DE202006011421U1 - Fiber optic sensor for pH measurement, has sensor head with area covered with thin sensitive layer of copolymer, where layer has high refractive index and forms micro environment for coloring material and reaches refractive index of core - Google Patents
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Abstract
Description
Anwendungsgebiet der Erfindungfield of use the invention
Die Erfindung betrifft einen faseroptischen pH-Sensor, dessen Sensorsignal durch die Innenstärke des Messmediums in nur geringem Ausmaß beeinflusst wird.The The invention relates to a fiber optic pH sensor whose sensor signal through the inner strength of the measuring medium is influenced only to a small extent.
Stand der TechnikState of technology
Optische Chemosensoren (Optoden) sind grundsätzlich bekannt. Sie werden bekanntlich zur Durchführung chemisch-analytischer Messungen benutzt, beispielsweise zur pH-Messung dort, wo wegen äußerer elektrischer Felder das Arbeiten mit ansonsten bevorzugten konventionellen potentiometrischen Glasmembranelektroden nicht möglich ist. Derartige Optoden werden oft in der Weise realisiert, dass Farbstoffe auf bzw. in Trägersubstanzen immobilisiert werden. Als Beispiel seien hier die Verankerung von Farbstoffmolekülen in einer Matrix aus PVC, die Verankerung von Farbstoffmolekülen in einer Sol-Gel-Schicht mit einem Silan als Grundsubstanz, die Verankerung von Farbstoffmolekülen in einer Matrix aus einem Hydrogel oder die kovalente Anbindung von Farbstoffmolekülen an eine Zelluloseacetatschicht oder an eine poröse Glasmembran aufgeführt. Auch sind bereits faseroptische Sensoren zur Bestimmung des pH-Wertes durch Messung der Extinktion bekannt. Es gibt Optoden, die auf der Basis von Fluoreszenz- oder Lumineszenzänderungen funktionieren. Kolorimetrische Optoden dagegen sind durch das Erfordernis optisch strukturierter und präziser Strahlengänge im Optodenkopf gekennzeichnet, was hohe fertigungstechnische Anforderungen voraussetzt. Ihr Vorteil besteht vor allem darin, dass keine monochromatischen und kohärenten Strahlungsquellen, etwa Laserdioden, und keine hochempfindlichen Empfänger, wie Photomultiplier, benötigt werden. Bekanntlich sind derartige Bauelemente relativ preisintensiv und benötigen eine aufwändige Elektronik.optical Chemosensors (optodes) are known in principle. you will be as is known to carry out used chemical-analytical measurements, for example for pH measurement where, because of external electrical Fields working with otherwise preferred conventional potentiometric Glass membrane electrodes not possible is. Such optodes are often realized in the way that Dyes on or in vehicles be immobilized. As an example, here are the anchoring of dye molecules in a matrix of PVC, the anchoring of dye molecules in a sol-gel layer with a silane as the basic substance, the anchoring of dye molecules in one Matrix from a hydrogel or the covalent attachment of dye molecules to a Cellulose acetate layer or listed on a porous glass membrane. Also are already fiber optic sensors for determining the pH value known by measuring the extinction. There are optodes on the Based on fluorescence or luminescence changes. colorimetric Optodes, on the other hand, are optically more structured due to the requirement and more precise beam paths marked in Optodenkopf what high manufacturing requirements presupposes. Their advantage is mainly that no monochromatic and coherent radiation sources, about laser diodes, and no high-sensitivity receivers, like Photomultiplier, needed become. As is known, such components are relatively expensive and need an elaborate one Electronics.
Der bisherige Stand von optischen Chemosensoren allgemein sowie unterschiedliche Ausführungsformen von kolorimetrischen Optodenkonstruktionen sind beispielsweise in H. Baltes, W. Göpel, J. Hesse: Sensors Update, Vol. 1, Abschn. 1: Opto-Chemical and Opto-Immuno-Sensors, Weinheim: VHC-Verlag 1996, weiterhin in G. Boisde, A. Harmer: Chemical and Biochemical Sensing with Optical Fibers and Waveguides, Boston: Artech House Inc., 1996 ausführlich erläutert, so dass hier auf die Darstellung weiterer Einzelheiten verzichtet werden kann.Of the Previous state of optical chemosensors in general as well as different embodiments of colorimetric optode designs are for example in H. Baltes, W. Göpel, J. Hesse: Sensors Update, Vol. 1, Section 1: Opto-Chemical and Opto-Immuno-Sensors, Weinheim: VHC-Verlag 1996, further in G. Boisde, A. Harmer: Chemical and Biochemical Sensing with Optical Fibers and Waveguides, Boston: Artech House Inc., 1996 in detail explains so that here dispenses with the presentation of further details can be.
Es ist weiterhin bekannt, das Cladding eines Lichtwellenleiters, ausgeführt als Multimodefaser mit Stufenindexprofil, durch eine Immobilisierungsmatrix zu substituieren.It is also known, the cladding of an optical waveguide, running as Multimode fiber with step index profile, through an immobilization matrix too substitute.
Das
Prinzip der Substitution des Claddings durch eine chemisch sensitive
Schicht ist für
kolorimetrische optische pH-Sensoren auf Basis von Multimodefasern
bereits angegeben worden (H. Lehmann, G. Schwotzer, P. Czerney and
R. Willsch: Intrinsic Fiber-Optic pH Sensor using NIR Dyes Immobilized
in the Fiber Cladding by Sol-Gel Techniques. Europt(r)ode III, Zürich, 1996;
B. D. MacCraith, C. M. McDonagh, G. O'Keeffe, A. K. McEvoy, T. Butler, F.
R. Sheridan: Sol-gel coatings for optical chemical sensors and biosensors.
Sensors and Actuators B 29 (1995), 51–57; W. Fichtner, H. Kaden,
R. Müller: Dämpfungsarme
faseroptische Sonde für
Extinktionsmessungen.
Nach H. Lehmann et al. (siehe oben) wird auf den Kern einer Quarzglasfaser eine Sol-Gel-Schicht mit eingeschlossenem Indikatorfarbstoff aufgebracht. B. D. Mac Craith et al. (siehe oben) verwenden einen analogen experimentellen Aufbau. Der resultierende physikalische Effekt ist hierbei die evaneszente Absorption. In der geometrischen Optik wird bekanntlich die Totalreflexion als punktuelle Reflexion des Lichtes an der Grenzfläche von einem optisch dichteren zu einem optisch dünneren Medium bezeichnet. Bereits seit längerem ist bekannt, dass der einfallende Strahl in ein optisch dünneres Medium eines aus zwei Phasen bestehenden Systems eindringt und dort wellenlängenselektiv absorbiert werden kann, um wieder in das optisch dichtere Medium zurückzukehren.To H. Lehmann et al. (see above) is applied to the core of a silica glass fiber a sol-gel layer with trapped indicator dye applied. B. D. Mac Craith et al. (see above) use an analogous experimental setup. The resulting physical effect is evanescent Absorption. In geometrical optics, the total reflection is known as punctual reflection of the light at the interface of denoted optically denser to an optically thinner medium. Already for a long time It is known that the incident beam is in a visually thinner medium penetrates a two-phase system and there wavelength selective can be absorbed to get back into the optically denser medium to return.
Die o. g. Sol-Gel-Schicht wirkt als optisch dünneres Medium und hat einen kleineren Brechungsindex als der Faserkern. Die konventionelle Lichtleitung bleibt in dem als Sensorelement fungierenden Abschnitt der Faser erhalten, wobei die Extinktion im sensitiven Cladding als evaneszente Absorption erfasst wird. In G. Steiner, Untersuchungen zur Anwendung der Evaneszent-Feld-Spektroskopie in der Biomesstechnik, Dissertation Technische Universität Dresden, Verlag Shaker, Aachen 1993, wird angegeben, dass die evaneszente Absorption im Vergleich zur Absorption nach Lambert-Beer für die direkte Durchstrahlung einer Schicht sehr schwach ist, woraus sich hohe geometrische Längen für den modifizierten Faserabschnitt in den Anordnungen ergeben, die von H. Lehmann et al. (siehe oben) und B. D. Mac Craith et al. (siehe oben) verwendet werden. Insgesamt ist die Sensitivität derartiger Anordnungen zu gering, um optische pH-Sensoren aufzubauen, die problemlos für Feldmessungen eingesetzt werden können.The above-mentioned sol-gel layer acts as a visually thinner medium and has a smaller refractive index than the fiber core. The conventional light pipe is retained in the portion of the fiber acting as a sensor element, the absorbance being detected in the sensitive cladding as evanescent absorption. In G. Steiner, Investigations on the application of evanescent field spectroscopy in Biomesstechnik, Dissertation Dresden University of Technology, Verlag Shaker, Aachen 1993, it is stated that the evanescent absorption in comparison to absorption by Lambert-Beer for the direct irradiation of a layer is very weak, resulting in high geometric lengths for the modified fiber section in the arrangements described by H. Lehmann et al. (see above) and BD Mac Craith et al. (see above). Overall, the sensitivity of such arrangements is too low to build optical pH sensors, the can be easily used for field measurements.
Der Erfindung von Fichtner et al. (siehe oben) liegt zugrunde, dass Lichtstrahlen in einer Anordnung mit einem optischen Zylinder und darauf aufgebrachter sensitiver Schicht so geführt werden, dass sie eine Grenzfläche, gebildet aus der Mantelfläche eines Zylinders und einer sensitiven Schicht, passieren und durch Totalreflexion an der Grenzfläche sensitive Schicht/wässriger Analyt wieder in den optischen Zylinder zurückgekoppelt werden. Dadurch erfahren die Lichtstrahlen unabhängig von einem evaneszenten Feld eine vom verwendeten Farbstoff abhängige, wellenlängenselektive Absorption. In dem Faserkern bzw. in dem optischen Zylinder werden nur dann alle geführten Lichtstrahlen in der oben beschriebenen Weise in die sensitive Schicht eingekoppelt, wenn die Brechzahl der sensitiven Schicht größer als die des Kerns ist.Of the Invention of Fichtner et al. (see above) is based on that Light rays in an arrangement with an optical cylinder and applied thereto sensitive layer so that they form an interface from the lateral surface of a cylinder and a sensitive layer, pass through and through Total reflection at the interface sensitive layer / aqueous Analyte be fed back into the optical cylinder. Thereby experience the light beams independently from an evanescent field, a wavelength-selective dependent on the dye used Absorption. In the fiber core and in the optical cylinder, respectively only then all run Coupled light beams in the manner described above in the sensitive layer, when the refractive index of the sensitive layer is greater than that of the core.
Ist die Brechzahl der sensitiven Schicht geringfügig kleiner als die des Kerns der Faser, werden je nach geführtem Modus in der Faser Lichtstrahlen durch Totalreflexion an der Grenzfläche Faserkern/sensitive Schicht geführt oder durch Totalreflexion an der Grenzfläche sensitive Schicht/wässriger Analyt geführt.is the refractive index of the sensitive layer is slightly smaller than that of the core fiber, depending on the led Mode in the fiber light rays by total reflection at the interface fiber core / sensitive Layer led or by total reflection at the interface sensitive layer / aqueous analyte guided.
In
Faseroptische pH-Sensoren auf Basis eines PMMA-Lichtwellenleitersegmentes zeichnen sich durch relativ einfache Herstellbarkeit sowie die Eignung als Einwegsensor aus. Unter anderem ist es sehr leicht möglich, die Stirnflächen einer derartigen Faser plan zu polieren.Fiberoptic Draw pH sensors based on a PMMA fiber optic segment itself by relatively simple manufacturability and the suitability as Disposable sensor off. Among other things, it is very easy to do that faces to polish such a fiber plan.
Der
in
In letzter Zeit werden Anstrengungen unternommen, optische pH-Sensoren mit Immobilisierungsmatrices zu finden, die den Einfluss der Ionenstärke auf die Kennlinie des Sensors verringern. Dies hängt mit einer veränderten Mikroumgebung für die einzelnen Farbstoffmoleküle zusammen. Besonders die in der Immobilisierungsmatrix vorhandene Ladung hat einen gravierenden Einfluss.In Efforts have recently been made to use optical pH sensors with immobilization matrices that show the influence of ionic strength reduce the characteristic of the sensor. This is related to a change Microenvironment for the individual dye molecules together. Especially those present in the immobilization matrix Charge has a serious impact.
Von
M. Berthold et al., pH-Messung in Medien unterschiedlicher Ionenstärke mit
optischen Sensoren, 2. Conference für Innenanalytik (CIA) 2003, Berlin
2003, werden für
die Immobilisierung von acidochromen Farbstoffen Hydrogele auf Basis
von Polyurethanen eingesetzt. Wasserhaltige Polyurethan-Hydrogele
haben allerdings eine Brechzahl, die kleiner als 1,49 ist, so dass
bei der Verwendung dieser Immobilisierungsmatrix für einen
pH-Sensor nach dieser Patentschrift
Der Stand der Technik besteht also insgesamt darin, dass kompakte dämpfungsarme pH-Optoden auf Absorptionsbasis, die auf einem Segment eines Multimode-Lichtwellenleiters mit einem partiell durch eine sensitive Schicht substituierten Cladding beruhen, bei einer technisch nutzbaren Sensitivität hohe Querempfindlichkeiten gegenüber der Ionenstärke aufweisen. Wird durch den Einsatz veränderter Immobilisierungsmatrices der Ionenstärkeeinfluss auf die Kennlinie verringert, kommt es zu einem Absinken der Sensitivität.Of the Thus, the state of the art as a whole is that compact low-attenuation absorption-based pH optodes, on a segment of a multimode optical fiber with a partially cladding substituted by a sensitive layer, with a technically usable sensitivity high cross sensitivities across from the ionic strength exhibit. Is through the use of modified immobilization matrices the ionic strength influence on reduces the characteristic, there is a drop in sensitivity.
Problemproblem
Aufgabe der Erfindung ist es, einen dämpfungsarmen faseroptischen pH-Sensor auf Absorptionsbasis zu schaffen, der gleichzeitig eine hohe Sensitivität, eine hohe Langzeitstabilität sowie eine geringe Beeinflussung der Sensorkennlinie durch die Ionenstärke aufweist.task The invention is a low-loss fiber-optic absorption-based pH sensor to create the same time a high sensitivity, a high long-term stability and has a slight influence on the sensor characteristic by the ionic strength.
Beschreibungdescription
Gegenstand der Erfindung ist eine pH-Optode, die das oben angeführte Problem löst. Die erfindungsgemäße pH-Optode besteht aus folgenden bestimmenden Teilen:
- – dem modifizierten Segment eines PMMA-Lichtwellenleiters,
- – einer pH-sensitiven Schicht,
- – einer Verspiegelung und
- – einer Abdeckschicht, wie im weiteren erläutert wird.
- The modified segment of a PMMA optical waveguide,
- A pH-sensitive layer,
- - a mirroring and
- - A cover layer, as will be explained below.
Die
Optodenköpfe
bestehen aus 5 bis 20 cm langen, modifizierten Segmenten von PMMA-Lichtwellenleitern
mit einem Kerndurchmesser von 0,5 ... 1 mm. Eine wesentliche Kenngröße der neuen
optischen pH-Sensoren ist, dass in dem Bereich 6 ... 20 mm das Cladding
Ziel dieser Anordnung ist es, die elektromagnetische Strahlung so zu führen, dass die Lichtstrahlen die Grenzfläche Faserkern/sensitive Schicht passieren und durch Totalreflexion an der Grenzfläche sensitive Schicht/wässriger Analyt wieder in den Kern zurückgeführt werden. Dadurch erfahren die Lichtstrahlen unabhängig von einem evaneszenten Feld eine wellenlängenselektive Absorption.aim This arrangement is the electromagnetic radiation so to lead, that the light rays are the interface fiber core / sensitive layer happen and sensitive by total reflection at the interface Layer / aqueous Analyzer be returned to the nucleus. As a result, the light rays experience independent of an evanescent field a wavelength selective Absorption.
Die
Herstellung einer derartige pH-Optode geschieht in folgender Weise:
In einem ersten Schritt werden die beiden Stirnflächen eines
Fasersegmentes 5 bis 20 cm Länge
poliert. Danach wird eines der beiden Faserenden mit einer Spiegelschicht
aus Gold, Aluminium oder Titan versehen. Darauf folgend wird in
dem Bereich hinter der Spiegelschicht das Coating
Die besondere erfinderische Leistung liegt in der Kombination der im Folgenden vorgestellten pH-sensitiven Schicht mit der oben beschriebenen Optodenkonstruktion. Die pH-sensitive Schicht weist die entscheidende, genügend hohe Brechzahl auf und bildet simultan eine Mikroumgebung für den immobilisierten Farbstoff, die einen geringen Ionenstärkeeinfluss auf die Kennlinie des Sensors verursacht. Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist, dass der Farbstoff kovalent immobilisiert werden kann.The particular innovative achievement lies in the combination of the The following presented pH-sensitive layer with the optode construction described above. The pH-sensitive layer has the decisive, sufficiently high Refractive index and simultaneously forms a microenvironment for the immobilized Dye that has a low ionic strength influence on the characteristic caused by the sensor. A particular advantage of the invention is that the dye can be covalently immobilized.
Zur
Herstellung der pH-sensitiven Schicht wird 2-Hydroxyethylmethacrylat
Erfindungsgemäß geeignete
Monomermischungen, nachfolgend als Cocktail bezeichnet, können in
der folgenden Art und Weise zusammengesetzt sein (Angaben in Gewichtsprozent):
1
bis 3 % eines mit Ethylmethacrylat modifizierten Styrylacridinfarbstoffes
(
98
bis 94 % 2-Hydroxyethylmethacrylat.According to the invention suitable monomer mixtures, hereinafter referred to as cocktail, may be composed in the following manner (in percent by weight):
1 to 3% of an ethylmethacrylate-modified styrylacridine dye (
98 to 94% 2-hydroxyethyl methacrylate.
Die
Beschichtung der nach obiger Vorschrift vorbereiteten Optoden wird
in der folgenden Art und Weise vorgenommen (
Danach wird die Optode dem Behälter entnommen und 24 h an Luft bei Umgebungstemperatur unter Lichtabschluss gelagert. Nach einer anschließenden Konditionierung des sensitiven Bereichs der Optode über 48 h in einer Pufferlösung des pH-Wertes 7,5 ... 8,5 ist die Optode messbereit.After that the optode becomes the container taken and in air at ambient temperature for 24 h with light stored. After a subsequent Conditioning of the sensitive area of the optode over 48 h in a buffer solution of pH 7.5 ... 8.5, the optode is ready to measure.
Vorteilhafte Wirkungadvantageous effect
Die vorteilhafte Wirkung der Erfindung besteht darin, dass die erfindungsgemäßen pH-Optoden auf Absorptionsbasis bei einer für technische Anwendungen geeigneten Sensitivität dämpfungsarm sind und eine hohe Langzeitstabilität aufweisen. Weiterhin tritt eine geringe Beeinflussung der Kennlinie durch die Innenstärke auf. Die Kombination von geringer Dämpfung und hoher Sensitivität ergibt sich daraus, dass vorrangig die Totalreflexion an der Grenzfläche sensitive Schicht/wässrige Probe ausgenutzt wird. Andererseits werden hohe Sensitivität und geringe Beeinflussung der Kennlinie durch die Innenstärke dadurch bewirkt, dass die erfindungsgemäß ausgeführte pH-sensitive Schicht eine hohe Brechzahl aufweist und gleichzeitig eine Mikroumgebung für den immobilisierten Farbstoff bildet, die einen geringen Ionenstärkeeinfluss auf die Kennlinie des Sensors zur Folge hat. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Farbstoff kovalent immobilisiert ist. Es ist allgemein bekannt, dass pH-Optoden, deren wirksamer Farbstoff kovalent immobilisiert ist, höhere Langzeitstabilitäten aufweisen als pH-Optoden, die auf adsorptiver Farbstoffimmobilisierung beruhen.The advantageous effect of the invention is that the absorption-based pH optodes according to the invention have a low attenuation at a sensitivity suitable for industrial applications and have a high long-term stability. Furthermore, a slight influence of the characteristic by the internal strength occurs. The combination of low attenuation and high sensitivity results from the fact that primarily the total reflection at the interface sensitive layer / aqueous sample is utilized. On the other hand, high sensitivity and low influence on the characteristic due to the internal strength are brought about by the fact that the pH-sensitive layer embodied according to the invention has a high refractive index and at the same time forms a microenvironment for the immobilized dye which results in a low ionic strength influence on the characteristic curve of the sensor. Another advantage is that the dye is covalently immobilized. It is well known that pH optodes whose effective dye is covalently immobilized have higher long-term stabilities than pH optods based on adsorptive dye immobilization.
Die Grenzfläche PMMA/Poly-HEMA gemäß der erfindungsgemäßen Anordnung erbringt folgende Vorteile:
- – Durch die große Ähnlichkeit der Brechzahlen von PMMA und dem als sensitive Schicht eingesetzten Copolymerisat entstehen an der Grenzfläche zwischen diesen beiden Materialien nur sehr geringe optische Verluste.
- – Infolge der besonders dichten, optisch verlustfreien Zusammenfügung der beiden genannten Werkstoffe, die durch die Polymerisation der sensitiven Schicht auf dem Kern der Faser herrührt, findet auch nach längerer Einwirkung wässriger Phasen (über Wochen) auf die Anordnung keine Ablösung der sensitiven Schicht statt.
- - Due to the great similarity of the refractive indices of PMMA and the copolymer used as a sensitive layer only very small optical losses occur at the interface between these two materials.
- - Due to the particularly dense, optically loss-free assembly of the two materials mentioned, which results from the polymerization of the sensitive layer on the core of the fiber, no detachment of the sensitive layer takes place even after prolonged exposure to aqueous phases (over weeks) on the arrangement.
Optoden auf Basis von PMMA-Lichtwellenleitersegmenten sind besonders leicht herzustellen und können als Einwegsensor Verwendung finden.optodes based on PMMA fiber optic segments are particularly lightweight produce and can find use as disposable sensor.
Beispielexample
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Optode besteht aus einem 15 cm langen Segment der „Standard PMMA-Faser" der Fa. "TORAY Industries, Inc." (Tokyo, Japan). Der Faserkern besteht aus hochreinem PMMA [Durchmesser (∅) 1 mm, nK = 1,491 (20 °C, Normdruck, 589,3 nm), numerische Apertur (NA) = 0,5]. Das Cladding besteht ebenfalls aus PMMA, wobei durch eine Fluor-Dotierung die Brechzahl abgesenkt wurde. Das Coating der Faser besteht aus Polyethylen (∅ 2,2 mm). Auf der rechten Seite ist das Coating auf einer Länge von 11 mm entfernt. Ebenfalls auf der rechten Seite ist das Cladding auf einer Länge von 8 mm entfernt. Die rechte Stirnfläche der Faser ist mit einer Goldschicht besputtert (Schichtdicke 150 nm). Die Goldschicht ist mit 0,5 mm3 SMD-Kleber (Fa. Heraeus GmbH, Hanau, Produktbezeichnung PD 944) bedeckt. Der Klebstoff fungiert als Schutzschicht.The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment. The optode consists of a 15 cm long segment of the "standard PMMA fiber" from "TORAY Industries, Inc." (Tokyo, Japan) The fiber core consists of high-purity PMMA [diameter (∅) 1 mm, n K = 1.491 (20 ° C, standard pressure, 589.3 nm), numerical aperture (NA) = 0.5.] The cladding also consists of PMMA, whereby the refractive index was lowered by fluorine doping. ∅ 2.2 mm), the right side of the coating is 11 mm long, the cladding is 8 mm on the right side, and the right side of the fiber is sputtered with a layer of gold (layer thickness) 150 nm) The gold layer is covered with 0.5 mm 3 SMD adhesive (Heraeus GmbH, Hanau, product designation PD 944) The adhesive acts as a protective layer.
Der vom Cladding befreite Bereich des Faserkerns [Mantelfläche; 8 mm lang] ist mit einer 2 μm dicken sensitiven Schicht beschichtet; die Dickenangabe bezieht sich dabei auf den nicht gewässerten Zustand. Der Schaft besteht aus einem 60 mm langen Edelstahlrohr (5 × 1 mm; Stahlsorte 1.4571). Der Schaft beginnt 10 mm hinter der aus Gold hergestellten Spiegelschicht. Zwischen Schaft und Coating befindet sich kalt härtendes Epoxidharz.Of the Cladding-free area of the fiber core [lateral surface; 8 mm long] is with a 2 micron thick coated sensitive layer; the thickness specification refers to this on the non-watered state. The stem consists of a 60 mm long stainless steel tube (5 × 1 mm; Steel grade 1.4571). The stem starts 10 mm behind the one made of gold produced mirror layer. Located between shaft and coating cold curing Epoxy resin.
Der Cocktail für die sensitive Schicht besteht aus 2,83 % mit Ethylmethacrylat modifiziertem Styrylacridinfarbstoff mit der Bezeichnung 6-[2-((E)-2-Acridin-9-yl-vinyl)-5-diethylaminophenoxy]-hexansäure-2-(2-methyl-acyloyloxy)-ethylester, weiterhin 2,83 % Benzoinmethylether und 94,34 % 2-Hydroxyethylmethacrylat.Of the Cocktail for the sensitive layer consists of 2.83% modified with ethyl methacrylate Styrylacridine dye designated 6- [2 - ((E) -2-acridin-9-yl-vinyl) -5-diethylaminophenoxy] -hexanoic acid 2- (2-methyl-acyloyloxy) -ethyl ester, further 2.83% benzoin methyl ether and 94.34% 2-hydroxyethyl methacrylate.
Der aus dem o. g. Cocktail hervorgehende Monomerfilm wurde durch ein Tauchverfahren unter Anwendung der Ziehgeschwindigkeit von 0,5 mm/s auf den von Cladding befreiten Faserkern aufgebracht. Die Polymerisationszeit betrug vier Stunden; sie wurde unter Stickstoffatmosphäre ausgeführt. Der UV-Strahler (CARL ROTH GmbH & Co KG, 8 Watt, 366 nm) wurde im Abstand 4 cm justiert. Die Optode wurde während der Polymerisation mit 2 U/min in Rotation versetzt. Die sich ergebende Schichtdicke beträgt 2 μm. Nach der Lagerung der beschichteten Optode über 4 h an Luft wurde der sensitive Bereich der Optode 48 h in einem Phosphatpuffer (Innenstärke 0,1 M; pH = 8,5) aufbewahrt. Diese Vorgänge wurden unter Lichtabschluss bei Raumtemperatur ausgeführt.Of the from the o. g. Cocktail resulting monomer film was through Dipping method using the pulling speed of 0.5 mm / s applied to the fiber core freed from cladding. The polymerization time was four hours; it was carried out under a nitrogen atmosphere. The UV lamp (CARL ROTH GmbH & Co KG, 8 watts, 366 nm) was adjusted at a distance of 4 cm. The optode was while the polymerization at 2 U / min in rotation. The resulting Layer thickness is 2 μm. To The storage of the coated optode over 4 h in air was the sensitive Area of the optode 48 h in a phosphate buffer (internal thickness 0.1 M; pH = 8.5). These operations were under light exclusion carried out at room temperature.
Der so gestaltete Sensor zeigt bei 680 nm eine Sensitivität von 0,06 Extinktionseinheiten je pH-Einheit über den Messbereich von 4 pH-Einheiten. Für die Innenstärke von 20 mM wurde der pK-Wert von 5,8 und für 100 mM der pK-Wert von 5,9 ermittelt. Die Lebensdauer des Sensors beträgt ca. 6 Monate. Diese Werte sind erheblich günstiger als die mit Optoden auf Basis von PMMA-Lichtwellenleitersegmenten erzielbaren und aus der Literatur bekannten Ergebnisse mit PVC- oder Polyurethanhydrogel-Membranen als sensitive Schicht.Of the thus designed sensor shows at 680 nm a sensitivity of 0.06 Extinction units per pH unit over the measuring range of 4 pH units. For the ionic strength of 20 mM, the pK value of 5.8 and for 100 mM, the pK value of 5.9 was determined. The lifetime of the sensor is about 6 months. These values are considerably cheaper than those with optodes achievable on the basis of PMMA fiber segments and off the literature known results with PVC or polyurethane hydrogel membranes as a sensitive layer.
- 1-11-1
- Claddingcladding
- 1-21-2
- pH-sensitive SchichtpH-sensitive layer
- 1-31-3
- Spiegelschichtmirror layer
- 1-41-4
- nicht verspiegelten StirnflächeNot mirrored face
- 1-51-5
- Coatingcoating
- 1-61-6
- Schutzschicht,Protective layer,
- 1-71-7
- Faserkernfiber core
- 1-81-8
- Schaftshaft
- 1-91-9
- Epoxidharzepoxy resin
- 2-12-1
- 2-Hydroxyethylmethacrylat2-hydroxyethyl methacrylate
- 2-22-2
- mit Ethylmethacrylat modifizierter StyrylacridinfarbstoffWith Ethyl methacrylate modified styrylacridine dye
- 2-32-3
- Polymerisatpolymer
- 3-13-1
- Gasdichtes Gehäusegas-tight casing
- 3-23-2
- Quarzglasrohrquartz glass tube
- 3-33-3
- Optodeoptode
- 3-43-4
- UV-StrahlerUV lamps
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---|---|
DE (1) | DE202006011421U1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010081207A1 (en) * | 2008-12-15 | 2010-07-22 | Universidade Federal Da Bahia | Multilayer coating containing remotely monitored signalling agents |
CN106442330A (en) * | 2016-09-14 | 2017-02-22 | 深圳中盛智兴科技有限公司 | Liquid pH value detection method and device |
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2006
- 2006-07-26 DE DE202006011421U patent/DE202006011421U1/en not_active Expired - Lifetime
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