DE4142057C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Ionenkonzentrationsanalysierer des Durchflußzellentyps nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 4, der eine Ionenselektionselektrode verwendet, um die Ionenkonzentration beispielsweise im Blut oder Urin zu bestimmen.

Ein Ionenkonzentrationsanalysierer verwendet für gewöhnlich eine Rollenpumpe oder Spritzenpumpe als Vorrichtung zum Ein­ bringen der Flüssigkeitsprobe in die Durchflußzelle. Hierbei werden Spritzenpumpen vorzugsweise dann verwendet, wenn die Menge der einzubringenden Flüssigkeitsprobe durch Alterungs­ vorgänge nicht geändert werden darf, also hohe Genauigkeit über längere Zeiträume hinweg gefordert ist.

Eine bekannte Spritze, welche für gewöhnlich bei derartigen Spritzenpumpen verwendet wird, weist den Aufbau gemäß Fig. 3 der beigefügten Zeichnung auf. Ein gleitender Block 2 aus einem elastischen Kunststoff oder aus einem geeigneten Gum­ mimaterial, beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE) ist am distalen Ende eines metallischen Kolbenstabes 3 befe­ stigt, der gleitbeweglich in einem Glas- oder Kunststoffzy­ linder 1 geführt ist. Die so aufgebaute Spritze wird sehr oft in automatischen Analysierern verwendet, da mit ihr eine bestimmte Flüssigkeitsmenge mit hoher Genauigkeit und Repro­ duzierbarkeit gefördert werden kann, wobei die Lebensdauer beachtlich hoch ist.

Wenn jedoch im Laufe der Zeit der gleitende Block 2 Abnut­ zungserscheinungen zeigt, kann Flüssigkeit an diesem abge­ nutzten Bereich austreten und den metallischen Kolbenstab 3 kontaktieren. Bei einer Betätigung der Spritze wird daher ein Spannungs-Störrauschen erzeugt.

Ein Ionenkonzentrationsanalysierer, der eine Ionenselekti­ onselektrode verwendet, mittels der geringe Spannungen meßbar sind, muß mit Vorrichtungen ausgestattet sein, um jegliche Einflüsse von Spannungsrauschen auf die Ionenselek­ tionsspannung zu verhindern.

Aus der JP-OS 60-1 43 756 ist ein Verfahren bekannt, mittels dem das Spannungsrauschen vermeidbar ist. Hierzu wird ein Abschnitt benachbart der Elektrode zur Messung der elektri­ schen Spannung auf Masse gelegt, so daß das Spannungsrau­ schen aus dem Ionenkonzentrationsanalysierer auf Masse abge­ führt werden kann.

Ein Ionenkonzentrationsanalysierer des Durchflußzellentyps, bei dem dieses bekannte Verfahren zur Verhinderung des Stör­ rauschens zur Anwendung gelangt, ist in Fig. 3 dargestellt. Der Ionenkonzentrationsanalysierer umfaßt eine Durchfluß­ zelle 6, eine Ansaugdüse 5 und eine Spritze 12. Die Durch­ flußzelle 6 weist Öffnungen auf, durch welche die zu unter­ suchende Flüssigkeitsprobe angesaugt und wieder abgegeben wird. Die Ansaugdüse 5 ist mit einer der Öffnungen der Durchflußzelle 6 verbunden. Mit der anderen Öffnungen der Durchflußzelle 6 ist die Spritze 12 über eine Leitung 9 und ein Rückschlagventil 11a verbunden.

An einem Ende der Durchflußzelle 6 sind eine Ionenselektionselektrode 7 und eine Referenzelektrode 8 an­ geordnet. Verbunden mit den Elektroden 7 und 8 ist eine arithmetische Rechen- und Steuereinheit 15. Die Rechen­ einheit 15 berechnet die Ionenkonzentration in der gerade untersuchten Flüssigkeitsprobe. Weiterhin ist die Ansaugdüse 5 mit einem Düsenantriebssystem 4 verbunden, so daß die An­ saugdüse 5 in geeigneter Weise in eine Probe 13 abgesenkt werden kann, so daß über die Düse 5 die Probe 13 angesaugt werden kann.

Wie bereits unter Bezug auf Fig. 3 beschrieben, weist die Spritze 12 den Zylinder 1 und den gleitenden Kolbenstab 3 in dem Zylinder 1 auf. Am distalen Ende des Kolbenstabes 3 ist der gleitende Block 2 angeordnet, der aus einem elastischen isolierenden Material gefertigt ist, beispielsweise aus PTFE. Am proximalen Ende weist der Kolbenstab 3 einen Flansch auf. Der Flansch steht in Kontakt mit einem Sprit­ zenantriebsmechanismus 16. Mittels des Antriebsmechanismus 16 kann der Kolbenstab 13 innerhalb des Glaszylinders 1 vor­ und zurückbewegt werden.

An einem Ende steht eine Leitung 17 mit der Spritze 12 in Verbindung und am anderen Ende weist die Leitung 17 einen Abflußanschluß auf. In der Leitung 17 ist ein weiteres Rück­ schlagventil 11b vorgesehen.

Die aus Metall gefertigte Leitung 9 zwischen der Durchfluß­ zelle 6 und der Spritze 12 ist mit Massepotential verbunden, so daß die durch die Leitung 9 fließende Flüssigkeitsprobe ebenfalls auf Massepotential liegt. Die Leitung 9 verhindert somit, daß Spannungsrauschen von der Spritze 12 die Durch­ flußzelle 6 erreichen kann.

Allerdings kann dieses bekannte Verfahren zum Auf-Masse-Le­ gen der zu untersuchenden Flüssigkeitsprobe bei einem her­ kömmlichen Ionenkonzentrationsanalysierer des Typs, bei dem die Flüssigkeitsprobe über ein weiteres Massepotential an einem Punkt benachbart einer anderen Rauschen erzeugenden Quelle bzw. einer Energieversorgung geerdet ist, nicht ef­ fektiv verwendet werden. Weiterhin läßt sich dieses bekannte Verfahren bei herkömmlichen Ionenkonzentrationsanalysierern des Typs nicht erfolgreich verwenden, bei dem eine Mehrzahl von Durchflußzellen über Leitungen mit der Spritze verbunden ist. Der Grund hierfür ist, daß Vielfachpunkt-Massepoten­ tiale vorliegen und Stromflüsse zwischen diesen Massepunkten auftreten, wenn eine Erdung zwischen den Durchflußzellen und der Spritze erfolgt, so daß wiederum Störrauschen der elek­ trischen Detektionsspannung überlagert wird. Schließlich kann das Vorsehen von Masseanschlüssen an und für sich be­ reits ein Risiko dahingehend darstellen, daß eine Bedie­ nungsperson elektrische Schläge erhalten kann.

Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ionenkonzentrationsanalysierer nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 4 zu schaffen, bei dem verhindert wer­ den kann, daß in einer Flüssigkeitsprobe erzeugtes Störspan­ nungsrauschen die Ionenselektionsspannung beeinflußt, ohne daß es hierzu ein Auf-Masse-Legen notwendig ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 bzw. 4 angegebenen Merkmale.

Zur Lösung der der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist ein metallisches Bauteil in der Leitung angeord­ net, welche eine Durchflußzelle mit der Spritze verbindet, so daß dieses Bauteil in Kontakt mit der Flüssigkeitsprobe ist, welche durch die Leitung strömt, wobei das metallische Bauteil weiterhin in elektrischer Verbindung mit dem Kolben­ stab der Spritze entweder direkt oder über leitfähiges Ver­ bindungsteil ist.

Erfindungsgemäß ist ein Ende eines leitfähigen Bauteiles mit einer leitfähigen Leitung zwischen einer Elektrode zur Mes­ sung einer Differenz der elektrischen Spannung in einer Flüssigkeitsprobe und einer das Störrauschen erzeugenden Quelle verbunden und das andere Ende des leitfähigen Bautei­ les ist elektrisch mit einem Abschnitt der Vorrichtung so verbunden, daß die spannungserzeugende Quelle dazwischen liegt, wobei ein Abschnitt zwischen den Verbindungsabschnit­ ten des leitfähigen Bauteils elektrisch isoliert ist. Eine erzeugte Störspannung oder ein erzeugtes Störrauschen wird somit daran die Meßelektrode zu erreichen.

Erfindungsgemäß ist somit ein Ionenkonzentrationsanalysierer mit einer Durchflußzelle mit einer Ionenselektionselektrode und einer Spritze zum Einbringen einer Flüssigkeitsprobe in die Durchflußzelle vorgesehen, wobei die Spritze einen me­ tallischen Kolbenstab und einen gleitenden Block am distalen Ende des Kolbenstabs aufweist, der aus einem elastischen isolierenden Material gefertigt ist, um die Flüssig­ keitsprobe in die Durchflußzelle einzubringen. Der Analysie­ rer weist weiterhin ein metallisches Bauteil in einer Lei­ tung zwischen der Durchflußzelle und der Spritze und in Kon­ takt mit der Flüssigkeitsprobe, welche durch die Leitung fließt, auf, wobei das Bauteil mit dem Kolbenstab direkt oder über einen Leiter elektrisch verbunden ist.

Wie beschrieben ist das metallische Bauteil in der Leitung angeordnet, welche die Durchflußzelle mit der Spritze ver­ bindet, steht somit mit der Flüssigkeitsprobe in der Leitung in Verbindung und ist mit dem metallischen Kolbenstab kurz­ geschlossen. Von daher kann verhindert werden, daß bei Be­ trieb der Spritze erzeugtes Störrauschen die Durchflußzelle beeinflußt.

Gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung ist ein Ionenkonzentrationsanalysierer vorgesehen mit: einer Elektrode zur Messung einer Spannung einer Flüssig­ keitsprobe; einer Leitung zum Führen der Flüssigkeitsprobe an die Elektroden; Vorrichtungen zum Fördern der Flüssig­ keitsprobe durch die Leitung; und einem Leiter, dessen Endabschnitte mit Abschnitten der Leitung verbunden sind, welche in Längsrichtung der Leitung gesehen voneinander verschieden sind, wobei einer der Endabschnitte zwischen der Elektrode und einer Quelle eines Störspannungsrauschens angeordnet ist, wobei weiterhin ein Stück des Leiters zwischen seinen beiden Endabschnitten gegenüber der Flüssigkeitsprobe elektrisch isoliert ist.

In diesem Fall kann der Leiter entweder an der Außenseite der Leitung verlaufend angeordnet oder an der Innenwand der Leitung verlaufend angeordnet werden, wobei der gesamte Leiter mit Ausnahme seiner beiden Endabschnitte elektrisch isoliert ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

Es zeigt:

Fig. 1 schematisch den Aufbau eines Ionenkonzentrati­ onsanalysierers gemäß der vorliegenden Erfin­ dung;

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung durch die Spritze in dem Ionenkonzentrationsanalysierer gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 schematisch den Aufbau eines bekannten Ionenkon­ zentrationsanalysierers;

Fig. 4 eine grafische Darstellung der Elektrodenspan­ nung bzw. der Änderungen der Elektronenspannung über die Zeit, wenn der Entladungspfad in dem Analysierer gemäß Fig. 1 geöffnet ist; und

Fig. 5 eine Darstellung ähnlich der von Fig. 4, wenn der Entladungspfad in dem Analysierer gemäß Fig. 1 geschlossen ist.

Fig. 1 zeigt einen Ionenkonzentrationsanalysierer (nachfol­ gend mit "Analysierer" bezeichnet) gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieser erfindungsgemäße Analysierer ist identisch zu dem bekannten Analysierer gemäß Fig. 3 mit Ausnahme eini­ ger wesentlicher Aspekte. Gleiche oder einander entspre­ chende Teile wie in Fig. 3 sind von daher in Fig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht noch einmal im Detail erläutert.

Gemäß Fig. 1 umfaßt der Analysierer gemäß der vorliegenden Erfindung eine Durchflußzelle 6, eine Ansaugdüse 5, einen Düsenantriebsmechanismus 4, eine Ionenselektionselektrode 7, eine Referenzelektrode 8, eine metallische Leitung 9, einen Leiter 10, Rückschlagventile 11a und 11b, eine Spritze 12, eine Recheneinheit 15, einen Spritzenantriebsmechanismus 16 und eine Flüssigkeitsabführleitung 17. Die Durchflußzelle 6 weist eine Öffnung auf, durch welche die Flüssigkeitsprobe geführt und abgegeben wird. Die Ansaugdüse 5 ist mit dieser Öffnung der Durchflußzelle 6 in Verbindung. Der Antriebsme­ chanismus 4 bewegt die Düse 5 nach unten und nach oben. Die Elektroden 7 und 8 sind an der Durchflußzelle 6 angeschlos­ sen. Die Recheneinheit 15 berechnet die Ionenkonzentration der angesaugten Flüssigkeitsprobe von Informationen von den Elektroden 7 und 8. Die Spritze 12 ist mit einer Öffnung der Durchflußzelle 6 über die metallische Leitung 9 und das Rückschlagventil 11a in Verbindung. Die Spritze 12 umfaßt einen Zylinder 1 aus Kunststoff oder Glas, sowie einen Kol­ ben 3 aus Metall, der in dem Zylinder 1 gleitbeweglich ge­ führt ist. Das Spritzenantriebssystem 16 steht mechanisch mit dem Kolbenstab 3 in Verbindung und bewegt diesen in dem Zylinder 1 hin und her. Das Rückschlagventil 11b ist in der Leitung 17 angeordnet, welche die Spritze 12 mit einem Ab­ fluß oder Auslaß verbindet. Somit kann die Flüssigkeitsprobe von der Spritze 12 über die Leitung 17 abgegeben und ent­ sorgt werden. Der Leiter 10 verbindet den Kolbenstab 3 der Spritze 12 elektrisch mit der metallischen Leitung 9.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, weist der metallische Kolbenstab 3 der Spritze 12 an seinem distalen Ende einen gleitenden Block 2 aus elastischem isolierendem Material, beispiels­ weise PTFE auf. Der Block 2 ist ebenfalls gleitbeweglich in dem Zylinder 1 geführt.

Gemäß Fig. 3 ist bei dem bekannten Analysierer die metalli­ sche Leitung 9 auf Masse gelegt, um während des Betriebs der Spritze 12 erzeugtes Störrauschen daran zu hindern, die Durchflußzelle 6 zu beeinflussen. Bei dem Analysierer gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Kolbenstab 3 der Spritze 12 mit der metallischen Leitung 9 über den Leiter 10 verbun­ den und somit auf das gleiche Potential wie die Leitung 9 gesetzt und der Kolbenstab 3 und die Leitung 9 sind vom Mas­ sepotential isoliert.

Die Arbeitsweise des Analysierers gemäß Fig. 1 wird nachfol­ gend erläutert.

Ein in der Zeichnung nicht näher dargestelltes Probenbehäl­ ter-Fördersystem bewegt einen Behälter 14 mit einer Flüssig­ keitsprobe 13 in Richtung des Analysierers und stellt den Behälter unter der Ansaugdüse 5 ab. Das Düsenantriebssystem 4 senkt die Düse 5 ab, bis das untere Ende der Düse 5 in die Probe 13 eintaucht. Danach wird der metallische Kolbenstab 3 der Spritze 12 über das Spritzenantriebssystem 16 im Zylin­ der 1 (Fig. 1) nach unten bewegt, also in eine Probenan­ saugrichtung. Im Ergebnis wird die Flüssigkeitsprobe von dem Behälter 14 in die Durchflußzelle 6 gefördert. Nachfolgend betreibt das Spritzenantriebssystem 16 den Kolbenstab 3 der­ art, daß dieser in Fig. 1 im Zylinder 1 nach oben in eine Probenabgaberichtung bewegt wird. Die Probe 13 wird hierbei von der Spritze 12 über das Rückschlagventil 11b zum Auslaß gefördert. Danach kann die Spritze 12 die nächste Flüssig­ keitsprobe in die Durchflußzelle 6 fördern.

In der Zwischenzeit verbleibt die Flüssigkeitsprobe 13 in der Durchflußzelle 6 stationär. Von daher stabilisiert sich das Potential an der Ionenselektionselektrode 7 nach und nach. Wenn das Potential der Elektrode 7 ausreichend stabil geworden ist, wird dieses Potential relativ zu demjenigen der Referenzelektrode 8 gemessen. Die Recheneinheit 15 setzt das so gemessene Potential in einen Ionenkonzentrationswert um.

Bei Abnutzung des gleitenden Blockes 2 in der Spritze 12 kann die Flüssigkeitsprobe austreten und den metallischen Kolbenstab 3 berühren. Wenn dies der Fall ist, wird ein Spannungsrauschen zwischen dem Kolbenstab 3 und der Flüssig­ keitsprobe 13 in der Spritze 12 erzeugt, während die Flüs­ sigkeit 13 in die Spritze 12 eingesaugt oder von dieser ab­ gegeben wird. Die so erzeugte Spannung bzw. dieses so er­ zeugte Störspannungsrauschen wird über den Leiter 10 und die metallische Leitung 9 sofort abgeführt. Somit kann das Span­ nungsrauschen keinerlei Einfluß auf die Potentialmessung an der Ionenselektionselektrode 7 verursachen.

Der metallische Kolbenstab 3, der Leiter 10 und die metalli­ sche Leitung 9 bilden somit einen Entladungspfad. Fig. 4 zeigt grafisch, wie sich das Potential einer Na-Io­ nenelektrode ändert, wenn der Entladungspfad in dem Analy­ sierer geöffnet ist. Fig. 4 zeigt die Ergeb­ nisse von im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführ­ ten Experimenten und Untersuchungen, bei denen das Potential der Ionenelektrode gemessen wurde, während zwei Lösungen (100 mmol/l und 150 mmol/l) mit unterschiedlichen Na-Ionen­ konzentrationen abwechselnd in die Durchflußzelle 6 einge­ bracht worden sind. Fig. 5 zeigt, wie sich das Potential der Na-Ionenelektrode ändert, wenn der Entladungspfad geschlos­ sen ist.

Wie sich unmittelbar aus Fig. 4 ergibt, ändert sich das Spannungsrauschen schlagartig, wenn der Entladungspfad offen ist. Im Gegensatz hierzu ergeben sich gemäß Fig. 5 keine derartigen schlagartigen Änderungen, wenn der Entladungspfad geschlossen ist. Ganz offensichtlich kann das Spannungsrau­ schen die Durchflußzelle überhaupt nicht beeinflussen, was durch den erfindungsgemäßen Entladungspfad bewirkt wird.

Gemäß der obigen Beschreibung ist bei dem Ionenkonzentrati­ onsanalysierer gemäß der vorliegenden Erfindung ein metalli­ sches Bauteil in der Leitung angeordnet, welches die Spritze mit der Durchflußzelle verbindet, steht mit der Flüssig­ keitsprobe in dieser Leitung in Kontakt und ist in Kurz­ schlußschaltung mit dem metallischen Kolbenstab. Dies ver­ hindert, daß während des Betriebs der Spritze erzeugtes Störrauschen die Durchflußzelle negativ beeinflußt.

Wie weiterhin beschrieben wurde, ist der Entladungspfad ge­ bildet durch den metallischen Kolbenstab 3 der Spritze, den Leiter und das metallische Bauteil vollständig von den ande­ ren Komponenten isoliert. Von daher kann der Entladungspfad nicht nur in einem Analysierer verwendet werden, in dem die Flüssigkeitsprobe auf Massepotential nicht an dem Punkt an der Durchflußzelle und der Spritze gebracht wird, sondern an jedem beliebigen anderen Punkt, sondern auch in einem Ionen­ konzentrationsanalysierer, wo zwei oder mehr Durchflußzellen mit der Spritze über zwei oder mehr Leitungen in Verbindung sind.

Claims (4)

1. Ionenkonzentrationsanalysierer mit einer Durchflußzelle (6) mit einer Ionenauswahlelektrode (7) und einer Spritze (12) zum Einbringen einer Flüssigkeitsprobe in die Durchflußzelle (6), wobei die Spritze (12) einen metallischen Kolbenstab (3) und einen gleitenden Block (2) am distalen Ende des Kolbenstabs (3) aufweist, der aus einem elastischen isolierenden Material gefertigt ist, um die Flüssigkeitsprobe in die Durchflußzelle (6) einzubringen, dadurch gekennzeichnet, daß der Analysierer weiterhin aufweist: ein metallisches Bauteil (9) in einer Leitung zwischen der Durchflußzelle (6) und der Spritze (12) und in Kon­ takt mit der Flüssigkeitsprobe, welche durch die Lei­ tung fließt, wobei das Bauteil (9) mit dem Kolbenstab (3) direkt oder über einen Leiter (10) elektrisch ver­ bunden ist.

2. Analysierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Recheneinheit (15) mit der Durchflußzelle (6) über eine Ionenselektionselektrode (7) und eine Refe­ renzelektrode (8) verbunden ist, welche an der Durch­ flußzelle (6) angeordnet sind.

3. Analysierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Bauteil (9) rohrförmig ist und so angeordnet ist, daß es mit der Leitung in Verbindung steht.

4. Ionenkonzentrationsanalysierer mit: einer Elektrode (7, 8) zur Messung einer Spannung einer Flüssigkeitsprobe;
einer Leitung zum Führen der Flüssigkeitsprobe an die Elektrode (7, 8);
Vorrichtungen zum Fördern der Flüssigkeitsprobe durch die Leitung; und
einem Leiter (10), dessen Endabschnitte mit Abschnitten der Leitung verbunden sind, welche in Längsrichtung der Leitung gesehen voneinander verschieden sind, wobei einer der Endabschnitte zwischen der Elektrode (7, 8) und einer Quelle eines Störspannungsrauschens angeordnet ist, wobei weiterhin ein Stück des Leiters (10) zwischen seinen beiden Endabschnitten gegenüber der Flüssigkeitsprobe elektrisch isoliert ist.