DE2837009A1

DE2837009A1 - Geraet zur analyse von in fluessigkeiten absorbierten gasen

Info

Publication number: DE2837009A1
Application number: DE19782837009
Authority: DE
Inventors: Brian Goodwin
Original assignee: Medishield Corp Ltd
Current assignee: Edwards High Vacuum International Ltd
Priority date: 1977-08-25
Filing date: 1978-08-24
Publication date: 1979-03-08
Also published as: US4244713A; JPS5470893A

Description

y AT B K X AIT W AIj T

-WTOiSISB- STBASSB 1*

8900 AUGSBUBG

TBtBFOlT 610*75 TEtEX 83380* f&

¥.958

Augsburg, den 21. August 1978

The Medishield Corporation Limited, Hammersmith House, London ¥6 9DXj England

Gerät zur Analyse von in Flüssigkeiten absorbierten Gasen

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Analyse von in Flüssigkeiten absorbierten Gasen.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine gasdurchlässige Sonde zur Analyse von in Flüssigkeiten, speziell im Blut, absorbierten Gasen durch Massenspektroskopie.

909810/0852

Die gegenwärtig für diesen Zweck verwendeten, bekannten Analysengeräte weisen eine gasdurchlässige Membran aus einem Polymerwerkstoff auf. Diese gasdurchlässige Membran ist am einen Ende eines flexiblen Kapillarrohres angeordnet, das mit seinem anderen Ende unmittelbar mit der Analysenkammer eines Massenspektrometer verbunden ist. Durch die gasdurchlässige Membran hindurchdiffundierende Gase gelangen in das evakuierte Innere des Kapillarrohres und folglich in das Massenspektrometer, wo sie analysiert werden.

Die bekannten Analysengeräte weisen jedoch eine Reihe von Nachteilen auf.

Erstens ist die Gasdurchlässigkeit von Polymeren für die verschiedenen Gase stark unterschiedlich, weshalb bei Verwendung einer Polymermembran gewisse Betriebsmöglichkeiten der aus dem Massenspektrometer und der Sonde gebildeten Anordnung ausgeschlossen sind, mit denen sich an sich eine größere Genauigkeit und Stabilität erzielen lassen.

Zweitens ist bei Polymeren die Diffusionsaktivierungs- ·' energie verhältnismäßig groß, so daß innerhalb eines Temperaturbereiches von nur einigen wenigen Grad beträchtliche Durchlässigkeitsänderungen auftreten können. Eine die Temperatur-

009810/0852 *

ORIGINAL INSPECTED

änderungen berücksichtende Korrektur ist schwierig, da die Aktivierungsenergie für jede Komponente eines diffundierenden Gasgemisches unterschiedlich ist.

Drittens sind die bekannten Geräte infolge von Oberflächenbenetzung. Ablagerung von Substanzen, wie beispielsweise Protein und anderen Verunreinigungen, und infolge mechanischer Verformung des Polymers aufgrund von Wasserdampfabsorption Durchlassigkeitsschwankungen der Polymermembran ausgesetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die eben genannten Nachteile bekannter Geräte ganz oder mindestens im wesentlichen beseitigt werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Anordnung gelöst.

Der Gasdurchtritt aus der Flüssigkeit in das flexible Kunststoffrohr, beispielsweise wenn dieses evakuiert ist, wird durch die Durchlässigkeit des porösen Materialstopfens bestimmt. Das bedeutet, daß die Durchlässigkeit des porösen Materialstop fens kleiner, vorzugsweise sogar beträchtlich kleiner, als die Durchlässigkeit der Schutzschicht ist.

I0M10/QII2

■' et ar m:.:m m^mm

Das erfindungsgemäße Gerät eignet sich insbesondere zur Analyse von im Blut absorbierten Gasen, beispielsweise bei Messungen des Gasdruckes in arteriellem und venösem Blut, durch Massenspektroskopie, kann aber auch zur Analyse von absorbierten Gasen in beliebigen anderen Flüssigkeiten Anwendung finden. Bei Anwendung der Massenspektroskopie wird das Kapillarrohr evakuiert und der Gaseintritt in das evakuierte Kapillarrohr wird durch den porösen Materialstopfen bestimmt.

Als flexibles Kunststoffrohr eignet sich ein undurchlässiges Kapillarrohr, beispielsweise aus Polyester, Polyvinyliden, Mylar oder Nylon. Wenn das flexible Kunststoffrohr aus einem hydrophilen Material, wie beispielsweise Nylon, besteht, kann seine Außen- oder Innenwandung mit einem Überzug, beispielsweise aus Dacron, überzogen sein, um ein Eindringen von Wasserdampf durch die Kapillarrohrwand hindurch zu verhindern. Der poröse Materialstopfen besitzt eine geringe

—8 Gasdurchlässigkeit, beispielsweise im Bereich von 10 bis

—10 10 l/s und besteht beispielsweise aus Sinterwerkstoffen wie z.B. gesinterten Edelmetallen, Siliciumcarbid, Glas, Keramik oder porösem Kunststoff. Wenn über dem porösen Materialstopfen ein Druckgefälle steht, ist die Durchlässigkeit dieses porösen Materialstopfens für die Komponenten

—1/2

eines absorbierten Gasgemisches proportional zu M , wobei

909810/0852

"~ 7 —

M die Masse der diffundierenden Moleküle ist. Die Komponenten des durch den porösen Materialstopfen hindurchdiffundierten Gasgemisches sind daher für die in der untersuchten Flüssigkeit gelösten Gase representativ. Wenn das Gerät zur Analyse von im Blut absorbierten Gasen Anwendung findet, beträgt die Durchlässigkeit des porösen Materialstopfens vorzugsweise 10 bis 10 ^1U l/s.

Die das Ende des flexiblen Kunststoffrohres überdeckende Schutzschicht aus Polymermaterial sollte eine Durchlässigkeit aufweisen, die wesentlich größer als diejenige des Materialstopfens ist. Beispielsweise kann die Durchlässigkeit der Schutzschicht etwa das 10- bis 100-fache derjenigen des porösen Materialstopfens betragen. Ein geeignetes Material für die Schutzschicht ist hydrophobes Polypropylen.

Um die Bildung von Hohlräumen zwischen dem porösen Materialstopfen und dem flexiblen Kunststoffrohr zu vermeiden, kann zwischen diesen beiden Teilen eine Zwischenschicht aus Glas oder Epoxidharz vorgesehen sein. Eine Zwischenschicht aus Glas kann durch Aufschmelzen von Glas auf einen keramischen oder gesinterten Materialstopfen hergestellt werden, wonach der glasüberzogene Stopfen in das Ende des flexiblen Kunststoffrohres eingesetzt und das Kunststoffrohr auf den glas-

909810/0852

überzogenen Stopfen aufgeschweißt wird.

Die Schutzschicht kann im Tauchverfahren oder durch Anbringen einer vorgefertigten B'olie auf das linde des flexiblen Kunststoffrohres aufgebracht werden. Die Schutzschicht dient dazu, das Eindiffundieren von P¹IUssigkeitsmolekülen zu verhindern, welche die Gasdurchlässigkeit des porösen rlaterialstopfens beeinträchtigen können, und außerdem zur Verhinderung des Wasserdaiupfdurchtritts aus der .flüssigkeit in den Gasraum innerhalb des flexiblen Kunststoffrohres₀

Für Untersuchungen am lebenden Körper sollte die Schutzschicht hydrophob sein.

Das flexible Kunststoffrohr weist typischerweise einen Durchmesser von 1,5 mr.i und eine Wandstärke von 0,25 nun auf. Demzufolge hat der poröse waterialstopfen einen Durchmesser von etwa 1,0 mm. Jedoch kann der Innendurchmesser des flexiblen Kunststoffrohres auch kleiner bis zu etwa 0,5 mm sein und die jeweilige Größe des Kunststoffrohres hängt von dem jeweiligen besonderen Anwendungszweck ab.

Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der polymeren Schutzschicht und dem porösen

909S10/0SS2

— η —

waterialstopfen ein Füllmaterial angeordnet, Dieses rnaterial sollte eine v/es ent lieh ^r ö ,-„are basdurchl^Gui_okeit als der poröse Materials top fen haben. Due Füllmaterial al ent dazu, die Formung der Gerätespitze bei aer Herstellung zu erleichtern und kann aus lameliiertem Polytetrafluorüthj-len „eöt

Der nutzbare Durclilassiglceitsbereich des erfinuun₀ogemiiXen Geräts ist durch die Cias transportes chivindigüeit innerhalb der betreffenden Flüssigkeit zur Gerätespitze und die iiinpfindlichkeit des /»asoenspektroi.ieters begrenzt. lot die üasdurchlässigkeit durch den porösen materialstop fen so groio, daß das aus deu porösen i-Iate rials top fen herausdiffundierende Gas nicht durch weiteres eindiffundierendes Gas aus der Flüssigkeit ersetzt werden kann, so bildet sich beira Fehlen eines Transportmechanisr.ius, beispielsweise einer Flüssigkeitsströmung, ein gasar:ner Flüssigkeitsbereich um die Gerätespitze herum aus.

Eine Gasdurchlüssigkeit des porösen katerialstopfens,

— 8^—1 die eine Gasströmung von 10 cm s ergibt, eignet sich für Messungen von gelöstem Gas in V/asser mit einer minimalen Strömungsgeschwindigkeit von 5 cm/s.

Zxvei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen mehr

909810/0852

- 10 in.·, einzelnen beschrieben, Ls zei^t:

PiIJ. 1 einen Schnitt durch ein erstes Aus-

führun^sbeispiel eines erfindungsge näßen G e rä t s , un d

Fig. 2 einen ähnlichen Schnitt durch ein

zweites Husfiihrungsbeispiel des Geräts.

Fig. 1 zeigt ein flexibles Kunststoffkapillarrohr l_s in dessen eines Ende ein poröser Materials topfen 2 eingesetzt ist. Zwischen dein Stopfen 2 und dem Rohr 1 befindet sich eine Zwischenschicht 3 aus Glas. Die gewölbte, nach außen weisende Stirnfläche des Stopfens 2 und das Ende des Rohres 1 sind von einer Schutzschicht 4 aus einem Polymermaterial überzogen. Die Art der Anwendung des Geräts zur Analyse von in Flüssigkeiten absorbierten Gasen, die relativen Gasdurchlässigkeiten des Stopfens 2 und der Schutzschicht 4, und die Vif aiii der Werkstoffe des Rohres 1, des Stopfens 2 und der Schutzschicht 4 entsprechen den obigen Ausführungen.

Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform, die dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 mit der Ausnahme ähnlich ist, daß in Fig. 2 der poröse Materialstop fen 2 noch inner-

909810/0852

halb des Endes des Rohres 1 endigt und zwischen dem Stopfen 2 und der Schutzschicht 4 ein Füllmaterial 5 angeordnet ist, dessen Gasdurchlässigkeit beträchtlich größer als diejenige des Stopfens 2 ist.

909810/0852

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Gerät zur Analyse von in Flüssigkeiten absorbierten Gasen, gekennzeichnet durch ein flexibles Kunststoffrohr (I)," das an einem Ende durch einen porösen Materialstopfen (2), dessen Durchlässigkeit im Betrieb den Gaseintritt in dieses Rohrende bestimmt, verschlossen und mit einer Schutzschicht (4) aus einem Polymermaterial überzogen ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdurchlässigkeit des porösen Materialstopfens (2) beträchtlich kleiner als diejenige des Polymermaterials der Schutzschicht ist.

.3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdurchlässigkeit des Polymermaterials der Schutzschicht (4) im Bereich vom 10- bis 100-fachen von derjenigen des porösen Materialstopfens (2) ist.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdurchlässigkeit des porösen Materialstopfens (2) im Bereich von 10"⁸ bis lo"¹⁰ l/s liegt. .

909810/0852

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine zwischen dem porösen Materialstopfen (2) und dem flexiblen Kunststoffrohr (1) angeordnete Zwischenschicht (3) aus Glas oder Epoxidharz.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5* gekennzeichnet durch zwischen dem porösen Materialstopfen (2) und der Schutzschicht (4) angeordnetes Füllmaterial (5), dessen Gasdurchlässigkeit größer als diejenige des porösen Materialstopfens ist.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Materialstopfen (2) aus einem Material der Gruppe gesinterte Edelmetalle, Siliciumcarbid, Glas, Keramik und porösem Kunststoff besteht.

909810/0852