DE3106385A1

DE3106385A1 - Gasdetektor

Info

Publication number: DE3106385A1
Application number: DE19813106385
Authority: DE
Inventors: Alf Rune Kindlund; Kurt Ingemar 58252 Linköping Lundström
Original assignee: Engstroem Medical Stockholm AB; Engstrom Medical AB
Current assignee: Gambro Engstrom AB
Priority date: 1980-02-21
Filing date: 1981-02-20
Publication date: 1981-12-17
Also published as: SE8001357L; GB2071323B; US4399686A; JPS56153250A; DE3106385C2; GB2071323A; JPH0214660B2; SE434438B

Description

310638S

Gasdetektor

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Feststellen der Anwesenheit einer gegebenen Gaskomponente in einer Mischung von Gasen.

Es ist bekannt (US-PS 3 164 004), daß gegebene Gaskomponenten von Gasmischungen mit Hilfe eines piezoelektrischen Metalls, z.B. mit Hilfe eines Quarzkristalls, festgestellt werden können, der in eine Oszillatorschaltung eingeschaltet ist. Der Kristall ist auf einer Seite mit einer dünnen Substratschicht beschichtet, und er ist so angeordnet, daß die Substratschicht in Kontakt mit der zu untersuchenden Gasmischung gebracht werden kann. Die Substratschicht enthält eine Substanz, die in der Lage ist, die Gaskomponente, deren Anwesenheit festgestellt werden soll, reversibel und selektiv zu adsorbieren. Moleküle des in der Gasmischung festzustellenden Gases werden durch die Substratschicht adsorbiert, wodurch die Masse der Schicht vergrößert wird, was zu einer Erniedrigung der Schwingungsfrequenz des piezoelektrischen Kristalls führt, wodurch auch die Schwingungsfrequenz der Oszillatorschaltung erniedrigt wird. Es hat sich gezeigt, daß es bei Verwendung eines solchen Gerätes möglich ist, sehr kleine Konzentrationen einer gegebenen Gaskomponente in einer Gasmischung festzustellen und auch die Konzentration, quantitativ mit hohem Genauigkeitsgrad zu messen. Ein vorteilhaftes Verfahren zur Bestimmung der Frequenzänderung der Oszillatorschaltung in-

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folge der Adsorption und Desorption der fraglichen Gaskomponente durch die Substratschicht besteht in der Verwendung eines gleichen Bezugsoszillators mit einem gleichen piezoelektrischen Metall, der in Kontakt mit der gleichen Gasmischung wie der Meßkristall gebracht wird, der aber keine Substratschicht trägt. Durch Mischung der Ausgangsfrequenzen der beiden Oszillatorschaltungen wird eine Differenzfrequenz entsprechend den Änderungen in der Schwingungsfrequenz des Meßkristalls erzeugt.

Wie im folgenden näher beschrieben, hat aber die Substratschicht auch andere physikalische Eigenschaften, die durch die Adsorption der in Frage stehenden Gaskomponente beeinflußt werden und die zur Bestimmung der Anwesenheit und der Konzentration der fraglichen Gaskomponenten in einer Gasmischung gemessen werden können.

Ein besonderes Problem tritt bei der Verwendung des vorbeschriebenen Verfahrens zur Feststellung der Anwesenheit eines gegebenen Gases in einer Gasmischung auf. Es besteht darin, ein Substratmaterial zu finden, das gerade für die festzustellende besondere Gaskomponente geeignet ist. So sollte das Substratmaterial in erster Linie in bezug auf die festzustellende Gaskomponente selektiv sein, so daß im wesentlichen nur diese Komponente adsorbiert wird, während andere Komponenten, die in der untersuchten Gasmischung vorhanden sein können, und die in vielen Fällen den Hauptteil der Gasmischung darstellen, nicht in einem merkbaren Ausmaß adsorbiert werden. Ferner sollte das Substratmaterial in bezug auf die festzustellende Gaskomponente in höchstem Maße empfindlich sein, so daß die Substratschicht in der Lage ist, eine große Zahl der Gasmoleküle zu adsorbieren, und

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zwar auch dann, wenn die Konzentration der Gaskomponente in der Gasmischung gering ist. Auf diese Weise werden auch bei niedrigen Konzentrationen große Meßwerte erhalten, die leicht und genau bestimmt werden können. Die Größe der Meßwerte bei einer gegebenen Gaskonzentration und damit die Empfindlichkeit des Gerätes kann allgemein vergrößert werden, indem die Dicke der Substratschicht vergrößert wird, da dann die Schicht in der Lage ist, eine größere Anzahl von Molekülen der festzustellenden Gaskomponente zu adsorbieren. Schließlich sollte bei vielen Anwendungen das Substratmaterial eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit aufweisen, so daß die Adsorption und Desorption der Moleküle der festzustellenden Gaskomponente schnell erfolgen kann. Auf diese Weise ist es möglich, schnelle Änderungen in der Konzentration der Gaskomponente in der Gasmischung festzustellen und zu messen . Diese Forderung widerspricht aber in gewissem Maße der Forderung nach hoher Empfindlichkeit, da die dickere Substratschicht die Moleküle der zu untersuchenden Gasmischung langsamer adsorbiert und desorbiert als eine dünne Substratschicht.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Gasmeßgerätes der vorgenannten Art, das in der Lage ist, die Anwesenheit von Halogen-Kohlenwasserstoffen, insbesondere anästhetischen Gasen, wie Halothan , Enfluoran, Metoxyfluoran und Isofluoran, festzustellen.

Ein solcher Gasdetektor mit außergewöhnlich guten Eigenschaften in allen obengenannten Beziehungen wird erhalten, wenn gemäß der Erfindung die Substratschicht ein Silikonöl enthält, dessen Strukturformel weit verzweigte Ketten enthält. Es hat sich als besonderer Vorteil herausgestellt, Silikonöle zu verwenden, die

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weit verzweigte Ketten in Form von Polyglykolen haben, wie insbesondere Silikonöle, die Silikonglykol-Copolymere mit folgender allgemeiner Strukturformel enthalten:

-CH - CH₃ CH CH₃ CH₃ - Si-O - (Si-0)x(Si-0)y - Si - CH,

Il ³

CH

CH₃ CH₃

3 C₃H₅O(C₂H₄O)In(CH₃C₂H₃O)_n H

Wie ersichtlich, sind in dieser Art von Silikonölen ein Teil der Methylgruppen in einem Polydimenthylsiloxan ersetzt durch große Polyglykolketten.Diese Silikonöle können gemäß CTFA auch als "Dimethiconcopolyole" bezeichnet werden. Insbesondere sind ausgezeichnete Ergebnisse erreicht worden bei der Feststellung der obengenannten anästhetischen Gase, wenn ein Substrat verwendet worden ist, das aus Silikonölen der obengenannten .Art besteht und das von der Firma Dow Corning Corp. hergestellt ist und die Produktbezeichnungen DC 190 bzw. DC 197 trägt. DC 190 kann auch als ein zufallsorientiertes Copolymer aus Polydimethylsiloxan mit endständigen Trimethylsilyl-Gruppen mit hängenden, mit Silizium-Kohlenstoff gebundenen Blöcken aus Azetat-gepfropften Poly (Propylenoxid-Äthylenoxid) bezeichnet werden. DC 197 kann als ein zufallsorientiertes Copolymer aus Polydimethylsiloxan mit endständigen Trimethylsilyl-Gruppen mit hängenden, mit Silizium-Kohlenstoff gebundenen Blöcken aus Poly(Äthylenoxid) mit endständigen Hydroxyd-Gruppen beschrieben werden.

In der obengenannten US-PS ist allgemein erwähnt worden, daß Silikonöl und gewisse Fette als Substratmaterial für die nicht-

en selektive Feststellung von Kohlenwasserstoff/verwendet werden können. Durch die vorliegende Erfindung ist aber festgestellt worden, daß Silikonöle der vorgenannten besonderen Art wesentlich besser sind als Silikonöle, die keine weit verzweigten Ketten oder hängende Blöcke aufweisen, und zwar im Hinblick auf die Empfindlichkeit aber auch in bezug auf die Selektivität und die Reaktionsgeschwindigkeit, wenn Halogen-Kohlenwasserstoffe festgestellt werden sollen und wenn insbesondere anästhetische Gase der obengenannten Art festgestellt werden sollen.

Die Erfindung wird im einzelnen in bezug auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 schematisch ein Beispiel eines möglichen Ausführungsbeispiels eines piezoelektrischen Detektors für ein Gerät gemäß der Erfindung;

Fig. 2 schematisch ein Blockschältbild eines Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung (dieses Gerät ist bei der Durchführung der später beschriebenen Untersuchungen verwendet worden);

Fig. 3 ein Diagramm, das einen typischen Adsorptions-Desorptions-Prozeß eines erfindungsgemäßen Gerätes zeigt, wenn Halothan, Alkohol bzw. Toluol festgestellt werden;

Fig. 4 ein Diagramm, das typische Adsorptions-Desorptions-Prozesse zeigt, und zwar bei der Messung von Halothan unter Verwendung eines Gas-Meßgerätes mit einer Silikonöl enthaltenden Substratschicht gemäß der Erfindung und mit einer ein Silikonöl ohne weit verzweigte Ketten oder endständige Blöcke enthaltendem Silikonöl;und

Fig. 5 schematisch eine horizontale Schnittansicht durch ein be-

vorzugtes Ausführungsbeispiel eines Meßgerätes, das sowohl einen Meßkristall als auch einen Bezugskristall enthält.

Fig. 1 zeigt beispielsweise schematisch eine Seiten-Schnittansicht eines möglichen Ausführungsbeispiels eines piezoelektrischen Detektors, der in Zusammenhang mit einem Gerät nach der Erfindung verwendet werden kann. Der Detektor enthält eine Gehäuse 1, das an Gas-Zuführleitungen angeschlossen ist, durch die die zu untersuchende Gasmischung in das Detektorgehäuse strömen kann. Innerhalb des Gehäuses 1 ist ein piezoelektrischer Kristall 2, beispielsweise ein Quarzkristall angeordnet, der zwischen zwei Elektroden 3 und 4 so angeordnet ist, daß' zwei Seitenflächen des Kristalls 2 sich in Kontakt mit der durch das Detektorgehäuse 1 strömenden Gasmischung befindet. Wenigstens eine Seite des Kristalls ist mit der gewünschten Substratschicht versehen. Vorzugsweise sind aber beide Seiten des Kristalls mit der Substratschicht bedeckt. Bei Verwendung eines Kristalldetektors dieser Art in einem erfindungsgemäßen Gasdetektor ist der Kristall in eine geeignete Oszillatorschaltung einbezogen, deren Schwingungsfrequenz durch die Schwingungsfrequenz des piezoelektrischen Kristalls 2 bestimmt ist.

Ein Detektorgerät mit einem piezoelektrischen Detektorkristall kann so aufgebaut sein, wie es schematisch in Fig. 2 dargestellt ist. Das Gerät enthält zwei Oszillatoren, nämlich einen Meßoszillator 5 und einen Bezugsoszillator 6. Die beiden Oszillatoren haben genau gleiche Ausbildung und enthalten identische Oszillatorkristalle, während der Kristall im Meßoszillator 5 aber mit einer Substratschicht versehen ist, hat der Kristall im Bezugs-

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oszillator 6 keine solche Schicht. Die Aus gangs signale von den beiden Oszillatoren 5 und 6 werden einem Mischkreis 7 zugeführt, von dem ein Signal erhalten wird, welches die Differenzfrequenz und die Summenfrequenz der Ausgangssignale der beiden Oszillatoren enthält. Der Mischkreis 7 ist an einen Filter 8 angeschlossen, welcher nur die Differenzfrequenz hindurchläßt. Die Differenzfrequenz wird mit Hilfe eines digitalen Frequenzzählers 9 angezeigt, der mit dem Filterausgang verbunden ist. Das Ausgangssignal des Filters wird einem Frequenz-Spannungs-Wandler 10 zugeführt, dessen Ausgangsspannung mit Hilfe eines Aufzeichnungsinstruments 11 wiedergegeben werden kann. Dieses Instrument erzeugt eine Kurve, welche die Frequenzdifferenz zwischen den beiden Oszillatoren 5 und 6 als Funktion der Zeit erzeugt.

Um eine genaue Messung zu erhalten, ist es wichtig, daß die Art, in welcher die Gasmischung auf den Meßkristall und den Bezugskristall einwirkt, in beiden Fällen möglichst genau gleich ist. Dies kann sichergestellt werden durch Anordnung der beiden Kristalle in einem gemeinsamen Detektorgehäuse, durch das die Gasmischung strömt. Beispielsweise kann die Anordnung so sein, wie sie schematisch in Fig. 5 gezeigt ist. Fig. 5 ist eine horizontale Schnittansicht durch ein Detektorgehäuse 12 mit einem Einlaß 13 und einem Auslaß 14, die einander gegenüberliegend angeordnet sind und durch die ein Strom der zu untersuchenden Gasmischung strömt. In dem Gehäuse ist ein Körper 15 mit zwei identisch und symmetrisch liegenden Strömungswegen 16 und 17 für den Gasstrom angeordnet. In diesen Strömungswegen sind der Detektorkristall oder Meßkristall 18 und der Bezugskristall 19 so angeordnet, daß ihre Seitenflächen parallel zur Richtung der Gasströmung liegen, wobei die Kristalle wechselseitig symmetrisch

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auf einer jeweiligen Seite einer Symmetrieebene angeordnet sind, die durch den gesamten Gasstrom verläuft. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kristalle von einer Art, die mit Elektroden versehen sind, die unmittelbar auf dem Kristallkörper metallisiert worden sind.

Zur Prüfung der Empfindlichkeit von verschiedenen Substratmaterialien bei der Feststellung des anästhetischen Gases Halothan wurden eine Reihe von Versuchen mit verschiedenen Substratmaterialien auf dem Detektorkristall ausgeführt, und zwar unter Verwendung eines Gerätes nach Fig. 2. In allen Fällen war die untersuchte Gasmischung gereinigte Luft mit 2% Halothan. Die verwendeten Kristalle waren Quarzkristalle mit einer Grundfrequenz von 8 MHz und einem BT-Schnitt. Die Substratschicht auf dem Detektorkristall bzw. Meßkristall hatte in allen Fällen eine Dicke, die einen Frequenzabfall von 1 kHz für die Substratschicht alleine ergab. Dies entsprach einer Substratschichtdicke

von ungefähr 1000 A, wenn nur eine Seite des Meßkristalls mit dem Substratmaterial beschichtet war. Die erhaltenen Ergebnisse sind unten in Tabelle 1 gezeigt, wobei ein Minuszeichen vor dem Wert des Frequenzabfalls &f anzeigt, daß die Frequenz des Detektorkristalls relativ zur Frequenz des Bezugskristalls abfiel, während ein Pluszeichen anzeigt, daß die Frequenz des Bezugskristalls niedriger war als die Frequenz des Meßkristalls.

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TABELLE 1

Substrat " . Af Hz

Lipid 1, Tripalmitin O

Lipid 2, Ei-Lecithin - 20

Lipid 3, Paraffin + 3

Lipid 4, Eksiccator-Fett - 8

Silikonöl 1 "]

Silikonglykolcopolymer t -113

Dow Corning DC 190 J

Silikonöl 2 "I

Polymethylhydrosiloxan j - 20

Dow Corning DC 1107

Silikonöl 3

warmhärtbares Polysiloxan gelöst in ■ - 12

Lösungmittel

Dow Corning DC 20

Silikonöl 4

Silikonglykolcopolymer ) - 97

Dow Corning DC 197

Silikonöl 5

Phenylmethylsiloxan ] + 5

Dow Corning DC 702

nichts + 4

Alle verwendeten Silikonöle waren Produkte der Firma Dow Corning Corp., deren Bezeichnung den in der Tabelle angegebenen Bezeichnungen entsprechen.

Wie sich aus der Tabelle ergibt, besitzen die Silikonöle 1 und 4, die beide der vorgenannten Art sind und weit verzweigte Ketten besitzen, einen viel höheren Empfindlichkeitsgrad auf als die übrigen Silikonöle, die keine solch weit verzweigten Ketten haben. Die Empfindlichkeit auf Halothan der verschiedenen anderen getesteten Substanzen war auch sehr gering oder im wesentlichen nicht vorhanden. Die während der Untersuchung mit beiden unbeschichteten Kristallen beobachtete Frequenzänderung dürfte durch ungenügende Reinigung der Oberfläche der Kristalle hervor-

gerufen worden sein.

Zur Bestimmung der Empfindlichkeit der empfindlichsten Silikonöle nach Tabelle 1 in bezug auf anästhetische Gase im Vergleich zu anderen Gasen, die bei der Feststellung der an<ästhetischen Gase vorhanden sein können, und für die andere Gase des Gasdetektors nicht empfindlich sein sollten, wurden Untersuchungen mit Silikonöl 1 (DC 190) als Substratmaterial ausgeführt. In. diesem Falle wurden Quarzkristalle mit einer Grundfrequenz von 10 MHz und mit einem AT-Schnitt ausgeführt, die etwas besser geeignet sind als die in Tabelle 1 verwendeten Kristalle. Die Konzentration der festzustellenden Gaskomponente betrug 1 % in Laboratoriumsluft, wenn in der folgenden Tabelle 2 nichts anderes angegeben ist. Diese Tabelle 2 zeigt die mit den Untersuchungen erreichten Ergebnisse.

TABELLE 2 Substanz Af Hz

Halothan -150

Enfluoran -146

Trichloroäthylen - 83

Kohlenstofftetrachlorid - 55

Alkohol - 27

Toluol - 27

Azeton - 11

Nitroseoxid, N₃O, 100% 0

Wasserdampf + 9

CO₂,100% . 0

N₂, 100%' . 0

O„, 100% 0

Wie sich aus dieser Tabelle ergibt, weist Silikonöl 1 (DV 190) einen sehr hohen Empfindlichkeitsgrad in bezug auf Halogen-Kohlenwasserstoffe auf, und insbesondere in bezug auf die anästhetischen Gase Halothan und Enfluoran, während die Empfindlichkeit in bezug auf andere Kohlenwasserstoffe, wie Alkohol, Toluol und Azeton verhältnismäßig gering war.

Das Substratmaterial nach der Erfindung weist keine merkbare Adsorption von Nitroseoxid, Wasserdampf, Luft, Sauerstoffgas, Nitrogengas und Kohlenstoffdioxid. Entsprechende Untersuchungen wurden auch in bezug auf die beiden anästhetischen Gase Methoxyfluoran und Isofluoran durchgeführt, die auch Halogen-Kohlenwasserstoffe sind und für die das Substratmaterial Silikonöl 1 (Silikon-Glykol-Copolymer DC 190) auch einen hohen Empfindlichkeitsgrad aufweist.

Weitere Untersuchungen wurden ausgeführt, um die Adsorptionsund Desorptionsprozesse mit einer Silikonöl 1 (Silikon-Glykol-Copolymer DC 190) enthaltenden Substratschicht zu untersuchen, und zwar in bezug auf erstens das anästhetische Gas Halothan und zweitens Alkohol und Toluol, die Kohlenwasserstoffe sind, für die die Empfindlichkeit des Substratmaterials gering ist, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. In allen Fällen wurden die Untersuchungen mit einer Konzentration der festzustellenden Substanz von 2% in Laborluft ausgeführt, und zwar mit einer Substratschichtdicke, die eine Frequenzerniedrigung von 2,1 kHz für die Substratschicht alleine ergab. Bei der Durchführung der Untersuchungen wurde gereinigte Laborluft zunächst veranlaßt, durch das Gerät zu strömen, und zu einem gegebenen Zeitpunkt wurde diese Luft ersetzt durch Luft, die 2% der festzustellenden Substanz enthielt. An-

schließend wurde zur Erzielung eines stetigen Zustandes in bezug auf die Frequenzänderung erneut gereinigte Laborluft durch das Gerät geleitet. Die in den Untersuchungen erhaltenen Adsorptions-Desorptions-Prozesse sind in dem Diagramm in Fig. 3 gezeigt, in welchem die Kurve A Halothan, die Kurve B Alkohol und die Kurve C Toluol darstellt. Wie sich aus Fig. 3 ergibt, ist die Empfindlichkeit in bezug auf Halothan viel größer als in bezug auf Alkohol und Toluol, wie es sich bereits aus den in Ta~ belle 2 gezeigten Ergebnissen ergibt. Aus dem Diagramm in Fig. 3 ergibt sich aber auch, daß die Reaktionsgeschwindigkeit der Substratschicht auch in bezug auf Halothan viel größer ist als in bezug auf Alkohol und Toluol, d.h., die Geschwindigkeit der Adsorption und der Desorption ist höher. In Wirklichkeit ist die fundamentale Reaktionsgeschwindigkeit der Substratschicht in bezug auf Halothan viel größer als diejenige in dem Diagramm nach Fig. 3. Die Geschwindigkeit, mit der die Halothan-Moleküle bei Durchführung der Untersuchungen adsorbiert und desorbiert wurden, wurde in erster Linie durch die Strömungsbedingungen des Gases in den Verbindungsleitungen zum Kristalldetektor und innerhalb des Detektors bestimmt statt durch die fundamentale Adsorptionsund Desorptionsgeschwindigkeit der Substratschicht. Tests sind ausgeführt worden, in denen Versuche unternommen worden sind, 0,5% Halothan enthaltende Luft der gesamten beschichteten Oberfläche der Detektorkristalle im wesentlichen augenblicklich zuzuführen. In diesen Tests enthielt das Substrat Silikonöl 1 (DC 190),

und es hatte eine Schichtdicke von etwa 1000 A. Es wurde eine Frequenzänderung von 40 bis 50 Hz (stetige Zustandsbedingung) in dem Zeitraum von etwa 150 ms erhalten. Dies kann als eine Messung der fundamentalen Reaktionsgeschwindigkeit der Substratschicht angesehen werden, womit diese Messung somit gezeigt hat,

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daß die Reaktionsgeschwindigkeit so hoch ist, daß irgendwelche Änderungen in Abhängigkeit von der Schichtdicke keine praktische Bedeutung haben.

durchgeführt worden Ähnliche vergleichende Adsorptions-Desorptionstests sind auch / unter Verwendung von in erster Linie Silikonöl 1 (Silikon-Glykol-Polymer DC 190) und in zweiter Linie unter Verwendung eines einfachen Silikonöls ausgeführt worden, das aus Polydimethylsiloxan (Dow Corning DC 200) bestand, und zwar zum Adsorbieren von Halothan. In gleicher Weise wurden große Fequenzerniedrigungen in bezug auf die Kristalle mit beiden Substratschichten er-. halten. Infolgedessen kann angenommen werden, daß die Schichten im wesentlichen gleiche Dicke hatten. Die in den Tests erhaltenen Ergebnisse sind in dem in Fig. 4 gezeigten Diagramm dargestellt, in welchem die Kurve D Silikonöl 1 (DC 190) darstellt, während die Kurve E Polydimethylsiloxan darstellt. Das Diagramm zeigt, daß das Silikonöl 1 (Silikon-Glykol-Copolymer DC 190)-Substrat viel empfindlicher war als das Polydimethylsiloxan-Substrat, was die in Tabelle 1 gezeigten Ergebnisse bestätigt. Das Diagramm nach Fig. 4 zeigt ferner, daß das Silikonöl 1-Substrat offensichtlich viel schneller reagiert, und zwar sowohl in bezug auf die Adsorption und in bezug auf die Desorption, als das Polydimenthylsiloxan-Substrat.

Es sind auch Untersuchungen ausgeführt worden, die zeigen, daß die Frequenzerniedrigung bei Verwendung eines Silikonöl 1 (DC 190) enthaltenden Substrates, d.h. eines Silikonöls gemäß der Erfindung, bei der Feststellung des anästhetischen Gases Halothan in Luft der Halothankonzentration linear proportional ist.

1,

Es sind auch Untersuchungen ausgeführt worden,.um Halothan festzustellen, in denen Silikonöl 1 (DC 190)-Substratschichten, das ist ein Silikonöl nach der Erfindung, verschiedener Dicke verwendet wurden. Bei dieser Gelegenheit ergab die dünnste Substratschicht allein eine Frequenzerniedrigung von 240 Hz, während die dickste Substratschicht allein eine Frequenzerniedrigung von 4000 Hz ergab. In allen Fällen betrug die Konzentration an Halothan in der als Trägergas verwendeten Laborluft 2%. Es wurde festgestellt, daß die Erniedrigung in der Frequenz, das ist die Empfindlichkeit des Meßgerätes, die durch die Adsorption von Halothan durch die Substratschicht hervorgerufen wird, mit zunehmender Dicke zunimmt, wobei das Verhältnis zwischen Frequenzerniedrigung und Schichtdicke für Schichtdicken über eine Dicke im wesentlichen linear war, was zu einer Frequenzerniedrigung von etwa 700 Hz für die Schicht alleine führte.

Alles in allem kann gesagt werden, daß bei der Feststellung der Anwesenheit von Halogen-Kohlenwasserstoff und insbesondere der Anwesenheit von anästhetischen Gasen, wie Halothan, Enfluoran, Metoxyfluoran und Isofluoran, Silikonöle mit weit verzweigten Ketten oder hängenden Blöcken enthaltende Substrate, insbesondere Silikon-Glykol-Copolymere der oben beschriebenen Art, weit bessere Eigenschaften in bezug auf in erster Linie die Empfindlichkeit aber auch in bezug auf die Reaktionsgeschwindigkeit und die Selektivität im Vergleich mit anderen Silikonölen aufweisen, die nicht so weit verzweigte Ketten oder keine hängenden Blöcke haben.

Obwohl es sich als sehr vorteilhaft erwiesen hat, die Änderun-

gen in der Masse der Substratschicht, die durch die Adsorption und Desorption der zu untersuchenden Gaskomponente hervorgerufen worden sind, durch Messung der Änderungen in der Schwingungsfrequenz der piezoelektrischen Kristalle zu messen, die mit der Substratschicht versehen sind, gibt es auch andere physikalische Eigenschaften der Substratschicht, die durch die Adsorption der Moleküle der festzustellenden Gaskomponente beeinflußt sind, die für die Messung der Adsorption der Substratschicht und damit der Konzentration der infrage stehenden Gaskomponente verwendet werden können.

So kann die Substratschicht auf eine Fläche mit bekannten optischen Eigenschaften aufgebracht werden, und es können, z.B. mit Hilfe eines Eilipsometers, die Änderungen des Brechungsindexes der Substratschicht, die durch die Adsorption der infrage stehenden Gaskomponente auf der Substratschicht, gemessen werden.

Die Änderung in der Masse der Substratschicht, die durch die Adsorption der infrage stehenden Gaskomponente hervorgerufen worden ist, kann auch durch Messung der Fortpflanzungseigenschaften von akustischen Oberflächenwellen in der Schicht bestimmt werden. Zu diesem Zweck wird die Substratschicht zweckmäßig auf eine Oberfläche eines länglichen Quarzkristalles aufgebracht, der an einem Ende mit einer Elektrodenanordnung versehen ist, die an einen akustischen übertrager angeschlossen ist, um so akustische Oberflächenwellen in die Substratschicht einzuführen, während das andere Ende des Kristalls mit einer an einen akustischen Empfänger angeschlossenen entsprechenden Elektrodenanordnung versehen ist.

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Die elektrische Impedanz der Substratschicht wird durch Adsorption der festgestellten Gaskomponente auch geändert. Sie kann somit ebenfalls für Meßzwecke verwendet werden. In diesem Falle kann die Substratschicht auf eine Fläche eines elektrisch isolierten Trägerkörpers aufgebracht werden, der mit zwei fingerförmigen Elektrodenanordnungen versehen ist, die ineinandergreifen und die in die Substratschicht eingebettet sind, wobei zwischen diesen die elektrische Gleichstrom-Impedanz oder Wechselstrom-Impedanz gemessen wird.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

γ 1 ο Gerät zum Feststellen der Anwesenheit einer gegebenen Gaskomponente in einer Mischung von Gasen, gekennzeichnet durch eine auf die Oberfläche eines Tragkörpers derart aufgebrachte dünne Schicht eines Substrates, daß die Gasmischung in Berührung mit der Substratschicht gebracht werden kann, wobei die Substratschicht eine Substanz enthält, welche die Gaskomponente aus der Gasmischung selektiv und reversibel absorbieren kann, und durch eine Vorrichtung zur Messung der physikalischen Eigenschaft der Substratschicht, die durch die von der Substratschicht absorbierten Menge der Gaskomponente beeinflußt ist, wobei zur Feststellung von Halogen-Kohlenwasserstoffen, insbesondere anesthetischen Gasen, wie Halothan, Enfluoran, Metoxyfluoran, Isofluoran, die Substratschicht ein Silikonöl mit weit verzweigte Ketten oder hängende Blöcke enthaltenden Strukturformel enthält.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Silikonöl weit verzweigte Ketten oder Polyglykole enthaltende hängende Blöcke besitzt.
3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Silikonöl ein Silikon-Glykol-Copolymer mit der allgemeinen Strukturformel

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CH₃ CH₃ CH₃ CH₃

CH- - Si - O - (Si-O)x(Si-O)y - Si - CH,

CH₃ CH

C₃H₅O(C₂H₄O)rn(CH₃C₂H₃O)n H
4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Silikonöl ein zufallsorientiertes Copolymer aus Polydimethylsiloxan mit endständigen Trimethylsilyl-Gruppen mit hängenden, mit Silizium-Kohlenstoff gebundenen Blöcken aus Azetat-gepfropftem Poly-(Propylenoxid-Äthylenoxid) enthält.
5. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Silikonöl ein zufallsorientiertes Copolymer aus Polydimethylsiloxan mit endständigen Trimethylsilylgruppen mit hängenden, mit Silizium-Kohlenstoff gebundenen Blöcken aus Poly-(Äthylenoxid) mit endständigen Hydroxylgruppen enthält.
6. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper ein piezoelektrischer Kristall (2;18) ist und daß die Meßvorrichtung eine mit dem Kristall verbundenen Oszillatorschaltung (5) sowie eine Vorrichtung zum Messen von Änderungen der Oszillatorfrequenz der Oszillatorschaltung enthält.
7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung einen zweiten, identischen piezoelektrischen Kristall (19) ohne jede Substratschicht enthält, daß der zweite

Kristall (19) an eine zweite, identische Oszillatorschaltung (6) angeschlossen ist und daß eine Schaltungsanordnung zur Feststellung der Frequenzdifferenz zwischen den Schwingungsfrequenzen der beiden Oszillatorschaltungen (5,6) vorgesehen ist.
8. Gerät nach Anspruch 7/ dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kristalle (18,19) in einem gemeinsamen Gehäuse (12) montiert sind, das so ausgebildet ist, daß es einen Strom der zu analysierenden Gasmischung durch das Gehäuse hindurch ermöglicht, wobei die beiden Kristalle (18,19) mit ihren Seitenflächen parallel zur Strömungsrichtung der Gasmischung und wechselseitig symmetrisch auf gegenüberliegenden Seiten einer Symmetrieebene durch den Gasstrom angeordnet sind.
9. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung so ausgebildet ist, daß sie Änderungen im Refraktionsindex der Substratschicht mißt.
10. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung so ausgebildet ist, daß sie Änderungen in der elektrischen Impedanz der Substratschicht mißt.
11. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung so ausgebildet ist, daß sie akustische Oberflächenwellen in die Substratschicht einführt und Änderungen in der Fortpflanzung der Oberflächenwellen mißt.
12. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper ein Quarzkristall ist.

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