干燥的光化学二氧化碳传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种测定气态或液态样品中二氧化碳的装置，它包括：一种聚合物基质和一种包埋于聚合物基质中的指示剂，其中该指示剂包括一种ｐＨ－敏感的染料和一种亲脂的、金属阳离子－离子载体配合物，并且其中ｐＨ－敏感染料的阴离子和金属阳离子－离子载体配合物形成一种可溶于聚合物基质中的离子对。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种测定气态或液态样品中二氧化碳(C02)的装置和方法。特 别的，本专利技术涉及一种测定二氧化碳分压的装置。技术背景气态或液态样品中的二氧化碳(C02)的测量可以从pH值的测量中推断出 来，许多测量C02或其它酸性气体或液体的装置都是本领域已知的。一种光化学传感器(也叫做optode或optrode)包含一种传感器基质，该传 感器基质为一种含有指示剂的组合物，所述指示剂的光学性质随着样品中所含 有的特殊分析物的浓度而变化。这种传感器基质典型的由可施加，明的载体或S^才上的一种或多种无机的禾口/或有机的、im聚合物的物质的组合物与包含指示剂的至少一种组合物组成。载体可以是平面的、圆柱的或任何其它的皿。 例如组合物是层状的，它可以在光纤束或单根光纤或光导管结构的顶端应用于 微量滴定盘盼'井"上。光化学传Sfl通常可以可逆的并且经常连续的进行测量， 这个规则的例外例如是某些载有酶的生化传感器。光化学传感器可以与样品相 接触地放置，且当曝光时，提供关于所感兴趣的存在于样品内的特定分析物质 的光可读信息(例如浓度、活性或分压)。根据本专利技术， 一种"光化学二氧化碳传感器"包含一种传感器基质，该基质 为包含指示剂的组合物，或者为指示齐抱埋于其中的组合物。"传感器"一词指 的是样品介质和测量装置的组件之间的界面，特别的，它指的是施加于透明的 载体或對才上的一层或多层或其它形式的无机的和/或有机的、雌聚合物形式 的物质，与至少一层含有指示剂或指示剂体系的层，该指示剂或指示剂体系的 光学性质(吸收、发光、发髓变时间和/戯光偏振)随样品中包含的二氧化 碳的浓度或分压而变化。指示剂可以均匀地分散于传感器基质中或基质的至少 一层中，或者，指示剂可以以不均匀的形式存在，例如以分散于传感器基质或 基质的至少一层中的颗粒的形式存在。湖懂体系或观懂装置的元件可以包含光学和电子元件，例如光源、检测器、滤光器、电信号放大器和评价单元，这些元件不是光学传感器的一部分。在例如US5496521 ， Sensor and Actuators B29， 169-73 (1995);以及Ann. Biol. Clin. 61, 183-91， (2003)中公开了一种用于测定血液中CO2分压的光化学CQ2 传麟。这种传繊为Severinghaus型传感器，其要求pH缓冲溶液雜以使内 部的pH值保持在预定值，该预定值取决于外部的CQ2分压。缓冲液典型的用 一些弱酸的盐例如碳酸il&、磷酸盐或HEPES等制备，所述弱酸的盐，于多 孑L层或亲水的聚合物或类似的物质中，这种传统的Severinghaus型传感器的缺 点在于需要花费时间与水平衡，并且因此不得不在潮湿的条件下存贮。此外， 当传感器变得干燥时这些盐会沉淀出来，这就导致快速且ffiiS的干涸问题。盐 的浓度分别取决于气态样品的湿度和液态样品的渗透压，这就会导致传感器响 应和稳定性方面的严重问题。根据Guenther等(US3694164和US3754867)已知一种用光化学传感^tJ 定气体中二氧化碳的方法，在所述传繊中浸渍的多孔或其它吸收齐拨面与含 C02的气体接触时可逆地改变它们的光学特性。在一个实船案中，传感器元 件的组成包括一种多 L载体，例如滤纸或; 化的膜、苯酚红、氢氧化钾和三 甘醇或其它可与水混溶的二醇。传感器还可以包含一种保护性的聚合物膜。由 于在传感层中〗柳的组分的吸湿特性，这种传繊顿于传感气体中的COzo 为了改进和加强染料的灵敏度，Raemer等(US5005572)公开了一种pH-敏感 的染料和相转移增强齐啲混合物，二者都附加在固相载体上。本领域中已知另夕卜种相似的光学二氧化碳传感的方法是Mills和合作者提 出的基于"干燥的"塑性膜C02传繊概念的方法(Anal.Chem.， 1992， 64, 1383， US5472668和US5480611)，这种方法使用由pH指示剂染料阴离子(染利O和 有机季铵盐阳离子(Q+)组成的离子对。所得"干燥的"(与缓冲碱"湿"的传感 器化学相反)或'塑性的"传繊膜包含一种与季铵阳离子一起固定的pH指示剂 染料，以及合适载体上的聚^/层中一定量的有机^l安氢氧化物(Q+OH)，这 种传感器既可应用于其中它们通常具有短的响应时间的干燥气体中，又可应用 于液态样品中二氧化碳的光学传感。典型的传感器基质由与水不相混溶的实质 上非极性的聚合物且有或无增塑剂组成，此外，传感器基质可以包含存在于基 质中的离子化合物相关的少量的翻IJ化的水肝。因此，这种方法的原理在于， 将有机阳离子物质与合适的疏水有机增塑齐似及有机染料掺入到由实质上的非极性聚合物组成的层(塑性膜)中，最终的层(塑性膜)具W^机液相盼M。 加入^l安氢氧化物，以便(a) ilil形成有机可溶性离子对，改进聚合物层中荷负电的染料组分的溶解性，(b) 为基质iif共一种对传感器功能至关重要的初始碱性环境，以及(c) 提供一种调节染料层^;K性的另夕卜的方法。因为不包括水性液体，这种传感器具有优良的性能，其中包括快速响应咴 复以及简单的设计，所述快速响旨咴复是典型的在不到一秒钟和几秒钟的范围内对干燥膜中的气态C02良好的均匀性有响应。然而，"塑性膜"传感器的缺点在于其保存期限不长，典型的在幵放式大气 中为几天或几周内，或者在封闭的容器中为几个月。在存贮期间，传感器的基 线和斜率漂移，并且因此在使用前常常要求校准。传感器的这种存忙不稳定性 是有机碱逐渐损失的结果，这反过来又成为两件事情的结果，亦即通过一些酸 性物种使传感器"中毒"，和/或W:身，特别是在升高温度时经历称为"Hofinan p-氢消除反应的化学,(Mills等，Anal. Chem. 64 (1992), 1388，第2栏，第 485段；Mills和Monaf， Analyst 121 (1996),第539页，第2栏第15行ff; Welgl和Wolfbeis， Sensors andAcuatore B28 (1995)，第155页，第l栏，第2 部分和Waldner等，US6338822，第12栏第64行-第13栏第41行)。EP0837327提出了使用所谓的荧光谐振能量迁移(FRET; cf.infre)指示剂 染料体系的Severinghaus型和Mills型这两种光学二氧化碳传感器。参考 EP0105870， EP0837327公开了FRET型CO2传自，该传 使用了含有阴离 子pH-敏感发色团和在分散于离子不可渗透、气体可渗透的聚^l基质中的水性 微滴环境中的阳离子pH-不敏感发光体的离子对。参考Mills等，Anal.Chem.64 (1992)， 1383-1389， EP0837327公开了 Mills型FRET-C02传自，它们中的一 些甚至用阳离子发光体，例如钌(II)和锇(II)配合物替代了Mills型季铵阳 离子Q+，对于FRET体系，用光学活性物质替代光学隋性阳离子物质[Ql，即 阳离子发光体作为发光供体染料，具有实质上的缺点，如果供体和受体分子在 空间上没有紧密地邻近，那么将不会发生辐射较少的能量迁移。对于与pH-敏感 发色团不形成离子对的发光体分子来说，同样本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测定气态或液态样品中二氧化碳的光学传感器，它包括：含有下列ｉ－ｖ的混合物的基质：（ｉ）聚合物，（ｉｉ）任选的增塑剂，（ｉｉｉ）含有可形成阴离子染料物种的ｐＨ－敏感染料的指示剂，（ｉｖ）阳离子物种，以及（ｖ）相对于ｐＨ－敏感染料的质子化形式，为碱性的阴离子物种，其中阳离子物种是亲脂的金属阳离子－离子载体配合物。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MJP莱纳，JK图萨，I克利曼特，
申请(专利权)人：霍夫曼拉罗奇有限公司，普森斯精密传感有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]