Biomedizinische Technik Band 22 Heft 9/1977
lonenselektive Multi-Disk-Elektrode
[4] Mellerowicz, H.: Ergometrie — Grundriß der medizinischen Leistungsbemessung. 1975, Urban & Schwarzenberg, München-Berlin-Wien [5] Otis, A.B.: The work of breathing, Handbook of Physiology / Respiration I. American Physiological Society, Washington, 1964, 463—475 [6] Pieper, L, H. P. Koepchen: Atmung, Physiologie des Menschen, Band 6. 1972, Urban & Schwarzenberg, München-Berlin-Wien [7] Ulmer, W. T., G. Reichel, D. Nolte: Die Lungeniunktion. Physiologie und Pathophysiologie, Methodik. 1976, G. Thieme, Stuttgart
209
[8] Waterloh, E., H. Lueg, H. F. Kittel, G. Biener: Ergospirometrische Funktionsanalyse im vollautomatisch gesteuerten Untersuchungsgang mit direkter elektronischer Datenverarbeitung. Biomed. Technik 16, 1971, 142—145 364 Anschrift der Verfasser: Dipl.-Informatiker D. Wendisch Klinikum Charlottenburg Experimentelle Chirurgie Spandauer Damm 130 D-1000 Berlin 19
Biomed. Techn. 22 (1977), S. 209—211
J. G. Schindler A. Mönnich W. Riemann H. E. Braun
lonenselektive Multi-Disk-Elektrode lonselective Multi-Disc-Electrode
Es wird eine ionenselektive Multi-Disk-Elektrode für Durchfluß- und stationäre Messungen mit calcium-, kalium- und anionenselektiven Kunststoffen beschrieben. Der Membranpotentialableitung dient ein acrylglasummantelter Pt-Draht. Die Anzahl der Sensoren ist variabel. Der Stromschlüsselkontakt zwischen Meß- und Bezugslösung erfolgt über einen PTFE-Stopfen mit Mikrokerbe oder eine aufgeschweißte PTFEFolie mit mechanisch oder durch fokussierten Laserstrahl erzeugtem Mikroleck. Das Gesamtsystem ist durch eine hohe Meßwertstabilität gekennzeichnet. A multi-disc-electrode for flow and static measurements, using calcium-, potassiumand anion-selective polymer compositions is described. -selective disc electrodes are electrochemical half-cells containing a disc-shaped polymer matrix with incorporated active phase, directly formed on the front face of a platiniim wire with low drift Potential, omitting the usual internal electrolytic conduction System. The platinum wire is enclosed in acrylic glass. The number of sensors may be varied. The capillary contact between the reference solution and the liquid under measurement is obtained with a leakage of less than 0.1 ml/24 h by a PTFE plug with a micro notch, inserted into a bottom hole of the reference chamber made of the same material, or by a micro leak in a PTFE foil welded to the bottom of the same chamber, the leak being produced mechanically or by using a f ocussed laser beam.
Überall dort, wo kontinuierliche Messungen verlangt werden, sind ionenselektive Elektroden hervorragende Detektoren. Sie gestatten eine reagentienlose, trägheitsarme Messung. Änderungen im Störionenpegel können wegen unterschiedlicher Aktivierungsenergien vorübergehend angezeigt werden [1] und sind bei Durchflußmessungen mit elektrochemischen Multimeßsystemen [12] leichter erkennbar (Bild 3). Es wird eine ionenselektive Multi-Disk-Elektrode beschrieben, die als Einstabmeßkette eine gleichzeitige Bestimmung verschiedener Ionen zuläßt und im Durchfluß betrieben werden kann, andererseits aber auch nach Abschrauben der Durchflußkammer für einen stationären Betrieb geeignet ist (Bild 1). lonenselektive Disk-Elektroden [9,10,11,12,13] benutzen für die Membranpotentialableitung am
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ionenselektiven Kunststoff die freie Stirnfläche eines acrylglasummantelten Pt-Drahtes. Ein derartiger Meßelektrodenaufbau erlaubt eine Bündelung vieler Sensoren auf engstem Raum (Bild 1). Im vorgegebenen Beispiel sind von fünf Meßstellenplätzen drei mit ionenselektiven Kunststoffen für Ca2+, K+ und An~~ beschickt. Die Anzahl der Sensoren ist darüber hinaus variabel. Die zur Meßflüssigkeit hin konkave Sensoroberfläche (Bildl) und die strömungsgünstige Geometrie der Meßkammer vermeiden elektrokinetische Potentiale und gestatten einen Rollerpumpenbetrieb [9,10,12]. Die Sensorareale und die Stromschlüsselkontaktzone werden über radiale Zu- und Ableitungskanäle in einer wannenförmig abgeflachten Durchflußkammer mit einem Füllvolumen von circa 35 bei einer Durchflußgeschwindigkeit von 20—50 !/ min angeströmt. Der Stromschlüsselkontakt erfolgt über einen PTFE-Stopfen mit Mikrokerbe oder
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Biomedizinische Technik Band 22 Heft 9/1977
lonenselektive Multi-Disk-Elektrode
kammer oder an ihrem verlängertem Acrylglasmantel und entsprechende Aussparungen im Elektrodenkörper oder -köpf gewährleisten die richtige räumliche Zuordnung von ionenselektiven Sensoren, Stromschlüsselkontaktzone und Durchflußkammer. Die flüssige Matrix für die hier beschriebenen ionenselektiven Disk-Elektroden besteht aus in Cyclohexanon gelöstem PVC '(15fl/o). Als aktive Phase für den calciumselektiven Sensor wurde der flüssige Ionenaustauscher Orion Nr. 98-20-02 gewählt. Der kaliumselektive Kunststoff [13] enthält .Valinomycin [7] in Diphenyläther [8] und den valinomycinhaltigen Austauscher Orion Nr. 92-19-02 [3] in der PVC-Matrix. Der anionenselektive Detektor wurde mit der elektroaktiven Phase Trioctylmethylarnmoniumchlorid [4] aufgebaut. Die Elektrodenmembranen (0 = 2mm) werden durch Vergießen der flüssigen ionenselektiven Kunststoffe mit anschließender Lufttrocknung hergestellt. Die Ag/AgCl-Bezugselektrode besitzt als ReferenzElektrolyten eine 3 M KCl-Lösung. Der elektrochemische Meß auf bau ist mit Angabe der Selektivitätsverhältnisse in Bild 2 dargestellt.
Orion Nr. 98-20-02 PVC Cyclohexanon
12 1 2 3 4
5 6 7 8
9 10 11 12
Bild 1. lonenselektive Multi-Disk-Elektrode für Durchflußmessungen Zugentlastete Kabel Elektrodenkopf Überwurfmutter mit Bajonettverschluß Führungskanäle für versilberte, PTFE-isolierte Cu-Litzen zu den ionenselektiven Sensoren bzw. der Bezugselektrode; Zu- und Ableitungen für den Referenz-Elektrolyten sind der Übersicht halber ebenso wie die Kabelführungen im Elektrodenkopf weggelassen. Acrylglashülse der abnehmbaren, wannenförmig abgeflachten Durchflußkammer Elektrodenkörper aus PTFE Bezugselektrode lonenselektiver Sensor a) Pt-Draht b) Acrylglasmantel c) lonenselektiver Kunststoff d) Versilberte, PTFE-isolierte Cu-Litze e) PTFE Hufeisenförmige Durchflußkammer (35 ) mit ionenselektiven Sensoren für Ca-H-, K+, An- und zwei freien Meßstellen sowie einem PTFE-Stopfen mit Mikrokerbe als Stromschlüsselkontaktzone Bodenplatte der Acrylglashülse mit eingefräßter Durchflußkammer Meßkammerzufluß Meßkammerabfluß
eine aufgeschweißte PTFE-Membran mit mechanisch oder durch fokussierten Laserstrahl erzeugtem Mikroleck [10] bei einer Ausflußrate von weniger als 0,1 ml/24 h. Das der Multimeßkette nachgeschaltete Minipumpwerk saugt das Meßgut über die Sensoren und nachfolgend über die Stromschlüsselkontaktzone an, so daß Fehlmessungen durch den in die Meßlösung diffundierenden Referenz-Elektrolyten vermieden werden. Mittels Überwurfmutter oder eines Bjonettverschlusses wird die Berandung der Durchflußkammer dichtend gegen die Stirnfläche des Elektrodenkörpers gepreßt. Vorsprünge beiderseits der MeßBrought to you by | University of Queensland - UQ Library Authenticated Download Date | 6/18/15 11:24 PM
5.63 »10-3 ^0 xlO"4 3.06*10*
Pt Cd-Co
Ag/AgCl
Valinomycin Diphenyläther Orion Nr. 92-19-02 PVC Cyclohexanon
3MKCI
K K
Pt
"K-Mg
K K
An
la=x)
Trioctylmethylammoniumchlorid PVC Cyclohexanon
K-H K-NQ -
xlO'5
K-Co
Cl-OH KCI-F
Pt
2.3 MO'3 1.5 *10^ l 1.2 HO'2 9,8 '5
W* 0.05
K
CI-8r «l Cl-J 17.4 K a-HC03 °-04 0,12
K
Bild 2. Elektrochemischer Meßaufbau einer ionenselektiven Multi-Disk-Elektrode mit Angabe ihrer Selektivitätsverhältnisse
Aküvitätskoeffizient und lonenaktivität wurden näherungsweise nach der Debye-Hückel-Theorie unter Verwendung der Kiellandschen Formel [5] errechnet [l, 6]. Die Selektivität wurde nach dem Prinzip der Veränderung der Meßionenaktivität bei konstant gehaltener Störionenaktivität bestimmt [1]. Die Querempfindlichkeit der beiden kationenselektiven Disk-Elektroden wurde für Störionenkonzentrationen von 150mMol/l ermittelt, die des anionenselektiven Sensors für einen Störionenpegel von 25 mMol/1 errechnet und auf Chloridionen bezogen. Die Selektivität gegenüber Protonen (pH 2,30) beziehungsweise Hydroxylionen (pH 11,00) wurde nach gleichem Prinzip durch pH-GlasmembranElektroden kontrolliert.
Biomedizinische Technik Band 22 Heft 9/1977
lonenselektive Multi-Disk-Elektrode
Die theoretische Elektrodensteilheit (Nernst-Faktor) für einwertige Ionen beträgt bei 20 °C 58,165 mV/Aktivitätsdekade und vermindert sich für mehrwertige um den Faktor der lonenladung. Die EMK einer kationenselektiven Meßkette nimmt entsprechend der Vorzeichen für den Nernst-Faktor mit steigender Meßionenaktivität zu und verhält sich im Falle anionenselektiver Elektroden entsprechend umgekehrt. Die Elektrodensteilheit betrug in reinen Meßionenlösungen pro Aktivitätsdekade mindestens für Ca2+ 28,0 mV, für K+ 55,5 mV und Cl- 55,0 mV. Der calciumselektive Meßfühler besitzt einen Meßbereich bis l O'4 Mol/l bei linearer Anzeige zwischen 10'1 und 10-* Mol/, der kaliumselektive bis 10'7 mit linearem Verhalten zwischen l O'1 und 10~5 Mol/l und der anionenselektive bis l O'6 bei linearer Anzeige zwischen l O'1 und l O'3 Mol/l für Cl—. Die Angabe der Linearität geschieht unter der Voraussetzung einer Delogarithmierung des Meßsignals. Die Meßgenauigkeit der beiden kationenselektiven Disk-Elektroden beträgt ±0,3 mV und besser bei einer Anzeigegeschwindigkeit (100%iger Endwert) von 10—30 sec bei physiologischen Meßwertschwankungen. Der anionenselektive Sensor zeigt in reinen NaCl-Lösungen bei gleicher Meßgenauigkeit lonenaktivitätsdekadenänderungen in 20 bis 50 sec an.
5=30 mm/min
Bild 3. Vorübergehende Störionenanzeige bei plötzlicher Störionenpegeländerung lassen sich als solche mit ionenselektiven Multimeßketten leichter bei kontinuierlichen Durchflußmessungen erkennen. A Ca2+-Effekt am K+-selektiven Sensor K+-Effekt am Ca2+-selektiven Sensor Na+-Effekt am Ca2+-selektiven Sensor
Die ionenselektive Multi-Disk-Elektrode wird trokken aufbewahrt und ist unproblematisch zu handhaben. Vor Inbetriebnahme wird sie mit einer für alle Meßionen lO^M-Lösung bis zur stabilen Anzeige vorperfundiert. Aus elektrochemischen Gründen sollten die Eichlösungen in ihrer ionalen Zusammensetzung und lonenstärke den Meßlösungen soweit wie möglich angeglichen sein. Die Potentialmessungen wurden mit Digital-Elektrometern DE 751 der Fresenius Apparatebau KG, Bad Homburg v. d. H., durchgeführt.
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Die Autoren danken der Dr. E. Fresenius Chemischpharmazeutischen Industrie KG Apparatebau KG in Bad Homburg v. d. H. für die Förderung der Entwicklung elektrochemischer Sensoren für Physiologie und Medizin im Rahmen einer koordinierten Forschung. Literatur [1] Cammann, K.: Das Arbeiten mit ionenselektiven Elektroden. 1973, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York [2] Cattrall, R. W., H. Freiser: Coated Wire Ion Selective Electrodes. Anal. Chem. 43 (1971), 1905 [3] Frant, M.S., J.W. ROSS: Potassium Ion Specific Electrode with High Selectivity f or Potassium over Sodium. Science 167 (1970), 987 [4] James, H., G. Carmack, H. Freiser: Coated Wire Ion Selective Electrodes. Anal. Chem. 44 (1972), 856 [5] Kielland, J.: Individual Activity Coefficients of Ions in Aqueous Solutions. J. Amer. Chem. Soc. 59 (1937), 1675. [6] Metrohm: Ionen-spezifische Elektrode. Firmenschrift (1971). [7] Mueller, P., D. O. Rudin: Development of K+—Na+ Discrimination in Experimental Bimolecular Lipid Membranes by Macrocyclic Antibiotics. Biochem. Biophys, Res. Commun. 26 (1967), 398 [8] Pioda, L. A. R., V. Stankova, W. Simon: Highly Selective Potassium Ion Responsive Liquid-Membrane Electrode. Anal. Letters 2 (1969), 665 [9] Schindler, J. G.: Multimeßsystem für die elektrochemische Analyse strömender Flüssigkeiten und Gase. Biomed. Techn., im Druck. [10] Schindler, J. G., W. Riemann: Scheiben-Elektrode. Biomed. Techn. 20 (1975), 75 [11] Schindler, J. G., W. Riemann: Calciumselektive Scheiben-Elektrode für Durchflußmessungen. Biomed. Techn. 20 (1975), 76 [12] Schindler, J. G., W. Riemann: Elektrochemische Multimeßsysteme für Physiologie und Medizin. Koordinierte Forschung des Institutes für Angewandte Physiologie der Philipps-Universität Marburg/Lahn und der Dr. E. Fresenius Chemischpharmazeutische Industrie KG Apparatebau KG in Bad Homburg v. d. H. 1. Aufl. (1977) [13] Schindler, J. G., W. Riemann, W. Schäl: Kaliumselektive Scheiben-Elektrode mit Valinomycin für Durchflußmessungen. Biomed. Techn. 21 (1976), 135 371 Anschrift der Verfasser: Dr. Dr. J. G. Schindler W. Riemann Institut für Angewandte Physiologie der Philipps-Universität Lahnberge D-3550 Marburg/Lahn H. E. Braun A. Mönnich Dr. E. Fresenius KG Forschungsstelle Marburg/Lahn Schlosserstraße 12 D-3550 Marburg/Lahn
lonenselektive Multi-Disk-Elektrode
[4] Mellerowicz, H.: Ergometrie — Grundriß der medizinischen Leistungsbemessung. 1975, Urban & Schwarzenberg, München-Berlin-Wien [5] Otis, A.B.: The work of breathing, Handbook of Physiology / Respiration I. American Physiological Society, Washington, 1964, 463—475 [6] Pieper, L, H. P. Koepchen: Atmung, Physiologie des Menschen, Band 6. 1972, Urban & Schwarzenberg, München-Berlin-Wien [7] Ulmer, W. T., G. Reichel, D. Nolte: Die Lungeniunktion. Physiologie und Pathophysiologie, Methodik. 1976, G. Thieme, Stuttgart
209
[8] Waterloh, E., H. Lueg, H. F. Kittel, G. Biener: Ergospirometrische Funktionsanalyse im vollautomatisch gesteuerten Untersuchungsgang mit direkter elektronischer Datenverarbeitung. Biomed. Technik 16, 1971, 142—145 364 Anschrift der Verfasser: Dipl.-Informatiker D. Wendisch Klinikum Charlottenburg Experimentelle Chirurgie Spandauer Damm 130 D-1000 Berlin 19
Biomed. Techn. 22 (1977), S. 209—211
J. G. Schindler A. Mönnich W. Riemann H. E. Braun
lonenselektive Multi-Disk-Elektrode lonselective Multi-Disc-Electrode
Es wird eine ionenselektive Multi-Disk-Elektrode für Durchfluß- und stationäre Messungen mit calcium-, kalium- und anionenselektiven Kunststoffen beschrieben. Der Membranpotentialableitung dient ein acrylglasummantelter Pt-Draht. Die Anzahl der Sensoren ist variabel. Der Stromschlüsselkontakt zwischen Meß- und Bezugslösung erfolgt über einen PTFE-Stopfen mit Mikrokerbe oder eine aufgeschweißte PTFEFolie mit mechanisch oder durch fokussierten Laserstrahl erzeugtem Mikroleck. Das Gesamtsystem ist durch eine hohe Meßwertstabilität gekennzeichnet. A multi-disc-electrode for flow and static measurements, using calcium-, potassiumand anion-selective polymer compositions is described. -selective disc electrodes are electrochemical half-cells containing a disc-shaped polymer matrix with incorporated active phase, directly formed on the front face of a platiniim wire with low drift Potential, omitting the usual internal electrolytic conduction System. The platinum wire is enclosed in acrylic glass. The number of sensors may be varied. The capillary contact between the reference solution and the liquid under measurement is obtained with a leakage of less than 0.1 ml/24 h by a PTFE plug with a micro notch, inserted into a bottom hole of the reference chamber made of the same material, or by a micro leak in a PTFE foil welded to the bottom of the same chamber, the leak being produced mechanically or by using a f ocussed laser beam.
Überall dort, wo kontinuierliche Messungen verlangt werden, sind ionenselektive Elektroden hervorragende Detektoren. Sie gestatten eine reagentienlose, trägheitsarme Messung. Änderungen im Störionenpegel können wegen unterschiedlicher Aktivierungsenergien vorübergehend angezeigt werden [1] und sind bei Durchflußmessungen mit elektrochemischen Multimeßsystemen [12] leichter erkennbar (Bild 3). Es wird eine ionenselektive Multi-Disk-Elektrode beschrieben, die als Einstabmeßkette eine gleichzeitige Bestimmung verschiedener Ionen zuläßt und im Durchfluß betrieben werden kann, andererseits aber auch nach Abschrauben der Durchflußkammer für einen stationären Betrieb geeignet ist (Bild 1). lonenselektive Disk-Elektroden [9,10,11,12,13] benutzen für die Membranpotentialableitung am
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ionenselektiven Kunststoff die freie Stirnfläche eines acrylglasummantelten Pt-Drahtes. Ein derartiger Meßelektrodenaufbau erlaubt eine Bündelung vieler Sensoren auf engstem Raum (Bild 1). Im vorgegebenen Beispiel sind von fünf Meßstellenplätzen drei mit ionenselektiven Kunststoffen für Ca2+, K+ und An~~ beschickt. Die Anzahl der Sensoren ist darüber hinaus variabel. Die zur Meßflüssigkeit hin konkave Sensoroberfläche (Bildl) und die strömungsgünstige Geometrie der Meßkammer vermeiden elektrokinetische Potentiale und gestatten einen Rollerpumpenbetrieb [9,10,12]. Die Sensorareale und die Stromschlüsselkontaktzone werden über radiale Zu- und Ableitungskanäle in einer wannenförmig abgeflachten Durchflußkammer mit einem Füllvolumen von circa 35 bei einer Durchflußgeschwindigkeit von 20—50 !/ min angeströmt. Der Stromschlüsselkontakt erfolgt über einen PTFE-Stopfen mit Mikrokerbe oder
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kammer oder an ihrem verlängertem Acrylglasmantel und entsprechende Aussparungen im Elektrodenkörper oder -köpf gewährleisten die richtige räumliche Zuordnung von ionenselektiven Sensoren, Stromschlüsselkontaktzone und Durchflußkammer. Die flüssige Matrix für die hier beschriebenen ionenselektiven Disk-Elektroden besteht aus in Cyclohexanon gelöstem PVC '(15fl/o). Als aktive Phase für den calciumselektiven Sensor wurde der flüssige Ionenaustauscher Orion Nr. 98-20-02 gewählt. Der kaliumselektive Kunststoff [13] enthält .Valinomycin [7] in Diphenyläther [8] und den valinomycinhaltigen Austauscher Orion Nr. 92-19-02 [3] in der PVC-Matrix. Der anionenselektive Detektor wurde mit der elektroaktiven Phase Trioctylmethylarnmoniumchlorid [4] aufgebaut. Die Elektrodenmembranen (0 = 2mm) werden durch Vergießen der flüssigen ionenselektiven Kunststoffe mit anschließender Lufttrocknung hergestellt. Die Ag/AgCl-Bezugselektrode besitzt als ReferenzElektrolyten eine 3 M KCl-Lösung. Der elektrochemische Meß auf bau ist mit Angabe der Selektivitätsverhältnisse in Bild 2 dargestellt.
Orion Nr. 98-20-02 PVC Cyclohexanon
12 1 2 3 4
5 6 7 8
9 10 11 12
Bild 1. lonenselektive Multi-Disk-Elektrode für Durchflußmessungen Zugentlastete Kabel Elektrodenkopf Überwurfmutter mit Bajonettverschluß Führungskanäle für versilberte, PTFE-isolierte Cu-Litzen zu den ionenselektiven Sensoren bzw. der Bezugselektrode; Zu- und Ableitungen für den Referenz-Elektrolyten sind der Übersicht halber ebenso wie die Kabelführungen im Elektrodenkopf weggelassen. Acrylglashülse der abnehmbaren, wannenförmig abgeflachten Durchflußkammer Elektrodenkörper aus PTFE Bezugselektrode lonenselektiver Sensor a) Pt-Draht b) Acrylglasmantel c) lonenselektiver Kunststoff d) Versilberte, PTFE-isolierte Cu-Litze e) PTFE Hufeisenförmige Durchflußkammer (35 ) mit ionenselektiven Sensoren für Ca-H-, K+, An- und zwei freien Meßstellen sowie einem PTFE-Stopfen mit Mikrokerbe als Stromschlüsselkontaktzone Bodenplatte der Acrylglashülse mit eingefräßter Durchflußkammer Meßkammerzufluß Meßkammerabfluß
eine aufgeschweißte PTFE-Membran mit mechanisch oder durch fokussierten Laserstrahl erzeugtem Mikroleck [10] bei einer Ausflußrate von weniger als 0,1 ml/24 h. Das der Multimeßkette nachgeschaltete Minipumpwerk saugt das Meßgut über die Sensoren und nachfolgend über die Stromschlüsselkontaktzone an, so daß Fehlmessungen durch den in die Meßlösung diffundierenden Referenz-Elektrolyten vermieden werden. Mittels Überwurfmutter oder eines Bjonettverschlusses wird die Berandung der Durchflußkammer dichtend gegen die Stirnfläche des Elektrodenkörpers gepreßt. Vorsprünge beiderseits der MeßBrought to you by | University of Queensland - UQ Library Authenticated Download Date | 6/18/15 11:24 PM
5.63 »10-3 ^0 xlO"4 3.06*10*
Pt Cd-Co
Ag/AgCl
Valinomycin Diphenyläther Orion Nr. 92-19-02 PVC Cyclohexanon
3MKCI
K K
Pt
"K-Mg
K K
An
la=x)
Trioctylmethylammoniumchlorid PVC Cyclohexanon
K-H K-NQ -
xlO'5
K-Co
Cl-OH KCI-F
Pt
2.3 MO'3 1.5 *10^ l 1.2 HO'2 9,8 '5
W* 0.05
K
CI-8r «l Cl-J 17.4 K a-HC03 °-04 0,12
K
Bild 2. Elektrochemischer Meßaufbau einer ionenselektiven Multi-Disk-Elektrode mit Angabe ihrer Selektivitätsverhältnisse
Aküvitätskoeffizient und lonenaktivität wurden näherungsweise nach der Debye-Hückel-Theorie unter Verwendung der Kiellandschen Formel [5] errechnet [l, 6]. Die Selektivität wurde nach dem Prinzip der Veränderung der Meßionenaktivität bei konstant gehaltener Störionenaktivität bestimmt [1]. Die Querempfindlichkeit der beiden kationenselektiven Disk-Elektroden wurde für Störionenkonzentrationen von 150mMol/l ermittelt, die des anionenselektiven Sensors für einen Störionenpegel von 25 mMol/1 errechnet und auf Chloridionen bezogen. Die Selektivität gegenüber Protonen (pH 2,30) beziehungsweise Hydroxylionen (pH 11,00) wurde nach gleichem Prinzip durch pH-GlasmembranElektroden kontrolliert.
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Die theoretische Elektrodensteilheit (Nernst-Faktor) für einwertige Ionen beträgt bei 20 °C 58,165 mV/Aktivitätsdekade und vermindert sich für mehrwertige um den Faktor der lonenladung. Die EMK einer kationenselektiven Meßkette nimmt entsprechend der Vorzeichen für den Nernst-Faktor mit steigender Meßionenaktivität zu und verhält sich im Falle anionenselektiver Elektroden entsprechend umgekehrt. Die Elektrodensteilheit betrug in reinen Meßionenlösungen pro Aktivitätsdekade mindestens für Ca2+ 28,0 mV, für K+ 55,5 mV und Cl- 55,0 mV. Der calciumselektive Meßfühler besitzt einen Meßbereich bis l O'4 Mol/l bei linearer Anzeige zwischen 10'1 und 10-* Mol/, der kaliumselektive bis 10'7 mit linearem Verhalten zwischen l O'1 und 10~5 Mol/l und der anionenselektive bis l O'6 bei linearer Anzeige zwischen l O'1 und l O'3 Mol/l für Cl—. Die Angabe der Linearität geschieht unter der Voraussetzung einer Delogarithmierung des Meßsignals. Die Meßgenauigkeit der beiden kationenselektiven Disk-Elektroden beträgt ±0,3 mV und besser bei einer Anzeigegeschwindigkeit (100%iger Endwert) von 10—30 sec bei physiologischen Meßwertschwankungen. Der anionenselektive Sensor zeigt in reinen NaCl-Lösungen bei gleicher Meßgenauigkeit lonenaktivitätsdekadenänderungen in 20 bis 50 sec an.
5=30 mm/min
Bild 3. Vorübergehende Störionenanzeige bei plötzlicher Störionenpegeländerung lassen sich als solche mit ionenselektiven Multimeßketten leichter bei kontinuierlichen Durchflußmessungen erkennen. A Ca2+-Effekt am K+-selektiven Sensor K+-Effekt am Ca2+-selektiven Sensor Na+-Effekt am Ca2+-selektiven Sensor
Die ionenselektive Multi-Disk-Elektrode wird trokken aufbewahrt und ist unproblematisch zu handhaben. Vor Inbetriebnahme wird sie mit einer für alle Meßionen lO^M-Lösung bis zur stabilen Anzeige vorperfundiert. Aus elektrochemischen Gründen sollten die Eichlösungen in ihrer ionalen Zusammensetzung und lonenstärke den Meßlösungen soweit wie möglich angeglichen sein. Die Potentialmessungen wurden mit Digital-Elektrometern DE 751 der Fresenius Apparatebau KG, Bad Homburg v. d. H., durchgeführt.
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Die Autoren danken der Dr. E. Fresenius Chemischpharmazeutischen Industrie KG Apparatebau KG in Bad Homburg v. d. H. für die Förderung der Entwicklung elektrochemischer Sensoren für Physiologie und Medizin im Rahmen einer koordinierten Forschung. Literatur [1] Cammann, K.: Das Arbeiten mit ionenselektiven Elektroden. 1973, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York [2] Cattrall, R. W., H. Freiser: Coated Wire Ion Selective Electrodes. Anal. Chem. 43 (1971), 1905 [3] Frant, M.S., J.W. ROSS: Potassium Ion Specific Electrode with High Selectivity f or Potassium over Sodium. Science 167 (1970), 987 [4] James, H., G. Carmack, H. Freiser: Coated Wire Ion Selective Electrodes. Anal. Chem. 44 (1972), 856 [5] Kielland, J.: Individual Activity Coefficients of Ions in Aqueous Solutions. J. Amer. Chem. Soc. 59 (1937), 1675. [6] Metrohm: Ionen-spezifische Elektrode. Firmenschrift (1971). [7] Mueller, P., D. O. Rudin: Development of K+—Na+ Discrimination in Experimental Bimolecular Lipid Membranes by Macrocyclic Antibiotics. Biochem. Biophys, Res. Commun. 26 (1967), 398 [8] Pioda, L. A. R., V. Stankova, W. Simon: Highly Selective Potassium Ion Responsive Liquid-Membrane Electrode. Anal. Letters 2 (1969), 665 [9] Schindler, J. G.: Multimeßsystem für die elektrochemische Analyse strömender Flüssigkeiten und Gase. Biomed. Techn., im Druck. [10] Schindler, J. G., W. Riemann: Scheiben-Elektrode. Biomed. Techn. 20 (1975), 75 [11] Schindler, J. G., W. Riemann: Calciumselektive Scheiben-Elektrode für Durchflußmessungen. Biomed. Techn. 20 (1975), 76 [12] Schindler, J. G., W. Riemann: Elektrochemische Multimeßsysteme für Physiologie und Medizin. Koordinierte Forschung des Institutes für Angewandte Physiologie der Philipps-Universität Marburg/Lahn und der Dr. E. Fresenius Chemischpharmazeutische Industrie KG Apparatebau KG in Bad Homburg v. d. H. 1. Aufl. (1977) [13] Schindler, J. G., W. Riemann, W. Schäl: Kaliumselektive Scheiben-Elektrode mit Valinomycin für Durchflußmessungen. Biomed. Techn. 21 (1976), 135 371 Anschrift der Verfasser: Dr. Dr. J. G. Schindler W. Riemann Institut für Angewandte Physiologie der Philipps-Universität Lahnberge D-3550 Marburg/Lahn H. E. Braun A. Mönnich Dr. E. Fresenius KG Forschungsstelle Marburg/Lahn Schlosserstraße 12 D-3550 Marburg/Lahn
![[Model for describing tremor (authors transl)].](/assets/img/hold.png)
