DK170510B1

DK170510B1 - Sensorsystem og metode til bestemmelse af pH-værdien i en væske ved hjælp af sensorsystemet

Info

Publication number: DK170510B1
Application number: DK058988A
Authority: DK
Inventors: Matthew James Leader; Tadao Kamiya
Original assignee: Shiley Inc
Priority date: 1987-02-06
Filing date: 1988-02-05
Publication date: 1995-10-02
Also published as: ATE137331T1; ES2037207T3; AU4267789A; DE8804014U1; BR8800478A; JPH07104343B2; EP0510728B1; CA1317781C; GR3007060T3; AU613244B2; ES2086586T3; DE3877791D1; EP0283116A2; EP0510728A3; JPS63196853A; DE3877791T2; DE3855242D1; ZA88817B; US4833091A; DK58988D0

Description

i DK 170510 B1

Den foreliggende opfindelse angår et sensorsystem, især et system til bestemmelse af pH-værdien af et flydende medium og et system til bestemmelse af koncentrationen af carbondioxid i et flydende medium. Opfindelsen angår også 5 en fremgangsmåde til måling af koncentrationen af carbondioxid i et medium.

Måling af ønskede parametre i forskellige medier, især i biologiske systemer, er hyppigt nødvendig. F.eks. er må-10 linger i blod af pH-værdier og koncentrationer af gasser, især oxygen og carbondioxid, af betydning under kirurgiske procedurer, postoperativt og under hospitalsbehandling og intensiv behandling, og mange indretninger til måling af de nævnte fysiologiske parametre er tidligere 15 blevet foreslået.

I US patent nr. 4 003 707 og det tilsvarende genudstedelsespatent Re 31879 er angivet en metode og et arrangement for måling af koncentrationen af gasser og pH-værdien af 20 en prøve, f.eks. blod, hvorved man anvender en fluorescens-indikator for enden af et lyslederkabel, som er tæt dækket af eller indstøbt i en selektivt permeabel diffusionsmembran. Stråling, som transmitteres til eller emit-teres fra indikatoren skal passere gennem forskellige 25 filtreringselementer og lyselementer, herunder reflektorer, stråledelere og forstærkere, før en meningsfuld måling kan udføres.

I US patentskrift nr. 4 041 932 er angivet en metode, 30 hvorved blodbestanddelene styres ved måling af koncentrationen af gasser eller væsker, der er opsamlet i et lukket kammer, som er fastgjort til et hud-"vindue", dannet ved at fjerne stratum corneum over et lille areal af patientens hud. Målingerne i det lukke kammer udføres inter 35 alia ved bestemmelse af forskellen i intensitet af lys, som udsendes fra en fluorescensindikator.

DK 170510 B1 2 US patent nr. 4 200 110 og 4 476 870 angiver anvendelsen af en pH-sensitiv indikator i forbindelse med en pH-probe af fiberoptik. Ifølge hvert af disse patenter er farve- * indikatoren indelukket i en permeabel membran.

5

Fra US patent nr. 4 548 907 kendes en fluorescens-baseret optisk sensor, bestående af en ved en membran immobilise-ret fluorephor, fastgjort til den ene ende af en to-gre-net optisk fiberkanal for eksponering af den prøve, .der 10 skal analyseres.

Der kendes mange fluorescensindikatorer, der er følsomme for pH-værdien og derfor egnet til pC02-målinger. Eksempler på velegnede fluorescensindikatorer er beskrevet i 15 ovennævnte patentskrifter samt i "Practical Fluorescense" af George E. Guilbault, (1973) side 599-600.

Sensor-anordninger, som benytter fluorescensindikatorer, kan benyttes til in vitro eller in vivo bestemmelser af 20 komponenter i fysiologiske medier. For in vitro bestemmelser er størrelsen af anordningen normalt uden betydning, men in vivo kan størrelsen af sensoren være yderst kritisk, og der er et stigende behov for at udvikle minisensor anordninger, især af kateter-typen, til in vivo be-25 stemmelse af komponenter i fysiologiske medier, f.eks. blod. Imidlertid vil en formindskelse af størrelsen af komponenterne i sådanne anordninger, især størrelsen af sensoren selv, medføre en formindskelse af styrken af det afgivne signal fra indikatoren og følgelig give problemer 30 ved detektion og måling af de nævnte signaler. Disse * problemer forstærkes, når detektorsystemet kræver et større antal komponenter, såsom filtre, stråledelere og reflektorer for at isolere og måle den udstrålede energi.

Hver af de nævnte komponenter reducerer styrken af det 35 afgivne signal, hvilket resulterer i et sekventielt tab af målbart signal. Som følge deraf vil styrken af slutsignalet være svagere, jo flere komponenter der er DK 170510 B1 3 til stede i systemet.

Et forslag til at opnå en meningsfyldt måling er at anvende forholdet mellem to signaler, som giver et signal 5 med større opløsning end opnåeligt ud fra hidtil kendte systemer, baseret på et enkelt signal. Zhang ZHUJUN et al i Analytica Chimica Acta 160 (1984) 47-55 og 305-309 angiver, at den fluorescerende forbindelse 8-hydroxy-l,3,6-pyrentrisulfonsyre, omtalt som HPTA, fluorescerer ved en 10 excitations-bestråling med bølgelængder på 470 og 405 rim, og fluorescens-emissionen er følsom for ændringer af pH-værdien i det fysiologiske område fra pH 6 til 9.

I modsætning til det af Zhujun et al angivne system, 15 hvorved der anvendes to excitations-bestrålinger til at producere fluorescens, har det nu overraskende vist sig, at meget nøjagtige og stabile bestemmelser af pH-værdien kan opnås med en enkelt extern kilde for excitations-bestråling, som anvendes til at excitere en første fluore-20 scens-indikator, som derefter emitterer fluorescens-bestråling til excitering af fluorescens-emission i en anden fluorescens-indikator, f.eks. HPTA, hvilken første indikator er ufølsom for pH-værdien.

25 Ifølge et første aspekt af den foreliggende opfindelse er der angivet et sensorsystem til bestemmelse af pH-værdien af et flydende medium, hvilket system er kendetegnet ved en kombination af en kilde for excitationsstråling med en bølgelængde hQ, en første fluorescens-indikator, hvis 30 fluorescens-emission er ufølsom for pH-værdien, og en anden fluorescens-indikator, hvis fluorescens-emission er høj følsom for opløsningens pH-værdi, hvilken indikatorkombination er indrettet til at reagere, når den nævnte kilde for excitationsstråling påføres systemet, således 35 at den første fluorescens-indikator exciteres selektivt ved hjælp af den nævnte excitationsstråling til afgivelse af pH-ufølsom fluorescens-emission med en bølgelængde λ^, DK 170510 B1 4 hvilken emission overlapper excitations-strålingsspektret for den anden fluorescens-indikator, medens den anden indikator exciteres ved hjælp af den nævnte emissionsstråling med bølgelængden x^, og igen udsender en pH-afhængig 5 emission med bølgelængden x2, idet forholdet mellem intensiteterne af strålingen med bølgelængderne λ1/λ2 til-vejebringer en nøjagtig og stabil bestemmelse af pH-vær-dien i nævnte flydende medium.

10 Ved udtrykket "stabil" skal i den foreliggende beskrivelse forstås stabiliteten af bestemmelsen i henseende til alle faktorer, som kunne influere på målingen, udover den parameter, som skal måles. Bestemmelsen er således ikke påvirket af f.eks. forandringer i styrken af den excite-15 rende stråling, svingninger af lys eller temperatur eller mindre instrumentfejl. Eftersom den størrelse, der skal måles, består i forholdet mellem to givne intensiteter, og dette forhold forbliver konstant, når den værdi, der skal måles, er konstant, uden hensyn til den aktuelle 20 størrelse af de individuelle intensiteter, vil den resulterende bestemmelse nødvendigvis være stabil.

Ifølge et andet aspekt af den foreliggende opfindelse tilvejebringes en fremgangsmåde til bestemmelse af pH-25 værdien af et flydende medium, ved hvilken form nævnte medium bringes i berøring med et sensorsystem, der omfatter en kombination af en første fluorescens-indikator, hvis fluorescens-emission er ufølsom for pH-værdien, og en anden fluorescens-indikator, hvis fluorescens-emission 30 er højfølsom for opløsningens pH-værdi, idet nævnte sen- » sorsystem underkastes excitationsstråling med en bølgelængde Xq, således at den første fluorescens-indikator exciteres selektivt til afgivelse af en pH-ufølsom fluorescens-emission med bølgelængden x^, hvilken emission 35 overlapper excitations-strålespektret for den anden fluorescens-indikator og derved exciterer nævnte anden indikator til afgivelse af en pH-afhængig fluorescens-emis- DK 170510 B1 5 sion med bølgelængden λ£, idet man enten måler (i) forholdet mellem intensiteterne af den afgivne stråling med bølgelængderne λ1/λ2 ©Her (ϋ) forholdet afledt af intensiteten af afgivet stråling med bølgelængde λΐ og in-5 tensiteten af det isobetiske punkt mellem emissionskurverne af de nævnte første og anden indikatorer, således at der opnås en meget nøjagtig og stabil bestemmelse af pH-værdien i det flydende medium.

10 Sensorsystemet og den beskrevne metode omtales i det ef terfølgende som opfindelsens første udførelsesform.

Ved at anvende systemet og metoden ifølge opfindelsen opnås en forbedring af signal-opløsningen som følge af di-15 vergensen af intensiteterne af fluorescens-emissionen som en funktion af pH-værdien af det omgivende medium. Dette fænomen tilvejebringer en højere grad af opløsning ved målingen, hvorved man opnår en forøgelse af målenøjagtig-heden ved bestemmelse af opløsningens pH-værdi.

20

Opfindelsen angår endvidere et sensorsystem til bestemmelse af koncentrationen af carbondioxid i et flydende medium, omfattende en indikator-kombination, der er associeret med en bicarbonatopløsning, begrænset af en car-25 bondioxid-permeabel membran, således at forholdet mellem intensiteterne af strålingerne med bølgelængderne λ^/λ^ tilvejebringer et mål for pH-værdien i væsken inden for membranen og dermed en meget nøjagtig og stabil bestemmelse af koncentrationen af carbondioxid i det fly-30 dende medium.

Ifølge en udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen til bestemmelse af koncentrationen af carbondioxid i et flydende medium er de nævnte indikatorer asso-35 cieret med en bicarbonatopløsning, begrænset af en car-bondioxid-permeabel membran, hvorved den nævnte måling tilvejebringer en indikation af opløsningens pH-værdi in- DK 170510 B1 6 den for membranen og derved gives en meget nøjagtig og stabil bestemmelse af koncentrationen af carbondioxid i det væskeformige medium.

5 Sensorsystemet og fremgangsmåden for bestemmelse af pCC^, som er beskrevet ovenfor, omtales i det efterfølgende som opfindelsens anden udførelsesform.

Denne anden udførelsesform giver i lighed med den første 10 udførelsesform en forbedring af signalopløsningen som følge af divergensen af intensiteterne af fluorescensemissionen.

Sensorsystemet ifølge den første udførelsesform af opf-in-15 delsen omfatter fortrinsvis en optisk fiber med en distal ende og en proximal ende, hvorved den nævnte kombination af fluorescens-indikatorer er knyttet til den distale ende, og den proximale ende er indrettet til at modtage ex-citationsstråling fra den nævnte strålingskilde.

20

Den første fluorescens-indikator, som er ufølsom for pH-værdien, er fortrinsvis 6,7-dimethoxycoumarin eller et pH-ufølsomt coumarinderivat. Et typisk hertil egnet cou-marinderivat er Ø-methylumbelliferon, fortrinsvis kemisk 25 bundet til en acrylpolymer. pH-følsomheden af den umbel-liferon-polymere kan nedsættes ved omsætning af den polymere opløsning med et overskud af et tværbindingsmiddel, såsom polyacrylsyre.

30 Den særligt foretrukne indikator ifølge opfindelsen er 6,7-dimethoxycoumarin, som ved excitering med en bestråling af en bølgelængde på 337 nm udsender fluorescerende stråler med en bølgelængde på 435 nm. Den karakteristiske excitation og emissionsspektret for 6,7-dimethoxycoumarin 35 er illustreret i vedføjede tegning, som skal beskrives i det efterfølgende.

7 DK 170510 B1

Det vil forstås, at man ved omtale af begrebet bølgelængde i den foreliggende beskrivelse skal forstå middelbølgelængden, som er den mest repræsentative af de beskrevne betingelser; mest typisk toppen af en kurve, som illu-5 strerer spektret, som fuldt ud repræsenterer den nævnte betingelse. Med henvisning til kurven for excitations-spektret bliver 6,7-dimethoxycoumarin således exciteret ved stråling over et spektrum med bølgelængder fra 310 til 380 med en optimale excitation med et maximum ved 10 bølgelængden 337 nm. I det efterfølgende skal der ved omtalen af bølgelængder for bekvemmelighedens skyld forstås den maximale bølgelængde, med mindre andet er nævnt.

Den foretrukne anden indikator, som benyttes ved opfin-15 delsens første udførelsesform, er HPTA.

Ved den foretrukne første udførelsesform for opfindelsen bliver en excitationsstråling med en bølgelængde, dvs. maximal bølgelængde, * 337 nm, f.eks. fra en nitrogen-20 gas-laser, transmitteret fra den proximale ende af en optisk fiber gennem den distale ende, hvor den exciterer en første indikator, fortrinsvis 6,7-dimethoxycoumarin, som udsender fluorescerende stråling med en bølgelængde, = 435 nm. Denne fluorescens-emission exciterer dernæst en 25 anden indikator, fortrinsvis HPTA, til udsendelse af fluorescerende stråling med en bølgelængde, ~ 510 nm.

Intensiteten af fluorescens-emissionen af bølgelængden (510 nm) er afhængig af intensiteten af excitationsemis-30 sionen af bølgelængden λ1 og af pH-værdien af det omgivende flydende medium, således at målingen af forholdet mellem intensiteterne af udsendt stråling med bølgelængderne λ^/λ2 9*ver en "“eøet nøjagtig stabil bestemmelse af pH-værdien af det nævnte flydende medium.

Det skal bemærkes, at skønt intensiteten af fluorescensemissionen af bølgelængden afledt fra den pH-insensi- 35 8 DK 170510 B1 tive første indikator, selv er uafhængig af pH-værdien af mediet, vil den kendsgerning, at denne intensitet påvirkes af energien absorberet af den anden indikator, som er pH-sensitiv, betyde at forholdet afledt af toppen af kur-5 ven for emissionsspektralkurven for den første indikator og det isobestiske punkt mellem de to emissionskurver (således som det er beskrevet i det efterfølgende i enkeltheder med henvisning til tegningen) også kan anvendes til at give en nøjagtig, stabil bestemmelse af pH-værdien 10 af det flydende medium.

Sensorsystemet ifølge den anden udførelsesform for opfindelsen omfatter fortrinsvis en optisk fiber med en distal ende og en proximal ende, hvori nævnte kombination af 15 fluorescens-indikatorer, bicarbonatopløsning og membran er tilsluttet den nævnte distale ende, og den proximale ende er indrettet til at modtage excitationsstråling fra den nævnte kilde for excitationsstråling.

20 Ligesom ved den første udførelsesform består den foretrukne første fluorescens-indikator af 6,7-dimethoxycou-marin eller et pH-insensitivt coumarinderivat, idet 6,7-dimethoxycoumarin er særligt foretrukket.

25 Ligeledes er den særligt foretrukne anden fluorescens-indikator HPTA.

Ved den særligt foretrukne form for den anden udførelsesform er 6,7-dimethoxycoumarin direkte bundet til den di-30 stale ende af en optisk fiber, og HPTA er suspenderet i .

en gel af carboxymethylcellulose, der indeholder en bicarbonatopløsning, fortrinsvis vandig natriumbicarbonat-opløsning, hvilken gel er bundet ved hjælp af en membran af siliconegummi.

Fremgangsmåden ifølge den anden udførelsesform udføres fortrinsvis ved at transmittere excitationsstråling med 35 DK 170510 B1 9 en bølgelængde Kq lig med 337 nm fra en nitrogengaslaser gennem den optiske fiber fra dennes proximale ende og til dens distale ende, hvor den exciterer 6,7-dimethoxycou-marinet til udsendelse af fluorescerende stråling med en 5 bølgelængde λ^=435 nm. Denne fluorescens-emission exciterer derefter HPTA til udsendelse af fluorescensstråling med en bølgelængde på λ2=510 nm.

Når sensoren er neddykket i et væskeformigt medium inde-10 holdende carbondioxid, vil sidstnævnte trænge gennem membranen af siliconegummi og reagere med bicarbonatopløs-ningen, således at pH-værdien af denne opløsning omkring sensoren ændres. Intensiteten af fluorescensstrålingen af bølgelængden λ2 (512 nm) er afhængig af intensiteten af 15 excitationsstrålingen med bølgelængden λ.^ og af pH-vær-dien af den omgivende opløsning. Derfor vil måling af forholdet mellem intensiteterne af emitteret stråling ved bølgelængderne h^/λ2 være en indikation af opløsningens pH-værdi inden for membranen og giver således en meget 20 nøjagtig stabil bestemmelse af koncentrationen af carbondioxid (pC02) i det flydende medium.

Tegningen omfatter diagrammer, som illustrerer spektre for excitation og emission af de anvendte indikatorer i 25 den omhandlede sensor. Tegningen omfatter således fig. 1, der illustrerer excitationspektre for HPTA ved forskellige pH-værdier, 30 fig. 2 illustrerer pH-insensitive spektre for excitation og emission af dimethoxycoumarin i en opløsning af bicar-bonat og ethylenglycol, fig. 3 illustrerer spektre for HPTA i ethylenglycol ved 35 forskellige pH-værdier, DK 170510 B1 10 fig. 4 illustrerer spektre for HPTA i forskellige opløsningsmiddelblandinger , fig. 5 er et diagram, der viser HPTA-fluorescens som en 5 funktion af vandindholdet i systemet, i fig. 6 og 7 illustrerer spektre, som indikerer pC02 ved et sensorsystem ifølge opfindelsen, 10 fig. 8 illustrerer spektre for forskellige carbondioxidkoncentrationer under anvendelse af HPTA i en 50/50 ethy-lenglycol/vandopløsning, fig. 9 er et diagram, der viser relationen mellem forhol-15 det af fluorescensintensitet og carbondioxidkoncentration.

De i fig. 1 illustrerede excitationsspektre for HPTA, optaget over et bølgelængdeområde fra 300 til 485 nm, vi-20 ser, at intensiteten af excitationsstrålingen, som er en funktion af arealet under kurven og er proportional med højden af kurven i hver tilfælde, varierer i afhængighed af pH-værdien af det omgivende medium. I dette tilfælde varierede pH-værdien fra 6,66 til 8,132. De isobestiske 25 punkter blev observeret ved 337 nm og 415 nm. Maximum bølgelængden for emission for HPTA, udsat for den nævnte excitationsbestråling, var 510 nm (ikke vist).

Fig. 2 illustrerer excitations- og emissionsspektrene for 30 dimethoxycoumarin i en opløsning af natriumbicarbonat og * ethylenglycol. Koncentrationen af dimethoxycoumarin er _2 ca. 10 M. Excitationspektret udviser en top ved en bøl- gelængde på ca. 340 nm, og emissionsspektret har en top ved en bølgelængde på ca. 427 nm. Emissionsfluorescensen 35 er pH-insensitiv. Det vil bemærkes, at bølgelængden for fluorescensemissionen for dimethoxycoumarin overlapper bølgelængden for excitationsbestrålingen for HPTA som 11 DK 170510 B1 illustreret i fig. 1.

Fig. 3 illustrerer spektret for HPTA i ethylenglycol ved henholdsvis pH 8,0 og 4,0. HPTA opløses i ethylenglycol, 5 en dråbe puffer pH=8,0 tilsættes, og opløsningen bestråles fra en nitrogen-laser med en bølgelængde på 337 nm.

To fluorescensemissioner med bølgelængder henholdsvis 440 nm og 510 observeres. En dråbe puffer ved pH=4,0 tilsættes derefter, og intensiteten af spektrene ændres som il-10 lustreret på fig. 3. En top ved 510 nm viser sig ved tilsætning af vand til systemet, uanset pH-værdien.

Fig. 4 illustrerer spektre for HPTA i forskellige blan- _3 dinger af ethylenglycol og vand. 10 M HPTA blev opløst 15 i opløsningsmiddelblandinger omfattende henholdsvis 100 % ethylenglycol, 80 % glycol/20 % vand og 50 % glycol/50 % vand. Dråber af hver opløsning efter tur blev anbragt på spidserne af optiske fibre, og HPTA blev exciteret til fluorescens ved en bølgelængde på 510 nm. Resultaterne er 20 vist grafisk i fig. 4.

Yderligere resultater blev opnået på tilsvarende måde for opløsninger omfattende 20 % glycol/80 % vand og 100 % vand. Resultaterne ved alle kørslerne er angivet i ef-25 terfølgende tabel I.

30 35 12 DK 170510 B1

TABEL I

Relativ Relativ intensitet intensitet 5 Opløsnings- I (blå) I (grøn) middel λ=440 run λ=510 nm Forhold 1/forhold 100 % ethy- lenglycol 85,63 11,66 7,34 0,1362 10 80/20 glycol/vand 69,97 49,64 1,41 0,7092 50/50 15 glycol/vand 16,33 92,30 0,177 5,65 20/80 glycol/vand 5,33 83,30 0,064 15,63 20 100 % vand 5,33 111,96 0,048 20,83

Fluorescensen af HPTA som en funktion af vandindholdet i opløsningsmiddelblandingen er illustreret grafisk i fig.

5. Ved anvendelse af excitationsbestråling med bølgelæng-25 den κ=337 nm måltes forholdet mellem fluorescens-maxima I(grøn)/1(blå) ved λ=510 nm og λ=440 nm, respektivt, og blev afbildet grafisk for HPTA i ethylenglycol/vand-op-løsninger med forskellige koncentrationer. Den opståede graf indikerer, at forholdet mellem intensiteterne for-30 øges i det væsentlige lineært, efterhånden som vandindholdet af opløsningen forøges.

Fig. 6 og 7 illustrerer udøvelsen af opfindelsen som angivet i de efterfølgende eksempler.

35 13 DK 170510 B1

Eksempel 1

En blanding af 1:1 dimethoxycoumarin:HPTA, begge af en _3 koncentration på 10 M, blev opløst i carboxymethylcel-5 lulose (CMC) og 5 mM natriumbicarbonat under tilsætning af 0,25 ml ethylenglycol til opløsning af dimethoxycouma-rinet.

En carbondioxidsensor blev dannet ved aflejring af den 10 resulterende gel på spidsen af en optisk fiber, fremstillet af smeltet siliciumdioxid og med en diameter på 400 am, idet gelen blev omsluttet af en for carbondioxid per-meabel membran af siliconegummi.

15 Sensoren blev bestrålet med excitationsstråler med en bølgelængde på 337 nm ved hjælp af en nitrogenlaser, som afgiver to pulser/sek. Fluorescensemissionen blev detek-teret med en lineær array-fotodiode og styret med et oscilloskop, indstillet på 0,1 volt/div. ved 2 ms/div.

20

Et antal kørsler blev udført ved forskellige carbondioxidkoncentrationer, og resultaterne for 0 % CO2 og 100 % CO2 er illustreret grafisk i fig. 6 og er angivet numerisk i efterfølgende tabel II.

25

TABEL II

% C02_I (blå)_I (grøn) Forhold_ 30 0 5,66 53,97 9,53 100 30,32 20,99 0,69 35 DK 170510 B1 14

Eksempel 2

En gel-holdig blanding i forholdet 1:1 af dimethoxycouma- _3 rin: HPTA ved en koncentration på 10 i CMC og 5 mM na-5 triumbicarbonat blev fremstillet på tilsvarende måde som beskrevet i eksempel 1, og denne gel blev anvendt til at fremstille en carbondioxidsensor, ligeledes som beskrevet i eksempel 1.

10 Et antal kørsler blev udført ved forskellige carbondioxidkoncentrationer, og resultaterne er illustreret grafisk i fig. 7 og opstillet numerisk i efterfølgende tabel III.

15 TABEL III

Baselinie Baselinie IM (COUM) IM (HPTA) Forhold % C02 (COUM)_(HPTA)_(HPTA/COUM) 20 0 % 9,5 10,5 20,99 150,93 12,22 7 % 9,5 10,5 40,65 97,29 2,79 100 % 8,5 10 78,63 57,64 0,68

De ovenfor angivne resultater viser nøjagtigheden, med 25 hvilken kvantitative resultater kan opnås ved hjælp af sensorsystemet ifølge den foreliggende opfindelsen.

Eksempel 3 30 Dette eksempel illustrerer en carbondioxidsensor, som udnytter relationen mellem vandindholdet af systemet og carbondioxidkoncentrationen. HPTA blev opløst i en 50/50 blanding af ethylenglycol og vand, og opløsningen blev indstøbt i en carboxymethylcellulosegel. Denne gel blev 35 anbragt på spidsen af en optisk fiber og omgivet af en membran af carbondioxid-permeabel siliconegummi til dannelse af en carbondioxidsensor.

15 DK 170510 B1

Sensoren blev bestrålet med en bølgelængde på 337 nm fra en nitrogenlaser ved varierende koncentrationer af carbondioxid. Resultaterne er vist i fig. 8.

5 Det vil ses, at forholdet mellem intensiteterne af fluorescensemissionen ved en maximal bølgelængde på 460 nm og 510 nm er afhængig af carbondioxidkoncentrationen. Spektrene udviser et isobestisk punkt ved 485 nm.

10 Fluorescensforholdet som en funktion af carbondioxidkon centrationen er illustreret i fig. 9.

Dette eksempel illustrerer, hvorledes en carbondioxidbestemmelse kan opnås som en funktion af vandindeholdet i 15 sensoren.

20 25 30 35

Claims

1. Sensorsystem til bestemmelse af pH-værdien af et fly-5 dende medium, hvilket system er kendetegnet ved en kombination af en kilde for excitationsstråling med en bølgelængde Xq, en første fluorescens-indikator, hvis fluorescens-emission er ufølsom for pH-værdien, og en anden fluorescens-indikator, hvis fluorescens-emission er høj-10 følsom for opløsningens pH-værdi, hvilken indikator-kombination er indrettet til at reagere, når den nævnte kilde for excitationsstråling påføres systemet, således at den første fluorescens-indikator exciteres selektivt ved hjælp af den nævnte excitations-stråling til afgivelse af 15 pH-ufølsom fluorescens-emission med en bølgelængde λ^, hvilken emission overlapper excitations-strålingsspektret for den anden fluorescens-indikator, og den anden indikator exciteres ved hjælp af den nævnte emissionsstråling med bølgelængden λ^, og igen udsender en pH-afhængig 20 emission med bølgelængden K2, idet forholdet mellem intensiteterne af strålingen med bølgelængderne λ^/λ2 vejebringer en nøjagtig og stabil bestemmelse af pH-vær-dien i nævnte flydende medium.

2. Sensorsystem ifølge krav 1, yderligere omfattende, en optisk fiber med en distal ende og en proximal ende, hvorved den nævnte kombination af fluorescens-indikatorer er tilsluttet den nævnte distale ende, medens den proxi-male ende er indrettet til at modtage excitationsstråling 30 fra den nævnte kilde.

3. Sensorsystem ifølge krav 1, hvorved den nævnte første fluorescens-indikator er 6,7-dimethoxycoumarin eller et pH-ufølsomt coumarinderivat, og den nævnte anden fluore-35 scens-indikator er 8-hydroxy-1,3,6-pyrentrisulfonsyre (HPTA). DK 170510 B1

4. Sensorsystem ifølge krav 1 til bestemmelse af koncentrationen af carbondioxid i et flydende medium, hvorved indikatorkombinationen er knyttet til en bicarbonatopløs-ning, som er begrænset af en for carbondioxid permeabel 5 membran, således at forholdet mellem intensiteterne af strålingen med bølgelængderne λ1/λ2 ud^rykker en indikation for pH-værdien af opløsningen inden for membranen og dermed tilvejebringer en nøjagtig og stabil bestemmelse af koncentrationen af carbondioxid i det flydende medium. 10

5. Sensorsystem ifølge krav 4, yderligere omfattende en optisk fiber med en distal ende og proximal ende, og hvori nævnte kombination af fluorescens-indikatorer, bi-carbonatopløsning og membran er tilsluttet den nævnte di- 15 stale ende, medens den proximale ende er indrettet til at modtage excitationsstråling fra nævnte kilde, og den nævnte første fluorescensindikator er 6,7-dimethoxycouma-rin eller et pH-ufølsomt coumarinderivat, som er bundet direkte til nævnte optiske fiber, og den nævnte anden 20 fluorescensindikator er 8-hydroxy-l,3,6-pyrentrisulfonsy-re, som er suspenderet i en gel af carboxymethylcellulose indeholdende nævnte bicarbonatopløsning og begrænset af en membran af silicone-gummi.

6. Fremgangsmåde til bestemmelse af pH-værdien af et væs keformigt medium, hvorved mediet bringes i berøring med et sensorsystem, der omfatter en kombination af en første fluorescens-indikator, hvis fluorescens-emission er ufølsom for pH-værdien, og en anden fluorescens-indikator, 30 hvis fluorescens-emission er højfølsom for opløsningens pH-værdi, idet det nævnte sensorsystem udsættes for 'excitationsstråling med en forudbestemt bølgelængde til selektiv excitering af den første fluorescens-indikator til udsendelse af en pH-ufølsom fluorescens-emission med 35 en bølgelængde på λ^, hvilken emission overlapper spektret for excitationsstrålingen af den nævnte anden fluorescens-indikator og således exciterer den nævnte anden DK 170510 B1 indikator til udsendelse af en pH-afhængig fluorescensemission med bølgelængden idet man måler enten (i) forholdet mellem intensiteterne af udsendt stråling med bølgelængderne ^^/K2' e^^er forholdet afledt af in- 5 tensiteterne af udsendt stråling med bølgelængden og intensiteten af det isobestiske punkt mellem emissionskurverne for de nævnte første og anden indikatorer til opnåelse af en meget nøjagtig, stabil bestemmelse af pH-værdien af det flydende medium. 10

7. Fremgangsmåde ifølge krav 6, hvorved sensorsysternet omfatter en optisk fiber med en distal ende og en proximal ende, hvilken kombination af nævnte første og anden fluorescens-indikatorer er tilsluttet den distale ende af 15 den optiske fiber, og den proximale ende er indrettet til at modtage excitationsstråling med en bølgelængde Kq = 337 nm fra en laser, hvilken første fluorescens-indikator er 6,7-dimethoxycoumarin, der udsender fluorescensstråling med en bølgelængde på λ^=435 nm, og den anden pH-20 følsom fluorescens-indikator er 8-hydroxy-l,3,6-purentri-sulfonsyre, der udsender fluorescensstråling med bølgelængden λ2=510 nm.

8. Fremgangsmåde ifølge krav 6 til bestemmelse af koncen-25 trationen af carbondioxid i et flydende medium, hvorved indikatorer er knyttet til en bicarbonatopløsning, der er begrænset af en carbondioxidpermeabel membran, således at der ved målingen opnås en indikation af pH-værdien af opløsningen inden for membranen og derved en meget nøjagtig 30 og stabil bestemmelse af koncentrationen af carbondioxid ? i det flydende medium. 35