DE2144017A1 - Verfahren zur Herstellung von flüssigen Eichlösungen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von flüssigen Eichlösungen

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DE2144017A1
DE2144017A1 DE19712144017 DE2144017A DE2144017A1 DE 2144017 A1 DE2144017 A1 DE 2144017A1 DE 19712144017 DE19712144017 DE 19712144017 DE 2144017 A DE2144017 A DE 2144017A DE 2144017 A1 DE2144017 A1 DE 2144017A1
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Description

PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHER EGGERT, DIPLOMCHEMIKER
5 KÖLN-LINDENTHAL PETER-KINTGEN-STRASSE 2 9 1 / / Π 1
Köln, den 31. August 1971 So/Cl/193
General Electric Company, l^ff Madison Avenue, New York, N.Y. IOOI6 / USA
Verfahren zur Herstellung von flüssigen Eiehlösungen
Die Erfindung betrifft die Herstellung von Flüssigkeiten zur Eichung von Prüfgeräten, und sie befaßt sich insbesondere mit der Herstellung von Pufferlösungen mit vorherbestimmten Gehalten an gelöstem Gas zur Eichung von pH-Meßgeräten, Gasanalysatoren usw.
Es sind zahlreiche Geräte entwickelt worden, die direkt die Wasserstoffionenkonzentration (pH), den Partialdruck von Kohlendioxyd (Pnn ) und den Partialdruck von Sauerstoff
(Pn ) in vitro von Macro- und Mikroblutproben, Atmungsgasen
υ2
und anderen physiologischen Flüssigkeiten messen. Derartige Messungen geben den Ärzten wertvolle Informationen für die Diagnose und Behandlung von Herz-Lungenkrankheiten und helfen z.B. in der Chirurgie, bei Lungenfunktionsuntersuchungen, bei Einführung von Herzkathetern und Anästhesieuntersuchungen.
Die meisten handelsüblichen Instrumente bestimmen den pH, Pp1n und Pn aufgrund verschiedener elektrochemischer Tast-
2 2
mechanismen. Es ist z.B. üblich, den pH und P^,, mit einem
Glaselektrodengerät und Pn mit einer amperemetrisch arbeitenden Elektrode zu bestimmen, wobei z.B. die Kathode aus Platin und die Anode aus Silber-SilberChlorid besteht. Um mit derartigen Systemen wirtschaftlich und reproduzierbar arbeiten zu können, sind zahlreiche Eichungen erforderlich.
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In den meisten Fällen werden zur Eichung verschiedene Mischungen flüssiger Pufferlösungen und einzeln komprimierte Eichgase, die in sehr schweren, unhandlichen und potentiell gefährlichen Gasbehältern aufbewahrt werden, verwendet. Die Handhabung derartiger Behälter ist sehr unbequem, da gewöhnlich die Instrumente zusammen mit den Behältern auf einen Karren montiert werden müssen. Dies schränkt den Gebrauch des eigentlichen Analysators stark ein und macht ihn für den Einsatz außerhalb des Labors, wie z.B. auf Station oder im Operationssaal des Krankenhauses, zu unbeweglich.
Die oben aufgeführten Nachteile können erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise durch ein Mittel zur Eichung der Analysatoren vermieden werden, das Gasflaschen für die analysierten Gase überflüssig macht. Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist die Herstellung flüssiger Eichlösungen, die zur Eichung von Analysengeräten, insbesondere von Blut-Gas -Elektroden und den dazugehörigen und damit verbundenen Blut-Gas-Meßgeräten dienen und genau vorherbestimmte pH-Werte, sowie P«„ - und P„ -Konzentrationen besitzen.
2 2
Die Erfindung betrifft außerdem flüssige Eichlösungen, die nach entsprechend geeigneter Verpackung anstelle der zur Zeit noch verwendeten schweren und gefährlichen Gasbehälter und der getrennt davon gelagerten Pufferlösungen eingesetzt werden können.
Die Leistungsfähigkeit von Blut-Gasanalysatoren wird erfindungsgemäß durch die Unabhängigkeit des Systems verbessert. Außerdem sind die Geräte tragbar, leicht bedienbar, schnell und einfach zu eichen und benötigen keine Sicherheitsvorrichtung.
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Die oben erwähnten Vorteile konnten nur erzielt werden, weil überraschenderweise gefunden wurde, daß wässrige Bicarbonatlösungen ein vorherbestimmbares pH-Verhalten aufweisen, wenn sie sich mit einer bestimmten Kohlendioxydkonzentration im Gleichgewicht befinden. Durch die Auswahl einer bestimmten Bicarbonatkonzentration und geeigneter Eichgase können flüssige Eichlösungen hergestellt werden, die einen definierten pH-Wert und Kohlendioxydpartialdruck sowie, falls erwünscht, definierten Partialdruck des Sauerstoffs oder anderer Gase besitzen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Eichlösung mit vorherbestimmtem pH-Wert und, aufgrund gelöster Gase, vorherbestimmtem Partialdruck über der Flüssigkeit, besteht aus folgenden Verfahrensschritten:
a) Vorlage eines wässrigen Mediums,
b) Zugabe eines wasserlöslichen Bicarbonatsalzes zur Herstellung einer Pufferlösung,
c) Insgleichgexiichtbringen der Pufferlösung mit einem Kohlendioxyd enthaltenden Gas zur Herstellung der Eichlösung und
d) Aufbewahrung der Eichlösung in einem geschlossenen System, das die Gas- oder Dampfdiffusion vor dem Gebrauch verhindert.
Es wurde experimentell festgestellt, daß der pH-Wert der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Eichlösung von der Menge des in Stufe (b) zugegebenen Bicarbonats, dem Kohlendioxydgehalt des in Stufe (c) verwendeten Gases, vom Barometerdruck der Umgebung und von dem der Temperatur während der Messung entsprechenden Wasserdampfdruck über der Eichflüssigkeit abhängt. Die experimentell gefundenen Werte genügen annähernd der folgenden
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Gleichung:
pH = pK + log HC03
0.0005 x (Pb - Pw) x % CO2
worin pK der Logarithmus der reziproken Dissoziationskonstanten von Kohlensäure, HCO-," die Bicarbonatkonzentration in Milliäquivalent pro Liter (mäq/l), P^ der Barometerdruck der Umgebung und P der Gleichgewichtsdampfdruck des Wassers bei der Temperatur während der Messung bedeuten. pK ist bekannt und lediglich von der Temperatur abhängig: Bei 25° C ist PK1 ZvB, 6,57 und bei 37° C beträgt PK1 6,10.
Es konnte außerdem experimentell festgestellt werden, daß der Partialdruck der einzelnen Gase über der Flüssigkeit vom Gehalt des Jeweiligen Gases im Kohlendioxyd enthaltenden Gas, das in Stufe (c) verwendet wird, des weiteren vom Barometerdruck der Umgebung und vom Wasserdampfdruck über der Eichflüssigkeit bei der Temperatur während der Messung abhängt. Die experimentell bestimmten Werte genügen annähernd der folgenden Gleichung:
Pg = (pb - Pwv> x
100 worin P der Partialdruck des Gases g, gemessen in Gew.-%
bezogen auf das Gleichgewichtsgas und P, und P wie oben definiert bedeuten.
Unter dem in der vorliegenden Erfindung verwendeten Begriff "wässriges Medium" wird Wasser verstanden, das gegebenenfalls gelöste Salze, wie z.B. normales Kochsalz, NaCl, in Mengen enthält, die erforderlich sind, um osmotische Drücke, die gewöhnlich denen der zu analysierenden
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Flüssigkeiten entsprechen, zu erzielen. Wenn z.B. Blut analysiert werden soll, werden vorwiegend Salzlösungen eingesetzt, und zwar normale isotonische Salzlösungen, die ungefähr den gleichen osmotischen Druck wie Blutserum besitzen. Derartige Lösungen haben gewöhnlich 0,85 Gew.-% Kochsalz im Wasser. Eine andere geeignete Flüssigkeit ist die als "Saline-Solution" bekannte Lösung. Sie enthält 0,6 % Natriumchlorid und wird als physiologische Salzlösung bei der Behandlung mit Körperflüssigkeiten anstelle von Blut verwendet. Selbstverständlich können außer Natriumchlorid auch andere Salze zur Herstellung einer wässrigen Salzlösung dienen, wie z.B. Kaliumchlorid, Ammoniumchlorid, Lithiumbromid usw. Dabei sind die letzteren vergleichsweise im allgemeinen nicht so gut geeignet und wirtschaftlich einsetzbar.
Zur Herstellung der Pufferlösung nach Stufe (b) kann jedes beliebige wasserlösliche Bicarbonatsalz verwendet werden, wobei die Auswahl in erster Linie eine Frage der Wirtschaftlichkeit ist. So können z.B. Alkali- und Erdalkal!bicarbonate und Salze, bei denen das Kation von eitlem Ammoniakoder Aminkomplex abgespalten wird, verwendet werden sofern sie wasserlöslich sind und sich als Puffersalze eignen. Als Puffersalz bezeichnet man im allgemeinen Substanzen, die nach Zugabe zu einer wässrigen Lösung dafür sorgen, daß der pH-VJert trotz Absorption von Kohlendioxyd oder Zugabe von Säuren oder Basen unverändert bleibt. Zum Beispiel eignen sich für die vorliegende Erfindung als Bicarbonatsalze Lithiumbicarbonat, Natriumbicarbonat, Kaliumbicarbonat, Magnesiumbicarbonat, Ammoniumbicarbonat, Dimethylammoniumbicarbonat usw. Die Verwendung von Natriumbicarbonat ist am wirtschaftlichsten und wird daher bevorzugt.
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Das in Stufe (c) zur Herstellung des Gleichgewichts in der Pufferlösung verwendete Kohlendioxyd enthaltende Gas kann sowohl reines Kohlendioxyd als auch ein Gemisch von Kohlendioxyd mit einem oder mehreren inerten Gasen sein. Unter dem Begriff "Inertgas" wird hier ein Gas verstanden, das nicht derart mit der Pufferlösung reagiert, daß sich der pH-Wert ändert und somit die Vorherbestimmung des End-pH-Wertes unmöglich wird. Der Begriff "inertgas" schließt außerdem jene Gase aus, die mit irgendeinem Bestandteil der EichflUssigkeit reagieren. Geeignete Inertgase sind z.B. Stickstoff, Sauerstoff und andere in der Luft befindliche Gase, einschließlich der Edelgase, wie Neon, Argon, Krypton, Xenon, Helium usw. Besonders bevorzugt werden als Gleichgewichtsgase für Blut-Gasanalysatoren Gemische von Kohlendioxyd und Stickstoff oder Kohlendioxyd, Sauerstoff und Stickstoff. Zum Beispiel eignen sich Gase folgender Zusammensetzung: (i) 5 % CO2 Rest Np, (ii) 10 % CO2 Rest N2, (iii) 5 % CO2 Rest Og, wobei alle Werte als Gew.-% verstanden werden. Derartige Gasmischungen sind im Handel erhältlich. Der Begriff "insgleichgewichtbringen" in Stufe (c) wird hier in seiner chemischphysikalischen Bedeutung gebraucht, das bedeutet, daß das Gas mit der Pufferlösung solange in Kontakt gebracht wird, bis das Gleichgewicht zwischen dem in der flüssigen Phase gelösten Gas und dem ungelösten Gas erreicht ist.
Nach Herstellung der erfindungsgemäßen Eichlösung sollte die Flüssigkeit vor der Benutzung in einem geschlossenen System, das die Dii'fusion von Gas oder Wasserdampf verhindert, aufbewahrt werden. Wenn dies nicht geschieht, kann der Partialdruck absinken, was zur Folge hat, daß sich der pH-Wert ändert und somit nicht konstant bleibt. Diese Verfahrensstufe, nämlich die Aufbewahrung der Eichlösung, ist daher sehr wichtig, um die Reproduzierbarkeit,
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Zuverlässigkeit, Genauigkeit und Lagerfähigkeit zu erhöhen. Geeignete Verpackungen, die Gas- oder Dampfdiffusion verhindern und die Entnahme der Lösung ohne Bildung einer Flüssigkeit-Gasphase ermöglichen, sind von selbst zusammenschrumpfende Behälter oder Flaschen. Verpackungssysteme dieser Art sind:
(1) Ein Plastikbehälter, ähnlich einem Fenwal-Blutbehälter, aus dünnen Plastikfolien,wie z.B, Polyvinylchlorid (SARAN), mit geringer Gasdurchlässigkeit. Der Behälter kann außerdem mit einer 0,025 mm starken Aluminiumfolie und einer außen schützenden Kunststoffschicht lamelliert sein. Mit luftdicht versiegelten Kanten ist diese Verpackung hart, stabil, von selbst zusammenschrumpfend und besitzt eine lange Lagerfähigkeit,
(2) ein Plastikbehälter, der weniger kompliziert aufgebaut ist, wird in ein Metallgefäß eingeschlossen, in dem sich ein Gas befindet, das der Zusammensetzung und Konzentration nach mit dem Gas im Behälter identisch ist. Das Gleichgewicht bleibt erhalten, weil das Metallgefäß keine externe Diffusion zuläßt. Das Gefäß wird erst kurz vor Gebrauch geöffnet,
(3) Gefäß mit aufblasbarem Einsatz. Das Gefäß wird verschlossen und es kann weder eine Flüssigkeit-Gasphase entstehen noch Gas- oder Wasserdampfdiffusion stattfinden und
(4) ein mit Kunststoff ausgekleidetes Metallröhrchen, ähnlich einer Zahnpastatube, mit einem Metallverschluß an einem Ende und einem heißversiegelten gepreßten Verschluß am anderen Ende. Es kann zum Verschließen extern verpreßt werden.
Andere geeignete Verpackungssysteme können ebenso vom Fachmann verwendet werden, um die flüssigen Eichlösungen verschlossen aufzubewahren und zu befördern.
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Die folgenden Beispiele sollen das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutern. Sie dienen jedoch lediglich zur Illustration, wobei die Erfindung nicht auf sie beschränkt bleibt.
Beispiel 1.
Man gibt zu einer !satanischen Salzlösung Natriumbiearbonat in einer Menge von 1,521 g/l (0,01811 M oder 18,11 mM),, Die Lösung wird bei. 37° C und: 758 mmHg Barometerdruck mit einem 10,02 OiQvi,-% COo» Rest N_ enthaltendem Gas ins Gleichge wicht gebracht.
JT
Unter Berücksichtigung- des Wasserdampf druckes bei.
und des Barometerdrucks der Umgebung (Εν* 758 mm) beträgt der Partialdruck des Kohlendioxyds:
^ 100
= (758 - 47) xü^iooa - 71,2 mm
Die Flüssigkeit wird mit einem genau geeichten Blut-Gasanalysator (Radiometer PHT-I 72, der Firma Radiometer A/S, Kopenhagen, Dänemark) analysiert. Der experimentell bestimmte pH-Wert beträgt 7,025 und der Ρβη , ebenfalls
^2 experimentell bestimmt, beträgt 63,0 mm.
Setzt man die entsprechenden Werte in die folgende Gleichung ein:
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HOO," pH = 6,10 ·+ log £__
0,0003 χ (Pb - P^) χ fo Co2
= 6,10 ■+ log 18,11 = .6,10 + log
0,003 χ 7120 8,4785
= 6,10 η-0,929 = 7,029
so beträgt der vorherbestimmte pH-Wert 7,029.
Beispiel 2
Man gibt zu einer isotonischen Salzlösung Natriumbicarbonat in einer Menge von 1,9108 g/l (0,02274 M oder 22,74 mM), Die Lösung wird bei 37° C und 758 mmHg mit einem Gas, das 4,8O Gew.-^ CO2, 11,62 Gew.-% O2, Best N2 enthält, ins Gleichgewicht gebracht.
Der Partialdruck des Kohlendloxyds, P^,,-. , berechnet nach
2 dem Verfahren des Beispiels 1, beträgt 34,1 mm.
Der Partialdruck des Sauerstoffs berechnet nach der Glei chung:
■ .. >■■ . 100
worin P, und P wie oben definiert bedeuten,
= (758 - 47) χ 0,1162
beträgt 82,6 mm.
Die Lösung wird mit einem genau geeichten Radiometer, PHM 72 - Blut-Gasanalysator, analysiert. Der experimentell bestimmte pH-Wert beträgt 7,434 und der PCQ 34,3 mm,
während der Pn 82,9 mm beträgt.
υ2
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- ίο -
Setzt man die entsprechenden Werte in die folgende Gleichung eint
pH = 6,10 + log HC03 .
0,0003 x (Pb - Pw) x % CO2
und löst sie entsprechend Beispiel 1, so beträgt der vorherbestimmte pH-Wert 7,447.
Die Vorherbestimmbarkeit des pH-Verhaltens der nach dem
erfindungsgemaßen Verfahren hergestellten flüssigen Eichlösungen ist somit augenscheinlich.
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Claims (6)

  1. 21U017
    - 11 Patentansprüche
    1 .JVerfahren zur Herstellung einer Eichflüssigkeit mit vorherbestimmtem pH-Wert und einem Gehalt eines gelösten Gases, das einen vorherbestimmten Partialdruck über der Flüssigkeit besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß man in ein wässriges Medium zur Herstellung einer Pufferlösung ein wasserlösliches Bicarbonatsalz gibt und diese Pufferlösung zur Herstellung der EichflUssigkeit mit einem Kohlendioxyd enthaltenden Gas ins Gleichgewicht bringt,
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als v/ässriges Medium eine normale isotonische Salzlösung, die den gleichen osmotischen Druck wie Blutserum besitzt, verwendet \tfird.
  3. J5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als wasserlösliches Bicarbonatsalz ein Alkali- oder Erdalkalibicarbonat verwendet.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis j5, dadurch gekennzeichnet, daß als Kohlendioxyd enthaltendes Gas ein Gemisch von Kohlendioxyd und Stickstoff eingesetzt wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gasgemisch aus Kohlendioxyd, Sauerstoff und Stickstoff verwendet wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Eichflüssigkeit in einem geschlossenen System aufbewahrt, das eine Gas- oder Dampfdiffusion verhindert.
    209811/1606
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