DE3933718C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nachweis von Wasserstoffperoxid und dergleichen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE 32 23 052 A1 ist eine elektrochemische Meßanordnung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen bekannt, die bei­ spielsweise zur Untersuchung von Blutproben im Durchflußverfahren dient. Bei dieser Meßamordnung sind eine Referenzelektrode und die eigentliche Meßelektrode getrennt voneinander an verschiedenen Längsabschnitten ei­ nes Flüssigkeitskanals angeordnet, durch den die Meßflüssigkeit hindurchge­ leitet wird. Die Referenzelektrode weist einen beispielsweise aus Silber/Sil­ berchlorid bestehenden Elektrostab auf, der in eine Elektrolytflüssigkeit eintaucht. Die Elektrolytflüssigkeit ist durch eine gegenüber den im Blut ent­ haltenen Enzymen inerte Membran von der Meßflüssigkeit getrennt.

Eine herkömmliche Meßvorrichtung, die speziell zum Nachweis von basi­ schen Substanzen wie Wasserstoffperoxyd und dergleichen in einer Proben­ flüssigkeit dient, soll nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 3 und 4 der Zeichnung erläutert werden.

Fig. 3 zeigt eine sogenannte Enzymelektrode, in der Enzyme als Nachweis­ medium für die basischen Substanzen eingesetzt werden. Die Enzym­ elektrode ist als Durchflußelektrode ausgebildet, durch die die Probenflüssig­ keit hindurchgeleitet werden kann. In einem Block 31 aus Kunststoff ist ein Probenflüssigkeitskanal 32 ausgebildet, und die eigentliche Enzymelektrode 33 sowie eine Temperaturausgleichselektrode 34 sind so angeordnet, daß sie dem Probenflüssigkeitskanal 32 zugewandt und der Probenflüssigkeit ausge­ setzt sind. Ein oberer Bereich der Enzymelektrode 33 bildet einen Elektro­ den-Reaktionsbereich 35, so daß basische Substanzen, die in der durch den Probenflüssigkeitskanal 32 strömenden Probenflüssigkeit enthalten sind, im Chargenbetrieb gemessen werden können. Der Block 32 ist durch eine Mem­ bran 36 abgedeckt.

Die eigentliche Enzymelektrode 33 weist gemäß Fig. 4 eine Anode 38 aus Platin auf, die im wesentlichen in der Mitte eines Elektrodenkörpers 37 aus Kunststoff angeordnet ist. Die Anode ist konzentrisch von einer Kathode 40 aus Silber-Silberchlorid umgeben und von dieser durch eine Isolierschicht 39 getrennt. Die Kathode und die Anode sind so zu einer Einheit integriert. Eine enzymbindende Membran 41 erstreckt sich sowohl über die Anode 38 als auch über die Kathode 40 und ist mit Hilfe eines als Halteelement dienenden O-Rings fixiert.

Zwar ermöglicht es die oben beschriebene Enzymelektrode 33, die nachzu­ weisenden basischen Substanzen in einer kleinen Menge an Probenflüssigkeit nachzuweisen, doch weist der Elektroden-Reaktionsbereich 35 ein relativ großes Volumen auf, das mit Probenflüssigkeit gefüllt sein muß, so daß es schwierig ist, sehr kleine Mengen an basischen Substanzen in einer sehr kleinen Menge der Probenflüssigkeit nachzuweisen. Wenn der mit der Pro­ benflüssigkeit in Berührung kommende Oberflächenbereich der Anode und der Kathode verkleinert wird, um das Volumen des Elektroden-Reaktionsbe­ reichs 35 zu verringern, so wird bei der als eine Einheit ausgebildeten Enzymelektrode 31 zwangsläufig auch die der Flüssigkeit ausgesetzte Oberflä­ che der die Arbeitselektrode bildenden Anode 38 verringert, so daß die Elektrode nur ein entsprechend kleines Ausgangssignal liefert. Aus diesem Grund ist es schwierig, bei sehr kleinen Mengen an Probenflüssigkeit eine hohe Nachweisempfindlichkeit zu erreichen, so daß auch noch sehr kleine Mengen der basischen Substanzen nachgewiesen werden können.

Dieser Nachteil tritt nicht nur bei Enzymelektroden der oben beschriebenen Art auf, sondern auch bei ähnlich aufgebauten Meßelektroden, die keine en­ zymbindende Membran aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßvorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die auch bei einem sehr kleinen Probenvolu­ men noch ein hohes Elektroden-Ausgangssignal liefert, so daß auch noch sehr kleine Mengen an in dem kleinen Probenvolumen enthaltenen basischen Substanzen nachgewiesen werden können.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in Patentanspruch 1 angege­ ben. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Anode und die Kathode der Meßelektrode getrennt voneinander angeordnet, und die Kathode ist als zylindrisches Rohr ausgebildet, das sich in Längsrichtung des Probenflüssig­ keitskanals erstreckt. Diese Bauweise hat den Vorteil, daß die Kathode eine sehr große aktive Oberfläche aufweist und insgesamt sehr groß bemessen werden kann, ohne daß das Volumen des Probenflüssigkeitskanals und damit die erforderliche Menge an Probenflüssigkeit vergrößert wird. Durch diese Gestaltung der Kathode kann trotz des unvermeidlichen Verbrauchs des Elektrodenmaterials eine hohe Langzeitstabilität der Meßvorrichtung er­ reicht werden. Da die Anode getrennt von der Kathode an einer anderen Stelle des Probenflüssigkeitskanals angeordnet ist, kann auch ihre wirksame Oberfläche bei unverändertem Querschnitt des Probenflüssigkeitskanals ver­ größert werden. Auf diese Weise wird trotz geringster Mengen an Probenflüs­ sigkeit ein hohes Elektroden-Ausgangssignal und somit eine hohe Nachweis­ empfindlichkeit erreicht.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Wasserstoffperoxid-Meßvor­ richtung vom Durchflußtyp gemäß einem Ausführungsbei­ spiel der Erfindung;

Fig. 1a eine Gummipackung der Meßvorrichtung in der Draufsicht;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Meßvorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Durchfluß-Enzymelektrode nach dem Stand der Technik; und

Fig. 4 einen vergrößerten Schnitt durch wesentliche Teile der Enzymelektrode nach Fig. 3.

Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt ist, weist eine erfindungsgemäße Wasserstoff­ peroxid-Meßelektrode vom Durchflußtyp ein im wesentlichen quaderförmi­ ges oder würfelförmiges Gehäuse 1 aus durchsichtigem Kunststoff, beispiels­ weise aus Acrylharz auf, so daß das Innere der Meßelektrode sichtbar ist. In einer Stirnfläche des Gehäuses 1 ist ein Einlaß 2 für Probenflüssigkeit ausge­ bildet, und in der gegenüberliegenden Stirnfläche befindet sich ein Auslaß 3 für die Probenflüssigkeit. Der Einlaß 3 und der Auslaß 4 sind durch einen Probenflüssigkeitskanal 4 verbunden, der durch das als massiver Block ausge­ bildete Gehäuse 1 verläuft.

Der Einlaß 2 ist konzentrisch von einem konkaven Bereich 5 umgeben, der eine vorgegebene Tiefe und einen vorgegebenen Durchmesser aufweist. In dem konkaven Bereich 5 ist ein O-Ring 6 als Dichtungselement angeordnet. An dem Auslaß 3 ist ein Stopfen 8 vorgesehen, der eine die Auslaßöffnung bil­ dende durchgehende Öffnung aufweist und in seiner Dicke und seinem Durchmesser an die Tiefe und den Durchmesser des konkaven Bereichs 5 an­ gepaßt ist, so daß mehrere baugleiche Elektroden-Gehäuse 1 in Serie mitein­ ander verbunden werden können, indem der Stopfen 8 des einen Gehäuses dicht und paßgenau in den konkaven Bereich 5 des anderen Gehäuses einge­ setzt wird.

Ein Teil des Probenflüssigkeitskanals 4 wird durch eine zylindrische Kathode 9 gebildet, die vorzugsweise zu dem Einlaß 2 geöffnet ist. Die Kathode 9 wird beispielsweise durch ein Rohr aus Silber gebildet, dessen Außen- und Innen­ flächen mit Silberchlorid plattiert sind. Eine Kathoden-Anschlußklemme 10 ist mit der Kathode 9 durch einen Leitungsdraht 11 verbunden, der in eine einen Hohlraum des Gehäuses 1 ausfüllende Silikonharz-Masse 12 eingebet­ tet ist.

Um die Kathode 9 in der oben beschriebenen Weise anzuordnen und zu kon­ taktieren wird zunächst eine nicht gezeigte Öffnung von geeigneter Größe in dem Gehäuse 1 gebildet, und die Kathode 9 wird durch den Einlaß 2 in diese Öffnung eingeführt. Anschließend wird die Kathode 9 durch den Leitungs­ draht 11 mit der Anschlußklemme 10 verbunden, und der verbleibende Be­ reich der Öffnung außerhalb der Kathode wird mit der Silikonharz-Masse 12 ausgefüllt.

Ein Anodenträger 13, der beispielsweise aus Vinylchlorid- oder Epoxyharz hergestellt ist, ist lösbar in eine Öffnung im oberen Bereich des Gehäuses 1 eingesetzt. Der Anodenträger 13 weist etwa in der Mitte seiner unteren End­ fläche einen konkaven Bereich auf. In diesem konkaven Bereich ist eine zy­ lindrische Anode 14 aus Platin mit polierter Oberfläche derart befestigt, bei­ spielsweise mit Hilfe von Klebeharzen eingeklebt, daß eine untere Endfläche der Elektrode sich annähernd auf der gleichen Höhe wie die übrigen Berei­ che der unteren Endfläche des Anodenträgers 13 befindet. Die Anode 14 hat einen Durchmesser von beispielsweise 1 bis 4 mm und eine Dicke von bei­ spielsweise 1 mm.

Eine Anoden-Anschlußklemme 15 ist auf der der Anode 14 gegenüberliegen­ den Seite (der Oberseite) des Anodenträgers 13 angebracht und mit der Anode 14 über einen in den Anodenträger 13 eingebetteten Leitungsdraht 16 verbunden. Der Anodenträger 13 läßt sich mit Hilfe einer Spannschraube 17 fest nach unten, also in Richtung seines mit der Anode 14 versehenen Endes drücken. Eine Gummipackung 19 ist auf der stromabwärtigen Seite der Kat­ hode 9 in dem Probenflüssigkeitskanal 4 angeordnet. Die Gummipackung 19 weist eine Öffnung 18, die gemäß Fig. 1a in der Draufsicht die Form eines Kreises mit diametral gegenüberliegenden halbkreisförmigen Ausstülpungen aufweist und einen Teil des Probenflüssigkeitskanals 4 bildet. Der Probenflüs­ sigkeitskanal 4 bildet im Bereich der Anode 14 und der Gummipackung 19 ein rechtwinklig abgewinkeltes, nach oben vorspringendes Knie mit einem rechtwinklig nach oben von dem koaxial zu der Kathode 9 liegenden strom­ aufwärtigen Abschnitt abgewinkelten aufsteigenden Ast, einem waagerech­ ten Abschnitt, einen rechtwinklig nach unten abgewinkelten absteigenden Ast und einem koaxial zu dem Auslaß 3 verlaufenden stromabwärtigen Ab­ schnitt. Der Anodenträger 13 läßt sich mit Hilfe der Spannschraube 17 fest nach unten drücken, so daß die untere Oberfläche der Anode 14 gegen die Gummipackung 19 gespannt wird und deren Öffnung 18 gegenüberliegt, so daß der waagerechte Abschnitt des Knies des Probenflüssigkeitskanals 4 durch die Gummipackung 19 und die Anode 14 begrenzt wird.

Ein Thermistor 20 zum Temperaturausgleich ist unterhalb der Anode 14 in dem Gehäuse 1 angeordnet.

Bei der oben beschriebenen Meßelektrode sind die als Arbeitselektrode die­ nende Anode 14 und die Kathode 9 getrennt voneinander an verschiedenen Stellen desselben Probenflüssigkeitskanals 4 angeordnet. Aufgrund dieser Bauweise kann die der Probenflüssigkeit ausgesetzte Oberfläche der Anode 14 sehr groß gewählt werden, so daß sich ein hinreichend großes Ausgangs­ signal der Meßelektrode ergibt.

Aufgrund der zylindrischen Gestaltung der Kathode 9 kann auch die der Pro­ benflüssigkeit ausgesetzte Oberfläche der Kathode 9 vergrößert werden, so daß die Flächenzunahme des wirksamen Bereiches der Kathode 9 der Flä­ chenzunahme des wirksamen Bereichs der Anode 14 entspricht.

Ein weiterer Vorteil des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels besteht darin, daß der mit der Anode 14 versehene Anodenträger 13 lösbar in dem Gehäuse 1 angeordnet ist, so daß die Anode 14 einfach gewartet, überprüft und ersetzt werden kann.

Sofern eine enzymbindende Membran zwischen der Anode 14 und der Gum­ mipackung 19 eingefügt wird, kann die oben beschriebene Meßelektrode auch als Enzymelektrode von Durchflußtyp verwendet werden. Vorzugsweise wird in diesem Fall ein hydrophiler Kunststoffilm mit darauf gebundenen En­ zymen wie etwa Glukose-Oxidase, Alkohol-Oxidase, Urikase oder Glutamin­ säure-Oxidase als enzymbindende Membran verwendet.

Da gemäß der Erfindung die Anode und die Kathode so angeordnet sind, daß sie beide dem in dem Gehäuse ausgebildeten Probenflüssigkeitskanal zuge­ wandt, jedoch voneinander getrennt sind, kann die wirksame Fläche der als Arbeitselektrode dienenden Anode vergrößert werden, so daß ein hinrei­ chend großes Ausgangssignal der Elektrode erreicht wird. Infolgedessen wird auch bei sehr kleinen Probenmengen eine verläßliche Messung ermög­ licht.

Claims (7)

1. Meßvorrichtung zum Nachweis von Wasserstoffperoxid und dergleichen im Durchflußverfahren, mit einem Gehäuse (1), einem in dem Gehäuse aus­ gebildeten Probenflüssigkeitskanal (4) und einer Kathode (9) und einer Anode (14), die getrennt voneinander an verschiedenen Stellen des Proben­ flüssigkeitskanals (4) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ka­ thode (9) als in Längsrichtung des Probenflüssigkeitskanals (4) verlaufender Zylinder ausgebildet ist.

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (9) und ein Anschlußdraht (11) zur Kontaktierung derselben fest in das Gehäuse (1) eingebettet sind.

3. Meßvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Anode (14) an einem lösbar in das Gehäuse (1) ein­ gesetzten Anodenträger (13) angebracht ist.

4. Meßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenträger (13) gegen eine in dem Gehäuse (1) angeordnete Dicht­ packung (19) spannbar ist, die zusammen mit der Anode (14) einen Ab­ schnitt des Probenflüssigkeitskanals (4) begrenzt.

5. Meßvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenflüssigkeitskanal (4) im Bereich der Dichtpackung (19) ein in Rich­ tung auf die Anode (14) vorspringendes Knie bildet.

6. Meßvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (14) kreisscheibenförmig ausgebildet und in einem konkaven Bereich einer Endfläche des Anodenträgers (13) angeordnet ist.

7. Meßvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gehäuse (1) im Bereich des Einlasses (2) und des Auslasses (3) des Probenflüssigkeitskanals mit aneinander angepaßten Steck­ verbindungen (5, 8) zur flüssigkeitsdichten seriellen Verbindung der Proben­ flüssigkeitskanäle mehrerer gleichartiger Meßvorrichtungen versehen ist.