[发明专利]光化学传感器

说明书

基于光学感测技术来确定测量介质中的一种以上参数的光化学传感器包括具有第一感测层和第二感测层的光化学敏感元件，其中，第一感测层和第二感测层布置在衬底上。第一感测层包括用于确定第一参数的第一指示剂而第二感测层包括用于确定测量介质中的第二参数的第二指示剂。

技术领域

本发明涉及一种用于确定测量介质中的至少两种参数的改进的光化学传感器(optochemical)。

背景技术

光化学传感器被发现在环境、工业、实验室、医疗和生物领域中用于确定各种各样的分析物比如溶解的气体、金属离子等。

在理论上，光化学传感器的操作依赖于光学感测技术、比如光致发光。光致发光的现象涉及光子的吸收以及随后的光的发射。基于这种操作原理的光化学传感器包括信号产生物质，所述信号产生物质通常被称作能够与处理介质中的待测量的分析物相互作用的指示剂。指示剂可以与处理介质直接或间接地接触。

在基于光致发光的光化学传感器中，由分析物导致的光致发光的减少被检测，这种减少被称作光致发光猝灭。在这一理论下，指示剂的分子被具有合适的波长的光的照射激发。随着分子从激发态弛豫回到基态，它们会以光致发光的形式释放吸收的能量。分析物与指示剂之间的物理相互作用会导致通过非辐射途径的弛豫的增强，这会降低光致发光强度并会提高弛豫的猝灭率(relaxation rate-quenching)。根据指示剂，直接发射是不可能的并且系统以显著降低的跃迁率通过一附加状态来弛豫。

光致发光的理论涵盖了尤其两种现象，也即荧光和磷光，荧光和磷光的区别在于它们在激发和发射期间在分子中进行的光物理过程。基于荧光或磷光现象而用在光化学传感器的指示剂被更广泛地知晓的是荧光团或磷光指示剂。

在理论上，能够通过光致发光和光致发光猝灭来确定处理介质中的许多分析物比如H⁺、溶解的气体(比如二氧化碳、氧气以及臭氧等)，只要信号产生物质、例如指示剂对处理介质中的目标参数是敏感的即可。术语“处理介质”在本文中涵盖了液体和气体以及液体和气体的混合物。

美国专利申请2010/0203649A1描述了一种用在光化学测量装置中的光化学传感器元件。所述光化学传感器元件包括固定在施加于衬底上的聚合物基质中的指示剂。光化学传感器元件用于测量气态的或溶解的分析物，比如氧气、二氧化硫、过氧化氢或一氧化氮。光化学传感器被记载为具有高稳定性、良好的光学透明性以及对机械应力的良好的耐受性并且能确保可以精确且快速地测量气态的或溶解的参数。

如之前已经知晓的，大多数光学指示剂对温度是交叉敏感的，这是因为光致发光和猝灭现象两者都是与温度相关的。在涉及利用这种光化学传感器来确定某一参数的应用中，分析物的浓度确定通常针对温度予以校正。对于温度补偿值得考虑的是错误的温度测量，这是因为错误的温度测量会直接转换成可能影响测量介质并由此影响所监测的过程的测量误差。这尤其涉及下述气体应用：在这种气体应用中，处理介质的温度会在数秒内变化超过十分之几度从而需要快速的温度测量。

Baleizao等人(Anal.Chem.80，6449–6457，2008)描述了一种双荧光传感器，该双荧光传感器考虑了温度对氧气传感器的影响。包含有两种分别针对氧气和温度的发光化合物的两个传感器层制备在聚酯支撑部上。这两个传感器层布置在聚酯支撑部的同一侧上。

在美国专利No.6,303.386中，一种用于确定测量介质中的温度补偿式化学参数的光化学传感器被公开。温度传感器与包含有光学-化学指示剂的化学传感器组合，所述光学-化学指示剂主要通过直接在传感器的敏感层中测量温度来实现温度补偿。在该文献说明的一实施例中，温度指示剂和化学指示剂固定在两个不同的层中。这两个层施加在衬底上，所述衬底继而引入测量介质中以使得这两个传感器层与介质直接接触。