NL8105083A

NL8105083A - Inrichting voor het bewaken van de partiele druk van gassen.

Info

Publication number: NL8105083A
Application number: NL8105083A
Authority: NL
Original assignee: Searle & Co
Priority date: 1980-11-11
Filing date: 1981-11-10
Publication date: 1982-06-01
Also published as: DK497181A; ES8206978A1; NO813803L; CA1176486A; DE3144601A1; US4463593A; JPH021258B2; JPS57156537A; FI813537L; IT1172056B; ES506979A0; AU7734281A; BE891071A; IT8149672A0; DE3144601C2; SE8106647L; FR2493985B1; FR2493985A1

Description

. ... , : -7 * Λ , ' '. fc ' VO 2511 - - ‘ ' *

Titel: Inrichting voor het "bewaken van de partiele druk van gassen

De uitvinding heeft "betrekking op een inrichting voor het "bewaken van de partiële druk van gassen, in het "bijzonder in steriele vloeistoffen. Een "bijzondere toepassing van de uitvinding, ofschoon niet in de enige, is het "bewaken van de partiële druk of spanning van • 5 de gassen in het "bloed, bijvoorbeeld de bloedcirculatie van een hart-longmachine naar een patiënt gedurende een openhartoperatie. In het geval van bloed zijn de drukken waarom het gaat de zuurstofdruk (PO^) en de druk van de kooldioxyde (PCO^). In het geval van andere vloeistoffen kunnen de drukken waar het om gaat ook anders zijn. Het bewaken 10 " van de gasdrukken in bloed dient zodanig te geschieden dat de sterili teit van de circulerende bloedstroom niet nadelig beïnvloed wordt. Dit heeft een grote invloed op de vorm van de ëlectroden voor het extra _ * corporaal bewaken van de gasdruk in het bloed. Tot nog toe worden electroden welke voor dit doel zijn ontworpen rechtstreeks in contact 15 gebracht met het bloed doch hieraan zijn enkele nadelen verbonden.

De· electrodeuaoet steriel zijn en dit impliceert beperkingen bij het ontwerp van de electrode. Als gevolg van de noodzaak van de steriliteit en het calibreren van de electroden is het voorts van belang dat de electroden dezelfde output vddr en nd de sterilisatie bezitten.

20 Dit is echter moeilijk bereikbaar. Ten derde moeten de electroden na enkelvoudige gebruik weggeworpen kunnen worden, zelfs hoewel dit kostbaar is, gezien het nadeel aan de grote kosten van het opnièuw ste-- ' · riliseren. Wanneer op de vierde plaats een electrode in contact is ge weest met bloed dan mag deze electrode niet toegankelijk zijn zelfs 25 wanneer een actieve functie is waargenomen teneinde de steriliteitcvan de electrode te waarborgen. In het geval van een verkeerd functioneren gaat een nuttige informatie met betrekking tot de toestand van het bloed verloren.

Het doel van de uitvinding is het verschaffen van een inrichting 30 voor het bewaken van de partiële druk van een gas in een vloeistof die. . in een leidingjstroomt, welke inrichting bestaat uit een verbin-dingsorgaan^welk in die leiding kan worden gezet, welk^verbindings-orgaan een wand heeft,."dieeen permeabel membraan voor een gas bevat 8105083 i

Sv . · ·; . · - - . .·. ··. . .,... ·. i . · - · .··.·.

„ I -,- doch dat niet permeabel is voor de vloeistof , welk membraan een eerste vlak heeft dat in contact is met de vloeistof in het verbindingsorgaan en een tweede vlak gelegen, tegenover heiteerst ehvlak, alsmede een sensor welke zich bevindt nabij, het tweede vlak en reageert op gas dat 5 door het membraan uit de vloeistof passeert.

Wanneer hier sprake is van een sensor nabij het bedoelde tweede vlak, dan houdt dit tevens het geval in, dat een werkelijke aftasting f - plaatsvindt in een inrichting, bijvoorbeeld een massaspectrometer, of een gaschromatograaf, welke op enige afstand van dat vlak is gele-10 gen terwijl gas daar naartoe wordt gevoerd via een leiding waarvan een einde zich nabij dat tweede vlak bevindt. ··

De uitvinding wordt onder verwijzing naar de tekening nader besproken.. Daarin toont: .

fig. 1 een langs doorsnede van een uitvoeringsvorm van een in-15 richting volgens de uitvinding voor het meten van de partiele zuurstof druk (POg); en' - figv 2 is een dwarsdoorsnede vanr een gedeelte van een andere uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding.

De in fig. T weergegeven inrichting heeft een verbindingsorgaan 1 20 dat in hoofdzaak de vorm van een T heeft. Het dwarsgedeelte van de T vormt twee armen die elk' inwendig voorzien zijn van kragen zodat deze armen in delen van een leiding gevoegd kunnen worden waardoorheen de vloeistof loopt waarvan het gasgehalte· tijdens de stroom bewaakt moet worden. Het verbindingsorgaan is voorzien van een opening die is afgesloten 25 door een silicoon rubbermembraan 2 dat wordt gesteund \ioor een geperforeerde, roestvrij stalen of nikkelen kap 3.

De inrichting omvat voorts een electrochemische sensor U. Deze sensor k kan van een bekend type zijn zodat de vorm van de sensor slechts illustratief is. De sensor bevat een polypropyleen membraan 5 30 welk een zilveren anode 6 en een platina kathode 7 omgeeft, welke de. - vorm heeft van een draad met een diameter van 25 micrometer.

Het membraan 5 is gemonteerd op het einde van een buis 8 uit epoxyhars terwijl de sensor voorts een thermistor 9 omvat. De sensor is met een niet-weergegeven meetinstrument verbonden door middel van een 4-aderige 35 ommantelde kabel 10.

8 1 0 5 0 83 - ____________ - - -..... -.......

- _ ** A

. . : ‘ -- . - r ' - -. - . ; ., r ]

Het verbindingsorgaan 1 staat de gebruiker ter -beschikking als een. steriele, wegwerp eenheid, dan wel kan deze geschikt zijn om gesteriliseerd te worden. De sensor U behoeft niet steriel te zijn aangezien geen -van de delen in contact komt met de vloeistof welke in het verbin-j- dingsorgaan stroomt . Alvorens de sensor in het verbindingsorgaan wordt gezet wordt deze gecalibreerd ten opzichte van partiële zuurstofdruk ; . inèdé lucht hetgeen in het algemeen een betrouwbare standaard is (20,9$ zuurstof). Enkele druppels electroliet worden tussen het mem- * braan 2 en het membraan 5 gebracht waardoor'de kans-60¾4 het lekken van -IQ zuurstof uit de lucht naar de electrode van de sensor wordt beperkt.

Een afstandsorgaan 11 in het verbindingsorgaan dient om een vooraf bepaalde afstand tussen de twee membranen te handhaven. Tijdens gebruik wordt de top van de arm van het verbindingsorgaan waarin de sensor is opgenomen, af gedicht door een onder veerwerking staande plug 12, welke eventueel e'en geheel kan vormen met de sensor.

Om er zeker van te zijn dat de inrichting naar wens functioneert, moet de maximum hoeveelheid zuurstof" welke per tijdseenheid door het membraan 2 kan treden hoog zijn in vergelijking tot die door het mem-braani.55 Wanneer aan deze omstandigheid is voldaan zal voor wat betreft 20 de sensor k deze een POg meten als ware deze in direct contact met het bloed. Onder deze. omstandigheden meet de sensor de POg in een statische Vloeistof film tussen de twee membranen, en de druk van de zuurstof in deze film is in evenwicht met de zuurstof druk in het bloed.

Het is voorts noodzakelijk dat hetcverbruik van zuurstof uit de 25 vloeistoffilm door de sensor te verwaarlozen klein is,een effect dat eenvoudig kan worden bereikt wanneer gebruik wordt gemaakt van een kathode met afïiietingën als hierboven bedoeld en een membraan dat 12,5 tot 25 micrometer dik is.

Ofschoon de bovenbeschreven inrichting dient voor het meten van 30 de POg in het bloed, kan de inrichting volgens de uitvinding ook worden gebruikt voor het meten van de PCOg in het bloed. PCOg wordt normaliter gemeten onder toepassing van de potentiometrisehe techniek volgens

Jf II

Severinghaus. In wezen is dit een modificatie van de methode voor, het bepalen van de pH. Een op de pH-reagerende glaselectrode en een refe-35 rentie-electrode worden in een electroliet geplaatst en dan afgedekt

8 1 0 5 0 8 3 _ ; " T

,*'^;.,-·.ί.5· -. - . ·. · .- -. · · ,-- ' —··.· .··<..· · - - .. - . . · . ' . ,. - -.--'.· .. _ - - . .

··, K—----v. —-— --—·’·· . ··."· "T : ------——. - ' ··''- -· · ·:··' · · ;- . ·* - ' --···.· --:-- .-.----- -· . ' , , . ---- : -- ·. - j- :-.

.. .'.i;' - . ..: . ' - . ·-"' ; --- - ' . -.- . ' -- ..-. -. - - . .-- I : , . "V.‘: . " . " ’ ' ‘ " - ”''' ' ‘ ' " ··------------ ' -.··· --- " - ·- . · J, - - --:- · - — -— ' -- - · ,..-- - door een membraan dat doorlaatbaar is voor kooldioxyde. Kooldioxyde welke zich verspreidt over bet membraan als gevolg van met PCOg verschil brengt evenwicht in bet interne electróliet met de PCOg van het· ; medium. ïïydrageren van kooldioxyde in bet electróliet levert koolzuur • 5 en veroorzaakt een verandering in de activiteit van bet waterstofion zoals kan worden weergegeven door .:·;, ,..···' . cOg +.h2o * HgCo3 = h+ + hco” . .

: De pfi electrode heeiSt de wisseling in PCOg waar als een verande- . ring in. de pS. van bet electróliet waaruit een exponentiële spanning 10 . resulteert welke gerelateerd is aan de PCOg. Wanneer de PCOg 10-voudig ' toeneemt, dan is bet ongeveer equivalent aan: een afname van. êên pH-- . ' eenheid. Aangezien dit een potentiometrische techniek is wordt geen . * kooldioxyde verbruikt en er treedt, geen verdunningseffect op dat gekoppeld is aan POg electro den. Door toepassing van de Severinghaus-••'15 techniek in een inrichting volgens de .uitvinding kan hetzelfde sverbin-dingsorgaanr. worden gebruikt als hierboven, omschreven met betrekking :j ·' . .. tot de POg meting. · Het membraan 2 vormt dan een diffusiemembraah van ·· de COg sensor* Enkele druppels.niet-gebufferd electróliet worden ge-. bracht iop-het membraan 2 en de COgSensor wordt dan in de electróliet .

20 gecompleteerd, door het aanbrengen van een pH-electrode, welke van een •bekende constructie kan zijn. In geval van het hewakenavanedeCPCO^cor wordt slechts êên membraan gebruikt in plaats van 2 membranen bij het bewaken van de PQg.

De uitvoeringsvorm welke ten dele in fig;o2dis;:wëèrgegeven stemt 25 met die van het figuur overeen voor de meting van de POg. In vele opzichten stemt de 'uitvoeringsvorm, volgens fig, 2 overeen met die volgens fig. 1 en de delen in fig. 2 welke corresponderen met de delen in fig. 1 zijn in fig. 2 weergegeven door hetzelfde verwijzingscijfer als in. fig. 1doch vermeerderd met 100. De inrichting volgens fig. 2 bevat 30 een verbindingsorgaan 101 met een doorgang van 20; welke kan worden opgenomen in een leiding waardoorheen een vloeistof stroomt waarvan het gas. bewaakt moet worden. Het verhindingsorgaan is voorzien van een opening welke is afgesloten door een silicoon rubbermembraan 102 dat wordt gesteund op een geperforeerde nikkelen schijf '103. Silicoonrubber 35 is in oplossing gegoten op den nikkelen schijf . Verschillende soorten 8 1 0 5 0 83 -1·—“ ~ " - ' __ · ίζ * · ' , :. ..... . ·. .: - v- . :: .. , . ,""l· silicoonrubber kunnen worden toégepast bijvoorbeeld als op de markt gebracht door Dow Corning Corporation als Q7-2213 (een dimethylsiloxaan-elastomeer dat gedispergeerd is in 1,1,1-trichloorethaan) en (^7-22¾ 5 (een 3-eomponenien .systeem. bestaande uit een dimethylsiloxaan polymeer 5 en een versterkend silicaat, een polysiloxaanhardingsmiddel en een toevoegsel om te voorkomen dat bij omgevingstemperatuur de eerste twee componenten gaan verharden4). . ί ; »* - De inrichting omvat voorts een elektrochemische sensor 10¾. Deze ' sensor heeft een hol lichaam 121, dat vanaf het onderèinde voorzien 10 is van een schroefdraad T22, zoals nog nader zal worden toegelicht.

Binnen het sensorlichaam 121 is een holle steell123 gemonteerd welke . bijvoorbeeld bestaat uit epoxyhars. Het ondereinde van deze steel draagt het sensorelement 12¾. Het element 12¾ heeft een zilveranode 106 en een platina kathode (niet weergegeven) welke door een de kathode 15 bevattend boring TOT heenloopt. De anode is voorts voorzien van een boring 125 voor het opnemen van een thermistor welke de temperatuur waarneemt waarbij het sensorelement 12¾ werkt.

Het ondereinde van het sensorelement is afgesloten door een sensormembraan 105* De omtreksrand van het membraan 105 wordt vast-20 gehouden tussen de delen 126 en 127 van een tweedelig membraan houder-lichaam. Het boveneinde van het gedeelte 127 heeft een schroefdraad welke kan samenwerken met de schroefdraad 122 welke zich bevindt op het sensorlichaam 121- De twee delen van het membraanhouderlichaam worden samengehouden door een afdichting welke zich bevindt in de ring-25 vormige uitsparing 128 welke in de tweede ring is gevormd. Volledigheidshalve wordt opgemerkt dat de component gevormd door het membraan -102 en de schijf-' 103 op zijn plaats wordt gehouden door een ring 129 met een uitwendige schroefdraad welke kan samenwerken met een midden-schroefdraad op het naburige gedeelte van het verbindingsorgaan 101.

30 De ring 129 wordt op zijn plaats in het verbindingsorgaan 121 gehouden door een afdichting welke in de opening 130 is gezet. Opgemerkt zij dat het verbindingsorgaan 1 of 101 betrekkelijk goedkoop is en weggeworpen kan worden terwijl de sensor ¾ of 10¾ betrekkelijk duur is maar opnieuw kan worden gebruikt aangezien deze van het verbindings-35 orgaan kan worden afgenomen.

8 1 0 5 0 83 : " v. **·," .-'-λ -**- ' .---: - <'. ;.ν: ; · ^- ,- '- ν ; .

- ·' *- “ “ --·-ν ,J- ί - : ' ' Γ7·; -* ' -_ι~ -· , - \- -- ά-Τ’ -ν-· \ W -'-w . .... · 'V..-·..·-:. *- *'*|" * - - • ·. .* ... . !· ' ·.' ' : ·' ·. ·. " · '· . ' -l· · : ·; . : · ’ - ,;· '···· ' · ·: ·' ·, ·. - · ; ' .. ' : : . ;

Bij de uitvoeringsvorm als hierboven ontschreven wordt gebruik gemaakt van een- electrochemische sensor. Volgens een modificatie van de inrichting volgens de uitvinding kan de electro chemische sensor ;: · worden vervangen door een zuiver chemische sensor, bijvoorbeeld een 5 laag kristallen waarvan de kleur verandert als functie van de partiële druk van een betreffend gas. Geschikte chemische samenstellingen voor ; · ·; - ' ’ ; ' f : dit doel kunnen worden gebruikt bijvoorbeeld als omschreven in de PCT' „ 'S'·". - - 'aanvrage WO 79/00696. · ':'i · • . ' . > ‘ j' • . . . . ' · . /···· / . ' . . . ; j · i. " * , " · • ' ’ ' i ; ·· '·. ···-_ ·'' ... · . ’ ... ‘f - 8 1 0 5 0 83 ----------------------~-

Claims

1. Inrichting voor het bewaken van de-partiële druk van een gas in ~ - ·'eeivloeistof welke door een leiding loopt, welke inrichting bestaat e ·. * · · · j uit een verbindingsorgaan dat in die leiding kan worden opgenomen, welk verbindingsorgaan een wand heeft welke een membraan bevat dat 5 - permeabel voor dat gas is doch impermeatel voor de vloeistof, welk membraan een-eerste vlak dat in contact is met die vloeistof in het • . · - verbindingsorgaan en een tweede vlak dat tegenover het eerste vlak is gelegen, alsmede een sensor nabij het tweede vlak en reageert op gas - dat door het membraan uit de vloeistof 'passeert, heeft. ‘ · -w · · i : 10 2*. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de sensor ’ een electroehemische sensor is*

3. Inrichting volgens conclusie 2, met. het .kenmerk, dat de sensor ·- een voor gas permeabel membraan heeft dat zich bevindt nabij het y .. . . membraan van. het verbindingsorgaan. · --:-15 ' Ö. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk,· dat een laag . · electroliet zich bevindt tussen en in contact is met de twee membranen. . 5* Inrichting volgens conclusie met het kenmerk,, dat een afstands- qrgaan aanwezig is om een voorafbepaalde afstand tussen de twee membranen te handhaven.

6. Inrichting volgens conclusies 3-5, niet het kenmerk, dat de sensor een POg sensor is.

7· Inrichting volgens.conclusie 2, met het kenmerk, dat de sensor een PCQg sensor is.

8. Inrichting volgens conclusie l,.met het kenmerk, dat de sensor 25 _ gasaftastesdés middelen omvat welke zich op enige afstand van het.· tweede vlak bevinden alsmede een leiding met een eerste uiteinde dat zich bevindt nabij het tweede vlak en het tweede einde dat in verbinding staat met de gasaftastende middelen. 9« Inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de gas-30 aftastende wrifl floten bestaan uit een spectrometer of een gaschromato- gradf. ............8 1 0 5 0 83 : ~ ' .10. Inrichting volgens conclusie 1, met het'kenmerk, dat de sensor een chemische sensor is. .. '

11. Inrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de sensor 'kristallen bevat waarvan de kleur verandert op een wijze welke een 5 functie is van de partiële druk van het betreffende gas. • 12·. · Inrichting volgens conclusies 1-11, met het kenmerk, dat het ' . verbindingsorgaan een T-stuk is met een dwars stuk dat twee armen heeft en\een derde arm welke zich vanaf dat dwarsstuk uitstrekt, welk dwars- · stuk in de leiding kan worden opgenomen waardoorheen de vloeistof 10 stroomt terwijl een membraan van het verbindingsorgaan de vloeistof- • ·: stroom, door de derde arm blokkeert.' . f: !· ' * 13- Inrichting volgens conclusies T-12, met- het- kenmerk, dat de V!- ~ sensor voorzien is van een thermistor voor het bepalen van de tempera-' . tuur· waarbij'de sensor-wérkt. : .15 V 1U. ‘ Inrichting; volgens conclusies 3-6, met het kenmerk, dat een van . • ·. · gas permeabel membraan, van de sensor bestaat uit silicoonrubber dat wordt . . .·., . gesteund, door· een geperforeerde metalen schijf-. ' f • 15* Inrichting volgens conclusie lfc* met het kenmerk» dat de sili’coon— ·; - rubber in oplossing gegoten is'op de metalen schijf. ,r '20. 16. Inrichting voor-het bewaken van de partiële, druk van een gas in. een. vloeistof welke door een leiding stroomt als beschreven met betrekking tot de figuren 1 of 2 van. de tekeningen. 1 €.. Inrichting volgens conclusies 1-1 met het kenmerk, dat de sensor losneembaar1 van het verbindingsorgaan is .aangebracht . >-* — x .....8 1 0 5 0 83..........—— -----------;----'