode ist am besten in Fig. 5 dargestellt.

Der Halter umfaßt einen Hauptkörperteil 100, der mit Innengewinde versehen ist, welches mit dem Außengewinde einer abnehmbaren Membran bzw. einer Elektrodenkappe 101 zusammenpaßt. Mit der zylindrischen Elektrodenkappe 101 ist eine zylindrische Halterung 102 verbunden, die vorzugsweise aus einem weichen, wenig hartem oder federndem jedoch massivem Kautschuk oder aus PVC (plastifiziert) gebildet ist. Dieses Material ist nachgiebig, es haltert jedoch eine Membran sicher, beispielsweise eine chemisch empfindliche Membran einer in der Technik allgemein bekannten Art zum Messen der Kaliumionenkonzentration oder der Natriumionenkonzentration, oder zum Schaffen der Strömung von Ionen für eine Bezugselektrode. Die Halterung

102 nimmt eine Stellung ein, sie drückt jedoch die Membran federnd gegen die Fläche 21. Valinomycin-Membranen derjenigen Art, die in der US-PS 3 562 129 offenbart sind, befinden sich unter den Membranen, die für die Membran

103 verwendet werden können. Die Membran 103 ist an eine ebene Fläche 104 des Halterungsteiles 102 gebunden und hat einen Bereich 105, der einen Teil einer ersten Kammer 106 unter der Membran bestimmt. Die Membran ist vorzugsweise im wesentlichen planar und-weicht vorzugsweise um nicht mehr als 0,005 von der Ebene ihrer äußeren Fläche ab, wenn die Vorrichtung sich im Gebrauch befindet, um die Abdichtbedingungen während des Messens und des Testens eines an ihr vorbeiströmenden Fluids zu maximieren und zu optimieren. In der Einheit 11 ist die Membran 103 eine Bezugsmembran, beispielsweise eine Bezugs-Flüssigkeitsverbindungsstellenmembran.

Die Kappe kann in ihre Stellung geschraubt und abgenommen werden, um die Membran 103 auszuwechseln. Demgemäß

ermöglicht die Ausführung der Kappe 85 bequemen Austausch der Membran 103. Da Festlegezapfen verwendet werden, um den Körper 100 festzulegen und axiale Drehung von ihm zu verhindern, kann die Stellung, welche der Halteteil 102 einnimmt, positiv bzw. zwangsläufig positioniert werden in der ursprünglichen Stellung, wenn der Körper 100 von dem Zusammenbau aus irgendeinem Grunde abgenommen' wird, so daß die Abdichtung der Membran 103 gegen die Fläche 21 beibehalten wird.

Ein O-Ring 107 aus Kautschukmaterial, beispielsweise eine Dichtung aus Siliconkautschuk, kann rund um die Membran 103 verwendet werden, um diese zu der Seite 21 des Moduls 11 abzudichten, obwohl dies eine Sekundärdichtung sein würde, die nicht- in allen Fällen erforderlich· ist. Der O-Ring wird oftmals fortgelassen als Folge der federnden Natur des Halterungsteiles 102, die wirkt, wenn Druck angelegt wird, um die Membran 103 gegen die Fläche 21 zu drücken, wodurch eine Abdichtung zwischen der Fläche 21 und dem Halterungsteil 102 gebildet und die Prüfkammer 47 eingeschlossen ist, wobei diese gegen die Fluids abgedichtet ist. Es ist weiterhin zu bemerken, daß der kreisförmige Querschnittsbereich 105 der zylindrischen Bohrung 105A kleiner als die Querschnittsfläche der Prüfkammer 47 ist, so daß der Gesamtquerschnitt des freiliegenden leitenden Materials unter der Membran einer mit einem Fluid gefüllten Fläche innerhalb der Kammer ausgesetzt ist.

Die Kammer 106 ist eine zweite Kammer des Elektrodenhalters , die mit der Kammer 108 ausgerichtet ist und mit dieser zusammenpaßt. Eine innere Elektrode 109 ist elektrisch-leitend, um äußere Messung der Signale zu ermöglichen, die von der Fühlfläche der Elektrode kommen, und zwar mittels einer zweckentsprechenden Potentiometer-

meßeinrichtung, beispielsweise ein Elektrometer Keithley-Modell 616.

Der Elektrodenhalterkorper 100 kann aus einem harten Vinylmaterial oder aus einem anderen Kunststoffmaterial· bestehen, wie es auch der Kappenteil 101 kann. Das bevorzugte Halterungsmaterial, welches ein Federungsvermögen hat, kann geschaffen sein durch eine Vielzahl von Materialien, solange sie nicht mit dem Fluid innerhalb der Kammern 106 und 108 zusammenwirken. Die Kappenhalterung 102 ist an die Membran 103 gebunden.

Das Fluid 108 ist vorzugsweise<ej.n im wesentlichen konventionelles wäßriges leitendes Fluid einer bekannten Art, beispielsweise 140 mM NaCl/4 mM KCl.

Die Kammer 106 ist mit einem Gel aus einem leitenden Material gefüllt. Das Gel berührt die Flüssigkeit und demgemäß ist elektrische Kontinuität zwischen der Elektrode und . ..der Membran vorhanden, wodurch elektrisches Feststellen von elektromotorischen Kräften zwischen der inneren Elektrode 109 und einer Bezugselektrode nahe einer zweiten Einheit in dem Modul ermöglicht ist.

Das Gel hat vorzugsweise eine Viskosität von wenigstens 15 000 Centipoise bei 25 ⁰C. Materialien für das Gel sind vorzugsweise Polyacrylamide in einer wäßrigen Basis, wobei das Polyacrylamid 3 bis 30 Gew.% des gesamten Gels ausmacht mit einer kleinen Menge eines Vernetzungsmit^

3Q tels, beispielsweise 2 bis 25 Gew.% des. Polyacrylamide.

Das Gel enthält weiter, wie es in der Technik bekannt ist, elektrisch-leitende Ionen für die Flüssigkeit , welche die Elektrode umgibt, die eine übliche innere Silber/ Silberchlorid-Elektrode sein kann. Diese Flüssigkeit ist eine übliche innere Füllösung und sie kann beispielsweise 140 mM NaCl/4 mM KCl aufweisen.

Vorzugsweise hat der aktive Bereich 105 unter oder an der

Membran 103 eine Querschnittsfläche von etwa 0,00214 cm²

2 (O/OOO30 Quadratzoll) bis zu nicht mehr als etwa 0,129 cm (0,02 Quadratzoll). Hierdurch wird ein Biegen der Membran minimiert, wie es auch durch die Verwendung des Gels hervorgerufen wird. Das Gel hat eine weitere Funktion, die darin besteht, daß das Gel es ermöglicht, eine abnehmbare Spitzenkappe anzuordnen neben dem mit Flüssigkeit gefüllten Kammerteil mit einer Abdichtung und einer positiven direkten Berührung zwischen der Flüssigkeit und dem Gel. Es würde schwierig sein, dies zu erhalten, wenn beide Teile mit Flüssigkeit gefüllt wären, jedoch einfach sein, einen Teil des Gels über das Ende der Endkappe hinaus erstrecken zu lassen, wie es am besten bei 110 in Fig. 5 dargestellt ist. Die Verwendung eines Gels beseitigt auch die Gefahr, daß eine Blase direkt hinter der Feststellmembran eingeschlossen wird.

AndereGele als Polyacrylamid können verwendet werden und .sie .umfassen Agar-Agar und/handelsübliche Produkte, wie Natrosol, ein unter einem Warenzeichen vertriebenes Prodrukt der Hercules Chemical Company of Wilmington, Delaware.

Fig. 3C zeigt eine abgewandelte Ausführungsform 211 einer Moduleinheit, beispielsweise der Einheit 11, wobei der einzige Unterschied durch einen Hilfsdurchgang 212 dargestellt ist, wie es nachstehend beschrieben wird.

Fig. 3A zeigt die im wesentlichen rautenförmige oder 3Q elliptische Gestalt der Meßkammer 47. Es ist zu bemerken, daß eine Seite der Meßkammer aktuell von einer Seite der Membran 103 oder von dem Ende einer Elektrode gebildet ist, während eine Vertiefung in dem Körper der , Moduleinheit die anderen Teile der Meßkammer bildet. Der Einlaß

und der Auslaß 120 schaffen eine Defuser- oder Diffusor-Anordnung und eine Düsenanordnung. Dies führt zu dem Bestreben, den Aufbau von teilchenförmigen! Material in der Kammer zu verhindern und schnelle Strömung zu ermögliehen. Hierdurch wird der Totraum in dem Strömungsweg beträchtlich verringert, wodurch nicht zirkulierende Flüssigkeitsverunreinigungen wirksam beseitigt sind, die typisch in solchen Toträumen vorhanden sind. Der. Strömungsweg dehnt sich schnell aus, wenn das Fluid in die Kammer .47 eintritt und er wird ähnlich einer Düse auf dem Weg aus der Kammer heraus durch die allgemein geraden Seitenwände der allgemein rautenförmigen Kammer 47. Vorzugsweise sind Radien an den .Verbindungstellen oder Schnittstellen der Wände der Kammern, um tote Strömungsräume zu minimieren. Da.die Kammerdurchgangsteile 46 und 48 , deren jeder als ein Einlaß verwendet werden kann, im Winkel zu der wesentlichen Ebene der Kammer 47 verlaufen, wie es am besten in Fig. 2 dargestellt ist, wird eine gewisse Turbulenz erzeugt, die das Bestreben hat, einen Reinigungseffekt zu haben, jedoch ist der Turbulenzeffekt als Folge der beschriebenen Anordnung von D.iffusor und Düse lokalisiert.

Die Vergrößerung in Richtung gegen die Mitte und die Verkleinerung des Austritts werden bevorzugt zusammen mit geraden Seitenwänden, obwohl eine gewisse Variation eine nützliche Wirkung der Kammer ermöglicht. Die Kammer umgibt vollständig den Teil der Membran, die arbeitsmäßig mit der inneren Elektrode elektrisch verbunden ist. Vorzugsweise ist die Querschnittsfläche jeder Kammer 47 rechtwinklig zur Strömungsrichtung kleiner als etwa das 10-Fache der Querschnittsfläche des Durchganges durch jede Einheit, und die Länge jeder Kammer 47 ist nicht kürzer als ihre Breite oder nicht größer als das 5-Fache ihrer Breite.

Wird nunmehr die Abwandlung einer Moduleinheit betrachtet, wie sie bei 211 dargestellt ist, so ist festzustellen, daß alle Teile dieser Moduleinheit 211 mit der Einheit 11 identisch sind, wie sie zuvor beschrieben worden ist, mit der Ausnahme, daß in der Einheit 211 ein Hilfsdurchgang 212 vorgesehen ist. DieserHilfsdurchgang verläuft parallel zu dem Durchgang 45 gemäß vorstehender Beschreibung, und er erstreckt sich zu einem " zweiten Teil des Durchgangs, wie es bei 213 dargestellt ist, und zwar jenseits der ersten Bezugs-Prüfkammer 47A, jedoch vor der zweiten Prüfkammer 47 einer benachbarten Moduleinheit, wie es in Fig. 6 dargestellt ist. Wenn 'somit Körperfluids oder Körperflüssigkeiten getestet werden, kann eine Strömung hervorgerufen werden, wie es mit dem Pfeil 214

•]5 angedeutet ist und wie es zuvor beschrieben worden ist, ,· wobei die Prüf kammer 47A der Einheit 211 gegenüber einer Bezugselektrode, und die Kammer der Einheit 12 gegenüber einer Membranelektrode der Valinomycin-Art liegt. Nach dem Testen eines Blutes oder

einer anderen Probe kann eine neutrale Lösung oder Eichlösung verwendet werden für ein Reinigen, und sie kann durch die Durchgänge hindurch strömen gelassen werden in umgekehrter Richtung, wie es durch den Pfeil 215 angegeben ist.

Anhand der Fig. 7 bis 10 werden einfaches Testen, ein Reinigen und ein Eichen in einer Reihe von Schritten schematisch erläutert. In jeder dieser Figuren sind Blöcke, beispielsweise die Blöcke 211, 12 und 13 in einer Modulan-Ordnung der' in Fig. 1 gezeigten Art in zusammengefügter Form ausgerichtet und mit zweckentsprechenden Fluidleitungen wie die Leitungen 400, 4 01, 402 verbunden, die peristaltische Fluidpumpen 4 03 und 404 haben, die, wie dargestellt, in die Leitungen 4 01 und 4 02 geschaltet sind.

Ein Probenhalter für ein Blutfluid oder eine andere Probe

ist bei 410 dargestellt mit einer Eichfluidzufuhr 411 und einem Abfallbehälter 412.

Bei einem typischen Beispiel sind eine Bezugselektrode nahe der Kammer 47A und einen Teil von dieser bildend eine Meßelektrode nahe der Kammer 47 des Blockes 12 und eine zweite Meßelektrode nahe der Kammer 47 der Einheit 13 angeordnet. Die beiden letzteren Meßelektroden können .beispielsweise Valinomycin-Membranen sein, um Kalium zu messen, und Natriumglas-Membranen sein zum Messen \on Natrium.

Gemäß Fig. 7 wird ein Probenfluid in Richtung des Pfeiles 214 gezogen, die etwa eine Höhe erreicht, wie es durch 413 dargestellt ist, und zwar durch Aktivierung der Pumpe 403, während die Pumpe 404 stillsteht. Da die Pumpe 4 04 stillsteht, bleibt das Eichfluid in der Leitung 402 ein reines Eichfluid, so daß der Durchgang 212 als ein Stopp oder ein Ventil wirkt, welches geschlossen ist, um den Eintritt der Probe in den Durchgang 212 zu verhindern. Wenn somit die Pumpe 403 akti-

* viert ist und die Pumpe 404 stillsteht, wird die Probe 415 vermessen hinsichtlich des elektrischen Potentials zwischen de.r Membran in der Kammer 47 des Blockes 13 ..25-. relativ zu der Membran der Bezugselektrode in der Kammer 47A, und gleichzeitig vermessen mit Bezug auf die Membran in der Kammer 47 des Blockes 12 mit Bezug auf die Bezugselektrode der Kammer 47A. Die Zeitperiode für diese Messung ist extrem kurz.

Nach der ersten Messung gemäß Fig. 7 wird die Strömung umgekehrt durch Aktivieren der Pumpe 4 03, um eine Fluidströmung in Richtung des Pfeils 215 von der Eichkammer 411, bis das Eichfluid die Kammern 47A und 47 wäscht, in den Abfallbehälter 412 zu erhalten, um alle Proben-

reste zu beseitigen. Die Pumpe 4 04 bleibt stillstehen, so daß wiederum in der Leitung 402 und in dem. Durchgang 212 keine Strömung vorhanden ist. Dies ist ein Reinigungsschritt, um alle drei Kammern zu reinigen. Wenn jedoch das Eichfluid an der Bezugselektrode der Kammer 47A vorbeifließt, kann es sehr gut unerwünschte Ionen von der Fläche der Bezugsmembran aufnehmen und sie mit sich führen, wodurch die Kammern 47 der Blöcke 12 und 13 verunreinigt werden.

In einem dritten Schritt gemäß Fig. 9 wird die Pumpe 404 aktiviert, um eine Strömung in Richtung des Pfeiles 416 hervorzurufen, während die Pumpe 403 stillstehend, bleibt und eine Strömung durch sie hindurch blockiert.

Demgemäß wird Eichfluid .aus dem Behälter 411 entnommen und strömt, um die Kammern 47 der beiden Blöcke 12 und 13 zu waschen, ohne in die Kammer 47A einzutreten. Demgemäß werden die Kammern 47 der Blöcke 12 und 13 vollständig gereinigt und für einen weiteren Testkreislauf vorbereitet.

In einem nächsten Schritt, der in Fig. 10 dargestellt ist, ist die Pumpe 404 stillstehend, während die Pumpe 403 aktiviert wird, um eine Fluidströmung nach oben geringfügig in Richtung des Pfeiles 214 zu richten, wobei das verwendet wird, was in der Leitung des Fluids gemäß Fig. 9 eingeschlossen ist, so daß sauberes Eichfluid in jeder der drei Prüfkammern 47A, 47, 47 vorhanden ist, und eine elektrische Messung wird durchgeführt, wobei das elektrische Potential zwischen jeder der Kammern 47 und der Bezugskammer 47A gemessen wird.

Auf diese Weise werden Werte erhalten zum Eichen der Gesamtvorrichtung und zum Vergleich mit den gemäß Fig. 7 erhaltenen Werten. 35

Das beschriebene Verfahren kann Abwandlungen haben. Somit kann beispielsweise vor dem Eichschritt gemäß Fig. 10 der Schritt gemäß Fig. 7, falls es gewünscht wird, nach den Reinigungsschritten wiederholt werden.

Das Eichfluid kann ersetzt werden durch Reinigungsfluid in den Schritten gemäß Fig. 8. Das Eichfluid selbst wirkt als Reinigungsfluid.

Der Umgehungsdurchgang oder Hilfsdurchgang 212 kann extrem schnelles Reinigen eines Systems schaffen, falls dies gewünscht wird, um im wesentlichen unmittelbare Verwendung einer Kammer zur Eichung zu ermöglichen. Der Durchgang 213 wirkt, wenn er mit stillstehendem Fluid gefüllt ist, als ein Einwegventil. Selbstverständlich braucht bei manchen Systemen der Hilfsdurchgang 212 nicht verwendet zu werden, da schnelle und kontinuierliche Strömung hervorgerufen werden kann, ohne die Notwendigkeit des Vorsehens eines Hilfsdurchganges, wie es jetzt beschrieben ist.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird die Ionenaktivität eines Fluids, beispielsweise eines Körperfluids oder Bluts,bestimmt durch trömenlassen des Fluids in einem Strom zwischen einer ersten Meßelektrode und einer zweiten Meß- oder Bezugselektrode. Demgemäß kann, wie in Fig. 2 dargestellt, die Strömung durch den Durchgang ionische Messung in einer ersten unteren Kammer ermöglichen im Vergleich zu einer Bezugselektrodenmessung in einer zweiten oberen Kammer. Eine dritte Kammer unter der unteren Kammer ist vorgesehen, um ein Testen mit einer noch anderen Elektrode zu ermöglichen, beispielsweise um einen Test hinsichtlich eines anderen Ions durchzuführen. Beispielsweise kann Kalium in einer Kammer mit Bezug auf eine Bezugselektrode, und Natrium in einer anderen Kammer, wie es in der Technik bekannt ist, getestet werden. Als Folge der Modulnatur der Einheiten kann eine Mehrzahl von mehr als drei Einheiten verwendet werden, um eine Mehrzahl von Ionenkonzentrationen zu testen. Die Kammern können umgekehrt werden, jedoch wird in allen Fällen das Probenfluid, welches gete-

stet werden soll, an den Meßkammern 47 vorbei strömen gelassen oder angesaugt, wobei die Bezugsmeßkammer 47A stromabwärts davon und als letzte in der Leitung oder in Reihe liegt.

Obwohl die bevorzugte Struktur einer Meßelektrode in Fig. 5 dargestellt ist, ist zu verstehen, daß die Bezugselektrode und andere Elektroden, die in einer einzelnen Modulanordnung verwendet werden, sich in gewisser Weise ändern können. Demgemäß braucht in gewissen Fällen die Bezugselektrode keine Membranhalterung haben. Vielmehr könnte sie. irgendwelche anderen bekannten Konstruktionen haben, beispielsweise eine Ausführung mit einer keramischen Fritte oder mit einer offenen Flüssigkeitsverbindung, und sie könnte noch einen Teil der Prüfkammer bilden.

Bei der bevorzugten Ausführungsform ist jede Prüfkammer durch eine Test- oder Prüfeinheit oder eine Cuvette gebildet. Wenigstens drei sind miteinander verbunden für einen Doppeltest mit einer einzigen Bezugselektrode. Die Elektronik, die verwendet wird, kann von bekannter Art sein, ebenso wie auch die Herstellung der Testproben. Extrem kleine Proben können getestet werden. Selbst wenn Sie Durchgänge mit Bezug zur Prüfkammer im Winkel angeordnet sind, ist eine Reinigung einfach und schnell, wie auch das Testen.

Die verwendeten Elektroden, Füllösungen und dgl. können von bekannter Art sein, wie es beispielsweise beschrieben ist in Bailey, P.L., "Analysis with Ion Selective Electrodes", Hayden, Lond 1976.

Bei einer besonderen bevorzugten modularen Anordnung der Erfindung hat das Gehäuse 14 eine Höhe von etwa 7,1 cm

(2,8 Zoll), eine Breite von etwa 4,45 cm (1,75 Zoll) und eine Tiefe von etwa 5,8 cm (2,28 Äoll). Der Block 11 und jeder Block 12 und 13 hat eine Höhe von etwa 2,37 cm (0,93 Zoll),eine Abmessung von vorn nach hinten von etwa 2,06 cm (0,81 Zoll), eine Breite des T-Schaftes von etwa 3,17 cm (1,25 Zoll) und eine Flanscha essung von vorn nach hinten von etwa 0,78 cm (0,31 Zoll).

Jede Kammer hat ein Volumen von 12 ml, und jeder Durchgang hat eine Querschnittsfläche, die von einem Ende zum anderen im wesentlichen gleichmäßig ist und eine Größe von etwa 0,0038 cm^a (0,000.6 Quadratzoll) . Die Moduln 11, 12 und 13 sind aus Acry!material gebildet. Das Gehäuse 14 besteht aus Metall. Die verwendeten inneren Bezugselektroden können innere Silber/Silberchlorid-Elektroden sein. Die Einheit 11 enthält eine Dialysemembran.

Das Gel hinter der Valinomycinmembran kann _f wenn die Elektrode eine Kaliumelektrode ist, ein 30%iges wäßriges Polyacrylamidgel sein mit 5 % Vernetzungsmittel und einer Viskosität von größer als 15 000 Centipoise bei 25 ⁰C in der Einheit 12..Die Füllösung kann 140 mM NaCl/ 4 mM KCl sein.

Die Einheit 13 hat eine Membranelektrodenausführung hinter ihr im wesentlichen, wie es oben beschrieben ist, jedoch kann die Membran eine alternative PVC-Membran zum Messen von Natrium sein.

Während besondere Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben sind, sind viele Änderungen möglich. In allen Fällen sind die Durchgänge derart gestaltet, daß die Geschwindigkeit des Arbeitens vergrößert wird und daß saubere hydrodynamische Strömung erhalten wird

entweder durch Verwendung der dargestellten Durchgangskonfiguration, jedoch in gewissen Fällen mit den zusätzlichen Hilfsdurchgängen.

Verschiedene Analyte können in einer Vorrichtung gemäß der Erfindung getestet werden. Zweikanalanalyse für Natrium/Kalium ist möglich/ beispielsweise bei der bevorzugten Ausführungsform gemäß Fig. 1. Jedoch können die zu testenden Substanzen oder Analyte umfassen PO₂, PCO , PNH-, Chlorid, Lithium, Magnesium, Calcium, Glucose, Harnstoff, Lactat, Bicarbonat und andere, wie es in der Technik bekannt ist. Die verwendeten Membranen können sich in großem Ausmaß ändern, sie sind jedoch vorzugsweise solche, die in der Technik bekannt sind als neutraler Träger oder als Ionenaustauschmembranen.

Die Merkmale der Erfindung umfassen verringerte Probenverunreinigung durch Verwendung der verbesserten Grenzfläche zwischen Cuvette und Elektrode, eine Verringerung der Herstellungskosten als Folge von Vielfachverwendung gemeinsamer Komponenten für die Elektroden und die Cuvetten. Die Merkmale der Erfindung umfassen weiterhin flache oder ebene Elektroden-Cuvetten-Grenzflächen mit kleinen Probenvolumen, wie sie bei großer Probensichtbarkeit erforderlich sind, wobei außerdem einfache Wartungs- und Reparaturarbeitsweisen und Arbeiten mit hoher Geschwindigkeit gegeben sind. Schnelles Ansprechen kann erhalten werden in einem Bereich von etwa 7 1/2 Sekunden, um eine Probe durch den Durchgang 45 der ausgerichteten Einheiten anzusaugen und um eine Ablesung von einer Elektrode zu erhalten, und in allen Fällen liegt die Ansprechzeit unter einem bevorzugten Maximum von 20 Sekunden.

- Leerseite

Claims

HOFFMANN · EITLE & PARTNER PATENT- UND RECHTSANWÄLTE PATENTANWÄLTE DIPL-INe. W. EITLE . DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-ING. W. LEHN DIPL.-INS. K. FDCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN · DR. RER. NAT. H.-A. BRAUNS · DIPL-ING. K. GORS CHPL.-ING. K. KOHLMANN . RECHTSANWALT A. NETTE ' 43 394 Gh/tte AMDEV, Inc. Haverhill, Mass. / USA Vorrichtung und Verfahren zur quantitativen Bestimmung von Analyten in Flüssigkeiten Patentansprüche

1. Testmoduleinheit/ dadurch gekennz eichnet,

daß sie derart dimensioniert und angeordnet ist, daß sie mit wenigstens einer anderen Moduleinheit _.* (10, 111 12) verwendet werden kann in einer Anordnung zum Testen eines Analyten in einer Flüssig- ·. keit, die Moduleinheit ein Gehäuse (14) und einen durchgehenden Durchgang kleinen Durchmessers aufweist, der zwischen seinen Enden eine vergrößerte Kammer (47 bzw. 47A) ai^-f weist, die an einer Seite durch eine Membran einer Elektrode gebildet ist, und daß die Kammer im wesentlichen in einer Ebene liegt und ein erster Teil des Durchganges in einen Einlaß der Kammer in einem Winkel zu der genannten Ebene mündet, um Turbulenz hervorzurufen, die im wesentlichen auf die Mündung begrenzt ist, während glatte Strömung jenseits der Mündung ermöglicht ist, so daß die Kammer an ihrem Eintritt als Diffusor und an ihrem Austritt als Düse wirkt.

ARABELLASTRASSE 4 . D-8OOO MDNCHEN BI · TELEFON COeS} S11087 · TELEX 5-20819 CPATHE} · TELEKOP1ERER O18356 Λ

2. Testmoduleinheit nach Anspruch 1, dadurch g e -, kennzeichnet, daß dem Kammereinlaß ein Auslaß gegenüberliegt und die Kammer sich in ihrem Querschnitt von dem Einlaß zum Auslaß ändert, der sich ändernde Querschnitt in Richtung zur Mitte der Kammer sich vergrößert und zum Auslaß hin sich verengt, so daß allgemein Rautengestalt erhalten ist, der Durchgang eine Querschnittsfläche entsprechend einem Durchmesser von etwa 0,0381 cm (0,015 Zoll) bis etwa 0,127 cm (0,05 Zoll), und daß die Kammer eine maximale Querschnittsfläche hat, die kleiner als das 10fache der Querschnittsfläche des Durchganges ist.

3V Testmoduleinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Kammer eine Fläche bestimmt,, die größer als eine von der Membran bestimmte Fläche ist, so daß die Membran von der Kammer vollständig umfaßt ist.

.4. Testmoduleinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (103) auf der Seite, die der der Kammer zugewandten Seite gegenüberliegt, ein Gel hoher Viskosität aufweist, welches die Membran abstützt.

5. Testmoduleinheit nach Anspruch 4, dadurch

_; gekennzeichnet, daß das Gel eine Mehrzahl von Salzen und ein Verdickungsmittel in einem wäßrigen Medium aufweist.

6. Testmoduleinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzei chnet, daß das Gel einen direkt an der Membran (103) anliegenden Teil hat, und daß die Membran eine. Valinomycinmembran ist.

7. Testmoduleinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß eine Elektrode vorgesehen ist/ die mit dem Gel über eine flüssige elektrisch-leitende wäßrige Zwischenlösung arbeitsmäßig im Eingriff steht, und daß die Einheit in der Lage ist, ein Testen des Analytes in weniger als 20 Sekunden durchzuführen.

8. Elektrodenhalter zur Verwendung in einer Testmoduleinheit, dadurch gekennzeichnet , daß der Elektrodenhalter einen langgestreckten Elektrodenkörper aufweist, durch den hindurch eine Elektrizitätsquelle an eine innere Elektrode angeschlossen ist, die in einer ersten Kammer darin liegt, die erste Kammer langgestreckt ist und zu einer zweiten Kammer offen ist, die unter oder nahe einer chemischempfindlichen Ionentestmembran liegt, und daß die zweite Kammer mit einem gelatineartigen elektrischleitenden Material, und die erste Kammer mit einer elektrisch-leitenden Flüssigkeit gefüllt ist, so daß elektrische Kontinuität zwischen der inneren Elektrode und der Testmembran vorhanden ist.

9. Elektrodenhalter nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet , daß die zweite Kammer durch einen zweiten Elektrodenkörperteil bestimmt ist, der mit dem ersten Körperteil mit Dichtungseingriff zusammengepaßt werden kann, um das Gel zwangsläufig in Berührung mit der Flüssigkeit zu bringen.

10. Elektrodenhalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß der zweite Körperteil in Form einer abnehmbaren Kappe vorhanden ist, die eine Endfläche hat, zu welcher sich das Gel erstreckt.

11. Elektrodenhalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß ein weicher federnder nachgiebiger Hälterungsteil (102) für die Membran (103) vorgesehen ist, der eine ebene Fläche bestimmt, an welcher die Membran angebracht und in im wesentlichen ebener Form gehalten ist, und daß der Halterungsteil federnd zusammengedrückt werden kann, um die Membran gegen eine über oder an ihr liegende Cuvette abzudichten, so daß eine abgedichtete Kammer teilweise von der Membran und teilweise von der Cuvette bestimmt werden kann.

12. Elektrodenhalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß das Gel ein Gel auf wäßriger Basis ist, welches ein Verdickungsmittel enthält, welches aus Acrylamid, Agar-Agar oder Natrosol besteht.

13. Elektrodenhalter nach Anspruch 8, dadurch g e . kennzeichnet, daß das Gel neben der biegsamen Membran (103) in einer Fläche der Membran liegt in einem Bereich von etwa 0,00214 cm² (0,00030 Quadratzoll) bis etwa 0,129 cm² (0,02 Quadratzoll).

14. Verfahren zum Bestimmen der Ionenaktivität eines Fluids durch Strömenlassen des Fluids in einem Strom zwischen einer ersten Meßelektrode und einer zweiten Bezugs-Meßelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Meßelektrode einen Teil einer . u

3Q prüfkammer (47) umfaßt und eine Membran (103) mit einem Gel aus elektrisch-leitendem Material hat, welches an der Membran anliegt und zwischen ihr und einem inneren Elektrodenteil angeordnet.ist, der von einem leitenden Fluid umgeben ist, und daß die elektromotorische Kraft zwischen der Bezugselektrode und der Meßelektrode gemessen wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß das Fluid in strömendem Zustand vorhanden ist und daß die elektromotorische Kraft kontinuierlich überwacht wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß das Fluid während des Messens stillstehend ist.

17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß das Gel eine Viskosität größer als 15 000 Centipoise bei 25 ⁰C hat.

18. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch g e k e η η -

zeichnet, daß die Kammer ein Volumen bestimmt, welches größer als das Volumen von zur Kammer führenden und von der Kammer wegführenden Durchgängen ist, und daß die zu der Kammer führenden und von der Kammer wegführenden Durchgänge einen Gesamtquerschnitt haben, der einen Durchmesser im Bereich von etwa 0,0381 cm (0,015 Zoll) bis etwa 0,127 cm (0,05 Zoll) gleichwertig ist.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch g e k e η η -

zeichnet, daß die Fluidströmung in den Durchgängen im Winkel zu der Kammer gerichtet wird, wodurch lokalisierte Turbulenz am Austritt des Durchganges hervorgerufen wird, um die Kammer zu reinigen, die Kammer zuerst als Diffusor und danach als Düse für das Fluid beim Durchströmen der Kammer wirkt, und daß die Kammer einen Querschnitt hat, der das 1 Ofache des Querschnittes des Durchganges nicht überschreitet.

— ο —

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Meßelektrode in einer ersten Testmoduleinheit, und die Meßelektrode in einer zweiten Testmoduleinheit angeordnet ist, und daß die Durchgänge sich durch die Einheiten erstrecken, um die Strömung des Probenfluids durch diese zu ermöglichen.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch g e k e η η zeichnet, daß eine dritte Testmoduleinheit vorgesehen ist, die mit der ersten und der zweiten Einheit ausgerichtet ist und eine dritte Meßelektrode trägt, um das Messen einer anderen Ionenaktivität in der zuletzt genannten Einheit zu ermögliehen.

22. Verfahren zum Abdichten einer Testelektrodenmembran in einer Cuvette zum Testen, dadurch gekennzeichnet , daß die Membran gegen eine Seite einer Cuvette federnd gedrückt wird, die in ihr eine Vertiefung bestimmt, um dadurch eine Prüfkammer zwischen der Membran und der Cuvette zu bestimmen, und daß die Membran mit einem Gel und einer Elektrode abgestützt ist, die mit der Membran über ein elektrisch-leitendes Medium arbeitsmäßig verbunden ist, und daß elektrisches Potential über die Membran festgestellt wird.

23. Eine erste modulare Meßkammereinheit zur Verwendung mit wenigstens einer anderen modularen Meßkammereinheit, dadurch gekennzeichnet , daß die erste modulare Meßkammereinheit (z. B. 11) einen klaren oder durchsichtigen Kunststoffkörper aufweist mit einer Außenfläche (20) für Betrachtung, und mit einer Unterfläche (24), die einen ebenen

Abschnitt hat und dem äußeren Betrachtungsabschnitt allgemein gegenüberliegt, die Unterfläche eine vergrößerte V-ertiefung, die als Prüf kammer wirkt, und einen ebenen Bereich um diese zum Zusammenpasc sen mit einer ebenen Membranfläche bestimmt, um eine einschließende Prüfkammer (47) zu bilden, ein erster -Durchgang in eine öffnung der Prüf kammer, und ein zweiter Durchgang aus der Prüfkammer heraus führt, und daß die Durchgänge einen Kreisquerschnitt ρ haben entsprechend einem Durchmesser von etwa 0,0381 cm (0,015 Zoll) bis etwa 0,127 cm (0,05 Zoll).

24. Prüfkammereinheit nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Durchgang einen ersten Teil (45) in einer Ebene im Abstand von einer Ebene der Prüfkammer (47), und einen zweiten Teil (46) in einem Winkel dazu aufweist, um in die Prüfkammer in einem Winkel zu der Ebene der Prüfkammer einzutreten, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist zum Verbinden der Einheit mit einer im wesentlichen identischen zweiten modularen Meßkammereinheit in einem Zusammenbau.

25. Modulare Meßkammereinheit nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfkammer

(47) eine vergrößerte Querschnittsfläche zwischen ■ einer öffnung in die Kammer und dem Auslaß der Kammer bestimmt, und daß die Kammer als Diffusor und als Düse wirkt für Fluids, die von dem ersten zu dem zweiten Durchgang strömen.

26. Modulare Meßkammereinheit nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet , daß eine Mehrzahl von wenigstens zwei identischen Einheiten (z. B. 11, 12) in zusammenpassender Beziehung gestapelt ist, um einen Zusammenbau miteinander zu bilden, um mitein-

.-uuk-Γ nui-ivjfii i«.-htf:{c! ts.iale uiui zweite Mcitikmiuneixci In

heiten zu bilden, und daß der erste Durchgang der ersten Einheit mit dem zweiten Durchgang der zweiten Einheit ausgerichtet und verbunden ist. 5

27. Modulare Meßkammereinheitsanordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet , daß ein Hilfsdurchgang (212) vorgesehen ist, der einen Eintritt im Abstand von dem ersten Durchgang der zweiten Einheit hat und mit dem zweiten Durchgang jenseits der Prüfkammer verbunden ist, so daß.ein Eichfluid in einer Einheit und nicht in eine andere geführt werden kann, wenn dies gewünscht wird.

28. Eine erste Testmoduleinheit, dadurch gekennzeichnet, daß sie derart dimensioniert und angeordnet ist, daß sie mit wenigstens einer anderen identischen Moduleinheit in einer Anordnung zum Testen eines Analyts (zu analysierendes Substrat) in einer Flüssigkeit verwendet werden kann, die Moduleinheit einen Körper, eine hintere Fläche und einen durchgehenden Durchgang kleinen Durchmessers aufweist, der zwischen seinen Enden eine vergrößerte Kammer (47) hat,-die an einer Seite durch eine Membran (103) einer Elektrode gebildet ist, die Kammer im wesentlichen in einer Ebene liegt, ein erster Teil des Durchganges in einen Einlaß der Kammer in einem Winkel zu der genannten Ebene mündet, um Turbulenz hervorzurufen, die im wesentlichen auf die Mündung begrenzt ist, während glattes Strömen jenseits der Mündung oder öffnung ermöglicht ist, so daß die Kammer an ihrem Einlaß als ein Diffusorund an ihrem Austritt als eine Düse wirkt, die Membran an einem Elektrodenhalter angebracht ist, und daß der Elektrodenhalter federnd in Richtung der Kammerseite gedrückt ist.

BAD ORIGINAL

29. Testmoduleinheitsanordnung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet , daß ein Befestigungsring (83) vorgesehen ist, der eine Hülse (80) in eine Stellung drückt, in der eine Abdichtung mit der Hinterfläche der Einheit erhalten ist, und daß der Elektrodenhalter in der Hülse gehalten ist.

30. Testmodulanordnung nach Anspruch 29, dadurch

gekennzeichnet, daß ein weicher federnder Membranhalterungsteil (102) vorgesehen ist, der gegen die Hinterfläche gedrückt ist, um die Membran (103) als einen Teil der Kammer (47) abzudichten.

31. Testmoduleinheit nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet , daß die Membran gegen die Einheit federnd gehalten ist mittels eines nachgiebigen Membranhalteteils (102) des Elektrodenhalters, der als Primärdichtung wirkt.

32. Testmoduleinheit nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet , daß ein Gel vorgesehen ist, welches in einem definierten Bereich der Membran (103) auf einer Seite von ihr liegt, und daß die Kammer (47) auf der anderen Seite der Membran einen Bereich oder eine Fläche der Membran definiert, die größer ist als die Querschnittsfläche des Gels.

33. Testmoduleinheit nach Anspruch 28, dadurch g e kennzeichnet, daß der Durchgang eine Querschnittsfläche hat entsprechend einem Durchmesser von etwa 0,0381 cm (0,015 Zoll) bis etwa 0,127 cm (0,05 Zoll).

34. Testmoduleinheitsanordnung nach Anspruch 2S, dadurch gekennzeichnet , daß eine zweite Testmoduleinheit vorgesehen ist, die Ende an Ende mit der ersten Moduleinheit ausgerichtet ist und einen durchgehenden Durchgang hat, der mit dem zuerst genannten Durchgang zusammenpaßt, jede der beiden Einheiten sich nach außen- erstreckende Seitenflügel und eine Hinterfläche besitzt, die Seitenflügel aufeinanderfolgend in einem Gehäuse (14) angeordnet sind, welches eine erste und eine zweite Bohrung bestimmt, die durch das Gehäuse hindurchgehen und nahe einer Hinterfläche der ersten bzw. der zweiten Testmoduleinheit liegt, wenigstens eine Bohrung einen Elektrodenhalter trägt, der mittels einer Schraubengewindehülse (83) in seiner Stellung gehalten ist, welche eine Hülse (80) über eine O-Ringabdichtung zusammendrückt, die mit einer Hinterfläche einer Einheit im Eingriff steht,und daß ein Elektrodenkörper des Hälters an der Hülse mittels einer elastischen Feder (91) gehalten ist/ mit welcher eine an der Hülse angeordnete Endkappe (85) im Eingriff steht.

35. Modulare Meßkammereinheit nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet , daß ein zweiter Durchgang durch die Einheit hindurch vorhanden ist, der den ersten Durchgang jenseits der Prüfkammer (47) schneidet, so daß der zweite Durchgang als Einwegventil wirken kann.

36. Verfahren zum Reinigen und Eichen einer ersten Prüfmeßkammer, die in einer modularen Meßkammereinheit enthalten ist, die nahe einer zweiten modularen Einheit angeordnet ist, die eine zweite Bezugselektrodenkammer enthält, wobei die Einheiten zwischen den Kam-

ό η

mern und durch die Einheiten hindurch einen Durchgang bestimmen, und wobei ein zweiter Einwegventildurchgang den Durchgang zwischen der zweiten Bezugselektrodenkammer und der Prüfmeßkammer schneidet, dadurch gekennzeichnet , daß eine flüssige Probe durch den Durchgang von der Prüfmeßkammer zu der Bezugskammer strömen gelassen wird, wodurch eine Messung elektrischen Potentials zwischen den Kammern genommen werden kann, während der zweite Durchgang mit einem zweiten Fluid, welches ein anderes Fluid als die Probe ist, gefüllt gehalten wird, die Fiuidströmung zwischen der Bezugskammer und der Prüfmeßkammer umgekehrt wird, indem ein Reinigungsfluid von der Bezugskammer durch die Prüfmeßkammer strömen gelassen wird, um das Probenfluid zu entfernen, während der zweite Durchgang mit einem Fluid gefüllt gehalten wird, eine Reinigungsfluidströmung durch den zweiten Durchgang zu der Prüfmeßkammer strömen gelassen wird, ohne daß die zuletzt genannte · Strömung zuerst zu der Bezugskammer strömt, und daß die Strömung wiederum umgekehrt wird, um ein Eichfluid von der Prüfkammer zu der Bezugskammer strömen zu lassen, während der sekundäre Durchgang ein stillstehendes Fluid behält, so daß eine Eichmessung durchgeführt werden kann, um das elektrische Potential zwischen der Prüfkammer und der Bezugskammer zu messen.

37. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet , daß die gesamte Fiuidströmung, die nicht die Probenfluidströmung ist, aus einer Eichflüssigkeit besteht.

38. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet , daß der zuerst genannte Umkehr-

schritt ausgeführt wird, während der zweite Durchgang mit einem stillstehenden Fluid gefüllt gehalten wird.