用于确定取决于活性氧浓度的被测变量的传感器制造技术

本发明专利技术涉及用于确定取决于活性氧浓度的被测变量的传感器。一种用于确定与测量流体中具体地测量液体中的属于活性氧类别的至少一种分析物的浓度相关的被测变量的传感器，包括：传感器元件，被提供用于接触包括指示剂物质的测量流体，其中指示剂物质旨在被至少一种分析物氧化成指示剂物质的氧化形式；用于在传感器元件中产生电流的装置，所述电流引起指示剂物质的氧化形式的还原，并且由此使指示剂物质再生；光学测量传感器，其被设计成检测受到指示剂物质的氧化形式影响的测量辐射，并且使用受到影响的测量辐射产生测量信号具体地电测量信号；以及传感器开关，其与光学测量传感器连接以接收测量信号并被设计成使用测量信号来确定被测变量的测量值。

【技术实现步骤摘要】
用于确定取决于活性氧浓度的被测变量的传感器
本专利技术涉及一种用于确定与测量流体中的至少一种活性氧的浓度相关的被测变量的传感器。
技术介绍
也被称为“氧自由基”的活性氧(或简称为ROS)一方面包括诸如超氧阴离子O2-、羟基自由基OH*、过氧自由基ROO*和脂类烷氧自由基RO*的自由基以及诸如过氧化氢H2O2、氢过氧化物ROOH、臭氧O3、次氯酸根阴离子OCl-的稳定分子氧化剂，以及还有诸如单线态氧1O2的处于激发态的氧分子。因此，ROS包含自由基或可在其周围形成自由基的不稳定化合物。已知安培计以及光学传感器均用于确定作为分析物或多个分析物的一种或多种ROS的浓度。然而，现有技术中已知的安培计传感器一方面取决于流量，并且另一方面不具有高选择性，即，对其他分析物的不可忽略的交叉敏感性因此经常出现。因此，ROS的精确测量或取决于其的被测变量通常仅在具有基本组分(即，已知的成分)的消毒剂中是可能的，使得交叉敏感性可以从数学上被排除或被补偿。基于用于鉴定过氧化氢的荧光淬灭的光学传感器数十年来是已知的。第一传感器之一从HermannE.Posch,OttoS.Wolfbeis，“Opticalsensorforhydrogenperoxide(用于过氧化氢的光学传感器)”，MicrochimicaActa,Vol.97,Issue1,41-50,1989年中可得知，并且是基于包括渗透选择性膜、用于将过氧化物转化为氧的催化剂和氧敏感膜的硅氧烷斑点。当计算过氧化物浓度时，周围的氧浓度必须计算在内。这些传感器的一个缺点是分钟数量级的慢响应时间，而且只有0.1-10mmol/l的相对小的可用测量范围。具有对过氧化物的高选择性的酶基传感器也是已知的。然而，这些不是非常温度稳定的。用于确定ROS浓度的光学传感器的发展力图改善选择性，例如通过使用具有选择性受体位点的染料。另一方面，这些光学ROS传感器中的许多具有如下缺点：由于指示剂分子中的化学变化发生，因此确定被测变量的光学变化要么是不可逆的要么是只能逆反几次。例如，ChristophStaudinger和SergeyBorisov在“Long-wavelengthanalyte-sensitiveluminescentprobesandoptical(bio)sensors(长波长分析物敏感的发光探针和光学(生物)传感器)”，MethodsAppl.Fluoresc.3(2015年)1-73中描述了磷光有机复合物，其在用次氯酸盐氧化同时与染料结合时引起在近红外范围内的磷光增加，其中初始状态只能通过化学反应来恢复。这具有的缺点是，传感器只有在浸入通过化学再生来恢复传感器的初始状态的再生溶液中之后才能再次显示分析物的浓度降低。如果传感器也要测量浓度的波动过程，则其必须定期以这种方式进行再生。这种方法需要时间和精力，并且在测量方面是有问题的，因为长时间的无中断测量是不可能的。如果这种传感器要用于自动监测和控制过程，则能够定期自动地从过程中移除传感器并自动向传感器提供再生溶液以恢复初始状态的可更换配件是必需的。然而，这涉及到并且产生定期中断。色块也用于检测剂量计或食品包装中的ROS。这些色块所基于的反应也是不可逆的，并且因此不适用于在过程分析中长期用于监测和/或控制或相应地调节工业过程的传感器。在H.AkbariKhorami,P.Wild,N.Djilali，“Fiberopticalsensorsforhydrogenperoxidevapor(用于过氧化氢蒸汽的光纤传感器)”，InternationalScholarlyandScientificResearch&Innovation,9(10),1145,2015年中，为了通过测量反射来测定过氧化氢的浓度，将普鲁士蓝(也称为柏林蓝或特恩布尔试剂)以及普鲁士白(也称柏林白或埃弗里特盐)的还原形式描述为无机化学稳定的指示剂物质。在这方面，到目前为止已经尝试了通过浸入含有还原剂的再生溶液来恢复原始状态。这是可能的，但是需要将传感器机械地浸入再生溶液中并且与维护工作相关联。而且，再生溶液的还原效果由于还原剂的消耗而随时间降低，并且因此再生溶液必须定期补充。测量溶液潜在地夹带到再生溶液中会引起错误的测量值。再生溶液夹带到测量溶液中对于由传感器监测的过程来说也可能是有问题的。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种用于测量与活性氧浓度相关的被测变量并且克服现有技术中已知的传感器的上述缺点的通用传感器。该目的通过如权利要求1所述的传感器实现。有利实施例在从属权利要求中列出。用于确定与测量流体中的-具体地测量液体中的-属于活性氧类别的至少一种分析物的浓度相关的被测变量的根据本专利技术的传感器包括：-传感器元件，被提供用于接触包括指示剂物质的测量流体，其中指示剂物质旨在被至少一种分析物氧化成指示剂物质的氧化形式；-用于在传感器元件中产生电流流动的装置，该电流流动引起指示剂物质的氧化形式的还原，并且由此引起指示剂物质的再生；-光学测量传感器，其被设计成检测受到指示剂物质的氧化形式影响的测量辐射，并且使用受到影响的测量辐射来产生测量信号，具体地电测量信号；以及-传感器开关，其与光学测量传感器连接以接收测量信号并且被设计成使用测量信号来确定被测变量的测量值。与测量流体中的分析物浓度相关的被测变量可以是上述活性氧中的一种或多种的浓度，或通过化学反应转化为活性氧以及其他可能产物的测量流体中的物质的浓度。例如，其可以是通过葡萄糖氧化酶转化为过氧化氢和葡糖酸内酯的葡萄糖，其中测量流体中的葡萄糖浓度与由通过葡萄糖氧化酶转化形成的过氧化氢的浓度的量相关。例如，由光学测量传感器检测到的受到影响的测量辐射可以是由传感器元件发送的测量辐射或在传感器元件上或传感器元件中反射的测量辐射，其强度例如通过被指示剂物质的氧化形式吸收来衰减。或者，由测量传感器检测到的受到影响的测量辐射可以是由指示剂物质的氧化形式发射的发光辐射，或者受到指示剂物质的氧化形式影响的传感器元件中包含的参考物质的发光辐射。指示剂物质和指示剂物质的氧化形式可以以不同的方式与测量辐射相互作用，使得可以使用光学测量传感器来在受到指示剂物质影响的测量辐射与受到指示剂物质的氧化形式影响的测量辐射之间加以区分，或测量传感器可以被设计成使得其专门检测受到指示剂物质的氧化形式影响的测量辐射并将其转换成测量信号。例如，受到影响的测量辐射的强度可以是与测量流体接触的指示剂物质的氧化形式的量的量度。这又取决于测量流体中分析物的浓度，使得受到影响的测量辐射的强度是分析物浓度的量度，并因此与待确定的被测变量直接相关。指示剂物质可以例如通过被分析物氧化成指示剂物质的氧化形式来改变其颜色，这对应于其吸收行为的变化。指示剂物质可以替代地或附加地通过被氧化，例如通过改变发光衰减时间、相位角或其发光光谱来改变其发光行为，特别是其荧光或磷光行为，例如，发光波长的偏移或发光辐射强度的变化。为了产生测量信号，测量传感器可以相应地被设计成检测所接收到的测量辐射的强度和/或相位角偏移和/或衰减时间和/或波长偏移。根据本专利技术，通过使用光学测量传感器避免了现有技术中已知的电流测量传感器的缺点，例如对流动的依赖性或关于分析物的低选择性。另本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种传感器，用于确定与测量流体中的，具体地测量液体中的，属于活性氧类别的至少一种分析物的浓度相关的被测变量，所述传感器包括：‑传感器元件，被提供用于接触包括指示剂物质的所述测量流体，其中所述指示剂物质旨在被所述至少一种分析物氧化成所述指示剂物质的氧化形式；‑用于在所述传感器元件中产生电流流动的装置，所述电流流动引起所述指示剂物质的氧化形式的还原，并且由此引起所述指示剂物质的再生；‑光学测量传感器，被设计成检测受到所述指示剂物质的氧化形式影响的测量辐射，并且使用受到影响的测量辐射来产生测量信号，具体地电测量信号；以及‑传感器开关，与所述光学测量传感器连接以接收所述测量信号并被设计成使用所述测量信号来确定所述被测变量的测量值。

【技术特征摘要】
2016.12.07 DE 102016123700.01.一种传感器，用于确定与测量流体中的，具体地测量液体中的，属于活性氧类别的至少一种分析物的浓度相关的被测变量，所述传感器包括：-传感器元件，被提供用于接触包括指示剂物质的所述测量流体，其中所述指示剂物质旨在被所述至少一种分析物氧化成所述指示剂物质的氧化形式；-用于在所述传感器元件中产生电流流动的装置，所述电流流动引起所述指示剂物质的氧化形式的还原，并且由此引起所述指示剂物质的再生；-光学测量传感器，被设计成检测受到所述指示剂物质的氧化形式影响的测量辐射，并且使用受到影响的测量辐射来产生测量信号，具体地电测量信号；以及-传感器开关，与所述光学测量传感器连接以接收所述测量信号并被设计成使用所述测量信号来确定所述被测变量的测量值。2.如权利要求1所述的传感器，其中，为了产生所述测量信号，所述测量传感器被设计成检测所接收到的测量辐射的强度和/或相位角偏移和/或衰减时间和/或波长偏移。3.如权利要求1或2所述的传感器，其中，所述分析物是过氧化氢。4.如权利要求1至3中的一项所述的传感器，其中，所述指示剂物质包括有机或无机的电致变色物质。5.如权利要求4所述的传感器，其中，所述指示剂物质具有组分KnM1m[M2o(CN)6]p，其中K选自由Li、Na、K、Rb、Cs和NH4形成的组，并且其中M1和M2选自由Fe、Co、Ni、Mn、Cd、Cu、Cr、V和Ru形成的金属的组；并且其中M1和M2可以是彼此相同或不同的金属。6.如权利要求1至5中的一项所述的传感器，其中，所述指示剂物质在高达至少140℃的温度下是热稳定的。7.如权利要求1至6中的一项所述的传感器，其中，用于产生所述电流流动的所述装置包括与所述指示剂物质接触的一个或多个转换器元件，其被设计成将机械能、光能、或热能转换为电压或电流。8.如权利要求1至7中的一项所述的传感器，其中，用于产生所述电流流动的所述装置包括多个压电晶体，其与所述指示剂物质接触并且具体地嵌入在所述传感器元件中。9.如权利要求1至7中的一项所述的传感器，其中，用于产生所述电流流动的所述装置包括与所述指示剂物质接触的珀尔帖元件。10.如权利要求1至7中的一项所述的传感器，其中，用于产生所述电流流动的所述装置包括电致变色物质，外部光脉冲借助于所述电致变色物质被转换成电流。11.如权利要求1至6中的一项所述的传感器，其中，用于在所述传感器元件中产生电流流动的所述装置包括：至少两个电极，具体地设计为...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈亚斯·罗贝特，卡琳·肖尔茨，
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：德国,DE