Способ определения содержания мочевины в протоке диализирующего раствора и устройство для его осуществления

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4646156/14 (22) 03,02.89 (46) 07.08.91. Бюл. N. 29 (71) Московский энергетический институт (72) С.И.Нефедкин и М.П.Болдырев (53) 615 475 (088.8) (56) Авторское свилетельство СССР

N- 1158913, кл. C 01 N 27/48, 1983, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ МОЧЕВИНЫ В ПРОТОКЕ ДИАЛИЗИРУЮЩЕГО РАСТВОРА И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 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 изме(я)з G 01 N 27/48, А 61 М 1/14 рения при изменяющемся значении рН. 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 рН, 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.

2с.п.ф-лы, 2 ил.

1668925

10

25

40

Изобретение относится к физико-хими ческим 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 досто верности измерения при изменяющемся, значении рН.

Сущность способа основана на снижении адсорбции кислорода на восстановлен ной поверхности платинового электрода при наличии в растворе мочевины. Это сни жение вызвано конкурирующей адсарбцией мочевины, причем ее поверхностная концентрация на электроде связана логарифмической зависимостью с объемной концентрацией мочевины. На практике удобно циклировать электрод, при этом вос становление 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 электроли за, растворенные в диализирующем раство, ре, сильно искажают потенциодинамическую характеристику платинового электрода, поэтому в качестве эквивалентного снижения ад, сорбции кислорода при наличии в растворе, мочевины используют мгновенную величину тока при анодном пределе циклирования потенциала ЕА, При этом величина тока I связана с объемной концентрацией мочевины в растворе CM следующим соотношением:! -а-Ь |9См.

Однако при изменении рН диализирующего раствора в ходе его электрохимической регенерации величина ародного предела циклирования ЕА сдвигается, что приводит к изменению тока 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 диалиэирующего раствора и коррекция значения EA с помощью электронной схемы управления датчиком значительно усложняют способ.

Поэтому с целью упрощения способа и никелирования влияния колебаний рН растворе в качестве опорного сигнала выбирают ток катодного выделения водорода (! ) при катодном пределе циклирования потенциала: Ек(-0,91) - (-0,97)В относительно потенциала хлорсеребряного электрода сравнения в исходном диализирующем растворе с рН = 7,4 (диализирующий раствор из концентрата фирмы

"Gambvo"). Величина тока определяется только рН раствора и мало зависит от концентрации мочевины в растворе и присутствия продуктов электролиза.

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 дополнительных электродов для измерения рН.

Пример, Для измерения концентрации мочевины в протоке диализирующего раствора используют трехэлектродную стеклянную ячейку с измерительным платиновым электродом в виде сферы площадью S - 6,6.10 см и хлорсеребряным электродом сравнения (ХСЭ). Раствор подается в нижнюю часть датчика и проходит вверх перпендикулярно поверхности измерительного электрода со скоростью 0,5 л/мин.

Диализирующий раствор готовится иэ концентрата фирмы Cambvo" и имеет следующий состав, мэкв/л: Na+ 135; Mg

1, Ga 7; С! 107.5; СНзСОО 35: рН-7,4; t-36,8 + 0,1 С.

Для приготовления растворов используется мочевина марки Ч.Д,А, а ее концентрация контролируется на приборе фирмы "Beckman". Измерительный платиновый электрод подвергается циклической поляризации со скоростью разметки потенциала Ч - 0,2 В/с помощью потенциостата ПИ-50-! и программатора

ПР-8 в пределах (-0,93 — (+I.65)B относительно ХСЭ в растворе с исходным значением рНо - 7,4.

На фиг.1 представлена потенциодинамическая Е-I характеристика Pt электрода в диализирующем растворе с постоянной концентрацией мочевины; на фиг.2 — функциональная блок-схема устройства, с помощью которого реалиэует50 ся предлагаемый способ.

При снижении рН раствора Е-1 кривая сдвигается в катодную сторону, при этом ток !+ уменьшается (I> < +). а ток !. увеличивается (Ii < lz), Таким обра55 зом, 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

1668925

10 100 ).

25

4 0

55 катодной на анодную проводить после достижения тока выделения водорода! определенного значения. Критерием правильности выбора интервала значений катодного предела циклирования потенциала, 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

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, токовый усилитель 13 и компаратор 14 напряжений.

Устройство работает следующим образом.

Источник 1 вырабатывает задающее напряжение треугольной формы, которое через резистор 4 подается на инвертирующий вход регулирующего усилителя 7, который выполняет функцию электронного регулятора, обеспечивающего регулирование потенциала 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 обеспечивает измерение тока электрохимического датчика 8 и согласование с блоком 3 и компаратором 14. На второй вход компаратора 14 подается опорное напряжение Орл, соответствующее граничному значению отрицательного тока через датчик8. При этом компаратор 14 вырабатывает управляющий сигнал, который устанавливает на источнике 2 постоянного напряжения такой уровень напряжения смещения, при котором происходит срабатывание компаратора 14.

В момент срабатывания компаратора

14 переключается генератор треугольного напряжения (источник 1) и уровень выходного напряжения начинает расти. Так как 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 злектрохимической 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, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения достоверности измерения при изменяющемся значении рН, регистрируют ток при катодном пределе циклирования потенциала (-0,91) -(-0,97)B 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 2,462,62 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 злектрохимического датчика, согласую ций усилитель, вход которого соединен с электродом сравнения, а выход — с инвертирующим входом регулирующего усилителя, токовый усилитель, инвертирующий вход которого соединен

1668925

Составитель A. Camo

Техред М,Моргентал Корректор 0, Кундрик

Редактор И. Шулла

Заказ 265& Тираж 82 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101 рабочим электродом электрохимического атчика. о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с елью повышения достоверности измерения при изменяющемся значении рН раствора, в него введены три регистра. блок выборки, источник постоянного напряжения, вход которого соединен с выходом vicточника задаваемого напряжения, а выход

- с его входом, первый вход блока выборки единен с вторым выходом источника пооянного напряжения, а второй вход — с

ыходом токового усилителя, первый вход мпаратора соединен с выходом токового усилителя, а выход соединен с управляющим входом источника постоянного напряжения. второй вход компаратора соединен с источником опорного напряжения, выход

5 источника задаваемого напряжения соединен с входом первого резистора, выход согласующего усилителя соединен с входом второго резистора, инвертирующий вход регулируемого усилителя соединен с выхо10 дами первого и второго резисторов, третий регистр соединен параллельно токовому усилителю.