РН-ЗОНД Российский патент 1996 года по МПК A61N1/04 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для определения концентрации водородных ионов (рН) биологических сред, в частности для гастроэнтерологической рН-метрии, то есть рН-метрии в пищеводно-желудочном тракте человека, в также в технической рН-метрии, например для контроля рН различных (жидких и др.) сред в пищевой промышленности.

Известен эндоскопический рН-зонд для гастроэнтерологии, состоящий из измерительного сурьмяного электрода и каломельного электрода, которые соединены с разъемом отдельными проводниками.

Известен рН-зонд, содержащий каломельный (Нg/Hg CI) электрод сравнения, измерительные сурьмяные электроды, закрепленные в эластичной трубке и проводнике, соединенные с электродами и проходящие внутри трубки.

Основным недостатком указанных каломельных рН-зондов является наличие в корпусе каломельного электрода сравнения таких ядовитых компонентов, как ртуть и хлористая ртуть. Керамический корпус имеет отверстие (электролитический ключ), через которое возможно попадание ртути в пищеводно-желудочный тракт человека. Применение ртути снижает экологическую безопасность и требует специальных мер безопасности при производстве и эксплуатации каломельных зондов.

Известен хлорсеребряный электрод для биоэлектрических исследований человека, содержащий хлорсеребряный полуэлемент (Ag/AgCl), который размещен в чашеобразном корпусе из электропроводящего материала с электролитическим ключом в виде пористого диска, пропитанного электролитом [3]
Такие электроды пригодны только для снятия биопотенциала с кожи исследуемого, а не для измерений в жидкой среде в составе рН-зонда, так как при использовании этого электрода в качестве электрода сравнения рН-зонда невозможно обеспечить калибровку рН-зонда в буферных растворах и его испытания на надежность в измеряемых жидких средах. Это объясняется тем, что при контакте пористой прокладки, пропитанной электролитом (электролитического ключа), электрода с жидкой средой происходит загрязнение буферного раствора или измеряемой жидкой среды электролитом из пористой прокладки за счет процессов растворения и диффузии.

Известен рН-зонд (прототип), содержащий измерительные сурьмяные электроды в виде колец, жестко закрепленных на тонкостенных втулках, герметичный шланг, натянутый на втулки, хлорсеребряный электрод сравнения, размещенный в неметаллическом корпусе с электролитическим ключом и проводники, связывающие электроды с разъемом [4] Корпус хлорсеребряного электрода состоит из неметаллического основания и керамического колпака с отверстием (электролитическим ключом). Проводники проходят внутри шланга эластичной полимерной трубки.

Преимуществом данного рН-зонда с хлорсеребряным электродом сравнения по сравнению с первым и вторым рН-зондами является экологическая безопасность его производства и эксплуатации за счет замены ядовитых компонентов (ртути и хлористой ртути) на серебро и хлористое серебро. Поэтому рН-зонд с хлорсеребряным электродом сравнения соответствуют гигиеническим требованиям, предъявляемым к изделиям медицинского назначения.

Однако последний рН-зонд имеет и недостатки. Так, такой зонд характеризуется органическим временем непрерывной работы (не более 2 ч.) в жидких средах в случае многократного (не менее 100 раз) использования зонда. Этот недостаток обусловлен особенностями конструкции и специфики работы хлорсеребряного электрода сравнения, размещенного в керамическом колпаке диаметром около 3 мм. В частности, происходит вымывание раствора хлористого калия через отверстие в керамическом колпаке. Поэтому данный зонд не может быть применен в случае суточной рН-метрии при многократном режиме работы (не менее 100 циклов). Затруднено также проведение испытаний таких зондов на надежность в жидких средах в течение длительного времени из-за снижения их ресурса. Кроме того, эти зонды нежелательно вводить через нос исследуемого при суточной рН-метрии в пищеводно-желудочном тракте из-за относительно большого диаметра корпуса (≈3 мм) хлорсеребряного электрода, что так же является их недостатком.

Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности калибровки рН-зонда в буферных растворах, его испытания на надежность в жидких средах и увеличение надежности работы рН-зонда при длительном измерении рН-жидкой среды, особенно при многократном режиме работы.

Данный технический результат достигается тем, что в известном рН-зонде, содержащем измерительные сурьмяные электроды в виде колец, жестко расположенных на тонкостенных втулках, герметичный шланг, натянутый на втулки, хлорсеребряный электрод сравнения, размещенный в неметаллическом корпусе с электролитическим ключом и проводники, связывающие электроды с разъемом, рН-зонд выполнен с автономным корпусом хлорсеребряного электрода, содержащем съемную чашеобразную насадку, в дне которой выполнено сквозное отверстие, через которое проходит капиллярно-пористый фитиль, часть которого, расположенная внутри насадки, пропитана электропроводящей пастой и контактирует с электролитическим ключом хлорсеребряного электрода через слой этой пасты, другая часть фитиля расположена вне насадки, а рабочий конец шланга герметизирован посредством концевого сурьмяного электрода, выполненного в виде цилиндра и жестко закрепленного в отверстии на торце шланга.

Рабочий конец шланга может быть герметизирован посредством закрепления неметаллического наконечника на втулке концевого сурьмяного электрода.

Суть изобретения заключается в следующем. Автономный корпус хлорсеребряного электрода сравнения рН-зонда содержит съемную чашеобразную насадку. Наличие этой насадки, изготовленной из неметаллического материала, обеспечивает возможность калибровки рН-зонда в буферных растворах, и его испытания на надежность в жидких средах и расширяет область его применения за счет возможности измерения рН-жидких сред. Причем конструкция самого хлорсеребряного электрода сравнения, в частности его корпуса, не играет большого значения. Так, в случае исполнения хлорсеребряного электрода в неметаллическом корпусе с электролитическим ключом в виде пористого диска, пропитанного электролитом, например электропроводящей пастой, съемная насадка защищает электролитический ключ от контакта с буферным раствором или измеряемой жидкой средой, то есть исключает растворение (вымывание) электролита из пористого диска в жидкой среде, а также загрязнение последней, в частности, буферного раствора. Этот результат достигается благодаря тому, что с измерением жидкой средой контактирует только наружная часть капиллярно-пористого фитиля, расположенная вне съемной насадки. Корпус хлорсеребряного электрода и сама насадка не контактирует с жидкой средой. Часть фитиля, расположенная внутри насадки, пропитана электропроводящей пастой и контактирует с электролитическим ключом хлорсеребряного электрода через слой этой пасты.

Герметизация рабочего конца шланга тем или иным образом исключает попадание жидкой среды (электролита) во внутреннюю полость шланга, благодаря чему обеспечивается надежность работы рН-зонда в жидкой среде.

Для обеспечения герметичности и прочности составного шланга рН-зонда с сурьмяными электродами все неразъемные соединения выполнены посредством склеивания полимерными клеями.

На фиг. 1а, б изображен рН-зонд предлагаемой конструкции и его вариант соответственно.

рН-зонд содержит измерительные сурьмяные электроды 1, выполненные в виде колец, жестко закрепленных на тонкостенных втулках 2, герметичный шланг 3, натянутый на втулки. В качестве шланга используется полимерная эластичная трубка, например полиэтиленовая рентгеноконтрастная. Соединения эластичной трубки (шланга) со втулками 2 выполнены неразъемными посредством полимерного клея. Концевой измерительный электрод выполнен в виде сурьмяного цилиндра 4, на который натянут шланг (фиг. 1а). Причем для обеспечения герметичности в этом случае соединение сурьмяного цилиндра со шлангом изготавливают посредством склеивания полимерным клеем 5.

Кроме того, торец шланга может быть загерметизирован от попадания внутрь рН-зонда жидкой среды путем приклеивания пластмассового (или керамического) наконечника 6 посредством клея 5 (фиг. 1б) рН-зонд содержит хлорсеребряный электрод сравнения 7, размещенный в автономном неметаллическом корпусе 8 с электролитическим ключом 9. Электролитический ключ 9 может быть выполнен в виде отверстия, заполненного электродом, или в виде пористого диска, пропитанного электролитом. В качестве электролита используют, например, электропроводящую пасту.

Проводники 10 связывают измерительные сурьмяные электроды и хлорсеребряный электрод с низкочастотным разъемом 11. Причем хлорсеребряный электрод может быть соединен с разъемным съемным проводником.

Корпус 8 хлорсеребряного электрода содержит съемную чашеобразную насадку 12, в дне которой выполнено сквозное отверстие, расположенное напротив электролитического ключа 9 в корпусе хлорсеребряного электрода.

Насадка, изготовленная из пластмассы, соединена с корпусом разъемным соединением (резьбовым, за счет натяга, посредством винтов и т.д.). Через сквозное отверстие насадки проходит капиллярно-пористый фитиль 13, часть которого, размещенная внутри насадки, пропитана электролитом (электропроводящей пастой) и контактирует с электролитическим ключом 9, изготовленным, например, в виде пористого диска из поролона, пропитанного электролитом. В качестве электролита применена электропроводящая электродная паста 14, которая может заполнять полость между насадкой 12 и корпусом 8 хлорсеребряного электрода. Другая часть фитиля 13, изготовленного, например, в виде хлопчатобумажной нитки, выходит из насадки примерно на расстояние 20. 100 мм.

Работа рН-зонда.

В случае рН-метрии в пищеводно-желудочном тракте человека зонд используется с насадкой на хлорсеребряном электроде только при его калибровке в буферных растворах. Так как хлорсеребряный электрод сравнения обладает постоянным потенциалом, поэтому при погружении в жидкую среду рабочей части рН-зонда, а именно шланга 3 с измерительными сурьмяными электродами 1,4 и внешней части фитиля 13, образуется разность потенциалов, величина которой определяется концентрацией водородных ионов (рН) в жидкой среде. Эта разность потенциалов посредством проводников 10 и разъема 11 подается на вторичный преобразователь для дальнейшего преобразования сигнала. Следует отметить, что насадка 12 используется только при калибровке рН-зондов в буферных растворах и при испытании их на надежность в жидких средах.

При измерении рН в пищеводно-желудочном тракте человека насадка снимается с корпуса хлорсеребряного электрода, хлорсеребряный электрод крепится к ручке исследуемого, а рабочую часть рН-зонда, т.е. шланг с измерительными электродами, вводят в пищеводно-желудочный тракт через нос или рот исследуемого.

рН-зонд может быть также использован и для измерения рН жидкой среды в пищевой промышленности в течение длительного времени (более суток). В этом случае после калибровки рН-зонда в буферных растворах насадка не снимается в корпусе хлорсеребряного электрода, а внешняя часть фитиля 13 и шланг рН-зонда погружаются в измерительную жидкую среду. В случае многократного режима измерения электролит внутри насадки обновляется по мере необходимости. При измерении рН жидкой среды расстояние между торцом насадки и уровнем жидкой среды составляет около 5.20 мм, то есть сама насадка не контактирует с жидкой средой.

Таким образом, предлагаемая конструкция рН-зонда дает возможность проведения калибровки и испытания на надежность рН-зондов в жидкой среде. Причем рН-зонд можно вводить как через нос, так и через рот исследуемого благодаря возможности снижения диаметра (с 3-х мм до 2-х мм). Повысилась также точность калибровки рН-зондов в буферных растворах за счет уменьшения их загрязнения электролитом из пористого диска. Предложенная конструкция рН-зонда позволит применять его многократно для длительных измерений рН жидкой среды, например в пищевой промышленности.

Испытания таких зондов подтвердили их эффективность.

Использование: изобретение относится к медицинской технике и предназначено для определения концентрации водородных ионов (рН) биологических сред. Сущность изобретения: рН-зонд содержит измерительные сурьмяные электроды в виде колец, жестко закрепленных на тонкостенных втулках, герметичный шланг, натянутый на втулки, хлорсеребряный электрод сравнения, размещенный в неметаллическом корпусе с электролитическим ключом, и проводники, соединяющие электроды с разъемом. рН-зонд выполнен с автономным корпусом хлорсеребряного электрода, дополнительно содержит съемную чашеобразную насадку, в дне которой выполнено сквозное отверстие, через которое проходит капиллярно-пористый фитиль. Часть фитиля, расположенная внутри насадки, пропитана электропроводящей пастой и контактирует с электролитическим ключом хлорсеребряного электрода через слой этой пасты. Другая часть фитиля расположена вне насадки, а рабочий конец шланга герметизирован посредством концевого сурьмяного электрода, выполненного в виде цилиндра и жестко закрепленного в отверстии на торце шланга. Рабочий конец шланга может быть герметизирован посредством закрепления неметаллического наконечника на втулке концевого сурьмяного электрода. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. РН-зонд, содержащий измерительные сурьмяные электроды, в том числе в виде колец, жестко закрепленных на тонкостенных втулках, герметичный шланг, натянутый на втулки, хлорсеребряный электрод сравнения, размещенный в неметаллическом корпусе с электролитическим ключом, и проводники, соединяющие электроды с разъемом, отличающийся тем, что РН-зонд выполнен с автономным корпусом хлорсеребряного электрода, дополнительно содержащим съемную чашеобразную насадку, в дне которой выполнено сквозное отверстие, через которое проходит капиллярно-пористый фитиль, часть которого, расположенная внутри насадки, пропитана электропроводящей пастой и контактирует с электролитическим ключом хлорсеребряного электрода через слой этой пасты, другая часть фитиля расположена вне насадки, при этом один из измерительных сурьмяных электродов выполнен в виде цилиндра и жестко закреплен в отверстии на торце шланга для герметизации последнего. 2. РН-зонд по п. 1, отличающийся тем, что рабочий конец шланга герметизирован посредством закрепления неметаллического наконечника на втулке концевого сурьмяного электрода.