DE102018129969A1 - Sensormembran, Membrankappe und optochemischer Sensor - Google Patents

Sensormembran, Membrankappe und optochemischer Sensor Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensormembran (3) für einen optochemischen Sensor (1, 10) zur Bestimmung einer mit einer Konzentration eines Analyten in einem Messfluid korrelierenden Messgröße, umfassend:- eine Funktionsschicht (23), welche eine erste Polymermatrix aufweist, die mit einem Lumineszenzfarbstoff (24) dotiert ist, dessen Emissionsvermögen nach einer Anregung mit elektromagnetischer Strahlung durch den Analyten veränderbar ist; und- eine zweite Polymermatrix, in der die Funktionsschicht (23) zumindest teilweise eingekapselt ist, und die zumindest in einem dem Messfluid zugewandten und an die Funktionsschicht (23) angrenzenden Teilbereich für den Analyten durchlässig ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormembran (3) eine von dem Lumineszenzfarbstoff (24) verschiedene, optisch detektierbare Substanz (27) zur Kennzeichnung der Sensormembran (3) umfasst.Die Erfindung betrifft weiter eine Membrankappe mit einer derartigen Sensormembran und einen optochemischen Sensor.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen optochemischen Sensor zur Bestimmung einer mit einer Konzentration eines Analyten in einem Messfluid korrelierenden Messgröße.
  • Optochemische Sensoren zum Messen der Konzentration oder des Partialdrucks von bestimmten Substanzen, sogenannten Analyten, in Messmedien beruhen auf dem Prinzip der analytinduzierten Löschung der Lumineszenz (Lumineszenzquenching) einer lumineszierenden, z.B. fluoreszierenden oder phosphoreszierenden, Substanz, im Folgenden auch als Lumineszenzfarbstoff bezeichnet. Diese Substanz kann beispielsweise ein organischer Farbstoff sein. Beispiele für Lumineszenz sind Fluoreszenz und Phosphoreszenz.
  • Häufig weisen optochemische Sensoren eine den Lumineszenzfarbstoff enthaltende Membran auf, die häufig aus einem oder mehreren Polymermaterialien gebildet ist. Zur Messung wird die Membran mit dem Messmedium in Kontakt gebracht, so dass der Analyt in die Membran eindringen und mit dem Lumineszenzfarbstoff wechselwirken kann. Solche Membranen können ein Schichtsystem umfassen, wobei einzelne Schichten des Schichtsystems jeweils eine spezielle, von den anderen Schichten verschiedene, chemische Zusammensetzung und entsprechend spezielle Eigenschaften aufweisen. So können Schichten vorgesehen sein, die eine Selektivität des Sensors bewirken, indem sie selektiv eine Diffusion des Analyten hin zu tieferen Schichten des Schichtpakets erlauben. Andere Schichten können den Lumineszenzfarbstoff enthalten. Weitere Schichten können eine mechanische oder chemische Stabilisierung des Schichtpakets bewirken oder dazu ausgestaltet sein, Umgebungslicht zu absorbieren, das die Messung stören würde. Solche Schichten, deren Eigenschaften einen Einfluss auf die Funktion des Sensors haben, werden auch als Funktionsschichten der Membran bezeichnet. Zur Stabilisierung können Membranen optochemischer Sensoren ein Substrat umfassen, auf dem weiteren Schichten der Membran durch physikalische oder chemische Verfahren aufgebracht und angebunden sind.
  • Über ihre Betriebszeit sind derartige Sensormembranen einer Alterung ausgesetzt, die zu einer allmählichen Verschlechterung der Sensoreigenschaften, z.B. einer Sensordrift, führen kann. So können beispielsweise in den Funktionsschichten vorhandene Substanzen degradieren und/oder aus der Membran in Kontakt mit dem Messmedium ausgetragen oder ausgewaschen werden. Dies betrifft insbesondere den Lumineszenzfarbstoff. Eine Verringerung der Konzentration des Lumineszenzfarbstoffes in der Sensormembran kann zu einer Verringerung der Empfindlichkeit des optochemischen Sensors und ggfs. auch zu stark fehlerbehafteten Messergebnissen führen. Die selbst bei moderaten Einsatzbedingungen unvermeidbare Alterung der Sensormembranen wird durch extreme Einsatzbedingungen, z.B. durch Sterilisationsprozesse oder Kontakt mit aggressiven Medien, wie starken Säuren oder Laugen, verstärkt. Unter solchen Bedingungen kann es innerhalb kurzer Zeit, d.h. auch bereits nach wenigen Messungen, zu einer Schädigung der Sensormembran kommen, die so stark ist, dass der Sensor zum weiteren Einsatz nicht mehr geeignet erscheint. Eine solche Beschädigung kann beispielsweise im Ablösen einzelner Schichten der Sensormembran bestehen.
  • Aus DE 10 2014 112 972 A1 ist ein optochemischer Sensor bekannt, der seine Funktionsfähigkeit auch unter rauen Umgebungsbedingungen, z.B. bei regelmäßiger Sterilisierung der Sensormembran oder regelmäßigen Reinigungsprozessen mit heißer Lauge, beibehält. Dieser Sensor umfasst eine Sensormembran, die ein Sensorelement mit mindestens einer Funktionsschicht aufweist, in der ein Lumineszenzfarbstoff enthalten ist. Die Sensormembran umfasst weiter eine Matrix, in der das Sensorelement vollumfänglich eingebettet ist. Die Matrix besteht aus einem Material, das zumindest in einem dem Medium zugewandten und an das Sensorelement angrenzenden Teilbereich für den Analyten durchlässig ist. Die Einbettung des Sensorelements in eine Matrix sorgt dafür, dass die Funktionsschichten des Sensorelements zumindest nicht in direkten Kontakt mit aggressiven Medien kommen und schützt die Funktionsschichten zusätzlich vor mechanischer Ablösung. Damit wird die Gefahr einer Beschädigung reduziert und die Alterung der Sensormembran aufgrund des Austragens von Substanzen aus den Funktionsschichten verzögert.
  • Trotz dieser Maßnahmen zum Schutz vor Alterung und Beschädigung sind Sensormembranen häufig Verschleißteile, die regelmäßig ersetzt werden müssen. Es gibt beispielsweise optochemische Sensoren, die einen Sensorkörper und eine lösbar mit dem Sensorkörper verbindbare Membrankappe aufweisen. Während der Sensorkörper langlebige optische und elektrische bzw. elektronische Bauteile des Sensors enthält, die der Lumineszenzanregung, der Erfassung von Messsignalen und der Verarbeitung der Messsignale dienen, umfasst die Membrankappe die wesentlich kurzlebigere Sensormembran. Die Membrankappe kann gegen eine neue Membrankappe mit einer neuen, gleichartigen Sensormembran ausgetauscht werden, wenn die Sensormembran beschädigt oder aufgrund von Alterungserscheinungen nicht mehr einsetzbar ist.
  • Sensormembranen und/oder Membrankappen werden daher häufig selbständig, d.h. ohne einen zugehörigen Sensorkörper, als Zubehör zu optochemischen Sensoren zum Verkauf angeboten. Um eine optimale Funktion eines optochemischen Sensors mit einer solchen auswechselbaren Membrankappe oder einer auswechselbaren Sensormembran zu gewährleisten, sollte darauf geachtet werden, dass nur für die jeweilige Anwendung, in der der Sensor mit der neuen Membran eingesetzt werden soll, geeignete und/oder auf den jeweiligen Sensorkörper abgestimmte Sensormembranen mit dem Sensorkörper zu einem optochemischen Sensor kombiniert werden.
  • Sind der Sensorkörper und die Sensormembran dagegen für unterschiedliche Anwendungen ausgestattet und spezifiziert (mithin nicht aufeinander abgestimmt), kann die Funktionstüchtigkeit des Sensors, sowohl was die Messung der Analytkonzentration als auch was eventuelle Diagnosefunktionen betrifft, beeinträchtigt sein. Dies gilt in noch höherem Maße, wenn die Sensormembran von minderer Qualität ist oder manipuliert wurde (Produktpiraterie). Eine Verwechslung von Sensormembranen oder die Verwendung von nicht für den Sensorkörper vorgesehenen Sensormembranen möglicherweise minderer Qualität sollte daher so weit wie möglich ausgeschlossen werden. Eine auf einer Verpackung der Sensormembran vorgesehene Kennzeichnung erscheint nicht hinreichend sicher gegenüber unbeabsichtigten Verwechslungen oder Manipulationen.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine stabile und langlebige Sensormembran für einen optochemischen Sensor und einen optochemischen Sensor mit einer solchen Sensormembran zur Verfügung zu stellen, die eine sichere Kennung zur Identifikation der Sensormembran umfasst, wobei die Kennung idealerweise nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand manipuliert oder gefälscht werden kann.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Sensormembran gemäß Anspruch 1, eine Membrankappe gemäß Anspruch 15 und einen optochemischen Sensor gemäß Anspruch 17. Die Erfindung umfasst außerdem ein Verfahren zum Prüfen und/oder Identifizieren einer Sensormembran eines optochemischen Sensors gemäß Anspruch 18. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die erfindungsgemäße Sensormembran für einen optochemischen Sensor zur Bestimmung einer mit einer Konzentration eines Analyten in einem Messfluid korrelierenden Messgröße, umfasst:
    • - eine Funktionsschicht, welche eine erste Polymermatrix aufweist, die mit einem Lumineszenzfarbstoff dotiert ist, dessen Emissionsvermögen nach einer Anregung mit elektromagnetischer Strahlung durch den Analyten veränderbar ist; und
    • - eine zweite Polymermatrix, in der die Funktionsschicht zumindest teilweise eingekapselt ist, und die zumindest in einem dem Messfluid zugewandten und an die Funktionsschicht angrenzenden Teilbereich für den Analyten durchlässig ist;
    wobei die Sensormembran eine von dem Lumineszenzfarbstoff verschiedene, optisch detektierbare Substanz zur Kennzeichnung der Sensormembran umfasst.
  • Indem zur Kennzeichnung der Sensormembran eine in der Sensormembran enthaltene optisch detektierbare Substanz verwendet wird, ist eine Identifizierung der Sensormembran durch ein einfaches optisches Prüfverfahren möglich. So lässt sich prüfen, ob eine Sensormembran zur Verwendung mit einem bestimmten Sensorkörper oder zur Verwendung in einer bestimmten Anwendung geeignet ist. In einem speziellen Anwendungsfall kann die Kennzeichnung auch einen Schutz vor Produktpiraterie bieten.
  • Die Funktionsschicht kann als eine ein oder mehrere inselförmige Funktionsschichtelemente aufweisende Schicht gebildet sein.
  • Die zweite Polymermatrix kann aus demselben Polymermaterial gebildet sein wie die erste Polymermatrix. Der Unterschied zwischen der ersten Polymermatrix und der zweiten Polymermatrix besteht dann darin, dass die erste Polymermatrix mit dem Lumineszenzfarbstoff dotiert ist.
  • Die Sensormembran kann ein Schichtpaket mit einer zum Kontakt mit dem Messfluid bestimmten, vorderseitigen Außenfläche und einer rückseitigen Außenfläche, welche mit einem Substrat verbunden ist, aufweisen.
  • Die zweite Polymermatrix kann die Funktionsschicht in der Weise einkapseln, dass eine erste Schicht der zweiten Polymermatrix die Funktionsschicht überdeckt und eine zweite Schicht der zweiten Polymermatrix zwischen der Funktionsschicht und dem Substrat angeordnet ist, wobei die erste und die zweite Schicht der zweiten Polymermatrix in einem die Funktionsschicht umgebenden Bereich miteinander chemisch und/oder physikalisch verbunden sind. Die zweite Polymermatrix kapselt die Funktionsschicht zumindest teilweise ein. In einer vorteilhaften Ausgestaltung kapselt die zweite Polymermatrix die Funktionsschicht vollständig ein.
  • In vorteilhaften Ausgestaltungen können die erste und/oder die zweite Schicht der zweiten Polymermatrix mit der optisch detektierbaren Substanz zur Kennzeichnung der Sensormembran dotiert sein.
  • Die erste Polymermatrix der Funktionsschicht kann zusätzlich zur Dotierung mit dem Lumineszenzfarbstoff mit der optisch detektierbaren Substanz zur Kennzeichnung der Sensormembran dotiert sein.
  • Die optisch detektierbare Substanz kann ausgewählt sein aus der Gruppe gebildet aus: Metallorganische Verbindungen wie Metallporphyrinkomplexe, Polyazaannulenfarbstoffe, insbesondere Polyaza[18]annulen-Farbstoffe, Azaborondipyrromethene (AzaBODIPY), Borondipyrromethene (BODIPY) und Metallphthalocyaninkomplexe.
  • Die optisch detektierbare Substanz kann sich vom Lumineszenzfarbstoff beispielsweise dadurch unterscheiden, dass sie ein anderes Zentralion und/oder einen oder mehrere andere Liganden umfasst. Handelt es sich bei der optisch detektierbaren Substanz um einen Farbstoff, der zur Lumineszenz angeregt werden kann, ist der Farbstoff vorteilhaft so ausgewählt, dass seine Lumineszenz nicht von derselben Substanz, d.h. demselben Analyten, beeinflusst, z.B. gelöscht oder verstärkt, wird wie die Lumineszenz des Lumineszenzfarbstoffs. Um die Funktion eines die Sensormembran verwendenden optochemischen Sensors nicht zu beeinträchtigen, sollten sich die Emissionsspektren des zur Bestimmung der Analytkonzentration dienenden Lumineszenzfarbstoffs und der optisch detektierbaren Substanz klar, d.h. messbar, unterscheiden. Ein solcher Unterschied kann beispielsweise darin bestehen, dass die optisch detektierbare Substanz mit Strahlung einer ersten Wellenlänge zur Lumineszenz anregbar ist, und der Lumineszenzfarbstoff mit Strahlung einer zweiten Wellenlänge zur Lumineszenz anregbar ist, die sich von der ersten Wellenlänge messbar unterscheidet, wobei die optisch detektierbare Substanz von Strahlung der zweiten Wellenlänge nicht zur Lumineszenz anregbar ist. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass von der optisch detektierbaren Substanz nach Anregung emittierte Strahlung eine andere Wellenlänge oder einen anderen Wellenlängenbereich aufweist als von dem Lumineszenzfarbstoff nach Anregung emittierte Lumineszenzstrahlung.
  • Die optisch detektierbare Substanz kann ein Hochkonversions-Material (photon upconversion material), insbesondere in Form von Nanopartikeln (UCNPs = upconversion nanoparticles), sein.
  • Die optisch detektierbare Substanz kann ein oder mehrere anorganische Lumineszenzpigmente umfassen, die aus einem anorganischen Feststoff bestehen, der selbst Donor-Akzeptor-Lumineszenz oder Charge-Transfer-Lumineszenz zeigt oder mit ein oder mehreren lumineszierenden Ionen dotiert ist, wobei das oder die mehreren lumineszierenden Ionen ausgewählt ist oder sind aus der Gruppe bestehend aus: In+, Sn2+, Pb2+, Sb3+, Bi3+, Ce3+, Ce4+, Pr3+, Nd3+, Sm2+, Sm3+, Eu2+, Eu3+, Gd3+, Tb3+, Dy3+, Ho3+, Er3+, Tm2+, Tm3+, Yb2+, Yb3+, Ti3+, V2+, V3+, V4+, Mn2+, Mn3+, Mn4+, Fe3+, Fe4+, Fe5+, Co3+, Co4+, Ni2+, Cu+, Ru2+, Ru3+, Pd2+, Ag+, Ir3+, Pt2+ und Au+.
  • Die optisch detektierbare Substanz kann ein elektrochromes Material umfassen.
  • Die Funktionsschicht kann mit einer für den Analyten durchlässigen Schutz-, Stütz- und/oder Isolierschicht abgedeckt sein. Eine solche Schicht kann beispielsweise unmittelbar auf der Funktionsschicht aufgebracht sein. Alternativ ist es auch möglich, dass die Schutz-, Stütz- und/oder Isolierschicht in die die Funktionsschicht umgebende zweite Polymermatrix eingebettet ist, beispielsweise in Form eines in die Polymermatrix eingebetteten Stützgitters. Beispielsweise kann die Schutz-, Stütz- und/oder Isolierschicht wenigstens teilweise in die die Funktionsschicht abdeckende zweite Polymermatrix eingebettet sein. Die Schutz-, Stütz- und/oder Isolierschicht kann in sich aus mehreren Einzelschichten bestehen.
  • Die Schutz-, Stütz- und/oder Isolierschicht kann aus einem mit einem Pigment, insbesondere einem dunklen Pigment wie Ruß oder Aktivkohle, dotierten Polymer gebildet sein. Dieses Pigment dient zur Absorption von die Messung störender Strahlung und/oder zum Schutz des Lumineszenzfarbstoffs.
  • Eine Membrankappe eines optochemischen Sensors kann eine Sensormembran nach einer der voranstehend beschriebenen Ausgestaltungen und ein, insbesondere zylinderförmiges, Gehäuse umfassen, wobei die Sensormembran an einer Stirnseite des Gehäuses angeordnet ist.
  • Das Gehäuse kann an seiner der Stirnseite gegenüberliegenden Seite dazu ausgestaltet sein, mit einem Sensorkörper lösbar verbunden zu werden. Der Sensorkörper kann optische Bauteile, z.B. eine Strahlungsquelle und einen Detektor für von dem Lumineszenzfarbstoff der Sensormembran emittierte Lumineszenzstrahlung und eine Sensorschaltung zur Steuerung der Strahlungsquelle und zur Verarbeitung von Signalen des Detektors umfassen. Die Sensorschaltung kann weiter dazu ausgestaltet sein, anhand der Detektorsignale Messsignale zur Bestimmung einer Konzentration eines Analyten zu erzeugen, ggfs. zu verarbeiten, und auszugeben.
  • Die Erfindung umfasst auch einen optochemischen Sensor zur Bestimmung einer mit einer Konzentration eines Analyten in einem Messfluid korrelierenden Messgröße mit einer Sensormembran nach einer der voranstehend beschriebenen Ausgestaltungen, weiter umfassend:
    • - ein Sondengehäuse, welches mindestens einen zum Eintauchen in das Messfluid gestalteten Eintauchbereich aufweist, wobei die Sensormembran, vorzugsweise mittels einer Membrankappe in dem Eintauchbereich des Sondengehäuses angeordnet ist;
    • - eine in dem Sondengehäuse angeordnete Strahlungsquelle zum Einstrahlen von Anregungsstrahlung in die Sensormembran;
    • - einen in dem Sondengehäuse angeordneten Strahlungsempfänger zum Empfangen von Strahlung, die durch den Lumineszenzfarbstoff und/oder die optisch detektierbare Substanz emittiert wird; und
    • - eine in dem Sondengehäuse angeordnete Sensorschaltung, welche dazu ausgestaltet ist, die Strahlungsquelle zu steuern, Signale des Strahlungsempfängers zu empfangen und auf den Signalen des Strahlungsempfängers basierende Ausgabesignale zu erzeugen und auszugeben.
  • Wie voranstehend beschrieben, kann das Sondengehäuse mehrteilig ausgestaltet sein. Beispielsweise kann es einen ersten, einen Sensorkörper bildendenden Teil umfassen, in dem die Sensorschaltung, die Strahlungsquelle und der Strahlungsempfänger untergebracht sind, und einen zweiten, mit dem ersten Teil lösbar verbindbaren Teil, der die Sensormembran umfasst. Der zweite Teil kann beispielsweise in Form einer Kappe ausgebildet sein. Die beiden Teile des Sondengehäuses können mittels einer Steck-, Klemm- oder Schraubverbindung wieder lösbar miteinander verbindbar sein.
  • Zur Messung wird mindestens ein die Sensormembran umfassender Eintauchbereich des Sondengehäuses in das Messfluid, z.B. eine Messflüssigkeit, getaucht.
  • Der Sensor kann zur Messung unterschiedlicher Analyte eingerichtet sein, indem er einen Speicher aufweist, in dem der Bestimmung unterschiedlicher Messgrößen, z.B. Konzentrationen unterschiedlicher Analyte, dienende Parameter gespeichert sind. So kann beispielsweise für die Messung der Konzentration eines ersten Analyten (z.B. Sauerstoff), ein erster Parametersatz, umfassend beispielsweise eine Wellenlänge und/oder Modulationsfrequenz der Strahlungsquelle, Kalibrierparameter oder eine Empfindlichkeit des Strahlungsempfängers, und für die Messung der Konzentration eines zweiten Analyten (z.B. pH-Wert, CO2, Na+, K+) ein zweiter Parametersatz, umfassend beispielsweise eine Wellenlänge und/oder Modulationsfrequenz der Strahlungsquelle, Kalibrierparameter oder eine Empfindlichkeit des Strahlungsempfängers, hinterlegt sein. Es ist somit möglich, den Sensor durch Austauschen einer ersten Membran, die einen Lumineszenzfarbstoff für die Detektion des ersten Analyten enthält, gegen eine zweite Membran, die einen Lumineszenzfarbstsoff für die Detektion des zweiten Analyten enthält, umzurüsten, wobei für die Messung mittels der Sensorschaltung jeweils der zur Sensormembran passende Parametersatz ausgewählt wird. So kann durch einen derartigen Membrantausch beispielsweise ein Sauerstoffsensor zu einem pH-Sensor umgerüstet werden. Vorteilhaft wird der Membrantausch durch Tausch einer ersten Membrankappe gegen eine zweite Membrankappe bewirkt, wobei die Membrankappen jeweils ausgestaltet sein können, wie weiter oben beschrieben.
  • Vorteilhaft kann die in der Sensormembran enthaltene optisch detektierbare Substanz in diesem Fall dazu dienen, die Art des Analyten, der mittels der Sensormembran bestimmt werden kann, zu identifizieren. Dies kann automatisiert durch den Sensor selbst geschehen, wie weiter unten noch erläutert werden wird. Anhand der erkannten Sensormembran bzw. der identifizierten Art des Analyten kann der Sensor die für den jeweils mit der Sensormembran zu bestimmenden Analyten dienenden, im Speicher hinterlegten Parameter auswählen und für die Messwertermittlung verwenden.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Prüfen und/oder Identifizieren einer Sensormembran eines optochemischen Sensors mit einer Funktionsschicht, welche eine erste Polymermatrix aufweist, die mit einem Lumineszenzfarbstoff dotiert ist, dessen Emissionsvermögen nach einer Anregung mit elektromagnetischer Strahlung durch einen Analyten veränderbar ist, und welche eine zweite Polymermatrix aufweist, in der die Funktionsschicht zumindest teilweise eingekapselt ist, und die zumindest in einem dem Messfluid zugewandten, und an die Funktionsschicht angrenzenden Teilbereich für den Analyten durchlässig ist, umfassend:
    • - Prüfen mittels eines optischen Detektionsverfahrens, ob die Sensormembran eine von dem Lumineszenzfarbstoff verschiedene optisch detektierbare Substanz enthält.
  • Der Schritt des Prüfens kann folgende Schritte umfassen:
    • - Anregen der optisch detektierbaren Substanz zur Emission von elektromagnetischer Strahlung;
    • - Erfassen eines Signals eines Strahlungsempfängers, der dazu eingerichtet ist, Emissionsstrahlung der in der Sensormembran enthaltenen optisch detektierbaren Substanz zu empfangen und in ein elektrisches Signal zu wandeln; und
    • - Ermitteln anhand des erfassten Signals, ob die Sensormembran die optisch detektierbare Substanz enthält.
  • Wie erwähnt kann die optisch detektierbare Substanz selbst analytsensitiv sein, vorteilhaft ist sie jedoch nicht analytsensitiv, d.h. die bei Anregung der optisch detektierbaren Substanz von dieser emittierte Strahlung wird bezüglich ihrer Wellenlänge, ihrer Intensität oder des Verlaufs ihrer Intensität als Funktion der Zeit von dem Analyten nicht beeinflusst. Idealerweise wird sie in diesem Fall auch nicht von anderen möglichen Inhaltsstoffen der Messflüssigkeit beeinflusst.
  • Das Anregen der optisch detektierbaren Substanz kann durch Einstrahlen von Anregungsstrahlung einer oder mehrerer spezifischer Wellenlängen in die Sensormembran erfolgen. Das Einstrahlen von Anregungsstrahlung kann mittels einer Strahlungsquelle des Sensors oder einer von dem Sensor unabhängigen Strahlungsquelle, zum Beispiel einer Strahlungsquelle eines Testgeräts, durchgeführt werden. Entsprechend kann das Erfassen des Signals des Strahlungsempfängers mittels eines Strahlungsempfängers des Sensors oder mittels eines von dem Sensor unabhängigen Strahlungsempfängers, z.B. dem eines separaten Testgeräts, durchgeführt werden. Das Ermitteln, ob die Sensormembran die optisch detektierbare Substanz enthält, kann mittels einer Sensorschaltung des Sensors oder mittels einer Schaltung eines von dem Sensor unabhängigen Testgeräts, das mit dem Strahlungsempfänger verbunden oder verbindbar ist, durchgeführt werden. Hierzu kann ein Anwender oder die Sensorschaltung bzw. die Schaltung des Testgeräts automatisiert eine Charakteristik der vom Strahlungsempfänger empfangenen Strahlung mit einer, beispielsweise in einem Speicher des Sensors oder des Testgeräts hinterlegten, Soll-Charakteristik, z.B. einem oder mehreren Referenzwerten, durchführen. Die Charakteristik kann beispielsweise eine Wellenlänge, eine Intensität, ein Intensitätsverlauf, ein Spektrum oder ein Phasenwinkel sein.
  • Zusätzlich kann ein weiterer Prüfschritt durchgeführt werden, welcher umfasst:
    • - Prüfen mittels eines weiteren, insbesondere optischen oder chemischen, Verfahrens, ob die Sensormembran die optisch detektierbare Substanz enthält.
  • Ergibt der Schritt des Prüfens, dass die Sensormembran eine optisch detektierbare Substanz enthält, kann das Verfahren weiter das Identifizieren der optisch detektierbaren Substanz umfassen. Die Identifikation kann beispielsweise anhand des beim optischen Detektionsverfahrens erfassten Signal des Strahlungsempfängers oder eines daraus abgeleiteten Werts mit einem Katalog von Referenzwerten erfolgen, wobei jeder Referenzwert eine bestimmte optisch detektierbare Substanz repräsentiert. Solche Referenzwerte können z.B. Intensitäten, Phasenwinkel, oder Wellenlängen von Absorptions- oder Lumineszenzmaxima sein. Die Referenzwerte können in einem Speicher des Sensors oder des Testgeräts hinterlegt sein.
  • Das Prüfen mittels eines optischen Detektionsverfahrens, ob die Sensormembran eine optisch detektierbare Substanz enthält und, falls das Prüfen ergibt, dass die Sensormembran eine optisch detektierbare Substanz enthält, das Identifizieren der optisch detektierbaren Substanz von dem optochemischen Sensor kann mittels einer Strahlungsquelle und eines Strahlungsempfängers des optochemischen Sensors sowie einer Sensorschaltung und/oder einer mit der Sensorschaltung verbundenen übergeordneten Elektronik durchgeführt werden.
  • Wie beschrieben, bildet die in der Sensormembran enthaltene, optisch detektierbare Substanz eine unverlierbare, nicht manipulierbare Kennzeichnung der Sensormembran. Diese kann nicht nur dazu dienen, die Sensormembran als für eine bestimmte Anwendung geeignet zu identifizieren oder um Produktpiraterie entgegenzutreten. Zusätzlich oder alternativ kann mittels einer in die Sensormembran eingebrachten optisch detektierbaren Substanz auch eine Rückverfolgbarkeit der Sensormembran gewährleistet werden. Dies kann vom Hersteller der Sensormembranen genutzt werden. So kann beispielsweise den über einen gewissen ersten Zeitraum, z.B. über ein Jahr oder über einen Monat, hergestellten Sensormembranen eine erste optisch detektierbare Substanz zugesetzt werden. Nach Beendigung des ersten Zeitraums kann den in einem nachfolgenden zweiten Zeitraum hergestellten Sensormembranen eine zweite, von der ersten verschiedene, optisch detektierbare Substanz zugesetzt werden. Die erste und zweite optisch detektierbare Substanz können so ausgewählt sein, dass sie bei Anregung Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen emittieren oder durch Anregungsstrahlung unterschiedlicher Wellenlängen zur Emission von Strahlung angeregt werden. Auf diese Weise lassen sich in dem ersten und dem zweiten Zeitraum hergestellte Sensormembranen unterscheiden.
  • Analog können auch für unterschiedliche Fertigungschargen von Sensormembranen unterschiedliche optisch detektierbare Substanzen verwendet werden. Dies ermöglicht im Falle von Qualitätsfehlern einzelner Chargen das Auffinden aller Exemplare der betroffenen Chargen.
  • Weiter kann die Kennzeichnung von Sensormembranen mittels der optisch detektierbaren Substanz genutzt werden, um Sensormembranen, die für die Bestimmung einer Konzentration eines bestimmten Analyten genutzt werden, zu kennzeichnen. So kann beispielsweise eine Sensormembran, die einen zur Detektion eines ersten Analyten dienenden ersten Lumineszenzfarbstoffs aufweist, mit einer ersten optisch detektierbaren Substanz gekennzeichnet sein, während eine Sensormembran, die einen zur Detektion eines zweiten Analyten dienenden zweiten Lumineszenzfarbstoff aufweist, mit einer anderen, zweiten optisch detektierbaren Substanz gekennzeichnet sein kann.
  • Dies erlaubt es, durch den Wechsel der Sensormembran einen Sensor vollständig automatisiert (im Sinne einer „Plug&Play“-Funktionalität) von einem Sensor zur Bestimmung der Konzentration des ersten Analyten zu einem Sensor zur Bestimmung der Konzentration des zweiten Analyten umzurüsten. Wie weiter oben beschrieben, kann ein solcher Sensor zur Messung unterschiedlicher Analyte eingerichtet sein, indem er einen Speicher aufweist, in dem der Bestimmung unterschiedlicher Messgrößen, z.B. Konzentrationen unterschiedlicher Analyte, dienende Parameter gespeichert sind. Welche dieser Parameter der Sensor bei einer aktuellen Messung verwendet, kann der Sensor automatisiert ermitteln, indem er, vorzugsweise mittels seiner Strahlungsquelle und seines Strahlungsempfängers in einem ersten Schritt die Prüfung durchführt, ob die aktuell im Sensor verwendete Sensormembran eine von dem Lumineszenzfarbstoff verschiedene optisch detektierbare Substanz enthält. Für den Fall, dass die Prüfung ergibt, dass eine solche optisch detektierbare Substanz in der Sensormembran vorliegt, kann der Sensor in einem zweiten Schritt die optisch detektierbare Substanz identifizieren. Hierzu kann beispielsweise das Signal des Strahlungsempfängers oder ein aus dem Signal abgeleiteter Wert bei der optischen Prüfung mit jeweils für verschiedene optisch detektierbare Substanzen repräsentativen Referenzwerten verglichen werden. Jeder Referenzwert entspricht gleichzeitig einem bestimmten Analyten, der mittels der Sensormembran bestimmbar ist. Anhand einer Übereinstimmung des optischen Signals mit einem der Referenzwerte kann die optisch detektierbare Substanz bzw. der entsprechende Analyt als die durch den Referenzwert repräsentierte Substanz bzw. als der entsprechende Analyt identifiziert werden. Anhand der Identifizierung der Substanz kann der Sensor somit die für die im Folgenden bei Messungen zu verwendenden Parameter auswählen und anwenden.
  • Besonders vorteilhaft und einfach ist dieses Verfahren anwendbar, wenn ein Wechsel der Sensormembran mittels eines Membrankappenwechsels, wie weiter oben beschrieben, durchgeführt wird.
  • Die Prüfung, ob eine optisch detektierbare Substanz in der Sensormembran enthalten ist, und die Identifizierung der optisch detektierbaren Substanz kann von der Sensorschaltung allein oder von einer mit der Sensorschaltung zur Kommunikation drahtgebunden oder drahtlos verbundenen übergeordneten Einheit, z.B. einem Messumformer oder einem Bediengerät, durchgeführt werden.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 einen optochemischen Sensor nach einem ersten Ausführungsbeispiel;
    • 2 einen optochemischen Sensor nach einem zweiten Ausführungsbeispiel;
    • 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Sensormembran für einen optochemischen Sensor;
    • 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Sensormembran für einen optochemischen Sensor;
    • 5 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Sensormembran für einen optochemischen Sensor; und
    • 6 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Sensormembran für einen optochemischen Sensor.
  • In 1 ist schematisch in einer Längsschnittdarstellung ein optochemischer Sensor 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Der Sensor 1 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel zur Bestimmung einer Konzentration eines in einer Messflüssigkeit gelösten Gases, z.B. von gelöstem Sauerstoff, ausgestaltet. Der Sensor 1 weist ein Sondengehäuse 2 auf, das im hier gezeigten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltet ist. Das Sondengehäuse 2 ist an seinem stirnseitigen, zum Kontakt mit einem Messmedium bestimmten, Endbereich durch eine Sensormembran 3 verschlossen. Die Sensormembran 3 umfasst unter anderem einen in einer Polymermatrix eingebetteten Lumineszenzfarbstoff, dessen Lumineszenz durch den Analyten, hier z.B. Sauerstoff, gelöscht wird. Der Lumineszenzfarbstoff kann alternativ auch die Eigenschaft haben, dass seine Lumineszenz durch den Analyten verstärkt wird. Dies ist beispielsweise bei der optischen pH-Detektion mit Luminophoren auf Basis des PET-Effekts (PET= Photoinduzierter Elektronentransfer) der Fall. Die Sensormembran 3 kann ein stabilisierendes Substrat und mehrere auf dem Substrat aufgebrachte Schichten aufweisen. Ihr detaillierter Aufbau wird weiter unten anhand der 3 bis 6 näher erläutert werden.
  • In dem Sondengehäuse 2 ist eine Strahlungsquelle 4 angeordnet, die beispielsweise eine oder mehrere LEDs umfassen kann. In dem Sondengehäuse 2 ist außerdem ein Strahlungsempfänger 5 angeordnet, der beispielsweise eine oder mehrere Fotodioden umfassen kann. Das Sondengehäuse 2 enthält außerdem einen Lichtleiter 6, der von der Strahlungsquelle 4 emittierte Strahlung zu der Sensormembran 3 leitet und von dem in der Sensormembran 3 eingebetteten Lumineszenzfarbstoff emittierte Lumineszenzstrahlung zum Strahlungsempfänger 5 leitet. Der Lichtleiter 6 kann eine oder mehrere optische Fasern umfassen. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Lichtleiter 6 durch ein Faserbündel gebildet, das einen ersten Arm 6.1 aufweist, der die Strahlungsquelle 4 mit der Sensormembran 3 verbindet, und das einen zweiten Arm 6.2 aufweist, der den Strahlungsempfänger 5 mit der Sensormembran 3 verbindet. Die Strahlungsquelle 4 und der Strahlungsempfänger 5 sind elektrisch mit einer Sensorschaltung 7 verbunden. Die Sensorschaltung 7 ist dazu ausgestaltet, die Strahlungsquelle 4 zur Emission von Strahlung anzuregen und zu steuern. Weiter ist die Sensorschaltung 7 dazu ausgestaltet, Signale des Strahlungsempfängers 5, die die vom Strahlungsempfänger 5 empfangene Lumineszenzstrahlung repräsentieren, zu empfangen und zu verarbeiten. Die verarbeiteten Signale dienen als Messsignale des Sensors 1 und können von der Sensorschaltung 7 über eine Schnittstelle 8 an eine übergeordnete Einheit, z.B. einen Messumformer, eine Steuerung, einen Computer oder ein Bediengerät, ausgegeben werden. Die Schnittstelle 8 kann eine fest mit der Sensorschaltung 7 verbundene Kabelverbindung, eine lösbare Steckverbindung mit galvanischen Kontakten oder auch eine galvanisch getrennte, insbesondere induktiv koppelnde, Steckverbindung sein. Über das mit der Schnittstelle 8 verbundene Kabel 9 kann die Sensorschaltung 7 mit Energie, auch zum Betreiben der Strahlungsquelle 4, versorgt werden. Des Weiteren kann die Sensorschaltung 7 Signale, insbesondere Daten, über das Kabel 9 an die übergeordnete Einheit übertragen und, optional, Signale, insbesondere Daten, von der übergeordneten Einheit empfangen.
  • Die Erfassung von Messwerten und die Auswertung der Signale des Strahlungsempfängers 5 zur Bestimmung eines Messwerts kann zwischen der Sensorschaltung 7 und der übergeordneten Einheit aufgeteilt sein. Beispielsweise kann die Sensorschaltung 7 selbst zur Steuerung der Strahlungsquelle 4 ausgestaltet sein. Hierzu kann sie einen Microcontroller umfassen, der ein in einem Speicher der Sensorschaltung 7 abgelegtes Computerprogramm ausführt, das der Steuerung der Strahlungsquelle 4 zur Erfassung von Messwerten dient. Alternativ kann mindestens ein Teil der Funktionen der Steuerung auch von der übergeordneten Einheit durchgeführt werden, die dann entsprechende Steuersignale zur Betätigung der Strahlungsquelle 4 an die Sensorschaltung 7 sendet. Entsprechend kann der Mikrocontroller zur Verarbeitung der von dem Strahlungsempfänger 5 erfassten Signale ein in einem Speicher der Sensorschaltung 7 abgelegtes Computerprogramm ausführen, das der Auswertung der Signale zur Bestimmung von Messwerten dient. Die entsprechend verarbeiteten Signale können als die Messwerte repräsentierende Messsignale über die Schnittstelle 8 an die übergeordnete Einheit ausgegeben werden.
  • In Kontakt mit der Messflüssigkeit, die den Analyten in einer bestimmten Konzentration enthält, dringt der Analyt in die Polymermatrix ein und wechselwirkt mit dem Lumineszenzfarbstoff. Wird der Lumineszenzfarbstoff durch Strahlung der Strahlungsquelle 4 zur Emission von Lumineszenzstrahlung angeregt, so wird die Lumineszenz in Abhängigkeit von der Konzentration des Analyten zum Beispiel bei der Sauerstoffdetektion in der Polymermatrix gelöscht. Es ist aber auch der umgekehrte Fall eine Erhöhung der Fluoreszenz bzw. Phosphoresenz möglich (z.B. bei einer optischen pH-Messung). Die Sensorschaltung 7 erfasst mittels des Strahlungsempfängers 5 charakteristische Parameter, wie beispielsweise die Lumineszenzintensität, die Phasenverschiebung des Lumineszenzsignals oder auch die Abklingzeit der Lumineszenz und ermittelt durch Vergleich mit einer Kalibrierfunktion einen Messwert der im Messmedium vorliegenden Analytkonzentration.
  • Im Betrieb des Sensors 1 kann die Sensormembran 3 einer Alterung unterliegen, insbesondere wenn sie über ihre Betriebsdauer regelmäßigen Sterilisations- oder Reinigungsprozessen unterzogen wird, bei denen sie hohen Temperaturen und gegebenenfalls auch aggressiven Reinigungsmedien, beispielsweise heißer Natronlauge, ausgesetzt wird. Dabei kann es sogar zu einer Beschädigung der Sensormembran 3 kommen, die einen weiteren Einsatz des Sensors 1 nicht mehr sinnvoll erscheinen lässt. In diesem Fall kann die Sensormembran 3 gegen eine neue Sensormembran 3 ausgetauscht werden. Hierzu muss der Sensor 1 gegebenenfalls für eine längere Zeit außer Betrieb genommen werden, da zum Austausch der Sensormembran 3 das Sondengehäuse 2 geöffnet werden muss.
  • In 2 ist eine schematische Längsschnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines optochemischen Sensors 10 gezeigt. Der Sensor 10 des zweiten Ausführungsbeispiels ist im Wesentlichen identisch aufgebaut wie der Sensor 1 des ersten Ausführungsbeispiels (1), jedoch ist ein Austausch der Sensormembran 3 bei diesem Sensor 10 weniger aufwändig. Identisch ausgestaltete Bauteile der Sensoren 1, 10 nach dem ersten Ausführungsbeispiel (1) und nach dem zweiten Ausführungsbeispiel (2) werden mit identischen Bezugszeichen bezeichnet.
  • Der Sensor 10 weist eine Sensormembran 3 mit einem Lumineszenzfarbstoff, eine Strahlungsquelle 4, einen Strahlungsempfänger 5 und einen als Faserbündel ausgestalteten Lichtleiter 6 auf, der die Strahlungsquelle 4 und den Strahlungsempfänger 5 mit der Sensormembran 3 verbindet, so dass Anregungslicht der Strahlungsquelle 4 auf die Sensormembran 3 trifft und in der Sensormembran 3 von dem Lumineszenzfarbstoff emittierte Lumineszenzstrahlung zu dem Strahlungsempfänger 5 gelangt. Er umfasst auch eine mit der Strahlungsquelle 4 und dem Strahlungsempfänger 5 elektrisch verbundene Sensorschaltung 7, die über eine Schnittstelle 8 mit einer übergeordneten Einheit verbindbar ist. Eine Energieversorgung der Sensorschaltung 7 und eine Übertragung von Daten von der Sensorschaltung 7 an die übergeordnete Einheit erfolgt über ein Kabel 9. Die Sensorschaltung 7 kann analog ausgestaltet sein wie die Sensorschaltung 7 des Sensors 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und identische Funktionen bereitstellen.
  • Der in 2 dargestellte Sensor 10 unterscheidet sich vom Sensor 1 des ersten Ausführungsbeispiels im Wesentlichen durch den Aufbau seines Sondengehäuses 11, das hier zweiteilig aufgebaut ist. Es umfasst ein erstes zylindrisches Gehäuseteil, das einen Sensorkörper 12 bildet. Dieser Sensorkörper 12 umfasst die Bauteile des Sensors 10, die eine lange Lebensdauer aufweisen, wie die Sensorschaltung 7 und die optischen Bauteile, d.h. die Strahlungsquelle 4 und den Strahlungsempfänger 5 sowie den Lichtleiter 6. An seinem stirnseitigen Ende kann der Sensorkörper 12 offen sein oder ein für die Anregungsstrahlung und die Lumineszenzstrahlung transparentes Fenster aufweisen.
  • Das Sondengehäuse 11 umfasst ein zweites Gehäuseteil, das eine Membrankappe 13 bildet. Diese kann lösbar mit dem Sensorkörper 12 verbunden werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Verbindung durch eine Schraubverbindung 14 realisiert. Die Membrankappe 13 weist ein zylindrisches Gehäuse auf, das an seinem stirnseitigen Ende die Sensormembran 3 aufweist. Rückseitig weist die Membrankappe ein Gewinde 15 auf, das mit einem komplementären Gewinde 16 des Sensorkörpers 12 zur Bildung der Schraubverbindung 14 zusammenwirkt.
  • Dieser Aufbau erlaubt einen einfachen Austausch der Sensormembran 3, indem die Membrankappe 13 durch eine neue, baugleiche Membrankappe 13 ersetzt werden kann. Auf diese Weise erfordert der Austausch der Sensormembran 3 keine längere Außerbetriebnahme des Sensors 10.
  • Anhand der 3 bis 6 wird nun näher der Aufbau der Sensormembran 3 beschrieben. In 3 ist eine erste mögliche Ausgestaltung der Sensormembran 3 in einer schematischen Längsschnittdarstellung gezeigt. Die Sensormembran 3 umfasst ein Substrat 20, sowie einen auf dem Substrat 20 angeordneten Schichtstapel aus Funktions- und Einkapselungsschichten. Das Substrat 20 kann aus einem für die Anregungs- und Lumineszenzstrahlung transparenten Material bestehen, beispielsweise aus Glas, Keramik, einem Polymer, einer metallorganischen Verbindung oder Zeolith. Das Substratmaterial kann auch eine Hybridstruktur aufweisen und sich aus zumindest zwei Materialien zusammensetzen, die aus den vorgenannten Materialien ausgewählt sind. Dies schließt beispielsweise die Verwendung eines Hybridmaterials aus zwei oder mehr Polymeren oder aus zwei oder mehr verschiedenen Keramiken oder Gläsern ein.
  • Die Sensormembran 3 umfasst weiter eine erste Funktionsschicht 23 aus einem oder mehreren inselförmigen Schichtelementen (in den 3 bis 6 ist nur jeweils ein derartiges inselförmiges Schichtelement dargestellt). Die erste Funktionsschicht 23 besteht aus einer ersten Polymermatrix, in die ein Lumineszenzfarbstoff 24 eingebettet ist. Der Lumineszenzfarbstoff 24 dient als spezifischer Indikator für einen mittels des optochemischen Sensors 1 oder 10 zu erfassenden Analyten. Die erste Polymermatrix kann aus einem Polymer oder einem Polymerblend gebildet sein, der einerseits durchlässig für den Analyten ist, und der andererseits mit dem Lumineszenzfarbstoff 24 dotierbar ist. In Frage kommt beispielsweise Silikon, poröses oder nicht poröses PVDF, PVF, Teflon AF, Hyflon AD, Nafion, ein Copolymer oder Terpolymer oder n-Polymer mit Polystyroleinheit, z.B. Polystyrol-co-vinylpyridin, Polystyrol-co-vinylpyridin-co-divinylbenzol, oder ein Blend aus mehreren der genannten Polymere.
  • Die erste Funktionsschicht 23 ist in einer zweiten Polymermatrix eingekapselt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird dies dadurch erreicht, dass zwischen dem Substrat 20 und der Funktionsschicht 23 sandwichartig eine erste Schicht 21 der zweiten Polymermatrix angeordnet ist, und dass die erste Funktionsschicht 23 vollständig von einer zweiten Schicht 22 der zweiten Polymermatrix überdeckt ist, derart, dass um das inselförmige Schichtelement der ersten Funktionsschicht 23 herum die erste Schicht 21 und die zweite Schicht 22 der zweiten Polymermatrix unmittelbar aufeinander liegen und physikalisch und/oder chemisch miteinander verbunden sind. Die zweite Polymermatrix ist zumindest in einem die erste Funktionsschicht 23 überdeckenden Teilbereich der zweiten Schicht 22 für den Analyten durchlässig ausgestaltet. Vorzugsweise ist als Material der zweiten Polymermatrix ein Polymer oder ein Polymerblend ausgewählt, der chemisch stabil bezüglich des Messmediums und bezüglich üblicherweise verwendeter Reinigungsmedien, wie z.B. Natronlauge, ist. Idealerweise, um einen möglichst universellen Einsatz des optochemischen Sensors 1, 10 zu erlauben, ist das Material der zweiten Polymermatrix auch für Anwendungen im Bereich der Lebensmitteltechnik geeignet. Vorteilhaft kann die zweite Polymermatrix aus demselben Material bestehen wie die erste Polymermatrix, jedoch ist die zweite Polymermatrix nicht mit dem Lumineszenzfarbstoff 24 dotiert. Durch das so erreichte Einkapseln der ersten Funktionsschicht 23 bzw. des darin enthaltenen Lumineszenzfarbstoffs 24 wird die Lebensdauer der Sensormembran 3 verlängert, da die Kapselung eine Schutzfunktion für die erste Funktionsschicht 23 hat. Zum Beispiel wird die Diffusion bzw. das Auswaschen des Lumineszenzfarbstoffs 24 aus der ersten Funktionsschicht 23 heraus von vornherein verzögert. Selbst wenn Lumineszenzfarbstoff 24 aus der ersten Funktionsschicht 23 in die zweite Polymermatrix diffundiert, ändert sich die chemische Umgebung des Lumineszenzfarbstoffs im Wesentlichen nicht, so dass die Sensormembran 3, zumindest eine Zeitlang, ihre Funktionsfähigkeit nicht einbüßt, in dem Sinn, dass die Auswertung der mit der Sensormembran 3 erhaltenen Messsignale basierend auf der Kalibrierfunktion zu Messwerten führt, die noch eine ausreichende Messgüte aufweisen. Damit ist die in 3 dargestellte Sensormembran 3 über längere Zeitspannen einsatzfähig als herkömmliche Sensormembranen, und zwar auch unter rauen Bedingungen.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist in die zweite Schicht 22 der zweiten Polymermatrix eine zweite Funktionsschicht 25 eingebettet, die beispielsweise eine Schutz-, Stütz- oder Isolationsschicht sein kann. Als Schutzschicht kommt beispielsweise eine Schicht aus einem Umgebungslicht absorbierenden Material, z.B. eine Ruß enthaltende Polymerschicht, in Frage. Als Stützschicht kommt ein mechanisches Stützgitter z.B. aus einem Metall in Frage. Es können selbstverständlich auch weitere Funktionsschichten vorgesehen sein, die in die zweite Polymermatrix eingebettet oder oberhalb oder unterhalb der zweiten Polymermatrix angeordnet sein können.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Sensormembran 3 eine abschließende Deckschicht 26 auf. Diese kann aus demselben Polymermaterial gebildet sein wie die zweite Polymermatrix. Sie kann alternativ auch aus einem anderen Polymermaterial gebildet sein. Die Deckschicht 26 ist optional vorhanden, d.h. eine erfindungsgemäße Sensormembran kann auch derart ausgestaltet sein, dass die zweite Polymermatrix dazu bestimmt ist, unmittelbar mit dem Messmedium in Kontakt gebracht zu werden. Die Deckschicht 26 kann aus einem für die bestimmte Anwendung (z.B. im Lebensmittel- oder Pharmabereich) zugelassenen Material bestehen. Das Material der Deckschicht 26 kann auch hinsichtlich seiner Beständigkeit gegenüber chemisch aggressiven Medien oder sonstigen rauen Umgebungsbedingungen, z.B. hohen Temperaturen oder starken mechanische Belastungen, optimiert sein. Die Deckschicht 26 ist mindestens teilweise durchlässig für den Analyten ausgestaltet.
  • In der in 3 dargestellten Ausgestaltung der Sensormembran 3 ist in einem Randbereich der Deckschicht 26, der nicht unmittelbar oberhalb der Funktionsschicht 23 angeordnet ist, eine optisch detektierbare Substanz 27 enthalten.
  • Die optisch detektierbare Substanz 27 kann eine stabile organische oder anorganische Substanz oder ein Hybridmaterial aus organischen und/oder anorganischen Substanzen oder ein Gemisch aus organischen und/oder anorganischen Substanzen sein. Geeignete Materialien sind beispielsweise metallorganische Verbindungen, Metallkomplexe wie Metallporphyrinkomplexe, Polyazaannulenfarbstoffe, Metallphthalocyaninkomplexe, Azaborondipyrromethene (AzaBODIPY), Borondipyrromethene (BODIPY) oder Mischungen aus diesen Verbindungen. Die optisch detektierbare Substanz 27 ist von dem Lumineszenzfarbstoff 24 verschieden, beispielsweise dadurch, dass sie, falls es sich in beiden Fällen um Metallkomplexe handelt, ein anderes Zentralion und/oder andere Liganden aufweist.
  • Falls es sich bei der optisch detektierbaren Substanz 27 um eine lumineszierende Substanz handelt, wird ihre Lumineszenz idealerweise nicht durch den mittels der Sensormembran 3 bestimmbaren Analyten beeinflusst, z.B. gelöscht oder erhöht, um eine Interferenz der optisch detektierbaren Substanz 27, die als Kennzeichnung der Sensormembran 3 dient, mit der Erfassung von Messwerten mittels der Sensormembran 3 zu vermeiden. Dies ist jedoch nicht zwingend notwendig, da es auch möglich ist, eine Wechselwirkung des Analyten mit der optisch detektierbaren Substanz 27 bei der Kalibrierung des Sensors 1, 10 zu berücksichtigen und bei der Auswertung der Messsignale eine entsprechende Kompensation durchzuführen. Vorteilhaft weisen die Emissionsspektren der optisch detektierbaren Substanz 27 und des Lumineszenzfarbstoffs 24 messbare Unterschiede auf. Beispielsweise kann es sich bei beiden Substanzen um Lumineszenzfarbstoffe handeln, wobei der in der ersten Funktionsschicht 23 enthaltene Lumineszenzfarbstoff 24 beispielsweise Lumineszenzstrahlung einer ersten Wellenlänge emittiert, während die optisch detektierbare Substanz 27 Lumineszenzstrahlung einer von der ersten Wellenlänge verschiedenen zweiten Wellenlänge emittiert. Dabei sollte zwischen der ersten und der zweiten Wellenlänge ein Abstand von mindestens 20 nm, vorzugsweise von mindestens 50 nm liegen.
  • Die optisch detektierbare Substanz 27 kann auch ein Hochkonversions-Material (engl. Fachbegriff: photon upconversion material) aufweisen. Diese Materialien wandeln in einem Anti-Stokes-Streuungsprozess energieärmere in energiereichere Photonen um. Dabei kann es sich beispielsweise um organische Materialien wie polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe oder anorganische Materialien wie Ionen der d- oder f-Block-Elemente handeln. Vorteilhaft kann die optisch detektierbare Substanz 27 aus Hochkonversions-Nanopartikeln (upconverting nanoparticles) bestehen, z.B. Quantenpunkten (Quantum dots) oder Lanthanoid-dotierten Nanopartikeln wie Fluoriden oder Oxiden, z.B. NaYF4, NaGdF4, LiYF4, YF3, Gd2O3, dotiert mit Er3+, Yb3+, Tm3+ oder mehreren dieser Lanthanide.
  • Die optisch detektierbare Substanz 27 kann in weiteren Ausführungsbeispielen ein stabiles anorganisches Material sein, z.B. ein anorganisches Lumineszenzpigment aus der Reihe der Festphasensubstanzen, die eine Donor-Akzeptor-Lumineszenz oder Charge-Transfer-Lumineszenz zeigen. Sie kann beispielsweise ein oder mehrere Ionen aus der folgenden Gruppe enthalten: In+, Sn2+, Pb2+, Sb3+, Bi3+, Ce3+, Ce4+, Pr3+, Nd3+, Sm2+, Sm3+, Eu2+, Eu3+, Gd3+, Tb3+, Dy3+, Ho3+, Er3+, Tm2+, Tm3+, Yb2+, Yb3+, Ti3+, V2+, V3+, V4+, Cr3+, Mn2+, Mn3+, Mn4+, Fe3+, Fe4+, Fe5+, Co3+, Co4+, Ni2+, Cu+, Ru2+, Ru3+, Pd2+, Ag+, Ir3+, Pt2+ and Au+. Weiter kann sie ein binäres, ternäres oder quaternäres Halogenid, Oxid, Oxyhalogenid, Sulfid, Oxysulfid, Sulfat, Oxysulfat, Selenid, Nitrid, Oxynitrid, Nitrat, Oxynitrat, Phosphid, Phosphat, Carbonat, Silikat, Oxysilikat, Vanadat, Molybdat, Wolframat, Germanat oder Oxygermanat umfassen. Diese können Kationen der Elemente Li, Na, K, Rb, Mg, Ca, Sr, Sc, Y, La, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Zn, Gd, Lu, AI, Ga und In umfassen.
  • Das anorganische Material kann als Dotierung oder als in der Deckschicht 26 eingebettete Nanopartikel in der Sensormembran 3 vorliegen. Die Dotierung oder die Nanopartikel können eine Bild- oder eine Schrift-Kennzeichnung bilden, z.B. in Form eines Schriftzugs, einer Nummer oder eines Logos, z.B. in Form eines Hologramms.
  • Die optisch detektierbare Substanz 27 kann in einer alternativen Ausgestaltung auch ein elektrochromes Material sein. Solche Materialien ändern durch einen elektrischen Impuls die Farbe, Beispiele sind Indiumzinnoxid (ITO), Preußisch Blau bzw. Berliner Blau, Lithiumwolframoxid und Fluorzinnoxid. In diesem Fall kann die Sensormembran 3 Elektroden umfassen oder mit Elektroden in Kontakt stehen, über die an die Sensormembran 3 oder an eine die optisch detektierbare Substanz 27 umfassende Schicht der Sensormembran eine Spannung angelegt werden kann, die so bemessen ist, dass eine Farbänderung der optisch detektierbaren Substanz 27 auftritt und optisch detektiert werden kann.
  • Es ist auch möglich, als optisch detektierbare Substanz 27 eine Substanz zu verwenden, die unter dem Einfluss einer bestimmten Einflussgröße, z.B. bei Druck- oder Temperaturänderung oder unter Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung, ihre Farbe ändert.
  • Um eine universelle Einsatzbarkeit der Sensormembran 3 zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn alle verwendeten Materialien bis zu einer Temperatur von mindestens 140°C sterilisierbar und/oder bis mindestens 121°C autoklavierbar, und stabil gegen übliche Reinigungs- und Desinfektionsmittel, wie z.B. Natronlauge oder Ethylendioxid, sind. Vorteilhaft können die verwendeten Materialien auch so ausgewählt sein, dass sie auch einer Sterilisierung mit Gammastrahlung einer Dosis von mindestens 5 kGy standhalten ohne zu degenerieren.
  • Vorteilhaft ist auch die optisch detektierbare Substanz 27 stabil bis zu einer Temperatur von 140°C, sowie chemisch stabil gegen Säuren, Laugen und gängige Desinfektionsmittel wie Ethylenoxid. Dies ist jedoch nicht unbedingt notwendig, wenn die optisch detektierbare Substanz nur als Kennzeichnung der Sensormembran 3 verwendet werden soll, um bei einem ersten Einbau der Sensormembran 3 deren Herkunft oder deren Eignung zur Verwendung mit einem bestimmten Sensorkörper oder einer bestimmten Anwendung zu überprüfen. Eine spätere Zerstörung der optisch detektierbaren Substanz 27 beim Einsatz des Sensors spielt dann keine Rolle mehr, da eine Detektion der Substanz 27 dann nicht mehr erforderlich ist.
  • In 4 ist eine alternative Ausgestaltung der Sensormembran 3 dargestellt. Gleich ausgestaltete Teile der Sensormembranen gemäß dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel und dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind mit gleichen Bezugszeichen dargestellt. Die Sensormembran 3 weist ein Substrat 20 auf und eine erste Funktionsschicht 23 aus einer ersten Polymermatrix mit einem darin immobilisierten Lumineszenzfarbstoff 24, dessen Lumineszenz durch den Analyten gelöscht wird, z.B. bei der Sauerstoffdetektion, oder erhöht wird, z.B. bei der optischen pH-Detektion mit Luminophoren auf Basis des PET-Effekts (PET= Photoinduzierter Elektronentransfer). Die erste Funktionsschicht 23 ist in einer zweiten Polymermatrix eingekapselt, die in zwei Schichten 21, 22 auf das Substrat und die erste Funktionsschicht 23 aufgebracht ist, ganz analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 3. In die zweite Schicht 22 der zweiten Polymermatrix ist eine zweite Funktionsschicht 25 mit Ruß-Pigmenten als Schutzschicht vor Umgebungslicht eingebettet. Die Sensormembran 3 ist an ihrem zum Kontakt mit dem Messmedium bestimmten Ende durch eine Deckschicht 26 abgeschlossen, die über ihren gesamten Querschnitt mit einer optisch detektierbaren Substanz 27 dotiert ist. Die optisch detektierbare Substanz 27 kann eine der mit Bezug zum Ausführungsbeispiel der 3 genannten Substanzen sein. Im Unterschied zu dem anhand von 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist bei der in 4 dargestellten Sensormembran 3 allerdings darauf zu achten, die optisch detektierbare Substanz 27 so auszuwählen, dass sie nicht mit der Messung der Lumineszenzstrahlung des Lumineszenzfarbstoffs 24 interferiert.
  • In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Sensormembran 3 schematisch dargestellt. Die Sensormembran 3 ist identisch ausgestaltet wie die in 3 dargestellte Sensormembran 3 (gleiche Bezugszeichen bezeichnen identisch ausgestaltete Teile) mit dem einzigen Unterschied, dass die optisch detektierbare Substanz 27 nicht in der Deckschicht 26, sondern in der ersten Schicht 21 der die erste Funktionsschicht 23 mit dem Lumineszenzfarbstoff 24 kapselnden zweiten Polymermatrix enthalten ist. Diese erste Schicht 21 der zweiten Polymermatrix ist im vorliegenden Beispiel mit der optisch detektierbaren Substanz 27 dotiert. Die optisch detektierbare Substanz 27 kann eine der zuvor genannten Substanzen sein.
  • In 6 ist ein letztes Ausführungsbeispiel der Sensormembran 3 schematisch dargestellt. Auch sie ist identisch ausgestaltet wie die in 3 dargestellte Sensormembran 3 (gleiche Bezugszeichen bezeichnen identisch ausgestaltete Teile) mit dem einzigen Unterschied, dass die optisch detektierbare Substanz 27 nicht in der Deckschicht, sondern in der ersten Funktionsschicht 23 zusammen mit dem Lumineszenzfarbstoff 24 enthalten ist. Auch hier kann die optisch detektierbare Substanz 27 eine der zuvor im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 genannten Substanzen sein.
  • Allen diesen Ausgestaltungen der Sensormembran 3 ist gemeinsam, dass sie eine optisch detektierbare Substanz 27 enthalten, die als unverlierbar mit der Sensormembran 3 verbundene Kennzeichnung dient. Dies kann dazu dienen, bei einem Austausch der Sensormembran 3 zu prüfen, ob die neu einzusetzende Sensormembran geeignet für die Verwendung mit dem Sensor 1, 10 ist. Zusätzlich oder alternativ kann die Kennzeichnung auch als Schutz vor Fälschungen (Produktpiraterie) oder Manipulation dienen.
  • Des Weiteren kann die Kennzeichnung auch zur Überwachung eines Produktionsverfahrens für Sensormembranen bzw. Sensoren dienen, zum Beispiel um Verwechslungen der Sensormembranen während der Produktion, der Lagerung oder dem Vertrieb der Sensormembranen oder von die Sensormembranen umfassendem Zubehör, z.B. Membrankappen, dienen. Die optisch detektierbare Substanz kann insbesondere dazu dienen, eine Rückverfolgbarkeit von an Anwender übergebenen Sensormembranen oder die Sensormembranen umfassenden Zubehörteilen zu ermöglichen. Hierdurch können Kosten, die durch falsch zugeordnete oder falsch in den Sensoren eingebaute Membranen verursacht werden, vermieden werden.
  • Werden unterschiedliche Produktionschargen von Sensormembranen mit unterschiedlichen optisch detektierbaren Substanzen versehen, wird eine Unterscheidung dieser Produktionschargen voneinander möglich. Zum Beispiel können bei der Feststellung eines in nur einer Produktionscharge aufgetretenen Fehlers alle betroffenen Sensormembranen anhand der diese Produktionscharge kennzeichnenden optisch detektierbaren Substanz identifiziert und aus dem Verkehr genommen werden.
  • Die Kennzeichnung kann auch dazu dienen, den Analyten, der mittels der Sensormembran bestimmbar ist, automatisiert zu identifizieren und für die Analytbestimmung dienende Sensorparameter automatisiert einzustellen.
  • Zur Prüfung und/oder Identifizierung einer Sensormembran 3 kann in folgender Weise vorgegangen werden: Zum einen kann mittels eines externen Geräts eine optische, zerstörungsfreie Detektion der in der Sensormembran 3 vorliegenden optisch detektierbaren Substanz 27 durchgeführt werden. Zum anderen kann mittels des optochemischen Sensors, in dem die Membran eingesetzt wird, selbst eine optische Detektion der in der Sensormembran 3 vorliegenden optisch detektierbaren Substanz 27 durchgeführt werden. Hierzu kann der Strahlungsempfänger 5 und die Sensorschaltung 7, sowie gegebenenfalls die Strahlungsquelle 4 verwendet werden. Es ist auch möglich, dass der Sensor einen zusätzlichen Strahlungsempfänger und/oder eine zusätzliche Strahlungsquelle umfasst, die speziell für die Prüfung oder Identifizierung der Sensormembran 3, nicht aber für die Erfassung von Messwerten der Konzentration des im Messbetrieb des Sensors zu bestimmenden Analyten eingesetzt werden. In den 3 bis 6 sind Pfeile eingezeichnet, die die Position der Prüfoptik für die Detektion der optisch detektierbaren Substanz symbolisieren: in den 3, 5 und 6 ist die Prüfoptik substratseitig angeordnet, hier kann die Prüfung also beispielsweise mittels des Strahlungsempfängers 5 und/oder der Strahlungsquelle 4 des Sensors 1,10 erfolgen oder alternativ mit einem gesonderten Prüfgerät. In 4 ist die Prüfoptik deckschichtseitig angeordnet, hier erfolgt die Prüfung also mittels eines zusätzlichen Prüfgeräts.
  • Optional besteht auch die weitere alternative Möglichkeit, die Sensormembran 3 mittels eines chemischen oder spektroskopischen Verfahrens, das in der Regel unter Zerstörung der Sensormembran 3 erfolgt, zu prüfen. Bevorzugt wird die Prüfung aber zerstörungsfrei durchgeführt. Für besonders schwierige oder kritische Fälle kann eine zerstörende Messung als zusätzlicher Nachweis dienen, zum Beispiel wenn eine zusammenhängende Charge aus einer Vielzahl von Sensormembranen geprüft wird. In diesem Fall kann eine einzelne aus der Vielzahl von Membranen unter Zerstörung überprüft werden, um die Ergebnisse der zerstörungsfreien Prüfung der übrigen Membranen zusätzliche abzusichern.
  • Geeignete optische Verfahren zur zerstörungsfreien Messung mit einem Zusatzgerät oder mit den Mitteln des optochemischen Sensors selbst sind zum Beispiel, je nach Art der verwendeten optisch detektierbaren Substanz 27, eine optische Lumineszenzmessung, eine optische Absorptionsmessung oder eine Röntgenmessung. Als zerstörende, insbesondere nasschemische oder spektroskopische, Verfahren kommen Atomabsorptionsspektroskopie oder Flammenemissionsspektroskopie in Frage.
  • Für optische Lumineszenz- oder Absorptionsmessungen können alle dem Fachmann bekannten Messverfahren genutzt werden, z.B. Detektion einer Intensitätsänderung, eines Phasenwinkels, einer Abklingzeit, einer Absorption oder einer Reflexion. Speziell können folgende Messungen genutzt werden:
    1. a) Emissionssignal oder -spektrum bei Anregung mit einer oder mehreren spezifischen Wellenlänge(n)
    2. b) Absorptionssignal oder -spektrum gemessen in Reflexion
    3. c) Polarisation von durch die optisch detektierbare Substanz emittierter oder von dieser gewandelter Strahlung, messbar mittels eines Polarisationsfilters
    4. d) Optische Signale (z.B. Absorptionssignal gemessen in Reflexion) als Funktion der Temperatur, des Druckes, einer an die Sensormembran angelegten Spannung
    5. e) Visuelle Detektion einer Verfärbung bei Änderung der Temperatur, des Drucks, bei Anlegen einer Spannung
  • Besonders sicher kann eine Identifizierung oder Prüfung erfolgen, indem mehr als ein Messverfahren angewendet wird. Beispielsweise können zwei verschiedene zerstörungsfreie optische Verfahren zur optischen Detektion der optisch detektierbaren Substanz eingesetzt werden, z.B. eine Lumineszenzmessung und eine Absorptionsmessung in Reflexion, oder zwei Lumineszenzmessungen, bei denen unterschiedliche Parameter detektiert werden, z.B. ein Phasenwinkel und eine Abklingzeit.
  • In einer weiteren vorteilhaften Variante kann die optisch detektierbare Substanz 27 durch Umgebungsbedingungen, die zu einer überdurchschnittlichen Verkürzung der Lebensdauer der Sensormembran 3 führen, wie beispielsweise höhere Temperaturen als per Spezifikation zulässig, oder sonstige nicht-sachgerechte Behandlung des Sensors, irreversibel veränderlich sein. Auf diese Weise lässt sich durch eine Prüfung der optisch detektierbaren Substanz ein Rückschluss auf die Restlebensdauer der Sensormembran ziehen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    optochemischer Sensor
    2
    Sondengehäuse
    3
    Sensormembran
    4
    Strahlungsquelle
    5
    Strahlungsempfänger
    6
    Lichtleiter
    6.1
    erster Arm
    6.2
    zweiter Arm
    7
    Sensorschaltung
    8
    Schnittstelle
    9
    Kabel
    10
    optochemischer Sensor
    11
    Sondengehäuse
    12
    Sensorkörper
    13
    Membrankappe
    14
    Schraubverbindung
    15
    Gewinde
    16
    Gewinde
    20
    Substrat
    21
    erste Schicht
    22
    zweite Schicht
    23
    erste Funktionsschicht
    24
    Lumineszenzfarbstoff
    25
    zweite Funktionsschicht
    26
    Deckschicht
    27
    optisch detektierbare Substanz
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102014112972 A1 [0005]

Claims (22)

  1. Sensormembran (3) für einen optochemischen Sensor (1, 10) zur Bestimmung einer mit einer Konzentration eines Analyten in einem Messfluid korrelierenden Messgröße, umfassend: - eine Funktionsschicht (23), welche eine erste Polymermatrix aufweist, die mit einem Lumineszenzfarbstoff (24) dotiert ist, dessen Emissionsvermögen nach einer Anregung mit elektromagnetischer Strahlung durch den Analyten veränderbar ist; und - eine zweite Polymermatrix, in der die Funktionsschicht (23) zumindest teilweise eingekapselt ist, und die zumindest in einem dem Messfluid zugewandten und an die Funktionsschicht (23) angrenzenden Teilbereich für den Analyten durchlässig ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormembran (3) eine von dem Lumineszenzfarbstoff (24) verschiedene, optisch detektierbare Substanz (27) zur Kennzeichnung der Sensormembran (3) umfasst.
  2. Sensormembran (3) nach Anspruch 1, wobei die Funktionsschicht (23) als eine ein oder mehrere inselförmige Funktionsschichtelemente aufweisende Schicht gebildet ist.
  3. Sensormembran (3) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Polymermatrix aus demselben Polymermaterial gebildet ist wie die erste Polymermatrix.
  4. Sensormembran (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Sensormembran (3) ein Schichtpaket mit einer zum Kontakt mit dem Messfluid bestimmten, vorderseitigen Außenfläche und einer rückseitigen Außenfläche, welche mit einem Substrat (2) verbunden ist, aufweist.
  5. Sensormembran (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zweite Polymermatrix die Funktionsschicht (23) in der Weise einkapselt, dass eine erste Schicht (21) der zweiten Polymermatrix die Funktionsschicht (23) überdeckt und eine zweite Schicht (22) der zweiten Polymermatrix zwischen der Funktionsschicht (23) und dem Substrat (20) angeordnet ist, und wobei die erste (21) und die zweite Schicht (22) der zweiten Polymermatrix in einem die Funktionsschicht (23) umgebenden Bereich miteinander chemisch und/oder physikalisch verbunden sind.
  6. Sensormembran (3) nach Anspruch 5, wobei die erste (21) und/oder die zweite Schicht (22) der zweiten Polymermatrix mit der optisch detektierbaren Substanz (27) zur Kennzeichnung der Sensormembran (3) dotiert ist/sind.
  7. Sensormembran (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste Polymermatrix der Funktionsschicht (23) zusätzlich zur Dotierung mit dem Lumineszenzfarbstoff (24) mit der optisch detektierbaren Substanz (27) zur Kennzeichnung der Sensormembran (3) dotiert ist.
  8. Sensormembran (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die optisch detektierbare Substanz (27) ausgewählt ist aus der Gruppe gebildet aus: Metallorganische Verbindungen wie Metallporphyrinkomplexe, Polyazaannulenfarbstoffe, insbesondere Polyaza[18]annulen-Farbstoffe, Azaborondipyrromethene (AzaBODIPY), Borondipyrromethene (BODIPY) und Metallphthalocyaninkomplexe.
  9. Sensormembran (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die optisch detektierbare Substanz (27) ein Hochkonversions-Material (photon upconversion material), insbesondere in Form von Nanopartikeln (UCNPs), ist.
  10. Sensormembran (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die optisch detektierbare Substanz (27) ein oder mehrere anorganische Lumineszenzpigmente umfasst, die aus einem anorganischen Feststoff bestehen, der selbst Donor-Akzeptor-Lumineszenz oder Charge-Transfer-Lumineszenz zeigt oder mit ein oder mehreren lumineszierenden Ionen dotiert ist, wobei das oder die mehreren lumineszierenden Ionen ausgewählt ist oder sind aus der Gruppe bestehend aus: In+, Sn2+, Pb2+, Sb3+, Bi3+, Ce3+, Ce4+, Pr3+, Nd3+, Sm2+, Sm3+, Eu2+, Eu3+, Gd3+, Tb3+, Dy3+, Ho3+, Er3+, Tm2+, Tm3+, Yb2+, Yb3+, Ti3+, V2+, V3+, V4+, Mn2+, Mn3+, Mn4+, Fe3+, Fe4+, Fe5+, Co3+, Co4+, Ni2+, Cu+, Ru2+, Ru3+, Pd2+, Ag+, Ir3+, Pt2+ und Au+.
  11. Sensormembran (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die optisch detektierbare Substanz (27) ein elektrochromes Material umfasst.
  12. Sensormembran (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Funktionsschicht (23) mit einer für den Analyten durchlässigen Schutz-, Stütz- und/oder Isolierschicht (25) abgedeckt ist.
  13. Sensormembran (3) nach Anspruch 12, wobei die Schutz-, Stütz- und/oder Isolierschicht (25) wenigstens teilweise in die die Funktionsschicht abdeckende zweite Polymermatrix eingebettet ist.
  14. Sensormembran (3) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei die Schutz-, Stütz- und/oder Isolierschicht (25) aus einem mit einem Pigment, insbesondere einem dunklen Pigment wie Ruß oder Aktivkohle, dotierten Polymer gebildet ist.
  15. Membrankappe (13) für einen optochemischen Sensor (1, 10), umfassend: eine Sensormembran (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 und ein, insbesondere zylinderförmiges, Gehäuse, wobei die Sensormembran an einer Stirnseite des Gehäuses (3) angeordnet ist.
  16. Membrankappe (13) nach Anspruch 15, wobei das Gehäuse an seiner der Stirnseite gegenüberliegenden Seite dazu ausgestaltet ist, mit einem Sensorkörper (12) lösbar verbunden zu werden.
  17. Optochemischer Sensor (1, 10) zur Bestimmung einer mit einer Konzentration eines Analyten in einem Messfluid korrelierenden Messgröße mit einer Sensormembran (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, weiter umfassend: - ein Sondengehäuse (11), welches mindestens einen zum Eintauchen in das Messfluid gestalteten Eintauchbereich aufweist, wobei die Sensormembran (3), vorzugsweise mittels einer Membrankappe (13), in dem Eintauchbereich des Sondengehäuses (11) angeordnet ist; - eine in dem Sondengehäuse (11) angeordnete Strahlungsquelle (4) zum Einstrahlen von Anregungsstrahlung in die Sensormembran (3); - einen in dem Sondengehäuse (11) angeordneten Strahlungsempfänger (5) zum Empfangen von Strahlung, die durch den Lumineszenzfarbstoff (24) und/oder die optisch detektierbare Substanz (27) emittiert wird; - eine in dem Sondengehäuse (11) angeordnete Sensorschaltung (11), welche dazu ausgestaltet ist, die Strahlungsquelle (4) zu steuern, Signale des Strahlungsempfängers (5) zu empfangen und auf den Signalen des Strahlungsempfängers (5) basierende Ausgabesignale zu erzeugen und auszugeben.
  18. Verfahren zum Prüfen und/oder Identifizieren einer Sensormembran (3) eines optochemischen Sensors (1, 10) mit einer Funktionsschicht (23), welche eine erste Polymermatrix aufweist, die mit einem Lumineszenzfarbstoff (24) dotiert ist, dessen Emissionsvermögen nach einer Anregung mit elektromagnetischer Strahlung durch einen Analyten veränderbar ist, und welche eine zweite Polymermatrix aufweist, in der die Funktionsschicht (23) zumindest teilweise eingekapselt ist, und die zumindest in einem dem Messfluid zugewandten, und an die Funktionsschicht (23) angrenzenden Teilbereich für den Analyten durchlässig ist, umfassend: - Prüfen mittels eines optischen Detektionsverfahrens, ob die Sensormembran (3) eine von dem Lumineszenzfarbstoff (24) verschiedene optisch detektierbare Substanz (27) enthält.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Schritt des Prüfens umfasst: - Anregen der optisch detektierbaren Substanz (27) zur Emission von elektromagnetischer Strahlung; - Erfassen eines Signals eines Strahlungsempfängers (5), der dazu eingerichtet ist, Emissionsstrahlung der in der Sensormembran (3) enthaltenen optisch detektierbaren Substanz (27) zu empfangen und in ein elektrisches Signal zu wandeln; und - Ermitteln anhand des erfassten Signals, ob die Sensormembran (3) die optisch detektierbare Substanz (27) enthält.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei zusätzlich ein weiterer Prüfschritt durchgeführt wird, welcher umfasst: - Prüfen mittels eines weiteren, insbesondere optischen oder chemischen, Verfahrens, ob die Sensormembran (3) die optisch detektierbare Substanz (27) enthält.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, weiter umfassend das Identifizieren der optisch detektierbaren Substanz (27).
  22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Prüfen mittels eines optischen Detektionsverfahrens, ob die Sensormembran (3) eine optisch detektierbare Substanz (27) enthält und, falls das Prüfen ergibt, dass die Sensormembran (3) eine optisch detektierbare Substanz (27) enthält, das Identifizieren der optisch detektierbaren Substanz von dem optochemischen Sensor (1, 10) mittels einer Strahlungsquelle (4) und eines Strahlungsempfängers (5) des Sensors sowie einer Sensorschaltung (11) durchgeführt wird.
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