DE10048153A1 - Vorrichtung zur Erzeugung von Singulett-Sauerstoff - Google Patents
Vorrichtung zur Erzeugung von Singulett-SauerstoffInfo
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Abstract
Eine Vorrichtung zur Erzeugung von Singulett-Sauerstoff weist ein Gehäuse (1), das eine Kammer bildet, die zumindest zwei gegenüberliegende Flächen aufweist, von denen die eine (4) lichtdurchlässig ist, während die andere (6) eine Beschichtung aus mit einem durch Licht anzuregenden Farbstoff trägt, und eine Lichtquelle (3) zur Bestrahlung der mit dem Farbstoff beschichteten Fläche (6) auf. Die mit dem Farbstoff beschichtete Fläche (6) ist durch ein Substrat mit einer fein aufgerauhten Fläche gebildet, wobei der Farbstoff durch Einpolieren in die Vertiefungen der fein aufgerauhten Fläche eingebracht ist. Die Lichtquelle kann durch Leuchtdioden (3) gebildet sein, deren Lichtemission eine Wellenlänge aufweist, die im Bereich einer maximalen Strahlungsabsorption des Farbstoffes der beschichteten Fläche (6) liegt.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung von Singulett-Sauerstoff
der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art, sowie auf ein Verfahren zur
Herstellung einer mit Farbstoff beschichteten Fläche für eine derartige Vorrichtung.
Eine derartige Vorrichtung zur Erzeugung von Singulett-Sauerstoff ist aus der
WO 97/29044 A1 bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird eine Kammer gebildet, die zwei
Begrenzungsflächen aufweist, von denen die eine lichtdurchlässig ist, während die
andere mit einem durch Lichtstrahlung anregbarem Farbstoff beschichtet ist. Diese mit
dem Farbstoff beschichtete Fläche wird mit Licht von einer Lichtquelle bestrahlt, die
benachbart zu der lichtdurchlässigen Fläche angeordnet ist. Die Lichtquelle ist
vorzugsweise eine Halogenlampe, wobei die lichtdurchlässige Fläche einen bestimmten
Teil der Strahlung ausfiltert, so daß eine Strahlung mit einem bestimmten
Frequenzspektrum erzielt wird. Diese Lichtstrahlung wirkt auf den Farbstoff ein, der sich
auf der mit dem Farbstoff beschichteten Fläche befindet, wobei der über diese Fläche
strömende Sauerstoff in einen angeregten Zustand versetzt wird, um Singulett-
Sauerstoff zu bilden. Die Farbstoffbeschichtung wird durch kinetische, thermische oder
chemische Abscheidung auf einer sehr fein aufgerauhten oder Mikroporen auf
weisenden Oberfläche aufgebracht. Der Wirkungsgrad dieser bekannten Vorrichtung
ist jedoch gering, und die Herstellung der mit Farbstoff beschichteten Fläche ist sehr
aufwendig, wobei weiterhin durch die Verwendung der Halogenlampe eine starke
Wärmeentwicklung entsteht.
Aus der US-4 579 837 A ist es weiterhin bekannt, auf einem Substrat mehrere
Schichten aus polykristallinem organischen Farbstoff aufzubringen, wie z. B. Trypaflavin,
Eosin oder Tetrazen. Auch hier ist die Herstellung der mit Farbstoff beschichteten
Fläche sehr aufwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren der
eingangs genannten Art zu schaffen, die die Erzeugung von Singulett-Sauerstoff mit
hohem Wirkungsgrad bei geringem Aufwand ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 bzw. 13 angegebenen Merkmale
gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den
jeweiligen Unteransprüchen.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine einzige Schicht des Farbstoffes
durch Druckausübung und Reibung in einem Poliervorgang in die feinen Poren auf der
Oberfläche des Substrates eingebracht, so daß der Aufwand für die Herstellung der mit
Farbstoff beschichteten Fläche sehr gering ist. Weiterhin ergibt sich bei diesem
Verfahren keine Beeinträchtigung der Eigenschaften des Farbstoffes. Die Anregung des
Farbstoffes erfolgt mit Leuchtdioden, deren Emissionswellenlänge an das
Absorptionsmaximum des jeweiligen Farbstoffes angepaßt ist, wobei dieses
Absorptionsmaximum bei den nachstehend genannten Farbstoffen zumeist im Bereich
von 600-680 Nanometern liegt, einem Bereich, für den handelsübliche Leuchtdioden
mit relativ schmalen Wellenlängenbereichen zur Verfügung stehen.
Da damit für die Anregung des Farbstoffes handelsübliche Leuchtdioden verwendet
werden können, ergibt sich einerseits ein einfacher und kostengünstiger Aufbau und
andererseits aufgrund des hohen Lichtwirkungsgrades derartiger Leuchtdioden ein
hoher Gesamtwirkungsgrad der Vorrichtung.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausfüh
rungsbeispielen noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Aktivierung von Luft,
Fig. 2 eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Aktivierung von Flüssigkeiten.
Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform der Vorrichtung umfaßt ein Gehäuse 1, das
bei der dargestellten Ausführungsform einen zylindrischen Querschnitt aufweist, jedoch
auch langgestreckt oder mit einem anderen Querschnitt ausgebildet sein kann. Dieses
Gehäuse bildet eine Kammer, die durch eine erste Fläche 4 begrenzt ist, die durch ein
Deckglas oder eine andere lichtdurchlässige Platte und durch eine mit einem Farbstoff
beschichtete Fläche 6 begrenzt ist. Zwischen dem Deckglas 4 und der mit dem
Farbstoff beschichteten Fläche 6 kann eine Luftführung und/oder ein Abstandshalter
5 angeordnet sein, der bewirkt, daß der durch die Kammer geleitete Sauerstoff oder ein
Sauerstoff enthaltendes Gas in innigem Kontakt mit der beschichteten Fläche 6
gebracht wird.
Auf der von der beschichteten Fläche 6 abgewandten Seite des Deckglases 4 ist eine
Leiterplatte 2 angeordnet, die Leuchtdioden 3 trägt, die durch das Deckglas 4 hindurch
den Farbstoff auf der Fläche 6 beleuchten.
Die Fläche 6 wird mit dem Farbstoff dadurch beschichtet, daß diese Fläche die Ober
fläche eines Substrates bildet, die fein aufgerauht und damit mit Mikroporen versehen
ist, in die der Farbstoff durch Druckausübung einpoliert ist.
Zur Erzielung einer gleichmäßigen Verteilung des Farbstoffes auf der beschichteten
Fläche 6 kann der Farbstoff entweder in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst und
dann in einem elektromagnetischen Feld gleichmäßig auf der Fläche verteilt werden,
oder das Substrat wird elektrostatisch aufgeladen und mit einem Farbstoffnebel beauf
schlagt, wobei die elektrostatische Aufladung das Farbstoffpulver anzieht, so daß sich
ebenfalls eine gleichmäßige dünne Verteilung der Farbstoffpartikel auf der Oberfläche
ergibt.
In beiden Fällen wird die Oberfläche nachfolgend poliert, so daß sich eine stabile
gleichmäßig dünne Haftung des Farbstoffes an der fein aufgerauhten Oberfläche ergibt.
Als Farbstoffe sind insbesondere Phtalozyanin, Porphyrin (Zinktetraphenylporphyrin)
und Eosin geeignet. Diese Farbstoffe haben einen maximalen Absorptions-Wellen
längenbereich zwischen etwa 600 nm und 680 nm, wobei Leuchtdioden, deren Licht
emission in diesem Wellenbereich liegt, im Handel ohne weiteres erhältlich sind. Die
Anregungsspitze von Singulett-Sauerstoff, d. h. die bei der Rückkehr des Sauerstoffs
in seinen Grundzustand frei werdende Energie, liegt bei 634,3 nm. Die
Anregungsenergie für den Sauerstoff sollte vorzugsweise kürzerwellig sein, als 634,3 nm.
Auf der durch die Lichtstrahlung von den Leuchtdioden angeregten Farbstoffoberfläche
kommt es dann zu exitonen Stößen gegen die Sauerstoffmoleküle, die in dem durch die
Kammer hindurchgeleiteten Gas enthalten sind, wobei die kernfernen Elektronen der
Sauerstoffmoleküle mit Sprüngen auf die nächst unvollständig besetzten
Elektronenbahnen reagieren, so daß sich ein Singulett-Sauerstoff-Zustand ergibt.
Ein Sauerstoff enthaltendes Gas oder reiner Sauerstoff kann der zwischen der
Deckplatte 4 und der mit Farbstoff beschichteten Fläche 6 gebildeten Kammer über
einen Einlaß 7 zugeführt und über einen Auslaß 8 abgeleitet werden, wie dies in Fig.
1 gezeigt ist.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform sind die Gasein- und Gasauslässe
fortgelassen und es wird ein lichtdurchlässiges Substrat verwendet, über dem sich ein
Sauerstoff enthaltendes Gas befindet. Die Seite des Substrates, die nicht mit dem
Farbstoff beschichtet ist, steht direkt in Kontakt mit Oberfläche 9 eines Körpers oder
einer einer Flüssigkeit, die durch die in Farbstoff durch Lichtstrahlung erzeugten
Exitonen beaufschlagt werden soll.
Claims (16)
1. Vorrichtung zur Erzeugung von Singulett-Sauerstoff, mit einem Gehäuse (1), das
eine Kammer bildet, die zumindest zwei gegenüberliegende Flächen aufweist, von
denen die eine (4) lichtdurchlässig ist, während die andere (6) eine Beschichtung aus
einer mit einem durch Licht anzuregenden Farbstoff trägt, und mit einer Lichtquelle (3)
zur Bestrahlung der mit dem Farbstoff beschichteten Fläche (6), dadurch
gekennzeichnet, daß die mit dem Farbstoff beschichtete Fläche (6) durch ein Substrat
mit einer fein aufgerauhten Fläche gebildet ist, und daß der Farbstoff durch Einpolieren
in die Vertiefungen der fein aufgerauhten Fläche eingebracht ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle
durch Leuchtdioden (3) gebildet ist, deren Lichtemission eine Wellenlänge aufweist, die
im Bereich einer maximalen Strahlungsabsorption des Farbstoffes der beschichteten
Fläche (6) liegt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Farb
stoff Phtalozyanin ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Farbstoff grünes
Phtalozyanin ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Farbstoff blaues
Phtalozyanin ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Farbstoff
Methylenblau ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Farbstoff
Bengalrosa ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Farb
stoff Porphyrin (Zinktetraphenylporphyrin) ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Farb
stoff Eosin ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekenn
zeichnet, daß die Lichtemission der Leuchtdioden in einem Spektralbereich zwischen
etwa 600 nm und 680 nm liegt.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Substrat eine Plexiglasscheibe ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß
das Substrat eine Glasscheibe ist.
13. Verfahren zur Herstellung einer mit Farbstoff beschichteten Fläche für eine
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Substrat mit einer fein aufgerauhten Oberfläche versehen wird, auf der der Farb
stoff gleichmäßig verteilt und durch Druckausübung und Polieren in die Poren der fein
aufgerauhten Fläche eingebracht wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Farbstoff zur
gleichmäßigen Verteilung in einem Lösungsmittel gelöst und in einem
elektromagnetischen Feld gleichmäßig auf der Fläche verteilt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichmäßigen
Verteilung des Farbstoffes das Substrat elektrostatisch aufgeladen und mit einem
Farbstoffnebel beaufschlagt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13-15, dadurch gekennzeichnet, daß als
Substrat eine Kunststoffscheibe verwendet wird, die durch ein Sandstrahlverfahren
aufgerauht wird.
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