CN105190301A - 光学pH值传感器 - Google Patents

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Abstract

一种具有纳米线结构和所施加的电化学电势的光学pH值传感器，其中，空间分辨地检测纳米线的光致发光强度并且接下来借助于标定数据来确定pH值。

Description

光学pH值传感器
技术领域
本发明涉及一种光学pH值传感器，其中在无需颜料分子的条件下确定pH值。在此利用优选包括纳米线或量子点的敏感层的光致发光。此外施加电化学电势。这一方面能够实现提高光致发光的强度，并且另一方面提高关于pH值的变化的灵敏度。此外，这样才能实现定量地确定pH值。由此光致发光具有如下强度，所述强度首先实现将光致发光强度换算为pH值。
背景技术
在US2002117659A1中提及将光致发光用于确定pH值。然而不利的是，不能将强度清楚地与pH值关联。虽然在图15b中可见不同pH值的级，但是强度波动强烈至使得基于在pH值4处的测量，从pH3.5到PH8的插值范围是可行的，即从酸性经过中性到碱性。pH4和pH7的级由于强度波动而彼此靠近至使得几乎无法进行与pH5或6的关联。用该装置无法执行在pH7的范围(中性范围)中的可靠测量。中性范围的可靠测量尤其在饮用水供给中是一个必须的标准。
发明内容
本发明的目的是借助根据本发明的pH值传感器消除或绕过现有技术的缺点。
该目的根据本发明通过将pH值相关的、光致发光的或荧光的层引入pH值传感器中和在该层上施加电势来实现。这具有关键优点，即，各个pH值的光致发光强度或荧光强度的值具有不同至使得能够实现强度与pH值的清楚关联的间距。由此才能够实现对中性范围的可靠测量。
对应的PH值感测器构建为层系统。将光致发光层铺设到载体层上。这优选借助等离子体辅助分子束外延、物理气相淀积(PVD)、化学气相淀积(CVD)、金属有机气相淀积(MOCVD)、等离子体增强化学气相淀积(PECVD)、溅射、溶胶淀积、印刷法进行或者电化学地进行。
载体层在此包括诸如硅、碳化硅的材料，或者透明的、优选结晶的(单晶、多晶、纳米晶…)材料，诸如金刚石、蓝宝石、氧化锌、氮化镓、氮化铝镓、还有玻璃(及石英玻璃或玻璃纤维)和其组合。载体层替选地构建为所提及的载体的组合层系统。优选地，使用诸如硅(100)、硅(111)或者碳化硅(3C,4H,6H,…)的单晶材料。为了保证化学抗性，在碱性环境中，当导电载体层的带隙小于用于激励敏感层光致发光的光的能量时，优选将导电载体层p型掺杂。替选地，在酸性、中性或弱碱性介质中，将硅晶圆或者载体层n型掺杂(第15或16族的元素，例如P,S,As,Se,Sb,Te,Bi,Po)，在弱酸性、中性和碱性介质中p型掺杂(第2或13族的元素，例如Be,B,Mg,Al,Ca,Ga,Sr,In,Ba,Tl)。特别优选地，使用p掺杂的硅(111)，因为在该载体系统中对于正电势以及负电势提高电化学稳定性和由此相对于测量环境的稳定性。n或p掺杂的硅是导电的。在没有导电性的载体(例如蓝宝石)的情况下，施加导电层。该导电层包括例如n或p掺杂的硅、透明的氧化铟锡(ITO)，其中，材料的选择不限于这些示例。导电层还能制造为例如由铜、铝、银、金或掺杂硅构成的线网络或者印制导线网络。替选地，在不导电载体的条件下，光致发光的或荧光的层导电。
光致发光的或荧光的层包括诸如氮化镓、氮化铟、磷化铟、砷化铟镓、碳纳米管(单壁、多壁)、砷化镓、锗、硒化镉、氮化铝、氧化锌、氧化镉、氧化镁、砷化铟铝、铟或其组合的材料。这些材料可以以施主或受主或者诸如稀土元素(Sc,Y,La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu)的发光中心来掺杂。
通过附加地施加到光致发光的或荧光层上的金刚石层进一步提高相对于测量环境的稳定性。该附加的金刚石覆层仅在所选择的情况下使用。
由此将光致发光层或荧光层施加到导电载体上。接下来，光致发光包括发荧光的概念，并且发荧光包括光致发光的概念。
在光致发光层上施加电势，其中，将光致发光层作为工作电极来电接线。将相应的配对电极布置为使得其与工作电极绝缘，然而接触待测介质。优选地使用三电极电路，从而第三电极(参考电极)接触待测介质并且与其余两个电极电绝缘。用于配对电极和参考电极的材料包括例如铂、银、金或铝、甘汞或者银/硝酸银(Ag/AgCl)。
配对和参考电极优选分别布置在自己的、围绕工作电极的保持部中。替选地，多个电极电绝缘地布置在一个或多个载体上。通过控制设备调节电极的电势。施加电势的结果是，增强光致发光或发荧光的强度，从而能通过检测强度更精确地限界pH值并且不会在不同的pH值的情况下彼此混淆。
此外可以附加地通过施加电势来至少部分地抑制光化学退化。此外，至少在特定的电势范围中实现电极或载体相对于待测介质的更高的电化学稳定性。于是例如在酸性介质和工作电极的负电势的条件下提高工作电极和载体的化学抗性。
此外需要光源，其激励光致发光的或荧光的层来光致发光或发荧光。光源发出在VIS和/或UV(800至大约200nm)中的光。优选地，使用发光二极管或激光二极管(例如InGaN，405nm)，或者使用多个激光器，例如对于氮化镓使用HeCd激光器(325nm和441.6nm)，或者对于氮化铟镓使用频率翻倍器Nd:YVO4激光器(532nm)。激励波长取决于相应的光源。它必须足以使得激励传感器的纳米结构中的光致发光或发荧光。在将各个InGaN量子点引入氮化镓中时，激励波长可以从UV移向VIS(从200nm直至500nm之上)。其同样示出了与PH值相关的光致发光，其强度和灵敏度受电势控制。
优选地，借助透镜系统或格栅将光在一个或多个点中聚焦到光致发光层上或者尽可能均匀地分布于其上。
借助检测器(例如光电检测器、光电倍增器)读取光致发光强度。检测器优选并行或串行检测光致发光的多个波长。优选地使用电荷耦合元件(CCD)传感器，其空间分辨地检测多个波长。替选地或附加地还能使用分光计。为了在一个波长的条件下通过检测进行测量而使用光电检测器，还结合合适的滤波器。激励光由于相比于光致发光或发荧光不同的波长而被借助滤波器移除。优选地，在使用透射激励和光致发光波长的衬底的条件下执行背侧的光致发光或发荧光激励和前侧的光致发光或荧光检测。
光致发光的或荧光层优选构建为纳米线或量子点布置。纳米线布置具有的优点是，强烈地扩大了用于待测介质的表面。此外，由此能够实现PH值测量的空间分辨。在使用具有多个光电管的检测器、例如CCD传感器的条件下，进行PH值的空间分辨的测量。
由此，在显微镜下，例如在环境中或在生物细胞内部的不同pH值可以空间分辨地测量和持久地可测量，进而在时间进程中可示出。由此，完全可以检测环境或生物细胞内部的pH值在不同条件下例如介质转换时的变化，并且可以将其作为化学对比叠加于光学显微镜图。这例如可以带来对生物细胞功能性的更好的理解。同样，通过光致发光强度与电化学电势的相关性可以空间和时间分辨地示出细胞、例如神经元的电活动，其中，可实现的空间分辨率优于1μm。
在将传感器装入流体系统中时，需要透明的区域。优选地，将系统(例如管)在对置的侧上展平一些。将凹部引入到由此获得的平直侧(壁)中，从而在一侧插入传感器，并且在另一侧插入对于光致发光或荧光透明的盘。配对和参考电极优选通过管壁穿孔接触介质。在构建了pH值传感器的条件下施加不同的电势并且记录用于光致发光强度或荧光强度的关联的标定曲线。所调节的电势在此根据所使用的衬底材料在从大于-1.5V至+1.5V的范围中变化，其中，也仅调节该范围的部分。在所调节的电势下，以激光器或光电二极管激励光致发光层或荧光层来光致发光或发荧光。在直接激励纳米结构侧时，优选使用用于激励光的波长的滤波器。替选地，使用(例如以斩波器，即旋转的扇段光阑进行的)锁定方法或者在背侧激励时不使用滤波器。借助检测器空间分辨地或者整体地检测光致发光或荧光强度。从光致发光或荧光强度中，根据标定曲线确定pH值。
一个替选的评估设计为，通过改变电势确定光致发光或荧光强度的最大斜率。对强度以施加的电势求导给出了这样的信号，该信号在每次电势变化时的光致发光强度变化或荧光强度变化的最大斜率处具有极大值。在此，测量一个电势的光致发光强度变化或荧光强度。在接下来的测量中改变电势。检测现在获得的光致发光强度变化或荧光强度，并且确定信号相比于之前的信号的变化。一直重复该循环，直至检测了电势范围中的所有重要的光致发光强度或荧光强度，并且确定了最大变化和所属的电势。然后，从光致发光强度或荧光强度的最大变化(＝光致发光强度变化或荧光强度变化的极大值)的相应的电势中确定pH值，例如通过与标定曲线相比较和外推或估计中间值。
该方法具有的特别优点是，与光致发光强度或荧光强度相比能够显著更精确地测量电势。光致发光强度或荧光强度的变化的极大值的确定在很大程度上与溶液的浑浊度无关。因此以该方法可以更精确地确定pH值。
通常，测量时间按照该方法位于1秒内，因为一方面电势范围是受限的。另一方面并不施加所有中间电势，而是优选在从1mV至大约100mV的电势步距中仅测量所选的中间电势。
下面阐述根据本发明的实施形式，其中，本发明包括所有单个的下面阐述的优选实施形式和其组合。
附图说明
图1示意性示出了管中的pH值传感器的侧面结构，
图2示意性示出了在显微镜中的pH值传感器的侧面结构，
图3在-400mV的电势的条件下将光致发光强度对于每个pH值进行划分，
图4示出了在n型掺杂的硅的条件下将-1000mV条件下的光致发光强度对于每个pH值进行划分，
图5示出了在n型掺杂的硅的条件下不同电势时每个pH值的光致发光强度的走向，
图6示出了在n型掺杂的硅的条件下不同电势时每个pH值的光致发光强度的变化的走向，
图7示出了在p型掺杂的硅(无图)的条件下在pH值7时400至900mV下的光致发光强度的划分：在p型掺杂的硅的条件下，pH值1至11的在+500至+1300mV的电势范围中的光致发光强度变化的走向，
图8示出了在p型掺杂的硅的条件下，1000mV时pH值8至12的光致发光强度的划分。
具体实施方式
示例1：
在图1中在管100的一个区段中构建展平的空间101。由此形成的对置的壁设有用于透明窗102和传感器的凹部。传感器103的载体层例如由p型掺杂的硅(111)制成。替选地使用n型掺杂的硅(111)。在载体层103上借助等离子体辅助分子束外延施加光致发光层104作为纳米线结构。纳米线结构由氮化镓和氮化铟镓的混合物构成。纳米线具有直至200nm、优选为30nm至50nm的直径，以及60nm至700nm、优选为100nm至400nm的长度。
这样制造的传感器被插入到管100的展平空间101中的凹部中。在凹部中对置地引入有UV/VIS透明的窗102。传感器的纳米线侧104指向窗102并且与管内的介质接触。参考电极105和配对电极106被引入到管中。电极(工作电极＝电致发光层104结合导电载体103、参考电极105和配对电极106)与控制器114接触。在管100外，在透明窗102后安装检测器107(例如光电二极管或者CCD传感器)和激励源108。激励源108由UV-LED、蓝或绿发光二极管(LED)或者激光器或激光二极管(例如HeCd激光器)构成。为了更好的激励，将激励光引导通过透镜、格栅、滤波器或者其组合。透明窗102同样可以至少部分地实施为光学活跃的部件(例如透镜、滤波器、格栅)。
为了标定传感器，将具有不同PH值的不同溶液引导通过管和经过传感器。此外，在电极上施加电势。电势能够实现在优化的条件(关于使用寿命、pH灵敏度和电致发光强度)下的运行。此外，将激励源108对准纳米结构104，并且确定相应的电致发光强度113。为了更好地确定电致发光，通过滤波器移除激励光。对此替选地，将激光器108布置在背侧，进而执行背侧的激励112。电致发光强度通过电势划分为可区分的区域。在图3(没有电势)中，pH值4至7几乎不能通过电致发光强度区分，而在图4中甚至pH值的小数点后范围也能用通过以-1000mV施加到n型掺杂的硅上引起的电致发光强度来区分。标定优选对于其它电势重复，其中，电势在n型掺杂的硅的情况下具有在-600mV至-1000mV的范围中的值，例如650,700,750,800,850,950mV，在p型掺杂的硅的情况下具有在+600mV至+1300mV的范围中的值，例如650,700,750,800,850,900,950,1050,1100,1150,1200,1250mV。
在标定之后将待测介质、例如饮用水被引导通过管。
在传感器上，例如在n型掺杂的硅的情况下施加为-900mV的电势，在p型掺杂的硅的情况下施加+1000mV的电势。接下来，以激光器进行激励和检测电致发光强度。借助标定曲线确定pH值。
电势在一个测量周期(电势调节、激励)后可改变，从而在传感器相对于介质的电化学稳定性、电致发光的强度和灵敏度方面调节最优电势。
示例2：
在图2中在显微镜中使用传感器。在此，将由蓝宝石制成的透明载体103用作对象载体，并且将其布置在显微镜台117上。载体103设有导电中间层115。优选地，在此，借助PVD将掺杂的氮化铝镓或氮化镓或氧化铟锡(ITO)尽可能薄地涂覆为(0.2至100μm)格栅或者连贯的层。接下来，中间层用设有氮化镓制成的纳米结构104。这借助等离子体增强分子束外延来执行。纳米线具有直至300nm、优选为30nm至50nm的直径，以及60nm至900nm、优选为100nm至500nm的长度。此外在氮化镓基质中生长氮化铟镓量子点。其同样示出pH值相关的光致发光，其强度和灵敏度受电势控制。
替选地使用具有嵌入的InGaN区域的GaN纳米线。由此获得荧光的和光致发光的纳米结构104。
将密封环119套装到载体103上，由此形成了用于例如为生物细胞118的营养介质的物体的容器。纳米结构104与物体(例如生物细胞118的营养介质或者生物细胞118)接触。此外参考电极105和配对电极106与营养介质接触。电极(工作电极＝荧光的或光致发光的层104结合导电中间层115、参考电极105和配对电极106)与控制器114接触。
显微镜还具有至少一个激励源108用于激励光致发光或发荧光。激励源108实施为发光二极管(LED)或者具有发射波长405nm(例如由InGaN)制成的激光二极管或者频率翻倍的Nd:YVO4激光器(532nm)。在VIS范围中的波长的使用具有的优点是，生物细胞118的重要功能不被UV光损坏。激励源108优选布置为使得纳米线结构104通过载体103(在背侧)激励为发荧光112。替选地，激励源108(LED,InGaN,405nm)布置为使得纳米线结构104还在纳米结构的侧上被激励109。在此，能够将射束引导经过显微镜的透镜系统或者光学系统(其包括透镜、滤波器、格栅、其它光学元件)116。纳米线结构104的所发射的荧光113优选引导通过显微镜的透镜系统116，滤除激励波长和在空间分辨的检测器107中被检测。
替代激励波长的滤除，可以使用斩波器以用锁定效应进行激励和测量。
标定通过将具有不同的pH值的不同的溶液(介质)引导经过传感器进行。在此，以激光器激励发荧光或光致发光，并且确定相应的荧光强度或者光致发光强度。同时将电势施加到电极上。在测量后改变电势，确定荧光强度或光致发光强度的改变，并且起动下一测量循环。于是检测荧光强度或光致发光强度在例如-650mV至-1200mV(在-700,-750,-800,-850,-900,-950,-1000,-1050,-1100,-1150,-1200mV处的测量)或者+500mV至+1300mV(在+500,+510,+520mV处，进一步以+10mV的变化至+1280,1290,1300mV处的测量)的特定电势范围上的变化。在该范围中的电势变化可以从1mV直至100mV改变。在此，优选使用恒定的提高或减小值，然而也可以使用不恒定的提高或减小值。因此，电势范围不限于所说明的值，而是允许+-50mV的波动。就此而言，对于-650mV至-1200mV的电势范围还考虑-625mV和-600mV或者-1225mV和-1250mV的电势。
最后，对于荧光强度或光致发光强度的最大变化确定相应的电势。将该电势与介质的相应的pH值关联。
对荧光强度或光致发光强度的最大变化的确定的特别优点在于与浑浊或其它减小强度的效果的无关性。由此可以仅通过强度的最高变化处的电势确定来确定pH值。
在测量阶段中，例如将生物细胞118放置到纳米线结构上。相应的纳米线现在示出了在生物细胞的局部环境中的pH值。由此，可以确定pH值在环境中的(细胞外的)空间分辨的分布，或者在使用纳米线时还确定在生物细胞内的(细胞内的)空间分辨的分布。pH值确定类似于标定地进行。通过以LED108激励纳米线来发射荧光或光致发光。检测荧光强度。同时，向电极施加电势。在下一测量中例如在+400mV至+1400mV或者-500mV至-1200mV的范围中改变电势。在记录所有荧光强度期间或之后，确定荧光强度的变化并且在荧光强度的最大变化处确定电势。将相应的电势与标定数据相比较进而确定pH值。借助该方法可以在1秒内确定pH值。pH值变化的瞬时测量(也在没有标定的条件下)能够实现空间分辨地测量细胞的生物化学活动。
替选地，也可以通过施加不同时长和电平的电势脉冲来标定装置，并且然后将该装置用于空间和时间分辨地、以显微的方式测量电细胞活动，例如神经细胞的活动电势及其传播。本发明的其它使用领域包括例如食品工业、用水经济的管或容器，或者用于建筑物、车辆、飞行器和船只的饮用水供给。
附图标记列表
100管
101管中的展平的空间
102用于VIS/UV的透明窗
103传感器的载体层
104光致发光层或荧光层＝工作电极
105参考电极
106配对电极
107空间分辨的检测器
108具有透镜、滤波器、倍增器系统的激光器或者LED
109从纳米结构侧激励光致发光或者发荧光
112从背侧激励光致发光或者发荧光
113将光致发光或者荧光发射到检测器上
114对电极进行控制
115导电中间层
116透镜
117物体台
118生物细胞/物体
119密封环

Claims (8)

1.一种尤其用于pH值的光学传感器，其具有光致发光层和/或荧光层、光源和检测器，其特征在于，至少一个光致发光层和/或荧光层具有至少一个电接触部，进而起工作电极的作用，并且该pH值传感器装备有至少一个配对电极和至少一个参考电极，并且光致发光层具有电势。
2.根据权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述光致发光层包括诸如氮化镓、氮化铟、磷化铟、砷化铟镓、碳纳米管(单壁、多壁)、砷化镓、锗、硒化镉、氮化铝、氧化锌、氧化镉、氧化镁、砷化铟铝和其组合的材料。
3.根据权利要求1或2所述的光学传感器，其特征在于，所述至少一个光致发光层和/或荧光层构建为纳米线。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学传感器，其特征在于，纳米线具有优选由氮化镓或氮化铟镓构成的量子点。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光学传感器，其特征在于，电势具有从-1500mV至+1500mV的范围。
6.一种用于运行根据权利要求1所述的pH值传感器的方法，其特征在于，在光致发光或发荧光之前、期间或之后在电极上将电势施加到所述光致发光层和/或荧光层上，并且将光致发光强度或荧光强度与pH值关联。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在电势变化时测量光致发光强度或荧光强度和确定光致发光强度或荧光强度的变化，并且将与光致发光强度或荧光强度的最大变化对应的电势与pH值关联。
8.一种根据权利要求1所述的光学传感器对于在显微镜、例如食品工业、用水经济中的管或容器或者用于建筑物、车辆、飞行器和船只的饮用水供给中的pH值测量的应用。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019124795A1 (de) 2019-09-16 2021-03-18 Abberior GmbH Optischer pH-Sensor

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004065926A1 (en) * 2003-01-23 2004-08-05 William Marsh Rice University Smart materials: strain sensing and stress determination by means of nanotube sensing systems, composites, and devices
US20060198760A1 (en) * 2001-08-02 2006-09-07 General Electric Company Opto-acoustic sensor device and associated method
CN102671722A (zh) * 2011-02-17 2012-09-19 王崇智 基于微电极阵列结构的现场可编程芯片实验室

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2508637C3 (de) * 1975-02-28 1979-11-22 Max-Planck-Gesellschaft Zur Foerderung Der Wissenschaften E.V., 3400 Goettingen Anordnung zur optischen Messung von Blutgasen
US5945343A (en) * 1997-08-05 1999-08-31 Bayer Corporation Fluorescent polymeric sensor for the detection of urea
WO2002048701A2 (en) * 2000-12-11 2002-06-20 President And Fellows Of Harvard College Nanosensors
DE10150969A1 (de) * 2001-10-10 2003-04-24 Matthias Lau Optischer Sensor
WO2006023725A2 (en) * 2004-08-19 2006-03-02 Blood Cell Storage, Inc FLUORESCENT pH DETECTOR SYSTEM AND RELATED METHODS
US20060054500A1 (en) * 2004-08-25 2006-03-16 Kaschak David M Ex-situ PEM fuel cell testing: towards visualizing gas diffusion
DE102005033926B4 (de) * 2005-07-15 2011-05-12 Bundesrepublik Deutschland, vertreten durch den Präsidenten der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe Messvorrichtung und Messverfahren zum Messen des pH-Werts einer Probe
US20080044879A1 (en) * 2006-08-17 2008-02-21 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Systems and methods of voltage-gated ion channel assays
DE102007034886B4 (de) * 2007-05-28 2009-06-18 Stiftung Alfred-Wegener-Institut Für Polar- Und Meeresforschung Optisches Messverfahren zur Ermittlung des pH-Wertes eines Mediums unter Anwendung von Ageladine A als fluoreszierendem pH-Wert-Indikator
WO2011075575A1 (en) * 2009-12-17 2011-06-23 Bayer Healthcare Llc Transdermal systems, devices, and methods to optically analyze an analyte
US9453798B2 (en) * 2010-12-01 2016-09-27 Nalco Company Method for determination of system parameters for reducing crude unit corrosion
DE102011101207B3 (de) * 2011-05-11 2012-05-10 Sartorius Stedim Biotech Gmbh Fluoreszenzfarbstoff für pH-Sensor
DE102011118618A1 (de) * 2011-11-16 2013-05-16 Forschungszentrum Jülich GmbH Optode

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060198760A1 (en) * 2001-08-02 2006-09-07 General Electric Company Opto-acoustic sensor device and associated method
WO2004065926A1 (en) * 2003-01-23 2004-08-05 William Marsh Rice University Smart materials: strain sensing and stress determination by means of nanotube sensing systems, composites, and devices
CN102671722A (zh) * 2011-02-17 2012-09-19 王崇智 基于微电极阵列结构的现场可编程芯片实验室

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
O.WEIDEMANN 等: "GaN quantum dots as optical transducers for chemical sensors", 《APPLIED PHYSICS LETTERS》 *
SUMIT PAUL等: "opto-chemical sensor system for the detection of H2 and hydrocarbons based on InGaN/GaN nanowires", 《SENSORS AND ACTUATORS B:CHEMICAL》 *

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