DE102006025470A1

DE102006025470A1 - Fluoreszenzsensor zur Detektion von Gaszusammensetzungen

Info

Publication number: DE102006025470A1
Application number: DE102006025470A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Becker; Ilker Sayhan
Original assignee: EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2006-05-30
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2007-12-06
Anticipated expiration: 2026-05-31
Also published as: DE102006025470B4; RU2008150781A; BRPI0712133A2; CA2653894A1; WO2007137550A1; JP2009539070A; RU2425359C2; US20100239465A1; CN101454657A; EP2021772A1

Abstract

Fluoreszenzsensor zur Detektion von Gaszusammensetzungen mit einem Trägersubstrat (1) und einer darauf angebrachten Fluoreszenzschicht (10), welche im Wesentlichen aus einer gaspermeablen Polymermatrix (2) mit darin eingelagertem Fluoreszenzfarbstoff (3) besteht, wobei über der Fluoreszenzschicht (10) eine Diffusionsschicht (4) aus gaspermeablen Keramiken und/oder Polymeren angeordnet ist, welche so angepasst ist, dass sie eine zeitliche Verzögerung der Gasdiffusion aus der zu detektierenden Umgebung (5) zur Fluoreszenzschicht (10) und umgekehrt bewirkt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Fluoreszenzsensor zur Detektion von Gaszusammensetzungen mit einem Trägersubstrat und einer darauf angebrachten Fluoreszenzschicht, welche im Wesentlichen aus einer gaspermeablen Polymermatrix mit darin eingelagertem Fluoreszenzfarbstoff besteht.
Bekannte Fluoreszenzsensoren der vorbezeichneten Art sind so ausgebildet, dass sie vorzugsweise auf Zielgase in der zu detektierenden Umgebung reagieren, die Sauerstoff oder NO₂-Verbindungen oder Mischungen davon enthalten. Dadurch lassen sich zum Beispiel auch Sprengstoffe detektieren. Die Fluoreszenz der Sensoren wird im Regelfall von einem Messgerät, das in geeignetem Abstand vom Fluoreszenzsensor angebracht ist, erfasst und elektrisch oder elektronisch in geeigneten Signalgebern in gewünschte Signale umgesetzt.
Insoweit die vom Fluoreszenzsensor erzeugten Signale zeitlich oder lokal unterschiedlich vom Detektionsort wiedergegeben werden sollen, sind entsprechende Speichermedien, zumindest aber entsprechende Transporteinrichtungen für die Signale vorzusehen, was im Regelfall mit Bauaufwand verbunden ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Fluoreszenzsensor zu schaffen, dessen aus der Detektion einer Gaszusammensetzung sich ergebende Fluoreszenz über eine gewünschte Zeitdauer erhalten bleibt, so dass ein Auslesemessgerät nicht unmittelbar am Ort der zu detektierenden Gaszusammensetzung angeordnet sein muss, sondern der Fluoreszenzsensor nach Verbringen an einem anderen Ort bzw. nach einer gewünschten Zeitdauer die detektierte Gaszusammensetzung einem dann, bzw. dort vorhandenen Auslesemessgerät übermitteln kann.
Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einem Fluoreszenzsensor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 über der Fluoreszenzschicht eine Diffusionsschicht aus gaspermeablen Keramiken und/oder Polymeren angeordnet ist, welche so angepasst ist, dass sie eine zeitliche Verzögerung der Gasdiffusion aus der zu detektierenden Umgebung zur Fluoreszenzschicht und umgekehrt bewirkt.
Das zu messende Gas der Umgebung dringt insoweit also langsamer zur Fluoreszenzschicht vor und diffundiert von dort in gleicher Weise langsamer weg. Die Gaszusammensetzung unmittelbar über der Fluoreszenzschicht wird also für eine gewisse Zeit konserviert, so dass die jeweils ausgesandte Fluoreszenz mit zeitlicher Verzögerung die Gaszusammensetzung der Umgebung anzeigt. Man wird auf diese Weise in die Lage versetzt, den Fluoreszenzsensor aus der zu detektierenden Umgebung herauszubringen und dort mit der geeigneten Ausleseoptik die Gaszusammensetzung der detektierten Umgebung entnehmen. Diese zeitliche Verzögerung hat den großen Vorteil, dass es dem Anwender ermöglicht wird, mit einem Handmessgerät diejenige Fluoreszenz zu messen, bzw. die Gaskonzentration festzustellen, die dem konservierten Zustand entspricht.
Je nach den gewählten Parametern der Diffusionsschicht kann die Zeitdauer, über die die Fluoreszenz gespeichert werden soll, kalibriert werden. Die Diffusionsschicht wird z.B. so ausgelegt, dass eine Speicherung der Gase im Bereich von mehreren Stunden erfolgt.
Durch den erfindungsgemäßen Aufbau eines Fluoreszenzsensors kann z.B. eine Anwendung auf einem RFID Tag (Radio Frequency Idendification Etikett) bzw. nach Art eines solchen RFID Tags auf Gegenständen oder auf Verpackungs- oder Transportstrukturen vorgesehen werden. Dabei können die Parameter für die Diffusionsschicht ohne weiteres so ausgelegt werden, dass eine Speicherung der Gase unmittelbar über der Fluoreszenzschicht über mehrere Stunden erfolgt.
Beispielsweise wird der Fluoreszenzsensor auf einem oder mehreren RFID Tags integriert. Mit einer externen Ausleseoptik werden die RFID Tags beispielsweise im Abstand von einigen cm ausgelesen.
Bei bevorzugten Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Fluoreszenzsensors liegt die Dicke der Diffusionsschicht zwischen wenigen μm und einigen hundert μm, wobei die Dicke der Diffusionsschicht in Abhängigkeit der gewünschten zeitlichen Verzögerung der Gasdiffusion gewählt wird.
In weiterer Ausbildung der Erfindung soll die Permeabilität der Diffusionsschicht bevorzugt bezüglich Sauerstoff und/oder NO₂ Verbindungen oder Gemischen daraus eingestellt sein, was im Hinblick auf die Detektion von Sprengstoffverbindungen von besonderem Vorteil für die praktische Anwendung sein dürfte.
In weiterer Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass für die Diffusionsschicht als Keramiken ternäre Oxide und als Polymere SU-8 vorgesehen ist.
Schließlich besteht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung darin, dass mehrere unterschiedlich reagierende Fluoreszenzschichten nebeneinander angeordnet und von einer Diffusionsschicht abgedeckt sind. Auf diese Weise können mit ein- und demselben Fluoreszenzsensor mit der gewünschten zeitlichen Verzögerung Gaszusammensetzungen nach den unterschiedlichsten Gasbestandteilen detektiert werden.
Schließlich sollen in weiterer Ausbildung der Erfindung als Trägersubstrat Polymere zur Anwendung kommen, wobei sich Kapton, Polyurethane oder Polyethylene besonders eignen. Möglich sind aber auch Keramiken und Silizium-Substrate.
In der beigefügten Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fluoreszenzsensors schematisch dargestellt. Auf einem Trägersubstrat 1, welches im wesentlichen die Form einer quaderförmigen Platte bzw. eines Streifens oder Bandes aufweist, ist eine Fluoreszenzschicht 10 angeordnet, die im wesentlichen aus einer gaspermeablen Polymermatrix 2 mit darin eingelagertem Fluoreszenzfarbstoff 3 besteht. Unmittelbar auf der Fluoreszenzschicht 10 ist eine gaspermeable Diffusionsschicht 4 der Dicke d angebracht, so dass Gase, die aus der Umgebung 5 auf die Fluoreszenzschicht 10 einwirken, diese erst verzögert nach ihrer Diffusion über die Entfernung d durch die Diffusionsschicht 4 erreichen können. Die Gasatmosphäre im Bereich der Fluoreszenzschicht 10 wird über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten, da das Ausdiffundieren durch die Diffusionsschicht 4 zurück in die Umgebung 5 ebenfalls verzögert erfolgt. Insoweit könnte die Diffusionsschicht 4 entsprechend ihrer Wirkung auch als Rückhalte- oder Speicherschicht bezeichnet werden.

Claims

Fluoreszenzsensor zur Detektion von Gaszusammensetzungen mit einem Trägersubstrat (1) und einer darauf angebrachten Fluoreszenzschicht (10), welche im wesentlichen aus einer gaspermeablen Polymermatrix (2) mit darin eingelagertem Fluoreszenzfarbstoff (3) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass über der Fluoreszenzschicht (10) eine Diffusionsschicht (4) aus gaspermeablen Keramiken und/oder Polymeren angeordnet ist, welche so angepasst ist, dass sie eine zeitliche Verzögerung der Gasdiffusion aus der zu detektierenden Umgebung (5) zur Fluoreszenzschicht (10) und umgekehrt bewirkt.
Fluoreszenzsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (d) der Diffusionsschicht (4) zwischen wenigen μm und einigen hundert μm liegt.
Fluoreszenzsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Diffusionsschicht (4) in Abhängigkeit der gewünschten zeitlichen Verzögerung der Gasdiffusion gewählt wird.
Fluoreszenzsensor nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Permeabilität der Diffusionsschicht (4) bevorzugt bezüglich Sauerstoff und/oder NO₂ Verbindungen oder Gemischen daraus eingestellt ist.
Fluoreszenzsensor nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Diffusionsschicht (4) als Keramiken ternäre Oxide und als Polymere SU-8 vorgesehen ist.
Fluoreszenzsensor nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere unterschiedlich reagierende Fluoreszenzschichten (10) nebeneinander angeordnet und von einer Diffusionsschicht (4) abgedeckt sind.
Fluoreszenzsensor nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägersubstrat (1) Polymere zur Anwendung kommen.
Fluoreszenzsensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für das Trägersubstrat (1) Kapton, PUR oder PET ausgewählt wird.
Fluoreszenzsensor nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat (1) aus Silizium und/oder aus Keramik hergestellt ist.