專利名稱：定量的二氧化碳檢測器的制作方法
這是1987年12月22日美國專利申請(申請?zhí)?36600)的后續(xù)申請部分，136600申請是1986年8月13日申請(申請?zhí)?96360)的后續(xù)申請，896360申請的美國專利號為4728499。
本發(fā)明涉及一個用于定量測定氣體中二氧化碳的檢測器。本發(fā)明還涉及一個用于測定氣體中二氧化碳濃度的方法，最好用一個目測裝置，它能給出所說濃度的定量測量結(jié)果。
用參見的方式結(jié)合在本申請中的美國專利4728499和它的后續(xù)申請，公開了一個組合快速響應(yīng)裝置，用來測定二氧化碳在氣體混合物中大于2%的濃度，該裝置包括一個指示單元，指示單元包含生色的PH-靈敏指示劑和其他物質(zhì)。當(dāng)所測的二氧化碳濃度在氣體中大于等于2%時，該指示單元在5-20秒內(nèi)給出一個可見的顏色變化。在這個裝置的最佳實施例中，所說的指示單元是浸漬到一個載體上，形成一個指示器元件，它裝配在具有一個入口、一個出口和一個透明窗口的外殼中，通過窗口可以看到其中的元件及其任何顏色的變化。
這樣，根據(jù)美國專利4728499，當(dāng)環(huán)境氣體中二氧化碳的濃度達到或超過最小濃度2%時，按指示單元中物質(zhì)的性質(zhì)和濃度很快引起確定的顏色變化。因此，提供了一個裝置，它配置在一個病人的氣管內(nèi)的管子上，就能精確和快速的測定。
但是在有些場合，不僅給出一個最小濃度，必須精確定量測定氣體中二氧化碳的濃度。所以有一個裝置和方法提供在線、實時、重復(fù)測量，則可檢測二氧化碳濃度的瞬時變化，這是有益的。
把美國專利4728499所公開的裝置中使用的目視檢測概念擴展到(Ⅰ)一個元件能夠給出漸進的不同響應(yīng)信號或(Ⅱ)多個元件的順序排列，可以看到現(xiàn)在可達到這些進一步的目的。每一個元件是預(yù)先校準(zhǔn)的，給出一個快速響應(yīng)信號，例如一個可見的響應(yīng)(顏色變化);兩者之中的任何一個實施例中的所說的每一個響應(yīng)信號相應(yīng)于所測氣體中二氧化碳的不同的預(yù)先測定的濃度，在所說的實施例中，能夠重復(fù)地響應(yīng)二氧化碳濃度變化。
根據(jù)本發(fā)明，提供一個用于定量測定氣體中二氧化碳的檢測器，它包括許多元件，每個元件具有一個暴露于氣體中的表面的載體，所說的表面含有一個預(yù)先確定靈敏度的指示單元，當(dāng)它暴露于一個給定的二氧化碳濃度時，給出一個快速響應(yīng)信號。所說的元件按順序排列，在每個元件中所說的指示單元的預(yù)先確定的靈敏度是漸進地順序相差一個增量，它給出快速響應(yīng)信號，與前面的每個元件中的指示單元不同，每一個所說的不同的響應(yīng)信號相應(yīng)于一個特定的二氧化碳濃度。因此，所說元件序列提供在氣體中二氧化碳的漸進的定量測定，并能夠重復(fù)地隨時間響應(yīng)二氧化碳濃度的變化。
指示單元的有效組成部分，在這里稱作“指示器”，當(dāng)暴露于一個給定的二氧化碳濃度中時，提供一個所需的快速響應(yīng)信號，該指示器可能是任何已有技術(shù)的指示器，應(yīng)對二氧化碳的存在是敏感的，并能夠象這里所述的方法進行校準(zhǔn)，從而給出相應(yīng)于已知的預(yù)先確定的二氧化碳濃度的一個響應(yīng)信號。這個信號可能是可目測的，即是顏色的、電的或電子的變化。在二氧化碳存在時給出顏色變化的指示器包含生色的PH-靈敏指示劑和氧化/還原指示劑。
在本發(fā)明的檢測器中應(yīng)用的合適指示劑是生色的PH-靈敏指示劑型，在美國專利4728499中已公開，而本發(fā)明在后面將參照這些合適的指示劑作進一步描述。
因此，本發(fā)明也提供一個用于在氣體中定量測定二氧化碳的檢測器，它包括多個元件，在其中每個元件有一個暴露于這種氣體中的表面的載體。所說的表面是用預(yù)先確定靈敏度生色的指示單元浸漬過，當(dāng)暴露于一個已知二氧化碳濃度的氣體中時，它給出一個快速可見的顏色變化，所說元件是按順序排列的，在每一個元件中，所述指示單元預(yù)先確定的靈敏度在這個順序中漸進地相差一個增量，它給出顏色變化與在前面的每個元件中指示單元顏色變化不同，所說的每一個不同顏色變化相應(yīng)于二氧化碳的一個特定濃度，因此，所說元件序列銎逯卸躉冀ソ畝坎舛ǎ⒛芄凰媸奔渲馗聰煊Χ躉寂ǘ鵲謀浠 可能是生色的、電的或電子的某些指示器，在環(huán)境氣體中能夠基于不同的二氧化碳濃度給出變化信號。例如一個生色的化學(xué)指示器，當(dāng)二氧化碳濃度增加時，漸進地改變顏色，即可見的不同性質(zhì)的顏色或顏色色調(diào)的變化;并且顏色或顏色色調(diào)的漸變是足夠明顯地不同，當(dāng)與一個合適的顏色比較圖比較時，可產(chǎn)生一個有意義的快速響應(yīng)信號;其次根據(jù)本發(fā)明一個改進的檢測器是單個包含多響應(yīng)的元件，而不是每個元件給出性質(zhì)不同響應(yīng)信號的多個元件。當(dāng)用一個生色化學(xué)指示器時，不僅單個多響應(yīng)元件實施例，而且多元件實施例通常與一個合適的顏色比較圖一起應(yīng)用。
這樣，本發(fā)明進一步提供一個如上述用于定量測定氣體中二氧化碳改進的檢測器，它包含一個帶有一個暴露于氣體中的表面的元件，所說的表面包括指示器，能夠根據(jù)暴露于氣體中二氧化碳濃度漸進地改變，提供多個能夠區(qū)別的快速響應(yīng)信號，所說的每一個信號相應(yīng)于一個特定二氧化碳濃度，還包括預(yù)先校準(zhǔn)的用于說明所述信號的比較工具。
在根據(jù)本發(fā)明的改進的檢測器的最佳實施例中，這個元件包含一個有暴露于氣體中的表面的載體，所述的表面用生色指示單元浸漬過，這個元件根據(jù)暴露于漸進地變化的二氧化碳濃度給出多個快速可見的顏色或顏色色調(diào)變化。所述的每一個顏色或顏色色調(diào)相應(yīng)于一個特定的二氧化碳濃度。還提供一個預(yù)先校準(zhǔn)的顏色比較圖，以說明不同的顏色和顏色色調(diào)。
本發(fā)明還進一步給出一個用于定量測定氣體中二氧化碳濃度的方法，該方法包括把所說氣體送進包含一個或多個元件的檢測器中與一個或多個元件的表面接觸，元件或每個元件有一個暴露于所述氣體的所述表面的載體，所述表面用一個預(yù)先確定靈敏度的生色指示單元浸漬過，在單個元件的情況，它給出一系列相應(yīng)于二氧化碳濃度變化的快速可見顏色變化，或在多個元件的情況，當(dāng)暴露于一個已知的二氧化碳濃度中時，給出一個快速可見的顏色變化。所述的多個元件是按順序排列的，在這個順序的每個元件中，指示單元的所述預(yù)先確定的靈敏度漸進地相差一個增量，它給出一個不同于在前面的每個元件指示單元的顏色變化，并把所述一系列快速可見顏色變化或所述不同顏色變化與一個預(yù)先校準(zhǔn)的顏色比較圖作顏色比較，從而得到漸進的定量濃度測定或氣體中二氧化碳濃度的變化。
本發(fā)明的檢測器的最佳實施例，利用在美國專利4728499中公開的用于測量二氧化碳、漲落量同樣概念，并保留其醫(yī)學(xué)應(yīng)用于有生命的快速響應(yīng)特性，但是，通過改進包含一個或多個元件指示實體，每一個元件對環(huán)境氣體中二氧化碳的不同濃度敏感，目前的檢測器或改進的檢測器允許測定二氧化碳濃度瞬時的變化并定量測量它們的濃度。
在本發(fā)明的檢測器中用的指示單元最好包含一個無色化合物的水溶液，它提供一個堿性溶液，即一個堿，一個生色PH-靈敏的指示劑和吸水的、無色透明的水可混溶的液體，并且在所述的每個元件中指示單元的靈敏度是用改變這個堿的濃度或性質(zhì)、改變生色的PH-靈敏指示劑的濃度或性質(zhì)或改變這些參數(shù)任何組合來確定的。
當(dāng)用“指示單元”這個術(shù)語時，是想說明在這個檢測器的每個元件中的那個實體，它給出一個快速響應(yīng)信號，最好是取決于所給出二氧化碳濃度的一個顏色變化。一個最佳的“指示單元”至少包括一個“指示器”，這里的“指示器”定義為包括一個化合物或化合物的混合物，或一個合適的電氣裝置或電子裝置。
當(dāng)這個指示器是一個化合物時，它通常是一個生色的PH-靈敏指示劑，它根據(jù)暴露于一個二氧化碳的給定濃度時給出一個顏色變化，在有其他成分存在情況下，提供一個合適的化學(xué)條件，以引起所需要的顏色變化。當(dāng)指示器是一個電的或電子的裝置時，它可能是一個電極或晶體管，用于測定或測量由于二氧化碳臨界量存在而引起的環(huán)境中化學(xué)參數(shù)的變化。
當(dāng)用指示單元提供的響應(yīng)信號是顏色變化時，術(shù)語“指示器”實際意味是化合物，它給出與二氧化碳濃度有關(guān)的快速顏色變化。在這個實施例中，最佳指示器是一個生色的PH-靈敏指示劑，即一個化合物或化合物的混合物，當(dāng)在環(huán)境介質(zhì)中PH值變化時，它快速地改變顏色。對這樣能夠測定二氧化碳的指示器，它被用于與一個堿性溶液提供的合適的堿結(jié)合。在所述堿溶液中存在的羥基離子或胺殘余與二氧化碳化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生碳酸鹽，碳酸氫鹽 或氨基甲酸酯的一部分。如在美國專利4728499中所述，在接觸面產(chǎn)生的反應(yīng)，耗盡羥基離子或胺，這樣降低了在用指示單元浸漬的元件表面的PH值，PH值的降低導(dǎo)致在指示器中顏色變化。
因為在無水時二氧化碳將不與堿反應(yīng)，確定最低量水的存在對指示單元產(chǎn)生所需顏色變化是必須的。因此，這個指示單元也應(yīng)包括一個保證在使用這個檢測器時所需最低量的水存在的物質(zhì)，這個最佳物質(zhì)是吸水的，無色的，透明的，水可溶混的。
這樣，本發(fā)明的最佳實施例是如上所述的檢測器，在這檢測器所述的指示單元包含一個堿的水溶液、一個生色PH-靈敏指示劑和一個吸水的、無色透明的、水可溶混的液體，并且在所述元件中的每一個指示單元的靈敏度，是通過改變這個堿濃度或性質(zhì)，改變生色的PH-靈敏指示劑的濃度或性質(zhì)或改變這些參數(shù)的任何組合來確定的。
本發(fā)明的檢測器可應(yīng)用的最佳指示器包括在美國專利4728499中公開的生色PH-靈敏指示劑，即甲酚紅紫、百里酚藍、甲酚紅、苯酚紅、二甲苯酚藍、甲酚紅和百里酚藍3∶1的混合物、溴百里酚藍、中性紅、酚酞、玫紅酸、α-萘酚酞和酸性Ⅰ號橙。在本發(fā)明的檢測器中可能應(yīng)用的其他指示劑的例子包括溴酚紅紫、溴酚紅、對-硝基苯酚、間-硝基苯酚、姜黃素、喹啉藍、百里酚酞及其混合物。
特別好的指示劑是甲酚紅紫、甲酚紅、溴百里酚藍以及甲酚紅和溴百里酚藍的混合物。
在本發(fā)明的最佳實施例中指示單元的另外成分是堿。它是一個無色化合物，與水產(chǎn)生一個堿性溶液、和一個吸水的高沸點透明無色的、水可溶混的液體。
這個堿應(yīng)該是一個化合物，與二氧化碳反應(yīng)產(chǎn)物是水可溶的，并且它將與二氧化碳取得合理平衡或穩(wěn)定狀態(tài)。合適的堿包括碳酸鈉，氫氧化鋰、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鉀、巴比妥鈉、三元磷酸鈉、二元磷酸鈉、醋酸鉀、單乙醇胺、二乙醇胺和哌啶。特別好的堿是碳酸鈉。
在本發(fā)明的最佳實施例中第三個成分是一個吸水、高沸點、透明無色的水可溶混的液體。用這個成分的目的是在每個元件的指示單元中截留足夠的水，使這個單元的暴露表面能作為一個與周圍氣體反應(yīng)的區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明的檢測器的每個元件一個重要準(zhǔn)則是指示單元固定在載體中或載體上。這需要浸漬的載體的有效干燥或吸干，從而達到保留的濕度最小，以防止在應(yīng)用中材料的遷移或流動。當(dāng)然，因為二氧化碳不與無水堿反應(yīng)，某一最小量水的存在對這個元件工作是必須的。當(dāng)在測試時暴露于氣體中，吸水的液體保證在指示單元中所需要的最小量水的存在。
用于本發(fā)明的檢測器中合適的吸水液體的例子是甘油、丙烯乙二醇、單乙烯乙二醇、二乙烯乙二醇、聚乙烯乙二醇和各種脂族醇。因為它們無毒，并有防腐特性，能抑制細菌和霉菌生長，甘油和丙烯乙二醇或它們的混合物是特別合適的。
本發(fā)明最佳檢測器的每一個元件包括一個有在測試時暴露于氣體中的表面的載體，而所說表面用上述的指示單元浸漬過。這個載體可是任何能夠用指示單元浸漬和在浸漬后能顯示對二氧化碳所需靈敏度的材料組成，載體最好是一吸水材料，例如濾紙或合成纖維材料。然而，載體可以是任何不具有固有酸或堿性特性的固體材料，以及所述的指示單元可浸漬它，例如某些多孔薄片或小球型塑料以及無機晶體。如在美國專利4728499中所述，這些載體通常用水溶液形式的指示單元浸漬，并干燥或吸干以除去過量的水分。
在本發(fā)明的檢測器的多元件實施例中，這些元件按照對二氧化碳靈敏度順序排列，于是當(dāng)這個檢測器暴露于被測試的氣體中，定量測定該氣體中(若存在)二氧化碳濃度，是由那個元件改變顏色來給出的，將該元件改變顏色校準(zhǔn)在，其預(yù)先確定的濃度值是大于已經(jīng)改變顏色的元件指示值而小于尚未改變顏色的元件指示值。這個校正的增量可以根據(jù)所希望的精確度來選擇。增量通常為1.0-2.0%能滿足絕大多數(shù)目的。通常這個檢測器還這樣校準(zhǔn)的，在預(yù)期試驗條件下，最后的一或兩個元件不改變顏色。
這些元件的順序?qū)嶋H排列是不嚴(yán)格的，只要給出的響應(yīng)可容易看到和說明。為操作容易，這些窄條型元件最好按順序排列。如果載體是吸水材料，如濾紙，這些元件可在單片載體材料上用窄條的指示單元來形成，每個窄條與其鄰近的條通過一個纖維吸水材料彼此隔開，以防止指示單元從一個窄條向另一條遷移。或者每個元件可能是一個所需靈敏度的指示單元浸漬的一個分離的載體材料的窄條，并把每個窄條順序地安裝在合適的支承上制成這個檢測器，例如在美國專利4728499的裝置中應(yīng)用的圓形短管。
在這個檢測器中的每個元件通過選擇指示單元的三個參數(shù)的一或兩個來校準(zhǔn)，即1.堿的性質(zhì);
2.用于浸漬這個載體的溶液中堿的濃度。當(dāng)與二氧化碳基準(zhǔn)濃度平衡或穩(wěn)態(tài)時，這個參數(shù)給出溶液的初始PH值;
3.生色PH靈敏指示劑的PK值。
校準(zhǔn)的臨界因素是a.指示劑的初始PH值和PK值之間的差別，和b.在對用于指示單元中的特定的堿有關(guān)的特定的二氧化碳濃度上，特定指示單元新的平衡或穩(wěn)態(tài)PH值。
在利用多個組件時，同一種指示單元有不同的起始PH值比PK值，每個元件仔細校準(zhǔn)在不同的二氧化碳濃度上，即不同的平衡或穩(wěn)態(tài)PH值。在任何時間點精確定量試驗氣體中存在的二氧化碳濃度，并測定二氧化碳濃度隨時間變化是可能的。因此這個檢測器能夠重復(fù)響應(yīng)變化的二氧化碳濃度。
精度將取決于元件的數(shù)目和根據(jù)每個指示劑的PK值顯示的顏色變化的大小，當(dāng)PH值有小的變化時，其轉(zhuǎn)化為在每個相鄰元件的指示單元中顏色變化一個增量。精度也取決于挑選檢測器，根據(jù)試驗氣體中二氧化碳的濃度范圍來顯示一個合適的響應(yīng)。
在每個元件中指示元件將響應(yīng)二氧化碳的特定濃度范圍，因為在指示器中顏色變化在PH值轉(zhuǎn)化范圍內(nèi)，隨PH值的大小變化將是連續(xù)不斷的。
已知二氧化碳濃度的變化的顏色比較圖將給出一個氣體中未知的二氧化碳濃度的快速定量，所提供的這種氣體是已知不包含其他會干擾測試的酸性氣體，如二氧化硫或硫化氫。
當(dāng)這個檢測器的多個元件是如上所述窄條順序組成的，所說的多個元件可以按裝在如美國專利4728499描述和圖示的一個裝置中的支承在透明外殼中的短管上。
在美國專利4728499中公開的裝置的最佳實施例提供一個方便和相當(dāng)簡單的裝置，當(dāng)在一個病人，特別是一個窒息病人(apneicpatient)的氣管中正確或不正確放置了氣管內(nèi)導(dǎo)管時，還能快速獲得基本上不會差錯的指示。
因此，所述的最佳實施例包括一個指示單元，它確實地和快速地響應(yīng)某一濃度二氧化碳的存在，即在一個人呼出氣體中存在的二氧化碳的量，這個濃度通常是4.5～5.0%，但可能低到2%。
但是，雖然對所說裝置要成功地操作，5-20秒期間的極快響應(yīng)是決定性的;這同樣是重要的，即指示單元應(yīng)該不那樣靈敏，當(dāng)暴露在包含最低量二氧化碳的大氣中時，它不會太快地改變顏色，例如環(huán)境空氣通常包含大約0.03%二氧化碳，這個最小量基本上低于在呼出的氣體中存在的二氧化碳。
因此，根據(jù)美國專利4728499裝置中應(yīng)用的指示器是這樣選擇的，在暴露于包含確實為最小量的二氧化碳的大氣中時，不會瞬時改變顏色，例如在環(huán)境空氣中，并且這個延緩的結(jié)果為操作者提供了足夠的時間，以便打開密封包裝中的這種裝置，并在導(dǎo)管放在病人喉頭上和在導(dǎo)管的密封口充氣后，把這個裝置連接到氣管內(nèi)的導(dǎo)管上。
因為這種暴露的指示器，由于連續(xù)暴露于環(huán)境空氣或包含最小量二氧化碳的大氣中，最后可能改變顏色，因為即使二氧化碳慢速率地擴散到指示劑區(qū)，遲早將導(dǎo)致堿的充分消耗，引起顏色的改變，這個裝置通常是被裝入大氣密封的外套中，是這樣設(shè)計的，所說裝置在應(yīng)用之前能立即打開。
這種考慮同樣適用于本發(fā)明的檢測器，特別是當(dāng)它被校準(zhǔn)并用于在與氣管內(nèi)的管、麻醉面罩或一個恢復(fù)正常呼吸的面罩連接時，監(jiān)視二氧化碳的濃度。
用于保存這種檢測器最佳大氣密封外套是一個氣體不能透過的金屬膜。
如果在這個裝置的近端，包括一個親水的過濾器，這個裝置可能附加到一個氣管內(nèi)的管、麻醉面罩或一個恢復(fù)正常呼吸的面罩上，或附加到用于延長時間周期的恢復(fù)正常呼吸氣囊的排氣口上，從而提供呼吸時二氧化碳的漲落量，并測定在生理學(xué)條件下隨時間改變的這一參數(shù)的變化。
如果這個裝置附加到一個恢復(fù)正常呼吸氣囊的吐氣出口，這個過濾器可能是不必要的。
最好這個過濾器包括用親水液體，例如甘油、丙烯乙二醇浸漬過的多孔或纖維質(zhì)吸水材料。因這種過濾器存在，保證在呼出氣體中最小量水蒸汽將不會冷凝在這個裝置中，并且這個過濾器阻止指示單元的成分從它的載體上浸出。
親水過濾器可能包括一個多孔疏水的膜，它用起泡的聚乙烯或泡沫聚苯乙烯制造，附加到這個裝置入口內(nèi)側(cè)過濾器的遠端上。這個過濾器，沒有或帶有這個膜，氣體流動高達100升/分鐘時阻力最小。
多元件檢測器的表面用二氧化碳可透過的防水薄膜復(fù)蓋，以增加對冷凝水液滴浸出的阻力，最好的材料是聚硅氧烷和碳氟化合物。應(yīng)用這些特殊材料對指示器單元的PH值將沒有顯著的影響。
在本發(fā)明的另一個實施例中，包含指示器單元的元件可被包在多聚膜中或以多聚膜覆蓋，這個膜是防水透明的，并能透過二氧化碳。這種多聚膜的例子是極薄丁酸纖維素膜或線性低密度聚乙烯膜。這個膜的存在，延長了響應(yīng)時間，這個實施例僅在快速響應(yīng)時間，即5-20秒響應(yīng)時間不是關(guān)鍵時應(yīng)用。當(dāng)然，這個實施例對許多應(yīng)用仍然可用在可容忍一個較長的響應(yīng)時間20-30秒或更長時間處。
如上所述，檢測器附加到一個恢復(fù)正常呼吸氣囊的排氣口上，消除關(guān)于化學(xué)藥品從指示單元中浸出的擔(dān)心，因為在這個實施例中，整個檢測器用閥與病人的氣管機械方法隔離。
下面的例子說明本發(fā)明的檢測器中使用的指示單元和元件的制備。
例1在這個例子中每個元件的指示單元是由碳酸鈉作堿的水溶液，甲酚紅紫作生色PH靈敏指示劑和甘油作吸水液體制備的。
當(dāng)每個元件的指示劑和甘油的量保持恒定，而改變堿的量以提供所希望的響應(yīng)特性。
以下列的指示單元制成四個元件。
窄條編號碳酸鈉10-2M 甲酚紅紫%(W/V) 甘油%(體積)11.00.155021.260.155031.580.155042.00.1550把Whatman1號濾紙浸入上述指示單元的水溶液中直到該溶液完全浸透為止。吸干這些窄條直到從此沒有更多溶液擠出為止，就制成四個元件，并且按照增加堿濃度的順序安裝并固定到一個支承物，例如底板或賽璐珞上。把這個支承物裝在一個適當(dāng)?shù)耐鈿せ蛐∈覂?nèi)，在那里它暴露于含不同的二氧化碳濃度的氣體中。觀察到在每條窄條中與氣體中二氧化碳濃度有關(guān)的顏色漸進地變化，直到二氧化碳濃度達到這些特有指示單元的飽和點為止。這些結(jié)果列在下面的表Ⅰ中。
表Ⅰ顏色二氧化碳的濃度窄條1窄條2窄條3窄條4觀察0.03%紅紫紅紫紅紫紅紫無顏色變化0.50%灰黃黃灰灰暗紫1.00%金黃污黃污黃灰黃1.50%淺黃金黃金黃污黃2.00%淺黃金黃金黃金黃2.50%淺黃淺黃淺黃淺黃飽和把上述結(jié)果與預(yù)先校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)顏色圖比較，在任何給定的時間可測定環(huán)境氣體中二氧化碳濃度。
例2由下列指示單元的水溶液制備三元件檢測器窄條編號堿指示劑(W/V)甘油%V5 1.5×10-2M碳酸鈉 0.22%甲酚紅紫 506 1.5×10-2M碳酸鈉 0.1%甲酚紅+0.18% 50溴百里酚藍7 1.0×10-2M碳酸鈉 0.24%溴百里酚藍 50上面的指示單元浸透厚0.0625英寸多孔親水聚乙烯泡沫體(PorexDBEPolyethylenefoam-finePore)。
以例1所述類似方式安裝這些元件，形成一個檢測器，這個檢測器暴露于含不同的二氧化碳量的氣體中，其結(jié)果在表2中給出。
表2顏色二氧化碳濃度窄條5窄條6窄條70.03%紅紫藍紫色淺藍1.00%灰紅紫淺藍無變化2.00%灰黃藍灰無變化3.00%污黃灰較淺的藍4.00%暗黃暗綠灰5.00%金黃綠綠灰6.00%較淺黃黃綠污綠7.00%嫩黃綠黃綠8.00%無變化暗黃較淺的綠9.00%無變化金黃綠黃10.00%無變化較淺的黃暗黃把上面的結(jié)果與一個預(yù)先校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)顏色圖比較，可再次得到每個氣體中二氧化碳濃度的定量測定。
例3這個例子說明依照本發(fā)明改進的檢測器，它包括帶一個指示單元的單個元件，其暴露于不同的二氧化碳濃度中時，給出多個可區(qū)別的顏色變化。
用例1的窄條4說明這個實施例。這個窄條包括以2.0×10-2M碳酸鈉水溶液，0.15W/V甲酚紅紫和50%體積百分比的甘油形成的指示單元浸漬的Whatman1號濾紙。
如在例1中所述安裝這窄條，并暴露于包含從0.03%(正常環(huán)境空氣)增加到2.5%的二氧化碳的氣體中。這些結(jié)果與表Ⅰ給出的相同。把這些顏色色調(diào)的變化與一個標(biāo)準(zhǔn)顏色圖比較，給出類似于例1獲得的信息。這樣，在技術(shù)上，該例子的單個元件檢測器可以與例1中多元件檢測器相比擬的，并且這種單元件檢測器無疑是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。但是，實際上對不同二氧化碳的濃度的顏色色調(diào)的細微的層次變化要求對照預(yù)先校準(zhǔn)的顏色圖很仔細地作顏色比較，因而，例1的多元件檢測器更合適。
本發(fā)明的最佳實施例是一個多元件的檢測器，在其中每個元件是一個浸漬過的吸水材料窄條，這個窄條安裝在類似于美國專利4728499中描述和圖示的一個裝置中的支承短管上?，F(xiàn)在本發(fā)明將參照附圖作進一步說明。


圖1是美國專利4728499裝置和本發(fā)明的改進的檢測器的一個示意圖的側(cè)切面圖。
圖2是圖1裝置的類似視圖，但用本發(fā)明的一個多元件檢測器代替那個單個快速響應(yīng)的窄條。
附圖1所示的裝置包括一個在它的近端具有一個圓錐形管接頭(2)的圓筒形外殼(1)，管接頭(2)與圓筒形接頭(3)端接，而在它的遠端有一個圓錐形管接頭(4)，它與圓筒形接頭(5)端接。
圓筒形外殼(1)是由清晰的、無色透明的塑料制成，例如一個丙烯聚合物，比如商標(biāo)為PLEXIGLAS可買到的聚甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、或苯乙烯-丙烯腈共聚物。
外殼和管接頭/接頭元件的結(jié)合有效地組成一個具有由近端接頭(3)形成的入口和由遠端接頭(5)形成的出口的外殼。
清晰透明塑料用作圓筒形外殼提供一個為觀察指示器元件(7)的有效的窗口(6)，指示器元件包括用合適指示劑浸漬過的濾紙窄條。在所述窗口的內(nèi)表面涂以合適的防霧表面活化劑例如二辛基磺代琥珀酸鈉為了防止呼出氣體中濕氣在所述窗口上形成霧。
指示器的窄條(7)是牢靠地卷繞在圓筒短管上，該短管是用剛性塑料，例如聚乙烯制造。短管(8)安裝在每個支承(10)的向內(nèi)面對的凸緣(9)上。
支承(10)實際上是圓形的，并有許多孔(11)，當(dāng)應(yīng)用時，孔實際上允許氣體無限制地流過這個裝置。
短管支承(10)最好以類似于圓筒形外殼用的清晰塑料制造。
這個裝置在需要用以前最好密封在對大氣密閉的用具內(nèi)，例一個氣體不能透過的金屬膜(12)。
圖2所示按照本發(fā)明的一個檢測器，它安裝在類似于在圖1中所示的裝置的短管(8)上。
在這個實施例中單個指示器窄條(7)由四個窄條(21)、(22)、(23)、(24)代替，它們分別用例1中指示單元1、2、3、4浸漬過。
所得到的裝置可通過接頭(3)連接到一個氣管內(nèi)的管上，在一個給定時間內(nèi)，它用于獲得一個病人呼出氣體中二氧化碳濃度的定量測定。若需要，如上面所述的親水過濾器(13)可以包括在這個裝置中。
每個指示器單元的響應(yīng)時間可以與攔ɡ 728499中所公開的裝置的響應(yīng)時間相比擬是本發(fā)明的一個特征。這樣，每個指示單元通常將給出一個相應(yīng)于二氧化碳濃度的快速響應(yīng)信號，即當(dāng)其暴露于氣體中，在5-20秒內(nèi)對二氧化碳是靈敏的。可能例外的是當(dāng)這個單元以防水膜復(fù)蓋或包在一個聚合膜內(nèi)時，如上所述，這個響應(yīng)時間可稍微被延長。可是，在這些實施例中，即使響應(yīng)時間為20-30秒或更多的一點時間，對許多應(yīng)用也是足夠快的。當(dāng)然，當(dāng)一個快速響應(yīng)時間是決定性的時候，這樣一個實施例將不能應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一個用于氣體中定量測定二氧化碳的檢測器，它包括多個元件，每個元件包括一個有暴露于該氣體的表面的載體，所述的表面包含一個預(yù)先確定靈敏度的指示器單元，當(dāng)暴露于一給定的二氧化碳濃度中時，它給出一個快速響應(yīng)信號，所述的元件按順序排列，其特征是在這序列中的每個元件的指示器單元的所述的預(yù)先確定的靈敏度漸進地相差一個增量，它給出一個不同于前面的每個元件中指示單元的響應(yīng)信號，所述不同的每一個響應(yīng)信號相應(yīng)于一個特定的二氧化碳濃度，因而，所述元件序列給出氣體中二氧化碳的漸進的定量測定，并且能夠隨時間重復(fù)地響應(yīng)二氧化碳變化的濃度。
2.由權(quán)利要求1限定的用于定量測定氣體中二氧化碳的改進的檢測器，它包括一個元件，該元件包含一個有暴露于該氣體的表面的載體，所述表面包含一個指示單元，在暴露于漸進地改變二氧化碳濃度中，它給出許多可以區(qū)別的快速響應(yīng)信號，所述每一個信號相應(yīng)于一個特定的二氧化碳濃度，和一個用于說明所述信號的預(yù)先校準(zhǔn)的比較工具。
3.一個用于定量測定氣體中二氧化碳的檢測器，包括多個元件，每個元件包含一個有暴露于氣體的表面的載體，所述的表面用預(yù)先確定靈敏度的生色的指示成分浸漬過，當(dāng)暴露于一個給定的二氧化碳濃度中時，它給出快速可見的顏色變化，所述元件按順序排列，其特征是在這個順序中的每個元件的指示成分的所述預(yù)定靈敏度漸進地相差一個增量，它給出的顏色變化不同于前面的每個元件的指示成分的顏色變化，所述每一個不同顏色變化相應(yīng)于一個特定的二氧化碳濃度，因此，所述的這些元件的順序提供漸進地定量測定氣體中二氧化碳，并能隨時間重復(fù)響應(yīng)變化的二氧化碳濃度。
4.一個由權(quán)利要求3限定的用于定量測定氣體中二氧化碳的改進的檢測器，它包含一個元件，該元件包含一個有暴露于氣體的表面的載體，所述表面用一個生色指示成分浸漬過，當(dāng)暴露于漸進地變化的二氧化碳濃度中時，它給出許多快速可見的顏色或顏色色調(diào)的變化，所述每一個顏色或顏色色調(diào)相應(yīng)于一特定的二氧化碳濃度，和一個用于說明不同顏色或顏色色調(diào)預(yù)先校準(zhǔn)過的顏色比較圖。
5.一個由權(quán)利要求3限定的檢測器，其特征是所述生色指示成分包括一個堿性水溶液、一個生色PH-靈敏指示劑和一個吸水、無色透明、水可混溶的液體，在所述每一個元件中的指示成分的靈敏度通過改變堿的濃度或特性，改變生色PH-靈敏指示劑的濃度或特性、以及改變這些參數(shù)的任何組合來確定。
6.由權(quán)利要求5限定的檢測器，其特征是所述生色的PH-靈敏指示劑是從由甲酚紅紫、百里酚藍、甲酚紅、苯酚紅、二甲苯酚藍、甲酚紅和百里酚藍3∶1的混合物，溴百里酚藍，中性紅、酚酞、玫紅酸、α-萘酚酞、酸性Ⅰ號橙、溴百里紅紫、溴酚紅、對-硝基苯酚、間-硝基苯酚、姜黃素、喹啉藍、百里酚酞及其混合物組成的組合中選擇的。
7.一個由權(quán)利要求5限定的檢測器，其特征是所述的堿是從由碳酸鈉、氫氧化鋰、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鉀、巴比妥鈉、三元磷酸鈉、二元磷酸鈉、醋酸鉀、單乙醇胺、二乙醇胺和哌啶組成的集合中選擇的。
8.一個由權(quán)利要求5限定的檢測器，其特征是所述的吸水液體是從由甘油、丙烯乙二醇、單乙烯乙二醇、二乙烯乙二醇、聚乙烯乙二醇以及其混合物組成的集合中選擇
9.一個由權(quán)利要求3限定的檢測器，其特征在于載體是濾紙，一片纖維合成材料或多孔塑料膜。
10.一個由權(quán)利要求3限定的檢測器，其特征是有四個元件，每一個元件包含一個吸水材料的載體，分別用包含下述水溶液組成的一個指示成分浸漬過;(1)1.0×10-2M碳酸鈉，0.15%W/V甲酚紅紫，50%體積甘油;(2)1.26×10-2M碳酸鈉，0.15%W/V甲酚紅紫，50%體積甘油;(3)1.58×10-2M碳酸鈉，0.15%W/V甲酚紅紫，50%體積甘油;(4)2.0×10-2M碳酸鈉，0.15%W/V甲酚紅紫，50%體積甘油。
11.一個由權(quán)利要求10限定的檢測器，其特征是所述吸水材料是濾紙。
12.一個由權(quán)利要求3限定的檢測器，其特征是有三個元件，每一個元件包含一個分別用下述水溶液組成的指示成分浸漬過吸水材料的載體(5)1.5×10-2M碳酸鈉，0.22%W/V甲酚紅紫和50%體積甘油;(6)1.5×10-2M碳酸鈉，0.1%W/V甲酚紅和0.18%W/V溴百里酚藍和50%體積甘油以及(7)1.0×10-2M碳酸鈉，0.24%W/V溴百里酚藍和50%體積甘油。
13.一個由權(quán)利要求12限定的檢測器，其特征是所述吸水材料是一個多孔親水的聚乙烯泡沫體。
14.一個由權(quán)利要求4限定的改進的檢測器，包括一個用2.0×10-2M碳酸鈉水溶液，0.15%W/V甲酚紅紫和50%體積甘油組成的指示成分浸漬過的濾紙載體形成的元件。
15.一個用于定量檢測氣體中二氧化碳的裝置，它包括由權(quán)利要求3限定的一個檢測器，該檢測器安裝在一個由壁確定的外殼內(nèi)，并在所述壁上有透明窗口，有一個進口和一個出口，所述檢測器被固定并裝配成通過所述透明窗口能觀察到。
16.一個由權(quán)利要求15限定的裝置，還包括對大氣密封的用具、它密封包含所說檢測器的外殼，并制成在應(yīng)用前能立即打開。
17.一個由權(quán)利要求16限定的裝置，其特征是所說密封用具包括一個由氣體不能透過的金屬薄膜制成外套。
18.一個由權(quán)利要求15限定的裝置，其特征是所述外殼是一個透明塑料圓筒，它有一個主圓筒體和它的入口和出口，出入口的直徑小于所述主圓筒體的直徑，而所說的窗口為所說壁的一部分。
19.一個由權(quán)利要求18限定的裝置，其特征是所述的透明塑料是一個清晰透明的丙烯聚合物。
20.一個由權(quán)利要求18限定的裝置，其特征是所述圓筒的內(nèi)表面涂以防霧表面活化劑。
21.一個由權(quán)利要求18限定的裝置，其特征是所述的外殼進一步包括一個含有所說入口的圓筒接頭。
22.一個由權(quán)利要求18限定的裝置，其特征是親水過濾器包含在這個裝置的近端。
23.一個由權(quán)利要求22限定的裝置，其特征是所述親水過濾器用甘油或丙烯乙二醇浸漬過的吸水材料組成。
24.一個由權(quán)利要求22限定的裝置，其特征是這個親水過濾器包括一個多孔疏水膜。
25.一個由權(quán)利要求3限定的檢測器，其特征是每個元件的表面用二氧化碳能透過的防水膜材料復(fù)蓋。
26.一個由權(quán)利要求25限定的檢測器，其特征是所述二氧化碳能透過的材料是聚硅氧烷或碳氟化合物。
27.一個由權(quán)利要求3限定的檢測器，其特征在于所述元件是包封在防水、透明二氧化碳能透過的聚合物膜中或用防水、透明能透過二氧化碳的聚合物膜覆蓋。
28.一個由權(quán)利要求27限定的檢測器，其特征在于所說的膜是由丁酸纖維素或線性低密度聚乙烯制造。
29.一個定量測定氣體中二氧化碳濃度的方法，它包括把所述氣體送進包含一個或多個元件的檢測器，與其中的一個或多個元件的表面接觸，這個元件或每個元件包括一個有暴露于所述氣體的所述表面的載體，所述表面用預(yù)定靈敏度的一個生色指示成分浸漬過，在單個元件的情況，它給出一系列快速可見相應(yīng)于二氧化碳濃度變化的顏色變化，或在多個元件的情況，當(dāng)暴露于一個給定二氧化碳濃度時，它給出一個快速可見的顏色變化，所述多個元件是按順序排列的，其特征在于這個順序中的每個元件的指示成分的所述預(yù)定靈敏度是漸進地相差一個增量，它給出一個不同于在其前面每個元件指示成分的顏色變化，并把所說的一系列快速可見的顏色變化或不同的顏色變化與校準(zhǔn)過的顏色比較圖中的顏色比較，從而得到在這個氣體中漸進的定量測定的二氧化碳濃度或二氧化碳濃度的變化。
全文摘要
一個快速響應(yīng)、定量測定氣體中二氧化碳的檢測器，它包括一個或多個元件，每個元件包含一個帶有暴露于氣體的表面的載體，所說的表面包括一個預(yù)先確定濃度的指示單元，當(dāng)暴露于一個給定濃度的二氧化碳中時，它給出一個快速響應(yīng)信號；當(dāng)這個或這些元件暴露于這個氣體中時，產(chǎn)生響應(yīng)信號，就能快速和漸進地定量測定氣體中二氧化碳的濃度，或氣體中二氧化碳濃度隨時間的變化。
文檔編號A61M16/04GK1037216SQ8910321
公開日1989年11月15日 申請日期1989年3月31日 優(yōu)先權(quán)日1988年3月31日
發(fā)明者卡爾·G·費德爾 申請人:卡爾·G·費德爾