【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于光化学传感器的传感器元件。
技术介绍
1、光化学传感器(光极)，为简单起见，下文也称为光学传感器，用于过程分析和实验室中的各种应用。在各种情况下，光学传感器用于测量氧的浓度，但原则上它们也可以用于测量ph或反应性含氧物质(reactive oxygen species，ros)、臭氧或葡萄糖。通过光学传感器的方式来测定其浓度的物质在下文也称为分析物。光极具有经常包含在传感器元件的感光层或膜中的指示剂染料，可以通过电磁辐射而激发至发光(荧光或磷光)，下文也称为发光指示剂。为了测量，使所述感光层或膜与测量介质例如测量溶液接触。所述发光指示剂的发光通过测量介质中所含的分析物例如氧而熄灭(猝灭)。因此，发光强度和发光衰减时间随着分析物浓度的增加而减小。
2、光化学传感器经常观察到的一个问题是由所照射的激发光触发的所述感光层或其中所含的所述发光指示剂的退化性老化。这种老化的一个原因可能是发光指示剂与在发光熄灭期间通过能量转移而形成的单线态氧的化学反应。所述单线态氧还可以与其中内置有发光指示剂的聚合物基质或者与感光层或膜的其它成分反应。如果为了改善信号品质而以高强度照射，或者如果所述传感器长时间运行，则特别会出现这种光诱导老化的问题。所述单线态氧可以直接地或经由中间物间接地与存在于感光层或膜中的发光指示剂或者其它物质或官能团反应。例如，溶剂可以与单线态氧反应，在体系中作为寿命较长的自由基持续存在，并且以一定的时间延迟进行反应。结果，所述发光指示剂的性质如衰减时间、强度或相角由于所述指示剂分子的另外的而且稍有
3、ep 907 074 b1描述了一种光化学传感器，具有基质和其中所含的发光指示剂，其发光能够用氧猝灭。所述传感器具有可以使单线态氧失活以使所述发光指示剂和基质稳定化的试剂。所述试剂可以与所述基质或发光指示剂结合，并且可以例如具有氨基或者可以是受阻胺光稳定剂(hals)或过渡金属络合物。环胺dabco(1,4-二氮杂双环[2,2,2]辛烷)被报道为一种使单线态氧失活的可能的添加剂。然而，这样的添加剂与ep 907 074 b1中提出的其它添加剂一起也能够影响传感器的光物理性质，并由此影响测量信号。这在ep 907074 b1中被归类为可容忍的。
4、当所述传感器长时间运行时，传感器膜或层可能变得耗尽添加剂。如果所述添加剂因为它们本身发光或因为它们使发光指示剂的发光熄灭而影响传感器的光物理性质，则它们浓度的变化也会影响传感器漂移。
技术实现思路
1、因此，本专利技术的一个目的是提供一种用于光化学传感器的改善的传感器元件，所述光化学传感器特别是用于确定测量介质中的氧或含氧物质浓度的传感器。特别地，所述传感器元件应当能够实现传感器信号在长时间内的高稳定性。
2、根据本专利技术，通过根据项1的传感器元件实现了该目的。从属项中列出了有利的实施方式。
3、根据本专利技术的用于光化学传感器的传感器元件包含
4、-发光指示剂，其发光能够用氧猝灭，和
5、-清除剂单元，通过与单线态氧反应形成化学反应产物以使单线态氧失活，
6、其中将所述清除剂单元选择为通过热、光化学诱导的分解反应或者通过由与单线态氧的反应而形成的所述化学反应产物的压力增加来恢复。
7、所述传感器元件可以包含含有所述发光指示剂的感光层和任选的其它层。所述层可以施加至支撑物，但所述一个或多个层也可以形成自支撑膜。所述感光层以及如有必要的其它层也可以布置在光纤的端面上。
8、因此，所述传感器元件或所述传感器元件的感光层含有清除剂单元，所述清除剂单元特别地仅仅与单线态氧反应以形成稳定的、优选非极性的化合物，其中这样的化合物由于诸如压力或温度的物理影响而再次分解出氧并返回它们的原始状态(作为清除剂单元)。以这样的方式，所述单线态氧以受控的方式结合，并且可以在超过温度阈值或压力阈值的再生阶段中以一定的时间延迟再次释放。有利地，可以选择所述清除剂单元，使得在灭菌过程、高压灭菌过程或清洁过程期间实现发生逆反应以形成原始清除剂单元并释放氧的温度或压力值。以这样的方式，在具有所述传感器元件的光化学传感器的中间灭菌或清洁例如就地灭菌(sip)或就地清洁(cip)期间，同时发生通过与单线态氧反应而“消耗”的清除剂单元的再生，而无需使用者采取额外的用于传感膜的再生的措施。
9、所述传感器元件或所述感光层的这种可再生性使得具有根据本专利技术的传感器元件的光化学传感器能够在长时间内稳定地进行传感器操作。由于单线态氧通过所述清除剂单元结合并且仅通过加热、压力增加或光化学作用以一定的时间延迟再次释放，因此单线态氧在任何时候都以如此低的浓度存在于所述感光层中，使得引起所述发光指示剂中的化学变化和所述感光层的老化的反应发生的程度显著更小。
10、所述传感器元件、特别是所述传感器元件的感光层可以具有聚合物基质，其中所述发光指示剂例如以与所述聚合物基质的混合物或与所述聚合物基质结合的形式存在，或者封装在所述聚合物基质中所含的胶束或核-壳结构中。
11、在一个可能的实施方式中，所述清除剂单元可以与所述聚合物基质键合(bonded)。另外或替换性地，所述清除剂单元可以与所述发光指示剂结合。
12、在另一个可能的实施方式中，所述传感器元件、特别是所述传感器元件的感光层可以具有在其内封装有所述发光指示剂的胶束。在这种情况下，所述清除剂单元可以与形成所述胶束的材料结合，或者与所述发光指示剂结合。可以将所述胶束以聚合物和胶束的混合物的方式或者通过与聚合物基质化学键合来引入所述聚合物基质中。然而，也可以将所述胶束固定至基体如作为支撑物的玻璃板或石英板或光导的表面，由此形成所述传感器元件的感光层。在这种情况下，所述传感器元件或感光层可以无需聚合物基质。
13、在另一个可能的实施方式中，所述传感器元件、特别是所述传感器元件的感光层可以具有在其内封装有所述发光指示剂的核-壳粒子。在这种情况下，所述清除剂单元可以与形成所述壳的材料如形成所述壳的聚合物结合，或者与所述发光指示剂结合。与上述所述传感器元件或所述传感器元件的感光层具有其内封装有所述发光指示剂的胶束的实施方式一样，也可以将所述核-壳粒子引入聚合物基质中。替换性地，所述核-壳粒子可以固定至基体如用作支撑物的玻璃基体或石英基体，或者固定至光纤的表面。
14、替换性地，也可以将所述清除剂单元封装在胶束或核-壳粒子中和/或与形成所述胶束或所述壳的材料结合。也可以将所述发光指示剂封装或游离在所述传感器元件的传感器膜或感光层中。所述胶束或核-壳粒子与所述指示剂一起可以结合在聚合物基质中，或者可以以与所述聚合物基质的混合物存在。
15、在另一个可能的实施方式中，所述传感器元件可以具有表面活性分子的自组装单层(sam)，其中所述清除剂单元与形成所述单层的表面活性分子的至少一部分结合，或者与所述发光指示剂结合。
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【技术保护点】
1.一种用于光化学传感器(1)的传感器元件(7)，包含：
2.根据权利要求1所述的传感器元件，
3.根据权利要求2所述的传感器元件，
4.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器元件，
5.根据权利要求1至4中任一项所述的传感器元件，
6.根据权利要求1至5中任一项所述的传感器元件，
7.根据权利要求1至6中任一项所述的传感器元件，
8.根据权利要求1至7中任一项所述的传感器元件，
9.根据权利要求8所述的传感器元件，
10.根据权利要求1至9中任一项所述的传感器元件，
11.一种光化学传感器(1)、特别是用于测量表示测量介质中氧或反应性含氧物质的浓度的测量变量，包含根据权利要求1至10中任一项的传感器元件(7)和用于激发所述发光指示剂以发射发光幅射的辐射源(2)、以及用于记录所述发光指示剂的至少一种光学性质的检测装置(3)。
【技术特征摘要】
1.一种用于光化学传感器(1)的传感器元件(7)，包含：
2.根据权利要求1所述的传感器元件，
3.根据权利要求2所述的传感器元件，
4.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器元件，
5.根据权利要求1至4中任一项所述的传感器元件，
6.根据权利要求1至5中任一项所述的传感器元件，
7.根据权利要求1至6中任一项所述的传感器元件，
8.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈亚斯·罗贝特，马特乌斯·斯佩克，卡特林·肖尔茨，亚历山大·霍里格，
申请(专利权)人：恩德莱斯和豪瑟尔分析仪表两合公司，
类型：发明
国别省市：
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