用于操作光化学传感器的方法及测量仪器技术

本申请公开了操作光化学传感器的方法，以及光化学传感器，其中所述传感器包括外壳、辐射源、检测器和敏感元件，其中所述辐射源和检测器布置在所述外壳内，其中所述敏感元件包括信号物质。所述方法特征在于根据测量介质中的变化适应性地调整所用的辐射强度和/或平滑系数。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于操作光化学传感器的方法及测量仪器本专利技术涉及操作光化学传感器的方法，还涉及可操作以执行该方法的传感器。光化学传感器可用于实验室以及过程系统中测定多种分析物。例如在一个过程中，基于荧光猝灭原理的光化学传感器可以用于溶解在流体中的气体的确定，例如氧气或二氧化碳。为了执行这个功能，传感器包括敏感元件，其具有能够与分析物相互作用的信号物质。根据荧光猝灭原理，信号物质的分子由使用适合波长的光的辐射来激发。随着分子从激发态返回到其基本状态，它们再次以荧光形式释放所吸收的能量，于是后者由与分析物的相互作用来猝熄。对于荧光猝灭效应的检测，重要的是荧光具有足以与辐射的强度相当的强度或能量。理论上，借助荧光猝灭有可能确定在流体测量介质中的许多其他分析物，只要例如荧光团的信号物质对于所关注的分析物敏感。本文中的术语“流体”包含液体和气体及其混合物。包含信号物质的这些传感器具有与应用的领域无关的缺点，特别是与测量介质无关，信号物质的荧光会随时间而减弱，从而荧光猝灭效应的强度会下降。荧光的下降例如可以由用于测量的辐射引起，也可以由所使用的清洁方法引起，例如高压蒸气灭菌或传统的CIP-和/或SIP处理(原地清洁，原地消毒)。作为补偿荧光的下降及相关的测量结果的退化的手段，根据这个方法操作的光化学传感器常常具有可调换的敏感元件。尽管调换敏感元件恢复了传感器的功能，但其会中断生产过程，特别是导致额外的工作和导致反应或过程的中断。用于传感器或敏感元件的调换的中断在一些情况下可能需要大量的成本和大量的工作，特别是如果传感器安装在过程系统的不易达到的位置。敏感元件的老化不仅指示了调换的时间，而且随着操作中时间推进还出现了敏感元件测量精度的劣化，这会导致测量结果中的误差。此外，特别是具有较陈旧敏感元件的传感器会需要用户更经常地校准，以便确保测量结果的质量和再现性。存在几种已知的方法，借以可以减缓敏感元件的老化。例如，可以减小辐射的强度，但这会导致原始信号的噪声含量的增大，因为同时也减小了荧光猝灭效应。较强或增大的噪声级的结果是不再能够以足够的精度确定特别是较低浓度的分析物或者根本就不能确定。可以简单地通过求几个原始或处理信号或处理信号的平均值来减小噪声，但这会影响即减缓传感器的响应。换句话说，传感器会花费较长的时间来对测量介质的变化做出反应。术语“原始信号”指由检测器传送的处于其原始条件下的信号。原始信号是分析物含量的函数，因此可以被转换为处理信号，其直接以测量值的形式来发布，或者可以被进一步转换为测量值。进一步可能的结果是可以减缓测量的采样率，从而单个原始信号由较长的时间间隔分离。这个解决方案同样减缓传感器的响应，因为几乎不再能够检测到测量介质中分析物含量的快速变化或波动，特别是如果测量介质的变化在两个测量更新之间的时间内发生。此外，仅可以在从约I到30秒的有限范围内改变采样周期，因为否则就会过多影响传感器的响应时间。还有可能通过原始信号的处理中的算法来补偿老化效应。然而老化，更准确地说是老化的程度，对使用传感器的每个应用都是特定的，因为传感器面临的条件，例如测量介质、分析物含量、温度、压力、清洁方法和/或清洁的频率，取决于应用。结果，必须确定单独的校正或补偿函数，在软件程序中实施，并为每一个应用来执行，但由于使用此类传感器的大量可能的应用，这个概念实际上不可能实现。例如在DE102008045841A1中，公开了一种建立传感器的操作寿命或校准周期的方法，其基于预测值或预测间隔的确定和评价，预测值或预测间隔与传感器的实际工作条件相关。在US2010/0032583A1中公开了一种系统，其中可以改变入射辐射遇到敏感元件的物理位置，另外，可以调整入射辐射的强度。这允许将荧光响应的量或强度保持在恒定程度。一方面，随着灵敏度下降，简单地升高或调整入射辐射的强度。另一方面，可以在较长时间期间中使用敏感元件，因为如果敏感元件上的当前所用位置已经磨损到影响测量结果的程度，可以改变入射辐射相对于敏感元件的位置。这个概念的缺点在于传感器中需要额外的构件来定位入射辐射。这增大了传感器的复杂性，还使得传感器不太稳固，因为用于移动或调整光学光路的装置非常易受机械应力的影响。因此，面临的任务是开发一种用于光化学传感器的操作的方法，其允许改进传感器的测量性能，其中，传感器在基本上与其敏感元件的老化无关的响应时间中没有显著变化的情况下保持测量精度的不变程度。另外，该方法应允许敏感元件在可能的最低辐射接触水平下以可能的最高效率操作。这个任务由用于光化学传感器的操作的方法来解决，所述光化学传感器包括外壳、辐射源、检测器和敏感元件。辐射源和检测器布置在传感器的外壳中。此外，敏感元件包括信号物质，其在与分析物相互作用后可以由辐射源激发。操作这个光化学传感器的方法包括几个步骤。首先，使敏感元件与分析物接触，以使得信号物质能够与分析物相互作用。接下来，信号物质由辐射源以第一强度的辐射激发。基于各自的辐射响应，在第一时间点确定第一原始信号，随后在第二或更多的时间点确定第二或更多的原始信号，其中第一、第二和/或更多的原始信号与分析物含量成函数关系。接下来，计算至少一个比较值，其取决于至少两个或更多个原始信号。随后，基于至少一个比较值与至少一个预定极限值的比较来评价和调整辐射强度。对于辐射强度的评价和调整，所述至少一个比较值能够与至少一个极限值相比较。如果所述比较值大于或等于所述极限值，就将辐射设定为或调整为第一辐射强度的水平。如果所述比较值小于所述极限值，且相应地分析物含量基本上稳定，就设定第二辐射强度，其低于所述第一辐射强度。所述第二辐射小于所述第一辐射强度，以便通过前述方法减小敏感元件的辐射接触水平，只要传感器产生稳定的原始信号，且测量介质，具体地是分析物含量，基本上稳定。优选地，所述方法最初可以以较高辐射强度来操作，即，所述第一或起始强度，其适应于处理过程，取决于在比较值与极限值之间发现的关系。所述方法可以继续直到满足终止标准。所用的极限值优选地取决于所选的辐射强度水平，以便为第一辐射强度或更多的辐射强度预定不同的极限值。极限值表示对分析物含量的可允许变化的量度，在其内认为后者是稳定的。可以重复确定更多的原始信号的步骤、确定比较值的步骤，以及后续步骤，直到满足给定终止标准。术语“对分析物含量的可允许变化的度量标准”意思是分析物含量在其内基本上稳定，且没有显著变化的值或范围。极限值或者可以在工厂针对传感器或特定应用来指定，或者可以由用户设定。这个方法非常有优势，因为可以一直调整辐射强度以适应测量介质中的当前条件，可以使得传感器的辐射接触，特别是敏感元件的辐射接触最小。因此，通过使用这个方法，可以长期或至少较长时间期间中保持传感器的测量精度，无需调换敏感元件，并且通过调整辐射强度可以快速满足分析物含量的变化。可以基于单个原始信号和/或多个原始信号和/或基于从原始信号计算得到的处理信号计算比较值。比较值优选地包括当前原始信号与在前处理信号的平均值的函数，或者当前与在前处理信号的平均值与在前处理信号的平均值的函数。比较值从而表示对当前原始信号相对于在前(多个)信号和/或原始信号的变化的量度，通过将比较值与至少一个极限值相比较，可以得出与分析物含量的稳定性或变化有关的结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：C·瓦诺尼，F·文图里尼，C·克莱因洛格尔，
申请(专利权)人：梅特勒托利多公开股份有限公司，
类型：
国别省市：