用于实时提供气体校准溶液的气体平衡线圈的制作方法
【专利说明】
[0001] 发明背景
技术领域
[0002] 本发明总体上涉及用于电极的校准用标准。具体地，本发明涉及用于质量控制的 气体控制液体和/或气体分析器设备如血液气体分析器和水气体分析器的校准。
【背景技术】
[0003] 多种不同的液体分析装置用于测试和测量液体中的气体和/或电解质水平。例 如，这些装置在医疗和环境应用中用于测量血液、尿、水及其它液体中的气体和/或电解质 水平。
[0004] 当用于测试液体样本时，液体分析装置必须频繁进行校准。常见的做法是利用控 制溶液来验证这些分析装置的准确度和可靠性。例如，血液气体分析器通常包括测量血液 样本的pH、二氧化碳分压力（PCO 2)和氧气分压力（PO2)的电极。这些电极通常在用于测量 血液样本之前进行校准。
[0005] 电极的校准涉及使电极接触具有已知所分析物质浓度的标准溶液或气体。电极提 供用于产生校准斜率的电响应。之后，电极与待测样本接触，这产生另外的电响应。校准斜 率用于将该电响应转换为样本中物质的浓度。例如，血液气体分析器中的电极定期校准，因 为电极对特定样本提供的响应趋于随着时间的过去而漂移（即改变）。
[0006] 通常，参考或校准容器容纳参考或校准溶液，其在溶液中包含已知分压力的气体 如氧气和二氧化碳。由于这些分压力以相当精确的程度已知，参考或校准溶液可用于在已 测试液体样本之后准确地校准液体分析机器。
[0007] 封装在密封容器中的带气体气压计的水溶液已用作氧气和二氧化碳电极的校准 用标准。带气体气压计的溶液的生产环境需要精确的温度和压力控制以确保校准用标准的 准确度。还必须在使用这些带气压计的溶液校准分析器中的电极之前使它们平衡到已知温 度。
[0008] 已提出其它液气控制产品，这些产品基于人血液的成分或被提议用作血液代用品 的成分如碳氟化合物和硅酮化合物乳剂。
[0009] -些控制/校准溶液已提供在气密、密封安瓿中并包含已知浓度的溶解氧和二氧 化碳。
[0010] 分析器如血液气体分析器使用多种不同的校准液体封装方法，使得溶解的气体水 平在一时间段期间稳定；通常，这些校准液体的储存寿命为18个月或更长。袋/容器材料 及用于接近袋/容器的包容物的设备选择成根据多个不同的因素如大气压和温度使得进 或出袋/容器的气体扩散最小化。
【发明内容】
[0011] 现有技术校准和/或控制溶液具有多个缺点。例如，通过商业途径可得及制备的 水气体控制液体充分模拟血液的pH和pC02水平，但没有足够的氧缓冲量，因为它们不能溶 解足够量的氧。在存在相当小量的外部氧污染时，这样的控制容易不准确，且很可能错误地 表明某些类型的仪器故障。
[0012] 基于乳剂的校准/控制溶液具有下述缺点：分析器设备的测量室中的气泡导致清 洗困难及导致样本控制推迟。在校准时制备控制样本具有其自身的缺点。由于制备过程技 术上相当复杂，这引起包括格外多的劳动、昂贵的附加设备及不确定性等在内的问题。
[0013] 用于校准溶液的容器中使用的、设计成使气体扩散最小化的材料和配件同样具有 缺点。在校准包装中使氧在长时间段保持稳定水平特别富有挑战性，尤其在大气和所储存 的试剂之间的平衡差大的情形下。此外，氧与容器材料或试剂的反应性也非常富有挑战性。
[0014] 本发明的目标在于在液体试剂和/或校准/标准溶液中提供非预先做的且非预先 包装的气体校准用标准以在气液分析器中使用。
[0015] 本发明通过提供能够将液体试剂和/或校准/标准溶液中的溶解气体值实时驱动 到受控水平的装置从而使用该试剂或溶液用于气体校准目的而实现这些及其它目标。
[0016] 广义地讲，本发明采用卷绕在保持在高温如37°C的热温控心轴上的长、薄壁、透气 管，也称为用于实时提供气液分析器中使用的气体校准溶液的气液平衡线圈。心轴和管周 围的气体环境在温度和气体浓度方面也被接近地控制。可用在本发明中的容易得到且便宜 的气体的一个例子为大气。管材料选择成具有高透气性，如高氧渗透性。当试剂和/或校 准溶液以高温通过线圈时，试剂和/或校准溶液基于大气压、温度和线圈周围空间中的气 体百分比快速呈现新平衡。通过知道确切的大气压或者心轴和管位于其中的室内的气压， 可计算该时刻的准确气体值，从而可用于校准目的。
[0017] 透气管的壁厚是对气体扩散越薄越好和在蠕动泵引起的真空下壁塌陷之间的折 中。材料、温度和真空的结合形成用于确定可用壁厚的参数。透气管的内径为在蠕动泵引 起的真空下对热损失越大越好和对每给定体积暴露的表面积越小越好之间的折中。在所有 变量（即管材料、厚度、管长度、管中溶液的停留时间、温度等）中，温度为第一顺序的效果。 在低温下，平衡非常缓慢地实现，因为扩散随温度而变。多种不同的液体被测试，具有低至 100mm Hg和高达220mm Hg的气体值，并在给定温度下驱动到平衡。温度越低花的时间越 长，而温度越高越快。
[0018] 在本发明的一实施例中，用于液体样本气体分析器的气体溶液平衡装置包括温控 导热心轴、卷绕在该心轴上的透气管线圈、及具有与包含温控导热心轴和透气管线圈的气 氛平衡的内部空间的壳体，透气管具有入口和出口。透气管线圈具有预定直线长度及透气 管具有预定壁厚，二者结合能够使以预定流率通过线圈的液体与壳体内的气体平衡从而在 管出口提供用于液体气体分析器的气体校准溶液。
[0019] 在本发明的另一实施例中，壳体内的气体为大气氧气，及壳体具有有助于壳体内 的内部空间和大气之间的平衡的开口。
[0020] 在本发明的另一实施例中，透气管由其25微米薄膜在25 °C下具有在约 0.6x10 13Cm3Cm cm 2s 1Pa1到约10x10 13Cm3Cm cm 2s 1Pa1范围中的、相当高的氧气或二氧化 碳透气性的材料制成。应注意，管材料的透气性规格用作可在本发明中使用的管类型的指 示参数。如果特定材料对于25微米薄膜在25°C下具有规定范围内或接近其的透气性值，则 由该特定材料制成的管将可用在本发明中。对于本发明，所有渗透性值均为25微米薄膜在 25 °C下的值。
[0021] 在本发明的另一实施例中，透气管由具有等于或大于约0. 6xl(T13Cm3Cm CnT2iT1Pf1 的氧气渗透性的材料制成，优选等于或大于约3xl(T13Cm3Cm CnT2iT1Pa'最好等于或大于 7x10 13Cm3Cm cm 2s 1Pa、
[0022] 在本发明的另一实施例中，透气管由具有等于约3xl(T13Cm3Cm CnT2JT1Pa^1的氧气渗 透性的材料制成。
[0023] 在本发明的另一实施例中，透气管由具有在约3x1 (T13Cm3Cm cmHa^1到约 7xlCT13cm3cm cmHa^1的范围中的氧气渗透性的材料制成。
[0024] 在本发明的另一实施例中，透气管具有在约0. 011英寸到约0. 014英寸范围中的 壁厚，优选在约〇. 012英寸到约0. 013英寸的范围中。
[0025] 在本发明的另一实施例中，透气管的壁厚足以在管遭受蠕动泵引起的真空效应时 防止壁塌陷，同时提供足够的氧气渗透性以在用于通过管的溶液的溶液出口处实现溶液氧 气与大气氧气的平衡。
[0026] 在本发明的另一实施例中，透气管由具有在约3x1 (T13Cm3Cm cmHa^1到约 10xl(T13cm3cm CnT2S^T1范围中的二氧化碳渗透性的材料制成。
[0027] 在本发明的另一实施例中，透气管由具有等于或大于约3xl(T13cm3cm CnT2S^1PaH的 二氧化碳渗透性的材料制成，优选等于或大于约7xl(T 13Cm3Cm CnT2iT1Pa'最好等于或大于 10x10 13Cm3Cm cm 2s 1Pa、
[0028] 在另一实施例中,温控导热心轴具有位于心轴内壁上或者心轴外壁上或者二者上 的薄膜式电阻加热器。电阻加热器也可采用管形心轴内的加热线圈的形式，代替薄膜式加 热器。除电阻加热之外，用于加热心轴的加热机制也可使用其它方法如热电学（即基于 Peltier效应）、循环通过心轴的热循环液体等。
[0029] 在另一实施例中，透气管具有在约35英寸到约75英寸范围中的长度。
[0030] 在另一实施例中，线圈具有在约11匝到约23匝范围中的预定匝数。
[0031] 在另一实施例中，透气管由选自下组的材料制成：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] 在另一实施例中，公开了为液体样本气体分析器实时提供气体校准溶液的方法。 该方法包括将温控导热心轴设定到预定温度并使校准溶液以预定流率移动通过卷绕在温 控导热心轴上的透气管线圈，其中透气管具有预定长度和预定壁厚、暴露于预定气体的气 氛、及由具有相当高的预定气体渗透性的材料制成。校准溶液在透气管出口处具有与预定 气体平衡的气体含量。
[0033] 在另一实施例中，该方法包括将温控导热心轴和透气管线圈包封在壳体内，其具 有连接到透气管入口的壳体入口及连接到透气管出口的