Способ определения содержания мочевины в протоке диализирующего раствора и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК G01N27/48 A61M1/14 

Фиг. I

Изобретение относится к физико-химическим методам определения органических веществ в растворах и может быть использовано при проведении гемодиализа в аппаратах искусственная почка для непрерывного контроля за -содержанием мочевины в контуре диализирующего раствора при его электрохимической регенерации.

Цель изобретения - повышение достоверности измерения при изменяющемся значении рН.

Сущность способа основана на снижении адсорбции кислорода на восстановленной поверхности платинового электрода при наличии в растворе мочевины. Это снижение вызвано конкурирующей адсорбцией мочевины, причем ее поверхностная концентрация на электроде связана логарифмической зависимостью с объемной концентрацией мочевины. На практике удобно циклировать электрод, при этом восстановление поверхности платинового электрода происходит на катодной ветви поляризации, а регистрацию снижения адсорбции кислорода можно вести по изменению количества электричества на ее анодной ветви. Однако продукты электролиза, растворенные в диализирующем растворе, сильно искажают потенциодинамическую характеристику платинового электрода, поэтому в качестве эквивалентного снижения адсорбции кислорода при наличии в растворе мочевины используют мгновенную величину тока I при анодном пределе цитирования потенциала Ед. При этом величина тока I связана с объемной концентрацией мочевины в растворе См следующим соотношением:

I - а - Ь«1дСм.

Однако при изменении рН диализирующего раствора в ходе его электрохимической регенерации величина анодного предела цитирования ЕА сдвигается, что приводит к изменению тока I при неизменной концентрации мочевины в растворе. Таким образом, изменение рН раствора вносит значительную погрешность при определении мочевины в диализирующем растворе.

Измерение рН раствора в потоке диализирующего раствора и коррекция значения Ед с помощью электронной схемы управления датчиком значительно усложняют способ.

Поэтому с целью упрощения способа и никелирования влияния колебаний рН раствора в качестве опорного сигнала выбирают ток катодного выделения водорода (I) при катодном пределе цитирования

потенциала:Ек(-0,91) - (-0,97)8 относительно потенциала хлорсеребряного электрода сравнения в исходном диализирующем растворе с рН0 ™ 7,4 (диализирующий раствор из концентрата фирмы Gambvo). Величина тока Г определяется только рН раствора и мало зависит от концентрации мочевины в растворе и присутствия продуктов электролиза.

0 Кроме того, по сдвигу анодного (или катодного) предела циклирования в растворе с текущим значением рН можно измерять это значение. Тем самым отпадает необходимость в применении до5 полнительных электродов для измерения рН.

Пример, Для измерения концентрации мочевины в протоке диализирующегораствораиспользуют

0 трехэлектродную стеклянную ячейку с измерительным платиновым электродом в виде сферы площадью S - 6,6.10 см2 и хлорсеребряным электродом сравнения (ХСЭ). Раствор подается в нижнюю часть

5 датчика и проходит вверх перпендикулярно поверхности измерительного электрода со скоростью 0,5 л/мин. Диализирующий раствор готовится из концентрата фирмы Cambvo и имеет

0 следующий состав, мэкв/л : Na 135; Mg 1, Ga 7; СГ 107.5; СНзСОО 35; рН-7,4; t - -36,8±0,1°С.

Для приготовления растворов используется мочевина марки Ч.Д.А, а ее

5 концентрация контролируется на приборе фирмы Beckman. Измерительный платиновый электрод подвергается циклической поляризации со скоростью разметки потенциала V - 0,2 В/с помощью

0 потенциостата ПИ-50-1 и программатора ПР-8 в пределах (-0,93 - (+1,65)В относительно ХСЭ в растворе с исходным значением рНо - 7,4.

На фиг.1 представлена потенциоди5 намическая Е-1 характеристика Pt электрода в диализирующем растворе с постоянной концентрацией мочевины; на фиг.2 - функциональная блок-схема устройства, с помощью которого реализует0 ся предлагаемый способ.

При снижении рН раствора Е-1 кривая сдвигается в катодную сторону, при этом ток I уменьшается (М I24), а ток i; увеличивается (И 2), Таким обра5 эом, концентрация мочевины, рассчитанная по указанной формуле, как бы увеличивается, хотя фактически она постоянна. Этого можно избежать, если при циклировании платинового электрода изменение полярности поляризации с

катодной на анодную проводить после достижения тока выделения водорода Г опре- деленного значения. Критерием правильности выбора интервала значений катодного предела цитирования по- тенциала. при котором фиксируется ток Г и изменяется полярность поляризации, является постоянство суммы тока (I + I) в растворе с постоянной концентрацией мочевины и разными значениями его рН, а также разброс этих значений при изменении рН

(-МЈ±0.юо%

Устройство включает источник 1 задаваемого напряжения, регулируемый источник 2 постоянного напряжения, блок 3 выборки, масштабирующие резисторы 4-6, регулирующий усилитель 7, электрохимический датчик 8 с вспомогательным электродом 9,рабочим электродом 10 и электродом 11 сравнения, согласующий усилитель 12, то- ковый усилитель 13 и компаратор 14 напряжений.

Устройство работает следующим образом.

Источник 1 вырабатывает задающее на- пряжение треугольной формы.которое через резистор 4 подается на инвертирующий вход регулирующего усилителя 7, который выполняет функцию электронного регулятора, обеспечивающего регулирование потен- циала рабочего электрода и сумматора внешних воздействий.

Согласующий усилитель 12 с коэффициентом усиления, равным единице, осуществляет согласование высокого выходного сопротивления электрода сравнения с инвертирующим входом регулирующего усилителя 7 через масштабирующий резистор 5.

Токовый усилитель работает в режиме преобразователя ток-напряжение и обес- печивает измерение тока электрохимического датчика 8 и согласование с блоком 3 и компаратором 14. На второй вход компаратора 14 подается опорное напряжение Don, соответствующее граничному значению от- рицательного тока через датчике. При этом компаратор 14 вырабатывает управляющий сигнал, который устанавливает на источнике 2 постоянного напряжения такой уровень напряжения смещения, при котором проис- ходит срабатывание компаратора 14.

В момент срабатывания компаратора 14 переключается генератор треугольного напряжения (источник 1) и уровень выходного напряжения начинает расти. Так как

5

5

0 5

о 5

о

5 0 е

разность между максимальным положительным и максимальным отрицательным напряжениями заранее задана, то наибольшее положительное напряжение оказывается зависящим от момента срабатывания компаратора 14, который зависит от текущего значения рН контролируемого раствора.

Заполненный уровень напряжения пропорционален концентрации мочевины в контролируемом диализирующем растворе и не зависит от текущего значения его рН.

Технический эффект устройства заключается в реализации электрохимической регенерации диализирующего раствора при проведении гемодиализа и гемофильтрации в аппаратах искусственная почка, что позволяет сократить со 180-200 до 2-3 л необходимое количество диализирующего раствора и создать малогабаритную аппаратуру для автономных и домашних условий.

Формула изобретения

1.Способ определения содержания мочевины в протоке диализирующего раствора, заключающийся в циклической поляризации платинового электрода от катодного потенциала до потенциала адсорбции кислорода, регистрации тока, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности измерения при изменяющемся значении рН, регистрируют ток при катодном пределе циклирования потенциала (-0,91)-(-0.97)8 относительно потенциала хлорсеребряного электрода в растворе с исходным значением рН, измеренное значение тока используют для определения момента изменения полярности поляризации с катодной на анодную и производят анодную поляризацию потенциалом 2,46- 2,62 В, регистрируют ток в момент изменения полярности с анодной на катодную, измеренное значение тока используют для определения содержания мочевины.

2.Устройство для определения содержания мочевины в протоке диализирующего раствора, содержащее электрохимический датчик, регулирующий усилитель, инвертирующий вход которого соединения с источником задаваемого напряжения, а выход - с вспомогательным электродом электрохимического датчика, согласующий усилитель, вход которого соединен с электродом сравнения, а выход - с инвертирующим входом регулирующего усилителя, токовый усилитель, инвертирующий вход которого соединен

с рабочим электродом электрохимического датчика, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности измерения при изменяющемся значении рН раствора, в него введены три регистра, блок выборки, источник постоянного напряжения, вход которого соединен с выходом источника задаваемого напряжения, а выход - с его входом, первый вход блока выборки соединен с вторым выходом источника постоянного напряжения, а второй вход - с выходом токового усилителя, первый вход компаратора соединен с выходом токового

0

усилителя, а выход соединен с управляющим входом источника постоянного напряжения, второй вход компаратора соединен с источником опорного напряжения, выход источника задаваемого напряжения соединен с входом первого резистора, выход согласующего усилителя соединен с входом второго резистора, инвертирующий вход регулируемого усилителя соединен с выходами первого и второго резисторов, третий регистр соединен параллельно токовому усилителю.

Изобретение относится к медицине, в частности, для определения и автоматического управления содержания мочевины в контуре диализирующего раствора при его электрохимической регенерации и может быть использовано при проведении гемодиализа и гемофильтрации в аппаратах " искусственная почка". Целью изобретения является повышение достоверности измерения при изменяющемся значении PH. Поставленная цель достигается тем, что в способе определения содержания мочевины в диализирующем растворе, включающем циклическую поляризацию платинового электрода от катодного потенциала до потенциала адсорбции кислорода, регистрацию тока, предварительно регистрируют ток при катодном пределе циклирования потенциала (-0,91) - (-0,97) В относительно потенциала хлорсеребряного электрода в растворе с исходным значением PH, указанное значение тока используют для определения момента изменения полярности поляризации с катодной на анодную и производят анодную поляризацию с постоянным размахом потенциала 2,46 - 2,62 В. В устройстве для определения концентрации мочевины для реализации поставленной цели введены источник 2 постоянного напряжения, блок 3 выборки, три резистора 4 - 6. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

pHf РНг

Фиг. 1