WO2004040270A1 - Optical sensor - Google Patents

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WO2004040270A1
WO2004040270A1 PCT/DE2002/004009 DE0204009W WO2004040270A1 WO 2004040270 A1 WO2004040270 A1 WO 2004040270A1 DE 0204009 W DE0204009 W DE 0204009W WO 2004040270 A1 WO2004040270 A1 WO 2004040270A1
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optical
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Matthias Lau
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Sentronic GmbH Gesellschaft für optische Meßsysteme
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    • G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
    • G01N21/7703—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator using reagent-clad optical fibres or optical waveguides

Definitions

  • the invention relates to an optical sensor according to the preamble of claim 1.
  • An optical sensor according to the invention can advantageously be used for determining concentrations or partial pressures of certain substances, such as chemical elements or compounds, but also for determining phers in gases or liquids become.
  • concentration or partial pressure of oxygen contained in a gas mixture or a liquid can be determined very quickly and with high resolution and accuracy.
  • the carbon dioxide concentration or the partial pressure for example in the breathing air, can also be determined simultaneously in medical applications.
  • the phenomenon of surface plasmon resonance can also be used for substances.
  • Other areas of application are the determination of nitrate concentrations and applications in chemical sensors or with biological fluorescence labels.
  • the known phenomenon of the fluorescence quenching of a fluorescent substance which occurs more or less strongly depending on such a substance concentration, can also be used in the optical sensor.
  • Such fluorescent substances e.g. the ruthenium complexes known per se can be embedded in a matrix and thus form a sensitive layer together with this matrix.
  • fluorescence When this layer is irradiated with light of a selected, known wavelength, fluorescence can be excited.
  • the fluorescence is preferably excited with a known, as constant as possible intensity of the excitation light, and the fluorescence light is then measured with optical detectors, so that a reduction or increase in the concentration of the substance to be detected or its partial pressure at any given time Fluorescence intensity can be measured and assigned to the concentration or the partial pressure.
  • the light is guided for the excitation of the fluorescence and for the detection of the fluorescent light via optical waveguides, for example optical fibers.
  • optical waveguides for example optical fibers.
  • intensity losses that occur due to the coupling and decoupling of the respective light into such an optical waveguide must be accepted.
  • miniaturization is also a result Set limits so that they are not suitable for certain applications.
  • the measurement accuracy can be reduced by the condensation of water on such a sensitive layer if the temperature falls below the dew point, which can only be compensated for with considerable effort in the known solutions.
  • the sensor according to the invention uses a sensitive sensor to determine the concentration and / or the partial pressure of substances contained in gas mixtures or liquids or to determine the pH value
  • a fluorescent substance for example a ruthenium complex known per se, which is embedded in a matrix which consists at least partially of a polymeric material.
  • the sensitive layer is in contact with the liquid or gas mixture to be detected and during the measurement, light of at least two light sources, for example laser diodes, which emit light with a wavelength, is excited during the fluorescence of the fluorescent substance is directed onto and into the layer.
  • the fluorescence is quenched, so that the fluorescence intensity changes accordingly. This reduction in the fluorescence intensity can then be detected with at least one optical detector, with which the fluorescent light in the fluorescent layer can be measured, and a corresponding measured value is delivered.
  • the temporal decay behavior after the end of a fluorescence excitation or a possibly occurring phase shift of the fluorescence light can also be used as measurement signals.
  • the layer preferably a noble metal
  • a transparent body e.g. a plate-shaped element and surface plasmon resonance are excited on the surface.
  • a preferred form of such a carrier is described in WO 96/02822 AI, the disclosure content of which should be used in full.
  • At least one intermediate layer can be formed between the body and the layer.
  • the at least one, preferably two or more light sources and at least one optical detector for fluorescence excitation are in a preferably metallic housing, which is a conventional one
  • Transistor housing or a housing in a similar shape can be added, openings being provided in this metallic housing for the entry and exit of the light from the light source (s).
  • Several light sources are preferably arranged such that the light impinging on the layer and entering the layer Incoming light for fluorescence excitation, which is directed by the light sources onto the layer, does not overlap, but at least only partially, and each has different, locally separate areas or correspondingly separate areas
  • Layers are irradiated with light and fluorescence is excited there unaffected by one another.
  • Additional optical and electronic elements can be arranged in the metallic housing and connections lead to the outside.
  • the light from the light source, fluorescent light or reflected light can be directed onto the at least one sensitive layer or optical detectors by optical elements arranged in or on the housing.
  • optical lenses, optical windows can be arranged in or below the openings for the light exit in the housing, with which e.g. the fluorescence excitation light can be directed in a defined form onto the at least one sensitive layer.
  • Such an arrangement of the lenses is particularly useful when the sensitive layer is arranged directly at or in the immediate vicinity of the light exit openings.
  • Other suitable optical elements are also beam splitters, prisms or optical filters.
  • Optical filters or windows can thus act as a kind of cover window for light inlets and outlets. At these openings, however, optical lenses for influencing the image or prisms or beam splitters for specifically influencing the respective excitation light, fluorescent light or reflected light can also be arranged or fixed there.
  • the at least one sensitive Layer at a greater distance from the light exit openings other lens shapes should be used optical fibers on the metallic housing.
  • Rod lenses are particularly suitable for this purpose, through which the light can be directed accordingly to a sensitive layer arranged at a greater distance.
  • optical filters in the beam path of the light sources which are transparent in the desired wavelength range of the fluorescent excitation light and absorb other wavelength ranges.
  • the metallic housing should be heatable or temperature-controllable.
  • a temperature sensor can be present in or on the housing, which can be connected to an electronic control circuit in order to influence the temperature of the metallic housing in a suitable form, which will usually be a heater.
  • the optical detector with which the fluorescent light can be measured can also be arranged inside the metallic housing, in which case there is an additional opening for the entry of fluorescent light into the housing to the optical detector.
  • Such an embodiment of the optical sensor according to the invention is particularly favorable in the case when the sensitive layer is arranged in front of the light inlet and outlet openings or at a short distance from the metallic housing.
  • the at least one optical detector on the side of the sensitive layer which lies opposite the side of the layer from which the irradiation with excitation light takes place.
  • the metallic housing to be used according to the invention has the advantage that, due to the good thermal conductivity, adaptation to different temperatures can take place very quickly, which is particularly advantageous for any heating that may be required.
  • Such housings are also available inexpensively.
  • the fluorescent substances used can only provide measured values with sufficient amplitude within a limited period of use and are subject to so-called aging, it is necessary to replace the fluorescent layers with new ones at greater or lesser intervals. For this purpose, it is expedient to form the sensitive layers on a support which is easy to use and can be removed again later.
  • Such a carrier can be designed, for example, in the form of a cap, which can be plugged onto the metallic housing, so that the openings for the light exit and possibly also light entry are assigned to the sensitive layer.
  • Such a cap can be designed, for example, as described in PCT / DE 00/02447, which has not been previously published and whose disclosure content is to be used in full.
  • the sensitive layer can be formed on a plate-shaped element that can be inserted in such a cap by clamping with a pre-tension. Such a plate-shaped element can also be glued or welded into the cap. An opening is formed in the cap through which the gas mixture or the liquid can come into contact with the sensitive layer.
  • the metallic housing can also be permanently or temporarily connected to a cuvette through which the gas mixture or the liquid can be passed for measurement.
  • an opening can be formed in such a cuvette, into which the metallic housing with the light exit or entrance openings pointing in the direction of the interior of the cuvette can be inserted and held as clamped as possible.
  • the at least one sensitive layer can be arranged directly on the metallic housing or fastened thereon, but can also be arranged in the interior of the cuvette before the metallic housing is inserted.
  • a cap-shaped carrier as has already been described, can be guided into such an opening in the cuvette and the metallic housing with the optical elements beforehand.
  • the at least one sensitive layer is formed on a transparent and possibly also at least partially planar support which can be positively attached in the cuvette at a location suitable for the measurement.
  • Profiles can be formed on the outer edges of the carrier, which are advantageously arranged opposite one another, which can be inserted into appropriately dimensioned and shaped contours on the cuvette and can also be brought out again if necessary.
  • Suitable shapes for such profiles and contours are, for example, the so-called dovetail shapes.
  • simple groove shapes and appropriately designed webs on the edge can also be used.
  • Such a carrier can be replaced easily and inexpensively by a new corresponding element in the fluorescent layer if aging has occurred accordingly, it being possible advantageously to form a projection or protrusion on such a carrier which is easy to handle for insertion or removal can guarantee.
  • an additional light source and an additional optical detector can be used on an optical sensor according to the invention with a cuvette.
  • Light in the long range of infrared light is used and depending on it
  • the light source used and the optical detector used for this purpose should be oriented as orthogonally as possible to the direction of flow of the gas mixture or the liquid which are guided through the cuvette.
  • the cuvette should be designed to be as completely opaque as possible, but there are openings or windows for the different types of light.
  • An arrangement of the light source and optical detector outside the cuvette is particularly suitable for infrared light, and correspondingly arranged windows are then present on the cuvette.
  • the oxygen and the CO 2 concentration or the respective partial pressure can be measured simultaneously in a gas mixture, such as for example the breathing air, which is of particular interest in human medical application.
  • the at least two locally separated areas of the one sensitive or also several separate layers, each of which is irradiated with light from a light source for fluorescence excitation, can be used to determine the actual measured value and the other area or the other layer to obtain one Reference signals are used.
  • the fluorescence can be excited in these areas or in the separate layers in the same form, ie in the same intensity and / or the same excitation energy.
  • the at least one sensitive layer can also be provided with a coating which is permeable to the substance to be detected, said coating advantageously reflecting light and very particularly advantageously from a noble metal (silver, palladium), can consist of a metal mixture or a reflective plastic.
  • a noble metal silver, palladium
  • Such a coating can at least considerably reduce possible external and scattered light influences.
  • a silver coating is particularly suitable for measuring the oxygen concentration.
  • Connection lines with at least one additional connection and valves can be present at the supply and discharge for the respective gas mixture or the liquid through the cuvette, in which the actual measurement can be carried out. With valves, the volume flow through the cuvette can be interrupted at least temporarily.
  • An element can be connected to an additional connection with which a pressure difference or at least a predeterminable pressure in the cuvette can be generated or set.
  • Such an element can be, for example, a pump with which the internal pressure in the cuvette can either be increased or reduced in the case of a gas mixture. For example, if oxygen and / or carbon dioxide in air is to be detected, can simple ambient air can be used to perform a calibration without additional standard gases.
  • the ambient air in the cuvette is either compressed so that the internal pressure increases or the pressure is reduced accordingly by a vacuum pump. If the internal pressure inside the cuvette is known, a simple and quick calibration can be carried out by changing the partial pressure and measuring for at least oxygen.
  • the supply and discharge lines for a gas mixture in or from the cuvette can be closed with valves during the time the pressure is increased or decreased.
  • a check valve can be arranged, which allows a flow through the cuvette only in one direction.
  • connections to cuvettes are often flexible, made of elastic materials such as Hoses are formed, so-called pinch valves, with which such a hose can only be compressed, can also be used as suitable valves.

Abstract

The invention relates to an optical sensor for the determination of the concentration and/or the partial pressure of at least one substance, contained in a gas mixture or a liquid, or the pH value by means of at least one light source. Fluorescence is thus stimulated in at least one layer comprising a fluorescent material, or in a layer system or in surface plasmons. At least one optical sensor is also provided for determination of the intensity, relaxation time, angular resolution or phase shift of the fluorescent light or the modified light from the surface plasmons, present in the layer or layer system in contact with the gas mixture or the fluid. The at least one light source and the at least one optical sensor are housed in a housing provided with openings for the inlet and outlet of light.

Description

OPTICAL SENSOR OPTICAL SENSOR
Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein erfindungsgemä- ßer optischer Sensor kann zur Bestimmung von Konzentrationen bzw. Partialdrücken bestimmter Stoffe, wie chemische Elemente oder Verbindungen, aber auch zur Bestimmung von ph- erten in Gasen oder Flüssigkeiten vorteilhaft eingesetzt werden. So kann beispielsweise die Konzentration oder der Partialdruck von Sauerstoff, der in einem Gasgemisch oder einer Flüssigkeit enhalten ist, sehr schnell und mit hoher Auflösung und Genauigkeit bestimmt werden. In modifizierten Ausführungsformen kann aber auch gleichzeitig die Kohlendioxidkonzentration oder der Partialdruck, beispielsweise in der Atemluft, in medizinischen Anwendungen bestimmt werden. Es kann aber auch für Stoffe das Phänomen der Oberflächenplasmonenresonanz genutzt werden. Weitere Anwendungsgebiete sind die Bestimmung von Nitratkonzentrationen und Einsätze in der Chemosensorik oder mit biologischen Fluorsezenzlabeln.The invention relates to an optical sensor according to the preamble of claim 1. An optical sensor according to the invention can advantageously be used for determining concentrations or partial pressures of certain substances, such as chemical elements or compounds, but also for determining phers in gases or liquids become. For example, the concentration or partial pressure of oxygen contained in a gas mixture or a liquid can be determined very quickly and with high resolution and accuracy. In modified embodiments, however, the carbon dioxide concentration or the partial pressure, for example in the breathing air, can also be determined simultaneously in medical applications. However, the phenomenon of surface plasmon resonance can also be used for substances. Other areas of application are the determination of nitrate concentrations and applications in chemical sensors or with biological fluorescence labels.
Bei dem optischen Sensor kann auch das bekannte Phänomen der Fluoreszenzlöschung eines fluoreszierenden Stoffes, die in Abhängigkeit einer solchen Stoffkon- zentration mehr oder weniger stark auftritt, ausgenutzt .The known phenomenon of the fluorescence quenching of a fluorescent substance, which occurs more or less strongly depending on such a substance concentration, can also be used in the optical sensor.
Solche fluoreszierenden Stoffe, wie z.B. die an sich bekannten Rutheniumkomplexe können in eine Matrix eingebettet sein und bilden so gemeinsam mit dieser Matrix eine sensitive Schicht.Such fluorescent substances, e.g. the ruthenium complexes known per se can be embedded in a matrix and thus form a sensitive layer together with this matrix.
Bei Bestrahlung dieser Schicht mit Licht, ausgewählter, bekannter Wellenlänge kann Fluoreszenz angeregt werden. Dabei erfolgt die Anregung der Fluoreszenz bevorzugt mit bekannter, möglichst konstanter Inten- sität des Anregungslichtes und das Fluoreszenzlicht wird dann mit optischen Detektoren gemessen, so dass infolge der zum jeweiligen Zeitpunkt vorhandenen Konzentration des zu detektierenden Stoffes bzw. seines Partialdruckes eine Verringerung bzw. Erhöhung der Fluosreszenzintensität gemessen und der Konzentration bzw. dem Partialdruck zugeordnet werden kann.When this layer is irradiated with light of a selected, known wavelength, fluorescence can be excited. The fluorescence is preferably excited with a known, as constant as possible intensity of the excitation light, and the fluorescence light is then measured with optical detectors, so that a reduction or increase in the concentration of the substance to be detected or its partial pressure at any given time Fluorescence intensity can be measured and assigned to the concentration or the partial pressure.
Bei herkömmlichen Lösungen, wie sie beispielsweise in WO 98/52022 AI beschrieben sind, erfolgt die Licht- führung für die Anregung der Fluoreszenz und zur De- tektion des Fluoreszenzlichtes über Lichtwellenleiter, beispielsweise Lichtleitfasern. Dadurch müssen Intensitätsverluste, die durch die Ein- und Auskopplung des jeweiligen Lichtes in einen solchen Licht- Wellenleiter auftreten, in Kauf genommen werden. Des Weiteren sind der Miniaturisierung dadurch ebenfalls Grenzen gesetzt, so dass sie für bestimmte Anwendungen nicht geeignet sind.In the case of conventional solutions, as described, for example, in WO 98/52022 A1, the light is guided for the excitation of the fluorescence and for the detection of the fluorescent light via optical waveguides, for example optical fibers. As a result, intensity losses that occur due to the coupling and decoupling of the respective light into such an optical waveguide must be accepted. Furthermore, miniaturization is also a result Set limits so that they are not suitable for certain applications.
Außerdem kann die Messgenauigkeit durch die Kondensa- tion von Wasser auf einer solchen sensitiven Schicht, bei möglicher Taupunktunterschreitung verringert werden, was bei den bekannten Lösungen nur mit erheblichem Aufwand kompensiert werden kann.In addition, the measurement accuracy can be reduced by the condensation of water on such a sensitive layer if the temperature falls below the dew point, which can only be compensated for with considerable effort in the known solutions.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen optischen Sensor zur Verfügung zu stellen, der kostengünstig auch in miniaturisierter Form herstellbar und flexibel bei verschiedensten Applikationen einsetzbar ist.It is therefore an object of the invention to provide an optical sensor which can also be produced inexpensively in miniaturized form and can be used flexibly in a wide variety of applications.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem optischen Sensor, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung können mit den in den untergeordneten Ansprüchen genannten Merkmalen er- reicht werden.According to the invention, this object is achieved with an optical sensor having the features of claim 1. Advantageous embodiments and developments of the invention can be achieved with the features mentioned in the subordinate claims.
Der erfindundsgemäße Sensor verwendet zur Bestimmung der Konzentration und/oder des Partialdruckes von in Gasgemischen oder Flüssigkeiten enthaltenen Stoffen oder zur Bestimmung des ph-Wertes eine sensitiveThe sensor according to the invention uses a sensitive sensor to determine the concentration and / or the partial pressure of substances contained in gas mixtures or liquids or to determine the pH value
Schicht oder Schichtsystem mehrerer neben- oder übereinander angeordneter Schichten, bei der ein fluoreszierender Stoff, beispielsweise ein an sich bekannter Ruthenium-Komplex, der in einer zumindest teilweise aus einem polymeren Material bestehenden Matrix eingebettet ist. Die sensitive Schicht steht mit der zu detektierenden Flüssigikeit bzw. dem Gasgemisch in Kontakt und während der Messung wird Licht mindestens zweier Lichtquellen, beispielsweise Laserdioden, die Licht mit einer Wellenlänge ausstrahlen, bei der Fluoreszenz des fluoreszierenden Stoffes angeregt wird, auf und in die Schicht gerichtet. Je nach vorhandener Konzentration, Partialdruck oder ph-Wert wird die Fluoreszenz gelöscht, so dass sich die Fluoreszenzintensität entsprechend verändert. Diese Verringerung der Fluoreszenzintensität kann dann mit mindestens einem optischen Detektor, mit dem das Fluoreszenzlicht in der fluoreszierenden Schicht gemessen werden kann, detektiert und es wird ein entsprechender Messwert geliefert.Layer or layer system of several layers arranged side by side or one above the other, in which a fluorescent substance, for example a ruthenium complex known per se, which is embedded in a matrix which consists at least partially of a polymeric material. The sensitive layer is in contact with the liquid or gas mixture to be detected and during the measurement, light of at least two light sources, for example laser diodes, which emit light with a wavelength, is excited during the fluorescence of the fluorescent substance is directed onto and into the layer. Depending on the concentration, partial pressure or pH value present, the fluorescence is quenched, so that the fluorescence intensity changes accordingly. This reduction in the fluorescence intensity can then be detected with at least one optical detector, with which the fluorescent light in the fluorescent layer can be measured, and a corresponding measured value is delivered.
Neben der Messung der Fluoreszenzintensität können aber auch das zeitliche Abklingverhalten nach Beendigung einer Fluoreszenzanregung oder eine gegebenenfalls auftretende Phasenverschiebung des Fluoreszenz- lichtes als Messsignale genutzt werden.In addition to measuring the fluorescence intensity, the temporal decay behavior after the end of a fluorescence excitation or a possibly occurring phase shift of the fluorescence light can also be used as measurement signals.
Die Schicht, bevorzugt ein Edelmetall kann aber auch auf einem transparenten Körper, z.B. einem platten- förmigen Element ausgebildet und an der Oberfläche Oberflächenplasmonenresonanz angeregt werden. Ein bevorzugte Form eines solchen Trägers ist in WO 96/02822 AI beschrieben, auf deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich zurückgegriffen werden soll. Zwischen Körper und Schicht kann mindestens eine Zwi- schenschicht ausgebildet sein.However, the layer, preferably a noble metal, can also be on a transparent body, e.g. a plate-shaped element and surface plasmon resonance are excited on the surface. A preferred form of such a carrier is described in WO 96/02822 AI, the disclosure content of which should be used in full. At least one intermediate layer can be formed between the body and the layer.
Die mindestens eine, bevorzugt zwei oder mehr Lichtquellen und mindestens ein optischer Detektor zur Fluoreszenzanregung sind erfindungsgemäß in einem be- vorzugt metallischen Gehäuse, das ein herkömmlichesAccording to the invention, the at least one, preferably two or more light sources and at least one optical detector for fluorescence excitation are in a preferably metallic housing, which is a conventional one
Transistorgehäuse oder ein Gehäuse in einer ähnlichen Form sein kann, aufgenommen, wobei in diesem metallischen Gehäuse Öffnungen für den Ein- und Austritt des Lichtes der Lichtquelle (n) vorhanden sind. Mehrere Lichtquellen sind bevorzugt so angeordnet, dass das auf die Schicht auftreffende und in die Schicht ein- tretende Licht zur Fluoreszenzanregung, das von den Lichtquellen auf die Schicht gerichtet wird, sich nicht, zumindest aber nur teilweise überschneidet und jeweils unterschiedliche, lokal voneinander getrennte Bereiche oder entsprechend voneinander getrennteTransistor housing or a housing in a similar shape can be added, openings being provided in this metallic housing for the entry and exit of the light from the light source (s). Several light sources are preferably arranged such that the light impinging on the layer and entering the layer Incoming light for fluorescence excitation, which is directed by the light sources onto the layer, does not overlap, but at least only partially, and each has different, locally separate areas or correspondingly separate areas
Schichten mit Licht bestrahlt und dort unbeeinflußt voneinander Fluoreszenz angeregt wird.Layers are irradiated with light and fluorescence is excited there unaffected by one another.
Im metallischen Gehäuse können zusätzliche optische und elektronische Elemente angeordnet und nach außen geführte Anschlüsse vorhanden sein.Additional optical and electronic elements can be arranged in the metallic housing and connections lead to the outside.
So kann das Licht der Lichtquelle, Fluoreszenzlicht oder reflektiertes Licht durch im bzw. am Gehäuse an- geordnete optische Elemente auf die mindestens eine sensitive Schicht oder optische Detektoren gerichtet werden. Beispielsweise können in bzw. unterhalb der Öffnungen für den Lichtaustritt im Gehäuse optische Linsen, optische Fenster angeordnet sein, mit denen z.B. das Fluoreszenzanregungslicht in definierter Form auf die mindestens eine sensitive Schicht gerichtet werden kann. Eine solche Anordnung der Linsen bietet sich insbesondere dann an, wenn die sensitive Schicht unmittelbar an den bzw. in unmittelbarer Nähe der Lichtaustrittsöffnungen angeordnet ist. Weitere geeignete optische Elemente sind auch Strahlteiler, Prismen oder optische Filter. So können optische Filter oder Fenster als eine Art Deckfenster für Lichtein- und -austritte fungieren. An diesen Öffnungen können aber auch optische Linsen zur Beeinflussung der Abbildung oder Prismen bzw. Strahlteiler zur gezielten Beeinflussung des jeweiligen Anregungslichts, Fluoreszenzlichsts oder reflektierten Lichts, angeordnet oder dort fixiert sein.Thus, the light from the light source, fluorescent light or reflected light can be directed onto the at least one sensitive layer or optical detectors by optical elements arranged in or on the housing. For example, optical lenses, optical windows can be arranged in or below the openings for the light exit in the housing, with which e.g. the fluorescence excitation light can be directed in a defined form onto the at least one sensitive layer. Such an arrangement of the lenses is particularly useful when the sensitive layer is arranged directly at or in the immediate vicinity of the light exit openings. Other suitable optical elements are also beam splitters, prisms or optical filters. Optical filters or windows can thus act as a kind of cover window for light inlets and outlets. At these openings, however, optical lenses for influencing the image or prisms or beam splitters for specifically influencing the respective excitation light, fluorescent light or reflected light can also be arranged or fixed there.
Für den Fall, dass die mindestens eine sensitive Schicht in einem größeren Abstand von den Licht- austrittsöffnungen angeordnet ist, sollten andere Linsenformen Lichtwellenleiter am metallischen Gehäuse eingesetzt werden. Hierfür eignen sich insbesonde- re Stablinsen, durch die das Licht entsprechend auf eine in größerer Entfernung angeordnete sensitive Schicht gerichtet werden kann.In the event that the at least one sensitive Layer at a greater distance from the light exit openings, other lens shapes should be used optical fibers on the metallic housing. Rod lenses are particularly suitable for this purpose, through which the light can be directed accordingly to a sensitive layer arranged at a greater distance.
Vorteilhaft ist es außerdem, in den Strahlengang der Lichtquellen optische Filter anzuordnen, die im gewünschten Wellenlängenbereich des Fluoreszenzanregungslichtes transparent sind und andere Wellenlängenbereiche absorbieren.It is also advantageous to arrange optical filters in the beam path of the light sources which are transparent in the desired wavelength range of the fluorescent excitation light and absorb other wavelength ranges.
Um das in der Beschreibungseinleitung bereits erwähnte Wasserkondensationsproblem zu verhindern, sollte das metallische Gehäuse beheiz- bzw. temperierbar sein. Hierfür kann im bzw. am Gehäuse ein Temperatursensor vorhanden sein, der an einen elektronischen Regelkreis angeschlossen werden kann, um die Temperatur des metallischen Gehäuses in einer geeigneten Form zu beeinflussen, wobei dies in der Regel eine Beheizung sein wird.In order to prevent the water condensation problem already mentioned in the introduction to the description, the metallic housing should be heatable or temperature-controllable. For this purpose, a temperature sensor can be present in or on the housing, which can be connected to an electronic control circuit in order to influence the temperature of the metallic housing in a suitable form, which will usually be a heater.
Der optische Detektor, mit dem das Fluoreszenzlicht gemessen werden kann, kann in einer Alternative ebenfalls im Inneren des metallischen Gehäuses angeordnet werden, wobei in diesem Falle eine zusätzliche Öffnung für den Eintritt von Fluoreszenzlicht in das Ge- häuse zum optischen Detektor vorhanden ist. Eine solche Ausbildung des erfindungsgemäßen optischen Sensors ist in dem Fall besonders günstig, wenn die sensitive Schicht vor den Lichtein- und -austrittsöff- nungen oder in einem geringen Abstand zum metalli- sehen Gehäuse angeordnet ist. Es besteht aber auch die Möglichkeit, den mindestens einen optischen Detektor auf der Seite der sensitiven Schicht anzuordnen, die der Seite der Schicht gegenüberliegt, von der die Bestrahlung mit Anregungslicht erfolgt .In an alternative, the optical detector with which the fluorescent light can be measured can also be arranged inside the metallic housing, in which case there is an additional opening for the entry of fluorescent light into the housing to the optical detector. Such an embodiment of the optical sensor according to the invention is particularly favorable in the case when the sensitive layer is arranged in front of the light inlet and outlet openings or at a short distance from the metallic housing. However, there is also the possibility of arranging the at least one optical detector on the side of the sensitive layer which lies opposite the side of the layer from which the irradiation with excitation light takes place.
Das erfindungsgemäß zu verwendende metallische Gehäuse hat den Vorteil, dass aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit eine Anpassung an unterschiedliche Tem- peraturen sehr schnell erfolgen kann, was insbesondere für eine gegebenenfalls erforderliche Beheizung günstig ist. Außerdem sind solche Gehäuse kostengünstig erhältlich.The metallic housing to be used according to the invention has the advantage that, due to the good thermal conductivity, adaptation to different temperatures can take place very quickly, which is particularly advantageous for any heating that may be required. Such housings are also available inexpensively.
Da die verwendeten fluoreszierenden Stoffe nur innerhalb einer begrenzten Nutzungsdauer Messwerte mit ausreichender Amplitude liefern können und der so genannten Alterung unterliegen, ist es erforderlich die fluoreszierenden Schichten in mehr oder weniger gro- ßen Zeitabständen gegen neue auszutauschen. Hierfür ist es zweckmäßig, die sensitiven Schichten auf einem Träger auszubilden, der einfach einsetz- und später wieder entfernbar ist.Since the fluorescent substances used can only provide measured values with sufficient amplitude within a limited period of use and are subject to so-called aging, it is necessary to replace the fluorescent layers with new ones at greater or lesser intervals. For this purpose, it is expedient to form the sensitive layers on a support which is easy to use and can be removed again later.
Ein solcher Träger kann beispielsweise in Form einer Kappe ausgebildet sein, die auf das metallische Gehäuse aufgesteckt werden kann, so dass die Öffnungen für den Lichtaus- und auch gegebenenfalls Lichteintritt der sensitiven Schicht zugeordnet, angeordnet sind.Such a carrier can be designed, for example, in the form of a cap, which can be plugged onto the metallic housing, so that the openings for the light exit and possibly also light entry are assigned to the sensitive layer.
Eine solche Kappe kann beispielsweise so ausgebildet sein, wie dies in der nicht vorveröffentlichten PCT/DE 00/02447, auf deren Offenbarungsgehalt vollum- fänglich zurückgegriffen werden soll, beschrieben ist. Die sensitive Schicht kann dabei auf einem platten- förmigen Element ausgebildet sein, das in eine solche Kappe klemmend mit einer Vorspannung fixiert eingesetzt werden kann. Ein solches plattenförmiges Element kann in die Kappe auch eingeklebt bzw. eingeschweißt werden. In der Kappe ist eine Öffnung ausgebildet, durch die das Gasgemisch oder die Flüssigkeit mit der sensitiven Schicht in Kontakt treten kann.Such a cap can be designed, for example, as described in PCT / DE 00/02447, which has not been previously published and whose disclosure content is to be used in full. The sensitive layer can be formed on a plate-shaped element that can be inserted in such a cap by clamping with a pre-tension. Such a plate-shaped element can also be glued or welded into the cap. An opening is formed in the cap through which the gas mixture or the liquid can come into contact with the sensitive layer.
Das metallische Gehäuse kann auch mit einer Küvette dauerhaft oder temporär verbunden sein, durch die das Gasgemisch oder die Flüssigkeit zur Messung geführt werden kann.The metallic housing can also be permanently or temporarily connected to a cuvette through which the gas mixture or the liquid can be passed for measurement.
So kann beispielsweise in einer solchen Küvette eine Öffnung ausgebildet sein, in die das metallische Gehäuse mit dem Lichtaus- bzw. auch -eintrittsoffnungen in Richtung in das Küvetteninnere weisend, eingeführt und möglichst klemmend gehalten werden kann. Dabei kann die mindestens eine sensitive Schicht unmittelbar am metallischen Gehäuse angeordnet bzw. daran befestigt sein, aber auch vor dem Einführen des metallischen Gehäuses bereits im Inneren der Küvette ange- ordnet werden. Ähnlich wie das metallische Gehäuse kann aber bereits vorab ein kappenförmiger Träger, wie er bereits beschrieben worden ist, in eine solche Öffnung in die Küvette und das metallische Gehäuse mit den optischen Elementen nachgeführt werden.For example, an opening can be formed in such a cuvette, into which the metallic housing with the light exit or entrance openings pointing in the direction of the interior of the cuvette can be inserted and held as clamped as possible. The at least one sensitive layer can be arranged directly on the metallic housing or fastened thereon, but can also be arranged in the interior of the cuvette before the metallic housing is inserted. Similar to the metallic housing, however, a cap-shaped carrier, as has already been described, can be guided into such an opening in the cuvette and the metallic housing with the optical elements beforehand.
In Verbindung mit einer Küvette ist es vorteilhaft, die mindestens eine sensitive Schicht auf einem transparenten und gegebenenfalls auch zumindest teilweise planaren Träger auszubilden, der formschlüssig in der Küvette an einem für die Messung geeigneten Ort befestigt werden kann. Hierzu können beispiels- weise an äußeren Rändern des Trägers, die sich vorteilhaft gegenüberliegend angeordnet sind, Profilierungen ausgebildet sein, die in entsprechend dimensionierte und geformte Konturen an der Küvette einge- setzt und bei Bedarf auch wieder herausgeführt werden können. Geeignete Formen für solche Profilierungen und Konturen sind beispielsweise die so genannten Schwalbenschwanzformen. Es können aber auch einfache Nutenformen und entsprechend ausgebildete randseitige Stege eingesetzt werden.In connection with a cuvette, it is advantageous to form the at least one sensitive layer on a transparent and possibly also at least partially planar support which can be positively attached in the cuvette at a location suitable for the measurement. For example, Profiles can be formed on the outer edges of the carrier, which are advantageously arranged opposite one another, which can be inserted into appropriately dimensioned and shaped contours on the cuvette and can also be brought out again if necessary. Suitable shapes for such profiles and contours are, for example, the so-called dovetail shapes. However, simple groove shapes and appropriately designed webs on the edge can also be used.
Ein solcher Träger kann bei entsprechend aufgetretener Alterung in der fluoreszierenden Schicht einfach und kostengünstig gegen ein neues entsprechendes Ele- ment ersetzt werden, wobei vorteilhaft an einem solchen Träger ein Ansatz oder Überstand ausgebildet werden kann, der für das Einsetzen bzw. Entfernen eine gute manuelle Handhabbarkeit gewährleisten kann.Such a carrier can be replaced easily and inexpensively by a new corresponding element in the fluorescent layer if aging has occurred accordingly, it being possible advantageously to form a projection or protrusion on such a carrier which is easy to handle for insertion or removal can guarantee.
Beispielsweise für die Messung von C02-Konzentrationen bzw. Partialdrücken kann an an einem erfindungsgemäßen optischen Sensor mit Küvette eine zusätzliche Lichtquelle und ein zusätzlicher optischer Detektor eingesetzt werden. Dabei wird Licht im We11enlangebe- reich des infraroten Lichtes verwendet und je nachFor example, for the measurement of CO 2 concentrations or partial pressures, an additional light source and an additional optical detector can be used on an optical sensor according to the invention with a cuvette. Light in the long range of infrared light is used and depending on it
Konzentration des in dem Gasgemisch bzw. der Flüssigkeit enthaltenen C02 wird dieses Licht mehr oder weniger absorbiert, so dass die mit dem optischen Detektor messbare Intensität ein Maß für die jeweilige Konzentration bzw. des Partialdruckes von C02 ist. Dabei sollten die verwendete Lichtquelle und der hierfür genutzte optische Detektor möglichst orthogonal zur Strömungsrichtung des Gasgemisches bzw. der Flüssigkeit, die durch die Küvette geführt werden, ausgerichtet sein. Um Streu- oder Fremdlichteinflüsse einzuschränken bzw. auszuschließen, sollte die Küvette möglichst vollständig lichtundurchlässig ausgebildet sein, wobei aber für die unterschiedlichen Lichtarten entweder Öffnungen oder Fenster vorhanden sind. Insbesondere für das infrarote Licht bietet sich eine Anordnung von Lichtquelle und optischen Detektor außerhalb der Küvette an und an der Küvette sind dann entsprechend angeordnete Fenster vorhanden.Concentration of the CO 2 contained in the gas mixture or the liquid, this light is more or less absorbed, so that the intensity that can be measured with the optical detector is a measure of the respective concentration or the partial pressure of CO 2 . The light source used and the optical detector used for this purpose should be oriented as orthogonally as possible to the direction of flow of the gas mixture or the liquid which are guided through the cuvette. In order to limit or exclude the effects of stray light or extraneous light, the cuvette should be designed to be as completely opaque as possible, but there are openings or windows for the different types of light. An arrangement of the light source and optical detector outside the cuvette is particularly suitable for infrared light, and correspondingly arranged windows are then present on the cuvette.
Mit einer solchen Ausführungsform können beispielsweise in einem Gasgemisch, wie dies beispielsweise die Atemluft ist, gleichzeitig die Sauerstoff- und die C02-Konzentration oder der jeweilige Partialdruck gemessen werden, was insbesondere in der humanmedizinischen Anwendung von Interesse ist .With such an embodiment, for example, the oxygen and the CO 2 concentration or the respective partial pressure can be measured simultaneously in a gas mixture, such as for example the breathing air, which is of particular interest in human medical application.
Die zumindest zwei lokal voneinander getrennten Bereiche der einen sensitiven oder auch mehreren von- einander getrennten Schichten, die jeweils mit Licht einer Lichtquelle zur Fluoreszenzanregung bestrahlt werden, können einmal zur Ermittlung des eigentlichen Messwertes und der jeweils andere Bereich bzw. die andere Schicht zur Gewinnung eines Referenzsignales benutzt werden. Dabei kann die Anregung der Fluoreszenz in diesen Bereichen oder den getrennten Schichten in gleicher Form, d.h. in gleicher Intensität und/oder gleicher Anregungsenergie erfolgen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, was insbesondere zur Kompensation der bereits erwähnten Alterung des fluoreszierenden Stoffes günstig ist, den einen Bereich oder die eine Schicht, die für die Referenzierung herangezogen wird, mit einer geringeren Anregungsenergie zu beleuchten. Dies kann einmal über eine Va- riation der jeweiligen Zeiten und zum anderen auch über die entsprechend verringerte Anregungsintensi- tät/-leistung erreicht werden. In diesem Falle ist die Alterung der Schicht bzw. Schichtbereiches, der mit der geringeren Anregungsenergie bestrahlt worden ist, selbstverständlich geringer und dies trifft selbstverständlich auch auf die so genannte Langzeit- drift zu.The at least two locally separated areas of the one sensitive or also several separate layers, each of which is irradiated with light from a light source for fluorescence excitation, can be used to determine the actual measured value and the other area or the other layer to obtain one Reference signals are used. The fluorescence can be excited in these areas or in the separate layers in the same form, ie in the same intensity and / or the same excitation energy. However, it is also possible, which is particularly advantageous to compensate for the already mentioned aging of the fluorescent substance, to illuminate the one area or the one layer that is used for the referencing with a lower excitation energy. This can be done on the one hand by varying the respective times and on the other hand by means of the correspondingly reduced excitation intensity activity / performance can be achieved. In this case, the aging of the layer or layer region that has been irradiated with the lower excitation energy is of course less and this naturally also applies to the so-called long-term drift.
In einer weiteren Ausführungsform für einen erfindungsgemäßen optischen Sensor kann auch die minde- stens eine sensitive Schicht mit einer für den zu de- tektierenden Stoff permeablen Beschichtung versehen sein, wobei diese vorteilhaft Licht reflektierend und ganz besonders vorteilhaft aus einem Edelmetall (Silber, Palladium) , einem Metallgemisch oder einem re- flektierenden Kunststoff bestehen kann. Mit einer solchen Beschichtung können mögliche Fremd- und Streulichteinflüsse zumindest erheblich vermindert werden. Für die Messung der Sauerstoffkonzentration ist insbesondere eine Silberbeschichtung vorteilhaft geeignet.In a further embodiment for an optical sensor according to the invention, the at least one sensitive layer can also be provided with a coating which is permeable to the substance to be detected, said coating advantageously reflecting light and very particularly advantageously from a noble metal (silver, palladium), can consist of a metal mixture or a reflective plastic. Such a coating can at least considerably reduce possible external and scattered light influences. A silver coating is particularly suitable for measuring the oxygen concentration.
An der Zu- und Abführung für das jeweilige Gasgemisch bzw. die Flüssigkeit durch die Küvette, in der die eigentliche Messung durchgeführt werden kann, können Anschlußleitungen mit zumindest einem zusätzlichen Anschluß und Ventilen vorhanden sein. Mit Ventilen kann der Volumenstrom durch die Küvette zumindest temporär unterbrochen werden. An einen zusätzlichen Anschluß kann ein Element mit dem eine Druckdifferenz bzw. zumindestens ein vorgebbarer Druck in der Küvette erzeugt oder eingestellt werden kann, angeschlossen werden. Ein solches Element kann beispielsweise eine Pumpe sein, mit der der Innendruck in der Küvette bei einem Gasgemisch entweder erhöht oder verrin- gert werden kann. Soll beispielsweise Sauerstoff und/oder Kohlendioxid in Luft detektiert werden, kann einfache Umgebungsluft eingesetzt werden, um eine Kalibrierung ohne zusätzliche Normgase vorzunehmen. Hierzu wird die Umgebungsluft in der Küvette entweder komprimiert, so dass sich der Innendruck erhöht oder durch eine Vakuumpumpe der Druck entsprechend abgesenkt . Bei bekanntem Innendruck innerhalb der Küvette kann durch Veränderung des Partialdruckes und Messung für zumindest Sauerstoff eine einfache und schnelle Kalibrierung durchgeführt werden.Connection lines with at least one additional connection and valves can be present at the supply and discharge for the respective gas mixture or the liquid through the cuvette, in which the actual measurement can be carried out. With valves, the volume flow through the cuvette can be interrupted at least temporarily. An element can be connected to an additional connection with which a pressure difference or at least a predeterminable pressure in the cuvette can be generated or set. Such an element can be, for example, a pump with which the internal pressure in the cuvette can either be increased or reduced in the case of a gas mixture. For example, if oxygen and / or carbon dioxide in air is to be detected, can simple ambient air can be used to perform a calibration without additional standard gases. For this purpose, the ambient air in the cuvette is either compressed so that the internal pressure increases or the pressure is reduced accordingly by a vacuum pump. If the internal pressure inside the cuvette is known, a simple and quick calibration can be carried out by changing the partial pressure and measuring for at least oxygen.
Hierzu können die Zu- und Ableitungen für ein Gasgemisch im bzw. aus der Küvette während der Zeit der Druckerhöhung bzw. Druckverringerung mit Ventilen geschlossen werden. So kann z.B. in einer solchen An- Schlußleitung oder am Ein- oder Ausgang der Küvette ein Rückschlagventil angeordnet sein, das eine Strömung durch die Küvette nur in eine Richtung zulässt.For this purpose, the supply and discharge lines for a gas mixture in or from the cuvette can be closed with valves during the time the pressure is increased or decreased. For example, In such a connection line or at the inlet or outlet of the cuvette, a check valve can be arranged, which allows a flow through the cuvette only in one direction.
Da häufig die Anschlüsse an Küvetten auch flexibel, aus elastischen Materialien, wie z.B. Schläuchen ausgebildet sind, können als geeignete Ventile auch so genannte Quetschventile, mit denen ein solcher Schlauch lediglich zusammengedrückt werden kann, eingesetzt werden. Since the connections to cuvettes are often flexible, made of elastic materials such as Hoses are formed, so-called pinch valves, with which such a hose can only be compressed, can also be used as suitable valves.

Claims

Patentansprüche claims
1. Optischer Sensor zur Bestimmung der Konzentration und/oder des Partialdruckes mindestens eines in einem Gasgemisch oder einer Flüssigkeit enthaltenen Stoffes oder des ph-Wertes mit mindestens einer Lichtquelle, die Fluoreszenz in mindestens einer einen fluoreszierenden Stoff enthaltenden Schicht/Schichtsystem oder Oberflä- chenplasmonen an einer Schicht/Schichtsystem anregt und mindestens einen optischen Detektor zur Bestimmung der Intensität, Abklingzeit, Winkelauflösung oder Phasenverschiebung des Fluoreszenzlichtes oder des Oberflachenplasmonen modi- fizierten Lichts in der mit dem Gasgemisch oder1. Optical sensor for determining the concentration and / or the partial pressure of at least one substance contained in a gas mixture or a liquid or the pH value with at least one light source which indicates fluorescence in at least one layer / layer system or surface plasmons containing a fluorescent substance excites a layer / layer system and at least one optical detector for determining the intensity, decay time, angular resolution or phase shift of the fluorescent light or of the surface plasmon-modified light in the gas mixture or
Flüssigkeit in Kontakt stehenden Schicht/Schichtsystem, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (n) und optischer Detektor (en) in einem mit Öffnun- gen für den Ein- und Austritt des Lichtes versehenen Gehäuse aufgenommen sind.Layer / layer system in contact with liquid, characterized in that the light source (s) and optical detector (s) are accommodated in a housing provided with openings for the entry and exit of the light.
2. Optischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lichtquellen und/oder Öffnungen für den Austritt von Licht so angeordnet sind, dass sich das auf die2. Optical sensor according to claim 1, characterized in that a plurality of light sources and / or openings for the exit of light are arranged in such a way that this affects the
Schicht auftreffende und in die Schicht eintretende Licht der Lichtquellen nicht überschneidet .Layer of light from the light sources hitting and entering the layer does not overlap.
3. Optischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse aus einem Metall besteht.3. Optical sensor according to claim 1, characterized in that the housing consists of a metal.
4. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht der Lichtquellen und/oder des Fluoreszenz- oder re- flektierten Lichts durch optische Elemente auf die mindestens eine Schicht oder optische (n) Detektor (en) gerichtet ist.4. Optical sensor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the light from the light sources and / or the fluorescence or re reflected light is directed by optical elements onto the at least one layer or optical detector (s).
5. Optischer Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Elemente im Gehäuse aufgenommen sind.5. Optical sensor according to claim 4, characterized in that the optical elements are accommodated in the housing.
6. Optischer Sensor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Elemente Stablinsen sind.6. Optical sensor according to claim 4 or 5, characterized in that the optical elements are rod lenses.
7. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 4 bis7. Optical sensor according to one of claims 4 to
6, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Elemente optische Filter, optische Fenster, optische Linsen, Prismen und/oder Strahlteiler sind.6, characterized in that the optical elements are optical filters, optical windows, optical lenses, prisms and / or beam splitters.
8. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis8. Optical sensor according to one of claims 1 to
7, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Gehäuse beheiz- oder temperierbar ist.7, characterized in that the metallic housing can be heated or tempered.
9. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis9. Optical sensor according to one of claims 1 to
8, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Gehäuse eine Küvette, durch die das Gasgemisch oder die8, characterized in that on the housing a cuvette through which the gas mixture or
Flüssigkeit geführt ist, aufsetzbar oder das Gehäuse in die Küvette integriert ist.Liquid is guided, attachable or the housing is integrated in the cuvette.
10. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis10. Optical sensor according to one of claims 1 to
9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schicht im Inneren der Küvette auf einem austauschbaren Träger ausgebildet ist.9, characterized in that the at least one layer inside the cuvette is formed on an exchangeable carrier.
11. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis11. Optical sensor according to one of claims 1 to
10, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger in Form einer mit einer Öffnung versehenen Kappe ausgebildet und in die Küvette einsetzbar oder auf das Gehäuse aufsetzbar ist. 10, characterized in that the carrier is designed in the form of a cap provided with an opening and can be inserted into the cuvette or placed on the housing.
12. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der optisch transparente Träger planar und mit profilierten Rändern für einen formschlüssigen Eingriff in eine Kontur an der Küvette zur Fixierung ausgebildet ist.12. Optical sensor according to one of claims 1 to 10, characterized in that the optically transparent carrier is planar and with profiled edges for a positive engagement in a contour on the cuvette for fixing.
13. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Lichtquelle Licht durch die Küvette und das Gas- gemisch oder die Flüssigkeit auf einen weiteren optischen Detektor richtet.13. Optical sensor according to one of claims 1 to 12, characterized in that a further light source directs light through the cuvette and the gas mixture or the liquid onto a further optical detector.
14. Optischer Sensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Lichtquelle Licht im Wellenlängenbereich des infraro- ten Lichtes aussendet .14. Optical sensor according to claim 13, characterized in that the further light source emits light in the wavelength range of the infrared light.
15. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis15. Optical sensor according to one of claims 1 to
14, dadurch gekennzeichnet, dass an die Küvette ein eine Druckdifferenz in der Küvette erzeugendes Element angeschlossen und mindestens eine Anschlußleitung von/zur Küvette mittels eines14, characterized in that an element producing a pressure difference in the cuvette is connected to the cuvette and at least one connecting line from / to the cuvette by means of a
Ventiles verschließbar ist.Valves can be closed.
16. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis16. Optical sensor according to one of claims 1 to
15, dadurch gekennzeichnet, dass das die Druckdifferenz erzeugende Element eine Pumpe ist.15, characterized in that the element producing the pressure difference is a pump.
17. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis17. Optical sensor according to one of claims 1 to
16, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Ventil ein Rückschlagventil ist.16, characterized in that the at least one valve is a check valve.
18. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Ventil ein Quetschventil ist.18. Optical sensor according to one of claims 1 to 16, characterized in that the at least one valve is a pinch valve.
19. Optischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aperturen von Licht mehrerer Lichtquellen auf der Schicht/Schichtsystem sich nur bereichsweise oder nicht überschneiden.19. Optical sensor according to claim 1, characterized in that the apertures of light from several light sources on the layer / layer system only overlap in some areas or not.
20. Verfahren zur Bestimmung der Konzentration und/oder des Partialdruckes oder des ph-Wertes mindestens eines in einem Gasgemisch oder einer Flüssigkeit enthaltenen Stoffes mit einem optischen Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des metallischen Gehäuses geregelt wird.20. A method for determining the concentration and / or the partial pressure or the pH of at least one substance contained in a gas mixture or a liquid with an optical sensor according to one of claims 1 to 19, characterized in that the temperature of the metallic housing is regulated ,
21. Verfahren zur Bestimmung der Konzentration und/oder des Partialdruckes oder des ph-Wertes mindestens eines in einem Gasgemisch oder einer Flüssigkeit enthaltenen Stoffes mit einem optischen Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in der Küvette mindestens ein vorgebbarer Druck eingestellt und bei bekanntem Druck die Intensität, die Abklingzeit oder Phasenverschiebung des Fluoreszenz- lichtes zu Kaiibrierungszwecken gemessen wird.21. A method for determining the concentration and / or the partial pressure or the ph value of at least one substance contained in a gas mixture or a liquid with an optical sensor according to one of claims 1 to 19, characterized in that at least one prescribable pressure in the cuvette and the intensity, the decay time or the phase shift of the fluorescent light are measured for calibration purposes at a known pressure.
22. Verfahren zur Bestimmung der Konzentration und/oder des Partialdruckes oder des ph-Wertes mindestens eines in einem Gasgemisch oder einer Flüssigkeit enthaltenen Stoffes mit einem optischen Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Gasgemisch die Sauerstoff und die C02-Konzentration oder der Partialdruck zeitgleich gemessen werden. 22. A method for determining the concentration and / or the partial pressure or the pH of at least one substance contained in a gas mixture or a liquid with an optical sensor according to one of claims 1 to 19, characterized in that the oxygen and the in a gas mixture C0 2 concentration or the partial pressure can be measured simultaneously.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2510014C1 (en) * 2012-09-14 2014-03-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН) Method of determining low concentrations of molecules of volatile substances in gaseous medium

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4518259A (en) * 1982-07-26 1985-05-21 Eastman Kodak Company Light guide reflectometer
US5039491A (en) * 1989-01-27 1991-08-13 Metricor, Inc. Optical oxygen sensor
EP0720014A1 (en) * 1994-12-28 1996-07-03 Hoechst Aktiengesellschaft Optical sensor apparatus for detecting vapor of organic solvent
JPH09329553A (en) * 1996-06-07 1997-12-22 Hoechst Ind Kk Optical sensor for detection chemical substance dissolved or dispersed in water
EP0834848A2 (en) * 1996-10-02 1998-04-08 Texas Instruments Incorporated Fixed optic sensor system and distributed sensor network
US5917607A (en) * 1996-04-25 1999-06-29 Fuji Photo Film Co., Ltd. Surface plasmon sensor for multiple channel analysis
JPH11183372A (en) * 1997-12-19 1999-07-09 Toto Ltd Spr sensor device, analysis system and detecting method using it
WO1999049302A1 (en) * 1998-03-20 1999-09-30 Aventis Research & Technologies Gmbh & Co. Kg Optical sensor
EP0973023A1 (en) * 1998-07-14 2000-01-19 Texas Instruments Incorporated High throughput surface plasmon resonance analysis system
JP2000065731A (en) * 1998-08-24 2000-03-03 Nippon Laser Denshi Kk Surface plasmon resonance angle detection device and sample supply collection method
JP2000180354A (en) * 1998-12-18 2000-06-30 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Measuring method for harmful halogen compound by using surface plasmon resonance
EP1079225A1 (en) * 1999-08-26 2001-02-28 Fuji Photo Film Co., Ltd. Surface plasmon sensor for analyzing liquid sample or humid atmosphere
JP2002122600A (en) * 2000-10-12 2002-04-26 Nippon Laser & Electronics Lab Sensor chip for biosensor

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4518259A (en) * 1982-07-26 1985-05-21 Eastman Kodak Company Light guide reflectometer
US5039491A (en) * 1989-01-27 1991-08-13 Metricor, Inc. Optical oxygen sensor
EP0720014A1 (en) * 1994-12-28 1996-07-03 Hoechst Aktiengesellschaft Optical sensor apparatus for detecting vapor of organic solvent
US5917607A (en) * 1996-04-25 1999-06-29 Fuji Photo Film Co., Ltd. Surface plasmon sensor for multiple channel analysis
JPH09329553A (en) * 1996-06-07 1997-12-22 Hoechst Ind Kk Optical sensor for detection chemical substance dissolved or dispersed in water
EP0834848A2 (en) * 1996-10-02 1998-04-08 Texas Instruments Incorporated Fixed optic sensor system and distributed sensor network
JPH11183372A (en) * 1997-12-19 1999-07-09 Toto Ltd Spr sensor device, analysis system and detecting method using it
WO1999049302A1 (en) * 1998-03-20 1999-09-30 Aventis Research & Technologies Gmbh & Co. Kg Optical sensor
EP0973023A1 (en) * 1998-07-14 2000-01-19 Texas Instruments Incorporated High throughput surface plasmon resonance analysis system
JP2000065731A (en) * 1998-08-24 2000-03-03 Nippon Laser Denshi Kk Surface plasmon resonance angle detection device and sample supply collection method
JP2000180354A (en) * 1998-12-18 2000-06-30 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Measuring method for harmful halogen compound by using surface plasmon resonance
EP1079225A1 (en) * 1999-08-26 2001-02-28 Fuji Photo Film Co., Ltd. Surface plasmon sensor for analyzing liquid sample or humid atmosphere
JP2002122600A (en) * 2000-10-12 2002-04-26 Nippon Laser & Electronics Lab Sensor chip for biosensor

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1998, no. 04 31 March 1998 (1998-03-31) *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1999, no. 12 29 October 1999 (1999-10-29) *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 2000, no. 06 22 September 2000 (2000-09-22) *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 2000, no. 09 13 October 2000 (2000-10-13) *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 2002, no. 08 5 August 2002 (2002-08-05) *
RICHARDS J D ET AL: "SURFACE-PLASMON EXCITATION USING A POLARIZATION-PRESERVING OPTICAL FIBER AND AN INDEX-MATCHING FLUID OPTICAL CELL", APPLIED OPTICS, OPTICAL SOCIETY OF AMERICA,WASHINGTON, US, vol. 32, no. 16, 1 June 1993 (1993-06-01), pages 2901 - 2906, XP000345889, ISSN: 0003-6935 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2510014C1 (en) * 2012-09-14 2014-03-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН) Method of determining low concentrations of molecules of volatile substances in gaseous medium

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