DE10123079A1 - Device for optically measuring the oxygen concentration in a gas stream includes a film comprising a luminescent dye and an amorphous 2,2-bistrifluoromethyl-4,5-difluoro-1,3-dioxole (co)polymer - Google Patents
Device for optically measuring the oxygen concentration in a gas stream includes a film comprising a luminescent dye and an amorphous 2,2-bistrifluoromethyl-4,5-difluoro-1,3-dioxole (co)polymerInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Sauerstoffkonzentration in einem Gasstrom, insbesondere einem Atemgasstrom eines Patienten, gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a device for measuring the oxygen concentration in a gas flow, in particular a patient's breathing gas flow, according to Preamble of claim 1.
Für die Messung der Sauerstoffkonzentration im Atemgasstrom eines Patienten benötigt man für eine atemzugsaufgelöste Messung Vorrichtungen mit geringer Ansprechzeit von weniger als 20 Millisekunden. Insbesondere bei Früh- und Neugeborenen ist aufgrund der geringen Atemvolumina die Messung im Atemgasstrom selbst vorzunehmen, da eine Messung in einem abgesaugten Nebenstrom zu stark verfälschten Ergebnissen führt.For measuring the oxygen concentration in a patient's breathing gas flow you need devices with less for a breath-resolved measurement Response time of less than 20 milliseconds. Especially with early and Due to the low respiratory volume, the measurement in the newborn is Make breathing gas flow yourself, because a measurement in an aspirated Bypass flow leads to strongly falsified results.
Bekannt ist die Messung der Sauerstoffkonzentration im Atemgasstrom mit Hilfe der Luminiszenzlöschung, die die Anforderung an geringe Ansprechzeiten erfüllt. Hierbei wird ein geeigneter Luminiszenzfarbstoff, wie etwa ein Ruthenium- Komplex (Ru (4,7)-(Ph2phen)3 2+) oder eine Palladium-Gruppe (PdOEPK), mit Licht bestrahlt, dessen Spektrum sich überlappt mit dem Absorptionsspektrum des betreffenden Luminiszenzfarbstoffs. Anschließend kehren die angeregten Farb stoffmoleküle wieder in ihren Grundzustand zurück, wobei sie Strahlung abgeben. Dieser Vorgang wird als Luminiszenzeffekt bezeichnet. Die Wechselwirkung der Farbstoffmoleküle mit den Sauerstoffmolekülen des Atemgasstroms vermindert den Luminiszenzeffekt in Abhängigkeit von der vorliegenden Sauerstoffkonzentration. Die Stärke des Luminiszenzeffekts nimmt dabei mit zunehmender Sauerstoffkonzentration ab. Da die Luminiszenzfarbstoffe in der Regel stark giftig oder karzinogen sind, dürfen Partikel der Luminiszenzfarbstoffe weder durch den Atemgasstrom zum Patienten noch in die Umgebung gelangen.It is known to measure the oxygen concentration in the respiratory gas flow with the aid of the luminescence quenching, which fulfills the requirement for short response times. A suitable luminescent dye, such as a ruthenium complex (Ru ( 4 , 7 ) - (Ph 2 phen) 3 2+ ) or a palladium group (PdOEPK), is irradiated with light, the spectrum of which overlaps with the absorption spectrum of the concerned luminescent dye. The excited dye molecules then return to their basic state, emitting radiation. This process is known as the luminance effect. The interaction of the dye molecules with the oxygen molecules of the respiratory gas stream reduces the luminance effect depending on the oxygen concentration present. The strength of the luminance effect decreases with increasing oxygen concentration. Since the luminescent dyes are usually highly toxic or carcinogenic, particles of the luminescent dyes must not reach the patient or the environment through the respiratory gas flow.
Eine Vorrichtung zur Messung der Sauerstoffkonzentration, die sich den Luminizenzeffekt zunutze macht, wird in der DE 197 47 187 A1 beschrieben. Die Farbstoffmoleküle werden an der Oberfläche, das heißt an der Grenzschicht zwischen Gas und Festkörper, eines porösen Materials gebunden, das eine offene Porenstruktur und eine große Oberflächendichte der Poren hat. Durch das poröse Material wird einerseits der Sauerstoffzutritt gewährleistet, andererseits liegen die Luminiszenzfarbstoffe offen an der Materialoberfläche, so dass sich Farbstoffpartikel ablösen können. Dies bedeutet eine Gefahr, wenn mit der Vorrichtung Messungen im Atemgasstrom eines Patienten vorgenommen werden und auf diese Weise giftige Partikel durch den Atemgasstrom zum Patienten gelangen können.A device for measuring the oxygen concentration, the Luminance effect is used is described in DE 197 47 187 A1. The Dye molecules are on the surface, that is, at the boundary layer bound between gas and solid, a porous material that is an open Has pore structure and a large surface density of the pores. Because of the porous On the one hand, material is guaranteed access to oxygen, on the other hand, the Luminous dyes open on the surface of the material, so that Can detach dye particles. This means a danger when using the Device measurements are made in a patient's breathing gas flow and in this way toxic particles through the breathing gas flow to the patient can reach.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Messung der Sauerstoff konzentration im Atemgasstrom eines Patienten anzugeben, die sich durch kurze Ansprechzeiten auszeichnet und das Austreten von Farbstoffpartikeln verhindert.The object of the invention is a device for measuring oxygen the concentration in a patient's breathing gas flow, which is indicated by short Characterized response times and prevents the escape of dye particles.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The problem is solved by a device with the features of Claim 1.
Die Vorrichtung zur optischen Messung der Sauerstoffkonzentration in einem Gasstrom, insbesondere einem Atemgasstrom eines Patienten, umfasst einen Kanal, durch den der Gasstrom geleitet wird. Außerhalb des Kanals sind eine Lichtquelle zum Aussenden von Lichtstrahlung und ein Detektor zum Empfang von Lichtstrahlung angeordnet. Der Detektor ist beispielsweise eine Photodiode. Der Kanal weist ein Fenster auf, das durchlässig ist für Lichtstrahlen, die von der Lichtquelle in den Kanal treten und für Lichtstrahlen, die aus dem Kanal auf den Detektor treffen. Im Kanal ist auf der gegenüberliegenden Seite des Fensters eine Folieneinheit angeordnet, die Partikel eines Luminiszenzfarbstoffs enthält, die durch Lichtstrahlen der Lichtquelle angeregt werden und anschließend ihrerseits Lichtstrahlen abgeben, die vom Detektor empfangen werden. Eine Auswerte- und Steuereinheit dient der Steuerung der Aussendung von Lichtstrahlen der Licht quelle und der Auswertung der vom Detektor empfangenen Lichtstrahlen. The device for optical measurement of the oxygen concentration in one Gas flow, in particular a patient's breathing gas flow, comprises one Channel through which the gas flow is passed. Outside of the channel are one Light source for emitting light radiation and a detector for receiving Light radiation arranged. The detector is, for example, a photodiode. The Canal has a window that is transparent to light rays emanating from the Light source enter the channel and for light rays coming from the channel onto the Hit detector. There is one in the channel on the opposite side of the window Film unit arranged, which contains particles of a luminescent dye be excited by light rays from the light source and then in turn Emit light rays that are received by the detector. An evaluation and Control unit is used to control the emission of light rays of light source and the evaluation of the light beams received by the detector.
Die Folieneinheit ist so beschaffen, dass die darin enthaltenen Partikel von Luminiszenzfarbstoffen nicht austreten können. Dies erfolgt erfindungsgemäß durch zwei verschiedene Ausführungsformen, die jeweils Gebrauch von den vorteilhaften Eigenschaften eines amorphen Fluorpolymers, basierend auf 2,2-Bistrifluoromethyl-4,5-Difluoro-1,3-Dioxol, mit der Handelsbezeich nung Teflon AF® machen. Dieses Fluorpolymer wird entweder als reines Polymer oder als Bestandteil mit anderen Polymeren in einem Copolymer verwendet. In einer ersten Ausführungsform wird eine Folienmatrix verwendet, die Partikel der Luminiszenzfarbstoffe und Teflon AF® enthält. In einer zweiten Ausführungs form wird eine Matrix verwendet, die Partikel der Luminiszenzfarbstoffe enthält und von einer Folienmembran abgedeckt wird, die Teflon AF® enthält. Als vorteilhaft bei Teflon AF® gegenüber anderen Materialien erweist sich, dass die Permeabilität gegenüber Sauerstoff sehr groß ist, etwa 200 Mal größer als bei spielsweise bei Teflon, gleichzeitig wird aber das Austreten von Partikeln der Luminiszenzfarbstoffe wirkungsvoll verhindert. Teflon AF® ist darüber hinaus transparent für Lichtstrahlung im sichtbaren Bereich bis hin zum Infrarotbereich. So lassen sich Luminiszenzeffekte, das heißt die Anregung und Auslöschung von Lichtstrahlung, deutlich erkennen. Teflon AF® besitzt als Polymer eine hohe mechanische Zähigkeit, wodurch es für die Verarbeitung als Folienmembran gut geeignet ist.The film unit is designed so that the particles of Luminous dyes cannot escape. This is done according to the invention through two different embodiments, each using the advantageous properties of an amorphous fluoropolymer based on 2,2-bistrifluoromethyl-4,5-difluoro-1,3-dioxole, with the trade designation make Teflon AF®. This fluoropolymer is called either a pure polymer or used as a component with other polymers in a copolymer. In In a first embodiment, a film matrix is used which contains particles of the Contains luminescent dyes and Teflon AF®. In a second execution a matrix is used which contains particles of the luminescent dyes and is covered by a film membrane that contains Teflon AF®. As The advantage of Teflon AF® over other materials is that the Permeability to oxygen is very large, about 200 times greater than that of for example with Teflon, but at the same time the leakage of particles Luminous dyes effectively prevented. Teflon AF® is beyond that transparent for light radiation in the visible range up to the infrared range. This is how luminance effects, i.e. the excitation and extinction of Light radiation, clearly recognizable. Teflon AF® has a high polymer mechanical toughness, which makes it good for processing as a film membrane suitable is.
Die chemische Inertheit gewährleistet lange Standzeiten auch in korrosiver Atmosphäre. Zudem ist Teflon AF® auch als Lösung erhältlich, so dass es als Folienmembran für die Matrix wie ein Lack aufgetragen werden kann.The chemical inertness guarantees a long service life even in a corrosive environment The atmosphere. Teflon AF® is also available as a solution so that it can be used as a Foil membrane for the matrix like a varnish can be applied.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Figurenbeispiele erläutert.The invention is explained using the following figure examples.
Es zeigenShow it
Fig. 1 eine Vorrichtung zur Messung der Sauerstoff konzentration im Querschnitt mit Blickrichtung senkrecht zur Strömungsrichtung des Atemgas stroms, Fig. 1 shows a device for measuring the oxygen concentration in the cross section viewed perpendicular to the flow direction of the respiratory gas flow,
Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform der Folieneinheit aus Fig. 1 als Folienmatrix, Fig. 2 shows a preferred embodiment of the film unit of Fig. 1 as a foil matrix,
Fig. 3 eine alternative bevorzugte Ausführungsform der Folieneinheit aus Fig. 1 als Matrix mit Folien membran. Fig. 3 shows an alternative preferred embodiment of the film unit from Fig. 1 as a matrix with film membrane.
In der Fig. 1 ist eine Vorrichtung zur Messung der Sauerstoffkonzentration im Querschnitt mit Blickrichtung senkrecht zur Strömungsrichtung des Atemgas stroms dargestellt. Die Strömungsrichtung ist durch horizontal verlaufende, nach rechts weisende Pfeile dargestellt. Der zu messende Atemgasstrom strömt durch einen Kanal 12. Der Kanal 12 weist in einem Abschnitt seiner oberen Wand ein lichtdurchlässiges Fenster 7 auf, in einem gegenüberliegenden Abschnitt seiner unteren Wand befindet sich eine Folieneinheit 3, die Partikel eines Luminiszenz farbstoffes, wie etwa ein Ruthenium-Komplex (Ru (4,7)-(Ph2phen)3 2+) oder eine Palladium-Gruppe (PdOEPK), und ein amorphes Fluorpolymer, basierend auf 2,2- Bistrifluoromethyl-4,5-Difluoro-1,3-Dioxol, enthält. Die Folieneinheit 3 ist in einer in dem Kanal 12 integrierten Folienhalterung 1 angeordnet. Die Lichtstrahlung einer außerhalb des Kanals 12 angeordneten Lichtquelle 8 tritt im Wesentlichen senkrecht durch das Fenster 7 in den Kanal 12 und trifft nach Durchlaufen des darin befindlichen strömenden Atemgases auf die Folieneinheit 3. Wenn die Partikel des Luminiszenzfarbstoffs durch die Lichtstrahlung der Lichtquelle 8 angeregt werden, geben sie ihrerseits Strahlung ab, die durch das im Inneren des Kanals 12 befindliche Atemgas tritt und durch das Fenster 7 auf einen außerhalb des Kanals 12 angeordneten Detektor 9 trifft. Die Lichtquelle 8 und der Detektor 9 sind mit einer Auswerte- und Steuereinheit 10 verbunden, die die von der Lichtquelle 8 ausgesendete Lichtstrahlung steuert und die vom Detektor 9 empfangene Lichtstrahlung auswertet. Darüber hinaus ist die Auswerte- und Steuereinheit 10 mit einer Anzeigeeinheit 11 verbunden, die Daten zur Steuerung und Auswertung der Lichtstrahlung anzeigt.In Fig. 1, a device for measuring the oxygen concentration in cross section with a viewing direction perpendicular to the flow direction of the breathing gas flow is shown. The direction of flow is shown by horizontal arrows pointing to the right. The breathing gas flow to be measured flows through a channel 12 . The channel 12 has a translucent window 7 in a section of its upper wall, a film unit 3 is located in an opposite section of its lower wall, the particles of a luminescent dye, such as a ruthenium complex (Ru ( 4 , 7 ) - ( Ph 2 phen) 3 2+ ) or a palladium group (PdOEPK), and an amorphous fluoropolymer based on 2,2-bistrifluoromethyl-4,5-difluoro-1,3-dioxole. The film unit 3 is arranged in a film holder 1 integrated in the channel 12 . The light radiation from a light source 8 arranged outside the channel 12 essentially passes through the window 7 into the channel 12 and, after passing through the flowing breathing gas therein, strikes the film unit 3 . When the particles of the luminescent dye are excited by the light radiation from the light source 8 , they in turn emit radiation which passes through the breathing gas located inside the channel 12 and strikes a detector 9 arranged outside the channel 12 through the window 7 . The light source 8 and the detector 9 are connected to an evaluation and control unit 10 which controls the light radiation emitted by the light source 8 and evaluates the light radiation received by the detector 9 . In addition, the evaluation and control unit 10 is connected to a display unit 11 , which displays data for controlling and evaluating the light radiation.
Die Fig. 2 stellt eine bevorzugte Ausführungsform der in der Folienhalterung 1 angeordneten Folieneinheit 3 aus Fig. 1 dar. Die Folieneinheit 3 ist als Folien matrix ausgebildet, die als Bestandteile sowohl Partikel des Luminiszenzfarbstoffs als auch ein amorphes Fluorpolymer umfasst. FIG. 2 shows a preferred embodiment of the film unit 3 from FIG. 1 arranged in the film holder 1. The film unit 3 is designed as a film matrix which comprises both particles of the luminescent dye and an amorphous fluoropolymer as components.
Die Fig. 3 stellt eine alternative bevorzugte Ausführungsform der in der Folien halterung 1 angeordneten Folieneinheit 3 aus Fig. 1 dar. Die Folieneinheit 3 besteht aus einer Matrix 3b, die als Bestandteile Partikel 2 des Luminiszenz farbstoffs umfasst, und einer Folienmembran 3a, die als Bestandteil ein amorphes Fluorpolymer umfasst. FIG. 3 depicts an alternative preferred embodiment of the film holder 1 is arranged slide unit 3 of FIG. 1. The film unit 3 consists of a matrix 3 b which, as components of the particles 2 of the luminescent dye includes, and a foil membrane 3 a which comprises an amorphous fluoropolymer as a component.
Claims (4)
eine Auswerte- und Steuereinheit (10), die die von der Lichtquelle (8) ausge sendete Lichtstrahlung steuert und die vom Detektor (9) empfangene Licht strahlung auswertet,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Folieneinheit (3) zusätzlich ein amorphes Fluorpolymer, basierend auf 2,2- Bistrifluoromethyl-4,5-Difluoro-1,3-Dioxol, als reines Polymer oder als Bestandteil mit anderen Polymeren in einem Copolymer umfasst.1. Device for optically measuring the oxygen concentration in a gas stream, comprising a channel ( 12 ) through which the gas stream is passed, a light source ( 8 ), the light radiation of which by the gas stream in the channel ( 12 ) onto a film unit ( 3 ) Contains luminescent dyes, is guided, a detector ( 9 ) which receives light radiation emitted by the luminescent dyes of the film unit ( 3 ), and
an evaluation and control unit ( 10 ) which controls the light radiation emitted by the light source ( 8 ) and evaluates the light radiation received by the detector ( 9 ),
characterized in that
the film unit ( 3 ) additionally comprises an amorphous fluoropolymer based on 2,2-bistrifluoromethyl-4,5-difluoro-1,3-dioxole, as a pure polymer or as a component with other polymers in a copolymer.
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