DE69510342T2

DE69510342T2 - Verfahren zum nachweis der permeabilität eines gegenstandes für sauerstoff

Info

Publication number: DE69510342T2
Application number: DE69510342T
Authority: DE
Inventors: Charles Barmore; Thomas Blinka; Christopher Bull; Drew Speer
Original assignee: Cryovac LLC
Current assignee: Cryovac LLC
Priority date: 1994-04-22
Filing date: 1995-04-03
Publication date: 2000-01-27
Anticipated expiration: 2015-04-04
Also published as: DE69510342D1; NZ283912A; US5583047A; EP0756704B1; CA2188436C; MXPA96004979A; CA2188436A1; BR9507503A; AU2237295A; AU680761B2; EP0756704A1; WO1995029394A1

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Patentanmeldung betrifft ein Verfahren zur Detektierung der Sauerstoffdurchlässigkeit eines Gegenstands. Dieses Verfahren gestattet die Detektierung von Defekten in einer Sauerstoffsperre, wie Nadelstichen und Rissen, sowie der Gesamtdurchlässigkeit über die Zeit. Ferner kann dieses Verfahren mehrere Male wiederverwendet werden, um zu zeigen, ob sich die Eigenschaften der Sauerstoffsperre mit der Zeit verändern. Das Verfahren ist einfach einzurichten und zu verwenden und liefert rasche Resultate. Verglichen mit der verfügbaren Technologie ist dieses Verfahren viel billiger und ergibt eine Erhöhung der Empfindlichkeit um eine Größenordnung. Im Unterschied zu verfügbarer Technologie kann dieses Verfahren die Durchlässigkeit eines Gegenstands im Raum auflösen, d. h. Schlieren, Risse, Nadelstiche und andere Merkmale nachweisen. Dieses Verfahren korreliert auch enger mit dem praxisbezogenen Einsatz, für den es ursprünglich entwickelt wurde, um eine Nahrungsmittelverpackung zu untersuchen, da es eine Nahrungsmittelnachbildung und Umgebungstemperatur, -druck, -feuchtigkeit und -gasmischungen als Testbedingungen verwendet. Insbesondere betrifft diese Patentanmeldung verbesserte fluoreszierende Sauerstoffindikatorformulierungen, die leichtere Probenvorbereitung und größere Indikatorstabilität ermöglichen.

Hintergrund der Erfindung

Es ist gefunden worden, daß polymere Materialien zu dünnen transparenten Folien gezogen werden können. Wenn dies durchgeführt wird, ist es allerdings schwierig zu sagen, ob die Folie richtig gefertigt worden ist oder ob sie Defekte aufweist, insbesondere wenn die Folie mehrere Schichten hat. Viele kritische Defekte sind nicht sichtbar. Die Eichung der Dicke von Hand ist nicht durchführbar. Das Standardanalyseinstrument zum Messen der Sauerstoffdurchlässigkeit, wie in der US-A-5 107 696 beschrieben, kann nur die durchschnittliche Durchlässigkeit über einen Bereich von typischerweise 5 Quadratzoll (32, 258 cm²) nachweisen.
Es sind verschiedene Verfahren zum Messen der Anwesenheit von Sauerstoff zur Anwendung in verschiedenen Systemen bekannt. Flüssige Systeme sind in der US-A-4 6S9 674 von Bauman et al., 21. April 1987, diskutiert, die eine ionenspezifische Elektrode offenbart. Die Möglichkeit der Bestimmung des Sauerstoffdurchlässigkeit über eine Veränderung des pH-Werts wird diskutiert, aber es wird nur die Gesamtdurchlässigkeit offenbart, und Oberflächendefekte wie Nadelstiche in einer Sperrschicht können nicht nachgewiesen werden.
Die Sauerstoffmenge in einem gasförmigen Strom ist auch gemessen worden. Beispielsweise betrifft die US-A-3 725 658 von Stanley et al., 3. April 1973, eine medizinische Sauerstoffanalysevorrichtung. Sie offenbart eine Apparatur und ein Verfahren zum kontinuierlichen Nachweis von raschen Veränderungen des Sauerstoffgehalts eines Gasstroms; d. h. eine Gesamtansprechzeit von nicht mehr als 0,1 Sekunden pro Messung. Die Druckschrift basiert auf der Verwendung eines fluoreszierenden Materials wie Pyren, Coronen und p-Terphenyl, dessen Fluoreszenz durch Anwesenheit von Sauerstoff teilweise gelöscht wird. Es ist umfassende mechanische Unterstützung erforderlich. Es gibt keine räumliche Auflösung des Sauerstoffflusses.
Sauerstoffdetektoren sind beim Verpacken verwendet worden. Die US-A-4 526 752 von Perlman, 2. Juli 1985, betrifft eine verfälschungssichere Verpackung. Ein Farbstoff wie Methylenblau, der im reduzierten Zustand farblos ist und sich unter Einwirkung von Sanerstoff verfärbt, wird zusammen mit einem flüchtigen Reduktionsmittel in Wasser aufgelöst. Das Reduktionsmittel wird zusammen mit dem Wasser entfernt, vorzugsweise im Vakuum, und die Verpackung wird versiegelt. Wenn die Verpackung angebrochen wird, verfärbt sich der Farbstoff unter Einwirkung von Luft. Die Farbveränderung der Verpackung ist irreversibel.
Ein weiterer Typ von Sauerstoffdetektor wird in der US-A- 3 768 976 von Hu et al., 30. Oktober 1973, verwendet, die einen Temperatur-Zeit-Indikator für Nahrungsmittelverpackungen betrifft. Der Indikator ist eine Folienverpackung, die eine wäßrige Lösung eines Redox-Farbstoffs wie Natriumanthrachinon-β sulfonat enthält. Der Farbstoff ist in seinem reduzierten Zustand dunkelrot und verdeckt einen Warnhinweis. Wenn Sauerstoff in die Verpackung in einer Menge, die von Temperatur und Zeit abhängt, eindringt, verblaßt der Farbstoff und der Warnhinweis wird sichtbar. Dieses System ist nicht reversibel und die räumliche Auflösung der Rate der Sauerstoffdurchlässigkeit wird nicht offenbart oder diskutiert.
In ähnlicher Weise offenbart die US-A-4 169 811 von Yoshikawa, 2. Oktober 1979, einen Sauerstoffindikator, der ein Farbstoff, eine Base und ein Reduktionsmittel ist. Der Farbstoff hat eine Farbe in einer anaeroben Umgebung und eine andere Farbe in einer aeroben Umgebung. Diese Farbstoffe sind Derivate von Methylenblau. Es wird offenbart, daß diese Farbstoffe die Anwesenheit von Wasser oder einem Alkohol brauchen, um zu funktionieren. Es wird offenbart, daß die Reduktionsmittel Saccharide, Dithionite und Eisen(II)verbindungen sind. Die Sauerstoffempfindlichkeit wird als so niedrig wie 0,1% [Spalte 6, Zeile 65] offenbart.
In der GB-A-2 132 348 wird eine Sonde offenbart, die auf der Verwendung von Komplexen der Platinmetallgruppe basiert, die bei Anregung durch sichtbares Licht oder UV-Licht Lumineszenz zeigen und durch Sauerstoff und andere Materialien gequencht werden. Ein Sensor, der den Metallkomplex in einen Träger einbaut, welcher durchlässig für Sauerstoff und relativ undurchlässig für andere Quenchmittel sein muß, wird der Umgebung ausgesetzt und Sauerstoff dringt in den Träger ein und quencht die Fluoreszenz des Metallkomplexes teilweise. Die quench-abhängige Abnahme der Intensität oder Lebensdauer der Lumineszenz wird gemessen und mit der Anwesenheit von Sauerstoff korreliert. Die Genauigkeit und Richtigkeit betragen etwa 2%. Die räumliche Auflösung der Sauerstoffdurchlässigkeit ist nicht offenbart. Die Verwendung eines mit pH-Papier verwandten Sensors wird diskutiert, wobei gesagt wird, daß er nur halbquantivative oder qualitative Sauerstoffüberwachung ergibt (Spalte 8, Zeilen 116 bis 126).
Das Problem bei vielen Indikatoren besteht darin, daß sie mit den gebräuchlichsten Trägern physikalisch nicht verträglich sind.
Die US-A-4 657 736 von Marsoner et al., 14. April 1987, spricht diesen Punkt an, indem offenbart wird, daß Fluoreszenzindikatoren mit tert.-Butylchlorid umgesetzt werden können, um sie verträglich mit Silikonpolymerträgern zu machen, um zu vermeiden, daß der Indikator auf dem Polymer auskristallisiert.
Was gebraucht wird, ist ein Verfahren zum Nachweis der Sauerstoffdurchlässigkeit durch ein Sperrmaterial hindurch, das zur Qualitätskontrolle bei der alltäglichen Herstellung von Polymerfolien und anderen Gegenständen und zur Konstruktion und Entwicklung von neuen Sauerstoffsperrmaterialien brauchbar ist. Das Verfahren soll relativ schnell sein und sowohl qualitativ als auch quantitativ arbeiten. Es soll auch bei Bedarf aktivierbar sein und auch Herstellungsmängel wie Schlieren und Nadelstiche entdecken können. Ebenfalls erwünscht sind Verfahren und Vorrichtungen zur Automatisierung dieses Verfahrens, zur Verbesserung der Kosten und bequemen Durchführung.
Obwohl diese Beschreibung in Hinsicht auf eine spezielle Endanwendung geschrieben worden ist, werden Fachleute leicht erkennen, daß die Erfindung ein allgemeines Werkzeug zum Nachweis von Rissen und Nadelstichen überall dort ist, wo Sauerstoff als Indikator verwendet werden kann. Sie kann beispielsweise zum Nachweis (Detektieren) von Defekten in Bögen aus Aluminiumfolie verwendet werden. In diesem Fall liegt das Hauptinteresse möglicherweise nicht in der Sauerstoffdurchlässigkeit, wenn man an der physikalischen Integrität der Metallfolie interessiert ist. In ähnlicher Weise könnte auch die Integrität von undurchsichtigen (opaquen) Materialien oder Materialien mit nicht geradlinigen Gängen wie Keramiken untersucht werden.
Die Erfinder haben gefunden, daß ein System, welches auf der Reaktion eines Redoxindikators basiert, zur Messung der Sauerstoffdurchlässigkeit in hohem physikalischen Detail verwendet werden kann, das bedeutet, es kann ein Bild der Durchlässigkeit des Sperrmaterials anfertigen. Dieses Bilderzeugungssystem für niedrige Sauerstoffdurchlässigkeit (Low Oxygen Transmission Imaging System, "LOTIS") kann sowohl im qualitativen als auch im quantitativen Modus verwendet werden.

Aufgaben und Vorteile der Erfindung

Es ist somit eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren zum Nachweis der Durchlaßrate eines Gegenstands für Sauerstoff durch ein Sperrmaterial an unterschiedlichen Positionen (Stellen) sowie eine Vorrichtung hierfür zu schaffen.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine stabile Schicht als Nachweiskomponente für die Sauerstoffanalyse zu schaffen, die eine in einem Trägermaterial dispergierte Redoxverbindung umfaßt, wobei die Schicht auf ein Substrat aufgebracht und wiederverwendbar ist.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung von Indikatorformulierungen, die sowohl verbesserte Farbstoffstabilität und Handhabungscharakteristika zeigen als auch extrudierbare Formulierungen liefern. Eine weitere Aufgabe ist die Schaffung zusätzlicher photoreduzierbarer Indikatorfarbstoffe. Diese Erfindung bietet eine Reihe von Vorteilen einschließlich der Leichtigkeit und Geschwindigkeit, mit der eine räumliche Darstellung der Sauerstoffdurchlässigkeit eines Gegenstands erhalten werden kann.
Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß die Redoxverbindung und der Träger unbegrenzt lange unter Umgebungsbedingungen, d. h. Bedingungen mit Sauerstoffkontakt, aufbewahrt werden können. Vorhergehende Systeme, die chemische Reduktionsmittel und Redoxfarbstoffe verwendeten, mußten aufgrund ihrer Reaktivität mit Sauerstoff frisch hergestellt und verwendet werden.
Der Typ der Redoxverbindung oder Mischung von Redoxverbindungen kann verändert werden, um Testresultate in einem bequemen Zeitintervall zu erhalten.
Die Verwendung von unterschiedlichen Typen von Trägern kann zu stabileren Fluoreszenzformulierungen führen, spezielle Formu lierungen sind extrudierbar und daher an mechanisierte Tests gut angepaßt.
Gemäß einer ersten Ausführungsform liefert die Erfindung ein Verfahren zum Detektieren der Durchlässigkeit eines Gegenstandes für Sauerstoff, bei dem
der Gegenstand auf einem Träger angeordnet wird, der darin dispergiert einen Redoxindikator und ein Photoreduktionsmittel aufweist,
der Redoxindikator durch Einwirkung von UV-Licht oder sichtbarem Licht photoreduziert wird, wodurch restlicher Sauerstoff aus dem Träger und dem Gegenstand entfernt wird,
der Gegenstand und der Träger eine Zeit lang Sauerstoff ausgesetzt werden und
der Redoxindikator UV-Licht oder sichtbarem Licht für eine Sichtbarmachung von Redoxveränderungen ausgesetzt wird,
wobei der Redoxindikator ein Azin, Thiazin, Oxazin oder eine Mischung derselben ist, das/die in Kombination mit einem Flavin verwendet wird.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform liefert die Erfindung ein Verfahren zur Detektierung der Durchlässigkeit eines Gegenstandes für Sauerstoff, bei dem
der Gegenstand auf einem Träger angeordnet wird, der darin dispergiert einen Redoxindikator und ein Photoreduktionsmittel aufweist, wobei der Träger ein extrudierbares thermoplastisches Polymer ist,
der Redoxindikator durch Einwirkung von UV-Licht oder sichtbarem Licht photoreduziert wird, wobei restlicher Sauerstoff aus dem Träger und dem Gegenstand entfernt wird,
der Gegenstand und der Träger eine Zeit lang Sauerstoff ausgesetzt werden und
der Redoxindikator UV-Licht oder sichtbarem Licht zur Sichtbarmachung von Redoxveränderungen ausgesetzt wird,
wobei der Redoxindikator ein Flavin ist, das allein oder in Kombination mit einem Azin, Thiazin, Oxazin oder einer Mischung derselben verwendet wird.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Zur Verwendung dieser Erfindung wird ein Redoxindikator in einem Trägermaterial mit einem Photoreduktionsmittel dispergiert und auf einem Träger angeordnet, der keine potentielle Sauerstoffquelle ist. Der Gegenstand, welcher untersucht wird, wird neben dem Indikator angeordnet, um eine Sandwichstruktur oder Platte herzustellen. Es ist bevorzugt, daß der Restsauerstoff in dem Trägermaterial und dem Gegenstand selbst entfernt werden. Dies erfolgt zweckmäßig durch Spülen mit Stickstoff oder eine Vakuumbehandlung der Platte oder beides, gefolgt von Photoreduktion. Zur Photoreduktion des Indikators wird für einen empirisch bestimmten Zeitraum die Platte UV-Licht oder beliebigem fluoreszierenden oder Glühlicht aus der Umgebung ausgesetzt. Die photoreduzierte Platte ist nun im wesentlichen frei von Fluoreszenz, weil sich der Indikator in photoreduziertem Zustand befindet. Die Untersuchung der Platte unter UV-Licht bestätigt die Abwesenheit von Fluoreszenz.
Um die Durchlässigkeit des Gegenstands für Sauerstoff zu messen, wird die Platte unter Umgebungsbedingungen im Dunkeln für einen festgelegten Zeitraum ins Gleichgewicht kommen gelassen. Dann wird die Platte daraufhin UV- oder sichtbarem Licht ausgesetzt, um die Fluoreszenz des oxidierten Indikators anzuregen. Bereiche mit relativ niedriger Durchlässigkeit sind dunkel, während Bereiche mit höherer Durchlässigkeit eine stärkere Fluoreszenz zeigen. Die Lage von Schlieren, Nadelstichen und Oberflächenartefakten kann bis zu einer Position innerhalb eines Bereichs von 1/16 Zoll² (0,40 cm²) aufgelöst werden. Es ist für die quantitative Durchführung dieser Erfindung wichtig, daß das zur Ablesung der Fluoreszenz der Platte verwendete Licht eine solche Intensität und Dauer hat, daß es keine signifikante Photoreduktion verursacht.

Indikator

Ein auf Riboflavin als Redoxindikator basierendes System ist bevorzugt, weil
1) Riboflavin in zwei Redoxzuständen existiert: einem oxidierten Zustand mit hoher Fluoreszenz und einem reduzierten, viel weniger stark fluoreszierenden Zustand. Dieser zweite Zustand zeigt eine schwache Fluoreszenz bei einer anderen Wellenlänge als der erste, die leicht mit geeigneten Filtern entfernt werden kann.
2) Riboflavin in Gegenwart eines Opferphotoreduktionsmittels wie Ethylendiamintetraessigsäure ("EDTA") oder Oxalat photoreduzierbar ist. "Photochemistry of Flavines", Penzer & Radda, Methods in Enzymology, Band XVIII, Teil B, Seiten 479 bis 495, Academic Press, NY, (1971). Die Photoreduktion ist in diesem Kontext wichtig, weil sie einen erheblichen Vorteil gegenüber chemischen Reduktionsverfahren liefert. Es sei darauf hingewiesen, daß EDTA Riboflavin in Abwesenheit von Licht nicht reduziert. Die Platten können bei Bedarf aktiviert werden. Außerdem ist, wenn das Riboflavin erst einmal reduziert ist, kein überschüssiges chemisches Reduktionsmittel vorhanden. Die nachfolgende Reoxidationsreaktion ist als quantitativ bekannt. "Fluorometric Analyses of Riboflavin and Its Coenzymes", Kozoil, Methods in Enzymology, Band XVIII, Teil B, Seiten 253 bis 285 : 256, Academic Press, NY, (1971).
3) Reduziertes Riboflavin mit Sauerstoff hochreaktiv ist, um den oxidierten Zustand wieder herzustellen. Außerdem ist im Kontext dieser Erfindung der Sauerstoff, wenn er erst einmal reagiert hat, fixiert und es tritt wenig Diffusion auf. Unter Verwendung dieses Verfahrens angefertigte Bilder sind relativ scharf.
4) Riboflavin (auch als Vitamin B2 bekannt) biologisch verträglich ist und so seine Verwendung nicht zu umweltrechtlichen Bedenken führt.
Dieses System wird mit Riboflavin beschrieben, weil es ein Redoxindikator ist, der für die erfindungsgemäßen Zwecke besonders geeignet ist.
Es sind jedoch auch verschiedene Flavinderivate und andere Redoxfarbstoffe wie die Azin-, Thiazin- und Oxazinderivate einsetzbar und können unter bestimmten Bedingungen erwünscht sein. Beispielsweise oxidiert Riboflavin so rasch, daß es in dem vorliegenden Verfahren nicht zweckmäßig ist, Riboflavin zu verwenden, um den Sauerstoffdurchlaß von hochdurchlässigen Folien wie dünnem Polyethylen direkt zu bestimmen. Ein arbeitsfähiger Ansatz zur Messung der Durchlässigkeit solcher Folien besteht in der Verminderung der Sauerstoffmenge in der Testgasmischung. Dies würde natürlich die Zufuhr- und Handhabungsgeräte für zusätzliches Gas erfordern. Ein anderer Ansatz bestünde darin, einen Redoxfarbstoff zu verwenden, der langsamer mit Sauerstoff reagiert, wie Methylenblau. Eine Variante dieser Technik wäre die Verwendung zweier Farbstoffe mit unterschiedlichen Oxidationsgeschwindigkeiten. In Beispiel 6 wird beispielsweise Methylenblau zusammen mit Riboflavin verwendet. Das Riboflavin liefert ein bequemes Verfahren zur Photoreduktion (im Unterschied zur chemischen Reduktion) des Methylenblaus.
Methylenblau ist als chemisch reduzierbar bekannt. Wenn es als Sauerstoffindikator verwendet werden soll, muß es im reduzierten Zustand angeordnet werden und dann vor Einwirkung von Sauerstoff geschützt werden. Zur genauen Bestimmung müßte die Menge an chemischem Reduktionsmittel genau zu der Menge an vorhandenem Methylenblau passen. Zudem müßten das Methylenblau und das chemische Reduktionsmittel rasch gemischt und sofort und physikalisch vor Luft isoliert werden. Das Verfahren ist nicht reversibel.
Wenn das Riboflavin zugesetzt wird, können das Methylenblau und Riboflavin gemischt und ein Indikatorstreifen hierin in einem oxidierten Zustand eingeweicht werden und unter Bedingungen mit Sauerstoffkontakt gelagert werden. Nach Wahl der Bedienungsperson werden Indikatorstreifen und Testgegenstand zusammen in einem Testpaket angeordnet, restlicher Sauerstoff wird entfernt und das Testpaket wird Licht ausgesetzt. Bei Einwirkung von Licht wird das Riboflavin zu einer Substanz namens Leuko- Riboflavin photoreduziert, das ein potentes chemisches Reduk tionsmittel ist. Das Leuko-Riboflavin reduziert dann rasch das Methylenblau, wodurch ein bequemes Verfahren zum Erhalten von reduziertem Methylenblau im Inneren eines versiegelten Pakets geliefert wird. Das Paket kann dann im Dunklen Umgebungsbedingungen ausgesetzt werden und das Methylenblau kann auf den Sauerstoff ansprechen, der in den Indikatorstreifen permeiert. Bereiche des Testgegenstands mit höheren Durchlässigkeiten werden rascher blau als Bereiche mit niedriger Durchlässigkeit.
Genaue Kontrolle der relativen Mengen an Methylenblau und Riboflavin ist nicht erforderlich und der Test ist wiederholbar. Zudem kann dieses Testverfahren mit sichtbarem Licht anstelle von ultraviolettem Licht arbeiten, ein eindeutiger Vorteil, wenn die Reaktion auf sichtbares Licht erwünscht ist. Dieses Verfahren liefert eine bequemere Zeitskala in Minuten anstelle von Sekunden zum erneuten Oxidieren des Indikatorfarbstoffs.
Ein potentielles Problem bei Methylenblau ist das permanente Bleichen durch Licht infolge von Instabilität des Farbstoffs. Oxazinfarbstoffe wie Nilblau A und Celestinblau sind stabiler als Thiazinfarbstoffe wie Methylenblau. Da jeder Farbstoff mit einem Redoxpotential unter dem von Riboflavin bequem durch dieses photoreduziert werden kann, könnte ein Riboflavin/Oxazin-Indikator besonders vorteilhaft sein, wenn wiederholte Tests erwünscht sind.
Der Durchschnittsfachmann erkennt leicht, daß andere Redoxsysteme verwendbar sind, insbesondere für Anwendungen außerhalb des Lebensmittelbereichs.

Trägermaterial

Das Trägermaterial kann ein leicht handhabbares Gel wie Gelatine, Maisstärke, Agar, etc. sein. Der Durchschnittsfachmann erkennt, daß jeder Feststoff oder jede Flüssigkeit, in dem bzw. der der Redoxindikator dispergierbar ist und der bzw. die die gewünschten Handhabungseigenschaften aufweisen, verwendet werden kann.
Ein besonders erwünschter Träger wäre einer, der extrudierbar ist. Theoretisch ist jedes extrudierbare Thermoplast, in dem der Redoxindikator dispergierbar ist, erfindungsgemäß verwendbar. Ein Thermoplast hat gegenüber einem Träger wie Gelatine einen zusätzlichen Vorteil, weil ein Thermoplast nicht so leicht von Mikroorganismen angegriffen wird. Solche Materialien schließen Polymere und Copolymere von Ethylenoxid, Vinylalkohol, Vinylacetat, Acrylsäure und Methacrylsäure ein. Polyethylenoxid mit hohem Molekulargewicht ist im Handel erhältlich als die PolyoxTM-Reihe von Polymeren von Union Carbide Corp., Danbury, Ct., und ist bevorzugt.
Der Träger ist irgendeine Bahn aus Material, das weniger sauerstoffdurchlässig als der Testgegenstand ist, nicht fluoresziert und die geeigneten Handhabungseigenschaften für den Anwendungsbereich hat. Geeignete Träger könnten Glas- oder Kunststoffplatten oder flexible Folien sein.

Photoreduktionsmittel

Das Photoreduktionsmittel kann irgendein organisches aliphatisches Amin oder irgendeine Aminosäure sein, die als Elektronenquelle wirkt, d. h. oxidiert werden kann. Von diesen können Ethylendiamintetraessigsäure, Triethanolamin und Triethylamin genannt werden. Zucker funktionieren ebenso wie Riboflavin selbst und verschiedene Flavinderivate und auch Alkohole.

Andere Komponenten

Es können auch Beschleuniger zugesetzt werden, für die ein Puffer wie Trinatriumcitratdihydrat ein Beispiel ist. In diesem Kontext beschleunigt ein Beschleuniger die Photoreduktionsstufe, was zu einer kürzeren Untersuchungszeit führt. Es können bis zu etwa 3 Gew.-% verwendet werden.
Es können auch Streuungsmittel verwendet werden, um die Fluoreszenzreaktion zu steigern. Es kann irgendein teilchenförmiges oder faseriges Material verwendet werden. Titandioxid und feingemahlene Silikagelteilchen oder Papierfaser kann verwendet werden. Zusätzlich können andere Additive wie Antischaummittel und Schimmelhemmstoffe zugesetzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann durch das nachfolgende Protokoll illustriert werden, das leicht angepaßt werden kann, um den Anforderungen der Erfindung zu entsprechen.
Ein Stück Adsorbenspapier wird mit einer warmen Gelatinemischung gesättigt:
Bestandteil Gew.-%
Riboflavin 0,01
Gelatine 7,0
Dinatrium-EDTA 0,7
Das Indikatorpapier wird dann abgekühlt und die Gelatine wird gelieren gelassen. Das Indikatorpapier kann an diesem Punkt für eine unbegrenzte Zeit, vorzugsweise unter Schwachlichtbedingungen, gelagert werden, wobei darauf geachtet wird, daß das Austrocknen der Gelatine vermieden wird. Das Indikatorpapier wird dann auf einer Glasplatte angeordnet, die eine größere Oberfläche als das Indikatorpapier hat. Ein Wulst Schliffett wird um den Rand des Indikatorpapiers herum gestrichen und die Testfolie wird glatt über sowohl das Papier als auch den Wulst gezogen. Die Platte wird in eine Tüte mit hoher Sauerstoffsperrwirkung getan und es wird Vakuum angelegt. Diese Stufe dient den beiden Zwecken, der Platte (Träger, Indikator und Testfolie) so viel Sauerstoff wie möglich zu entziehen und zwingt auch das Schliffett, eine Versiegelung zwischen der Testfolie und dem Träger zu bilden. Nach der Vakuumbehandlung sind die Platten stapelbar und leicht handhabbar.
Die Platte wird dann durch Einwirkung von starkem UV-Licht oder sichtbarem Licht photoreduziert, während sie sich noch in der Vakuumtüte befindet. Wenn mit dem Test begonnen wird, wird die Tüte entfernt und die Platte wird im Dunkeln Umgebungsbedingungen ausgesetzt. Nach einem gegebenen Zeitraum wird die Platte wiederum kurz mit UV-Licht belichtet. Bereiche mit relativ hoher Durchlässigkeit heben sich als helle Flecken gegen den dunklen Hintergrund ab. Gewünschtenfalls kann eine quantitative Auflö sung der Sauerstoffdurchlässigkeit unter Verwendung bekannter Fluoreszenznachweisverfahren erhalten werden.
Der Durchschnittsfachmann erkennt leicht, daß sich dieser Test an eine Vielfalt von Materialien und Bedingungen anpassen läßt. Beispielsweise ist das Testverfahren wie beschrieben zweckmäßig zur Verwendung mit transparenten Folien mit einer Sauerstoffdurchlaßrate von etwa 0,001 bis 200 cm³/m² (atm·Tag). Gegenstände mit höherer Sauerstoffdurchlässigkeit können unter Verwendung einer niedrigeren Sauerstoffkonzentration in dem Testgasgemisch oder unter Verwendung eines anderen Indikators untersucht werden. Gegenstände mit sehr niedriger Sauerstoffdurchlässigkeit können untersucht werden, ohne die Vakuumtüte überhaupt zu entfernen. Die in dieser Patentanmeldung beschriebenen Folien sind transparent und die Fluoreszenzablesungen erfolgten von der Probenseite der Platten. Nicht transparente Gegenstände (wie bedruckte Tüten oder Aluminiumfolie) können unter Verwendung eines transparenten Trägers auch untersucht werden. In diesem Fall erfolgen die Fluoreszenzablesungen von der Trägerseite der Platte.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1. Fig. 1 bis 4 sind graphische Darstellungen der Fluoreszenzniveaus der Folienproben A bis D..
2. Fig. 5 ist ein Vergleich der LOTIS- und OTC-Daten in Fluoreszenzeinheiten pro Stunde.
3. Figur. 6 ist ein Photo einer beschädigten Sauerstoffsperrfolie.
4. Fig. 7 ist ein Photo einer Folienprobe mit einem Fertigungsdefekt.
5. Fig. 8 ist ein Photo eines mikroskopischen Querschnitts der Folie aus Fig. 7 im Bereich des Defekts.
6. Fig. 9 ist eine Auftragung der Veränderung der Fluoreszenzintensität von Formulierungen, die Lumichrom- und Riboflavin-Indikatorfarbstoffe enthalten, über mehrere Redoxcyclen.
7. Fig. 10 ist ein Vergleich der Fluoreszenzintensität von Photoreduktion zu erneuter Oxidation für Riboflavin, Lumichrom und Alloxazin.
8. Die Fig. 11 und 12 vergleichen Veränderungen der Fluoreszenzintensität von mehreren unterschiedlichen Trägerformulierungen über mehrere Redoxzyklen.
9. Die Fig. 13 bis 15 illustrieren die Veränderung der Fluoreszenzintensität für mehrere schmelzverarbeitete Indikatorformulierungen über mehrere Redoxzyklen.
Die folgenden Beispiele illustrieren die Verwendung der hier beschriebenen Erfindung, ohne ihre Reichweite oder die Reichweite der angefügten Patentansprüche zu beschränken.

Beispiel 1 (Referenzbeispiel)

Vergleich von LOTIS mit Standardinstrumentenwerten

Rohwerte für die Sauerstoffdurchlässigkeit derselben 50 cm² Bereiche von vier Proben aus unterschiedlichen Sauerstoffsperrfolien wurden unter Verwendung der vorliegenden Erfindung (LO- TIS) als auch einer Ox-TransTM 1000 Anlage von Modern Controls, Inc., Minneapolis, Minn. verglichen.
Es wurde ein Gel angefertigt, das ein Oxidations-Reduktions-System mit Riboflavin als oxidierbarem Substrat und Natrium-EDTA als Reduktionshilfsmittel während des Photoreduktionsverfahrens enthielt. Das Rezept für das Gel war wie folgt:
Gelatine 7 g/100 ml Wasser
Dinatrium-EDTA 300 mg/100 ml Wasser
Riboflavin 20 mg/100 ml Wasser
Antischaum B 1 Tropfen (um Schäumen der Lösung zu verhindern)
Das EDTA wurde zuerst unter Verwendung eines Magnetrührers und gelindem Erwärmen in dem Wasser aufgelöst. Nachdem das EDTA vollständig aufgelöst war, wurde die Gelatine zugesetzt, wobei das Becherglas auf geringer (niedriger) Wärme gelassen wurde.
Als die Gelatine vollständig hydratisiert und aufgelöst war, wurde das Riboflavin zugesetzt. Die Mischung wurde gerührt, bis das Riboflavin gut vermischt erschien, und dann in einen flachen, schwach geheizten Doppelsiedeapparat getan. Stücke von Absorbenspapier 3MM CHRTM Chromatographiepapier, nicht fluoreszierend, von Scientific Products, Charlotte, NC, wurden in den Doppelsiedeapparat gegeben und das Gel aufsaugen gelassen. Die Aufgabe bestand darin, das Gel warmzuhalten, damit es nicht steif wurde, bevor das Papiermedium imprägniert worden war, wobei das Gel jedoch nicht verbrennen oder anbrennen sollte. Nachdem das Absorbenspapier mit dem warmen Gel imprägniert worden war, wurde das überschüssige Gel vorsichtig unter Verwendung einer Walze von dem Medium entfernt und das imprägnierte Papier wurde in einen Kühlschrank getan, damit das Gel fest wurde.
Die Indikatorstreifen wurden auf beiden Seiten mit einem Zerstäuber angefeuchtet und auf Glasplatten gelegt. Ein Wulst aus Schliffett (Vakuumfett) wurde um die Ränder des Streifens herum gestrichen. Das Testmaterial wurde über sowohl dem Indikatorstreifen als auch dem Schliffett glatt gezogen. Eine Begrenzung aus doppelseitigem Klebeband wurde um die äußerste Kante der Glasplatte geführt, um das Versiegeln des Testmaterials zum Verhindern von Sauerstoffundichtigkeit zu unterstützen. Die hergestellten Platten wurden in einer Plastiktüte vakuumverpackt, die eine hohe Sperrwirkung für Sauerstoffdurchlaß hatte, und wurden unter Fluoreszenzlichtern photoreduziert. Die Tüte wurde entfernt und es wurde ein Bild aufgezeichnet, um den Anfangszustand der Fluoreszenz von jeder Platte aufzuzeichnen. Die belichteten Platten wurde zum Schutz vor Licht in einen dunklen Schrank getan, während sie oxidierten. Nachfolgende Aufnahmen der oxidierenden (und fluoreszierenden) Platten wurden in verschiedenen Zeitintervallen gemacht und wurden unter Verwendung eines Computers und geeigneter Software digital aufgezeichnet. Es ist zu erkennen, daß die Lichtmengen, die zur Aufzeichnung der Fluoreszenz verwendet wurden, viel geringer als solche waren, die zur Verursachung der Photoreduktion nötig sind.
Wenn die Platten ausreichend stark fluoreszierten - nach mehreren (8 oder mehr) Stunden Einwirkung oder nachdem "Roh"- fluoreszenzablesungen von über 200 analog-zu-digital-Umwandlungseinheiten erreicht waren, wurde ein Kreis von ungefähr 3,15 Zoll (8,01 cm) Durchmesser (annähernd 7, 8 Zoll oder 50 cm²) auf das Testmaterial gemalt, um den genauen Bereich zur Bewertung der Sauerstoffdurchlässigkeit sowohl gemäß dem LOTIS-Verfahren als auch mit der Ox-Trans-Anlage zu markieren. Die mittlere Pixelzählung (Fluoreszenzniveau) des Testbereichs in jedem Zeitintervall wurde unter Verwendung der geeigneten Software bestimmt und wurde für alle untersuchten Materialien wiederholt. Diese Pixelzählungen wurden in einer graphischen Darstellung gegen die Zeit aufgetragen. Die Werte in dem "linearen" Anteil der graphischen Darstellung wurden verwendet, um eine "Bestfit-Linie" und lineare Regressionsgleichung zu bestimmen, die in den Fig. 1 bis 4 gezeigt sind. Die Neigung dieser Regressionsgleichung = "b", wenn die Gleichung in der Form Y = a+bx vorliegt, sollte proportional zu der Sauerstoffdurchlaßrate des Materials sein.
Die Sauerstoffdurchlaßraten der Testbereiche wurden unter Verwendung einer Ox-Trans 1000TM Anlage gemäß dem Standardverfahren bestimmt.
Ein anfänglicher nicht-linearer Zeitraum wurde beobachtet, der für jeden gegebenen Materialtyp typisch war. Ohne sich auf eine Theorie festlegen zu wollen, wird angenommen, daß dieser Zeitraum das Einstellen eines Gleichgewichtszustands des Sauerstoffdurchlasses durch die Folie hindurch wiedergibt. Als das System erst einmal ins Gleichgewicht gekommen war, nahm die Fluoreszenz allerdings wie erwartet in linearer Weise mit der Zeit zu.
Die Werte für jede Probe sind in der folgenden Tabelle 1 aufgeführt. Die durchschnittliche Durchlaßrate über einen Zeitraum für jede Probe, wie gemäß dem LOTIS-Verfahren gefunden wurde, wurde mit dem Einzelwert je Zählung verglichen, der mit dem Standardinstrument erhalten wurde. Die LOTIS-Einheiten sind als Fluoreszenzeinheiten/Stunde angegeben. Die Rohdaten mußten ge eicht werden, um Kamera- und Linsenempfindlichkeit zu korrigieren. Das System ist an den Rändern weniger empfindlich. Demnach kann die Korrektur entweder physikalisch oder mathematisch unter Verwendung einer kuppelförmigen Funktion erfolgen, die für eine gegebene Linse charakteristisch ist. Die Korrelation unter den unterschiedlichen Proben von jedem Materialtyp war gut.
Die vier unterschiedlichen Materialien hatten jeweils unterschiedliche Gesamtraten der Sauerstoffdurchlässigkeit. Wenn diese Gesamtraten mit den Instrumentenwerten unter Verwendung einer logarithmischen Auftragung verglichen wurden, wurde ein lineares Resultat mit hohem Korrelationskoeffizienten (R-0,99997) angegeben (Siehe Fig. 5).
Zusammengefaßt zeigen diese Experimente, daß die Korrelation zwischen dem LOTIS-System und dem Standardinstrument eng genug zum Einsatz für quantitative Anwendungen ist. Tabelle 1
Korrigiert auf Kameralinsenempfindlichkeit
Kalibrierte kuppelförmige Funktion (im Text).

Beispiel 2

Nachweis von Schäden

Fig. 6 ist eine Aufnahme einer experimentellen Polyesterfolie (E) von 1 mil (2,54·10&supmin;&sup5; m) Stärke, die mit 1000 Å (0,1 um) Siliciumdioxid beschichtet ist, das als Sauerstoffsperre wirkt. Diese Folie wurde absichtlich zerknittert, um die Siliciumdioxidbeschichtung zu zerstören. Die durch den Pfeil markierte fluoreszierende Linie entspricht der Knitterstelle.

Beispiel 3

Nachweis eines Fertigungsfehlers

Eine Probe einer vierschichtigen Sauerstoffsperrfolie, die eine stark fluoreszierende Schliere zeigte, als sie unter Verwendung des LOTIS-Systems getestet wurde, wurde mit dem Mikroskop untersucht. Fig. 7 ist eine Aufnahme der fluoreszierenden Platte. Fig. 8 ist eine Aufnahme des mikroskopischen Querschnitts des gleichen Materials im Bereich der fluoreszierenden Schliere. Zone 1 zeigt die intakte Vierschichtenstruktur von etwa 1,7 mil (4,318·10&supmin;&sup5; m) Dicke von dem nicht fluoreszierenden Bereich, der auf der Fig. 7 mit "NF" markiert ist. Die Schichten waren wie folgt:
Zone II zeigt eine Verdünnung der Schichten 1 und 2. Zone III zeigt das Fehlen der Schichten 1 und 2. Zone III ist von dem stark fluoreszierenden Bereich genommen, der in Fig. 6 mit "F" markiert ist.
Diese Technik kann auch brauchbar sein, um extrusionsbedingte Veränderungen der Sauerstoffsperrmaterialien zu entdecken, die streng genommen keine Defekte in einem gegebenen Material sind. Diese Technik kann als Werkzeug zum Analysieren von Veränderungen der Schichtdicke, Gleichförmigkeit des Mischens und Besonderheiten am Anfang und am Ende der Extrusion verwendet werden. Wenn das Sperrmaterial auf eine Oberfläche aufgebracht wird, können Aufbringungsmuster in dem Ausmaß, wie sie die Sauerstoffdurchlässigkeit betreffen, nachgewiesen werden.

Beispiel 4 (Referenzbeispiel)

Zusätzliche Sauerstoffindikatorfarbstoffe

Zwei Sauerstoffindikatorformulierungen wurden wie folgt hergestellt: Es wurde eine 2% Agarlösung in mit "Tris" tromethamine oder 2-Amino-2-hydroxymethyl-1, 3-propandiol gepuffertem Wasser mit einem pH-Wert von 8 hergestellt. Die Mischung wurde kurz bis zum Sieden erhitzt, bis sich der Agar auflöste, und auf 35 bis 40ºC abgekühlt. Indikatorfarbstoff wurde zugesetzt, um eine 0,4 mM Lösung herzustellen, und Triethanolamin wurde zugefügt, um eine 0,8 nM Lösung herzustellen. Die Mischung wurde gerührt, bis alle Bestandteile aufgelöst waren. Indikatorpapier wurde hergestellt, indem Whatman 3MM CHR in die warme Lösung (35 bis 40ºC) getaucht wurde, überschüssige Lösung ablaufen gelassen wurde, dann abgekühlt wurde, damit der Agar "abbinden" konnte. In einer Formulierung war Riboflavin der Indikatorfarbstoff und in der anderen Formulierung war Lumichrom (7, 8 Dimethylalloxazin, ein Flavinfarbstoff, der von Aldrich Chemical Co., Milwaukee, Wi. erhältlich ist) der Indikatorfarbstoff.
Das beschichtete Papier wurde auf eine Glasplatte getan. Die Glasplatte wurde zusammen mit dem beschichteten Papier in einer Hochleistungs-Sauerstoffsperrtüte vakuumversiegelt (Cryovac® B540 Sperrtüte, ungefähre Sauerstoffdurchlaßrate 20 cm³ O&sub2;/m².d·atm), erhältlich von der Cryovac Division von W. R. Grace & Co.-Conn., Duncan, South Carolina).
Die Proben wurden dann periodisch 2 h auf einem GB11-36 Lichttisch, erhältlich von Instruments for Research and Industry, Inc. ("I²RTM light table") photoreduziert.
Es wurden zwei Parameter gemessen: Die Anfangsfluoreszenzintensität unmittelbar nach der Photoreduktion und die Rate des Fluoreszenzanstiegs im Zeitverlauf. Die Fluoreszenzintensität nach 2 h Photoreduktion mißt die Photoreduktionskinetik der Sauerstoffindikatorformulierung: Formulierungen, die rasch reduzieren, haben niedrige Intensitätswerte, während langsamere Photoreduktionsgeschwindigkeiten zu höheren Werten führen (die Intensitätsskala liegt im Bereich von 0, keine Fluoreszenz, bis 255 bei maximaler Fluoreszenz). Die Neigung der Fluoreszenz-gegen-Zeit-Kurve mißt die Empfindlichkeit des reduzierten Indikators für Sauerstoff, der durch die Sperrtütenfolie permeiert, wobei hier typischerweise angenommen wird, daß dies über den Verlauf der Zeit konstant ist. Die Resultate, aufgetragen als Funktion der Anzahl der vollständigen Photoreduktions-erneuten Oxidationscyclen der Formulierungen, sind in Fig. 9 gezeigt.
In ähnlicher Weise wurden drei zusätzliche Formulierungen, die unterschiedliche Sauerstoffindikatorfarbstoffe enthielten, wie oben beschrieben hergestellt, außer daß die Formulierungen wie in Tabelle 2 beschrieben modifiziert wurden. Die Formulierungen wurden wie oben beschrieben zur Untersuchung in Proben eingebaut, außer daß die Fluoreszenzintensität während eines Anfangsphotoreduktionszeitraums unter sichtbarem Licht gemessen wurde. Dann wurden die Proben im Dunklen etwa 24 h erneut oxidieren gelassen, dann wurde sie unter sichtbarem Licht photoreduziert. Die Resultate sind in Fig. 10 gezeigt. Es sei darauf hingewiesen, daß alle der Formulierungen oxidieren und photoreduziert werden können. Zusätzlich kann Glukose als Photoreduktionsmittel verwendet werden. Es sei auch darauf hingewiesen, daß die verwendeten Filter auf dem Videobilderzeugungssystem, das zum Erhalten der Fluoreszenzdaten verwendet wurde, für die Fluoreszenzemissionscharakteristika von Riboflavin, aber nicht für Alloxazin (Benzo[g]pteridin-2,4(1H,3H)-dion, erhältlich von Aldrich) und Lumichrom optimiert waren. Die Emissionswellenlängen dieser letzteren Farbstoffe liegen bei einer niedrigeren Wellenlänge und werden durch die verwendeten Filter mit 490 nm Grenzwellenlänge teilweise ausgefiltert. Tabelle 2

Beispiel 5

Gemischtes Farbstoffsystem

Eine Lösung wurde aus 50 ml "Tris"-Puffer (pH 8) und 0,75 g Agar unter Erwärmen hergestellt. Als sich der Agar erst einmal gelöst hatte, wurden 0,280 ml 1 M Triethanolaminlösung zusammen mit 0,0064 g (0,017 mmol) Methylenblau und 0,0106 g (0,028 mmol, 1,6 Äqu.) Riboflavin zugegeben. Die dunkelgrüne Lösung wurde 10 Minuten gerührt.
Die Sauerstoffindikatorlösung wurde in eine Tüte mit sehr hoher Sauerstoffsperrwirkung (Cryovac® BDF 2001, ungefähre Sauerstoffdurchlaßrate 5 cm³ Sauerstoff/m.d·atm), erhältlich von Cryovac) mit im wesentlichen keinem Kopfraum verpackt. Die Mischung bildete bei Abkühlen ein festes Gel. Die Tüte wurde zur Photoreduktion unter einem Fluoreszenzlicht angeordnet. Nach 20 Minuten war die Farbe erbsengrün. Nach 1 h war die Farbe Limettengrün und nach 2 h war die Farbe überall gelb, außer um die kleine Luftblase in der Verpackung herum, wo sie grün war. Nach Liegenlassen unter der Lampe über Nacht war die Probe vollständig reduziert. Es gab keine Fluoreszenz oder Spur von blauer Farbe.
Die photoreduzierte Probe wurde zur erneuten Oxidation im Dunkeln aufbewahrt. Nach 4 Tagen war das Gel vollständig fluoreszierend gelb, es gab jedoch keine Spur von blauer (oder grüner) Farbe, was die erneute Oxidation des Riboflavins, aber nicht des Methylenblaus anzeigt. Die Probe wurde ein zweites Mal in etwa 2 h photoreduziert (aufgelöster Sauerstoff war nun abgefangen worden). Nach etwa einem Tag war die Probe um die Versiegelungen herum fluoreszierend, aber nicht in der Mitte. Nach 8 Tagen begann die Probe, um die Versiegelungen herum grünlich zu werden. Eindeutig oxidiert Methylenblau viel langsamer als Riboflavin. Riboflavin kann zweckmäßig zur Photoreduktion von Methylenblau verwendet werden und dieses System kann verwendet werden, um höhere Durchlässigkeitsraten zu messen.

Beispiel 6

Farbstoffsystem für hochdurchlässige Folien

Ein Sauerstoffdurchlaßindikatorsystem für hochdurchlässige Folien wurde hergestellt, indem 20 ml 10 Gew.-% auf pH 7 gepufferte (Phosphat) Lösung von Polyethylenoxid (Aldrich, Molekulargewicht 100 000) in einen Becher gegeben wurden und 0,280 ml 1 M Triethanolaminlösung und 0,0068 g (0,018 mM) Methylenblau zugefügt wurden. Nachdem 5 Minuten gerührt wurde, wurden 0,0105 g (0,028 mmol) Riboflavin zugesetzt. Die Mischung wurde 10 Minuten bei Raumtemperatur gerührt.
Etwa 10 ml der dunkelblaugrünen Lösung wurden auf 25,8 cm² (4 in²) Whatman Chromatographiepapier auf einer 38,7 cm² (6 in²) Glasplatte gegeben. Die Lösung wurde ausgebreitet und in das Papier einziehen gelassen. Die Platte wurde in einer 3 mil dicken Polyethylentüte unter Verwendung eines Vakuumverpackungsgeräts Koch Modell X-200 vakuumverpackt. Die Platte wurde dann mit einer Tüte mit sehr hoher Sauerstoffsperrwirkung (ungefähre Sauerstoffdurchlaßrate 20 cm³ O&sub2;/m²·d·atm) umverpackt und erneut vakuumverpackt. Das Paket wurde zur Photoreduktion auf einen I²RTM -Lichttisch getan. Nach 2 h war die Platte fluoreszierend, aber nicht länger blau. Die Umverpackung mit sehr hoher Sauerstoffsperrwirkung wurde entfernt und die Platte im Dunklen aufbewahrt, um erneute Oxidation zu ermöglichen. Nach 5 Minuten war die Platte blaßblaugrün. Nach 15 Minuten wies die Platte ein deutlich dunkleres blaugrün auf. Aus die Umverpackung aufgeschnitten wurde, wodurch die Platte der Luft direkt ausgesetzt wurde, wurde die Platte innerhalb einer Minute dunkelblaugrün.

Beispiel 7

Stabilität von Formulierungen auf Polymerbasis

Fünf unterschiedliche Sauerstoffindikatorformulierungen wurden bewertet (Tabelle 3). LOTIS-Proben wurden durch Tauchbeschichten von Whatman 3MM CHR Chromatographiepapier in die Sauerstoffindikatorformulierung und nachfolgendes Plazieren des beschichteten Papiers auf einer Glasplatte hergestellt. Die Glasplatte wurde dann zusammen mit dem beschichteten Papier in einer Hochleistungs-Sperrtüte (ungefähre Sauerstoffdurchlaßrate 20 cm³ O&sub2;/m²·d·atm), erhältlich als Cryovac B540 Sperrtüte von Cryovac Division von W. R. Grace & Co.-Conn., Duncan, SC, vakuumversiegelt. Die nach diesem Verfahren hergestellten Proben wurden dann periodisch 2 h auf einem I²RTM -Lichttisch photoreduziert und unmittelbar nach der Photoreduktion auf Anfangsfluoreszenzintensität und Geschwindigkeit des Fluoreszenzanstiegs im Zeitverlauf wie in Beispiel 4 beschrieben untersucht. Tabelle 3
Fig. 11 zeigt, daß das "Ansprechvermögen" von Riboflavingelen auf Sauerstoffdurchlässigkeitsänderungen sich ändert, wenn das Gel wiederholten Redoxcyclen unterworfen wird. Bei den PAA- und PvOH-Gelen ist die Abnahme so rasch, daß sie nach nur 4 bis 5 Redoxcyclen nicht mehr funktionieren. Sowohl die Gelatine- als auch die PEO-Gele "sprechen" fortgesetzt nach 20 Cyclen gut "an", obwohl es einen leichten Empfindlichkeitsverlust nach etwa 10 Cyclen gibt. Diese Reaktionsabnahme wird wahrscheinlich durch Alterung des Riboflavins (oxidativer oder nukleophiler Angriff auf die Flavinstruktur) oder durch Umwandlung von Riboflavin in Lumiflavin- oder Lumichromderivate durch Verlust der Ribosegruppe verursacht. Diese letzteren Flavine fluoreszieren verglichen mit Riboflavin bei anderen Wellenlängen. Das Ansprechvermögen des PEO-Gels scheint besser als die der Standardgelatineformulierung zu sein, da es über 8 bis 10 Cyclen ziemlich konstant bleibt, bevor es auf Niveaus absinkt, die für die Gelatineformulierung typisch sind. In Fig. 12 zeigen die Tendenzlinien, daß die Photoreduktionsgeschwindigkeiten üblicherweise abnehmen - die Gele werden "schwieriger" zu photoreduzieren - wenn sie wiederholten Redoxcyclen ausgesetzt werden. Änderungen der "Photoreduzierbarkeit" von Gelen zeigen auch irreversiblen Abbau des Riboflavinfarbstoffs an. Die Photoreduzierbarkeit des PEO-Gels ändert sich nicht so rasch wie die der Gele auf Gelatinebasis.

Beispiel 8

Leichtere Probenherstellung von bevorzugten Formulierungen auf Polymerbasis

Verfahren zur Herstellung der Standardgelatineformulierung (Tabelle 1): 7 g Gelatine wurden zu ungefähr 93 g destilliertem Wasser gegeben. Die Mischung wurde kurz zum Sieden erhitzt, bis sich die Gelatine auflöste, dann auf 35 bis 40ºC abgekühlt. Ungefähr 188 mg Riboflavin und 303 mg Na&sub2;EDTA wurden dann zugesetzt und die Mischung wurde gerührt, bis das Riboflavin und Na&sub2;EDTA aufgelöst waren. Indikatorpapier wurde hergestellt, indem Whatman 3 mm CHR in die warme Lösung getaucht wurde (35 bis 40ºC), überschüssige Lösung ablaufen gelassen wurde, dann abkühlen gelassen wurde, damit die Gelatine "abband".
Verfahren zur Herstellung der Polymerformulierung (PEO, Tabelle 1): 10 g Polyethylenoxid (z. B. Polyox® Sorte WSR N-10) wurden in ungefähr 93 g mit Phosphat auf pH 7 gepuffertem Wasser aufgelöst. Die Mischung wurde kurz bis zum Sieden erhitzt, bis sich das PEO auflöste, dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Unge fähr 188 mg Riboflavin und 134 mg Triethanolamin wurden dann zugegeben und die Mischung gerührt, bis das Riboflavin und Triethanolamin aufgelöst waren. Indikatorpapier wurde hergestellt, indem bei Raumtemperatur Whatman 3 mm CHR in die Lösung getaucht wurde.
Lagerung und Handhabung der PEO-Lösungen ist leichter, weil sie vor der Beschichtung des Papiers nicht erwärmt werden müssen und nicht gekühlt werden müssen, um Schimmelwachstum zu hemmen, wie bei den Formulierungen auf Gelatinebasis.

Beispiel 9

Schmelzverarbeitbare Polyethylenoxidformulierungen

Schmelzverarbeitbare PEO-Indikatorformulierungen wurden durch Schmelzmischen von ungefähr 50 g PEO (Polyethylenoxid mit hohem Molekulargewicht (POLYOX® Sorte WSR N-10) und 7,5 mg Riboflavin in einer Brabender-Mischkammer bei 90ºC für 30 Minuten hergestellt. Die Mischung wurde dann zu einem dünnen Film gepreßt, der auf Chromatographiepapier gelegt wurde, das sich auf einer Glasplatte befand, und dann mit einer Lösung (pH 7) von 0,1 M Triethanolamin besprüht. Die Glasplatte, die den angefeuchteten PEO/Riboflavin-Film enthielt, wurde dann in einer Hochleistungs-Sperrtüte (ungefähre Sauerstoffdurchlaßrate 20 cm³ O&sub2;/m²·d·atm) vakuumverpackt. Die Probe wurde dann wie in Beispiel 7 beschrieben untersucht und ergab die in Fig. 13 gezeigten Resultate. Fig. 13 zeigt, daß die schmelzverarbeitete Polyox-Formulierung im wesentlichen wie die lösungsbeschichteten Formulierungen funktionierte (z. B. zeigte die Indikatorformulierung erhöhte Fluoreszenz, wenn Sauerstoff die Abdeckfolie durchdrang, und die Formulierung konnte wiederholt photoreduziert werden).

Beispiel 10

Schmelzverarbeitbare Acrylharzformulierung

Eine weitere schmelzverarbeitbare Sauerstoffindikatorformulierung wurde wie in Beispiel 9 beschrieben hergestellt, außer daß 39 g Acrylsäure/Methacrylsäure-Copolymerharz (GBC 2580 Harz von Belland, Inc., Andover, MA) anstelle von PEO verwendet wur den. Das Acrylharz wurde bei 170ºC in einer Brabender-Mischkammer geschmolzen, dann die Temperatur auf 105ºC verringert, als 6,88 g Glycerin als Verarbeitungshilfsmittel zusammen mit 7,5 mg Riboflavin zugegeben wurden. Nach dem Compoundieren wurde die Formulierung zu einem Film gepreßt und wie in Beispiel 9 beschrieben getestet. Fig. 14 zeigt die Testergebnisse, die anzeigen, daß diese schmelzverarbeitete Formulierung im wesentlichen wie lösungsbeschichtete Formulierungen funktioniert.

Beispiel 11

Schmelzverarbeitbare Polyvinylalkoholformulierung

Eine weitere schmelzverarbeitbare Sauerstoffindikatorformulierung wurde wie in Beispiel 9 beschrieben hergestellt, außer daß ungefähr 40 g verseiftes Polyvinylacetat ("PVOH")-Harz (VinexTM Harz, erhältlich von Air Products and Chemicals, Inc., Allentown, PA.) anstelle von PEO verwendet wurden. Das Vinex-Harz wurde in einer Brabender-Mischkammer zusammen mit 7,5 mg Riboflavin schmelzgemischt und 15% Glycerin wurden als Verarbeitungsmittel zugesetzt. Nach dem Compoundieren wurde die Formulierung zu einer Folie gepreßt und wie in Beispiel 9 beschrieben getestet. Fig. 15 zeigt die Testergebnisse, die anzeigen, daß diese schmelzverarbeitete Formulierung im wesentlichen wie lösungsbeschichtete Formulierungen funktionierte.

Claims

1. Verfahren zum Detektieren der Durchlässigkeit eines Gegenstandes für Sauerstoff, bei dem

der Gegenstand auf einem Träger angeordnet wird, der darin dispergiert einen Redoxindikator und ein Photoreduktionsmittel aufweist,

der Redoxindikator durch Einwirkung von UV-Licht oder sichtbarem Licht photoreduziert wird, wodurch restlicher Sauerstoff aus dem Träger und dem Gegenstand entfernt wird,

der Gegenstand und der Träger eine Zeit lang Sauerstoff ausgesetzt werden und

der Redoxindikator UV-Licht oder sichtbarem Licht für eine Sichtbarmachung von Redoxveränderungen ausgesetzt wird,

wobei der Redoxindikator ein Azin, Thiazin, Oxazin oder eine Mischung derselben ist, das/die in Kombination mit einem Flavin verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Redoxindikator Methylenblau, Celestinblau oder Nilblau A ist, das in Kombination mit einem Flavin verwendet wird.

3. Verfahren zur Detektierung der Durchlässigkeit eines Gegenstandes für Sauerstoff, bei dem

der Gegenstand auf einem Träger angeordnet wird, der darin dispergiert einen Redoxindikator und ein Photoreduktionsmittel aufweist, wobei der Träger ein extrudierbares thermoplastisches Polymer ist,

der Redoxindikator durch Einwirkung von UV-Licht oder sichtbarem Licht photoreduziert wird, wobei restlicher Sauerstoff aus dem Träger und dem Gegenstand entfernt wird,

darf Gegenstand und der Träger eine Zeit lang Sauerstoff ausgesetzt werden und

der Redoxindikator UV-Licht oder sichtbarem Licht zur Sichtbarmachung von Redoxveränderungen ausgesetzt wird, wobei der Redoxindikator ein Flavin ist, das allein oder in Kombination mit einem Azin, Thiazin, Oxazin oder einer Mischung derselben verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem der Träger ein extrudierbares, hydrophiles, thermoplastisches Polymer umfaßt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Träger ein Polymer oder Copolymer von Ethylenoxid, Vinylalkohol, Vinylacetat, Acrylsäure oder Methacrylsäure umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Träger Polyethylenoxid umfaßt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zusätzlich der Anfangssauerstoffgehalt des Trägers und des Gegenstandes wesentlich erniedrigt wird, indem mit einem inerten Gas gespült wird oder evakuiert wird, oder beides, bevor photoreduziert wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Träger auf einem Stützmaterial angeordnet wird und der Gegenstand angrenzend an den Träger und gegenüber dem Stützmaterial angeordnet wird, wodurch der Redoxindikator zwischen dem Gegenstand und dem Träger verteilt ist.