用于實時提供氣體校準溶液的氣體平衡線圈的制作方法
【專利說明】
[0001] 發(fā)明背景
技術領域
[0002] 本發(fā)明總體上涉及用于電極的校準用標準。具體地，本發(fā)明涉及用于質量控制的 氣體控制液體和/或氣體分析器設備如血液氣體分析器和水氣體分析器的校準。
【背景技術】
[0003] 多種不同的液體分析裝置用于測試和測量液體中的氣體和/或電解質水平。例 如，這些裝置在醫(yī)療和環(huán)境應用中用于測量血液、尿、水及其它液體中的氣體和/或電解質 水平。
[0004] 當用于測試液體樣本時，液體分析裝置必須頻繁進行校準。常見的做法是利用控 制溶液來驗證這些分析裝置的準確度和可靠性。例如，血液氣體分析器通常包括測量血液 樣本的pH、二氧化碳分壓力（PCO 2)和氧氣分壓力（PO2)的電極。這些電極通常在用于測量 血液樣本之前進行校準。
[0005] 電極的校準涉及使電極接觸具有已知所分析物質濃度的標準溶液或氣體。電極提 供用于產(chǎn)生校準斜率的電響應。之后，電極與待測樣本接觸，這產(chǎn)生另外的電響應。校準斜 率用于將該電響應轉換為樣本中物質的濃度。例如，血液氣體分析器中的電極定期校準，因 為電極對特定樣本提供的響應趨于隨著時間的過去而漂移（即改變）。
[0006] 通常，參考或校準容器容納參考或校準溶液，其在溶液中包含已知分壓力的氣體 如氧氣和二氧化碳。由于這些分壓力以相當精確的程度已知，參考或校準溶液可用于在已 測試液體樣本之后準確地校準液體分析機器。
[0007] 封裝在密封容器中的帶氣體氣壓計的水溶液已用作氧氣和二氧化碳電極的校準 用標準。帶氣體氣壓計的溶液的生產(chǎn)環(huán)境需要精確的溫度和壓力控制以確保校準用標準的 準確度。還必須在使用這些帶氣壓計的溶液校準分析器中的電極之前使它們平衡到已知溫 度。
[0008] 已提出其它液氣控制產(chǎn)品，這些產(chǎn)品基于人血液的成分或被提議用作血液代用品 的成分如碳氟化合物和硅酮化合物乳劑。
[0009] -些控制/校準溶液已提供在氣密、密封安瓿中并包含已知濃度的溶解氧和二氧 化碳。
[0010] 分析器如血液氣體分析器使用多種不同的校準液體封裝方法，使得溶解的氣體水 平在一時間段期間穩(wěn)定；通常，這些校準液體的儲存壽命為18個月或更長。袋/容器材料 及用于接近袋/容器的包容物的設備選擇成根據(jù)多個不同的因素如大氣壓和溫度使得進 或出袋/容器的氣體擴散最小化。

【發(fā)明內容】

[0011] 現(xiàn)有技術校準和/或控制溶液具有多個缺點。例如，通過商業(yè)途徑可得及制備的 水氣體控制液體充分模擬血液的pH和pC02水平，但沒有足夠的氧緩沖量，因為它們不能溶 解足夠量的氧。在存在相當小量的外部氧污染時，這樣的控制容易不準確，且很可能錯誤地 表明某些類型的儀器故障。
[0012] 基于乳劑的校準/控制溶液具有下述缺點：分析器設備的測量室中的氣泡導致清 洗困難及導致樣本控制推遲。在校準時制備控制樣本具有其自身的缺點。由于制備過程技 術上相當復雜，這引起包括格外多的勞動、昂貴的附加設備及不確定性等在內的問題。
[0013] 用于校準溶液的容器中使用的、設計成使氣體擴散最小化的材料和配件同樣具有 缺點。在校準包裝中使氧在長時間段保持穩(wěn)定水平特別富有挑戰(zhàn)性，尤其在大氣和所儲存 的試劑之間的平衡差大的情形下。此外，氧與容器材料或試劑的反應性也非常富有挑戰(zhàn)性。
[0014] 本發(fā)明的目標在于在液體試劑和/或校準/標準溶液中提供非預先做的且非預先 包裝的氣體校準用標準以在氣液分析器中使用。
[0015] 本發(fā)明通過提供能夠將液體試劑和/或校準/標準溶液中的溶解氣體值實時驅動 到受控水平的裝置從而使用該試劑或溶液用于氣體校準目的而實現(xiàn)這些及其它目標。
[0016] 廣義地講，本發(fā)明采用卷繞在保持在高溫如37°C的熱溫控心軸上的長、薄壁、透氣 管，也稱為用于實時提供氣液分析器中使用的氣體校準溶液的氣液平衡線圈。心軸和管周 圍的氣體環(huán)境在溫度和氣體濃度方面也被接近地控制。可用在本發(fā)明中的容易得到且便宜 的氣體的一個例子為大氣。管材料選擇成具有高透氣性，如高氧滲透性。當試劑和/或校 準溶液以高溫通過線圈時，試劑和/或校準溶液基于大氣壓、溫度和線圈周圍空間中的氣 體百分比快速呈現(xiàn)新平衡。通過知道確切的大氣壓或者心軸和管位于其中的室內的氣壓， 可計算該時刻的準確氣體值，從而可用于校準目的。
[0017] 透氣管的壁厚是對氣體擴散越薄越好和在蠕動泵引起的真空下壁塌陷之間的折 中。材料、溫度和真空的結合形成用于確定可用壁厚的參數(shù)。透氣管的內徑為在蠕動泵引 起的真空下對熱損失越大越好和對每給定體積暴露的表面積越小越好之間的折中。在所有 變量（即管材料、厚度、管長度、管中溶液的停留時間、溫度等）中，溫度為第一順序的效果。 在低溫下，平衡非常緩慢地實現(xiàn)，因為擴散隨溫度而變。多種不同的液體被測試，具有低至 100mm Hg和高達220mm Hg的氣體值，并在給定溫度下驅動到平衡。溫度越低花的時間越 長，而溫度越高越快。
[0018] 在本發(fā)明的一實施例中，用于液體樣本氣體分析器的氣體溶液平衡裝置包括溫控 導熱心軸、卷繞在該心軸上的透氣管線圈、及具有與包含溫控導熱心軸和透氣管線圈的氣 氛平衡的內部空間的殼體，透氣管具有入口和出口。透氣管線圈具有預定直線長度及透氣 管具有預定壁厚，二者結合能夠使以預定流率通過線圈的液體與殼體內的氣體平衡從而在 管出口提供用于液體氣體分析器的氣體校準溶液。
[0019] 在本發(fā)明的另一實施例中，殼體內的氣體為大氣氧氣，及殼體具有有助于殼體內 的內部空間和大氣之間的平衡的開口。
[0020] 在本發(fā)明的另一實施例中，透氣管由其25微米薄膜在25 °C下具有在約 0.6x10 13Cm3Cm cm 2s 1Pa1到約10x10 13Cm3Cm cm 2s 1Pa1范圍中的、相當高的氧氣或二氧化 碳透氣性的材料制成。應注意，管材料的透氣性規(guī)格用作可在本發(fā)明中使用的管類型的指 示參數(shù)。如果特定材料對于25微米薄膜在25°C下具有規(guī)定范圍內或接近其的透氣性值，則 由該特定材料制成的管將可用在本發(fā)明中。對于本發(fā)明，所有滲透性值均為25微米薄膜在 25 °C下的值。
[0021] 在本發(fā)明的另一實施例中，透氣管由具有等于或大于約0. 6xl(T13Cm3Cm CnT2iT1Pf1 的氧氣滲透性的材料制成，優(yōu)選等于或大于約3xl(T13Cm3Cm CnT2iT1Pa'最好等于或大于 7x10 13Cm3Cm cm 2s 1Pa、
[0022] 在本發(fā)明的另一實施例中，透氣管由具有等于約3xl(T13Cm3Cm CnT2JT1Pa^1的氧氣滲 透性的材料制成。
[0023] 在本發(fā)明的另一實施例中，透氣管由具有在約3x1 (T13Cm3Cm cmHa^1到約 7xlCT13cm3cm cmHa^1的范圍中的氧氣滲透性的材料制成。
[0024] 在本發(fā)明的另一實施例中，透氣管具有在約0. 011英寸到約0. 014英寸范圍中的 壁厚，優(yōu)選在約〇. 012英寸到約0. 013英寸的范圍中。
[0025] 在本發(fā)明的另一實施例中，透氣管的壁厚足以在管遭受蠕動泵引起的真空效應時 防止壁塌陷，同時提供足夠的氧氣滲透性以在用于通過管的溶液的溶液出口處實現(xiàn)溶液氧 氣與大氣氧氣的平衡。
[0026] 在本發(fā)明的另一實施例中，透氣管由具有在約3x1 (T13Cm3Cm cmHa^1到約 10xl(T13cm3cm CnT2S^T1范圍中的二氧化碳滲透性的材料制成。
[0027] 在本發(fā)明的另一實施例中，透氣管由具有等于或大于約3xl(T13cm3cm CnT2S^1PaH的 二氧化碳滲透性的材料制成，優(yōu)選等于或大于約7xl(T 13Cm3Cm CnT2iT1Pa'最好等于或大于 10x10 13Cm3Cm cm 2s 1Pa、
[0028] 在另一實施例中,溫控導熱心軸具有位于心軸內壁上或者心軸外壁上或者二者上 的薄膜式電阻加熱器。電阻加熱器也可采用管形心軸內的加熱線圈的形式，代替薄膜式加 熱器。除電阻加熱之外，用于加熱心軸的加熱機制也可使用其它方法如熱電學（即基于 Peltier效應）、循環(huán)通過心軸的熱循環(huán)液體等。
[0029] 在另一實施例中，透氣管具有在約35英寸到約75英寸范圍中的長度。
[0030] 在另一實施例中，線圈具有在約11匝到約23匝范圍中的預定匝數(shù)。
[0031] 在另一實施例中，透氣管由選自下組的材料制成：聚四氟乙烯（PTFE)、氟化乙烯 丙烯（FEP)、全氟烷氧基共聚物如四氟乙烯全氟（烷氧基乙烯基醚）薄膜（PFA)、和乙烯-四 氟乙烯共聚物如聚乙烯四氟乙烯（ETFE)。
[0032] 在另一實施例中，公開了為液體樣本氣體分析器實時提供氣體校準溶液的方法。 該方法包括將溫控導熱心軸設定到預定溫度并使校準溶液以預定流率移動通過卷繞在溫 控導熱心軸上的透氣管線圈，其中透氣管具有預定長度和預定壁厚、暴露于預定氣體的氣 氛、及由具有相當高的預定氣體滲透性的材料制成。校準溶液在透氣管出口處具有與預定 氣體平衡的氣體含量。
[0033] 在另一實施例中，該方法包括將溫控導熱心軸和透氣管線圈包封在殼體內，其具 有連接到透氣管入口的殼體入口及連接到透氣管出口的