具有电化学过滤器的呼吸系统和电化学过滤器的应用技术方案

本发明专利技术涉及一种具有电化学过滤器的呼吸系统，电化学过滤器用于消耗呼吸气体中的烷基酚、特别是2,6‑二异丙基苯酚，并且本发明专利技术涉及过滤器从呼吸气体中除去烷基酚、特别是2,6‑二异丙基苯酚的应用。

Respiratory system with electrochemical filter and application of electrochemical filter

【技术实现步骤摘要】
具有电化学过滤器的呼吸系统和电化学过滤器的应用
本专利技术涉及一种具有电化学过滤器的呼吸系统，电化学过滤器用于消耗呼吸气体中的烷基酚，特别是2,6-二异丙基苯酚，并且本专利技术涉及过滤器从呼吸气体中除去烷基酚，特别是2,6-二异丙基苯酚的应用。
技术介绍
2,6-二异丙基苯酚(也被称为异丙酚)是一种静脉注射安眠药，通常在检查或手术期间被注射以用于镇静或意识丧失。此外还已知的是，在麻醉期间为患者提供用于监测患者在麻醉期间的呼吸的呼吸系统，如再呼吸系统，患者呼出的呼吸气体在该再呼吸系统中经过处理步骤之后被再次返回给患者，该处理步骤通常包括消耗二氧化碳。为了检测麻醉的有效性，会希望检测呼吸气体中的异丙酚浓度。然而，在呼吸系统中不允许安眠药累积，这会使异丙酚浓度失真并且导致比实际发生的值更高的误信值。目前为止，在文献中没有提到上述问题。这主要是因为在实践中没有提供简单的可市售的方法用来在手术或者医疗期间检测患者的呼吸气体中的异丙酚，特别是在使用呼吸器时。然而，B.BRAUNMelsungen公司目前在市场上推出了一种用于GC-IMS测量的测量设备，其用于手术系统中。该设备以EDMON的名称提供，并且可以根据制造商的说明书确定患者的呼出气体中的异丙酚浓度，该患者借助静脉注射异丙酚被镇静或被麻醉。可以观测到呼出气体中的浓度是否上升、下降还是保持不变。
技术实现思路
本专利技术涉及一种呼吸系统，其具有用于氧化烷基酚的电化学电池，该呼吸系统特别是再呼吸系统，其中呼出的呼吸气体经过处理步骤之后再次返回患者，该处理步骤包括在吸收剂处消耗二氧化碳。该吸收剂包括例如含有氢氧化钙的化合物，例如碱石灰。已经发现，在包含静脉使用异丙酚的手术或者医学检查中，可以在ppb范围内检测到呼吸气体中的异丙酚，并且这种特性可以用于监测异丙酚浓度，特别是其随时间的下降。该信息可以用于控制或者监测患者的觉醒，或者另一方面确保始终充分的镇静或麻醉。然而，已经观察到，当在手术或者医学检查中使用配备了用于监测异丙酚浓度的测量部件的再呼吸系统时，在持续吸入呼吸气体时，吸入气体和呼出气体都通过测量部件被吸取。虽然在呼吸气体中仅仅存在几ppb的异丙酚，但在再呼吸系统的长时间运行中，在呼吸系统中观察到异丙酚的积累。这会导致，测量信号不仅(像预期的那样)受到患者的呼吸气体中的异丙酚影响，而且还受到被机器延迟的以及之后回吸的异丙酚的影响。在这种情况下，不能达到分析物的稳定测量值。通过物理吸附使异丙酚结合到过滤器上或者通过化学反应将异丙酚固定在过滤器表面上的尝试都失败了。通过在空间上隔离异丙基基团，羟基基团只能被非常困难地不可逆键合。在表面上的初始的物理吸附后，随着时间的增加或温度的升高而发生异丙酚的解吸附。除此之外还要求，呼吸系统中的附加过滤器不得导致系统中的压力增加，即过滤器的呼吸阻力必须尽可能小。经常与异丙酚并行施用的其他麻醉药的浓度不应被过滤器抑制或者影响。基于气体测量技术的取样有利地在患者过滤器的远离患者的一侧进行，以避免再呼吸系统被患者细菌污染。令人惊讶的是，该问题的解决方法是在呼吸系统中提供电化学电池，该电化学电池被呼吸气体掠过。在经过电化学电池的电极时，异丙酚以电化学的方式被转化并因此从气流中去除。电化学电池起到了过滤器的作用。该过滤器的特别之处还在于它是可以电开关的，即在需要时可以接通过滤器(通过施加电位差)，从而利用其效果，或者可以断开它。在第二种情况下，电化学电池没有过滤效果。这首先是一个令人惊讶的事实，因为例如在传感器中应用的电化学电极总是引起分析物的催化转化。因此，例如不可能实现，运行CO传感器且在CO传感器处不发生CO的转化，即使该CO传感器被“正式”断开。根据本专利技术使用的过滤器是电化学电池，气体路径穿过该电化学电池，使得气体掠过工作电极的表面。该工作电极例如是通过第二类导体与对应电极或者参比电极连接。工作电极由参比电极或者与其连接的稳压器保持100-500mV的工作电势。在该电势下，烷基酚(如异丙酚)以电化学的方式被氧化，并因此从气流中被除去。在第二类导体中，电流不是通过电子运动(像金属中那样)传输的，而是通过离子运动传输的。在此，电极可以分别包含一种或多种贵金属，或者由不同的改性碳构成。除了铂之外，碳是特别合适的，特别是“玻璃碳(glassycarbon)”，DLC(类金刚石碳)，MW-CNT，活性炭，石墨烯、或氧化石墨烯还原产物(reduziertesGraphenoxid)；优选的是石墨烯。使用盐溶液作为电解质，例如硫酸水溶液。电解质本身可以是液体、胶态或浸渍有电解质的多孔固体。传感器的构造类似于典型的三电极(3E)电化学气体传感器。它由工作电极、参比电极以及对应电极组成。在工作电极上，气体被氧化转化。在对应电极处发生还原，在这种情况下是由于氧气而还原。参比电极保持了工作电极上的参比电压，但参比电极本身没有电流通。工作电极由如上详细描述的催化活性材料构成，必要时压制到开孔的疏水膜片上。此时，该膜片与电解质形成与气体接触的大表面。在亲水催化剂上，形成薄的可透气的电解质薄膜，气体可以透过该电解质薄膜扩散到电极材料处。对应电极的材料不重要。通过施加相对于对应电极的外部电压(参见上述100-500mV)来极化工作电极。除了这里描述的异丙酚之外：通过这里所描述的电池可以消除其他烷基酚，特别是具有1至3个烷基取代基的烷基酚，并且对于所有烷基取代基来说总计有1至12个碳原子，优选地总计3至8个碳原子。过滤器在不同实施例中进行了测试。在套筒结构形式中，过滤器具有大电极，气流被引导经过该电极。为了在高空气流量的情况下也确保异丙酚在过滤器中的停留时间，可以添加具有大的内表面的吸收剂，在该内表面上可以积聚异丙酚。这里适合的例如是活性炭或二氧化硅(商品名为或每种都来自EVONICSE)，优选的是EVONICSE的商品500。过滤器可以在室温或者更高的温度下运行。在温度升高时，过滤器上的转化略有增加，并且异丙酚的分解速度也随之增加。附图说明通过附图更详细地解释该专利技术，但本专利技术不局限于此。示出：图1示出了电化学电池的示意图，图2示出了穿流有呼吸气体的过滤套筒类型的过滤器的设计方案，以及图3示出了具有过滤器的呼吸系统。具体实施方式图1示出了根据本专利技术的所使用的电化学电池(过滤器8)的示意功能图，电化学电池对应于电化学气体传感器。特别说明的是电池的结构由膜片4、电解质润湿的工作电极1、对应电极2、参比电极3以及用于向工作电极施加100至500mV范围内的恒定电压的稳压开关7。异丙酚在工作电极1上从呼吸气体6中逸出并在那里被氧化。这会导致电流。传感器完全像图1中的过滤器那样被构造，只不过它被设计用于较小的气流并且测量与异丙酚浓度成比例的电流。图2示出了过滤器8的设计方案。含有异丙酚的气体6穿过入口9流入过滤套筒10中，套筒10填充有吸附剂11。气体6透过套筒10并且到达工作电极1，工作电极以圆柱形围本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种呼吸系统，所述呼吸系统由含有烷基酚的呼吸气体穿流过，并且所述呼吸系统具有电化学电池，所述电化学电池具有电极作为烷基酚的过滤器，其中，在所述电极处施加电势以便氧化烷基酚。/n

【技术特征摘要】
20180711 DE 102018005450.11.一种呼吸系统，所述呼吸系统由含有烷基酚的呼吸气体穿流过，并且所述呼吸系统具有电化学电池，所述电化学电池具有电极作为烷基酚的过滤器，其中，在所述电极处施加电势以便氧化烷基酚。


2.根据权利要求1所述的呼吸系统，其中，所述呼吸系统是再呼吸系统，并且呼出的呼吸气体经过处理步骤之后再次返回呼吸，所述处理步骤包括在二氧化碳吸收剂处消耗二氧化碳。


3.根据权利要求2所述的呼吸系统，其中，所述二氧化碳吸收剂包含氢氧化钙。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的呼吸系统，其中，所述烷基酚具有1至3个烷基取代基，并且所述烷基取代基总计具有1至12个碳原子。


5.根据权利要求4所述的呼吸系统，其中，所述烷基取代基总计具有3至8个碳原子。


6.根据权利要求1至3中任一项所述的呼吸系统，其中，所述烷基酚是异丙酚。


7.根据权利要求1至3中任一项所述的呼吸系统，其中，在所述呼吸系统的入口区域中的用于所述呼吸气体的烷基酚浓度为1至100ppb。


8.根据权利要求1至3中任一项所述的呼吸系统，其中，所述呼吸系统还具有用于确定烷基酚浓度的传感器。


9.根据权利要求1至3中任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗尔夫·埃克哈特，克里斯特尔·比克曼利特尔，
申请(专利权)人：德尔格制造股份两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE