DD261652A5

DD261652A5 - Schnellansprechendes geraet fuer den nachweis von kohlendioxid in einem gasgemisch

Info

Publication number: DD261652A5
Application number: DD87305973A
Authority: DD
Inventors: Carl G Fehder
Original assignee: ��K@��@�K@��k��
Priority date: 1986-08-13
Filing date: 1987-08-12
Publication date: 1988-11-02
Also published as: ES2066761T3; CN1015665B; FI873469L; NO873390L; YU151087A; CA1322945C; ATE117086T1; DE3750974T2; IE872155L; DE3750974D1; IL83502A; FI873469A7; US4728499A; CN87105619A; AU4462189A; EP0257916A1; BR8704190A; KR880003188A; IL83502A0; IE66319B1

Abstract

Die Erfindung schafft ein schnellansprechendes Geraet fuer den Nachweis von Kohlendioxid in einer Konzentration von mehr als 2% in einem Gasgemisch, bestehend aus einem Indikatorbauteil, das in einem Gehaeuse mit einem durchsichtigen Fenster befestigt ist, wobei dieses Bauteil einen Traeger einschliesst, an dem ein Indikatorelement fest angebracht ist, welches aus einer waessrigen Loesung einer farblosen Base, einer hygroskopischen, hochsiedenden, durchsichtigen, farblosen, mit Wasser mischbaren Fluessigkeit und einen p H-empfindlichen Indikator gebildet wird, und das Gehaeuse mit Dichtungsmittel zur Lagerung verschlossen ist. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Indikatorgerät, im besonderen ein schnellansprechendes Gerät für den Nachweis von Kohlendioxid in einem Gasgemisch. Das erfindungsgemäße Gerät ist besonders für die richtige Anordnung eines Endotrachealkatheters in der Luftröhre eines Patienten, speziell bei Atemlähmung, geeignet.

Geräte für den Nachweis von Kohlendioxid, die sich zum Teil auf die Veränderung der Farbe von bestimmten chemischen Verbindungen entsprechend dem pH-Wert von deren Umgebung stützen, sind bekannt. Solche chemischen Indikatoren verändern die Farbe in Lösung, wenn sich der pH-Wert der Lösung ändert.

Zahlreiche Beispiele für chemische Indikatoren, die pH-empfindlich und dadurch für Kohlendioxidindikatorsysteme nützlich sind, sind bekannt. Zu diesen Beispielen gehören Methylrot, Bromcresolgrün, Thymolblau, Phenolrot, Brillantgelb, Metacresolpurpur, Cresolrot, Neutralrot, m-Nitrophenol und m-Dinitrobenzoylenharnstoff.

Obwohl verschiedene, dem Fachmann bekannte Geräte und Zusammensetzungen Mittel für den Nachweis bzw. die Anzeige des Vorhandenseins von Kohlendioxid unter bestimmten Umständen zur Verfügung stellen, hat man sich bis jetzt noch nicht direkt dem Problem der genauen und schnellen Bestimmung der richtigen Anordnung eines Endotrachealkatheters in der Luftröhre eines unter Atemlähmung stehenden Patienten zugewandt.

Die Einführung eines Katheters in die Luftröhre eines Menschen kann aus vielerlei Gründen erforderlich sein. In einem Krankenhaus kann zum Beispiel ein Endotrachealkatheter, auch als Intratrachealkatheter bekannt, zur allgemeinen Anästhesie verwendet werden; außerhalb des Krankenhauses kann ein Arzt oder Paramediziner einen Endotrachealkatheter zur Wiederbelebung eines unter Atemlähmung stehenden Patienten einsetzen. In beiden Fällen und in anderen Fällen ist es wichtig, daß der Katheter richtig in der Luftröhre und nicht etwa in der Speiseröhre angeordnet wird. Wenn der Katheter falsch eingeführt wird und der Fehler wird nicht innerhalb einer sehr kurzen Zeit entdeckt, d.h. innerhalb von 5 bis 20 Sekunden, kann der Patient einen irreparablen Schaden oder sogar den Tod erleiden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein schnellansprechendes Gerät für den Nachweis von Kohlendioxid in einem Gasgemisch zur Verfügung zu stellen.

Angesichts der entscheidenden Bedeutung, die die Zeit im Falle einer falschen Einführung des Endotrachealkatheters bei einem unter Atemlähmung stehenden Patienten hat, ist die Notwendigkeit eines einfachen Gerätes zur schnellen und sicheren Anzeige der falschen (oder richtigen) Einbringung offensichtlich.

Die Konzentration von Kohlendioxid in der Atmosphäre beträgt bekanntlich ca. 0,03% im Normalfall, während die Konzentration von Kohlendioxid in dem vom Menschen ausgeatmeten Gas normalerweise bei 4,5 bis 5,0% liegt. Die normale Menge Kohlendioxid in der Speiseröhre eines Menschen ist vernachlässigbar. Demzufolge weist eine schnelle und genaue Bestimmung des Vorhandenseins (oder des Fehlens) von Kohlendioxid in dem vom Menschen ausgeatmeten Gas eindeutig darauf hin, ob der das Gas befördernde Schlauch richtig in der Luftröhre oder falsch in der Speiseröhre angeordnet ist. Es ist gefunden worden, daß die richtige Einführung eines Endotrachealkatheters einfach und schnell dadurch bestimmt werden kann, daß an dem distalen Ende des Katheters ein Gerät angebracht wird, das ein schnellansprechendes Gerät für die Anzeige von Kohlendioxid verkörpert.

Erfindungsgemäß wird ein schnellansprechendes Gerät für den Nachweis von Kohlendioxid in einem Gasgemisch zur Verfugung gestellt, dasein Gehäuse umfaßt, welches durch Wände begrenzt ist und ein durchsichtiges Fenster in einer Wand, eine Einführungsöffnung, eine Austrittsöffnung und Dichtungsmittel hat, wobei im Inneren des Gehäuses ein Indikatorbauteil montiert ist, das durch das durchsichtige Fenster betrachtet werden kann und das aus einem Träger besteht, an dem ein Indikatorelementfest angebracht ist, welches aus (i) einer wäßrigen Lösung einerfarblosen Verbindung, d. h. einer Base, die eine alkalische Lösung liefert, (ii) einer hygroskopischen, hochsiedenden, durchsichtigen, farblosen, mit Wasser mischbaren Flüssigkeit und (iii) einem chromogenen, pH-empfindlichen Indikator, der in Abhängigkeit von einer Veränderung des pH-Wertes der Lösung die Farbe ändert und der einen um 1,0-1,5 pH-Einheiten niedrigeren pK-Wert als den pH-Wert der Lösung hat, gebildet wird; dabei sind die Beschaffenheit und die Konzentration der farblosen Verbindung unter (i) so auf die Beschaffenheit und die Konzentration des Indikators unter (iii) abgestimmt, daß für mindestens 15 Minuten keine Farbänderung eintritt, wenn das Indikatorelement einer Atmosphäre mit einer Kohlendioxidkonzentration von 0,03% ausgesetzt wird, jedoch dann innerhalb von 5 bis 20 Sekunden eine Farbänderung erzeugt wird, wenn das Indikatorelement einer Atmosphäre mit mindestens 2% Kohlendioxid ausgesetzt wird, wobei die Dichtungsmittel so eingerichtet sind, daß sie unmittelbar vor dem Einsatz des Gerätes zu öffnen sind.

Der Träger des Indikatorelements kann jedes feste Material sein, das keine eigenen sauren oder basischen Eigenschaften hat und andern das Indikatorelement entweder durch Imprägnation oder als ein Überzug fest angebracht werden kann. Der hier angewendete Begriff „fest angebracht" bedeutet, daß das Indikatorelement nicht nur durch Imprägnation oder Überziehen auf den Träger aufgebracht wird, sondern auch, daß die Endreagenslösung, aus der das Indikatorelement gebildet wird, während des Gebrauchs des Gerätes nicht von dem Träger herunterfließen oder -wandern kann. Erforderlichenfalls wird das Indikatorelement entsprechend immobilisiert, zum Beispiel durch Trocknen zur Entfernung von Feuchtigkeitsüberschuß. Da die Farbänderung, die die erforderliche Kohlendioxidbestimmung gibt, im wesentlichen eine Oberflächenerscheinung ist, muß derTräger eine angemessene Oberfläche für die Indikatorschicht zur Verfügung stellen. Gleichermaßen wichtig ist, daß der Träger aus einem Material gefertigt ist, das keinen Staub oder Dämpfe erzeugt, da diese den Patienten potentiell gefährlichen Bedingungen aussetzen können.

Demzufolge ist ein besonders bevorzugter Träger eine dünne Schicht eines saugfähigen Materials, wie Filterpapier oder synthetischer Faserstoff, und das Indikatorbauteil wird durch Imprägnieren des saugfähigen Materials mit dem Indikatorelement und Trocknen zur Entfernung von Fechtigkeitsüberschuß gebildet. Andere Stoffe, die als Träger verwendet werden können, sind Plasteperlen und anorganische Kristalle.

Der Gebrauch des erfindungsgemäßen Gerätes zur Bestimmung der richtigen Anordnung eines Endotrachealkatheters in der Luftröhre eines Patienten umfaßt die Schritte des Öffnens des Dichtungsmittels, des Befestigens der Einführungsöffnung des Gerätes an dem distalen Ende eines Endotrachealkatheters nach Einführung des proximalen Endes des Katheters durch den Mund des Patienten und vermutlich in dessen Luftröhre, des Aufblasens der Dichtungsmanschette und des anschließenden visuellen Überprüfens des Indikators in dem Gerät nach mehreren künstlichen Atemzügen mit positivem Druck, um festzustellen, ob eine Farbänderung desselben die richtige Anordnung des Katheters in der Luftröhre des Patienten durch den Nachweis des Vorhandenseins oder des Fehlens einer Konzentration von mindestens 2% Kohlendioxid in der ausgeatmeten Luft anzeigt. Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform genauer beschrieben, die ein zweckmäßiges und vergleichsweise einfaches Gerät zur Erreichung einer schnellen und im wesentlichen mißgriffsicheren Anzeige über die richtige oder falsche Anordnung eines Endotrachealkatheters in der Luftröhre eines Patienten, insbesondere eines unter Atemlähmung stehenden Patienten, zur Verfügung stellt.

Zur Erreichung des gewünschten Ziels gehört zu dem Gerät ein Indikatorelement, welches eindeutig und schnell auf das Vorhandensein einer bestimmten Konzentration von Kohlendioxid, d. h. die in der ausgeatmeten Luft eines Menschen enthaltene Menge Kohlendioxid, reagiert. Diese Konzentration liegt normalerweise in der Größenordnung von 4,5 bis 5,0%, kann aber auch bei nur 2% liegen.

Obwohl eine äußerst schnelle Anzeige in der Größenordnung von 5 bis 20 Sekunden für ein erfolgreiches Arbeiten des Gerätes entscheidend ist, ist es jedoch gleichermaßen wichtig, daß der Indikator nicht so empfindlich ist, daß er bei der Einwirkung einer Atmosphäre mit einer minimalen Menge Kohlendioxid, die wesentlich geringer als die in der ausgeatmeten Luft enthaltene Menge ist, z.B. Umgebungsluft, die normalerweise 0,03% Kohlendioxid enthält, zu schnell die Farbe ändert. Demzufolge sollte der in dem erfindungsgemäßen Gerät angewendete Indikator einen pK-Wert haben, der um 1,0-1,5pH-Einheiten unter dem pH-Wert der Endlösung liegt, in der er aufgelöst wird. Dies bedeutet, daß der Indikator bei Einwirkung einer Atmosphäre, die eine bestimmte Mindestmenge Kohlendioxid enthält, z.B. Umgebungsluft, nicht augenblicklich die Farbe ändert, so daß der Bedienende durch die daraus resultierende Verzögerung ausreichend Zeit zum Öffnen der Dichtung und Anschließen des Gerätes an einen Endotrachealkatheter hat, nachdem der Katheter in den Hals des Patienten eingeführt und die Dichtungsmanschette am Katheter aufgeblasen worden ist.

Es muß allerdings berücksichtigt werden, daß der exponierte Indikator bei fortgesetzter Einwirkung von Umgebungsluft oder einer Atmosphäre mit minimalen Kohlendioxidmengen schließlich die Farbe ändert, da selbst eine geringe Diffusionsgeschwindigkeit von Kohlendioxid in den Indikatorbereich mit der Zeit zu einer ausreichenden Verarmung der Base führt, um eine Farbänderung zu bewirken.

Die Hydroxylionen oder Aminogruppen, die in der alkalischen Lösung vorhanden sind, aus der das Indikatorelement des Gerätes gebildet wird, reagieren chemisch mit Kohlendioxid unter Bildung einer Carbonat- und/oder Bicarbonat- oder Carbamatkomponente, wie durch die nachfolgenden Gleichungen dargestellt ist:

CO₂+2OH- >CO₃— + H₂O (i)

CO₃— + CO₂ + H₂O > 2HCO₃- (ii)

CO₂+2R₂NH ^R₂NCOO- +R₂NH₂ ⁺. (iii)

Diese Reaktion führt zu einer Verarmung von Hydroxylion oder Amin an der Grenzfläche und somit zu einer Abnahme des pH-Wertes der Oberfläche des Indikatorbauteils. Dieser Verarmung wird durch Diffusion von neuer Base in die Oberfläche entgegengewirkt, einem Auffüllprozeß, der danach strebt, den pH-Wert in der Oberfläche gleich dem der Hauptmasse der Lösung in dem Träger zu halten.

Dies ist ein dynamischer Prozeß, der sich ständig mit der Zeit verändert, und das Gleichgewicht ist zu jedem beliebigen Zeitpunkt von dem folgenden theoretischen Schema abhängig:

(1) Die Konzentration von OH" oder Amin in der Hauptmasse der Lösung, mit der der Träger imprägniert oder überzogen ist. Diese bestimmt die Diffusionsgeschwindigkeit in die Oberfläche des Indikatorelements, welche zu diesem Zweck als eine „Reaktionszone" betrachtet werden kann.

(2) Die Geschwindigkeit der chemischen Reaktion, die durch die Natur eines jeden spezifischen reagierenden Stoffes bestimmt wird.

Diese Geschwindigkeit R kann durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:

R = Ka[CO₂][A],

in der [] die Konzentration des Stoffes in Mol/Liter darstellt;

Ka eine Konstante ist, die für den reagierenden Stoff A spezifisch ist;

(3) die Kontaktzeit zwischen der Oberfläche des Indikatorbauteils und dem Gas, dem es ausgesetzt ist;

(4) die Zusammensetzung des spezifischen saugfähigen Trägers, die die Konstante der Diffusionsfähigkeit für A in dem Träger und somit die Diffusionsgeschwindigkeit von A in die Reaktionszone bestimmt; und

(5) die Konzentration von Kohlendioxid in dem Gas. Dies bestimmt die Diffusionsgeschwindigkeit von Kohlendioxid in die Reaktionszone.

Die Punkte (1), (2), (3) und (4) werden durch den Aufbau des Gerätes und dessen Anwendungsweise in der Praxis vorherbestimmt. Bei der oben erörterten medizinischen Anwendung ist somit die Kontaktzeit vorgegeben, damit sie der Zeit entspricht, in der der Indikator schnell die Farbe ändert, wenn er künstlich ausgeatmeter Atemluft ausgesetzt wird, z. B. einer Zeit von 5 bis 20 Sekunden. Lediglich Punkt (5), die Konzentration von Kohlendioxid, ist in diesem Schema der variable Parameter. Bei dem speziellen erfindungsgemäßen Gerät sind die Punkte (1) und (2) sorgfältig so ausgewählt, daß der pH-Wert in der

Reaktionszone zur Herbeiführung eines Farbumschlages im Indikator nur dann ausreichend fällt, wenn die Konzentration von Kohlendioxid bei einer Einwirkungszeit von 5 bis 20 Sekunden größer als 2,0% ist. Bei der vorgeschlagenen Ausführungsform erzeugt die für diese kinetischen Leistungskennwerte erforderliche Konzentration von OH" einen pH-Wert von 9,6 ±0,2 in der Endlösung des Indikatorelements, mitderWhatman-Filterpapier Nr. 1 imprägniert wird.

Wie bereits oben erwähnt, kann es bei einer wesentlich verlängerten Kontaktzeit bei Einwirkung von Luft, d.h. bei einer Kohlendioxidkonzentration von nur 0,03%, schließlich zu einem Farbumschlag kommen. Aus diesem Grunde sollte das Gerät unter einer kohiendioxidfreien Atmosphäre verschlossen werden, indem es vorzugsweise in einer gasundurchlässigen Metallfolie bis unmittelbar vor seinem Gebrauch verpackt wird.

Obwohl es bei verlängertem Kontakt mit der Umgebungsluft nach Öffnen der dichten Verpackung schließlich zu einem Farbumschlag kommen kann, ist es wünschenswert, daß mindestens 15 Minuten lang kein Farbumschlag stattfindet. Obwohl dies durch Erhöhen von Punkt (1) unter Beibehaltung aller anderen Parameter realisiert werden könnte, würde eine solche Veränderung die gesamte Kinetik der Reaktion ändern, und ein Farbumschlag würde nicht innerhalb von 5 bis 20 Sekunden bei einer Mindestkonzentration von Kohlendioxid von 2% auftreten. Der Anfangs-pH-Wert wäre also zu hoch, und das Gerät wäre für seinen beabsichtigten Verwendungszweck nicht mehr richtig geeicht.

Um also das Problem des Erreichens einer entsprechenden verzögerten Reaktion in Umgebungsluft und trotzdem einer ,schnellen Reaktion im Bedarfsfall zu lösen, verwendet das erfindungsgemäße Gerät einen Indikator mit einem pK-Wert, der ausreichend unter dem pH-Wert der Endlösung liegt, so daß bei einer Einwirkungsdauer der Umgebungsluft von 15 Minuten kein Farbumschlag stattfindet. Bei einer derartigen Einwirkung nimmt der pH-Wert in der Reaktionszone ab, jedoch zu langsam, um in der angegebenen Kontaktzeit in dem Indikator einen Farbumschlag zu bewirken.

Da keiner der Punkte (1), (2), (3) oder (4) geändert worden ist, verhält sich das erfindungsgemäße Gerät in der gewünschten Weise, wenn es 5 bis 20 Sekunden lang einem Gasgemisch mit einer Mindestkonzentration von Kohlendioxid von 2% ausgesetzt wird. Das Gerät ist also für seinen beabsichtigten Verwendungszweck noch richtig geeicht.

Es ist selbstverständlich, daß eine Veränderung eines der Parameter des Schemas eine Änderung von anderen Parametern erfordert, wenn die Leistungskennwerte des Gerätes unverändert bleiben sollen.

Es muß beachtet werden, daß die Wahl des Indikators auch die Wahl der Base, die die alkalische Lösung liefern soll, beeinflußt. Wenn aus den oben genannten Gründen der pK-Wert des Indikators niedrig ist, ist es bei bestimmten Basen möglich, daß der pH-Wert des Indikatorelements nicht genügend abfällt, um selbst bei Vorhandensein einer Kohlendioxidkonzentration von 5% einen Farbumschlag zu bewirken.

Bei Natriumhydroxid, zum Beispiel, ist das Carbonatreaktionsprodukt wasserlöslich und selbst eine Base. Dies wirkt einer Abnahme des pH-Wertes entgegen, so daß letzterer vielleicht niemals den Übergangs-pH-Wert für einen Indikator mit niedrigem pK-Wert erreicht.

Demzufolge ist die Wahl der Verbindung, die eine alkalische Lösung liefert, mit der Wahl des pH-empfindlichen Indikators abzustimmen.

Calciumhydroxid liefert eine besondes geeignete Quelle für Hydroxylionen für den Einsatz in einem erfindungsgemäßen Gerät. Diese Verbindung ist ausreichend in Wasser löslich, um eine angemessene Konzentration von Hydroxylionen unter Punkt (i) zur Eichung des Gerätes für den medizinischen Einsatz zur Verfügung zu stellen, ihr Carbonatreaktionsprodukt mit Kohlendioxid ist jedoch unlöslich und kann somit die Abnahme des pH-Wertes nicht hinausschieben. Dies ermöglicht die Anwendung eines Indikators mit einem niedrigeren pK-Wert, beispielsweise Metacresolpurpur, anstelle von Thymolblau oder Phenolphthalein als Beispiel. Dies läßt wiederum eine längere Einwirkungszeit von Luft zu.

Obwohl Bariumhydroxid ein ähnliches chemisches Profil wie Calciumhydroxid hat, kann es aufgrund seiner Toxizität nicht in einem medizinischen Gerät eingesetzt werden, wenn nicht sehr strenge Vorsichtsmaßnahmen zur Verhinderung eines möglichen Kontakts mit dem Patienten und dem Anwender getroffen werden. Da ein Ziel der Erfindung darin liegt, ein Gerät zur Verfügung zu stellen, das nicht nur einfach in der Anwendung, sondern auch relativ billig in der Herstellung ist, ist ein Gerät, das eine potentiell toxische Substanz verwendet, praktisch nicht anwendbar. Zudem unterliegt die Verfügung über solche Stoffe strengen staatlichen Bestimmungen.

Beispiele für geeignete farblose Verbindungen, die eine alkalische Lösung abgeben, und in dem erfindungsgemäßen Gerät verwendet werden können, sind in Abhängigkeit von der Wahl des begleitenden Indikators Calciumhydroxid, Natriumcarbonat, Lithiumhydroxid, Natriumhydroxid, Kaliumhydrqxid, Magnesiumhydroxid, Kaliumcarbonat, Natriumbarbital, tertiäres Natriumphosphat, Natriumhydrogenphosphat, Kaliumacetat, Monoethanolamin, Diethanolamin und Piperidin. Calciumhydroxid und Natriumcarbonat werden besonders bevorzugt.

Beispiele für geeignete pH-empfindliche Indikatoren zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Gerät sind Metacresolpurpur, Thymolblau, Cresolrot, Phenolrot, Xylenolblau, ein 3:1-Gemisch aus Cresolrot und Thymolblau, Bromthymolblau, Neutralrot, Phenolphthalein, Rosolsäure, a-Naphtholphthalein und Orange I. Metacresolpurpur ist besonders bevorzugt, und eine besonders bevorzugte Kombination aus Träger, Base und Indikator ist Whatman-Filterpapier Nr. 1, Calciumhydroxid und Metacresolpurpur.

Bei Anwendung eines anderenTrägers, z. B. Whatman-Papior Nr. 3, sind alle anderen Parameter so einzustellen, daß die gleichen kinetischen Leistungskennwerte aufrechterhalten werden. Whatman-Papier Nr.3 hat eine niedrigere DiffusionsfähigkeitskonstäntefürOH" als Whatman Nr. 1. Daher muß die Konzentration von OH~ in der Endlösung höher sein, die einen höheren pH-Wert in dem Indikatorbauteil erzeugt. Dies erfordert wiederum die Wahl eines passenden pH-Indikators mit einem entsprechend höheren pK-Wert, z.B. Thymolblau.

Ein 3:1-Gemisch aus Thymolblau und Cresolrot hat einen pK-Wert, der dem von Metacresolpurpur sehr ähnlich ist und kann ebenfalls in einem erfindungsgemäßen Gerät eingesetzt werden. Allerdings sorgt dieses Gemisch für zusätzliche Kompliziertheit, und auch die beim Umschlagen erreichte orangegetönte gelbe Farbe ist ästhetisch nicht angenehm. Cresolrot hat zudem einen pK-Wert, der sogar niedriger als der von Metacresolpurpur ist, doch der Übergang von Rot zu Gelb ist visuell weniger dramatisch als der von Purpur zu Gelb bei Metacresolpurpur.

Der andere Bestandteil der wäßrigen Lösung, der das erfindungsgemäße Indikatorelement bildet, ist eine hygroskopische, hochsiedende, durchsichtige, farblose, wassermischbare Flüssigkeit. Die Aufgabe dieses Bestandteils besteht darin, genügend Wasser in dem Indikatorelement einzuschließen, zum Beispiel, wenn es in einem saugfähigen Material absorbiert und anschließend in einem Heißluftstrom getrocknet wird, damit die exponierte Oberfläche des Elements als eine Reaktionszone mit dem umgebenden Gas wirken kann.

Ein wesentliches Kriterium des Gerätes besteht darin, daß das Indikatorelement in oder auf dem Träger immobilisiert wird. Dies erfordert ein aktives Trocknen des imprägnierten Trägers, damit so wenig wie möglich Feuchtigkeit zurückgehalten wird und somit ein Wandern oder Fließen von Material während des Gebrauchs verhindert wird. Da jedoch Kohlendioxid nicht ohne Wasser mit der Base reagiert, ist das Vorhandensein einer bestimmten Mindestmenge von Wasser für das Funktionieren des Gerätes erforderlich. Die hygroskopische Flüssigkeit gewährleistet, daß die erforderliche Mindestmenge von Wasser in dem Indikatorelement vorhanden ist, wenn dieses feuchter Luft oder ausgeatmeter Atemluft ausgesetzt wird. Beispiele für geeignete hygroskopische Flüssigkeiten zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Gerät sind Glycerol, Propylenglycol, Monoethylenglycol, Diethylenglycol, Polyethylenglycol und verschiedene aliphatische Alkohole. Glycerol und Propylenglycol oder Gemische daraus sind besonders bevorzugt, da sie nichttoxisch sind und antiseptische Eigenschaften haben, die Bakterien- und Pilzwachstum hemmen.

Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Herstellung des in dem erfindungsgemäßen Gerät verwendeten Indikatorelements.

Beispiel 1

Eine 0,003 M wäßrige Calciumhydroxidlösung wurde durch Auflösen von Calciumhydroxid in 5 ml frisch gekochtem destillierten Wasser hergestellt. Der pH-Wert der entstandenen Lösung lag bei 11,6 bis 11,7. Die Lösung wurde mit Metacresolpurpurnatriumsalz versetzt, so daß die Konzentration des Indikators 0,12% betrug. Es wurde eine gleiche Menge Propylenglykol hinzugegeben, und die Lösung wurde zur Erzeugung eines homogenen Gemischs umgerührt. Das Gemisch wurde mit zusätzlichen 10Vol.-% Glycerol versetzt. Das Glycerol verbessert die Durchdringbarkeit und Diffusion in das Filterpapier.

Die entstandene Lösung, die einen pH-Wert von etwa 9,6 hatte, wurde auf eine Doppelschicht von Whatman-Fiiterpapier Nr. 1 aufgetragen, und die Oberfläche des Papiers wurde anschließend getrocknet, indem mehrere Sekunden lang ein Heißluftstrom darüber geleitet wurde.

Das imprägnierte Papier kann in Streifen geschnitten und unmittelbar in einem erfindungsgemäßen Gerät verwendet werden, wie nachfolgend beschrieben ist, oder, bei einer Lagerung für den späteren Gebrauch, ist es vor längerer Einwirkung der umgebenden Atmosphäre dadurch zu schützen, daß es in einem verschlossenen Behälter unter einer Stickstoffatmosphäre oder über Natronkalkkörnern aufbewahrt sind.

Wenn der imprägnierte Streifen in ein erfindungsgemäßes Gerät eingebaut wird, wird das Gerät in einer gasundurchlässigen Metallfolie verpackt. Diese Verpackung wird abgedichtet, nachdem die darin enthaltene Atmosphäre durch Stickstoffgas oder durch Luft, die über Natronkalkkörner geleitet worden ist, von Kohlendioxid gereinigt worden ist.

Der nach diesem Beispiel hergestellte imprägnierte Streifen bleibt in einer Atmosphäre mit einem Kohlendioxidgehalt von 0,03% mehr als zwei Stunden lang purpurn. Bei Einwirkung einer Atmosphäre mit einem Kohlendioxidgehalt von 5% wird der Streifen innerhalb von drei bis fünf Sekunden hellgelb. Bei 2% Kohlendioxid wird die gelbe Farbe in sieben bis zehn Sekunden erreicht.

Beispiel 2

(a) eine 0,0065 M wäßrige Natriumcarbonatlösung wurde durch Auflösen von Natriumcarbonat in 5 ml kohlendioxidfreiem destilliertem Wasser hergestellt. Der pH-Wert der entstandenen Lösung lag bei etwa 11,0. Die Lösung wurde mit 0,005Ma.-% in Volumenkonzentration Thymolblau versetzt. Es wurde eine gleiche Menge Glycerol hinzugegeben, und die Lösung wurde zur Erzeugung eines homogenen Gemischs mit einem pH-Wert von ca. 9,4 verrührt.

Das entstandene Gemisch wurde auf einen Streifen Whatman-Fiiterpapier Nr. 1 absorbiert, und das imprägnierte Papier wurde in einem Heißluftstrom getrocknet.

Bei Einwirkung von verschiedenen Konzentrationen von Kohlendioxid reagierte der imprägnierte Streifen wie folgt:

C0₂-Konzentration Kontaktzeit Farbe des Streifens

0 °° blau

0,03% (Umgebungsluft) 10 Min. blaugrün

0,03% 15Min. grün

2,0% 5 Sek. gelb

5,0% 1Sek. gelb

Dieses chemische System ist etwas zu empfindlich, da es in der Umgebungsluft innerhalb von 15 Minuten zu einer gewissen Farbänderung kommt.

(b) Beispiel 2 (a) wurde mit der Ausnahme wiederholt, daß anstelle von Glycerol Propylenglycol verwendet wurde. Die Leistungskennwerte des imprägnierten Streifens waren im wesentlichen denen des unter (a) angegebenen Streifens ähnlich.

Beispiel 3

Es wurde eine Lösung aus Natriumcarbonat, Wasser und Glycerol wie in Beispiel 2(a) zubereitet, doch anstelle von Thymolblau war der Indikator Metacresolpurpur (Natriumsalz). Metacresolpurpur hat einen niedrigeren pK als Thymolblau. Die Substitution durch Metacresolpurpur löst das Problem der Empfindlichkeit in der Umgebungsluft, gibt aber der gelben Farbe nach 5 Sekunden langer Einwirkung von 5% Kohlendioxid eine leicht grünliche Tönung. Dieser leicht unvollständige Umschlag ist das Ergebnis einer Pufferung durch das Bicarbonatreaktionsprodukt.

Eine interessante Eigenschaft dieses Systems ist dessen äußerst schnelle Rückkehr zu der ursprünglichen purpurroten Farbe, wenn es wieder der Umgebungsluft zugeführt wird. Demzufolge ist dieses System mit pH 9,4, Natriumcarbonat, Glycerol, Metacresolpurpurindikator eine nützliche Alternative zu dem in Beispiel 1 dargestellten bevorzugten Calciumhydroxidsystem. Die Reaktionskennwerte eines Streifens Whatman-Fiiterpapier Nr. 1, der mit der Lösung dieses Beispiels imprägniert ist, sind folgende:

COrKonzentration Kontaktzeit Farbe des Streifens

0 α> hellpurpurn

0,3% 2 Stunden hellpurpurn

2,0% lOSekunden grünlich-gelb

5,0% 5 Sekunden grünlich-gelb

Vergleichsbeispiel 4

Dieses Beispiel wird aufgenommen, um die Bedeutung des Ausgleichens der Parameter des in der Erfindung angewendeten Schemas zu veranschaulichen.

Bei Anwendung eines ähnlichen Systems wie dem in Beispiel 2 dargestellten, jedoch mit erhöhter Konzentration von Natriumcarbonat zur Erhöhung einer 0,1 M wäßrigen Lösung mit einem pH-Wert von 11,6 vor Zugabe der hygroskopischen Flüssigkeit verhält sich das System wie folgt:

CCVKonzentration	Kontaktzeit	Farbe des Streifens
0,03%	3 Stunden	blau
0,3%	10 Minuten	blau
5,0%	20 Sekunden	blau
100%	1 Sekunde	gelb

Da der Streifen in weniger als 20 Sekunden in Gegenwart von 5,0% Kohlendioxid nicht die Farbe geändert hat, fehlt ihm die erforderliche schnelle Reaktion, so daß er für ein erfindungsgemäßes Gerät nicht geeignet ist.

Im Gegensatz dazu ist ein System mit Thymolblau, das eine 0,00016 Μ wäßrige Natriumcarbonatlösung mit einem pH-Wert von ungefähr 10,0 vor der Zugabe der hygroskopischen Flüssigkeit verwendet, ebensowenig für ein erfindungsgemäßes Gerät geeignet, da in diesem Fall die Kontaktzeit für einen Farbumschlag in Gegenwart von 0,03% oder 0,3% Kohlendioxid zu kurz ist, was das in Beispiel 2 diskutierte Problenrunterstreicht.

Beispiel 5

Eine 0,1 M wäßrige Natriumhydroxidlösung wurde durch Auflösen von Natriumhydroxid in 5 ml kohlendioxidfreiem destillierten Wasser hergestellt. 0,005 Ma.-% in Volumenkonzentration Thymolblau wurden hinzugegeben, danach eine gleiche Menge Propylenglycol. Die entstandene Lösung wurde auf Whatman-Filterpapier Nr. 1 absorbiert.

Der imprägnierte Papierstreifen wurde verschiedenen Konzentrationen von Kohlendioxid ausgesetzt und reagierte folgendermaßen:

(^-Konzentration Kontaktzeit Farbe des Streifens

0,03% 45 Minuten blau

0,3% 50 Sekunden blau

5,0% 1 Sekunde grün

Natriumhydroxid wurde durch Lithiumhydroxid bei ähnlichen Ergebnissen ersetzt.

Beispiel 6

Eine wäßrige Lösung mit 0,67% Monoethanolamin wurde durch Auflösen des Monoethanolamins in 5ml kohlendioxidfreiem destillierten Wasser hergestellt. Die Lösung wurde mit 0,005Ma.-% in Volumenkonzentration Matacresolpurpur und anschließend mit einer gleichen Menge Propylenglycol versetzt.

Das entstandene Gemisch wurde in ähnlicher Weise wie in den vorangegangenen Beispielen auf Filterpapier absorbiert. Die Einwirkung verschiedener Konzentrationen von Kohlendioxid ergab folgende Ergebnisse:

CO₂-Konzentration Kontaktzeit Farbe des Streifens

0% » dunkelpurpurn

0,03% 0,5Sekunden hellpurpurn

0,03% 1 Stunde hellpurpurn

0,3% 3 Minuten hellpurpurn

2,0% 8 Sekunden grünlichgelb

5,0% 1 Sekunde gelb

Beispiel 7

Beispiele wurde unter Anwendung einer 2,5%igen Lösung Monoethanolamin und Thymolblau als Indikator wiederholt. Es wurden folgende Ergebnisse gewonnen:

CO₂-Konzentration Kontaktzeit Farbe des Streifens

0% co blau

0,03% 1 Sekunde blaugrün

0,03% 3 Stunden blaugrün

2,0% 8 Sekunden grün

5,0% 2 Sekunden gelbgrün

Bei Einwirkung von Umgebungsluft fällt der Oberflächen-pH-Wert innerhalb von einer Sekunde von 12,4 auf ungefähr 9,2 (blaugrüne Farbe), verändert sich aber von diesem stabilen Wert danach in keinem meßbaren Umfang. Die Einwirkung von 5% Kohlendioxid bewirkt jedoch schnell, d.h. innerhalb von ein bis zwei Sekunden einen kinetischen Übergang (gelbe Farbe).

Ausführungsbeispiele

Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist ein Gerät zur Bestimmung der Anordnung eines Endotrachealkatheters in einem Patienten. Demzufolge ist der Aufbau des Gerätes, insbesondere des Gehäuses, derart, daß es für den Anschluß an einen Standardendotrachealkatheter geeignet ist. Die Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben werden, die in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist, von denen ist:

Fig. 1: eine auseinandergezogene Darstellung des Gerätes, die die jeweilige Position der Bauteile zeigt; Fig.2: ein Seitenriß des voll montierten Gerätes;

Fig.3: ein Aufriß der Einführungsseite des Gerätes;

Fig.4: ein Grundriß einer der Rollenhalterungen;

Fig.4a u. 4b: alternative Formen für die Rollenhalterungen veranschaulichen, und Fig. 5: ein Seitenriß der Halterung von Fig.4.

Die in den Fig. 1 und 2 der Zeichnungen dargestellte bevorzugte Ausführungsform besteht aus einem zylinderförmigen Gehäuse 1 mit einer kegelförmigen Muffe 2 an dessen proximalem Ende, die in ein zylindrisches Verbindungsstück 3 mündet, und einer kegelförmigen Muffe 4 an dessen distalem Ende, die in ein zylindrisches Verbindungsstück 5 mündet.

Bei dieser Ausführungsform ist die proximale kegelförmige Muffe 2 aus einem Stück mit dem zylindrischen Verbindungsstücks und besteht aus einem durchscheinenden weißen Plast, z.B. Polyethylen oder Polypropylen. Das aus einem Stück bestehende Bauteil Muffe/Verbindungsstück ist von dem Gehäuse 1 getrennt (Fig. 2), aber an diesem durch ein Schraubengewinde 6 befestigt.

Gleichermaßen ist diedistale kegelförmige Muffe 4 aus einem Stück mit dem zylindrischen Verbindungsstücks, besteht aus einem ähnlichen durchscheinenden Plast und ist durch ein Schraubengewinde 7 an dem Gehäuse befestigt.

Daszylinderförmige Gehäuse 1 besteht aus einem hellen, farblosen, durchsichtigen Plast, z.B. einem Acrylpolymerwie dem unter der Handelsbezeichnung PLEXIGLAS erhältlichen, Polymethylacrylat, Polymethylmethacrylat, Polycarbonat, Polystyrol oderStyrol-Acrylnitril-Kopolymer.

Wenn Gehäuse und die Bauteile Muffe/Verbindungsstück miteinander verbunden werden, bilden sie wirksam eine Kapsel, die eine von dem proximalen Verbindungsstück 3 gebildete Einführungsöffnung und eine von dem distalen Verbindungsstück 5 gebildeten Austrittsöffnung hat.

Der für das zylinderförmige Gehäuse verwendete helle, durchsichtige Plast gibt ein wirksames Fenster 8 zum Beobachten des Indikatorbauteils 9 ab, welches einen Streifen Filterpapier umfaßt, der mit einem Indikatorelement wie dem in Beispiel 1 dargestellten imprägniert ist. Ein Beschlagen des Fensters durch die Feuchtigkeit in der ausgeatmeten Atemluft wird durch Überziehen der Innenfläche des Fensters mit einem oberflächenaktiven Klarsichtmittel wie Dioctylnatriumsulfosukzinat verhindert.

Der Indikatorstreifen 9 wird fest um die Mitte einer zylindrischen Rolle gewickelt, die aus einem harten Plast wie Polyethylen gefertigt ist. Die Rolle 10 wird an jedem Ende an einem nach innen zeigenden Flansch 11 einer Halterung 12 befestigt. Die Halterungen 12 sind im wesentlichen rund in der Form und haben mehrere Öffnungen 13, die bei Gebrauch ein im wesentlichen uneingeschränktes Strömen von Gas durch das Gerät ermöglichen. Die Öffnungen können eine Reihe runder Löcher wie in Fig. 4 oder eine andere Anordnung von Löchern wie in Fig.4a und Fig.4b sein.

Die Rollenhalterungen 12 sind vorzugsweise aus einem durchsichtigen Plast ähnlich dem für das zylinderförmige Gehäuse verwendeten Plast hergestellt.

Jede der Rollenhalterungen lagert in einer Kerbe zwischen jeder der kegelförmigen Muffen und jedem Ende des zylinderförmigen Gehäuses und ist sicher positioniert, wenn jede Muffe an das Gehäuse geschraubt wird, wie in Fig. 2 dargestellt

Das Gerät mit dem auf der Rolle in dem durchsichtigen zylinderförmigen Gehäuse befestigten Indikatorbauteil ist unter einer kohlendioxidfreien Atmosphäre zusammenzubauen und danach bis zur Verwendung in einergasundurchlässigen Metallfolie 14 verschlossen zu halten.

Ein Gerät wie das oben beschriebene, das ein Indikatorbauteil gemäß Beispiel 1 hat, stellt ein schnellansprechendes und zuverlässiges Mittel für den visuellen Nachweis des Vorhandenseins von mehr aW 2% Kohlendioxid in der ausgeatmeten Atemluft, die durch einen in der Luftröhre eines unter Atemlähmung stehenden Patienten befindlichen Katheter strömt, gemäß der hier beschriebenen Methode zur Verfügung.

Claims

1. Schnellansprechendes Gerät für den Nachweis von Kohlendioxid in einem Gasgemisch, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Gehäuse (1) umfaßt, welches durch Wände begrenzt ist und ein durchsichtiges Fenster (8) in einer Wand, eine Einführungsöffnung (3), eine Austrittsöffnung (5) und Dichtungsmittel (14) hat, wobei im Inneren des Gehäuses ein Indikatorbauteil (9) montiert ist, das durch das durchsichtige Fenster betrachtet werden kann und das aus einem Träger besteht, an dem ein Indikatorelement fest angebracht ist, welches aus (i) einer wäßrigen Lösung einer farblosen Verbindung, die eine alkalische Lösung liefert, (ii) einer hygroskopischen, hochsiedenden, durchsichtigen, farblosen, mit Wasser mischbaren Flüssigkeit und (iii) einem chromogenen, pH-empfindlichen Indikator, der in Abhängigkeit von einer Veränderung des pH-Wertes der Lösung die Farbe ändert und der einen um 1,0-1,5 pH-Einheiten niedrigeren pK-Wert als den pH-Wert der Lösung hat, gebildet wird, wobei die Beschaffenheit und die Konzentration der farblosen Verbindung unter (i) so auf die Beschaffenheit und die Konzentration des Indikators unter (iii) abgestimmt sind, daß für mindestens 15 Minuten keine Farbänderung eintritt, wenn das Indikatorelement einer Atmosphäre mit einer Kohlendioxidkonzentration von 0,03% ausgesetzt wird, jedoch dann innerhalb von 5 bis 20 Sekunden eine Farbänderung erzeugt wird, wenn das Indikatorelement einer Atmosphäre mit mindestens 2% Kohlendioxid ausgesetzt wird, wobei die Dichtungsmittel so eingerichtet sind, daß sie unmittelbar vor dem Einsatz des Gerätes zu öffnen sind.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die farblose Verbindung unter (i) Calciumhydroxid, Natriumcarbonat, Lithiumhydroxid, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Kaliumcarbonat, Natriumbarbital, tertiäres Natriumphosphat, Natriumhydrogenphosphat, Kaliumacetat, Monoethanolamin, Diethanolamin oder Piperidin ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger ein saugfähiges Material ist und das Indikatorbauteil durch Imprägnieren des saugfähigen Materials mit dem Indikatorelement und Trocknen zur Entfernung von Feuchtigkeitsüberschuß gebildet wird.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das saugfähige Material Filterpapier oder ein synthetisches Fasermaterial ist.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-empfindliche Indikator Metacresolpurpur, Thymolblau, Cresolrot, Phenolrot, Xylenolblau, ein 3:1-Gemisch aus Cresolrot und Thymolblau, Bromthymolblau, Neutralrot, Phenolphthalein, Rosolsäure, a-Naphtholphthalein oder Orange I ist.

6. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsmitte! durch Einhüllen des Gehäuses in einer gasundurchlässigen Metallfolie zur Verfügung gestellt wird.

7. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hygroskopische, mit Wasser mischbare Flüssigkeit Glycerol, Propylenglycol oder ein Gemisch daraus ist.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Indikatorbauteil aus einem Blatt Filterpapier besteht, das mit einem Indikatorelement imprägniert ist, welches aus (i) einer wäßrigen Lösung Natriumcarbonat oder Calciumhydroxid, (ii) Glycerol oder einem Gemisch aus Glycerol und Propylenglycol und (iii) Metacresolpurpumatriumsalz gebildet wird.

9. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) ein Zylinder aus durchsichtigem Plast ist, dessen Einführungsöffnung (3) und Austrittsöffnung (5) kleinere Durchmesser haben als der zylindrische Hauptkörper des Gehäuses, und die Einführungsöffnung (3) die Form eines zylindrischen Verbindungsstückes hat, das an das Ende eines Standardendotrachealkatheters paßt.

10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des Zylinders mit einem oberflächenaktiven Klarsichtmittel überzogen ist.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen