DE2632710A1 - Optode kleiner messzeit - Google Patents

Optode kleiner messzeit

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DE2632710A1 DE19762632710 DE2632710A DE2632710A1 DE 2632710 A1 DE2632710 A1 DE 2632710A1 DE 19762632710 DE19762632710 DE 19762632710 DE 2632710 A DE2632710 A DE 2632710A DE 2632710 A1 DE2632710 A1 DE 2632710A1
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    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
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    • G01N2021/7769—Measurement method of reaction-produced change in sensor
    • G01N2021/7786—Fluorescence

Description

DR. HANS W. HOFMANN
Patentanwalt
62 Wiesbaden 1 2632710
HauberisserstraQe 36
Telefon (0 6121) 7614 79
Postfach 3326
5030 LB
OPTODE KLEINER MESSZEIT.
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur optischen Messung von Stoff konzentrat ionen, bestehend aus einem, m'ndestens einen Monochromator und eine Lichtmesseinrichtung enthaltenden Gehäuse sowie aus mindestens einem auf die Änderung der Stoffkonzentrat ion mit einer Spektral änderung reagierenden, vom Monochromator 1 icht durchsetzten Indikator, der in einem Indikatorraum angeordnet ist, welcher mindestens an der dem Messobjekt zugewendeten Seite durch eine für den zu messenden Stoff durchlässige Membran und mindestens an der dem Monochromator zugewendeten Seite durch eine strahlungsdurchlässige Fläche abgesperrt ist COptode).
2/
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Bei Vorrichtungen dieser bereits vorgeschlagenen Art besteht die Schwierigkeit, dass die der Membran benachbart liegende Schicht des Indikators relativ schnell mit dem zu messenden Stoff in Verbindung kommt,während die weiterentfernt liegendenen Schichten erst durch Diffusion erreichbar sind. Zur Erhöhung der Einstellgeschwindigkeit besteht deshalb die Aufgabe, die Verteilungsgeschwindigkeit des zu messenden Stoffes in der Optode zu erhöhen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Indikator innerhalb der Optode bewegbar ist. Dadurch wird die langsame Diffusionsausbreitung des zu messenden Stoffes umgangen und die Einstellgeschwindigkeit der Anordnung erhöht.
In einer ersten Ausbildung der Erfindung ist ein mechanischer Schwingungserzeuger an die Optode angekoppelt.
Durch mechanische Schwingungen lassen sich Stoffbewegun gen auch in einer sehr dünnen Optode erreichen, insbesondere wenn als Schallquelle ein Ultraschallgenerator verwendet ist.
In einer anderen Ausbildung der Erfindung ist der flüssige Indikator mit einem durch elektrische oder mechanische Felder bewegbaren Stoff versehen und durch in der Optode erzeugte elektrische oder magnetische Felder in Bewegung versetzt. Auch kann der flüssige Indikator durch Verformung der Optode in Bewegung versetzbar sein.
Eine weitere Schwierigkeit bei dem Gebrauch einer Optode besteht darin,dass die der durchlässigen Membran benachbart liegenden
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Schichten des den zu messenden Stoff enthaltenden Trägermediums hinsichtlich des zu messenden Stoffes verarmt, weil dieser durch die Membran aus dem Raum des Trägermediums, Gas oder Flüssigkeit, verschwindet. Auch in diesem Fall wird die Verarmungszone durch D iffusiön aufgefül11. Da die Diffusion sehr langsam abläuft und proportional dem Konzentrationsgradienten ist, besteht die Aufgabe, zur Erhöhung der Einstell geschwindigkeit den Konzentrationsgradienten an der Membran zu vergrössern.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das den zu messenden Stoff enthaltende Trägermedium in Konvektion versetzbar ist. ·
Ein einfaches .M-i ttel · h i erz-u- ist die Anordnung eines magnetisch bewegbaren Rührquirls in dem das Trägermedium enthaltenden Raum.
Es kann jedoch auch ein Umlauf des Trägermediums vorgesehen sein.
Zur Messung an das Trägermedium führenden Leitungen ist es von Vorteil, wenn der Indikator zwischen einer für den zu messenden Stoff undurchlässigen Membran und einer für-den zu messenden Stoff durchlässigen Membran angeordnet ist und die für den zu messenden Stoff durchlässige Membran an ihrem Rand mit einer Klebeschicht versehen ist. Dadurch ist es möglich, die Anordnung auf einer Öffnung in der Leitung anzubringen und die Konzentration'des vorbei f 1iessenden Stoffes zu messen.
Auf diese Weise können auch andere physikalische Parameter, wie Druck,Temperatur und dergl. gemessen werden, wenn nur die entsprechenden Indikatoren zur Verfügung stehen. Insbesundere kann
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-Ur-
auch die Blutgaskonzentrationdes die Haut oder ein GewebeteiT durchströmenden Blutes gemessen werden, wenn die Membran auf der Haut oder auf dem druchbluteten Gewebeteil befestigt ist.
In einer weiteren günstigen Anordnung ist der Indikator und-der zu messende Stoff senkrecht aufeinlander und parallel zur Membran bewegt. Dadurch sind die Konzentrat ionsgrad ienten. auf beiden Seiten der Membran permanent auf einem Maximum und die Einstellgeschwrndig ketten sind dann ebenfalls maximal.
Eine weitere MögT ichke it, die Anspreehgeschwindigkeit zu erhöhen, besteht darin, die MembranfTäche~ im Verhältnis zum Indikatorraum mogT Fchst gross zu machenrindem der Indikator i rv eine eine kugelförmige Hülle bildende Membran von weniger als 10 μ Durchmesser zusammen, mit einem magnetisierbaren Stoff eingeschlossen ist. Der Vdrte-rT der Anordnung ist die geringe D i f fus-ionsstrecke innerhalb der MembrartftüTl Ie und die Möglichkeit., die Ind i katorkugeln nagnet isctv relativ zu= dem den zu messenden Stoff enthaltenden Trägermedium zu bewegen ^ Durch den magnet isierbaren Stoff ist auch das Eintragen und Absondern der Ind.i katorkugeln aus dem Trägermedium durch magnet Felder sehr einfach.
In einer anderen Weiterentwicklung der Erfindung steht dte Optode abwechselnd mit zwei Konzentrationsstufen des zumessenden Stoffes in Verbindung. '
Wenn der Wechsel schnell erfolgt, kann zwar die Optode nicht bis zur Sättigung des Indikators auf den jeweiligen Konzentrat Ions werti-gel angen, jedoch ist der erreichte Sättigungsgrad «ine wohlbekannte Funkiitm cle*' tfon-icirt^rat ion und der Einwi rjfungszei t.
" ■ 5/
Da die Sättigung nach der bekannten Exponentialfunktion erfolgt, ist der Endwert der gesuchten Konzentration bereits aus dem ersten Messwert und der Einwirkungszeit errechenbar. Damit ist die eigentliche Messzeit erheblich verkürzbar.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestelIt.
Es zei gen
Fig.1 eine Anordnung mit Bewegbarkeit des zu messenden Stoffes Fig.2 eine Anordnung mit bewegbarem Fluoreszenzindikator.
In Fig.1 ist eine Optode 1 aus einer Membran 10, die für den zu messenden Stoff durchlässig ist und einer Membran 11, die für die zu messende Strahlung durchlässig ist, sowie aus' einem Indikator 12 aufgebaut, die über ein optisch koppelndes Zwischenstück 2
'3
an einen Monochromatorstrahlung\führenden Lichtleiter 3 angeschlossen
ist. Die Membran 10 trennt die Optode 1 von der den zu messenden
-too
Stoff\ erithaltenden Küvette 4 mit Zuleitungen, in der ein Rührquir15 , der durch einen Motor 6 antreibbar ist, verhindert, dass sich an der Membran 10 durch Diffusion des zu messenden Stoofes In den Indikator hinein ein zu flacher Konzentrationsgradient vor der Membran 10 ausbildet.
Durch das entlang der Membran 10 streifend einfallende Licht des Monochromator 13 kann in der Küvette keine primäre Strahlung, also Messignal entstehen, sodass die über ein optisches System 7 auf einen mit einem, Filter 8 für die'zu messende Strahlung 900 versehene LIchtmesseihrichtung 9 fallende Strahlung nur aus der abstrahlenden Indikatorschicht 12 kommt. Die Zuleitung des Monochromator 1ichtes
6/
erfolgt über einen Lichtleiter 5, mechanische Bewegungen werden beispielsweise durch einen Generator 102 erzeugt.
In Fig.2 ist auch die Optode 1 durchströmbar ausgebildet.
Stehen die beiden Strömungsrichtungen senkrecht aufeinander, dann wird ein steiler Konzentrationsgradient auf beiden Seiten der Membran 10 erreicht.
Wird in einer Eingangszone 120 der strömende Indikator 12 in einer bestimmten Sättigungsstufe und durch eine Abschattung 103 ausserhalb der Einwirkung des zu messenden Stoffes 400 in die Anordnung eingeleitet und sodann in der Zone 121 mit dem zu messenden Stoff ^oo in Verbindung gebracht und beide Sättigungsstufen über die Lichtmesseinrichtung 9 geniessen, : '
dann entsteht ein der"Konzentrationsdifferenz proportionales " Signal, aus dem durch Extrapolationaufgrund des bekannten ', i : :; ?. Exponent ial gesetzes der Endwert der Sättigung berechnet werden;,. :r-' kann. .„_ .
In Ausführung der Messung werden , bspw. durch einen Schwingspiegel£6, nacheinander die Messflächen 100 und 101 , die beide den Indikator in verschiedenen Sättigungsstufen enthalten, auf dem Empfänger 9 abgebildet, sodass aus der Differenz der Strahlungsintensitäten deshalb die Konzentration in der Küvette messbar ist, weil diese Differenz eindeutig von der Konzentration in der Küvette abhängt.
TI
7Ö9884/02S2

Claims (12)

PATENTANSPRÜCHE
1. Anordnung zur optischen Messung von Stoff konzentrationen, bestehend aus einem, mindestens einenMonochromator und eine Lichtmesseinrichtung enthaltenden Gehäuse, sowie aus mindestens einem auf die Änderung der Stoffkonzentrat ion mit einer Spektraländerung reagierenden, vom MonochromatorI icht durchsetzten Indikator, der in einem Indikatorraum angeordnet ist, welcher mindestens an der dem Messobjekt zugewendeten Seite durch eine für den zu messenden Stoff durchlässige Membran und mindestens an der dem Monochromator zugewendeten Seite durch eine strahlungsdurchlässige Fläche abgesperrt istCOptode), dadurch g e kennze ichnet, dass der Ind i kator^n nnerhal b der Optode bewegbar ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ο in mechanischer Schwingungserzeuger an die Optode angekoppelt ist.
709884/0252
ORIGINAL INSPECTED
2L £632710
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Indikator mit einem durch elektrische oder magnetische Felder mechanisch bewegbaren Stoff versehen und durch auf den Stoff wirkende elektrische oder magnetische Felder in Bewegung versetzt ist.
^. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der flüssige Indikator durch äussere Verformung der Optode in Bewegung versetzbar ist.
5. Anordnung zur optischen Messung von Stoffkonzentrat ionen, bestehend aus einem , mindestens einen Monochromator und eine Lichtmesseinrichtung enthaltenden Gehäuse, sowie aus mindestens einem auf die Änderung der Stoffkonzentrat ion mit einer Spektraländerung reagierenden, vom Monochromator Iicht durchsetzten Indikator der in einem Indikatorraum angeordnet ist, welcher mindestens an der dem Messobjekt zugewendeten Seite durch eine für den zu messenden Stoff durchlässige Membran und mindestens an der dem Monochromator zugewendeten Seite durch eine strahlungsdurchlässige Fläche abgesperrt ist COptode), dadurch gekennzeichnet, dass der den zu messenden Stoff enthaltende Träger parallel zur Membran in Konvenktion versetzbar ist.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem das Trägermedium enthaltenden Raum ein magnetisch bewegbarer Quirl angeordnet ist.
7Q9884/0262
9/
7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermedium in Umlauf versetzt ist und eine Küvette durchströmt .
8. Anordnung nach Anpruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Indikator zwischen einer für den zu messenden Stoff durchlässigen und einer für den zu messenden Stoff undurchlässigen Membran angeordnet ist und die für den zu messenden Stoff durchlässige Membran an ihrem Rand mit einer Klebeschicht versehen ist.
9. Anordnung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Indikator und der zu messende Stoff senkrecht zuein ander
©
und parallel zur Membranbewegt sind.
10. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Indikator in eine beutelförmige Hülle einer Membran von weniger als loyu Durchmesser zusammen mit einem magnetisierbaren Stoff eingeschlossen ist.
11. Anordnung räch Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Optode abwechselnd mit zwei Konzentrationsstufen des zu messenden Stoffes In Verbindung steht.
709884/0282
-J-θ-
12. Verfahren zur Messung mit einer Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die den beiden Konzentrationsstufen zugeordneten Optodenf1ächen abwechselnd auf die Lichtmesseinrichtung abgebildet sind und das Differenzsignal zur Anzeige gebracht ist.
709884/0262
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