專利名稱：：干燥的光化學(xué)二氧化碳傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種測定氣態(tài)或液態(tài)樣品中二氧化碳(C02)的裝置和方法。特別的，本發(fā)明涉及一種測定二氧化碳分壓的裝置。技術(shù)背景氣態(tài)或液態(tài)樣品中的二氧化碳(C02)的測量可以從pH值的測量中推斷出來，許多測量C02或其它酸性氣體或液體的裝置都是本領(lǐng)域已知的。一種光化學(xué)傳感器(也叫做optode或optrode)包含一種傳感器基質(zhì)，該傳感器基質(zhì)為一種含有指示劑的組合物，所述指示劑的光學(xué)性質(zhì)隨著樣品中所含有的特殊分析物的濃度而變化。這種傳感器基質(zhì)典型的由可施加，明的載體或S^才上的一種或多種無機(jī)的禾口/或有機(jī)的、im聚合物的物質(zhì)的組合物與包含指示劑的至少一種組合物組成。載體可以是平面的、圓柱的或任何其它的皿。例如組合物是層狀的，它可以在光纖束或單根光纖或光導(dǎo)管結(jié)構(gòu)的頂端應(yīng)用于微量滴定盤盼'井"上。光化學(xué)傳Sfl通?？梢钥赡娴牟⑶医?jīng)常連續(xù)的進(jìn)行測量，這個規(guī)則的例外例如是某些載有酶的生化傳感器。光化學(xué)傳感器可以與樣品相接觸地放置，且當(dāng)曝光時，提供關(guān)于所感興趣的存在于樣品內(nèi)的特定分析物質(zhì)的光可讀信息(例如濃度、活性或分壓)。根據(jù)本發(fā)明，一種"光化學(xué)二氧化碳傳感器"包含一種傳感器基質(zhì)，該基質(zhì)為包含指示劑的組合物，或者為指示齊抱埋于其中的組合物。"傳感器"一詞指的是樣品介質(zhì)和測量裝置的組件之間的界面，特別的，它指的是施加于透明的載體或?qū)Σ派系囊粚踊蚨鄬踊蚱渌问降臒o機(jī)的和/或有機(jī)的、雌聚合物形式的物質(zhì)，與至少一層含有指示劑或指示劑體系的層，該指示劑或指示劑體系的光學(xué)性質(zhì)(吸收、發(fā)光、發(fā)髓變時間和/戯光偏振)隨樣品中包含的二氧化碳的濃度或分壓而變化。指示劑可以均勻地分散于傳感器基質(zhì)中或基質(zhì)的至少一層中，或者，指示劑可以以不均勻的形式存在，例如以分散于傳感器基質(zhì)或基質(zhì)的至少一層中的顆粒的形式存在。湖懂體系或觀懂裝置的元件可以包含光學(xué)和電子元件，例如光源、檢測器、濾光器、電信號放大器和評價單元，這些元件不是光學(xué)傳感器的一部分。在例如US5496521，SensorandActuatorsB29，169-73(1995);以及Ann.Biol.Clin.61,183-91，(2003)中公開了一種用于測定血液中CO2分壓的光化學(xué)CQ2傳麟。這種傳繊為Severinghaus型傳感器，其要求pH緩沖溶液雜以使內(nèi)部的pH值保持在預(yù)定值，該預(yù)定值取決于外部的CQ2分壓。緩沖液典型的用一些弱酸的鹽例如碳酸il&、磷酸鹽或HEPES等制備，所述弱酸的鹽，于多孑L層或親水的聚合物或類似的物質(zhì)中，這種傳統(tǒng)的Severinghaus型傳感器的缺點(diǎn)在于需要花費(fèi)時間與水平衡，并且因此不得不在潮濕的條件下存貯。此外，當(dāng)傳感器變得干燥時這些鹽會沉淀出來，這就導(dǎo)致快速且ffiiS的干涸問題。鹽的濃度分別取決于氣態(tài)樣品的濕度和液態(tài)樣品的滲透壓，這就會導(dǎo)致傳感器響應(yīng)和穩(wěn)定性方面的嚴(yán)重問題。根據(jù)Guenther等(US3694164和US3754867)已知一種用光化學(xué)傳感^tJ定氣體中二氧化碳的方法，在所述傳繊中浸漬的多孔或其它吸收齊撥面與含C02的氣體接觸時可逆地改變它們的光學(xué)特性。在一個實(shí)船案中，傳感器元件的組成包括一種多L載體，例如濾紙或;化的膜、苯酚紅、氫氧化鉀和三甘醇或其它可與水混溶的二醇。傳感器還可以包含一種保護(hù)性的聚合物膜。由于在傳感層中〗柳的組分的吸濕特性，這種傳繊頓于傳感氣體中的COzo為了改進(jìn)和加強(qiáng)染料的靈敏度，Raemer等(US5005572)公開了一種pH-敏感的染料和相轉(zhuǎn)移增強(qiáng)齊啲混合物，二者都附加在固相載體上。本領(lǐng)域中已知另夕卜種相似的光學(xué)二氧化碳傳感的方法是Mills和合作者提出的基于"干燥的"塑性膜C02傳繊概念的方法(Anal.Chem.，1992，64,1383，US5472668和US5480611)，這種方法使用由pH指示劑染料陰離子(染利O和有機(jī)季銨鹽陽離子(Q+)組成的離子對。所得"干燥的"(與緩沖堿"濕"的傳感器化學(xué)相反)或'塑性的"傳繊膜包含一種與季銨陽離子一起固定的pH指示劑染料，以及合適載體上的聚^/層中一定量的有機(jī)^l安氫氧化物(Q+OH)，這種傳感器既可應(yīng)用于其中它們通常具有短的響應(yīng)時間的干燥氣體中，又可應(yīng)用于液態(tài)樣品中二氧化碳的光學(xué)傳感。典型的傳感器基質(zhì)由與水不相混溶的實(shí)質(zhì)上非極性的聚合物且有或無增塑劑組成，此外，傳感器基質(zhì)可以包含存在于基質(zhì)中的離子化合物相關(guān)的少量的翻IJ化的水肝。因此，這種方法的原理在于，將有機(jī)陽離子物質(zhì)與合適的疏水有機(jī)增塑齊似及有機(jī)染料摻入到由實(shí)質(zhì)上的非極性聚合物組成的層(塑性膜)中，最終的層(塑性膜)具W^機(jī)液相盼M。加入^l安氫氧化物，以便(a)ilil形成有機(jī)可溶性離子對，改進(jìn)聚合物層中荷負(fù)電的染料組分的溶解性，(b)為基質(zhì)iif共一種對傳感器功能至關(guān)重要的初始堿性環(huán)境，以及(c)提供一種調(diào)節(jié)染料層^;K性的另夕卜的方法。因?yàn)椴话ㄋ砸后w，這種傳感器具有優(yōu)良的性能，其中包括快速響應(yīng)咴復(fù)以及簡單的設(shè)計(jì)，所述快速響旨咴復(fù)是典型的在不到一秒鐘和幾秒鐘的范圍內(nèi)對干燥膜中的氣態(tài)C02良好的均勻性有響應(yīng)。然而，"塑性膜"傳感器的缺點(diǎn)在于其保存期限不長，典型的在幵放式大氣中為幾天或幾周內(nèi)，或者在封閉的容器中為幾個月。在存貯期間，傳感器的基線和斜率漂移，并且因此在使用前常常要求校準(zhǔn)。傳感器的這種存忙不穩(wěn)定性是有機(jī)堿逐漸損失的結(jié)果，這反過來又成為兩件事情的結(jié)果，亦即通過一些酸性物種使傳感器"中毒"，和/或W:身，特別是在升高溫度時經(jīng)歷稱為"Hofinanp-氫消除反應(yīng)的化學(xué),(Mills等，Anal.Chem.64(1992),1388，第2欄，第485段；Mills和Monaf，Analyst121(1996),第539頁，第2欄第15行ff;Welgl和Wolfbeis，SensorsandAcuatoreB28(1995)，第155頁，第l欄，第2部分和Waldner等，US6338822，第12欄第64行-第13欄第41行)。EP0837327提出了使用所謂的熒光諧振能量遷移(FRET;cf.infre)指示劑染料體系的Severinghaus型和Mills型這兩種光學(xué)二氧化碳傳感器。參考EP0105870，EP0837327公開了FRET型CO2傳自，該傳使用了含有陰離子pH-敏感發(fā)色團(tuán)和在分散于離子不可滲透、氣體可滲透的聚^l基質(zhì)中的水性微滴環(huán)境中的陽離子pH-不敏感發(fā)光體的離子對。參考Mills等，Anal.Chem.64(1992)，1383-1389，EP0837327公開了Mills型FRET-C02傳自，它們中的一些甚至用陽離子發(fā)光體，例如釕(II)和鋨(II)配合物替代了Mills型季銨陽離子Q+，對于FRET體系，用光學(xué)活性物質(zhì)替代光學(xué)隋性陽離子物質(zhì)[Ql，即陽離子發(fā)光體作為發(fā)光供體染料，具有實(shí)質(zhì)上的缺點(diǎn)，如果供體和受體分子在空間上沒有緊密地鄰近，那么將不會發(fā)生輻射較少的能量遷移。對于與pH-敏感發(fā)色團(tuán)不形成離子對的發(fā)光體分子來說，同樣可能發(fā)生后一情況。此外，的傳感器組合物要求染料和陽離子物種的摩爾比要遠(yuǎn)大于l:1。因此，由于不可接受的高基線，用陽離子發(fā)光體替代光學(xué)惰性陽離，質(zhì)[Ql^^表現(xiàn)為難以實(shí)施的傳S^組合物。A.Mills和S.Hodgen給出了潮濕的和干燥的光學(xué)二氧化碳傳感器全面的綜述，F(xiàn)luorescentCarbonDioxideSensorsin，TopicsinFluorescenceSpectroscopy,Volume9，AdvancedConceptsinFluorescenceSensing:PartA:SmallMoleculeSensing,CD.GeddesandJ.R.Lakowicz(eds.),Springer,2005，第119-161頁。
發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的在于衝共一種測定C02的光學(xué)傳ii^和傳感裝置，其中至少部分克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)。本發(fā)明的目的之一為提供一種具有提高的存貯穩(wěn)定性的CQ2傳S^。本發(fā)明的特別目的為提供一種C02傳自，該C02傳感器具有efca的化學(xué)穩(wěn)定性特征的陽離子物種。本發(fā)明涉及一種測定氣態(tài)或液態(tài)樣品中C02的裝置，它包含一種基質(zhì)，該基質(zhì)包含聚，和任選的增塑抓指示齊訴B分散于基質(zhì)中的包含金屬陽離子-離子載體(ionophore)配合物的陽離子物種，其中指示齊'捨有一種pH-敏感染料或一禾中pH-敏感染料體系，其可形成陰離子染料物種，和其中陰離子染料物種和陽離，種可以形成可溶于基質(zhì)中的離子對。特別的，本發(fā)明涉及一種觀啶氣態(tài)或液態(tài)樣品中二氧化碳的光學(xué)傳感器，所述傳麟包含..一種含有雌下歹働質(zhì)的均相混^)的基質(zhì)(a)—種聚合物，(b)任選的一種增塑劑，(c)一種含有可形成陰離子染料物種的pH-敏感染料的指示劑，(d)—種陽離，種，以及(e)—種相對于pH-敏感染料的質(zhì)子化形式，為堿性的陰離，種，其中陽離，種是親脂的金屬陽離子-離子載體配合物。本發(fā)明的另一方面針對一種測定氣態(tài)或液態(tài)樣品中二氧化碳的光學(xué)傳感器，它包含一種含有下列混合物的基質(zhì)(a)聚她(b)任選的增塑劑，(c)含有可形成陰離子染料物種的pH-敏感染料的指示劑，(d)陽離，種，以及(e)相對于pH-敏感染料的質(zhì)子化形式，為堿性的陰離，種，其中陽離，種是一種親脂的金屬陽離子-離體配^/,并且其中陽離種作為陰離子染料物種的反離子。依賴于染料或染料體系的類型，由分析物的濃度或分壓導(dǎo)致的響應(yīng)可以被十分不同的光學(xué)物理機(jī)理影響。在下文中列出了優(yōu)選的染料和染料體系的實(shí)例。染料可以是ma直接的或間接的相互作用，其吸收響應(yīng)(例如光吸收)取決于C02的濃度或分壓的物質(zhì)，例如吸收性染料、光度染料或比色染料。染料還可以^I過直接的或間接的相互作用，其發(fā)光響應(yīng)(例如發(fā)光強(qiáng)度，禾口/^gM變時間)取決于二氧化碳的濃度或分壓的物質(zhì)，例如熒光或磷光染料。本發(fā)明,涉及光學(xué)發(fā)光傳感器，這種傳感器在例如傳感器基質(zhì)的至少一層中包含至少一種發(fā)光染料。染料還可以包含一種FRET指示劑染料體系(FRET-熒光諧振能量遷移)，所述染料體系包含兩種染料，一種發(fā)光供體染料和一種受體染料。供體染料的發(fā)光M輻射較少的能量遷移而被受體染料猝滅，發(fā)光猝滅改變發(fā)光強(qiáng)度和發(fā)條變時間。受體染料直接或間接的與分析物反應(yīng)，因此改變了它的吸收值(吸收光譜)禾n能量遷移速率。根據(jù)供體染料的發(fā)光強(qiáng)度或衰變時間，可以進(jìn)行關(guān)于分析物的推斷。FKET體系的優(yōu)點(diǎn)在于事實(shí)上檢驗(yàn)者有很多已知的選擇，非發(fā)光指示劑染料(特別是pH-敏感吸收染料)和可以通過更敏感的發(fā)光測量裝置測定的分析物。在US5232858A(Wolfbeis等)，US5942189A(Wolfbeis等)以及Anal.Chim.Acta，1998，364，143-151(Huber等)中可以找到實(shí)例。此外，染料可以包含DLR指示劑染料體系(DLR-,壽命參照)，該染料體系包含兩種發(fā)光染料。對于本發(fā)明的C02傳感器的情況，第一種染料指的是pH-敏感染料，并且具有短的衰變時間。第二種作為參照染料，且具有較長的衰變時間，例如在MS或ms的范圍內(nèi)。理想的，兩種發(fā)光體具被迭的激發(fā)和發(fā)射光譜，因此它們可以在相同的波長下激發(fā)，且可以使用相同的發(fā)射窗和光電探測器進(jìn)行檢測它們的發(fā)光。激發(fā)光在單調(diào)制頻率下獲得的全面發(fā)光的相轉(zhuǎn)移取決于這兩種染料發(fā)光強(qiáng)度的比值。參照發(fā)光體給出了恒定的背景信號，而pH-敏感染料的發(fā)光信號取決于C02分壓。平均相轉(zhuǎn)移直接與pH指示齊蝶料的發(fā)光強(qiáng)度以及因此COz的分壓相關(guān)。在例如EP-B-1000345,D&A-19829657，Liebsch等，Anal.Chem.73(2001)，43544363;Huber等，Anal.Chem.73(2001),2097-2103;Biiltzingskhven等，Analyst127(2002)，127，1478-1483，Klimant等，DualLifetimeReferencing(DLR)-aNewSchemeforCovertingFluorescenceIntensityintoaFrequency-DomainorTime-DomainInformation,inNewTrendsinFluorescenceSpectroscopy;^plicationtoChemicalandLifeSciences，ValeurB.&Brochon丄C.(eds),SpringerVerlag，Berlin(2001).ch叩.13,257-275，以及Huber等，F(xiàn)reseniusJ.Anal.Chem.，368(2000)，196-202中公幵了DLR傳感器。此外，本發(fā)明涉及一種測定氣態(tài)或液態(tài)樣品中C02的方法，該方法包括以下步驟(a)提供一種懷疑含有二氧化碳的氣態(tài)或液態(tài)樣品，(b)使樣品與測定氣態(tài)或液態(tài)樣品中二氧化碳的裝置接觸，所述裝置包含一種含有以下物質(zhì)混合物的基質(zhì)(i)聚合物，(ii)任選的增塑劑，(iii)含有可形成陰離子染料物種的pH-敏感染料的指示劑，Gv)陽離，種，以及(v)相對于pH-敏感染料的質(zhì)子化形式，為堿性的陰離，種，其中陽離子物種是一種親脂的金屬陽離子-離子載體配合物，并且(c)測定pH-敏感染料皿料體系的光學(xué)特性，其中該光學(xué)特性(例如吸收的數(shù)量級，發(fā)光賊，發(fā)光衰變時間柳或相轉(zhuǎn)移)與樣品中二氧化碳的存在和/或二氧化碳的濃度或分壓相關(guān)聯(lián)。本發(fā)明^供一種包含一種基質(zhì)和一種包埋于其內(nèi)的指示劑的傳感器裝置，該指示齊阿以形成包含一種作為陽離預(yù)種的金屬陽離子-離子載體配，和一種pH-敏感染料的陰離子的離子對。選擇陽離子和陰離子使它們與基質(zhì)相容，也就是說，陽離子和陰離子可以在基質(zhì)中形成離子對。雌的，基質(zhì)包含一種聚合物和任選的增塑劑、包含可以形成陰離子物禾中的至少一種pH-敏感染料或一種pH-敏感染料體系，和一種陽離子物種的均勻混，。聚合物為基質(zhì)的組分，它鶴為餘性聚她在傳/i^基質(zhì)內(nèi)擴(kuò)散的C02可以與水(可以少量地存在于基質(zhì)中)反應(yīng)生pH-敏感染料，料體系的陰離子染料物種質(zhì)子化的弱酸H2C03。這種質(zhì)子化作用導(dǎo)致pH-敏感染料或染料體系光學(xué)性質(zhì)(例如吸收，發(fā)光強(qiáng)度，發(fā)光和/^光衰變時間)的改變。關(guān)于單獨(dú)的反應(yīng)指的是上面所引用的相關(guān)文獻(xiàn)描述10盼'塑性膜"C02傳繊。例如，在樣品中C02的濃度或分壓的增加可以導(dǎo)致質(zhì)子化的pH-敏感染料分子數(shù)量的增加，所述pH-敏感染料分子數(shù)量的增加又導(dǎo)致響應(yīng)的光學(xué)性質(zhì)的改變(例如吸收、發(fā)光強(qiáng)度和/，光衰變時間的M^或增加)?？梢远ㄐ缘鼗蚨康?，例如通過目視的方法或通過光學(xué)測量裝置測定光學(xué)性質(zhì)的改變。二氧化碳與傳感器基質(zhì)中的金屬陽離子-離子載體配合物/染料離子對的反應(yīng)可以描述如下(1)C02+H2Q+"{lvrD-}0(NfHCO"+HD其中U表示離子對，Kf為金屬陽離子-離子載體配合物，D—為染料陰離子且HD為質(zhì)子化的染料。陽離子的金屬陽離子-離子載體配，M"作為陰離子染料物種D'的反離子。根據(jù)本發(fā)明，一種與陰離子染料物種不同的第二陰離，種存在于基質(zhì)中。金屬陽離子-離子載體配合物中的金屬陽離子可以作為氫氧化物，結(jié)合相應(yīng)的離子載體一起添加到相應(yīng)的傳自配方中，其中原位生成金屬陽離子-離子載體配合物(JvTOH—)中的氫氧化物。換句話說，金屬陽離子可以作為選自堿金屬鹽，例如碳隨鹽(HC(V)或有機(jī)碳酸鹽，雌烷基碳酸鹽(RC(V)、磷隨鹽(HP042_)和磷酸鹽(PO,)以及相應(yīng)的有機(jī)磷酸鹽，或二-烷1酸鹽中的化合物形式結(jié)合相應(yīng)的離子載體一起添加，其中原位生成相應(yīng)的堿性化合物，例如(Ml"ICOn、(M^RCCV)、(MlK)431。金屬陽離子-離子載體配合物與堿性陰離子反離子還可以一^m接添加至湘應(yīng)的傳感器配方中。作為金屬陽離子-離子載體配合物反離子的陰離子物種為相對于pH-敏感染料的質(zhì)子化形式，為堿性。堿性意喊在這個濃度下，基質(zhì)中以離子對(Mt)H')、{MUCCb—}、(M"PQ^等形式存在的物質(zhì)可以/A^子化的指示劑物禾中HD上移動質(zhì)子，即在質(zhì)子化的指示劑物種HD上是堿性的。優(yōu)選的傳感器配方包含一種過量的堿性化合物，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會依賴于聚合物、增塑齊訴,離子物種以及期望的傳信號的斜率，選擇染料分子與金屬陽離子-離子載體配合物的摩爾比禾B堿性陰離子的反陰離子。染料M與金屬陽離子-離子載體配合物的摩爾比可以在i:l到l:ioooo的范圍內(nèi)，優(yōu)選的范圍為l:10到l:1000且最優(yōu)選的范圍為1:10到1:200。Mills等(Anal.Chem.，64(1992)，1583-89)概述了包括C02和過量的堿性組分的平衡反應(yīng)。通過過量的金屬-陽離子-離子載體配合物與加入的堿性反陰離子測定傳感器基質(zhì)的堿性特征,代替在基質(zhì)中離子載體的存在下的原位制備,離子對(MDl可以從金屬陽離子化合物與相應(yīng)的染料在合適的包含離子載體的翻l仲通過離子對反應(yīng)制備，其中所述離子載體與金屬陽離子在堿性反應(yīng)條件下絡(luò)合。本發(fā)明中金屬-離子載體-配合物的一個重要的性質(zhì)為它們不會干擾二氧化碳的光學(xué)測定，總的來說，本傳感器的陽離，種不會光學(xué)干擾pH-敏感染料或pH-敏感染料體系的光學(xué)性質(zhì)的測定。優(yōu)選的染料或染料體系吸收、g或在可見光范圍內(nèi)表現(xiàn)出發(fā)光。雌的金屬-離子載體配合物應(yīng)當(dāng)不會或者至少基本上不會吸收、g^可見光范圍內(nèi)(大約在400nm和800nm之間)表現(xiàn)出發(fā)光。因此，本發(fā)明優(yōu)選的金屬-離，體配合物^^述范圍內(nèi)并不表現(xiàn)出發(fā)光或吸收。根據(jù)本發(fā)明的陽離子物種為與離子載體絡(luò)合的金屬陽離子，所述陽離，種為能與金屬離子形成離賴體離子配合物的環(huán)狀，特別是大環(huán)的或非環(huán)的化儒，雌分子量-2000D,從而在基質(zhì)內(nèi)提供金屬陽離預(yù)種溶解性。典型的，這M屬陽離子-離子載體配，不會光學(xué)干擾指示劑、pH-敏感染料或pH-敏感染料體系。離子載體可以是大環(huán)化合物，即具有tt^M少13個且最多40個環(huán)原子的化，。大環(huán)化合物的實(shí)例有冠醚，其為環(huán)狀聚醚，其中O原子與亞烷基，例如亞乙基相連。大環(huán)結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出所謂的洞，根據(jù)大環(huán)中陽離子的尺寸和氧原子的數(shù)量，陽離子可以陷于其中。通過陽離子與氧原子的自由電子對的配位而穩(wěn)定該配合物。進(jìn)一步的，本發(fā)明包含的冠醚中O原子部分或全部被其它雜原子例如N、P或S取代，這些化，被設(shè)計(jì)為驗(yàn)冠醚、磷雜冠醚或硫雜冠醚，其它合適配體的實(shí)例還有穴狀配體，即氮雜聚醚化合物，其中存在于冠醚中的洞是橋連的，例如其中兩個橋氮原子ilii一個或多個O-亞烷基，如含有O-亞乙基的橋相連。再進(jìn)一步的實(shí)例為podand，其為冠醚^A:狀配體的非環(huán)類似物，杯芳烴或抗生素，例如多肽或大環(huán)內(nèi)酯抗生素，例如纈氨霉素、enniatrine或nonactnne，或聚醚抗生素，例如拉沙里菌素、莫能菌素、尼日利亞菌素或鹽霉素。根據(jù)本發(fā)明，離子載鵬供金屬陽離子-離子載體配，劍旨性質(zhì)。通常，親脂性一詞指的是化合物溶解于脂肪、油、類脂和實(shí)質(zhì)上的非極性溶劑例如己烷、甲苯和四氫呋喃中的能力。這，質(zhì)本身為親脂性的。在本發(fā)明的上下文中"親脂性離子載體"和"親脂性金屬陽離子-離子載體配合物，一詞另外還指的是這些化合物溶解于實(shí)質(zhì)上由非極性聚，和任選的一種船K有機(jī)增塑劑組成的液相內(nèi)的能力。離體特別的實(shí)例包括<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>離子載體^的金屬陽離子可以是小尺寸的陽離子，即具有〈50pm離子半徑的陽離子，更雌堿金屬或堿土金屬陽離子，特別選自Li、Na、K、Ca或Mg。進(jìn)一步的，金屬陽離子可以是過渡金屬陽離子，其可以例如選自由Cu、Fe、Co、Ni或Ag組成的組。船卜，螯合的^合的金屬陽離子可以是大尺寸的金屬陽離子(=150pm)，例如Rb+或Cs+。本發(fā)明鶴的陽離預(yù)種，即M^屬或堿土金屬陽離子的金屬陽離-離豫體配，的一彿另啲優(yōu)點(diǎn)是，與過^^屬鹽配糊(正如例如EP0837327中提出的)相比，它們對氧化還原活性化合物，例如，氧化劑具有較高的穩(wěn)定性，或與薩s等(cf.e.g.Anal.Chem.64(1994)1388和其它在前弓間的參考文獻(xiàn))提出的季銨鹽離子相比，具有較高的抗降解性。金屬陽離子-離子載體配合物和染料陰離子的離子對as^現(xiàn)出ewa的溶解性。pH-敏感染料，料體系包含在H20的存在下可以通過與酸性反應(yīng)性組分，例如二氧化碳，反應(yīng)而質(zhì)子化的化合物。合適的pH-敏感染料的實(shí)例為具有酸性反應(yīng)基團(tuán)，例如苯酚基團(tuán)和/或婦K性環(huán)境中pK值在5-10的范圍內(nèi)、im7至lj9的羧酸基團(tuán)的染料，pKtS^去質(zhì)子化反應(yīng)的熱力學(xué)平衡常數(shù)的負(fù)對數(shù)。pH-敏感染料以至少兩種形式存在,至少一種質(zhì)子化的物種A和至少一種去質(zhì)子化的物種B,這兩種物種與質(zhì)子(即分別為-Jf或H30+)處于熱力學(xué)平衡(HD對于本發(fā)明中CO:傳自的情況，pH-,染料ilii直接或間接的與C02的相互反應(yīng)，即根據(jù)方程式(1)所示的平衡反應(yīng)而可艦質(zhì)子化。去質(zhì)子化減少了染料物種的正電荷(例如從0到-l，-1至1』-2等)，因此，生成陰離預(yù)種或增加已經(jīng)是陰離子物種的電荷。生成的陰離子電荷必須TO陽離，種的正電荷進(jìn)行抵償。對于本發(fā)明的傳感器，要求陽離，種和離子對(由陰離子染料物種和陽離，種組成),溶于基質(zhì)中。發(fā)光的pH-敏感染料可以選自pH-敏感的羥基芘、熒光素、新明、,娜酮、香豆素以及這些化合物的衍生物，例如烷基酯或酰胺，特別優(yōu)選的發(fā)光染料為7-羥基香豆素-3-羧酸、8-羥基芘-l,3，6-三磺,、5(6>羧基熒光素、5(6>羧基萘熒光素(C652,Invitrogen)、羧基SNARF-1(C1270,Invitrogen)、羧基SNARF4F(S23920,Invitrogen)、羧基SNARF-5F(S23922，Invitrogen)、羧基SNAFL-1(C1255,Invitrogen)、2'-氯化熒光素、2'-氯-7'-BS熒光素、、2'，7'-二氯熒光素、2'-氯化熒光素己酯、2'-氯化熒光素十八醇酯和、2',7'-二氯熒光素十八醇酯的質(zhì)子化和去質(zhì)子化的形式。吸收基pH-敏感染料可以選自pH-敏感的三苯基甲垸染料、偶氮染料等。雌的吸收基pH-敏感染料包括溴甲酚藍(lán)、甲酚藍(lán)、間-甲酚紫、甲酚紅、苯酚紅、二甲酚藍(lán)和亮黃。用于本發(fā)明的另外的pH-敏感染料可以在A.Mills和S.Hodgen，,FluorescentCarbonDioxideSensors'in,TopicsinFluorescenceSpectroscopy'Volume9，AdvancedConceptsinFluorescenceSensing,PartA:SmallMoleculeSensing,C.D.GeddesandJ.R丄akowicz(eds.)，Springer,2005，p.119-161中找到。可以親脂化指示劑染料的陰離子形式，以便通過形成離子對，增加在基質(zhì)中的溶解性。染料的水溶性鈉鹽itai^K溶液中萃取到具有合適的金屬陽離子冠醚配合物的有機(jī)翻U中而轉(zhuǎn)化為期望的金屬陽離子離子對。本發(fā)明的傳感器可以是任何合適的形式，例如含有指示劑的傳感器基質(zhì)可以以顆粒、基林凃?qū)?、致密的基材的形式存在?提供的傳自基質(zhì)為基材，例如不透明的或透明的惰性基材，優(yōu)選塑性基材上的膜，這種膜優(yōu)選具有1-200,的厚度，■10-100mhi。聚^^M,M明的，此外，傳基質(zhì)應(yīng)該是zK角狩急定的且是可滲透二氧化碳的。本發(fā)明的傳感器優(yōu)選實(shí)質(zhì)上是干燥的，即傳感器基質(zhì)具剤氐的含水量，例如，水含量大約為10%(w/w)鞭少，雌為大約5%(w/w)鞭少，雌7夂含量為大約0.01%(w/w)到大約1%(wAv)。傳感器基質(zhì)優(yōu)選含有聚合物，所述聚合物選自聚乙烯基聚合物、丙烯酸基聚合物、苯乙烯基聚激、纖維素基聚合物、聚氨酯基聚合物、聚酯基聚合物或聚硅氧烷基聚合物或它們的組合形成的組。^的，聚合物為實(shí)質(zhì)上疏水的聚合物。此外，聚合物可以是基于聚酯或聚硅氧烷的，例如衍生于四甲氧基硅烷或四乙基硅:^體的溶l^凝膠、聚二甲基硅，和其它有機(jī)改性的硅氧垸。特別優(yōu)選的聚合物為纖維素,合物，例如乙基纖維素、甲基纖維素、氨基纖維素等，聚氨酯、聚硅氧烷，例如衍生于四甲氧基硅烷或四乙基硅烷前體的溶膠-凝膠、聚二甲基硅織禾唭它有機(jī)改性的硅織、硅賺等。進(jìn)一步的，傳感器基質(zhì)可以客矽卜地包含增塑劑，賴的增塑齊y為例如，疏水性增塑劑，其中包括磷酸的烷基三酯、羧酸的酯，例如與仲醇或叔醇的那些酯、硫等。增塑劑的具體實(shí)例為癸二酸二辛酯(DOS)、磷酸三辛酯(TOP)、腈基苯辛酯(CPOE)、硝基苯辛酯(NPOE)、2-(辛氧基)芐腈(OBN)、磷酸三丁酯(TBP)等。本發(fā)明的傳感器和方法適合用于測定氣態(tài)或液態(tài)樣品中C02的濃度或分壓，例如在工業(yè)或醫(yī)學(xué)應(yīng)用中。舉例來說，本發(fā)明適合用于測定血液或呼吸氣體中的二氧化碳的含量。本發(fā)明的方法是基于在光學(xué)傳感器的傳基質(zhì)內(nèi)存在的指示齊啲光學(xué)性質(zhì)的測量。優(yōu)選的應(yīng)用為測定醫(yī)學(xué)診斷方法中的C02，例如測定，中的C02，特別是或者單獨(dú)用于測定C02的分壓(pCOz)或與其它參數(shù)例如氧分壓(pOz)、pH值以及電解質(zhì)例如K+、Na+、Ca2+禾卩/或Cr一起測定COz的分壓。進(jìn)一步,的應(yīng)用為醫(yī)學(xué)或非醫(yī)學(xué)的生物技術(shù)，特別是生物技術(shù)過程的分析、監(jiān)控、質(zhì)量控制、調(diào)節(jié)和/或優(yōu)化。特別雌的應(yīng)用為觀懂中樞神經(jīng)系統(tǒng)，例如大腦中的C02，用于血液或呼吸氣體分析，人體中或獸藥中的氣體或液體的透皮分析診斷，細(xì)胞培養(yǎng)生長、發(fā)酵或監(jiān)控新陳代謝活動中C02的測量，藥物篩選、食品或飲料包裝中C02的測量，或者環(huán)境樣品，例如淡水、海水皿7K樣品中C02的測量。因此，本發(fā)明的其它方面為用于測定二氧化碳的傳感器的用途。特別的，用于測定二氧化碳的傳感器的用途包括在血液或呼吸氣體中，在生物技術(shù)31l呈中、在細(xì)胞培養(yǎng)生長中、在發(fā)酵或監(jiān)控新陳代謝活動中測定CQ2,特別用于在生物技術(shù)應(yīng)用、藥物篩選、食品或飲料包裝的控制和/或優(yōu)化，在環(huán)境樣品、淡7K、海水鄉(xiāng)水中用于控制過程質(zhì)量綱于優(yōu)4bll呈。傳感器可以是一種發(fā)光的光學(xué)傳感器，例如此處一并為參考文獻(xiàn)的Ann.Biol.Clin.2003，61:183-191中描述的optode。傳還可以是吸收基光學(xué)傳感器、FRET基光學(xué)傳,或DLR基光學(xué)傳^H。例如MillsA.和ChangQ.(SensoreandActuatorsB21(1994),83-89)以及Mills等(SensoreandActuatorsB38-39(1997)，419425)公開了一種吸收基光學(xué)傳感器。例如Uebsch等(AppliedSpectroscopy54/4(2000)，548-559)和Neurauter等(AnalyticaChimicaActa38216(1999)，67-75)公開了一種FRET基傳感器。例如Biiltzingsl。wenC.von(Analyst127(2002)，1478-1483)和Borisov等(AppliedSpectroscopy60/10(2006)，1167-1173)公開了一種DLRSJ專麟。優(yōu)選的傳感器包含含有上述指示劑的傳基質(zhì)，例如光學(xué)透明基材，如聚酯薄片上的傳感層。傳感層優(yōu)選覆蓋有不透明的，例如對待測定的酸性化合物可滲透的黑色或白色復(fù)蓋層。該復(fù)蓋層作為防護(hù)措施以保護(hù)傳感層不受樣品組分的光學(xué)和/或化學(xué)干擾?；牡牡撞坎糠挚梢愿采w有光學(xué)傳輸粘合劑層以供在吸收盒內(nèi)固定。此外，所述裝置雌包含戰(zhàn)的傳感器、光源例如LED，以鵬育瀕激活pH-敏感染料的光輻照傳感層。更進(jìn)一步的，該裝置itit包含用于檢測從指示劑染料發(fā)射光的設(shè)備，例如光敏二極管。發(fā)射光的波長優(yōu)選高于激發(fā)光。可以用傳統(tǒng)的技術(shù)，例如流延技術(shù)制備本發(fā)明的傳感器基質(zhì)，其中基質(zhì)組分即聚合物、陽離子物種即金屬陽離子-離子載體配合物、pH-敏感染料和任選的增塑劑溶解于有機(jī)的或有機(jī)-水性翻i沖并在魏的S^才上流延。陽離子例如Li+、Na+、K+雌作為與離子載體絡(luò)合的物質(zhì)加入。在這些情況中，反離子雌與蟲i腿自O(shè)H'、pH-敏感染料的陰離子、禾口/棘機(jī)陰離子，特別是有機(jī)磷酸鹽或碳鵬(例如烷繊鵬和/^S碳鵬)。ltW卜，將用以下附圖和實(shí)施例來更詳細(xì)得進(jìn)纟，釋本發(fā)明。圖l:根據(jù)本發(fā)明的C02傳感器的示意圖。該傳包含一個支撐體(T)、一個指示劑層(H)和一個阻光層(0)，在支撐體(T)上，直接的或ilil粘合劑層提供指示劑層(H)。在指示劑層(H)上可任，提供阻光層(0)。阻光層(O)優(yōu)選為可透氣且離子不可滲透的層，其中分散光吸收或光目(總稱為"阻光")顆粒。阻光層(O)保護(hù)樣品(P)不受任何的光學(xué)干擾。圖2:包括使用增溶的K+作為金屬陽離子的干燥的C02傳S^的時間軌跡。在二氧化碳的含量分別為0，1，3,5，10，20，30，50和100%的潮濕的氣體中測量熒光強(qiáng)度。圖3:圖2所示的包含使用(K+-冠6)作為增溶的金屬陽離子的傳標(biāo)準(zhǔn)曲線。細(xì)線代表單次測量的Boltzman擬合，其中，相關(guān)系數(shù)112=0.9997。實(shí)施例實(shí)施例h包含使用增溶的金屬陽離子的傳通用配方乙基纖維素/HPTS三(K-冠6)掛(Z-冠6)氫氧化物/白色TeflonMM層(在TeflonAF中的Ti02)溶液1:10mgHPTS34.7mgl8-冠國6955.3mg甲醇溶液II:15.0mgKOH157.9mg18-冠-6(Aldrich34682)1326.7mg甲醇光學(xué)傳感器的制作向lg10%w/w乙基纖維素的甲莉乙醇(4/1v/v)溶液中加入26mg的溶液I。向這一混合物中加入56.2mg的溶液II并徹底混合這種流延溶液，使用刀式涂布裝置(ZehntnerZAA2300)在125fom的聚酯薄片上(Mylarfoil，GoodfellowES301425)涂布相應(yīng)均勻的涂料溶液，其濕膜厚度為150Mm。干燥的傳感器膜是半透明的。此外，傳感器膜上涂覆有濕膜厚度為150nm的Teflon層用以加強(qiáng)信號。沖壓出5mm直徑的圓盤并將其固定在分叉的Y型光學(xué)光導(dǎo)管的g端。另外的光導(dǎo)管連接器分別與藍(lán)色的LED(Amax=470nm)和PMT相連接，二者都用雙重鎖定放大器(StanfordResearchSR830)進(jìn)行控制。光學(xué)裝置包括藍(lán)色激發(fā)過濾器(BG12,SchottAG)和橙色發(fā)射過濾戮OG530，SchottAG)。含有光導(dǎo)管末端的傳感器方爐在裝載于20士rC7K浴中自制的觀懂室內(nèi)。測量室的進(jìn)口與特別設(shè)計(jì)的氣體混合裝置相連，以允許不同二氧化碳含量的潮濕氣體以lL/min的皿流動il3i測量室。結(jié)論圖2中顯示出當(dāng)暴露于0，1，3,5，10，20，30，50和100%的不同二氧化碳含量的氣體中時j吏用增溶的金屬陽離子的傳感器的響應(yīng)。獲得的校正曲線如圖3所示。很明顯金屬陽離子的增溶對二氧化碳敏感性材料的制造是切實(shí)可行的。涂布的膜的均一性和透明度顯示出離子對染料和絡(luò)合的金屬陽離子良好的溶解性，并且因此表現(xiàn)出組分良好的相容性。權(quán)利要求1.一種測定氣態(tài)或液態(tài)樣品中二氧化碳的光學(xué)傳感器，它包括含有下列i-v的混合物的基質(zhì)(i)聚合物，(ii)任選的增塑劑，(iii)含有可形成陰離子染料物種的pH-敏感染料的指示劑，(iv)陽離子物種，以及(v)相對于pH-敏感染料的質(zhì)子化形式，為堿性的陰離子物種，其中陽離子物種是親脂的金屬陽離子-離子載體配合物。2.—種觀啶氣態(tài)或液態(tài)樣品中二氧化碳的光學(xué)傳麟，包括含有下列1-V的混合物的一種基質(zhì)(i)聚合物，(11)任選的增塑劑，("i)含有可形成陰離子染料物種的pH-敏感染料的指示劑，(IV)陽離，種，以及(v)相對于pH-敏感染料的質(zhì)子化形式，為減性的陰離種，其中陽離子物種是親脂的金屬陽離子-離子載體配合物，并且其中陽離子物種作為陰離子染料物種的反離子。3.權(quán)禾腰求1或2的傳感器，其中陽離，種為m屬陽離子的金屬陽離子-離子載體配合物，所述m屬陽離^^寺別選自Li+、Na+、K+、Rb+或Cs+。4.權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的傳,，其中離子載體選自podands、冠醚、穴狀配體、杯芳烴和纈氨霉素。5.根據(jù)權(quán)利要求"任一項(xiàng)的傳感器，其中染料，料體系的pH活性部分既表現(xiàn)為質(zhì)子化形式，又表現(xiàn)為去質(zhì)子化形式，其中質(zhì)子化形式和去質(zhì)子化形式的比率取決于氣態(tài)或液態(tài)樣品的pCOz,并且其中的去質(zhì)子化形式與陽離子物種形成離子對。6.權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)的傳感器，其中pH-敏感染料或染料體系溶解于基質(zhì)中。7.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)的傳感器，其中pH-敏感染料或染料體系與聚^J相結(jié)合。8.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)的傳感器，其中pH-敏感染料或染料體系與增塑劑相結(jié)合。9.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)的傳繊，其中pH-敏感染料或染料體系與分散于聚，基質(zhì)內(nèi)的顆粒的表面相結(jié)合。10.權(quán)利要求l-9任一項(xiàng)的傳麟，其中pH-敏感染料選自熒光素、酮、7-羥基香豆素-3-羧酸、溴百里酚藍(lán)和8-羥基芘-l，3，6-三磺,、5伶羧基熒光素、5(6)-羧麟熒光素、羧基SNARF-1、羧基SNARF4F、羧基SNARF-5F、羧基SNAFM以及它們的組合。11.權(quán)利要求1-10任一項(xiàng)的傳麟，其中基質(zhì)包含選自氫氧化物、碳^L&、有機(jī)碳鵬和有機(jī)磷鵬中的陽離:？^種的反陰離子。12.權(quán)禾腰求1-11任一項(xiàng)的傳麟，其中基質(zhì)為S^才上的膜形式。13.權(quán)利要求l-12任一項(xiàng)的傳感器,其中基質(zhì)為分散于對才上的惰粗摸內(nèi)的顆粒形式。14權(quán)利要求l-13任一項(xiàng)的傳繊，其中基質(zhì)包含乙烯錄糊、丙烯酸基聚^)、苯乙烯S^合物、纖維素,，、聚氨酯S^合物或它們的組合。15.權(quán)利要求1-13任一項(xiàng)的傳自,其中基質(zhì)包含一種基于聚硅氧烷的聚合物，例如衍生于四甲氧基硅院或四乙氧基硅;體的溶膠-凝膠、聚二甲基硅氧烷和其它有機(jī)改性的硅氧烷(oimosils)，包括氟聚合物，例如聚四氟乙烯，聚二烯，聚酯或它們的組合在內(nèi)的聚合物。16.權(quán)利要求14的傳繊，其中聚合物基質(zhì)包含乙基纖維素。17.權(quán)利要求1-16任一項(xiàng)的傳自，其中基質(zhì)具有10%(w/w)或更少的水含量，雌5%(w/w)頗少。18.權(quán)利要求1-17任一項(xiàng)的傳繊，其中染料好與金屬陽離子-離賴體配合吻的摩爾比在i:i到i:ioooo的范圍內(nèi)，^在i:io到i:iooo的范圍內(nèi)，最,在i:io到i:200的范圍內(nèi)。19.權(quán)利要求1-18任一項(xiàng)的傳繊用于觀啶二氧化碳的用途。20.—種測定氣態(tài)或液態(tài)樣品中二氧化碳的方法，包括下列步驟(a)^i共一種懷疑含有二氧化碳的氣態(tài)或液態(tài)樣品，(b)使樣品與權(quán)禾腰求1-18任一項(xiàng)的傳|蟲，并且(C)測定傳感器的光學(xué)特性，其中該光學(xué)特性與樣品中二氧化碳的械和/或二氧化碳的量相關(guān)聯(lián)。全文摘要本發(fā)明涉及一種測定氣態(tài)或液態(tài)樣品中二氧化碳的裝置，它包括一種聚合物基質(zhì)和一種包埋于聚合物基質(zhì)中的指示劑，其中該指示劑包括一種pH-敏感的染料和一種親脂的、金屬陽離子-離子載體配合物，并且其中pH-敏感染料的陰離子和金屬陽離子-離子載體配合物形成一種可溶于聚合物基質(zhì)中的離子對。文檔編號G01N21/80GK101256151SQ20081009208公開日2008年9月3日申請日期2008年2月27日優(yōu)先權(quán)日2007年2月27日發(fā)明者I·克利曼特,J·K·圖薩,M·J·P·萊納申請人:霍夫曼-拉羅奇有限公司;普森斯精密傳感有限公司