DE6609316U

DE6609316U - Vorrichtung zur bestimmung der konzentration einer in loesung befindlichen substanz.

Info

Publication number: DE6609316U
Application number: DE19676609316
Authority: DE
Original assignee: Baird and Tatlock Ltd
Current assignee: Baird and Tatlock Ltd
Priority date: 1966-08-09
Filing date: 1967-08-09
Publication date: 1972-04-20
Also published as: GB1199565A

Description

.-,^Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration
einer in lösung befindlioben Substanz

Die Neuerung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung einer in Lösung befindlichen Substanz, vorzugsweise eines Oxidationsenzyms oder eines Katalysators, beispielsweise auf im Blut befindliche Glukose.

Eb ist oft wünschenswert, eine genaue Bestimmung
der Konzentration der Glukose im menschlichen Blut durchzuführen, beispielsweise aus diagnostischen Gründen oder zur Behandlung der Diabetes oder die Konzentration äsr Glukose im Harn zu bestimmen oder in anderen biologischen Flüssigkeiten und Extrakten.

Halbautomatische und vollautomatische Vorrichtungen zur Bestimmung des Glukosegehalts einer Blutprobe sind bekannt, bei denen Glukoseoxidgase unö Peroxidgase einer Lö-

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sung zugesetzt werden, die eine deproteinisierte Blutprobe enthält, zusammen mit einem farbbildenden Reaktionsmittel, das als Indikator dient. Die Intensität der iarbentwioklung nacb einer festgelegten Reaktionszeit ist das Maß für den Glukosegehalt in der Blutprobe. Dies ist ein sehr aufwendiges Verfahren, und die Notwendigkeit zur Deproteiaisierung oder Dialyse und die zahlreichen chemischen Reaktionen führen zu einer großen Feblerwabrscheinlichiceit.

Gegenstand der Neuerung ist die Schaffung einer Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration einer Substanz in einem Lösungsmittel, das insbesondere zur Bestimmung der Konzentration von Glukose in Blut geeignet ist.

Die Lösung, die zu untersuchen ist, wird mit einem Reagenz behandelt, das mit der Substanz, die zu bestimmen ist, reagiert, derart, daB sich die Konzentration des in Lösung befindlichen Sauerstoffs in Abhängigkeit von der anfänglichen Konzentration der in Lösung befindlichen Substanz verändert, wobei die Änderung oder die Änderungsgeschwindigkeit der Sauerstoffkonzentration in der Vorrichtung gemessen wird. Die Lösung braucht anfänglich keinen Sauerstoff zu enthalten, und durch die Behandlung der Lösung kann sich in dieser Sauerstoff entwickeln, wobei die Inderungsgeschwiiadigkeit entweder die Geschwindigkeit der Säuerstoffentwicklung ist oder die Geschwindigkeit, mit der die Sauerstoffkonzentration im Laufe eines weiteren Teiles des Verfahrens verringert wird.

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Me Änderung oder die änderungsgeschwindigkeit der Säuerstoffkonzentration kann mit Hilfe einer Sauerstoffelektrode bestimmt werden. Vorzugsweise ist die Sauerstoffel^ktrode in einer Zelle angeordnet, die mit einen Elektrolyten gefüllt ist, der sich hinsichtlich der Lösung inert verhält, wobei die Lösung durch eine Kammer hindurchfließt, die von der Zelle durch sine gasdur eh lässige, aber flüssigkeitsundurchlässige Wand oder Membrane getrennt ist. Bei einer bevorzugten Äusgestaituagsförüs vird die Resgsü^flüs— sigkeit durch die Kammer hindurchgepumpt und die Lösung direkt in die Sammer hineingespritzt. Die Lösung kann in der Kammer in der Rahe der Auslaßöffnung des Reagenzes im Gegenstieom zur generellen Ströraangsrichtung der Reagenzflüssigkeit eingespritzt werden. Sie Zelle kann auch eine Silber/Silberchlorid- oder eine andere Besugsanode enthalten, und die Membrane besteht vorzugsweise aus Polyäthylen· Iq Betrieb wird eine Gleichspannung angelegt, die ausreicht, die Platinelektrode zu polarisieren, jedoch nicht ausreicht, den Elektrolyten zu zersetzen, so daB der Strom, der zwischen den Elektroden fließt, proportional der Geschwindigkeit der Sauerstoffdiffusion durch die Membrane ist.

Bei einer anderen Ausgestaltungsfora kann die Membrane weggelassen, sein, so daß sich die Sauer st off elektrode in direktem Kontakt mit der lösung befindet und eine polarograf iscbe Zelle bildet. In diesem lalle wird die Elektrode vorzugsweise vibriert oder rotiert, damit sie koatinuier-

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lieh wieder erneut mit des sie umgebend en Flüssigkeit i& Berührung gebracht wird*

Sie Feuerung "sird anhand der Zeichnung, die Ausfübrangsbeispiele zeigt, nun näher erläutert.

Ss stellen dar:

Fig. 1 in schematisches !Darstellung eine Vorrichtung zur Bestimmung der Änderung oder der Änäerungsgesöhwindigkeit des Säuerst offgehaltß einer Flüssigkeit, teilweise im Schnitt, und

Pig. 2 ein Schaltbild in. diagrasaisa tischer !Darstellung einer kotapletten Vorrichtung.

In Pig. 1 ist eine Eaisser 11 dargestellt, die in Iheroostaten 2, beispielsweise in eines Wasserbad, angeordnet ist, wobei die EaameT Bit einer Seagensflüssigkeit über die Einlaßleitung 3 versehen -wird, die über die jbeitung 4· wieder abfließt. Die Einlaßleitung fuhrt sum unteren Ende der Seitenwand 5 der Sasser, währead die AssIs©leitung ia die obere ¥and 5a führt. Zentriscfe sur Seitenwand 5 der !»easer ist eine toceisförsaige Öffnung 6 gebildet, die durch eine gasdurchlässige* aber flüssigkeitsunäurehlässige Membrane 7 verschlossen ist. Die letstere kann aus Polyäthylen sein. Eine elektrolytiscbe Seile 8 ist an der ¥and 5 der lasser 1 befestigt, und der lunenrauta der Seile steht sit der über die Mesbrane in Verbindung. Bas Süßere Ende der

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Zelle 8 ist durch einen Stopfen 9 aus einem Isoliermaterial verschlossen und trägt eine Sauerstoffelektrode 10 in der Eorm einer glasbeschiobteten Platinstang«, deren unteres Ende 11 freiliegt und sich in unmittelbarer Nähe des Mittelteila der Membrane 7 befindet. Der Stopfen 9 trägt auch eine Silber/Silberchlorid- oder sonstige Bezugsanode 12, und die Zelle 8 ist mit einem Elektrolyten gefüllt, der aus einer Pufferlösung besteht, die Chloridionen enthält, bei-

spi€lsw©ise eiser Phosphatlösung^ Darob das Rohr 4 ragt eine Injektionskanüle 13 nach unten hinein, und ihr unteres Ende 14 stellt eine Ifiise dar, die auf die Reagenzeinlaßöffnung weist.

Ein Permanentmagnet 15 an einer Welle 16 rotiert vor der Seitenwand 5b der Kammes 1 und setzt einen magnetischen Rührer 17 in Rotation, der in einem Kunststoffgehäuse 18 innerhalb der Kammer untergebracht ist. und durch den Magnet 15 gegen die Seitenwand gehalten wird.

Wie Fig. 2 zeigt, ist die Einlaßleitung 3 übel/eine perista!tische Pufferpumpe 19 mit einem Bebälter 20 verbunden, in dem sich die ReagenzflüBslgkeit 21 befindet. Die Auslaßleitung 4 ist in geeigneter Weise (nioht gezeigt) mit einer Abwasserleitung verbunden, und die Kanüle 13 ist über eine Rohrleitung geringer Bohrungsweite mit einer peristaltisohen Probenpumpe 22 versehen und weiter mit einer Probe 23 in einem Behälter 24, wobei die öffnung 25

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der Pr übernahmevorrichtung beweglich ist, was durch die gestrichelte linie 26 angedeutet ist. Sie kann so in den Hilfsbehälter 27 bewegt werden, der Reagenzflüssigkeit 21 enthalten kann.

Die Elektroden 10 und 12 werden in geeigneter Weise von einer Gleichstromquelle aus erregt, und der Ausgang entspricht Stromflußänderungen in den Elektroden, die über eine Leitung 29 einem Verstärker 30 einer Ausgangslei-.ung 31 zugeführt werden, die die Stromänderungen einer Aufzeichnungsvorrichtung 32 zuführen.

Zur Bestimmung der Konzentration von Glukose im Blut wird in den Probenbehälter 24 eine Blutmenge von etwa 0,1 bis 0,5 ml gegeben, die von einem Patienten entnommen worden ist, sowie die Reagenzflüssigkeit, eine 1 #ige lösung von Glukoseoxydase., beispielsweise von Fermeozyme in einer 0,2 η Azetatpufferlösung mit einem pH-Wert von etwa 5»6, wobei die Reagenzflüssigkeit bei der Temperatur des Thermostaten 2 mit Luft gesättigt ist.

Wenn Glukoseoxydase einem Blut zugesetzt wird, das Glukose enthält, spielt sich die folgende allgemeine Reaktion ab, in der F Glukoseoxydase bedeutet:

Glukose + P 5> Slukonsäure +

PH₂ stellt die reduzierte Form des Enzyms Glukoseoxydase dar und angenommen letzteres ist in einer Flüssigkeit, die der Atmosphäre ausgesetzt wird, so daß sich die Flüssigkeit mit luft sättigt, wird die reduzierte Form des Enzyms so-

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fort -wieder oxidiert gemäß der folgenden Gleichung: PH₂ + O₂ > P + H₂O₂

Mitbin wird die Menge freien Sauerstoffs in der Reagenzflüssigkeit durch ein Molekül pro Molekül reduzierten Enzyms reduziert, das wieder oxidiert wird, wobei das letztere von der Menge an Glukose abhängt, die^nfanglich in Glukonsäure überführt worden ist.

Im Betrieb der Verrichtung in Pig. 1 wird die Reagett-sflüssigksit kontinuierlich durch -die Essssr 1 ?cs der Einlaßleitung 3 zu Auslaßleitung 4 geleitet, wobei der magnetische Rührer 17, 15 arbeitet. Wenn die Kammer sorgfältig ausgewaschen ist und mit frischer Puffer/Enzymlösung durch die Pumpe 19 wieder gefüllt worden ist, werden die Elektroden 10 und 12 erregt, und freier Sauerstoff aus der Reagenzflüssigkeit diffundiert kontinuierlich durch die Membrane 7, um an der Sauerstoffelektrode 10 reduziert zu werden, so daß ein stetiger Stromfluß durch die Elektrode auftritt, wobei ein Anteil dieses Stromes durch den Verstärker 13 verstärkt und in der Aufzeichnungsvorrichtung 32 als fortlaufende Spur aufgezeichnet wird. Sine Blutprobe wird dann durch die Kanüle 13 in die Kammer 1 eingespritzt, und zwar derart, daß eine sehr sobnelle und vo¹lständige Dispersion der Probe eintritt. Unmittelbar nachdem die Blutprobe in der Kammer 1 dispergiert ist, diffundiert Sauerstoff durch die Membrane gemäß der obigen beiden Gleichungen. Die Geschwin-

digkeit der Reaktion ist abhängig von. der Konzentration voa Glukose und des Reagenzes ucö der temperatur. Da der Elektrodenstrom ein MaS für den Sauerstoffgehalt in der Lösung in der Kammer 1 ist und da der Sauerstoff gemäß Gleichung reduziert wird, wird der Fortgang der Reaktion in der Aufzeichnungsvorrichtung 32 aufgezeichnet. Die anfängliche Reaktionsgeschwindigkeit ist konstant, und die Neigung des geraden Teiles der Kurve ist ein Maß für die Konzentration von Glukose in der Blutprobe.

Claims

Schutzansprücbe

1. Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration einer in Lösung befindlichen Substanz, gekennzeichnet durch eine elektrolytische Zelle mit einer Sauerstoffelektrode (10), von der ein Teil in der Nähe einer gasdurchlässigen, aber flüssigkeitsundurchlässigen Membrane (7) liegt, die die Zelle (8) von einer Kammer (1) trennt, in der die lö'sungsprol>£ enthalten ist, sowie durch eine Vorrichtung, die auf Änderungen in dem Strom der Sauerstoffelektrode anspricht.

2. Torrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle (8) mit einem Elektrolyten gefüllt ist, der für die Lösung inert reagiert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffelektrode (10) aus einer glasummantelten Platinelektrode besteht und die Platinelektrode mit ihrem Ende unmittelbar vor der Membrane (7) endet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reagenzflüssigkeit durch die Kammer (1) gepumpt und die zu untersuchende Lösung direkt in die Kammer (1) gegeben ist.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, daeurch gekennzeichnet, daß die Lösang in der Nähe der Auslaßleitung (4) der Reagenzlösutig im Gegenstrom in die Kammer (1) einströmt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die elektrolytisehe Zelle eine Bezugsanode enthält, beispielsweise eine Silber/Silberchloridanode.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (7) aus Polyäthylen besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleichspannung an die Elektroden gelegt ist, die ausreicht» die Piatinelektrode zu polarisieren, so daß der Stromfluß zwischen den Elektroden proportional der Sauerstoffdiffusionsgeschwindigkeit durch die Membrane (7) ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffelektrode in direktem Kontakt mit der lösung ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode vibriert oder rotiert.