專利名稱：用于測(cè)定分析物濃度的指示系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及感測(cè)分析物濃度變化或分析物接觸史(exposure history)的設(shè)備和方法，所述分析物參與在食品飲料質(zhì)量、藥物酸敗 (spoilage)、個(gè)人防護(hù)和環(huán)境整體性(integrity)領(lǐng)域中影響質(zhì)量控制的化 學(xué)反應(yīng)。
背景技術(shù)：
存在已經(jīng)整合進(jìn)電子裝置中的若干氣體檢測(cè)技術(shù)，它們通常利用與 發(fā)光、熒光、反射技術(shù)結(jié)合的有色指示劑。這些裝置要求熟練技術(shù)人員 的手動(dòng)操作、校準(zhǔn)和判讀。包含這些裝置的專利實(shí)例包括可用于檢測(cè)食 品和血中來(lái)自細(xì)菌的酸敗產(chǎn)物的GB2102947、US5094955、 WO0077242、 W09627796、 US6卯8746，以及可描述為氣體檢測(cè)器的US2890177、 US3068073、 US3111610、 US3754867。
目測(cè)讀數(shù)用于在由Draeger⑧制造的樣品管中判讀數(shù)值，技術(shù)人員 將其與抽氣泵一起用于提取氣體樣品并使置于樣品管中的有色指示劑 接觸靶分子，以通過(guò)移動(dòng)的有色條帶獲得目測(cè)結(jié)果。US 5,653,941中乂> 開(kāi)了類似的技術(shù)，其中對(duì)食品容器中提取的酸敗氣體手動(dòng)取樣，并按照 通過(guò)/失敗(PASS/FAIL)測(cè)試來(lái)凈艮告是否達(dá)到預(yù)定閾值。
如果這樣的技術(shù)能夠整合成被動(dòng)式指示系統(tǒng)，即不需要人介入、在 專業(yè)設(shè)計(jì)下運(yùn)行以測(cè)量接觸并報(bào)告可由非專業(yè)讀者(而不僅是技術(shù)人 員)判讀的數(shù)值的系統(tǒng)，則會(huì)是很有用的技術(shù)貢獻(xiàn)。這樣的被動(dòng)指示設(shè) 備可以有若千工業(yè)應(yīng)用，例如用于食品質(zhì)量(微生物酸敗)、作為新鮮 度指示劑用于水果表面、包裝完整性(包括破損驗(yàn)證(tamper evidencing)),人與有毒氣體的接觸、防毒面罩中過(guò)濾筒的剩余壽一、 來(lái)自患者肺的呼氣、蒸發(fā)-凝結(jié)指示劑、血和尿中尿素的樣品試劑盒。
其他指示劑用類似的系統(tǒng)模擬真實(shí)環(huán)境。其中經(jīng)典的是報(bào)告與反應(yīng) 物熱接觸的時(shí)間-溫度指示器，所述反應(yīng)物與被熱建模的系統(tǒng)共有相似的活化能和速率常數(shù)，并且得出的相關(guān)性提供對(duì)真實(shí)體系條件的推論
(Riva， M， 1997)。
其他指示劑用類似的系統(tǒng)模擬真實(shí)環(huán)境。其中經(jīng)典的是報(bào)告與反應(yīng)物的熱接觸的時(shí)間-溫度指示器，所述反應(yīng)物與被熱建模的系統(tǒng)共有相似的活化能和速率常數(shù)，并且得出的相關(guān)性提供對(duì)真實(shí)體系條件的推論。已經(jīng)開(kāi)發(fā)了更新的指示劑，其計(jì)量與分析物的接觸，所述接觸是造成環(huán)境變化的直接原因。然而，該計(jì)量?jī)H限于達(dá)到閾值，因此信息(communication)僅限于開(kāi)/關(guān)(ON / OF)或通過(guò)/失敗的讀數(shù)。這樣的指示劑由Food Quality International商品化，用于監(jiān)測(cè)肉和魚(yú)的品質(zhì)，并由Ripesense商品化用于監(jiān)測(cè)水果的新鮮度。這些設(shè)備的局限性在于依賴觀察者可見(jiàn)顏色譜的改變，參考比色表來(lái)確定終點(diǎn)。就判讀而言，用這些設(shè)備無(wú)法獲得數(shù)值尺度，留待觀察者判斷顏色譜來(lái)決定，其分辨率和準(zhǔn)確度是有問(wèn)題的。
然而，目前還沒(méi)有發(fā)明要求保護(hù)包含下述測(cè)量設(shè)備的應(yīng)用，所述設(shè)備通過(guò)工程結(jié)構(gòu)，使用提取作用使導(dǎo)致品質(zhì)改變的化學(xué)反應(yīng)中的靶分子或者與環(huán)境完整性改變相關(guān)的標(biāo)記物主動(dòng)擴(kuò)散，所述工程結(jié)構(gòu)的方向使得所述移動(dòng)前緣與所研究環(huán)境中的品質(zhì)改變同步。本發(fā)明使用這種移動(dòng)的反應(yīng)前緣在裝置中創(chuàng)建傳感器，所述裝置測(cè)量并報(bào)告靶分子(分析物)的當(dāng)前水平或接觸史。
本發(fā)明新設(shè)備提供的讀數(shù)沿著連續(xù)數(shù)字標(biāo)尺(沒(méi)有上限)產(chǎn)生點(diǎn)，因此滿足了當(dāng)今醫(yī)療業(yè)在質(zhì)量保證中對(duì)硬數(shù)據(jù)(hard data)的要求。
盡管分析物的當(dāng)前水平提供了關(guān)于環(huán)境中分析物濃度可接受性的信息，但是報(bào)道的累計(jì)接觸旨在來(lái)自設(shè)備部署期間各時(shí)間點(diǎn)與分析物所發(fā)生反應(yīng)的加成累積。
本文公開(kāi)的這樣的裝置可用于含有靶分子的真實(shí)環(huán)境的任何封閉的或部分限制的或穩(wěn)態(tài)條件的區(qū)域中，或用于流入或流出這種環(huán)境的氣體或液體樣品流中，靶分子通過(guò)所述樣品流。本發(fā)明的典型目的環(huán)境包括食品或生物制品中的生物酸敗反應(yīng)物或產(chǎn)物、環(huán)境污染物，或用于對(duì)空氣或水進(jìn)行衛(wèi)生處理(sanitisation )的處理產(chǎn)物或殺蟲(chóng)劑以及包裝中氣體密封的完整性。發(fā)明概述
因此，本發(fā)明的一個(gè)總體目的是通過(guò)報(bào)告與環(huán)境相關(guān)的靶分子的接觸或釋放來(lái)提供封閉或部分封閉的真實(shí)環(huán)境的化學(xué)品接觸史。
因此，在一個(gè)方面中，本發(fā)明涉及通過(guò)報(bào)告與環(huán)境相關(guān)的靶分子的接觸或釋放來(lái)監(jiān)測(cè)封閉的真實(shí)環(huán)境的化學(xué)品接觸史的方法，其包括以下
步驟
將監(jiān)測(cè)設(shè)備置于封閉真實(shí)環(huán)境的區(qū)域內(nèi)，或置于乾分子經(jīng)過(guò)的流入或流出所述環(huán)境的樣品流中，其中所述監(jiān)測(cè)設(shè)備具有可通透的基質(zhì)，并通過(guò)測(cè)量靶分子通過(guò)該基質(zhì)的擴(kuò)散來(lái)記錄與這些靶分子的接觸；然后
在接觸期內(nèi)和/或接觸期結(jié)束時(shí)，定期記錄乾分子通過(guò)這些基質(zhì)的分子擴(kuò)散程度；
從而提供該環(huán)境與靶分子的接觸和/或釋放相關(guān)的接觸史。
靶分子可以是質(zhì)量管理的目的分子，并可包括生物酸敗反應(yīng)物或產(chǎn)物、污染物、或處理空氣或處理水以改善品質(zhì)的衛(wèi)生處理化學(xué)品。所述目的靶分子可與食品酸敗、生物制品酸敗、微生物和化學(xué)降解、個(gè)人防護(hù)設(shè)施、環(huán)境保護(hù)和其他環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用相關(guān)。
適當(dāng)時(shí)，所述監(jiān)測(cè)設(shè)備的可通透基質(zhì)具有一種或多種置于其中的化學(xué)指示劑，所述指示劑指示靶分子向基質(zhì)中的擴(kuò)散。
適當(dāng)時(shí)，靶分子在基質(zhì)中誘導(dǎo)化學(xué)轉(zhuǎn)化，從而指示基質(zhì)中靶分子的存在。所述化學(xué)轉(zhuǎn)化可以是氧化還原反應(yīng)，或可以是例如由pH改變誘導(dǎo)的電離反應(yīng)。因此化學(xué)指示劑可以是pH指示劑。
可以改變可通透基質(zhì)的化學(xué)物理特性(如密度和孔隙度，和/或基質(zhì)入口的孔徑)，以提高或降低靶分子通過(guò)基質(zhì)的擴(kuò)散速率。
適當(dāng)時(shí)，通過(guò)靶分子與化學(xué)指示劑的反應(yīng)來(lái)計(jì)量靼分子擴(kuò)散通過(guò)基質(zhì)的程度。
在一些實(shí)施方案中，擴(kuò)散程度在移動(dòng)的線性有色條帶或移動(dòng)的有色環(huán)的連續(xù)標(biāo)尺中報(bào)告靶分子的濃度。適當(dāng)時(shí)，所述監(jiān)測(cè)設(shè)備包含腔室，其中養(yǎng)質(zhì)置于該腔室中，所述腔 室設(shè)置成通過(guò)確保遷移前緣處的反應(yīng)時(shí)間與基質(zhì)中靶分子的擴(kuò)散同步 來(lái)確保顏色相對(duì)于連續(xù)標(biāo)尺中距離的改變率。
所述監(jiān)測(cè)設(shè)備可報(bào)告靶分子的當(dāng)前水平或?qū)Π蟹肿拥睦鄯e接觸，或 作為集成的設(shè)備時(shí)其可報(bào)告當(dāng)前水平和接觸史二者。
所述監(jiān)測(cè)設(shè)備可包含反應(yīng)前緣，所述反應(yīng)前緣與指示設(shè)備的基質(zhì)中 靶分子的擴(kuò)散程度相稱。
所述指示設(shè)備可通過(guò)將指示介質(zhì)置于狹窄且伸長(zhǎng)的管中而將指示 劑反應(yīng)前緣限制成沿著連續(xù)標(biāo)尺前進(jìn)，以將沿著指示器進(jìn)行的擴(kuò)散限制 成對(duì)觀察者而言沿平面進(jìn)行。
監(jiān)測(cè)設(shè)備可通過(guò)將二維形式的基質(zhì)設(shè)置為具有不可通透的上部和 下部表面的薄層盤或具有可變厚度的盤而將指示劑反應(yīng)前緣限制成沿 著連續(xù)標(biāo)尺前進(jìn)，以將擴(kuò)散限制成對(duì)觀察者而言從外部邊緣到內(nèi)部中心 進(jìn)行，或者從中心到外部邊緣進(jìn)行。
適當(dāng)時(shí)，基質(zhì)被設(shè)置為二維形式，如三角形，或者設(shè)置成三維形式， 如楔、圓錐或錐體形式，或其他逐漸變細(xì)的形式或可變厚度的其他形式。
所述監(jiān)測(cè)設(shè)備可通過(guò)如下方式制造為沿著遞增的非線性標(biāo)尺進(jìn)一
步擴(kuò)散沿線性條帶(例如本發(fā)明的溫度計(jì)形式)的長(zhǎng)度改變包含指示 劑的基質(zhì)厚度，從而產(chǎn)生楔；或者沿著存在于本發(fā)明盤狀形式(例如本 發(fā)明的盤狀形式)中環(huán)的弧度來(lái)提高厚度，從而產(chǎn)生半球形或半卵形 (hemiovular)形狀。通過(guò)將入口端制成逐漸變細(xì)的末端，前進(jìn)的擴(kuò)散隨 著遷移距離的增加變得更加非線性?；蛘?，可以通過(guò)從設(shè)備的厚端向薄 端擴(kuò)散使得擴(kuò)散更加線性。
所述監(jiān)測(cè)設(shè)備可以離散標(biāo)尺中報(bào)告靶分子的濃度，這是通過(guò)在移動(dòng)的 有色條帶上的位置中設(shè)置掩蔽的有色印跡，從而通過(guò)位置的顏色改變觀察 到條帶到達(dá)該位置；或者條帶本身的顏色掩蔽了下面印跡的顯現(xiàn)，有色條 帶的前進(jìn)遷移通過(guò)之前的掩蔽條帶失去顏色并顯現(xiàn)下面的信息來(lái)提醒觀 察者達(dá)到了新的接觸水平。
所述監(jiān)測(cè)設(shè)備可通#基質(zhì)中使用產(chǎn)生半穩(wěn)定反應(yīng)產(chǎn)物(在50至80。C產(chǎn)物(僅在烤箱溫度下可逆)的^^應(yīng)物來(lái)才艮 告與耙分子(如二氧化碳)的累積接觸。
適當(dāng)時(shí)，所述監(jiān)測(cè)設(shè)備通過(guò)基質(zhì)中所使用的反應(yīng)物(包括緩沖劑)來(lái) 報(bào)告靶分子的當(dāng)前水平，所述反應(yīng)物在環(huán)境溫度下產(chǎn)生不穩(wěn)定的反應(yīng)產(chǎn) 物，使得反應(yīng)是即時(shí)可逆的，從而產(chǎn)生對(duì)分析物當(dāng)前水平的報(bào)告。
所述監(jiān)測(cè)設(shè)備可以通過(guò)目測(cè)的顏色在空間中的移動(dòng)或分離，以可讀的
標(biāo)度(可能是作為儀器視野中反射光的數(shù)量或作為色譜或色度(colour intensity)來(lái)測(cè)量)或是借助于裝置(以波長(zhǎng)或頻率、反射、發(fā)光或熒光或 其他輻射技術(shù)(如超市的條碼掃描器)測(cè)量顯色)來(lái)報(bào)告當(dāng)前水平或累積 接觸。
所述監(jiān)測(cè)設(shè)備可通過(guò)電信號(hào)的改變來(lái)報(bào)告當(dāng)前水平或累積接觸，所述 電信號(hào)顯示在數(shù)字顯示器上，或通過(guò)輻射技術(shù)轉(zhuǎn)發(fā)至協(xié)調(diào)中心，并可能通 過(guò)因特網(wǎng)或衛(wèi)星通信向國(guó)際轉(zhuǎn)播。
所述監(jiān)測(cè)設(shè)備包含含有指示劑基質(zhì)的著色劑，或其可使用有色的掩蔽 層或背景層來(lái)改變觀察者所看到的或用電子掃描裝置獲得的讀數(shù)所看到 的基質(zhì)顏色或清晰度。
就監(jiān)測(cè)設(shè)備而言，針對(duì)不同受眾的交流模式可以改變成僅可由所針對(duì) 的受體A^判讀的編碼交流系統(tǒng)，以傳達(dá)該設(shè)備與靼分子接觸的信息。
可如下校準(zhǔn)監(jiān)測(cè)設(shè)備選擇用于指示具體靶分子存在的適當(dāng)化學(xué)試劑、 試劑的濃度；或者通過(guò)改變基質(zhì)的通透性來(lái)改變進(jìn)入指示介質(zhì)中的擴(kuò)M 率。
監(jiān)測(cè)設(shè)備的可通透基質(zhì)可在管中排列成線性構(gòu)型的微球，從而建立 一定程度的曲折度并藉此建立緩慢的擴(kuò)散，以確保前緣的反應(yīng)時(shí)間以一 定擴(kuò)散速率前進(jìn)，并校準(zhǔn)遷移速率。
所述監(jiān)測(cè)設(shè)備可通過(guò)將指示試劑與提取試劑混合來(lái)測(cè)量累積接觸。
在一些實(shí)施方案中，所述監(jiān)測(cè)設(shè)備可裝配有粘性標(biāo)簽或標(biāo)記，所述 標(biāo)簽或標(biāo)記與含有食品或生物制品的包裝或容器熱接觸。
適當(dāng)時(shí)，所述監(jiān)測(cè)設(shè)備可設(shè)置成用于插入包裝內(nèi)的獨(dú)立裝置、用于 設(shè)置在包裝內(nèi)壁上的粘性標(biāo)簽或印跡、用防溶劑材料保護(hù)的層板或者設(shè)
10置在可滲透包裝的外壁上。
防護(hù)性濾層可置于監(jiān)測(cè)設(shè)備上或與其毗鄰，從而從被測(cè)量環(huán)境中提 取非靶分子，并在測(cè)量中提供對(duì)靶分子的選擇性，并使得監(jiān)測(cè)設(shè)備是防 溶劑的。
優(yōu)選地，所述監(jiān)測(cè)設(shè)備用于食品檢測(cè)和環(huán)境質(zhì)量應(yīng)用，以及監(jiān)測(cè)微 生物培養(yǎng)物生長(zhǎng)的應(yīng)用。


現(xiàn)在將以圖中所示的非限制性實(shí)施例為基礎(chǔ)描述本發(fā)明
圖1:展示了指示劑，其中指示劑凝膠線性放置并被屏障層覆蓋， 以確保一維擴(kuò)散；
圖2:展示了線性指示劑設(shè)備的剖面；
圖3:展示了用于浸入液體中的浸量尺(dip-stick)裝置形式的指示設(shè)
備；
圖4:展示了從膜邊緣朝向中心的二維平面擴(kuò)散；
圖5:展示了在操作中應(yīng)用平面遷移的盤式指示劑的俯視圖6展示了逐漸變細(xì)形式的指示設(shè)備，如楔、錐體、圓錐或其他逐 漸變細(xì)的形狀，從而顏色改變會(huì)隨著逐漸增加的接觸而從細(xì)尖部向粗底 部前進(jìn)；
圖7展示了從左向右遷移的移動(dòng)有色條帶；
圖8展示了應(yīng)用于水果的監(jiān)測(cè)設(shè)備；
圖9展示了插入土壤的監(jiān)測(cè)設(shè)備；和
圖IO展示了裝入機(jī)動(dòng)車輛尾氣中的監(jiān)測(cè)設(shè)備。
發(fā)明詳述
在本發(fā)明中可能進(jìn)行兩種類型的測(cè)量當(dāng)前水平和累積接觸。前者測(cè)量在測(cè)量時(shí)記錄的分析物水平，而后者計(jì)量以累加方式累積的接觸單 位并報(bào)告接觸史。在兩種接觸情況下，均可按照由反應(yīng)前緣移動(dòng)條帶的 連續(xù)標(biāo)尺或離散標(biāo)尺和有刻度標(biāo)尺進(jìn)行計(jì)量和報(bào)告。讀數(shù)可以是觀測(cè)的 或電子式的。觀察可作為目測(cè)讀數(shù)供非技術(shù)人員使用，或者作為使用無(wú) 線電波或通過(guò)其他電磁手段轉(zhuǎn)發(fā)的電子讀數(shù)供熟練使用裝置的技術(shù)人 員使用，并報(bào)告給遙控中心。
食品和生物制劑在分銷期間在其接觸熱一段時(shí)間和在其被酸敗生 物污染時(shí)喪失品質(zhì)。可用來(lái)自破壞食品的細(xì)菌和真菌代謝產(chǎn)物來(lái)測(cè)量品 質(zhì)喪失和殘余的品質(zhì)。示例性分析物包括二氧化碳、硫化氫、二氧化硫、 氫氣和氨氣、乙酸和乳酸、酮和醛。可通過(guò)降解蛋白質(zhì)形成的胺來(lái)測(cè)量 食品如肉和魚(yú)在冷凍儲(chǔ)存下的化學(xué)降解?？深愃频赜?jì)量降解的橙汁中苦 味產(chǎn)物檸檬堿的形成。包裝食品中品質(zhì)的喪失也可通過(guò)制成食品中的氧 流入和消耗來(lái)測(cè)量，以及通過(guò)包裝產(chǎn)品中由保存在高于食品包裝的設(shè)計(jì)
限度的溫度下的呼吸的植物組織所引起的厭氧性(anaerobis)而導(dǎo)致的 氧濃度降低來(lái)測(cè)量。
呼吸作用、酸敗活動(dòng)和化學(xué)降解的分解產(chǎn)物通常是酸、堿或氧化還 原產(chǎn)物，而反應(yīng)物一般包括氧。監(jiān)測(cè)分解產(chǎn)物的形成或反應(yīng)產(chǎn)物的利用 可以指示生物化學(xué)和化學(xué)加工的進(jìn)程。
可使用pH或氧化/還原指示劑來(lái)監(jiān)測(cè)包裝范圍內(nèi)的酸敗或者經(jīng)歷環(huán) 境改變的分散的氣體或液體流中活性位點(diǎn)下游或上游的酸敗。這樣的指 示劑可置于包裝環(huán)境中、其他受限的空間中或接近生產(chǎn)位點(diǎn)的樣品流 內(nèi)，以監(jiān)測(cè)接觸水平。
指示劑可與酸或堿的演化產(chǎn)物(evolution product)反應(yīng)，并在有 或無(wú)pH緩沖劑時(shí)使用pH指示劑通過(guò)綴合酸/堿的形成以動(dòng)態(tài)接觸來(lái)計(jì) 量滴定反應(yīng)的進(jìn)展。類似地，使用氧化還原反應(yīng)，指示劑可用于計(jì)量對(duì) 濃度變化的分析物(如氧)隨時(shí)間的接觸進(jìn)展?？深愃频厥褂脻饪s和蒸 發(fā)指示劑作為進(jìn)入食品包裝中水分的度量。
許多食品(例如乳)在低細(xì)菌種群時(shí)是安全的。消費(fèi)公眾關(guān)心的是 品質(zhì)，個(gè)體消費(fèi)者之間可接受的限度可能是不同的。累積的熱接觸會(huì)允 許酸敗生物的種群發(fā)展。乳和類似的產(chǎn)品直到某一點(diǎn)之前仍是可銷售的，僅報(bào)告細(xì)菌存在或不存在幾乎沒(méi)有價(jià)值。在這些情況下，通過(guò)測(cè)量 累積的二氧化碳演化或其他酸敗產(chǎn)物(如酸敗酸)來(lái)計(jì)量種群及其代謝 是有價(jià)值的。現(xiàn)有技術(shù)(指示膜改變顏色)的問(wèn)題是僅報(bào)告達(dá)到了 一定
闊值，或依賴于色度的裝置讀數(shù)。本發(fā)明的改進(jìn)是報(bào)告橫向擴(kuò)散(lateral spread)的讀數(shù)，隨著接觸逐漸增加而擴(kuò)大，像常規(guī)的色帶溫度計(jì)那樣。
生鮮產(chǎn)品如禽卵、水果、蔬菜和花隨溫度以Arrhenius率呼吸，其 呼吸作用可被多種氧和二氧化碳的氣氛改變。由水果貼紙(fruit-sticker) 或包裝壁上的內(nèi)部貼紙?jiān)诒砥ぜ?xì)胞表面測(cè)量的氧和二氧化碳當(dāng)前水平 反映了溫度和大氣的當(dāng)前環(huán)境條件，無(wú)論該條件對(duì)產(chǎn)物的收獲后壽命是 有利還是不利的。類似地，可將貼紙置于禽卵殼的外表面上，以計(jì)量卵 呼吸、殼內(nèi)細(xì)菌酸敗產(chǎn)物中的一種或兩種。
對(duì)生鮮產(chǎn)品而言，可使用一定量細(xì)胞的累積呼吸來(lái)計(jì)量新鮮度，作 為多種已分離的植物器官的"呼吸壽命(respiration-life)" (Brash等 1995， Bower, J.H.2001)。
當(dāng)前的和累積的乙烯水平可預(yù)示呼吸高峰期水果(dimacteric fruit) 中成熟的開(kāi)始，或指示成熟的階段(此時(shí)水果如梨、酪梨和獼猴桃是最 適于食用)，而不需要使用手指進(jìn)行按壓檢驗(yàn)和損壞水果。
產(chǎn)品器官的表皮中存在可通透的覆蓋層。植物中的氧、二氧化碳、 乙烯和醇穿透這些表面，提供了用本發(fā)明測(cè)量平衡水平的可能性。
從產(chǎn)品的細(xì)胞中析出并通過(guò)擴(kuò)散透過(guò)表皮細(xì)胞層進(jìn)入表面的二氧 化碳、乙烯和其他氣體(如乙醇)可被本發(fā)明的指示設(shè)備提取進(jìn)裝在產(chǎn) 品自身上的覆蓋貼紙中，或穿過(guò)用于貿(mào)易產(chǎn)品使用的可通透包裝的壁進(jìn) 入裝在包裝外的貼紙中。或者，該設(shè)備可作為包裝材料內(nèi)的一層整合進(jìn) 來(lái)，或配置成包裝內(nèi)的防水和防漏的獨(dú)立設(shè)備，或位于帶有連接管的不 透明包裝外側(cè)。
對(duì)于其他不通透容器(如透明玻璃瓶)中食品、保健產(chǎn)品和其他易 腐產(chǎn)品或醫(yī)學(xué)樣品的情況，在內(nèi)壁貼上防溶劑標(biāo)簽使得可以實(shí)現(xiàn)計(jì)量和 報(bào)告功能。當(dāng)使用不透明的容器時(shí)，可向例如聚乙烯或其他聚合物的管 中刺出針孔，然后可以用修復(fù)自行車胎中穿孔相同的方式將標(biāo)簽i殳備作為密封貼片使用。
或者，可使用卡口來(lái)安置計(jì)量設(shè)備，所述卡口通過(guò)在包裝壁中刺出 的針孔安裝，并與裝入計(jì)量袋的管相連。這些方法使得能夠在不透明的 管和容器中進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
"包裝"的定義可擴(kuò)展至若干個(gè)較小包裝的外包裝，并可包括大容 器，包括運(yùn)輸容器。可獲得的度量包括當(dāng)前的呼吸和成熟狀態(tài)，或產(chǎn)品 的呼吸或成熟史。
為了在分銷期間進(jìn)行有效的品質(zhì)管理，在尋求銷售的透明度和責(zé)任
的現(xiàn)代審計(jì)追蹤(audit trail)中，期望報(bào)告產(chǎn)品從收獲或食品加工直到最 終消耗點(diǎn)的逐漸變質(zhì)。因此，期望計(jì)量系統(tǒng)顯示該產(chǎn)品壽命在運(yùn)輸和儲(chǔ) 存的各方手中時(shí)的過(guò)期程度(degree of expiry)。
生鮮產(chǎn)品的品質(zhì)隨著分銷期間處理的延遲和亞最適溫度 (sub-optimal temperature)管理而變質(zhì)，喪失新鮮度。貿(mào)易中的新鮮度 在水果被采摘時(shí)或開(kāi)始成熟時(shí)最高。盡管通過(guò)冷凍、裝罐或加工食品和 飲料的其他食品防腐方法提供保藏，但是酸敗生物的污染和化學(xué)降解最 終會(huì)限制儲(chǔ)存期和保質(zhì)期。監(jiān)測(cè)新鮮度狀態(tài)是本發(fā)明要解決的問(wèn)題。
食品的品質(zhì)隨著分銷期間的熱接觸而變質(zhì)，因?yàn)槲廴綹:生物生長(zhǎng)和 繁殖。微生物的代謝是食品降解的主要因素，并由包括溫度、氧氣和二 氧化碳濃度、生長(zhǎng)介質(zhì)、水活度(water activity),生長(zhǎng)抑制劑和防腐劑 在內(nèi)的因素調(diào)節(jié)。因此，溫度-時(shí)間指示劑不反映調(diào)節(jié)微生物生長(zhǎng)的總 體環(huán)境因素(尤其是對(duì)于混合食品的制劑而言)，因此，監(jiān)測(cè)真實(shí)系統(tǒng) 中的改變比模擬系統(tǒng)中的預(yù)測(cè)對(duì)于品質(zhì)控制而言更為精確。
分銷鏈通常包括多方合作、熱接觸以及收獲或食品加工與家庭消費(fèi) 之間的延遲。當(dāng)制造好的食品被包裝時(shí)新鮮度最高?，F(xiàn)代分銷體系涉及 從分銷鏈中的一個(gè)環(huán)節(jié)傳遞至下一個(gè)環(huán)節(jié)，通常包括對(duì)于加工食品而言 的制造商存貨以及對(duì)于生鮮產(chǎn)品而言的收獲-冷卻和在食品加工廠 (packing-house)中的包裝-儲(chǔ)存。然后分銷通常包括公路、鐵路、海運(yùn)和 空運(yùn)，接著是批發(fā)存貨-零售存貨-零售展示-消費(fèi)者購(gòu)買-消費(fèi)者保存。
在整個(gè)市場(chǎng)鏈的分銷中，多方均對(duì)產(chǎn)品和食品的品質(zhì)很關(guān)注，這應(yīng)
14當(dāng)有利地由信息設(shè)備(communication device)在個(gè)體水果或食品包裝的 表面報(bào)告。該信息可提供銷售情報(bào)(marketing intelligence),并且一方(例 如零售商)出于品質(zhì)管理的目的可能希望在該信息被傳遞給消費(fèi)者-顧 客之前就獲得針對(duì)食品品質(zhì)的早期警告。這會(huì)使得零售商可以介入和將 產(chǎn)品撤出銷售，或?yàn)榱丝焖黉N售而打折處理。
為了保護(hù)他們?cè)谑袌?chǎng)上在高品質(zhì)產(chǎn)品方面的聲譽(yù)，零售商偏好于限 制顧客所能獲得的關(guān)于食品品質(zhì)的信息，而是在幕后用內(nèi)部管理體系確 保其食品的安全性，不引起顧客對(duì)想象或感受的風(fēng)險(xiǎn)的擔(dān)憂。類似地， 當(dāng)不適于購(gòu)買時(shí)他們可以選擇拒絕批發(fā)商發(fā)貨。為了使品質(zhì)狀態(tài)的信號(hào) 傳遞給針對(duì)多種受眾，期望使用編碼的信號(hào)。
本發(fā)明通過(guò)指示劑中的顏色改變速率與有色條帶遷移的距離相關(guān) 聯(lián)而滿足了這種需要。藉此在報(bào)告腐敗生物種群及其在產(chǎn)品細(xì)胞中的活 性和代謝方面實(shí)現(xiàn)了更高的可靠性。本發(fā)明提供了使關(guān)于品質(zhì)狀態(tài)的信 息針對(duì)分銷鏈的各方，所述信息與酸敗產(chǎn)物的變質(zhì)和解離水平和/或反 應(yīng)物的消耗相匹配。這些根據(jù)了解需要進(jìn)行的報(bào)告與銷售和分銷的現(xiàn)實(shí) 相容。
這樣的編碼信息傳遞的一個(gè)實(shí)例是首先使用對(duì)與早期品質(zhì)喪失匹 配的指示劑改變進(jìn)行電子檢測(cè)，這通過(guò)例如存貨管理員或核對(duì)操作人員 在出售時(shí)(point-of-sale)的條碼掃描來(lái)完成。在更先進(jìn)的階段，視覺(jué)信息 傳遞可以與條碼結(jié)合，并且如果在顧客操作期間品質(zhì)進(jìn)一步變質(zhì)的話擴(kuò) 展至出售后的顧客。在家庭作為產(chǎn)品顧客的情況下，食品可在從商店回 家路上炎熱的車中和由于冰箱和廚房中儲(chǔ)存時(shí)較差的溫度控制而變質(zhì) 到更高的水平。當(dāng)變質(zhì)嚴(yán)重到必須丟棄食品時(shí)，對(duì)分銷中這最后一方(終 端使用者)關(guān)于食品品質(zhì)的警告以視覺(jué)形式(如警告符號(hào)和文字)可以 更好地交流，這樣可被廣泛地判讀和被所有人看見(jiàn)。
現(xiàn)有技術(shù)中存在指示系統(tǒng)，其推斷凍融等事件中熱接觸的條件或程 度。時(shí)間-溫度設(shè)備被置于與食品和生物制品(如袋裝血)熱接觸，并 在產(chǎn)品被分銷時(shí)共有相同受熱史。這些設(shè)備中生物化學(xué)加工的酶過(guò)程或 物理擴(kuò)散過(guò)程涉及與模擬的真實(shí)系統(tǒng)不同的過(guò)程，并根據(jù)相關(guān)關(guān)系用真 實(shí)系統(tǒng)建模和校準(zhǔn)?，F(xiàn)有技術(shù)中存在這樣的設(shè)備，所述設(shè)備用生長(zhǎng)培養(yǎng)基負(fù)載呼吸微生 物，從而響應(yīng)于熱接觸而從呼吸中產(chǎn)生酸產(chǎn)物，所述微生物例如在冷凍 食品融化時(shí)生長(zhǎng)的酵母。然而，現(xiàn)有技術(shù)未使用在真實(shí)系統(tǒng)中研究的特 定培養(yǎng)物種類。在乳和魚(yú)酸敗的情況下，最近幾年已經(jīng)知道，特殊的細(xì) 菌物種—在冷凍溫度下生長(zhǎng)的嗜冷生物主要導(dǎo)致了現(xiàn)代食品分銷體 系中的食品酸敗。
本發(fā)明會(huì)更接近和準(zhǔn)確地模擬真實(shí)的酸敗過(guò)程?？捎靡阎獙?dǎo)致酸敗 的特定酸敗微生物的培養(yǎng)物接種獨(dú)立的設(shè)備，如食品容器外壁上的粘性 條片。微生物可在腔室(其具有開(kāi)向傳感器的開(kāi)口 )中與生長(zhǎng)介質(zhì)混合， 所述生長(zhǎng)介質(zhì)包含與真實(shí)食品接近的制劑小樣(例如以凍干或真空包裝 的形式)，帶有反映真實(shí)體系的微生物污染水平，它可能是脫水的，并 在食品分銷開(kāi)始時(shí)通過(guò)水合、從真空包裝的狀態(tài)通氣、或從冷藏溫度轉(zhuǎn) 移至分銷時(shí)的室溫而開(kāi)始工作，以使微生物能夠生長(zhǎng)和繁殖。
根據(jù)該方法，乳酸敗可由移動(dòng)的彩色條帶指示報(bào)告，所述彩色條帶 指示來(lái)自于干燥乳中再水合的嗜冷細(xì)菌培養(yǎng)物小樣，其代表了正常加工 中的通常污染水平，其中樣品通過(guò)管道與粘性條片連接，且設(shè)備裝配在 乳容器外側(cè)，并在分銷和居家儲(chǔ)存期間與食品乳內(nèi)容物熱接觸。
本發(fā)明的一種類似應(yīng)用是監(jiān)測(cè)真空包裝食品中包裝密封的喪失，因 為如果密封喪失則氧會(huì)流入，并引發(fā)非活性微生物(已知是需氧的并被 分類為無(wú)害的)的生長(zhǎng)，指示劑度量中顏色會(huì)響應(yīng)于微生物的生長(zhǎng)和代 謝而改變。在該情況下，設(shè)備可置于密封的包裝中。
存在用于報(bào)告食品品質(zhì)的氧指示器，其通過(guò)在包裝被打開(kāi)使用時(shí)使 該指示器接觸食品包裝周圍的空氣而作為接觸計(jì)時(shí)器來(lái)報(bào)告接觸空氣
(21%氧)后經(jīng)過(guò)的時(shí)間。因此，包裝打開(kāi)后的時(shí)間可以與預(yù)計(jì)接觸漂 浮在空氣中的微生物相關(guān)，因?yàn)榘b密封的排除作用喪失。另外，當(dāng)消 費(fèi)者將包裝在空氣中打開(kāi)時(shí)，可以針對(duì)食品的預(yù)期氧化進(jìn)行粗略的關(guān) 聯(lián)。
然而，食品在分銷至消費(fèi)者時(shí)品質(zhì)變差，食品制造商和分銷商期望 測(cè)量與不同數(shù)量氧分子的接觸，所述氧分子穿透設(shè)計(jì)成真空級(jí)或無(wú)法進(jìn) 行氣體交換的包裝材料，在儲(chǔ)存、運(yùn)輸和銷售期間由于包裝密封破壞造成的孔洞而滲入。這會(huì)提供對(duì)分銷期間食品自身氧化程度的更精確的度 量。另外，測(cè)量對(duì)呼吸產(chǎn)品(如最小限度加工的蔬菜)通透的特殊包裝
內(nèi)部的氧濃度對(duì)于報(bào)告厭氧性(anaerobis)的發(fā)展而言是有價(jià)值的，厭氧 性不僅引起植物組織的快速衰老，而且促進(jìn)威脅人類健康的危險(xiǎn)厭氧菌 生長(zhǎng)。
使用可通透包裝壁上的粘性標(biāo)簽、透明包裝壁組合物和包裝插入物 實(shí)現(xiàn)這樣的測(cè)量是本發(fā)明的一個(gè)目的，所述插入物例如置于食品包裝內(nèi) 的標(biāo)記物，其測(cè)量和報(bào)告穿過(guò)屏障膜(如插入固定在盒中袋包裝酒"桶" 內(nèi)的塑料酒袋中)或穿過(guò)瓶密封的氧通透。
包裝完整性對(duì)于食品品質(zhì)和安全性是重要的，細(xì)菌細(xì)胞和真菌孢子 可通過(guò)包裝壁上的缺口進(jìn)入。食品包裝被損壞時(shí)喪失其密封。制造缺陷 也可能未能產(chǎn)生有效的密封。許多包裝被設(shè)計(jì)成防止空氣中細(xì)菌細(xì)胞進(jìn) 入的密封，但是不是氣密性的，例如一些塑料乳容器。在這些情況下， 酸敗指示器的效力是有限的，除非其可在酸敗產(chǎn)物產(chǎn)生時(shí)提取逃逸的氣 體或液體酸敗產(chǎn)物。這些氣體或液體(無(wú)論在反應(yīng)中是酸或堿還是氧化 /還原反應(yīng)產(chǎn)物)應(yīng)當(dāng)與指示劑在半穩(wěn)定的反應(yīng)中反應(yīng)，否則報(bào)告技術(shù) 沒(méi)有真實(shí)可信度。現(xiàn)有技術(shù)僅報(bào)告達(dá)到了酸/堿或氧化/還原產(chǎn)物的閾值， 然而這種改進(jìn)提取并計(jì)量了具有輕度泄漏或設(shè)計(jì)孔隙的包裝內(nèi)放出的 反應(yīng)產(chǎn)物，在其他情況下所述產(chǎn)物可從包裝中泄漏而檢測(cè)不到。
一種類似的應(yīng)用是報(bào)告包裝產(chǎn)品的破損。優(yōu)選在銷售之前用掃描設(shè) 備以電子方式檢測(cè)到食品、藥物產(chǎn)品等等包裝的破損，并且僅在掃描系 統(tǒng)未檢測(cè)到近期破損時(shí)才報(bào)告給消費(fèi)者。現(xiàn)有技術(shù)中公開(kāi)了用于才艮告包 裝環(huán)境完整性喪失的若干指示劑，其中一些涉及氧和二氧化碳指示劑。 食品供貨商特別是零售商希望在包裝完整性出現(xiàn)問(wèn)題的情況下實(shí)現(xiàn)早 期干預(yù)，但是如果他們的內(nèi)部控制系統(tǒng)失敗，則有義務(wù)警告乂>眾這種健 康風(fēng)險(xiǎn)。
對(duì)于改進(jìn)的工業(yè)應(yīng)用而言，早期檢測(cè)最好用早期警告系統(tǒng)(如條碼 消失)報(bào)告給零售商，而來(lái)自與指示劑更高反應(yīng)水平的高級(jí)檢測(cè)則用印 刷的信息或符號(hào)報(bào)告給消費(fèi)者。早期檢測(cè)可以在通過(guò)本發(fā)明的計(jì)量體系 建立的離散標(biāo)尺的較低端實(shí)現(xiàn)，而高級(jí)警告被設(shè)置在更高的接觸水平； 盡管信號(hào)代碼不同，但是它們反映了離散尺度的不同水平。對(duì)空氣和水中靶分子(包括污染物)的環(huán)境監(jiān)測(cè)是另一種應(yīng)用，其 中本發(fā)明可作為被動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備而用于監(jiān)測(cè)與靶分子的接觸。
環(huán)境中的當(dāng)前水平是有意義的(尤其是在足夠引起警告的濃度下，如
一氧化碳排放污染機(jī)動(dòng)車輛的客搶時(shí))，因?yàn)檫@可能有急性中毒的風(fēng)險(xiǎn)； 累積接觸可引起慢性中毒的更低的隱蔽水平也是有意義的，例如在學(xué)校中 使用無(wú)煙道燃燒的室內(nèi)加熱器的情況，或者廢水中的重金屬離子。
對(duì)于汽車排放的情況，對(duì)置于尾氣流中取樣設(shè)備的累積接觸能夠報(bào)告 污染的汽車，或者出于許可目的而計(jì)量排放，從而僅允許合適的車輛或處
于許可污染量(license-to-pollute quota)以內(nèi)的車輛ii^污染城市的內(nèi)部區(qū) 域。
在監(jiān)測(cè)化學(xué)過(guò)程輸出(如從通風(fēng)口或管道排出的污染)時(shí)，水平可隨 時(shí)間變化，如果隨時(shí)間的濃度是可變和偶然的，則依賴于離散時(shí)間點(diǎn)取樣 的可信度可導(dǎo)致不準(zhǔn)確。重復(fù)測(cè)量當(dāng)前水平以獲得接觸史是費(fèi)力和昂貴 的。連續(xù)接觸可能是環(huán)境中化學(xué)產(chǎn)物作用的更可靠的度量。接觸指示劑的 本發(fā)明在提供這一需要中是創(chuàng)新性的。在樣品流(如煙囪排氣管、廢水管 道或大氣，如使用測(cè)量氣球獲得的陸地上方的臭氧層)中i^巨離使用的分 離的傳感器使得多個(gè)監(jiān)測(cè)站能夠在自動(dòng)化的系統(tǒng)中晝夜不停地監(jiān)測(cè)，與數(shù) 據(jù)記^目似。在監(jiān)測(cè)期結(jié)束時(shí)，技術(shù)人員能夠獲得累積接觸的目測(cè)讀數(shù)或 無(wú)線電信息，并按照提供的標(biāo)度進(jìn)行判讀。電子數(shù)據(jù)記錄器較低的制造成 本使得能夠用更多的監(jiān)測(cè)站來(lái)實(shí)現(xiàn)更大的取樣效果，并且如果廉價(jià)的設(shè)備 由于一些災(zāi)難而丟失，則對(duì)研究預(yù)算的影響較小。
熏蒸和衛(wèi)生處理應(yīng)用也會(huì)受益于大^a告分析物水平的監(jiān)測(cè)技術(shù)。 水處理(例如飲用水、游泳池的氯化或氧化處理)、嬰兒尿布的滅菌以及 房間、產(chǎn)品包裝、土壤的熏蒸也需要關(guān)于接觸的信息。劑量通常通過(guò)將分 析物濃度乘以時(shí)間來(lái)計(jì)算。應(yīng)使用本發(fā)明，通過(guò)在環(huán)境中代表性取樣點(diǎn)使 用感測(cè)指示設(shè)備來(lái)有益地報(bào)告當(dāng)前接觸水平和接觸史。
建立試管環(huán)境的問(wèn)題已在上文在包裝環(huán)境中、建筑中房間的范圍內(nèi)、 測(cè)量樣品流、透過(guò)可通透或多孔塑料食品袋的壁或者在污染通氣孔或管中 使用的情況進(jìn)行了討論。帶有^植物導(dǎo)管中的管道的附件可避免需要建 立取樣腔室，例如可以將管道與可^分析物發(fā)生器(如排氣管)的設(shè)備 連接，例如可以在保護(hù)性但是可通透的密封艙(capsule)中放置用于使液體經(jīng)過(guò)管道流動(dòng)。該設(shè)備可與輸液管和其他裝置一^^使用，所述其他裝置通 常在科學(xué)儀器中使用，以獲得與靶分子的接觸和獲得取樣流。
本發(fā)明的被動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備可用于監(jiān)測(cè)易腐產(chǎn)品(如包裝食品)中的微生 物酸敗和化學(xué)降解。
該設(shè)備可制造成通過(guò)如下方式選擇性地計(jì)量與微生物(所述微生物在
包裝食品上生長(zhǎng)并威脅人類健康)的接觸將指示劑與食品或生物制品直 M觸，或在獨(dú)立的腔室中與食品或生物產(chǎn)品樣品接觸，所述腔室與食品 或生物產(chǎn)品的真實(shí)環(huán)境熱接觸；并使針對(duì)靶疾病生物的已知抗體與指示劑 結(jié)合，或使用已知選擇性應(yīng)答于酸敗細(xì)菌的特定酶的某些指示劑或制造具 有抗原敏感性分子的組合物的指示劑，或使用針選擇性抗生素、殺真菌劑 或其他生長(zhǎng)抑制劑，其對(duì)不是監(jiān)測(cè)目標(biāo)的微生物物種具有特定作用但是對(duì) AJ^測(cè)目標(biāo)的物種無(wú)害。
該設(shè)備可用于報(bào)告遷移進(jìn)食品包裝的氧和水分，它們引起食品品質(zhì)的 變質(zhì)。該設(shè)備可用作包裝壁內(nèi)的層板，用作用于插入包裝內(nèi)含物的防溶劑 且不浸潤(rùn)的設(shè)備，或用作針對(duì)這類包裝可通透壁的粘性標(biāo)簽。
該設(shè)備可用于監(jiān)測(cè)產(chǎn)品(水果、蔬菜、插花和葉飾)的新鮮度。該設(shè) 備可才艮告二氧化碳、氧、乙烯和其他目的氣體內(nèi)穩(wěn)態(tài)的當(dāng)前水平和植物組 織的衰老，以及接觸史。使用該信息可推斷出內(nèi)穩(wěn)態(tài)、衰老、新鮮度的當(dāng) 前狀態(tài)或成熟狀態(tài)以及儲(chǔ)存、運(yùn)輸和銷售的產(chǎn)品的剩余壽命。也可以監(jiān)測(cè) 大氣中氧和二氧化碳的環(huán)境條件。該設(shè)備可用作產(chǎn)品包裝壁內(nèi)的層板，作 為用于插入包裝內(nèi)含物的防溶劑且不浸潤(rùn)并ib^食后是安全的設(shè)備(由于 組合物的材料選擇)，或用作針對(duì)這類包裝可通透壁的粘性標(biāo)簽。
通過(guò)與i^A相關(guān)的水、養(yǎng)分或植物食品和酶導(dǎo)管的注射裝置相結(jié)合； 或通過(guò)將所述設(shè)備作為粘性貼片置于被監(jiān)測(cè)的植物組織表皮上以提取逸 出氣體，該設(shè)備可用于在完整植物中監(jiān)測(cè)植物健康和內(nèi)穩(wěn)態(tài)。
該設(shè)備可在食品加工和制造、釀酒以及有機(jī)廢料和盆栽土壤(potting mixes)的堆肥中用于監(jiān)測(cè)發(fā)酵過(guò)程。類似地，其可用于監(jiān)測(cè)土壤中的生物 活性。
該設(shè)備可用于監(jiān)測(cè)包裝食品(如葡萄)的氣氛中或熏蒸室內(nèi)或置于土 壤或木材上的熏g下熏蒸劑的當(dāng)前水平以及接觸史。
該設(shè)備可在用衛(wèi)生處理劑處理水時(shí)用作確保有效劑量的監(jiān)測(cè)設(shè)備，僻如對(duì)游泳池中的水和來(lái)自可疑來(lái)源的飲用水進(jìn)行氯化和氧化的情況。
該i殳備可用于監(jiān)測(cè)空氣中污染物如二氧化碳的當(dāng)前水平和接觸史，二氧化碳通常用作來(lái)自建筑物(如家庭和學(xué)校房間)中木材和礦物燃料的污染氣體范圍的指示氣體。可以報(bào)告不想要的氣體在相對(duì)有限的空間(如機(jī)動(dòng)車車廂)中的累積，所述不想要的氣體如引起困倦的二氧化碳。該設(shè)備產(chǎn)生的信息可支持需要對(duì)有人的車廂和建筑物進(jìn)行通風(fēng)的決定。
該設(shè)備可用于監(jiān)測(cè)水中污染物(例如來(lái)自通過(guò)管道^7jC路的廢水管道排出物)的當(dāng)前水平和接觸史，并可裝有繩子和漂浮物或重物，從而將其置于所需的取樣深度。
對(duì)于在有毒氣體中工作的人，如急診室人員、殺蟲(chóng)劑使用者、挖煤工人和噴霧油漆工，該設(shè)備可用于監(jiān)測(cè)有限空間中的當(dāng)前水平和接觸史，并可置于工作場(chǎng)所的更大房間中，或置于工人作為個(gè)人防護(hù)i殳備佩戴的呼吸罩的過(guò)濾筒中。
該設(shè)備可用于通過(guò)推理來(lái)監(jiān)測(cè)含有已知濃度分子的氣流或水流，目
的在于產(chǎn)生接觸史的指示，如空氣中的環(huán)境氧(21%)或二氧化碳(0.04%)。具有可變的濃度、流量和時(shí)間的接觸模型可適于以校準(zhǔn)傳感器，從而作為流量計(jì)來(lái)及時(shí)計(jì)量經(jīng)過(guò)取樣點(diǎn)的氣體或液體體積。
該方法的 一種應(yīng)用是使用上文公開(kāi)的推測(cè)模型來(lái)監(jiān)測(cè)和替換空氣或水流中的過(guò)濾設(shè)備，例如在灰塵環(huán)境中工作的內(nèi)燃機(jī)(如農(nóng)用拖4M^)或在國(guó)內(nèi)清潔工業(yè)中使用的真空吸塵器和空調(diào)的空氣濾器。目前的工業(yè)實(shí)踐是在許多個(gè)小時(shí)的使用期后更換或清潔濾器，這假設(shè)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速是恒定的。該計(jì)量傳感器可用于針對(duì)工作中的引擎監(jiān)測(cè)由于可變風(fēng)扇轉(zhuǎn)速和與偶發(fā)的引擎轉(zhuǎn)動(dòng)相關(guān)的空氣IIL^所導(dǎo)致的接觸。 一種相關(guān)的應(yīng)用是籃測(cè)計(jì)量以及在一定體積的水經(jīng)過(guò)水流取樣點(diǎn)時(shí)預(yù)告需要清潔游泳池濾器。對(duì)引擎壽命的改進(jìn)模擬可作為優(yōu)于目前的引擎工作時(shí)間(engine-hours)或車輛行駛里程表讀lt變量的改進(jìn)度量來(lái)使用。累積的氧攝入或累積的排氣(如二氧化碳)可更準(zhǔn)確地代表壽命并從而代表引擎的剩余壽命，并用于引發(fā)維修需求和引擎更換的需要。
該設(shè)備可用于監(jiān)測(cè)水、空氣、藥物、獸醫(yī)樣品和植物汁液中特定離子(包括氫(H")的當(dāng)前水平和接觸史。
可通過(guò)由已知7jc分吸收劑和凝結(jié)指示劑組成指示劑，將該設(shè)備用作水分遷移i^包裝和期望M保持干燥的其他空間的指示劑。
監(jiān)測(cè)設(shè)備通常包含惰性栽體介質(zhì)，所述惰性載體介質(zhì)可由惰性7jC溶性含碳聚合物如聚乙烯醇組成。為了確保水性化學(xué)反應(yīng)，碳聚合物可以是聚乙烯醇、聚乙烯吡咯酮或一些其他水溶性聚合物，或食品和生物制品分銷中使用的其他透明或半透明包裝材料。
建立通過(guò)載體介質(zhì)的所需通透率的增塑劑可包括丙二醇、四亞甲基二醇、五亞甲基二醇或任何二醇或聚羥基材料。
用于通過(guò)顏色改變來(lái)報(bào)告酸性蒸汽存在或不存在的示例性pH指示劑可以是酚酞、通用指示劑或在pH 8.0-10.0范圍附近改變顏色的其他指示劑，或4壬何其他pH指示劑，或拓寬顏色可能性的不同指示劑組合，或拓寬顏色可能性的不同指示劑組合；并可以首先溶于醇或適當(dāng)?shù)木酆衔锶芤褐小?br> 堿性提取材料可以是碳酸鉀、碳酸鈉、碳酸鉤或強(qiáng)有機(jī)或無(wú)機(jī)陽(yáng)離子的其他碳酸鹽，或其他強(qiáng)有機(jī)或無(wú)機(jī)陽(yáng)離子的水溶性氫氧化物或氧化物；或任何堿性材料。實(shí)例包括碳酸鹽、氫氧化物，或者堿金屬氧化物或強(qiáng)有機(jī)堿，其在酸性蒸汽中發(fā)生中和。
酸性提取材料可以是乙酸、酒石酸、杼檬酸和其他弱有機(jī)酸。
pH緩沖劑可以是基于碳酸鹽或磷酸鹽的緩沖劑，發(fā)生g-Jl&反應(yīng)的Jl^酸，或抗pH改變的任何緩沖劑。
指示乙烯存在的試劑包括高錳酸鉀(顏色從紫色變成無(wú)色或棕色)和四參衧生物(顏色從紫色變成無(wú)色)。
指示氧存在的試劑包括^皮認(rèn)為是提取和指示的經(jīng)典實(shí)例的無(wú)色亞甲藍(lán)(leucomethylene blue),以及許多其他無(wú)色染料。與leucoMB[無(wú)色石克堇染料最為相似的染料一般是無(wú)色的，并在存在氧時(shí)氧化成藍(lán)色、綠色或紫色。另一種指示劑染料是鮮紅色的紅熒烯(nibrene)，其在存在光和氧時(shí)變?yōu)闊o(wú)色。
阻礙氣體遷移進(jìn)入下面指示劑的屏障膜可以由薄的可通透塑料膜如聚烯烴或聚氯乙烯組成。
防7K材料和防止試劑從指示設(shè)備遷移至食品同時(shí)允許氣體(如二氧化碳)快速通透的材料實(shí)例包括硅烷(如硅酮)。
21靶分子(如二氧化碳)的選擇性通透可通過(guò)用涂層材料(如硅酮或 聚乙烯)涂覆指示劑的載體介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
合適的指示劑、聚合物和其他適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)性化學(xué)品的實(shí)例在
WO9209870中公開(kāi)，其公開(kāi)內(nèi)容摘錄如下。
"大量反應(yīng)與顏色改變相關(guān)。在每種類型的顏色改變反應(yīng)中都存在幾 類化合物，且每一類都具有顏色發(fā)生改變的若干化合物。下面是可在本發(fā) 明的設(shè)備中被用作指示劑和激活劑的一些反應(yīng)類型和一些化合物種類。
顏色改變反應(yīng)和指示劑被用于檢測(cè)和監(jiān)測(cè)有機(jī)、無(wú)機(jī)和有機(jī)金屬化 合物。這類顏色改變哀JL和化合物在大量書(shū)籍、綜述和出版物中羅列，包 括以下參考文獻(xiàn)中所列的反應(yīng)和化合物Justus G Kirchner, "Detection of colourless compounds", Thin Layer Chromatography, John Wiley & Sons, New York, 1976; E， Jungreis和L Ben. Dor" "Organic Spot Test Analysis", Comprehensive Analytical Chemistry,第10巻,1980; B.S. Furniss, A.J, Hannaford, V, Rogers, P.W. Smith和A.R， Tatchell, Vogel's Textbook of Practical Organic Chemistry, Longman London and New York, 1063-1087 頁(yè),1986; Nicholas D. Cheronis， Techniques of Organic Chemistry, Micro and Semimicrn Methods, Interscience Publishers, Inc. New York, 1954，第 6巻，447-478頁(yè)；Henry Freiser， Treatise on Analytical Chemistry, John Wiley and Sons, New York誦Chinchester國(guó)Brisbane-Toronto- Singapore, 1983， 笫3巻,397-568頁(yè)；Indicators, E. Bishop (Ed.)， Pergamon Press, Oxford, U.K., 1972。這些反應(yīng)和化合物可在監(jiān)測(cè)設(shè)備中用于記錄接觸史。
氧化劑可將還原的染料氧化并引入顏色改變。類似地，還原劑可將 氧化的染料還原并引入顏色改變。例如，過(guò)硫酸銨能夠?qū)o(wú)色的隱色結(jié)晶 紫(leucocrystalviolet)氧化成紫色的結(jié)晶紫。還原劑(如亞硫酸鈉)能夠?qū)?結(jié)晶紫還原成隱色結(jié)晶紫。因此氧化劑和還原劑可用作指示試劑。代表性 的常見(jiàn)氧化劑(氧化性試劑)包括過(guò)硫酸銨、高錳酸鉀、重鉻酸鉀、氯 酸鉀、溴酸鉀、碘酸鉀、次氯酸鈉、硝酸、氯、溴、碘、硫酸鈰(IV)、氯 化鐵(III)、過(guò)氧化氫、二氧化錳、鉍酸鈉、過(guò)氧化鈉和氧。代表性的常見(jiàn) 還原劑包括亞硫酸鈉、砷酸鈉、硫代硫酸鈉、亞硫酸、硫代硫酸鈉、硫 化氫、碘化氫、氯化亞錫、某些金屬(例如鋅)、氬、硫酸亞鐵(II)或任何 亞鐵(II)鹽、硫酸鈥(II)、氯化錫(II)和草酸。酸-g應(yīng)是無(wú)色的，但是可以用pH敏感性染料來(lái)監(jiān)測(cè)。例如，溴酚藍(lán)與堿(如氫氧化鈉)接觸時(shí)變?yōu)樗{(lán)色。當(dāng)藍(lán)色的溴酚藍(lán)與酸如乙酸接觸時(shí)，它會(huì)發(fā)生一系列的顏色改變，如藍(lán)色到綠色到黃綠色到綠色。因此，酸和堿可與pH依賴性染料結(jié)合用作指示系統(tǒng)。以下是可用于檢測(cè)堿的染料的代表性實(shí)例酸性藍(lán)92;酸性紅l、酸性紅88、酸性紅151、茜素黃R、茜素紅％、酸性紫7、天藍(lán)A、亮黃、亮綠、亮藍(lán)G、溴甲酚紫、溴百里酚藍(lán)、甲酚紅、間曱酚紫、鄰甲酚酞氨叛絡(luò)合物、鄰甲酚酞、姜黃、結(jié)晶紫、1,5-二苯卡巴畔、乙基紅、乙基紫、快黑K鹽(Fast Black K-salt)、欷胭脂(lniligocarmine)、堿性孔雀綠、孔雀藍(lán)鹽酸化物、孔雀綠草酸鹽、甲基綠、曱基紫(堿)、甲基百里酚藍(lán)、紫脲酸銨、萘酚酞、中性紅、尼羅藍(lán)、雙a-萘酚基-苯甲醇(alpha-Naphthol畫benzein)、鄰苯二酚紫、4-苯基偶氮苯酚(4-Phenylaz叩heno1)、 1(2吡^^-偶氮)-2-萘酚、4(2-吡>!^基偶氮)間^i酚鈉鹽、醌茜(auinizarin)、奮那啶紅(QuhmMdineRed)、百里酚藍(lán)、四溴酚藍(lán)、硫素和二曱酚橙。
以下是可用于檢測(cè)酸的染料的代表性實(shí)例吖咬橙、溴甲酚綠鈉鹽、溴曱酚紫鈉鹽、溴酚藍(lán)鈉鹽、剛果紅、甲酚紅、直接凍黃(Chrysophenine)、氯酴紅、2,6-二氯靛酚鈉鹽、曙紅、赤蘚紅B、孔雀^t^、孔雀綠鹽酸化物、甲基紫堿、紫脲酸銨、間苯胺黃、甲基橙、甲基紫堿、紫脲酸銨、間苯胺黃、甲基橙、曱基紅鈉鹽、萘鉻綠(Naphtho-chrome green)、萘酚綠堿、苯酚紅、4-苯偶氮基-苯胺、玫瑰紅、刃天青(Resazurin)和2，2'4，4'，4"-五甲g三苯基曱醇。
有機(jī)化學(xué)品可通過(guò)其官能團(tuán)的存在來(lái)檢測(cè)。有機(jī)官能團(tuán)檢測(cè)是公知的，并已開(kāi)發(fā)用于檢測(cè)大部分有機(jī)官能團(tuán)，并可用作指示劑-激活劑組合的基礎(chǔ)。例如，硝酸鈰與具有脂肪醇(-OH)作為官能團(tuán)的有機(jī)化合物反應(yīng)時(shí)發(fā)生黃色到紅色的顏色改變。具有一個(gè)或多個(gè)以下的代表性官能團(tuán)的有機(jī)化合物可在設(shè)備中用作激活劑醇、醛、烯丙基化合物、酰胺、酰胺M酸(aminesl amino acids)、酸酐、偶氮化合物、1^化合物、羧酸、酯、乙氧基、肼、氧肟酸(hydroxamic acid)二酰亞胺、酮、硝酸鹽、硝基化合物、肟、酚、酚酯、亞磺酸、磺胺、砜、磺酸和硫醇。在上文所列每種官能團(tuán)種類下存在數(shù)千種化合物。例如，以下是可在設(shè)備中用作激活劑的氨基酸的代表性列表丙氨酸、精氨酸、天冬氨酸、半胱氨酸、谷氨酸、甘氨酸、組氨酸、羥基賴氨酸、賴氨酸、甲疏氨酸、苯丙氨酸、絲氨酸、色氨酸、酪氨酸、a-氨基己二酸、a，，二氨基丁酸、鳥(niǎo)氨酸和肌氨酸。所有的a-氨基酸與茚三酮反應(yīng)時(shí)都無(wú)色變成紫色-藍(lán)紫色。另外，以下是一些特異性氨基酸測(cè)試l)重氮鹽與酪氨酸和組氨酸殘基的芳環(huán)偶聯(lián)產(chǎn)生有色的化合物。2)二甲基氨基苯甲醛與色氨酸的吲哚環(huán)在酸性條件下縮合形成有色化合物。3)a-萘酚和次氯酸鹽與胍官能團(tuán)(精氨酸》反應(yīng)得到紅色產(chǎn)物。以下是能夠用作固體胺的a-氨基酸的代表性列表賴氨酸、羥基賴氨酸、a，"二氨基丁酸和鳥(niǎo)氨酸。以下是一些其他的在官能團(tuán)測(cè)試試劑存在下發(fā)生顏色變化的有機(jī)化合物的選定實(shí)例伯、仲和叔脂肪及芳香氨基可用2,4-二硝基氯笨險(xiǎn)測(cè)。觀察到的顏色改變是從無(wú)色到黃棕色。脂肪族胺、芳香伯
base)。多種三苯基甲烷染料與亞疏^^應(yīng)產(chǎn)生無(wú)色的leucosulfonic acid衍生物。當(dāng)使該衍生物與脂肪醛或芳香搭反應(yīng)時(shí)，獲得有色的產(chǎn)物。品紅與脂肪醛和芳香醛接觸時(shí)被亞硫酸鹽脫色，形成藍(lán)紫色(violetblue)?？兹妇G與脂肪醛和芳香膝接觸時(shí)脫色，形成綠色。
大量反應(yīng)伴隨著熒光改變，而不是可見(jiàn)光區(qū)中的顏色改變。若干熒光才旨示齊ll是已知的(Vogel's Textbook of Quantitative Inorganic Analysis,第四版，Longman, 776頁(yè))。
該設(shè)備及其改變不限于化學(xué)指示劑的組合，所述組合與產(chǎn)生顏色改變的化學(xué)反應(yīng)有關(guān)。還包括下述任何兩種或更多化合物，所述化合物可發(fā)生顯著或可測(cè)量的物理改變，所述改變可通過(guò)適當(dāng)?shù)姆治鰞x器來(lái)監(jiān)測(cè)。這樣的改變包括顆粒大小、透明度、電導(dǎo)率、磁性和溶解度。例如，可通過(guò)靜電計(jì)監(jiān)測(cè)電導(dǎo)率的改變。"(WO9209870)
有可能使用本發(fā)明被動(dòng)感受指示劑得到的度量和信息組合的范圍在表l中表述。
表l-量程或計(jì)量可能性
監(jiān)測(cè)的度量采取的測(cè)量目測(cè)信息電子信息
24分析物的當(dāng) 前濃度 或 累積接觸 (接觸史)作為一維擴(kuò) 散的接觸，其 包含沿著線 性條片移動(dòng) 的有色條帶得自顯示 移動(dòng)的顏 色改變的 傳感器的 目測(cè)讀數(shù)傳感器比色法的儀器讀數(shù)，其 作為由移動(dòng)條帶中分析物的提 取和反應(yīng)導(dǎo)致的波長(zhǎng)、頻率、 反射、發(fā)光、熒光或視野中空 間反射的光量子，并通過(guò)電流、 電位差或電阻傳遞給觀察者； 有可能通過(guò)無(wú)線電信號(hào)從遠(yuǎn)距 離位點(diǎn)傳輸至協(xié)調(diào)中心并通過(guò) 電信進(jìn)一步傳播。
印制電路中由傳感器電特性改 變?cè)斐傻母淖兊碾妼?dǎo)、電阻或 電位差的儀器讀數(shù)，所述傳感 器提取移動(dòng)反應(yīng)前緣中改變的 靶分子水平并與其反應(yīng)，所述 讀數(shù)有可能通過(guò)無(wú)線電信號(hào)從 遠(yuǎn)距離位點(diǎn)傳遞至協(xié)調(diào)中心并 通過(guò)電信進(jìn)一步傳播。
作為平面擴(kuò) 散的接觸，包 括擴(kuò)展或收 縮的同心彩 色環(huán)得自顯示 移動(dòng)的顏 色改變的 傳感器的 目測(cè)讀數(shù)
作為成為三 維形狀(如 楔)的遞增的 非線性度量 的接觸得自顯示 移動(dòng)的顏 色改變的 傳感器的 目測(cè)讀數(shù)
使用顏色的出現(xiàn)或消失(例如可通過(guò)指示劑中的酚酞組合物獲得)是一種優(yōu)選的方法，因?yàn)榉磻?yīng)進(jìn)行時(shí)沒(méi)有波長(zhǎng)改變，而是發(fā)生吸光度改變，而吸光度改變?cè)谀繙y(cè)檢測(cè)和在計(jì)量進(jìn)展的判讀中提供更高的準(zhǔn)確
25度。
在表l中可以看出，可以使用本發(fā)明的自動(dòng)化和被動(dòng)裝置來(lái)監(jiān)測(cè)和報(bào)告分析物的當(dāng)前水平或與分析物的累積接觸。還有可能將兩種應(yīng)用組合進(jìn)一種設(shè)備中，從而同時(shí)報(bào)告當(dāng)前水平和累積水平。
在本發(fā)明中，以六種方式計(jì)量酸堿或氧化還原反應(yīng)物或產(chǎn)物的當(dāng)前濃度和累積接觸。
在第一種方式中，將色度與感測(cè)-指示劑中形成的反應(yīng)產(chǎn)物的濃度相關(guān)，根據(jù)比爾定律使用色度的飽和度來(lái)計(jì)量水平。這可利用肉眼區(qū)分隨著分析物作為遷移前緣逐漸擴(kuò)散進(jìn)感測(cè)-指示劑中色度顯影并隨之發(fā)生反應(yīng)的能力。得到的色度與當(dāng)前分子的濃度成正比，或在累積接觸的情況下與反應(yīng)產(chǎn)物量成正比，因此與接觸史成正比。
本發(fā)明的這種形式最好在與反應(yīng)前緣擴(kuò)散進(jìn)更深層試劑的同 一平面上察看，并可包括能夠由比色、反射、發(fā)光或熒光來(lái)測(cè)量信號(hào)強(qiáng)度或波長(zhǎng)或頻率的裝置。
在第二種方式中，將分析物的水平與沿著反應(yīng)前緣的彩色移動(dòng)速率和/或彩色移動(dòng)距離相關(guān)，根據(jù)菲克定律使用反應(yīng)速率來(lái)計(jì)量水平，所述反應(yīng)前緣由感測(cè)-指示設(shè)備中將擴(kuò)散限制在線路或平面中的特定結(jié)構(gòu)來(lái)確定。本發(fā)明的這種形式最好在與反應(yīng)前緣遷移垂直的平面中察看。
為了說(shuō)明第二種形式，如果檢測(cè)膜基質(zhì)的上部和下部表面被屏障膜密封，暴露其邊緣，則活性試劑的進(jìn)入可被限制在層板的邊緣。彩色條紋從暴露的邊緣或區(qū)域開(kāi)始移動(dòng)，根據(jù)菲克定律，色彩遷移的距離與時(shí)間的平方成正比。因此在接觸恒定濃度的靶分子時(shí)，如果在一天中顯
示lmm的彩色遷移，則在兩天中會(huì)顯示1.4mm。相同的指示膜只需要針對(duì)具體的應(yīng)用進(jìn)行校準(zhǔn)即可。
或者可將上述感測(cè)-指示劑薄盤的所有邊緣密封，但是密封邊緣然后在其中心穿孔，使得色彩改變從中心向邊緣遷移，從而獲得第二種形式的感測(cè)-指示劑。可以通過(guò)將伸長(zhǎng)的線性條片密封并使一段接觸分析物來(lái)創(chuàng)建線性色彩遷移的類似效果。本發(fā)明的這第二種形式可由人沿著連續(xù)標(biāo)尺計(jì)量進(jìn)行目測(cè)讀數(shù)，所述人未經(jīng)精細(xì)儀器的復(fù)雜培訓(xùn)，例如在 儲(chǔ)存、運(yùn)輸、分銷、銷售和消費(fèi)期間監(jiān)測(cè)易腐食品的操作者。
在本發(fā)明的第三種形式中，可檢測(cè)本發(fā)明傳感器的電導(dǎo)、電位差 或電阻改變的指示。當(dāng)用分離的電源如電池或太陽(yáng)能電池供電時(shí)，可通 過(guò)無(wú)線電頻率鑒定設(shè)備來(lái)傳送電子讀數(shù)，所述設(shè)備目前可作為食品包裝 上的印制電路。該信號(hào)可通過(guò)無(wú)線電信號(hào)應(yīng)答器傳輸至遠(yuǎn)距離中心。業(yè) 內(nèi)存在可用于這類傳輸?shù)募夹g(shù)。其中包括用于分銷期間包裝上的無(wú)線電
頻率鑒定(RFID)標(biāo)記物，以及基于-GSM的通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)(GPRS); Morris等.(2003)提供了容器傳感器的描述，所述傳感器讀取溫度并將 其報(bào)告給船上的基站單元，通過(guò)衛(wèi)星連接傳播以供感興趣的團(tuán)體在因特 網(wǎng)上察看。盡管這些通常報(bào)告由熱敏電阻傳感器測(cè)量的溫度，但是本發(fā) 明的遷移的反應(yīng)前緣傳感器可類似地與這類電路結(jié)合。
空間如食品包裝、流動(dòng)的氣流或水流、室內(nèi)空氣、用于處理的水 體積或產(chǎn)品紙箱中的熏蒸劑被限制在一定程度并在這些環(huán)境中確立某 些靶分子濃度。本發(fā)明用于報(bào)告當(dāng)前狀態(tài)的應(yīng)用 一般涉及報(bào)告這類受限 制的空間內(nèi)上升或下降的靶分子濃度。
在專利EP0627363中用大量個(gè)體傳感器在離散標(biāo)尺上報(bào)告新鮮產(chǎn) 品包裝內(nèi)的二氧化碳水平。相反，本發(fā)明的目的是使一個(gè)傳感器產(chǎn)生多 個(gè)讀數(shù)。
可通過(guò)使用可逆反應(yīng)(例如將緩沖劑與指示劑和指示介質(zhì)中的校 準(zhǔn)試劑混合)來(lái)生產(chǎn)報(bào)告環(huán)境中靶分子當(dāng)前水平的儀表。
在本發(fā)明移動(dòng)反應(yīng)前緣的制造中，通過(guò)確保設(shè)備中靶分子沿著柱 或平面向前或向后擴(kuò)散的高度通透性和感受培養(yǎng)基內(nèi)動(dòng)態(tài)平衡的化學(xué) 反應(yīng)來(lái)獲得對(duì)環(huán)境改變的快速響應(yīng)，所述柱或平面是反應(yīng)物被輸入或產(chǎn) 物從中釋放的柱或平面。這樣，響應(yīng)外界環(huán)境中靶分子濃度微小變化的 快速調(diào)節(jié)達(dá)到了新的水平，并及時(shí)報(bào)告?？梢酝ㄟ^(guò)使用毛細(xì)管狀環(huán)境和 用材料有限填充管以產(chǎn)生曲折度來(lái)獲得該效果。
可這樣實(shí)現(xiàn)指示介質(zhì)中的高通透性通過(guò)選擇對(duì)指示組合物而言 可通透的材料和通過(guò)在伸長(zhǎng)管的范圍內(nèi)應(yīng)用高體積質(zhì)量比的多孔孩史球作為指示介質(zhì)；或使用結(jié)晶、增塑作用、穿孔、聚合物擴(kuò)^ll或聚合物制 造業(yè)中已知生產(chǎn)增強(qiáng)的通透性或孔隙度的其他手段制造指示介質(zhì)。
增強(qiáng)設(shè)備檢測(cè)在微小pH改變時(shí)對(duì)分析物靈敏度的第一種方法中， 可使用pH緩沖劑。緩沖劑可理想地具有與被測(cè)量的典型環(huán)境pK范圍 接近的pK值，并響應(yīng)于分析物的極^N、改變而產(chǎn)生顯著顏色改變。為 了用二氧化碳計(jì)量來(lái)顯示，可通過(guò)使用氨基酸或硼酸鹽作為緩沖劑來(lái)實(shí) 現(xiàn)增強(qiáng)的靈敏度?？捎冒被岱磻?yīng)物如賴氨酸或甘氨酸(使用或不使用 硼酸鹽)的組合調(diào)節(jié)碳氨基(carboamino)反應(yīng)。理想的是，pH緩沖劑 應(yīng)具有與被測(cè)量的典型環(huán)境pK范圍接近的pK值，并響應(yīng)于氫濃度的 極小改變而產(chǎn)生顯著的顏色改變?？捎美鐪y(cè)氧計(jì)或其他目的氣體或液 體，使用類似的方法測(cè)量氧化狀態(tài)的^N、改變。
第二種方法使用指示劑的提取作用來(lái)增強(qiáng)計(jì)量設(shè)備的靈敏度。在 測(cè)量低當(dāng)前水平的目的化學(xué)離子時(shí)，基于可逆反應(yīng)的傳感器應(yīng)答可能較 弱，因?yàn)樵摰退教幱谘b置的靈敏度范圍以外。通過(guò)將低水平的靶分子 提取進(jìn)傳感器中，可以在顏色改變的趨勢(shì)中顯示可檢測(cè)的讀數(shù)，所述提 取以累加的方式累積分子。
報(bào)告累積接觸的本發(fā)明形式可以用在正常的操作溫度下相對(duì)半穩(wěn) 定或穩(wěn)定的試劑來(lái)生產(chǎn)。如果選擇在約0-6(TC的操作溫度范圍內(nèi)會(huì)形成 半穩(wěn)定反應(yīng)產(chǎn)物但是在約60-80。C的溫度范圍內(nèi)會(huì)逆轉(zhuǎn)的試劑，則設(shè)備 可獲得再負(fù)荷(recharge)的能力，所述試劑可置于設(shè)備上，通過(guò)溫和加 熱使反應(yīng)逆轉(zhuǎn)，將其再負(fù)荷回零值。滿足該要求的一種這樣的試劑為碳 酸鉀，它是可用于測(cè)量與酸蒸汽接觸的試劑。
一種相關(guān)的應(yīng)用可應(yīng)對(duì)用于在制造和儲(chǔ)存期間測(cè)量與酸性分析物 接觸的堿性提取試劑所帶來(lái)的問(wèn)題，因?yàn)樗鰤A性提取試劑可與大氣中 存在的二氧化碳反應(yīng)并可被觸發(fā)而過(guò)早工作。在聚合物包裝膜的制造期 間，期望排出在儲(chǔ)存和溫和加熱(例如將膜通過(guò)烤箱環(huán)境)處理期間吸 收的二氧化碳。報(bào)告設(shè)備可在包裝產(chǎn)品前通過(guò)溫和加熱至約60-80'C而 開(kāi)始工作，從而將報(bào)告的測(cè)量結(jié)果恢復(fù)至零或接近零。
根據(jù)本發(fā)明的原理，可以通過(guò)加熱酸性提取試劑(如乙酸和酒石 酸)來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)量堿接觸時(shí)的可逆性，盡管實(shí)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)的溫度范圍可有所不
28在應(yīng)用中，在可再負(fù)荷裝置的制造中可利用再負(fù)荷能力來(lái)測(cè)量與 靶分子的接觸?？赏ㄟ^(guò)將裝置加熱來(lái)使其再負(fù)荷，加熱溫度高于室溫， 但是低于會(huì)對(duì)試劑化學(xué)的組成產(chǎn)生有害影響的溫度或該裝置的制造中 所使用材料的熔點(diǎn)。
在品質(zhì)管理中，消費(fèi)者希望獲得最新鮮的存貨供應(yīng)，而分銷商希 望銷售品質(zhì)上具有消費(fèi)者可接受程度的變質(zhì)的存貨。因此，在消費(fèi)者和 供應(yīng)商關(guān)于變質(zhì)食品或其他生物制品新鮮度的利益之間存在一些沖突。
在本發(fā)明中，計(jì)量可通過(guò)使信息針對(duì)不同受眾的配置來(lái)實(shí)現(xiàn)，其 中在早期警報(bào)(此時(shí)接觸水平低)時(shí)對(duì)一些目的方面示警，而另一類受 眾中的其他各方在反應(yīng)進(jìn)行至晚期時(shí)接收信息，此時(shí)接觸水平較高。
這可組合以下章節(jié)中公開(kāi)的顏色可能性的多種計(jì)量模式。編碼的 信息可由貿(mào)易中的食品供應(yīng)人員或品質(zhì)控制人員使用特定的裝置(如條 碼掃描儀)獲取，且所述信息使用出現(xiàn)或消失的指示劑而采取缺少或添 加條碼的形式。也可以通過(guò)裝置進(jìn)行測(cè)量，如在給定空間上掃描的色度
或色量(quantum of colour)。
針對(duì)具體受眾類別(如存貨管理員)編碼的電子信息形式可包括 通過(guò)反射獲得的條碼讀數(shù)。
可將指示劑混合以提供可以選擇的擴(kuò)展的顏色改變譜，例如從酸 性到中性和到堿性環(huán)境的改變?cè)谑褂猛ㄓ弥甘緞┑幕瘜W(xué)技術(shù)中廣泛報(bào) 道。得到的顏色改變可以與接觸水平的改變相關(guān)，以獲得標(biāo)尺。
將單個(gè)顏色指示劑轉(zhuǎn)化為另 一種(例如在下述應(yīng)用中從粉紅到黑 色，所述應(yīng)用中在易腐的、包裝好的剁碎和切碎的蔬菜到零售商店的分 銷中需要電子條碼掃描)的一種本發(fā)明方法是將其針對(duì)置于上方的綠色 透明層或下方的綠色背景材料進(jìn)行對(duì)比。接觸后，如果指示劑中的顏色 改變是從粉紅到無(wú)色，則綠色對(duì)照層的作用是將該顏色變化變成黑色至 綠色的改變。
或者，指示劑可與不參與接觸反應(yīng)的著色劑混合，這會(huì)將顏色變
29化轉(zhuǎn)化成就信息目的而言更理想的變化。
導(dǎo)致指示劑改變顏色的許多化學(xué)反應(yīng)依賴于水的存在來(lái)發(fā)生顏色
改變；這種依賴性可涉及靶分子遷移進(jìn)入指示介質(zhì)、增溶作用和電離的 過(guò)程。因此，對(duì)這樣的應(yīng)用而言，針對(duì)與水的親和力來(lái)選擇有效的指示 材料，并可將致濕劑與感受指示劑混合。在潮濕的操作條件下存在一個(gè) 問(wèn)題，因?yàn)樗謹(jǐn)z入可引起反應(yīng)前緣消散，失去度量?？梢酝ㄟ^(guò)以下方 法控制這種作用調(diào)節(jié)致濕劑的濃度或建立靶分子通過(guò)包圍材料(如硅 酮或聚乙烯，其會(huì)限制進(jìn)入感受指示劑的水分遷移)的選擇性通透，或 針對(duì)指示劑組合物選擇防止過(guò)度水分?jǐn)z取的增塑劑(plasticiser)，或與指 示劑一起使用已知在特定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)濕度的多種鹽，或這些方法的組 合。
本發(fā)明有可能用于測(cè)量酸性或堿性分析物，或氧化或還原分析物。
包裝食品是對(duì)離子紊亂很敏感的材料，應(yīng)避免離子泄漏和經(jīng)由包 裝壁遷移至感受材料中，否則品質(zhì)和安全性可受損。非離子型分子的選 擇性傳遞會(huì)是有利的，并且這可通過(guò)選擇性傳遞的分離層來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述 分離層例如可由僅傳遞不帶電分子(如二氧化碳)的硅烷(如硅酮)組 成。
另一種方法是選擇含微球的聚合物層作為敏感的儲(chǔ)存產(chǎn)品和傳感 器之間的膜，所述微球具有足夠窄的直徑，從而允許較小的把分子擴(kuò)散， 而同時(shí)排除較大的非靶分子。
另 一種方法是使用濾層或洗滌器(scrubber)從生產(chǎn)來(lái)源和指示設(shè) 備之間的樣品流中去除混淆分子。 一個(gè)實(shí)例是存在與pH或氧化狀態(tài)的 粗測(cè)混淆、沖突的化學(xué)品種類。 一個(gè)實(shí)例是當(dāng)魚(yú)包裝內(nèi)存在在降解魚(yú) 中存在的揮發(fā)堿，通過(guò)將堿與指示劑混合來(lái)測(cè)量由腐敗細(xì)菌排出的二氧 化碳。濾層或洗滌器的使用應(yīng)從食品包裝中去除降解的蛋白質(zhì)和胺的混 淆分子?；蛘呖上礈煊杉?xì)菌代謝排出的二氧化碳(一種酸蒸汽)，從而 能夠更準(zhǔn)確地測(cè)量反應(yīng)中堿形成的胺。
為了將讀數(shù)與當(dāng)前濃度或累積接觸聯(lián)系起來(lái)，校準(zhǔn)指示劑對(duì)接觸 的響應(yīng)是重要的。在一些工業(yè)應(yīng)用中，短時(shí)間低濃度接觸會(huì)需要高靈敏度，例如當(dāng)使用指示劑通過(guò)接觸空氣中的氧或二氧化碳來(lái)報(bào)告密封包裝 中完整性的喪失時(shí)。相反，對(duì)于車輛排放的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)而言，相對(duì)較高的 接觸史會(huì)更有意義。
檢測(cè)低當(dāng)前水平的一種方法是在指示劑和目標(biāo)水平之間設(shè)置微小
的差別，并使用科學(xué)界已知僅抵抗pH微小變化的緩沖劑，以使化學(xué)平 衡中的小改變會(huì)在傳感器中引發(fā)應(yīng)答。
在高接觸和低接觸之間校準(zhǔn)的 一種方法(作為比微調(diào)更粗放的方 法)是計(jì)量由化學(xué)過(guò)程產(chǎn)生的一部分分子，而不是所有分子。這可通過(guò) 限制對(duì)感受指示劑的進(jìn)入來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述限制通過(guò)在生產(chǎn)靶分子的來(lái)源和感 受指示設(shè)備之間的孔中縮小接入孔隙或創(chuàng)建扭曲的接入途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。
感受指示劑材料的可變通透性和/或包圍材料(如屏障膜)的可變通 透性或^i殳備上孔的可變通透性可類似地用于校準(zhǔn)對(duì)接觸的應(yīng)答，改變 通透性的其他可能方法是在制造中選擇材料、改變?cè)鏊芙M合物或結(jié)晶程 度。也可以使用穿孔來(lái)提高與靶分子接觸的相對(duì)于指示劑體積的表面積， 以強(qiáng)化指示劑某些區(qū)域中的顏色改變，從而達(dá)成接觸水平的精細(xì)判讀。攝 入設(shè)備上單個(gè)孔的大小也可以用于校準(zhǔn)擴(kuò)歉逸率。
在累積接觸的形式中，可如下制備廣泛應(yīng)用的膜制造厚度足以提 取廣泛數(shù)量(從少量到大量)分子的指示劑，從而各應(yīng)用的判讀圖表能提 供適合給定應(yīng)用的判讀。這通過(guò)擴(kuò)散速率對(duì)濃度梯度的獨(dú)立性來(lái)實(shí)現(xiàn)。
另一種校準(zhǔn)方法是用緩沖液改變反應(yīng)速率，同時(shí)另一種備選方案是 使用不同的與靶分子反應(yīng)的試劑和指示劑的量，和改變?cè)噭?指示劑比例， 直至達(dá)到期望的平衡并發(fā)生顏色改變。
還有另一種校準(zhǔn)方法是改變指示劑的厚度從而改變反應(yīng)在指示器中
的影響，這作為可見(jiàn)的顏色由肉BIU見(jiàn)察，或作為電子設(shè)備測(cè)量的顏色。隨 著指示劑材料(無(wú)論是置于管中或膜中)厚度的增加，靶分子通過(guò)連續(xù)層 的進(jìn)行性遷移均導(dǎo)致反應(yīng)前緣朝向未反應(yīng)的有色試劑遷移。當(dāng)垂直于膜指 示器觀察時(shí)，增加的厚度會(huì)增強(qiáng)接觸指示計(jì)作為更高接觸的有用工具的靈 敏度，因?yàn)殡S著接觸逐漸增加，色度會(huì)以更低的速率喪失。當(dāng)在與遷移前 緣同一平面上觀察時(shí)，在設(shè)備的管狀位置中提供了作為條帶讀數(shù)樣的判 讀，像常規(guī)溫度計(jì)提供的那樣，管或條帶或膜越長(zhǎng)，所提供的計(jì)量接觸的 尺度越大。反應(yīng)前緣遷移的速率(速度)可作為校準(zhǔn)方法用于時(shí)間尺度應(yīng)用的
判讀目的。色度隨著前緣移動(dòng)(從90。角度的觀察位置移動(dòng)i^更深的指 示器層中)而顯現(xiàn)或喪失的，逸率可用作校準(zhǔn)方法?；蛘?，校準(zhǔn)可得自 以下線性遷移的速率有色條帶在與線性有色條帶設(shè)備的觀察位置相同的 平面中的線性遷移，或在有色環(huán)設(shè)備情況下的輻射遷移。
反應(yīng)前緣的遷移范圍(距離的度量)也可以用于計(jì)量接觸并獲得針
對(duì)接觸7JC平的校準(zhǔn)。
對(duì)于電子測(cè)量提取感受器中改變的情況，由于反應(yīng)前緣的遷移造成 電特性(如電流或電阻)的及時(shí)獲得或喪失可用周圍環(huán)境中的改變來(lái)校準(zhǔn)。
這些校準(zhǔn)方法可單獨(dú)或組合使用，以計(jì)量與靶分子的接觸。
如上所述，存在能夠測(cè)量累積接觸指示劑的兩種標(biāo)度類型離散型 和連續(xù)型。
一種形式是連續(xù)標(biāo)度中靶分子進(jìn)行性接觸并與試劑反應(yīng)形成產(chǎn)物， 以指示變質(zhì)的程度，同樣，設(shè)備的校準(zhǔn)也是重要的。
可通過(guò)限制反應(yīng)在一維擴(kuò)散來(lái)以連續(xù)標(biāo);^映計(jì)量，并可按照本發(fā)
明公開(kāi)的方法通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)前緣的速度來(lái)根據(jù)接觸對(duì)所述計(jì)量校準(zhǔn)。 一種 這樣的方法將一維擴(kuò)散限制在伸長(zhǎng)的管(一段是可通透的多孔)中，如圖 1中所示。參考圖l可以看出一條印刷的指示劑或指示劑膜或含有指示劑 凝膠的充滿液體的圓筒被線性M置(1)并用屏障層(2)覆蓋，以確保在一維 中擴(kuò)散。 一維前進(jìn)通過(guò)視覺(jué)、反射、發(fā)光、熒光或通過(guò)其他輻射技術(shù)來(lái)反 映所計(jì)量的接觸。通過(guò)去除(例如^f吏用剪刀，或從屏障膜上剝除，或用穿 刺動(dòng)作，或釋放鼓泡，或通過(guò)封裝工業(yè)中去除密封的任何已知手段)封口 層(3)使該設(shè)備開(kāi)始工作，沿著顏色(4)中線性前進(jìn)印刷的線性或非線性標(biāo)度 提供讀數(shù)并便于判讀。該圖顯示，接觸導(dǎo)致有色改變線性前進(jìn)到標(biāo)尺上4 個(gè)水平中的笫2水平。
圖2顯示剖面圖，其展示如何用帶有包圍材料(在該形式下為兩 個(gè)層板)的窄膜在空間上線性地限制擴(kuò)散，這可類似地使用填充了凝膠 指示劑的管來(lái)實(shí)現(xiàn)。
該設(shè)備可以被制成用于浸入液體的浸量尺裝置形式，可能用浮動(dòng) 環(huán)將其垂直定向，以測(cè)量來(lái)自溶液中分析物濃度的接觸，如圖3中所示。參考圖3可以看出，被選擇用于選擇性通透分析物的防溶劑防護(hù)尖端(l) 允許分析物擴(kuò)散進(jìn)入測(cè)量管中，然后與擴(kuò)散的試劑和指示劑的進(jìn)行性反 應(yīng)使有色前緣響應(yīng)于接觸而沿著管遷移，使用印制的讀數(shù)標(biāo)尺(2)判讀， 同時(shí)管的另一端保留不通透的密封(3)。 >
第二種方法使用在二維中從膜邊緣朝向中心的平面擴(kuò)散，如圖4 中所示。參考圖4可以看出，指示劑印跡或膜的盤(1)被屏障層(2)像三 明治一樣覆蓋，從而將擴(kuò)散限制在平面中從邊緣朝向中心遷移，且前進(jìn) 通過(guò)視覺(jué)、發(fā)光或熒光來(lái)反映所計(jì)量的接觸。
在圖5中展示了在操作中應(yīng)用平面遷移的盤形式。參考圖5可以 看出，線性或非線性的標(biāo)尺印制成同心圓，顏色沿半徑進(jìn)展至上部密封 層上。這種形式中顏色從邊緣朝向中心遷移，因?yàn)檫吘壝芊獗黄茐?，?觸向中心驅(qū)動(dòng)反應(yīng)。根據(jù)針對(duì)具體工業(yè)應(yīng)用校準(zhǔn)的判讀標(biāo)尺，各同心圓 處的顏色改變代表遞增的接觸水平。在圖6中可以看出，從邊緣朝向中 心，顏色隨著遞增的接觸從彩色改變至無(wú)色?？梢钥闯?，在印跡的標(biāo)尺 上，對(duì)靶分子的接觸已將顏色改變從外部邊緣朝向中心移動(dòng)了 一個(gè)水 平。或者可將該設(shè)備密封并在其中心刺一個(gè)洞，所顏色改變的遷移從中 心位置輻射。
圖6顯示第三種形式，其將指示器塑形為逐漸變細(xì)的楔、錐體、 圓錐或其他三維形狀，從而顏色改變會(huì)隨著遞增的接觸從細(xì)端向粗底部 前進(jìn)。參考圖6可以看出，接觸已將顏色改變的前緣從楔的細(xì)端朝向粗 底部移動(dòng)至判讀標(biāo)尺上的水平2。
上述實(shí)施方案中有色條帶遷移的進(jìn)展可制成視覺(jué)、發(fā)光或熒光地 反映計(jì)量的接觸。
在有色條帶在其路徑中從:^聶入位置向末端遷移時(shí)實(shí)現(xiàn)加速或減速 的一種方法是，除了提供攝入孔外，在沿線的位置處對(duì)分析物提供另一 個(gè)輸入口。在沿顏色遷移線路的位置處，這可通過(guò)降低線路剖面處的屏 障膜厚度、或減少屏障膜的層、或降低屏障膜的通透性(包括穿過(guò)屏障 膜制造的穿孔或切口 )來(lái)實(shí)現(xiàn)。另一方法是將多個(gè)分離的指示劑線路合 為一個(gè)連續(xù)的指示劑線路，各剖面的組合物可關(guān)于通透性、試劑計(jì)量、 緩沖劑的選擇或緩沖水平而變化。在一些工業(yè)應(yīng)用中，可能需要連續(xù)和離散標(biāo)尺中讀數(shù)的組合。使 用針對(duì)不同群體的編碼信息的一個(gè)實(shí)例是食品分銷鏈中用于指示食品 品質(zhì)中由于變質(zhì)逐漸增加所導(dǎo)致的接觸程度。這可通過(guò)對(duì)移動(dòng)的有色條 帶設(shè)備進(jìn)行特殊改變以將連續(xù)標(biāo)尺改變成刻度標(biāo)尺來(lái)實(shí)現(xiàn)。
可通過(guò)在移動(dòng)條帶線路的剖面上使用掩蔽或在指示劑條帶下印制 字母數(shù)字的文字或符號(hào)，將移動(dòng)的有色條帶改變產(chǎn)生有刻度的標(biāo)尺。目 的是沿著顏色擴(kuò)散的路線逐漸地掩蔽或顯示顏色改變。
舉例而言，移動(dòng)有色條帶的連續(xù)標(biāo)尺被制造為產(chǎn)生有刻度的標(biāo)尺，
并向食品分銷中的各方反映新鮮水平。在圖7中顯示了如何實(shí)現(xiàn)該目的， 在該圖解中，移動(dòng)的有色條帶從左向右遷移。該i殳備在下面的紫色條帶 上的剖面中使用紫色掩蔽層。如果用地鐵列車^t類比，則隨著有色條帶 沿著線路遷移時(shí)，它像沿著地鐵位置上的列車一樣是可見(jiàn)的。
在另一種情況中，如果紫色指示劑條帶作為頂層顏色覆蓋在下面 的紫色印跡上并且顏色改變線性遷移，則下面的紫色印跡會(huì)被經(jīng)過(guò)的變 為無(wú)色的反應(yīng)前緣揭露，下面的印跡對(duì)觀察者而言成為可見(jiàn)的。
這種應(yīng)用改變移動(dòng)有色條帶的連續(xù)標(biāo)尺以產(chǎn)生有刻度的標(biāo)尺，并 被編碼為向食品分銷中的各方報(bào)告食品酸敗水平。在圖7中可以看出， 移動(dòng)的有色條帶從左向右遷移。該設(shè)備使用掩蔽層，在一些應(yīng)用中，移 動(dòng)色彩色條帶上存在層，在其他應(yīng)用中指示劑條帶覆蓋在下面的有色印 跡上。顯示了彩色條帶前進(jìn)中的階段A到E。
區(qū)域l是對(duì)觀察者掩蔽顏色改變前緣的前進(jìn)，顏色改變?cè)诟采w下 面指示劑的這些面板下發(fā)生。
在階段A中-在生產(chǎn)存貨時(shí)，反應(yīng)前緣的遷移不引起可分辨的產(chǎn) 品變質(zhì)。
在階段B中-在將產(chǎn)品從制造商運(yùn)輸至批發(fā)商時(shí)，反應(yīng)前緣的遷 移消耗了可容忍的指示劑改變，引起區(qū)域2從粉紅到透明的顏色改變。
在階段C中-在產(chǎn)品的批發(fā)中，反應(yīng)前緣的遷移消耗了可容忍的 指示劑改變，引起區(qū)域3從粉紅到透明的顏色改變。在階段D中-在產(chǎn)品的零售中，反應(yīng)前緣的遷移消耗了可容忍的指示劑改變，引起4個(gè)條碼之一 (區(qū)域4)從粉紅到透明的顏色改變，反映了僅可由零售員工判讀的編碼信息，同時(shí)消費(fèi)者不知道該狀況。
在階段E中 一區(qū)域5是覆蓋在用墨水印制的信息上的指示劑掩蔽層，所述墨水與指示劑顏色相同。當(dāng)反應(yīng)前緣迕移時(shí)，指示劑的顏色從粉紅變?yōu)闊o(wú)色，掩蔽層消失，顯出以粉紅色印制并且先前被覆蓋在彩色條帶(該條帶先前是粉紅且現(xiàn)在是透明)下的通用信息，用文字或符號(hào)建議消費(fèi)者該產(chǎn)品不適于購(gòu)買。
圖8顯示置于發(fā)生成熟/衰老的一個(gè)水果外表面上的本發(fā)明貼紙形式。在這種情況下，設(shè)備在中心穿孔并具有積累的呼吸以及與呼吸放出的二氧化碳或來(lái)自成熟過(guò)程的乙烯的累積接觸，該計(jì)量設(shè)備從隨著反應(yīng)前緣擴(kuò)大而擴(kuò)展的彩色環(huán)顯示從水平1到3的前進(jìn)度量。該設(shè)備可類似地置于可通透食品包裝的內(nèi)表面上，或不通透食品包裝(例如包裝好的食品如肉和魚(yú))的內(nèi)表面上，或作為乳容器螺旋蓋中的墊圏。
圖9顯示圖3中所示的本發(fā)明形式，其構(gòu)建成用作監(jiān)測(cè)土壤中氣體水平的設(shè)備，所述氣體例如來(lái)自土壤生物代謝的二氧化碳。在圖9的階段A中使用該設(shè)備，而在階段B中，從土壤中提取的累積二氧化碳已經(jīng)在給定的時(shí)間中將彩色條帶沿著土壤表面移動(dòng)至與土壤微生物活性種群相匹配的水平。在圖9中，密封蓋1是防水的但是對(duì)二氧化碳通透，與探針部分成90度角的標(biāo)記為2的管狀物是有刻度的，以建立標(biāo)尺，土壤剖面3以切面表示。
圖10顯示構(gòu)建成置于機(jī)動(dòng)車輛尾氣中的本發(fā)明形式。在圖10中，尾氣管l從汽車后部觀察，像政府管理者從在污染車輛后行駛的車輛上觀察一樣。在階段A中顯示新使用的接觸設(shè)備，在階段B中彩色條帶2為一半標(biāo)尺。如果許可的污染限度是圖10中彩色條帶的長(zhǎng)度，則車主和政府執(zhí)行者可得出結(jié)論已經(jīng)排放了 50%的許可排放量，并推斷目前的許可剩余50%。
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Riva, M. (1997) Time-temperature indicators, a review by MarcoRiva， Universita degli Studi di Milano, Italy 199權(quán)利要求
1. 用于定量感測(cè)的方法，該方法使用基于反應(yīng)前緣在空間和時(shí)間上擴(kuò)散的指示系統(tǒng)來(lái)測(cè)定和報(bào)告食品、飲料和藥物中分析物的當(dāng)前濃度或接觸史，以監(jiān)測(cè)品質(zhì)狀態(tài)、指示水果的成熟、監(jiān)測(cè)環(huán)境中衛(wèi)生處理劑、污染物和養(yǎng)分的濃度、監(jiān)測(cè)濾器的剩余壽命以及監(jiān)測(cè)流量；該方法和設(shè)備包括a. 惰性載體介質(zhì)，其承載化學(xué)反應(yīng)并提供受控的分析物擴(kuò)散，b. 具有幾何構(gòu)造且不通透的屏障材料，以將分析物進(jìn)入指示系統(tǒng)的擴(kuò)散限制和導(dǎo)向?yàn)檠刂赏ㄍ富蚨嗫椎妮d體介質(zhì)的可測(cè)量連續(xù)區(qū)進(jìn)行，所述連續(xù)區(qū)通過(guò)改變密度、孔隙度、通透性、結(jié)晶或放置微球柱來(lái)建立，c. 負(fù)載在載體介質(zhì)中的試劑，其將分析物提取進(jìn)該設(shè)備并與分析物反應(yīng)，從而在化學(xué)上穩(wěn)定、半穩(wěn)定或不穩(wěn)定的反應(yīng)中提供測(cè)定，d. 指示系統(tǒng)，其對(duì)實(shí)現(xiàn)對(duì)擴(kuò)散分析物與試劑相互作用的反應(yīng)前緣處發(fā)展終點(diǎn)的測(cè)定進(jìn)行報(bào)告，e. 用于衡量接觸的定量尺度，該尺度作為沿著度量連續(xù)區(qū)顯示的刻度用于視覺(jué)讀數(shù)，或作為改變的電化學(xué)或電磁特性強(qiáng)度的信號(hào)，f. 用于視覺(jué)監(jiān)測(cè)遷移的反應(yīng)前緣前進(jìn)的窗口，所述遷移的反應(yīng)前緣由分析物沿著可測(cè)量的連續(xù)區(qū)擴(kuò)散產(chǎn)生，g. 將分析物攝入和吸收進(jìn)該監(jiān)測(cè)設(shè)備的孔，h. 附著手段，用于將設(shè)備相對(duì)于樣品流放置，或?qū)⒃O(shè)備放置在生產(chǎn)來(lái)源上部腔室的半界限內(nèi)，所述樣品流從生產(chǎn)分析物的來(lái)源流出，i. 用于判讀反應(yīng)前緣移動(dòng)的參考尺度，該尺度為標(biāo)尺中的數(shù)字刻度(定量的)或由科學(xué)家或?qū)I(yè)品質(zhì)判定者制作的等級(jí)評(píng)定(定性的)，其中，分析物在空間和時(shí)間上沿著度量連續(xù)區(qū)的可測(cè)量主動(dòng)擴(kuò)散以數(shù)學(xué)方式與周圍環(huán)境中針對(duì)被測(cè)量分析物的改變相關(guān)聯(lián)，這是通過(guò)將實(shí)現(xiàn)所述移動(dòng)有色前緣的移動(dòng)的檢測(cè)時(shí)間或該移動(dòng)有色前緣的程度與包含所產(chǎn)生分析物的濃度或分子數(shù)的關(guān)聯(lián)表進(jìn)行比較，從而確立被測(cè)量的環(huán)境中分析物品質(zhì)改變的嚴(yán)重性尺度，由此報(bào)告醫(yī)學(xué)材料或裝置的相應(yīng)狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
2.權(quán)利要求l的方法，其中所述關(guān)聯(lián)表涉及氧或二氧化碳通過(guò)包裝密封中的破口進(jìn)入無(wú)菌包裝的醫(yī)學(xué)包裝內(nèi)，以通過(guò)移動(dòng)的有色前緣報(bào) 告包裝完整性的喪失。
3. 權(quán)利要求l的方法，其中所述關(guān)聯(lián)表涉及貼敷的傷口敷料下二 氧化碳隨著傷口愈合的進(jìn)展，以通過(guò)移動(dòng)的有色前緣報(bào)告創(chuàng)傷狀態(tài)。
4. 權(quán)利要求l的方法，其中關(guān)聯(lián)表涉及通過(guò)移動(dòng)的有色前緣測(cè)量 藥物皮膚貼片或皮膚植入物中化學(xué)殘留物的濃度。
5. 權(quán)利要求l的方法，其中所述載體介質(zhì)由水溶性含碳聚合物或 任何具有為反應(yīng)前緣的遷移定標(biāo)的化學(xué)物理特性的任何聚合物組成，所 述特性例如密度和孔隙度、結(jié)晶、增塑作用、穿孔和聚合物擴(kuò)展。
6. 權(quán)利要求l的方法，其中所述載體介質(zhì)和周圍的屏障材料以多 種幾何形狀對(duì)反應(yīng)前緣的遷移進(jìn)行定標(biāo)，其作為一列微球，或具有潛在 可變厚度的膜條帶或盤，或進(jìn)入和擴(kuò)散途徑中的曲折度，或進(jìn)口處的單 個(gè)孔徑，或進(jìn)口數(shù)量，或這些方法的組合。
7. 權(quán)利要求l的方法，其中負(fù)載在載體介質(zhì)中、將分析物提取進(jìn) 入設(shè)備并與分析物反應(yīng)而提供測(cè)定結(jié)果的試劑包括通常用于實(shí)現(xiàn)化學(xué) 測(cè)定的滴定試劑和氧化還原試劑；或者在用作免疫應(yīng)答指示劑時(shí)，指示 劑由反應(yīng)所需的試劑組成，包括稀釋劑、綴合物和基質(zhì)，且所述指示設(shè) 備被抗原或抗體包裹。
8. 權(quán)利要求l的方法，其中所述指示系統(tǒng)通過(guò)觀察點(diǎn)觀察到的移 動(dòng)的有色條帶指示來(lái)報(bào)告實(shí)現(xiàn)了對(duì)反應(yīng)前緣處前進(jìn)終點(diǎn)的測(cè)定。
9. 權(quán)利要求l的方法，其中指示系統(tǒng)通過(guò)由將該設(shè)備整合進(jìn)電路 而產(chǎn)生的改變的電特征來(lái)^L告實(shí)現(xiàn)了對(duì)反應(yīng)前緣處前進(jìn)終點(diǎn)的測(cè)定。
10. 權(quán)利要求l的方法，其中通過(guò)以下手段實(shí)現(xiàn)用于測(cè)量接觸的定 量尺度通過(guò)沿計(jì)量連續(xù)區(qū)分布的用于目測(cè)讀數(shù)的刻度、通過(guò)沿遷移的 有色前緣放置字母數(shù)字表用于目測(cè)讀數(shù)，或通過(guò)產(chǎn)生電路中接受站的電 化學(xué)或電磁特性改變的強(qiáng)度信號(hào)。
11. 權(quán)利要求l的方法，其中用于目測(cè)監(jiān)測(cè)遷移的反應(yīng)前緣前進(jìn)的 窗口通過(guò)在移動(dòng)的有色前緣上使用透明或半透明的材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。
12. 權(quán)利要求l的方法，其中用于使分析物進(jìn)入和吸收進(jìn)所述監(jiān)測(cè) 裝置的孔通過(guò)用選擇性可通透材料覆蓋接觸的進(jìn)入點(diǎn)來(lái)提供，所述材料 在通過(guò)例如揭除、切除、撕開(kāi)、水泡爆裂或其他手段去除密封后可暴露在該指示裝置對(duì)分析物分子的提取作用中；或通過(guò)將監(jiān)測(cè)設(shè)備置于要測(cè) 試其密封完整性的設(shè)計(jì)環(huán)境中來(lái)提供，其中該設(shè)備在醫(yī)學(xué)內(nèi)含物的外包 裝進(jìn)行包裝和密封時(shí)開(kāi)始運(yùn)行。
13. 權(quán)利要求l的方法，其中用于將設(shè)備相對(duì)于由產(chǎn)生分析物的來(lái) 源流出的分析物分子樣品流放置或者放置在生產(chǎn)來(lái)源上部腔室的半界 限內(nèi)的附著手段包括覆蓋所述監(jiān)測(cè)設(shè)備，使其可作為獨(dú)立裝置用于插 入包裝內(nèi)；在一側(cè)放置粘合劑，使其可作為標(biāo)簽或印跡來(lái)固定，用于包 裝的內(nèi)壁上；將其作為粘性皮膚貼片或傷口敷料和/或置于可通透包裝 或粘性皮膚貼片或傷口敷料的外壁上；或用防溶劑材料保護(hù)后將該監(jiān)測(cè) 設(shè)備作為包裝材料、皮膚貼片或粘性傷口敷料中的一層。
14. 權(quán)利要求l的方法，其中用于判讀該裝置上或裝置附近讀數(shù)的 參考標(biāo)度是用于沿著連續(xù)標(biāo)度進(jìn)行定量讀數(shù)的字母數(shù)字或符號(hào)，從而對(duì) 空間位移的測(cè)定可以是可測(cè)量的距離。
15. 權(quán)利要求l的方法，其中用于判讀該裝置上或裝置附近讀數(shù)的 參考標(biāo)度被制成有刻度的標(biāo)尺，在線或切線的某些位置在有色前緣上的 某些區(qū)段使用掩蔽物，從而在路徑的一些區(qū)段中隱藏，而在另一些區(qū)段 顯露所述移動(dòng)的有色前緣，從而對(duì)空間位移的測(cè)定可以是可測(cè)量的距 離。
16. 權(quán)利要求12的方法，其中使用存在于透明覆蓋層中的掩蔽色或 移動(dòng)色帶下方的背景色在與所述指示劑的移動(dòng)顏色產(chǎn)生反差時(shí)在該位 置/刻度處產(chǎn)生交通信號(hào)燈顏色改變。
17. 權(quán)利要求l的方法，其中用于判讀裝置上或裝置附近讀數(shù)的參 考標(biāo)度以下述方式排列，所述方式使得有色前緣從分析物被首次吸收的 指示介質(zhì)表面處開(kāi)始在空間上移動(dòng)超過(guò)100微米時(shí)獲得第一個(gè)讀數(shù)。
18. 權(quán)利要求l的方法，其中可從一個(gè)傳感器得出多個(gè)視覺(jué)讀數(shù)， 將分析物濃度或分析物產(chǎn)生的分子數(shù)與反應(yīng)前緣的空間位移相關(guān)聯(lián)，并 從該x-y曲線產(chǎn)生回歸關(guān)系，以評(píng)價(jià)傳感器環(huán)境的改變。
19. 權(quán)利要求13的方法，其中由電子手段進(jìn)行讀數(shù)，其可包括但不 僅限于感測(cè)所述指示器發(fā)出的光、將其轉(zhuǎn)發(fā)至信息裝置以及將產(chǎn)生的數(shù) 據(jù)傳送至遠(yuǎn)處的協(xié)調(diào)中心。
20. 權(quán)利要求l的方法，其中同時(shí)安置一個(gè)或多個(gè)設(shè)備來(lái)測(cè)量接觸， 作為達(dá)成粗調(diào)和細(xì)調(diào)的手段。
21.本發(fā)明還涉及在該說(shuō)明書(shū)中指出的特征的任何備選組合，這些特 征的所有等同方案均認(rèn)為包括在內(nèi)。
全文摘要
使用指示系統(tǒng)的定量感測(cè)方法，所述指示系統(tǒng)基于反應(yīng)前緣在空間和時(shí)間上的擴(kuò)散，所述方法用于測(cè)定和報(bào)告食品、飲料和藥物中分析物的當(dāng)前濃度或接觸史，以監(jiān)測(cè)品質(zhì)狀態(tài)，指示水果的成熟，監(jiān)測(cè)環(huán)境中衛(wèi)生處理劑、污染物和養(yǎng)分的濃度，監(jiān)測(cè)濾器的剩余壽命和監(jiān)測(cè)流量。
文檔編號(hào)G01N33/558GK101490556SQ200780026411
公開(kāi)日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2007年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月11日
發(fā)明者保羅·奈杰爾·布羅克韋爾, 羅伯特·文森特·霍蘭 申請(qǐng)人:保羅·奈杰爾·布羅克韋爾;羅伯特·文森特·霍蘭