检测游离氯的膜传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种含试剂的薄膜传感器，该膜传感器用于检测并测量水中的游离氯，其中膜传感器的组分为含活性材料的聚合物基体、有机多羟基化合物、形成缔合聚合物基质的试剂和指示剂；及其制备方法。该膜传感器可成型为适合特定尺寸或形状。当暴露于水溶液时，膜传感器膨胀或溶解，以便释放所述试剂，从而使其可与游离氯反应，或者当暴露于水溶液时，膜传感器膨胀，以便水溶液扩散至膜传感器中，并与包含在膨胀的膜传感器中的所述试剂反应。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于样品光学分析中的传感器，特别是涉及用于检测并测量水中游离 氯的膜传感器，及其制备方法。相关抟术的描沭对于各种供水系统和各种类型的设备如食品加工设备和医疗设备如血液透析装 置来讲，氯作为消毒杀菌剂或消毒剂的用途是常见的。由于在水溶液中可利用氯的量与溶 液的杀菌或消毒活性直接相关，所以快速并准确的测量可利用氯的试验是重要的。游离可利用氯包括水溶液中的含氯化合物如次氯酸、次氯酸根离子以及强酸溶液 中的游离氯。由于其低成本、方便和相对低浓度下用作抗菌剂的有效性，所以游离可利用氯 作为供水系统和设备的消毒剂的用途是广泛的。水中游离氯定义为作为溶解气体(Cl2)、次氯酸(HOCl)和次氯酸根离子(OCr)中 的一种或多种存在的水中残留氯浓度。游离氯的三种形式一般按照平衡一起存在，它们的 相对比例受水的PH和温度影响。总氯包括游离氯和结合氯类物质，如可用于消毒的那些 (例如氧化剂如氯胺)。因此，消毒指数的一种测量为游离氯的总浓度。消毒指数的另一种 测量为游离氯和可用于消毒的结合氯类物质的总浓度。在本领域中已知用于定量流体中挥发性和非挥发性化合物的传感器方法和膜传 感器。通常，使用为此目的特别设计的专用传感器系统进行这些参数的定量。这些传感器 系统使用多种原理进行操作，包括电化学、光学、声学和磁学。例如，传感器系统用于对生 物、化学和生物化学样品进行光学检查。已发展用比色液和固体试剂操作的各种分光传感 器。实际上，在许多商业上可得到的光学传感器和探头中，分析化学中分光光度指示剂已成 为选择的试剂。光学传感器比其他传感器类型具有许多优势，最重要的是它们宽范围的传导原 理光学传感器可对其他传感器不能应用的分析物有响应。并且，光学传感器可能不仅进行 “直接的”分析物检测，而且进行“间接的”分析物测定，“直接的”分析物检测中测量分析物 的光谱特征，“间接的”分析物测定中采用感应试剂。当与分析物类物质相互作用时，该试剂 在其光学特性上进行变化，如弹性或非弹性散射、吸收、发光强度、发光寿命或极化态。重要 的是，这类间接检测与光谱测量提供的化学选择性结合，通常可克服其他麻烦的干扰效应。由于最初发展的分光光度指示剂是用于含水应用中，因此对于它们在光学传感中 的应用来讲，它们固定化成为固体载体是关键的问题。用于基于试剂的光学传感器的聚合 物材料常为复杂的多组分制剂。关键的制剂成分包括化学敏感试剂(指示剂)、聚合物基 质、辅助的少量添加剂和常见溶剂或溶剂混合物。在过去，难以预测产生某种所需功能的传感器材料的最佳制剂。对检测游离氯的光学膜传感器存在需要。特别是，对节省成本并节约时间的方法 存在需要，该方法产生含试剂的薄膜传感器，该膜传感器具有检测并测量游离氯的能力。专利技术概述公开了膜传感器和用于制备膜传感器的方法，所述膜传感器检测并测量水中的游 离氯。本专利技术涉及制备膜传感器，该膜传感器检测并测量游离氯，其通过控制膜的厚度以及 指示剂和缓冲剂的可浸出性(Ieachability)进行响应，所述指示剂和缓冲剂进入水溶液 中与膜传感器接触或扩散至膜传感器中。在本专利技术的一个实施方案中，公开了含试剂的薄膜传感器，该膜传感器用于检测 并测量水中的游离氯，其中膜传感器的组分由含活性材料的聚合物基体、有机多羟基化合 物、形成缔合聚合物基质的试剂和指示剂组成。该膜传感器可成型为适合特定尺寸或形状。 当暴露于水溶液时，该膜传感器膨胀。如果当膜传感器膨胀，且该膨胀允许溶液扩散进入膜 中，氯敏感性试剂与游离氯反应时，所述试剂暴露于游离氯，则膜响应将反映可利用游离氯 的浓度。在另一个实施方案中，公开了一种制备含有试剂的薄膜传感器的方法，该膜传感 器用于检测并测量水中的游离氯，所述方法包括将以下组分混合含活性材料的聚合物基 体、有机多羟基化合物、形成缔合聚合物基质的试剂和指示剂。该膜传感器也可选择地成型 为适合特定尺寸或形状。当暴露于水溶液时，该膜传感器溶解，以便所述试剂暴露于游离 氯。或者，当暴露于水溶液时，该膜传感器膨胀，以便氯敏感性试剂扩散至膜外，并与游离氯 反应。表征本专利技术的各种新颖性特征在权利要求中详细的指出，并成为本公开的一部 分。为了更好地理解本专利技术，其操作优势和通过其使用获得的益处可参考附图和描述性内 容。附图意欲显示本专利技术许多形式的实例。附图无意显示为对本专利技术可被制备和使用的所 有方式的限制。当然本专利技术的各种组分可进行改变和替代。本专利技术也涉及所述元件的亚组 合和子系统，以及使用它们的方法。附图简述附图说明图1举例说明依据本专利技术的一个实施方案的游离氯膜传感器的响应曲线。 专利技术详述在整个说明书和权利要求书中，本文使用的近似表达语言可应用于修饰任何定量 表示，该定量表示可容许不会导致与其相关的基本功能改变的变化。因此，由一个或多个术 语如“约”修饰的值不限于特定的精确值。在至少一些情况中，近似表达语言可相当于测量 数值所用仪器的精密度。范围限度可组合和/或互换，此类范围确定并包括本文中包含的 所有子范围，除非上下文或语言另外指出。除了操作实例中或以别的方式指出，说明书和权 利要求书中使用的涉及成分的量、反应条件等的所有数字或表达应理解为在所有情况下由 术语“约”修饰。本文使用的术语“含”、“含有”、“包括”、“包含”、“有”、“具有”或它们的任何其他变体将包括非穷尽性包含。例如，含一系列元件的过程、方法、物品或装置不必限于仅仅那些 元件，而可包括没有清楚列出或不是该过程、方法、物品或装置固有的其他元件。术语“可利 用的游离氯”和“游离氯”在工业中通常互换使用，这种应用先于它们的通常用法，且使用游 离氯是指游离氯和可利用的游离氯两者。本申请公开并要求保护含试剂的薄膜传感器，该膜传感器用于检测并测量水中的 游离氯，和制备所述膜传感器的方法。当暴露于痕量浓度的化学物质时，传感器材料可在紫 外(UV)、可见光或近红外(IR)光谱范围中改变它们的光学特性。膜为基于聚合物的组合 物，该组合物通常包括化学敏感性分析物特异性试剂(例如荧光或比色指示剂)、聚合物基 质或聚合物基质的组合以及辅助的少量添加剂，其中所述膜从普通溶剂或溶剂混合物中的 组分溶液制备。分析物特异性试剂固定在聚合物基质中，以形成膜传感器。辅助的少量添 加剂的实例包括但不限于表面活性剂和内部缓冲剂。本领域中已知的其他添加剂也可包含 在内。用于膜传感器中的聚合物对选择的分析物可为渗透的，其中分析物为可被传感器 检测的某些化学物质或某类化学物质。在它们的光学特性(如吸收度、荧光)中，分析物特 异性试剂以分析物浓度的函数进行改变。期望在膜内部，分析物特异性试剂在其光学特性 方面进行变化，其中在响应中变化不受任何溶液中存在的干扰性物质的影响。使用本领域 技术人员已知的光学检测系统，进行变化的测量或光学特性的测量，以测定分析物的水平 或浓度。对于本专利技术来讲，分析物为游离氯。通过定制膜传感器的组合物以便该组合物在膜中包括其他组分，来实现对特定分 析物的期望响应。例如，通过选择聚合物基质组分以便该聚合物基质组分为其他聚合物，来 定制固定化的分析物特异性试剂的氧化电位，从而实现期望的传感器响应。膜传感器的聚合物基质优选对选择的分析物可渗透。聚合物基质将包含含活性 材料的聚合物基体、有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含有试剂的薄膜传感器，所述膜传感器用于检测并测量水中的游离氯，所述膜传感器的组分包含：ａ．含活性材料的聚合物基体；ｂ．有机多羟基化合物；ｃ．形成缔合聚合物基质的试剂；和ｄ．指示剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：AM阿格里，SM博耶特，J克莱门斯，PV什里坎德，V森达里桑，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]