WO2003036293A1 - Methode zur gleichzeitigen optischen bestimmung von ph-wert und gelöstsauerstoff - Google Patents

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Abstract

Es wird ein optisches Verfahren beschrieben, mit dessen Hilfe es möglich ist, den pH-Wert einer Lösung und deren Gehalt an Gelöstsauerstoff zu bestimmen. Es beruht auf der Verwendung von zwei optischen Indikatoren in nur einer Sensormatrix, wobei die beiden Indikatoren zwei voneinander differenzierbare optische Signale liefern, die den jeweiligen Messgrössen zugeordnet werden können. Ebenfalls beschrieben werden entsprechende Materialien und deren Verwendung.

Description

Methode zur gleichzeitigen optischen Bestimmung von pH-Wert und Gelöstsauerstoff
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein optisches Verfahren, mit dem der pH-Wert einer Lösung und deren Gehalt an Gelöstsauerstoff bestimmt werden können.
Die Bestimmung des pH-Wertes einer wässrigen Probe und des in der Probe gelösten Sauerstoffs ist von entscheidender analytischer Bedeutung. In diesem Zusammenhang ist der Ausdruck "wässrige Probe" dahingehend zu verstehen, dass sie zu mehr als 50% aus Wasser besteht. Unter dem im Folgenden verwendeten Ausdruck pH/O2 wird der pH-Wert und der Gehalt an Gelöstsauerstoff verstanden. Der pH-Wert ist definiert als -log [H +], wobei [H + ] die Aktivität (oft auch als "Konzentration" bezeichnet) der Wasserstoff-Ionen ("Protonen") in einer Flüssigkeit ist. Als Gelöstsauerstoff bezeichnet man die Konzentration an Sauerstoff (angegeben meist in mg/Liter oder in Mikromol/Liter) in einer flüssigen Probe.
Der pH/O2 erlaubt zum einen die Beurteilung wässriger Probenlösungen, z. B. von Abwässern, deren pH-Werte oft ausserhalb tolerierter Grenzen liegen und deren Sauerstoffgehalt oft so niedrig ist, dass man sie als "totes Gewässer" bezeichnen muss. Die Kenntnis des pH/O2 von Blut wiederum zeigt, inwieweit dieses sich im Normbereich bzw. ausserhalb befindet. In der Bioprozesskontrolle und in zellulären Screening wiederum ist es erforderlich, den pH/O2 kontinuierlich ("sensorisch") zu erfassen, um einerseits einen Prozess optimal zu führen bzw. die Auswirkung externer Einflüsse bzw. von Inhibitoren rasch zu erkennen.
Eine Reihe von optischen Verfahren zur Bestimmung des pH-Wertes oder des Sauerstoffgehaltes einer Lösung wurde bereits beschrieben. Derartige Sensoren besitzen als eigentliches Sensorelement eine mit einem Indikatorfarbstoff versehene Zone, deren optische Eigenschaften sich als Funktion des Analyten (pH-Wert oder Sauerstoff) ändern. In den meisten Fällen ist der Indikator in ein Polymer eingebettet. Die optischen Eigenschaften (z. B. Reflexion, Fluoreszenzintensität, Fluoreszenzabklingzeit) werden mit Hilfe eines entsprechenden opto-elektronischen Systems abgetastet. Im Prinzip können je ein pH-Sensor und ein O2-Sensor verwendet werden, um pH/O2 zu erfassen. Allerdings erfordert der Einsatz zweier getrennter Sensoren meist getrennte opto-elektronische Systeme.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung war deshalb die Bereitstellung eines verbesserten Verfahren mit dem pH-Wert und Gelöstsauerstoff einer Probe gleichzeitig bestimmt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur gleichzeitigen optischen Bestimmung von pH-Wert und Gelöstsauerstoff in einer überwiegend wässrigen Probe, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass eine einzige Sensormatrix verwendet wird, die überwiegend aus organischem Polymer besteht und mindestens zwei Indikatorfarbstoffe enthält, die für die Messgrößen pH-Wert oder/und Gelöstsauerstoff zumindest ein differenzierbares optisches Signal liefern.
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren, bei dem mit Hilfe nur eines Sensorelementes und einer opto-elektronischen Anordnung der pH- Wert und der Gelöstsauerstoff gleichzeitig bestimmt werden können. Erfindungsgemäß werden dazu Sensorelemente eingesetzt, die zum einen aus einem organischen Polymer bestehen, das sowohl für Protonen (H+- lonen) als auch für Gelöstsauerstoff durchlässig ist, und zum anderen mindestens 2 Indikatoren umfassen, deren Farbe oder Fluoreszenz vom pH- Wert bzw. der Konzentration an Gelöstsauerstoff abhängt und deren optische Eigenschaften getrennt erfassbar sind. Die Matrix besteht überwiegend, d.h. zu > 50 Gew.-%, mehr bevorzugt zu > 60 Gew.-%, noch mehr bevorzugt zu > 70 Gew.-% und am meisten bevorzugt zu > 80 Gew.-%, bezogen auf ihr Gesamtgewicht aus einem Polymer. Die zu untersuchende überwiegend wässrige Probe besteht zu > 50 Gew.-%, bevorzugt zu > 60 Gew.-%, insbesondere zu > 70 Gew.-%, mehr bevorzugt zu > 80 Gew.-% und am meisten bevorzugt zu > 90 Gew.-% aus Wasser. Bei der Probe kann es sich z.B. um Serum oder Blut, um Flüssigkeiten aus Bioreaktoren oder aus der Zellzucht oder um Wasser aus dem Bereich des toxikologischen oder pharmazeutischen Screening oder um zu untersuchendes Abwasser oder Wasser, z.B. aus Seen oder Flüssen, dessen Qualität bestimmt werden soll, handeln.
Derartige Sensorelemente können in verschiedenen Anordnungen eingesetzt werden. In einer üblichen Variante werden sie als dünner (0.1 - 20 μm) Film am Boden oder der Wand einer Kavität (wie z.B. einer Durchflusszelle, einem Wegwerfteil mit integrierter Probenkammer, einer Mikrotiter- platte oder in einem Zellzuchtgefäß) aufgebracht und von aussen optisch abgetastet.
In anderen bevorzugten Anwendungsformen werden die Elemente an der Spitze oder der Oberfläche von (faseroptischen) Lichtwellenleitern aufgebracht und entweder direkt oder mittels evaneszenter Wellen abgetastet. Die zur Herstellung derartiger Sensorelemente erforderlichen Materialien werden bevorzugt erhalten, indem man mindestens 2 geeignete Indikatoren in einem geeigneten Polymer löst. Geeignete Polymere sind zum einen für H +-lonen und für Sauerstoff in jede Richtung durchlässig, halten aber die Farb-Indikatoren so gut in der Polymermatrix zurück, dass diese auch bei langer Kontaktzeit (mit dem Medium) nicht ausgewaschen werden. Oft werden Indikatoren über eine chemische Bindung fest an das Polymer geknüpft. Somit sind stark hydrophile Polymere (wie z.B. Polysiloxane, Polyethylene, Polystyrole oder nicht-weichgemachtes Polyvinylchlorid) ungeeignet. Hingegen sind hydrophile Polymere und besonders solche Polymere, die sowohl hydrophile wie auch hydrophobe Domänen enthalten, besonders gut geeignet. Geeignete Polymere sind z.B. Hydrogele, Poly(hydroxyethylmethylacrylat), organisch modifizierte Solgele, wie etwa Poly-(methyltrimethoxysilan), Poly(methacrylamid), gegebenenfalls als Copolymer mit Polyacrylnitril sowie Polyethylenglykol, auch als Copolymer oder im Gemisch mit Polypropylenglykol.
Als Indikatoren für pH-Wert bzw. Sauerstoff kommen vorzugsweise jene in Frage, die mit Hilfe von Halbleiterlichtquellen (Leuchtdioden oder Diodenla- sern) abgetastet werden können. Sie werden aber auch aus Kostengründen bevorzugt eingesetzt und weil sie sich besonders gut für zeitaufgelöste Messungen (bis zu Zeitauflösungen von 0.3 ns) eignen. Im Allgemeinen wird man versuchen, die Messwellenlängen in den langwelligen Bereich, z.B. > 400 nm, insbesondere > 500 nm, bevorzugt > 550 nm zu ver- schieben, um die im kurzwelligen starke Eigenabsorption von Polymeren, Gläsern und von biologischem Material zu minimieren, und weil bei kurzwelliger Bestrahlung die Eigenfluoreszenz von Materialien und biologischen Proben besonders stark ist.
Durch Einsatz einer oder zweier Lichtquellen (oder einer Bicolor-Lichtquelle) erhält man somit 2 optische Signale, das eine für den pH-Wert, das andere für Gelöstsauerstoff. Das optische Signal kann in der Intensität des reflektierten oder des emittierten Lichtes bestehen. In einer besondeers bevorzugten Ausführungsform ist das Signal für Gelöstsauerstoff immer ein Fluoreszenzsignal.
Eine weitere Möglichkeit der Abtastung besteht darin, anstelle der Fluores- zenzintensität die Abklingzeit (r) der Fluoreszenz eines oder beider Indikatoren zu bestimmen. Bei pH-Indikatoren kann der pH-Wert in eine Abklingzeit- information überführt werden, wenn man sich den Effekt des Förster-Energie-Transfers zunutze macht, wie von Kosch et al. gezeigt worden war (U. Kosch, I. Klimant, T. Werner & O. S. Wolfbeis, Anal. Chem. 70 (1 998) 3892-3897) . Die Sauerstoffindikatoren hängen (nach Stern und Volmer) in ihrer Abklingzeit direkt und in definierter Weise von der Konzentration an gelöstem Sauerstoff ab.
Eine dritte Möglichkeit der Abtastung des Doppelsensors besteht in der Messung der Phasenverschiebung der Fluoreszenz der beiden Indikatoren gegenüber der Phase einer sinus-förmig modulierten Lichtquelle, gegebenenfalls unter Verwendung von Referenzfarbstoffen, zu deren Fluoreszenzintensität oder Phase das analytische Signal in Bezug gesetzt wird. Ein typisches Beispiel dafür besteht in der Messung von pH-Werten mittels Phasenfluorimetrie (G. Liebsch, I. Klimant, Ch. Krause & O. S. Wolfbeis, Anal. Chem. 73 (2001 ) 4354-4363.).
Bevorzugte Indikatoren für den pH-Wert sind z.B. 5-Carboxyfluorescin-N- succinimidylester, N9 (Merck, Darmstadt), 8-Hydroxy-1 ,3,6-pyrentrisulfo- nat sowie SemiNaphto-rhoda-fluoresceine.
Bevorzugte Indikatoren für den Sauerstoffgehalt sind z.B. Platin-Octaethyl- porphyrin,Ruthenium-tris-(diphenylphenanthrolin),Palladium-Octaethylpor- phyrin, meso-Tetraphenylprophyrin-Pt(ll), AI-8-Hydroxy-7-iodo-5-chinolin- sulfonsäure, Kampher-Chinon, (1 , 10-Phenanthrolin)tris-(thenoyltrifluor- acetonato)europium(lll) sowie Aluminium-Phthalocyanin.
Bevorzugt werden der pH-Wert-Indikator und der Sauerstoffindikator je- weils so gewählt, dass eine charakteristische Eigenschaft, beispielsweise die Fluoreszenz der beiden Indikatoren so unterschiedlich ist, dass sie unabhängig voneinander bestimmt werden kann. Beispielsweise werden bevorzugt ein pH-Wert-Indikator und ein Sauerstoffindikator verwendet, deren maximale Fluoreszenzintensität einen Abstand von mindestens 50 nm, bevorzugt mindestens 100 nm und am meisten bevorzugt mindestens 200 nm aufweisen. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die beiden Indikatoren bei derselben Anregungswellenlängen angeregt werden können, sodass nur eine Lichtquelle zur Anregung erforderlich ist. Weiterhin ist es bevorzugt, die optische Eigenschaft der Indikatoren erst nach einer gewissen Wartezeit zu bestimmen während der Untergrundlumineszenz abklingen kann .
Es ist aber möglich unterschiedliche optische Eigenschaften für den pH- Wert-Indikator und den Sauerstoffindikator zu bestimmen, indem beispielsweise für den einen Indikator reflektrometrisch und für anderen Indikator fluorometrisch gemessen wird .
Die Erfindung betrifft somit insbesondere ein optisches Verfahren, mit dessen Hilfe es möglich ist, den pH-Wert einer Lösung und deren Gehalt an Gelöstsauerstoff zu bestimmen. Es beruht auf der Verwendung von zwei optischen Indikatoren in nur einer Sensormatrix, wobei die beiden Indikatoren zwei voneinander differenzierbare optische Signale liefern, die den jeweiligen Messgrößen zugeordnet werden können.
Die Erfindung wird durch die beigefügten Figuren und die folgenden Beispiele weiter erläutert.
Figur 1 zeigt typische Reaktionsgefäße mit darin enthaltenen Sensorschichten. Im linken Bild ist sie am Boden aufgebracht, im rechten Bild an der Innenwand . Die Sensorschicht wird mit Licht aus einer (oder mehreren) Lichtquellen L beleuchtet, und das von Sensor S zurückgegebene Licht wird mit einem (oder mehreren) Fotodetektoren D nachgewiesen. Bevorzugte Lichtquellen sind Leuchtdioden, bevorzugte Detektoren sind vom Typ der Fotodioden. Die Intensität oder Abklingzeit oder Phasenverschiebung des vom Sensor S abgegebenen Lichts dient als analytische Information über den pH-Wert bzw. den Gehalt an Gelöstsauerstoff in der Probenlösung .
Figur 2 zeigt die Absorptionsbanden des Sauerstoffindikators
Ru(dpp) (Kurve 1 ) und des pH-Indikators Carboxyfluorescein (Kurve 2) in einer Sensormembran zur simultanen Bestimmung von pH-Wert und Gelöst- sauerstoff in einer wässrigen Probe. Da die beiden Absorptionsmaxima im blauen Spektralbereich liegen, können sie mit einer einzigen LED angeregt werden. Die Emissionsmaxima sind hingegen deutlich getrennt und können somit eindeutig dem pH-Wert bzw. dem Gehalt an Gelöstsauerstoff zu- geordnet werden.
Beispiele
Beispiel 1 Herstellung eines optischen Doppelsensors zur reflektometrischen Bestimmung des pH-Wertes und fluorimetrischen Bestimmung des Gelöstsauerstoffes einer wässrigen Probenlösung.
Man bereitet eine Lösung von 4 g des Hydrogels D4 (von Tyndall-Plains- Hunter; Ringo; NY) in einem Gemisch aus 72 g Alkohol (100%) und 8 g Wasser. Nun fügt man zu 1 mL dieser Lösung ca. 0.1 mL einer wässrigen Suspension von Polystyrol-Partikeln, die mit dem Sauerstoffindikator Platin- Octaethylporphyrin angefärbt worden sind (Produkt Nr. 20886; von Fa. Molecular Probes, Oregon). Die Mischung wird homogenisiert und als dünne Schicht (50 μm) auf den Boden eines Glasgefäßes, wie sie in der Zellzucht verwendet werden (siehe Figur 1 ), aufgebracht.
Alternativ streicht man das Material auf einen optisch transparenten flachen Träger wie z.B. eine Folie aus Polyterephthalat (Mylar™; von Goodfellow, Cambridge; UK) . Nach Trocknen des Films erhält man in beiden Fällen eine dünne Polymerschicht mit darin enthaltenen fluoreszierenden Partikeln. Die Fluoreszenz dieses Material kann bei 390 nm angeregt werden und hat ein Maximum bei 650 nm. Ihre Intensität wird durch Sauerstoff reversibel gelöscht. Die Abklingzeit der ungelöschten Lumineszenz liegt bei > 100 Mikrosekunden. Das Material ist somit zwar Sauerstoffempfindlich, aber noch nicht pH-empfindlich. Die so erhaltene Polymerschicht wird nun auf folgende Weise mit dem pH- Indikator N9 angefärbt: Man löst 2 mg des Farbstoffes N9 (Merck, Darmstadt) in 0.1 ml konzentrierter Schwefelsäure und läßt ihn 30 min. bei Raumtemperatur stehen. Danach gießt man in 1 0 ml Wasser und neutrali- siert die gelbe Lösung durch Zugabe von Natronlauge bis zur Grünfärbung. Um den Film am Boden des Glasgefäßes anzufüllen, gießt man die grüne Lösung in das Glasgefäß oder legt die oben beschriebene beschichtete Folie in die grüne Lösung. Danach stellt man die Lösung mit starker Natronlauge auf einen pH-Wert von 1 3 ein, wodurch sie tiefblau wird. Bei diesem pH- Wert bindet der Farbstoff kovaient an die terminalen Hydroxygruppen des Hydrogels. Nach 2 h gießt man die blaue Lösung aus dem Glasgefäß (bzw. nimmt die blaue Membran aus der Lösung) und wäscht sie mit viel Wasser. Die Farbe der Sensorschicht schlägt langsam über grün (bei pH 7) nach gelb (pH < 6) um.
Beispiel 2
Optisch-sensorische Messung von Gelöstsauerstoff und pH-Wert.
Man hat mehrere Möglichkeiten, die in Beispiel 1 beschriebene Sensor- schicht optisch abzutasten. Beleuchtet man sie mit einer blauen Leuchtdiode mit Licht der Wellenlänge 440-460 nm, so ist die Intensität des diffus reflektierten Lichtes proportional dem pH-Wert der Lösung, mit der die Membran in Kontakt steht. Dies resultiert aus dem Umstand, dass der Farbstoff N9 in saurer Lösung gelb (Λmax 440 nm) und in alkalischer Lösung blau ist (Λmax 580 nm) . Eine zweite Abtastmöglichkeit besteht darin, die bei pH-Werten > 6 auftretende Blautönung der Sensormembran mit einer gelben Leuchtdiode (Λmax 580 nm) reflektometrisch zu vermessen. Beide Signale, vorzugsweise auch das Verhältnis der bei 440 bzw. 580 nm erhaltenen Signale, können zum pH-Wert in quantitativen Bezug gesetzt werden. Um den Gehalt an Gelöstsauerstoff zu bestimmen, regt man die Fluoreszenz des in der Membran enthaltenen Platinkomplexes bei ebenfalls 440 nm an. Die Fluoreszenzintensität der Membran im Wellenlängenbereich bei 650 nm kann über die Stern-Volmer-Gleichung mit der Sauerstoffkonzen- tration [O2] der Lösung in Bezug gesetzt werden. Die Stern-Volmer-Gleichung hat folgende Form:
l0/l = 1 + Ksv[O2] bzw. τ0lτ = 1 + Ksv[O2].
Hier bedeuten l0 bzw. I die gemessenen Fluoreszenzintensitäten in Abwesenheit bzw. Anwesenheit von Sauerstoff in einer Konzentration [O2]. Im zweiten Teil der Gleichung bedeuten r0 bzw. r die gemessenen Abklingzeiten in Abwesenheit bzw. Anwesenheit von Sauerstoff in einer Konzentration [O2l. Die Stern-Volmer-Konstante Ksv ist charakteristisch für jede Kombination aus Fluoreszenzindikator und Polymermatrix.
Eine weitere Möglichkeit der Abtastung besteht nach Stern-Volmer also darin, anstelle der Fluoreszenzintensität die Abklingzeit (T) der Fluoreszenz des Indikators zu bestimmen, da diese ebenfalls in definierter Weise von der Konzentration an gelöstem Sauerstoff abhängt.
Eine dritte Möglichkeit besteht in der Messung der Phasenverschiebung der Fluoreszenz gegenüber der Phase einer sinus-förmig modulierten Lichtquelle, gegebenenfalls unter Verwendung von Referenzfarbstoffen, zu deren Fluoreszenzintensität oder Phase das analytische Signal in Bezug gesetzt wird.
Eine vierte Möglichkeit der Messung besteht darin, die Fluoreszenzintensität des langsam abklingenden Sauerstoffindikators derart bestimmen, dass man nach einem Anregungspuls mit einer Dauer, die deutlich unter der Abklingzeit des Indikators liegt (also z. B. 5 ns), eine gewisse Zeit verstreichen lässt. Während dieser Zeit kann die Untergrundlumineszenz des Sensors und der Untersuchungslösung abklingen. Erst danach wird die eigentliche Lumineszenz des langsam abklingenden Indikators gemessen und ist somit nicht verfälscht. Diese Messmethode wird in der Literatur als "gated fluorometry" bezeichnet.
Beispiel 3
Herstellung eines optischen Doppelsensors zur fluorimetrischen Bestimmung des pH-Wertes und fluorimetrischen Bestimmung des Gelöstsauerstoffes einer wässrigen Probenlösung.
Analog zu Beispiel 1 wurde pH-Indikator 5-Carboxyfluorescein N-succin- imidyl ester (Fluka, Produkt-Nr. 21 878) in eine amino-modifizierte Hydrogel- membran (von Tyndale-plains-Hunter; Ringo; New Jersey) immobilisiert. Zu dieser Membran wurden Polystyrol-Partikel zugegeben, die mit dem Sauer- stoff-lndikator Ruthenium-tris-(diphenylphenanthrolin) (von Fluka, Schweiz) angefärbt worden waren. Die Spektren des so erhaltenen Materials sind in Fig. 2 dargestellt und zeigen, dass die Absorptionsbanden des Sauerstoffindikators (Kurve 1 ) und des pH-Indikators (Kurve 2) im blauen Spektralbereich liegen und somit mit einer einzigen LED angeregt werden können. Die Emissionsmaxima sind hingegen deutlich getrennt und können somit eindeutig dem pH-Wert bzw. dem Gehalt an Gelöstsauerstoff zugeordnet werden.
Beispiel 4 Weitere pH-Indikatoren und Materialien.
Folgende pH-sensitive Materialien können (in Kombination mit Sauerstoffsensitiven Materialien) zur gleichzeitigen Bestimmung von pH-Wert bzw. Gelöstsauerstoff eingesetzt werden:
* 5-Carboxynaphthofluorescein-N-succinimidylester (Fluka; Buchs,
Schweiz; Produkt-Nr. 21 933); kovaient immobilisiert auf Cellulose oder Hydrogelen; Anregung bei 580 - 610 nm; Emission gemessen zwischen 650 und 690 nm;
8-Hydroxy-1 ,3,6-pyrentrisulfonat ("HPTS"; Produkt H-348 von Molecular Probes; Eugene; Oregon); dieser Farbstoff kann auch bereits in immobilisierter Form in eine Hydrogelmembran eingebaut werden (HPTS-Dextran-Konjugat; Produkt D-71 79; von Mol. Probes); * Der Indikator Carboxy-SNARF-1 (ein SemiNapohtho-rhoda- fluorescein) an ein Dextran konjugiert (Produkte D-3303, D-3304; von Mol. Probes) .
Beispiel 5
Weitere Sauerstoff-Indikatoren und Materialien
Folgende Sauerstoff-sensitive Materialien können (in Kombination mit pH- sensitiven Materialien) zur gleichzeitigen Bestimmung von pH-Wert bzw. Gelöstsauerstoff eingesetzt werden:
* Palladium-Octaethylporphyrin (von Porphyrin Systems; Lübeck); Produkt-Nr. PO-890399; Anregung bei 390 - 410 nm bzw. bei 580 - 620 nm; Emission bei 660 nm. * meso-Tetraphenylporphyrin-Pt(ll); Produkt-Nr. PO-890048);
* der Indikator Al-Ferron (Ferron: 8-Hydroxy-7-iodo-5-chinolinsulfon- säure) nach Sanz-Medel und Mitarbeitern, Anal. Chim. Acta 360 (1998) Seiten 1 7-26);
* der Indikator Kampher-Chinon (J.M. Charlesworth, Sensors & Actuators B22 (1 994) Seiten 1 ff);
* der Indikator (1 , 10-Phenanthroline)tris(thenoyltrifluoroacetonato)eu- ropium(lll) (nach Amao et al; Bull. Chem. Soc. Jpn. 73 (2000) Seiten 2663-2668;
* der Indikator Aluminium-Phthalocyanin ( nach Amao et al., Anal. Chim. Acta 407 (2000), Seiten 41 -44. Beispiel 6
Weitere geeignete Polymere für Sensorfilme
* Poly(Hydroxyethyl-methacrylat) = Poly-HEMA; verschiedene Her- steller;
* organisch modifizierte Sol-Gele, z. B. Poly-(methyl-trimethoxysilan);
* Poly(methacrylamid); auch quervernetzt oder als Copolymer mit Polyacrylnitril
* Polyethylenglycol als Copolymer oder im Gemisch mit Polypropylen- glycol; quervernetzt.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur gleichzeitigen optischen Bestimmung von pH-Wert und Gelöstsauerstoff in einer überwiegend wässrigen Probe, dadurch gekennzeichnet, dass eine einzige Sensormatrix verwendet wird, die überwiegend aus organischem Polymer besteht und mindestens zwei Indikatorfarbstoffe enthält, die für die Messgrößen pH-Wert und Gelöstsauerstoff zumindest ein differenzierbares optisches Signal liefern.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Signale durch optische Indikatorfarbstoffe bewirkt werden, die auf pH-Wert und Gelöstsauerstoff derart ansprechen, dass sie eine Änderung ihrer Eigenfarbe oder ihrer Fluoreszenzeigenschaften erleiden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Indikatoren mit Hilfe einer fluoreszopti- schen Methode abgetastet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das floreszenz-optische Verfahren in der Messung der Fluoreszenzintensität, in der Messung der Abklingzeit nach puls- förmiger Anregung, in der Messung der Phasenverschiebung nach frequenzmodulierter Anregung, in der Messung der Effizient des radiativen oder nicht-radiativen Energietransfers von einem Donorfarbstoff zu einem Akzeptorfarbstoff, oder in der Messung der Fluoreszenzintensität oder -abklingzeit nach einer Verzögerungsphase von mindesten 50 ns ("gated fluorometry") besteht.
5. Sensormaterialien zur optischen Bestimmung von Sauerstoff und pH- Wert in einer überwiegend wässrigen Probe insbesondere mit dem
Verfahren nach Anspruch 1 , bestehend aus einem überwiegend organischen Polymer und je einem darin physikalisch oder chemisch immobilisierten pH-Indikator bzw. Sauerstoff-Indikator, wobei die beiden Indikatoren auf den pH-Wert bzw. auf den Gehalt an Gelöst- Sauerstoff mit einer Änderung ihrer jeweiligen optischen Eigenschaften reagieren.
6. Verwendung der Sensormaterialien nach Anspruch 5 zur optischen Bestimmung von pH-Wert und Gelöstsauerstoff in einer überwiegend wässrigen Probe.
7. Verwendung der Materialien nach Anspruch 5 zur Bestimmung von pH-Wert und Gelöstsauerstoff in Serum oder Blut, in Bioreaktoren bzw. in Mikrobioreaktoren, in der Zellzucht oder in der Zucht organi- scher Ersatzmaterialien, im toxikologischen oder pharmazeutischen
Screening, oder in der Überwachung der Qualität von Wasser.
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