JP2002529701A - Ｃｏ２センサ用のセンサカプセル - Google Patents
Ｃｏ２センサ用のセンサカプセルInfo
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
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- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
- G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
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Abstract
(57)【要約】
色素井戸（５２）に規定された色素層、蛍光色素溶液（５４）、シリコーンセンサ膜（４６）に形成されたアパーチャ（３２，１９）を備えたセンサカプセル（１０）であって、を開示する。テフロンカバー膜（４８）は井戸内に色素層を保持するためにシリコーン膜全体にわたって位置決めされ、穴あき金属ディスク（４４）は、支持を提供しかつ色素層の膨張を抑制するようにシリコーン膜（４８）の下に位置決めされる。穴あき金属ディスク、シリコーン膜、テフロン膜は外側ハウジング（１６）を内に位置決めされたサンドイッチセンサ構造を規定する。挿入部材（３０）はサンドイッチセンサ構造全体にわたって位置決めされ、かつ、ファイバ光学ＣＯ2センサを形成するために使用されるプローブと関係して着脱可能に位置決めされ／置換されてもよいセンサカプセル（１０）を提供するために外側ハウジング（１６）にカチッとはめられる。
Description
【０００１】
本発明は流体中の気体濃度を測定する装置に関するもので、特に、光ファイバ
プローブの端部に分析対象感受要素を位置決めするのを容易にするセンサカプセ
ルを含む改良されたセンサに関するものである。
プローブの端部に分析対象感受要素を位置決めするのを容易にするセンサカプセ
ルを含む改良されたセンサに関するものである。
【０００２】
多くの医療及び工業製品において使用する様々なタイプの分析対象測定装置が
設計され開発されてきた。これらの装置は、特定の分析対象に応答する色素を含
むセンサー要素の光学特性に依存するものである。色素が分析対象と相互作用す
るとき、色素は、測定可能でかつサンプリングされる媒体に含まれる分析対象の
濃度に直接関係する蛍光の変化のような光学変化を受ける。
設計され開発されてきた。これらの装置は、特定の分析対象に応答する色素を含
むセンサー要素の光学特性に依存するものである。色素が分析対象と相互作用す
るとき、色素は、測定可能でかつサンプリングされる媒体に含まれる分析対象の
濃度に直接関係する蛍光の変化のような光学変化を受ける。
【０００３】 分析対象感受物質又はインジケータは、分析対象がインジケータに入り込み相
互作用するのを可能にする透過膜を通常含むセンサ要素に設置される。従来技術
では、インジケータ、通常色素溶液は、透過膜と光学センサ面例えばプローブの
端面との間に収容されて保持し、色素保持メッシュを必要とする。これらのセン
サの使用の際に必要と認識されているのは、インジケータを含む要素を交換する
能力である。様々な理由のため、すなわち、センサプローブが異なるセンシング
位置に適用されるときにコンタミネーションの移動を避けるため、又は、センサ
からしみ出る色素のため、又は、センサ要素を交換することを望ましくする他の
理由のため、インジケータを含む要素を変えることが望ましい。
互作用するのを可能にする透過膜を通常含むセンサ要素に設置される。従来技術
では、インジケータ、通常色素溶液は、透過膜と光学センサ面例えばプローブの
端面との間に収容されて保持し、色素保持メッシュを必要とする。これらのセン
サの使用の際に必要と認識されているのは、インジケータを含む要素を交換する
能力である。様々な理由のため、すなわち、センサプローブが異なるセンシング
位置に適用されるときにコンタミネーションの移動を避けるため、又は、センサ
からしみ出る色素のため、又は、センサ要素を交換することを望ましくする他の
理由のため、インジケータを含む要素を変えることが望ましい。
【０００４】
本発明は、ファイバ光学センサと組み合わせて使用するセンサカプセルを提供
する。特に、本発明は二酸化酸素センサに使用するように特別に設計されている
。
する。特に、本発明は二酸化酸素センサに使用するように特別に設計されている
。
【０００５】 センサカプセルは、外側ハウジング部とそのハウジング内に填る内側ハウジン
グ部とを含む二片の填りキャップを備える。ハウジングと挿入部とは協働して、
センサカプセル内の予め決めた位置に、穴あき金属ディスク、センサ膜、カバー
膜、サンドイッチ色素層を保持する。
グ部とを含む二片の填りキャップを備える。ハウジングと挿入部とは協働して、
センサカプセル内の予め決めた位置に、穴あき金属ディスク、センサ膜、カバー
膜、サンドイッチ色素層を保持する。
【０００６】 センサ膜は、穴あき金属ディスクと係合して位置付けられたシリコーン膜を備
え、インジケータ色素溶液を収容する色素井戸を規定する凹みを含む。カバー膜
は、色素井戸内に色素溶液を保持するために、シリコーン膜全体にわたって位置
づけられたテフロン（登録商標）膜を含んでいる。
え、インジケータ色素溶液を収容する色素井戸を規定する凹みを含む。カバー膜
は、色素井戸内に色素溶液を保持するために、シリコーン膜全体にわたって位置
づけられたテフロン（登録商標）膜を含んでいる。
【０００７】 センサカプセルアセンブリの填りデザインは、色素層を保護する間、センサプ
ローブへの取付け及びセンサプローブからの着脱を容易にする剛性構造にサンド
イッチされた（挟まれた）色素層を保持する。
ローブへの取付け及びセンサプローブからの着脱を容易にする剛性構造にサンド
イッチされた（挟まれた）色素層を保持する。
【０００８】 従って、本発明の目的は、センサプローブにインジケータ要素を据え付けるの
を容易にするセンサカプセルを提供することである。
を容易にするセンサカプセルを提供することである。
【０００９】 本発明の別な目的は、色素溶液を保持するサンドイッチ層を含むセンサカプセ
ルを提供することである。
ルを提供することである。
【００１０】 本発明の別な目的は、サンドイッチ色素層を囲繞する剛性ハウジングを提供す
るセンサカプセルを提供することである。
るセンサカプセルを提供することである。
【００１１】 本発明の他の目的及び利点は、以下の記載、添付の図面及び添付の請求項から
あきらかであろう。
あきらかであろう。
【００１２】
最初に図１を参照すると、本発明はプローブハウジング１２上にはまるように
適合されたセンサカプセル１０を備えており、ここで、センサカプセル１０は、
、センサカプセル１０上に位置しかつハウジング１２に取付けたプローブキャッ
プ１４によって適所に位置する。プローブハウジング１２はファイバ光学センサ
システムと共に使用されるタイプのもので、ここで、ファイバ光学要素が、二酸
化酸素のような分析対象の濃度を測定する蛍光色素インジケータへ又はインジケ
ータからの光を送り・方向付けするのに用いられる。
適合されたセンサカプセル１０を備えており、ここで、センサカプセル１０は、
、センサカプセル１０上に位置しかつハウジング１２に取付けたプローブキャッ
プ１４によって適所に位置する。プローブハウジング１２はファイバ光学センサ
システムと共に使用されるタイプのもので、ここで、ファイバ光学要素が、二酸
化酸素のような分析対象の濃度を測定する蛍光色素インジケータへ又はインジケ
ータからの光を送り・方向付けするのに用いられる。
【００１３】 図２及び図３を参照すると、本発明はセンサカプセル１０によって規定された
自己完備型を特に指向しており、これによって、インジケータ又はセンサ色素は
、従来プローブハウジング１２に関連するようになっているか、又は、異なるセ
ンサカプセル１０で交換される。センサカプセル１０は、ベースアパーチャ１９
を規定する環状ベース部１８を有して形成された外側ハウジング１６と、スロッ
ト２２によって分離された４つの延伸側壁２０とを備えている。各側壁２０の末
端部は、側壁２０の基部に近接する環状べース部１８上で規定された環状棚２８
に対して軸方向に離間して配置された下部２６を有する径方向内側延伸移動止め
部２４を含んでいる。
自己完備型を特に指向しており、これによって、インジケータ又はセンサ色素は
、従来プローブハウジング１２に関連するようになっているか、又は、異なるセ
ンサカプセル１０で交換される。センサカプセル１０は、ベースアパーチャ１９
を規定する環状ベース部１８を有して形成された外側ハウジング１６と、スロッ
ト２２によって分離された４つの延伸側壁２０とを備えている。各側壁２０の末
端部は、側壁２０の基部に近接する環状べース部１８上で規定された環状棚２８
に対して軸方向に離間して配置された下部２６を有する径方向内側延伸移動止め
部２４を含んでいる。
【００１４】 センサカプセル１０は円筒型内部挿入部材３０を含み、該円筒型内部挿入部材
３０は該部材を貫く３２を規定する。さらに、環状溝領域又は環状凹み領域３４
は挿入部材３０の一端に規定され、その挿入部材３０は該部材３０の外側面３６
から径方向内側に延伸している。挿入部材３０は、外側ハウジング１６内に位置
するように適合され、棚２８近傍に位置する挿入部材３０の環状下面３８と移動
止め部２４の下面２６が係合する凹み部３４とを備えている。さらに、外側ハウ
ジング１６は、挿入部材３０が挿入されるときに側壁２０が外側に曲がるように
形成されていること、及び、移動止め部２４が、挿入部材３０が最終位置に届い
てそれによって外側ハウジング１６内に挿入部材３０を積極的に保持するときに
、凹み部３４の回りにはまることに注目されたい。挿入部材３０の挿入を容易に
するために、移動止め部２４の上面は、側壁２０の外側への曲がりを容易にする
内側及び外側への曲がり部４０を備えている。
３０は該部材を貫く３２を規定する。さらに、環状溝領域又は環状凹み領域３４
は挿入部材３０の一端に規定され、その挿入部材３０は該部材３０の外側面３６
から径方向内側に延伸している。挿入部材３０は、外側ハウジング１６内に位置
するように適合され、棚２８近傍に位置する挿入部材３０の環状下面３８と移動
止め部２４の下面２６が係合する凹み部３４とを備えている。さらに、外側ハウ
ジング１６は、挿入部材３０が挿入されるときに側壁２０が外側に曲がるように
形成されていること、及び、移動止め部２４が、挿入部材３０が最終位置に届い
てそれによって外側ハウジング１６内に挿入部材３０を積極的に保持するときに
、凹み部３４の回りにはまることに注目されたい。挿入部材３０の挿入を容易に
するために、移動止め部２４の上面は、側壁２０の外側への曲がりを容易にする
内側及び外側への曲がり部４０を備えている。
【００１５】 外側ハウジング１６と挿入部材３０とは、穴あき金属ディスク４４とシリコー
ンセンサ膜４６とテフロンカバー膜４８とを備えたサンドイッチされたセンサ構
造４２を保持するように協働する。穴あき金属ディスク４は、外側ハウジング１
６内の棚５０上に支持され、シリコーン膜４６は穴あき金属ディスク４４上に支
持される。シリコーン膜４６は蛍光色素溶液５４を含む色素井戸５２を含んでい
る。テフロン膜４８は色素井戸５２内の色素溶液５４を保持するように作用する
。
ンセンサ膜４６とテフロンカバー膜４８とを備えたサンドイッチされたセンサ構
造４２を保持するように協働する。穴あき金属ディスク４は、外側ハウジング１
６内の棚５０上に支持され、シリコーン膜４６は穴あき金属ディスク４４上に支
持される。シリコーン膜４６は蛍光色素溶液５４を含む色素井戸５２を含んでい
る。テフロン膜４８は色素井戸５２内の色素溶液５４を保持するように作用する
。
【００１６】 穴あき金属ディスク４４とシリコーン膜４６と色素溶液５４とテフロン膜４８
とは外側ハウジング１６内に位置する。挿入部材３０はその位置にはまる。挿入
部材３０の下部５６はテフロン膜４８に係合し、外側ハウジング１６の下部に正
しい位置にサンドイッチされたセンサ構造４２を保持する。それによって、色素
溶液５４は、外側ハウジング１６と挿入部材３０との協働を介してシリコーン膜
４６とテフロン膜４８との間に物理的に保持される。
とは外側ハウジング１６内に位置する。挿入部材３０はその位置にはまる。挿入
部材３０の下部５６はテフロン膜４８に係合し、外側ハウジング１６の下部に正
しい位置にサンドイッチされたセンサ構造４２を保持する。それによって、色素
溶液５４は、外側ハウジング１６と挿入部材３０との協働を介してシリコーン膜
４６とテフロン膜４８との間に物理的に保持される。
【００１７】 プローブハウジング１２上に配置するとき、プローブハウジング１２の先端５
８は挿入部材３０のアパーチャ３２を介してテフロン膜４８に延び、色素井戸５
２はセンサの光の経路を規定する。この光経路構造は、色素保持メッシュを通常
必要とする典型的な従来型センサとは対照的なものであって、色素溶液が膜と光
学センサ面との間にトラップされてもよい。さらに、本発明は、色素溶液５４が
先端５８においてセンサ面に近接して位置し、又、異なるプローブハウジング１
２と結合して使用の際に容易に除去され、又、異なるセンサカプセル１０によっ
て置換されるように色素溶液５４を保持する。シリコーン膜４６の圧縮はプロー
ブハウジング１２とプローブキャップ１４との間のフィット（はまり具合）の許
容度（許容量）に依存しないし、かつ、色素井戸５２内で色素溶液５３によって
形成された色素層の境界は、穴あき金属ディスク４４とテフロン膜４８に位置し
たプローブ先端５８との間に規定される。このようにして、シリコーン膜３０の
圧縮が互いにセンサ間で一貫するようにセンサカプセル１０を構成することが可
能である。
８は挿入部材３０のアパーチャ３２を介してテフロン膜４８に延び、色素井戸５
２はセンサの光の経路を規定する。この光経路構造は、色素保持メッシュを通常
必要とする典型的な従来型センサとは対照的なものであって、色素溶液が膜と光
学センサ面との間にトラップされてもよい。さらに、本発明は、色素溶液５４が
先端５８においてセンサ面に近接して位置し、又、異なるプローブハウジング１
２と結合して使用の際に容易に除去され、又、異なるセンサカプセル１０によっ
て置換されるように色素溶液５４を保持する。シリコーン膜４６の圧縮はプロー
ブハウジング１２とプローブキャップ１４との間のフィット（はまり具合）の許
容度（許容量）に依存しないし、かつ、色素井戸５２内で色素溶液５３によって
形成された色素層の境界は、穴あき金属ディスク４４とテフロン膜４８に位置し
たプローブ先端５８との間に規定される。このようにして、シリコーン膜３０の
圧縮が互いにセンサ間で一貫するようにセンサカプセル１０を構成することが可
能である。
【００１８】 本発明の特定の実施形態では、外側ハウジング１６と挿入部材３０とは蒸気滅
菌ＵＳＰクラスＶＩプラスチックであるＰＥＥＫから成る。穴あき金属ディスク
は、直径０．０１０インチでかつ中心間距離で０．０１５インチ離間した穿孔６
０を有する０．００５インチ厚の３１６ステンレススチールから成る。シリコー
ン膜４６は、壁厚０．０２５インチでかつ井戸厚あるいは井戸深さ０．０１０イ
ンチの射出成形され、光の透過が防止されるように黒いことが好ましい。テフロ
ン膜４８は０．００２インチ厚であり、テフロン膜４８とシリコーン膜４６との
間に閉じこめられた色素溶液は緩衝溶液における感光ＨＰＴＳ色素の測定量であ
る。穴あき金属ディスク４４は、色素層５４を膨らましかつ分解されたＣＯ2が
透過する短い拡散経路を備えるための機械的束縛として作用する。さらに、本設
計では、拡散経路の長さを従来型センサに比較して８０％だけ低減する。この特
徴はセンサの応答時間を低減するのに役立つ。
菌ＵＳＰクラスＶＩプラスチックであるＰＥＥＫから成る。穴あき金属ディスク
は、直径０．０１０インチでかつ中心間距離で０．０１５インチ離間した穿孔６
０を有する０．００５インチ厚の３１６ステンレススチールから成る。シリコー
ン膜４６は、壁厚０．０２５インチでかつ井戸厚あるいは井戸深さ０．０１０イ
ンチの射出成形され、光の透過が防止されるように黒いことが好ましい。テフロ
ン膜４８は０．００２インチ厚であり、テフロン膜４８とシリコーン膜４６との
間に閉じこめられた色素溶液は緩衝溶液における感光ＨＰＴＳ色素の測定量であ
る。穴あき金属ディスク４４は、色素層５４を膨らましかつ分解されたＣＯ2が
透過する短い拡散経路を備えるための機械的束縛として作用する。さらに、本設
計では、拡散経路の長さを従来型センサに比較して８０％だけ低減する。この特
徴はセンサの応答時間を低減するのに役立つ。
【００１９】 上述から、本発明は以下のような要素を含む従来のセンサに対して利点を有す
ることは明らかである： １．色素井戸にサンドイッチされた色素層と； ２．センサの光学経路を規定しかつ色素保持メッシュの必要性を排除する色素
井戸と； ３．外側又はシリコーン膜に対する穴あき金属支持部であって、ここで、穴あ
き金属及びプローブ先端がサンドイッチされた色素層の境界を閉じこめる２つの
固体面を備えるものである穴あき金属支持部と； ４．組立を容易にしかつ従来のセンサが有するＯリングシールの必要性を排除
する填りキャップデザインであって、剛性構造におけるサンドイッチされた色素
アセンブリを保持する填りキャップデザインと； ５．プローブ先端とプローブキャップとを収容するプローブハウジングの幾何
学的許容度に依存しない膜圧縮を供給する構造であって、ここで、センサカプセ
ルの外側ハウジングがプローブ先端のショルダーで静止するものである構造と； ６．多重プローブハウジング上に取り付けるために交換可能なセンサカプセル
と。
ることは明らかである： １．色素井戸にサンドイッチされた色素層と； ２．センサの光学経路を規定しかつ色素保持メッシュの必要性を排除する色素
井戸と； ３．外側又はシリコーン膜に対する穴あき金属支持部であって、ここで、穴あ
き金属及びプローブ先端がサンドイッチされた色素層の境界を閉じこめる２つの
固体面を備えるものである穴あき金属支持部と； ４．組立を容易にしかつ従来のセンサが有するＯリングシールの必要性を排除
する填りキャップデザインであって、剛性構造におけるサンドイッチされた色素
アセンブリを保持する填りキャップデザインと； ５．プローブ先端とプローブキャップとを収容するプローブハウジングの幾何
学的許容度に依存しない膜圧縮を供給する構造であって、ここで、センサカプセ
ルの外側ハウジングがプローブ先端のショルダーで静止するものである構造と； ６．多重プローブハウジング上に取り付けるために交換可能なセンサカプセル
と。
【００２０】 ここに記載された装置の形式は本発明の好適な実施形態を構成するが、装置の
精密な形式には限定されないこと、及び、添付のクレームに規定された本発明の
範囲から逸脱することなく変更されてもよいことは理解されたい。
精密な形式には限定されないこと、及び、添付のクレームに規定された本発明の
範囲から逸脱することなく変更されてもよいことは理解されたい。
【図１】 本発明のセンサカプセルを組み込んだプローブアセンブリを示
す分解斜視図である。
す分解斜視図である。
【図２】 センサカプセルの分解斜視図である。
【図３】 組み立てたセンサカプセルの断面立面図である。
１０ センサカプセル １６ 外側ハウジング １９ アパーチャ ３０ 挿入部材 ４４ 穴あき金属ディスク ４６ シリコーンセンサ膜 ４８ シリコーン膜 ５２ 色素井戸 ５４ 蛍光色素溶液
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エイチ・ピン・ウー アメリカ合衆国・オハイオ・45440・ビー ヴァークリーク・チャルメット・ドライ ヴ・4196 (72)発明者 ロバート・ビー・スポーケイン アメリカ合衆国・オハイオ・45305・ベル ブルック・ギャリー・ドライヴ・1715 (72)発明者 ジェイミー・エヌ・ルシア アメリカ合衆国・オハイオ・45424・ヒュ ーバー・ハイツ・チャットレイク・ドライ ヴ・7218 Ｆターム(参考） 2G042 AA01 BB05 DA08 FA11 FB06 2G054 AA01 CA01 CE01 CE02 EA03 FA01 FA16 FA28 FA38
Claims (9)
- 【請求項１】 溶液内の分析対象の濃度を測定するセンサであって、 測定すべき分析対象に拡散可能なセンサ膜と； 前記センサ膜において井戸を規定する凹みと； 前記井戸に位置しかつ色素層を規定する感光色素溶液と； 前記色素溶液を保持するために前記井戸全体に位置するカバー膜と；を備えた
センサ。 - 【請求項２】 前記センサ膜を支持する薄い穴あき要素を含み、前記薄い
穴あき要素が前記分析対象の前記センサ膜への通過用の拡散経路を規定する請求
項１に記載のセンサ。 - 【請求項３】 ハウジングと挿入部材とを含み、前記カバー膜とセンサ膜
と色素層と薄い穴あき要素とが前記ハウジング内に位置しかつ前記挿入部材と前
記ハウジングとの間に挟まれている請求項２に記載のセンサ。 - 【請求項４】 前記ハウジング内に前記挿入部材を保持するために、前記
挿入部材がはまった状態で前記ハウジングと協働する請求項３に記載のセンサ。 - 【請求項５】 前記挿入部材がファイバ光学プローブの先端を受けるアパ
ーチャを含んだ請求項３に記載のセンサ。 - 【請求項６】 前記薄い穴あき要素が複数の穿孔を有するステンレス鋼部
材を備えた請求項２に記載のセンサ。 - 【請求項７】 前記センサ膜がシリコーンを含んだ請求項１に記載のセン
サ。 - 【請求項８】 前記カバー膜がテフロン（登録商標）を含んだ請求項１に 記載のセンサ。
- 【請求項９】 前記色素溶液が感光ＨＰＴＳ色素を含んだ請求項１に記載
のセンサ。
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