Optische Sauerstoffsensoren mit Lumineszenz nutzen das Prinzip der Lumineszenzlöschung durch Sauerstoffmoleküle, um präzise und zuverlässige Gaskonzentrationsmessungen zu ermöglichen. Diese Technologie wird wegen ihrer nicht-invasiven Natur und Vielseitigkeit in verschiedenen Überwachungsumgebungen sehr geschätzt.
Prinzip der Arbeitsweise
Die optische Erkennung durch Lumineszenz basiert auf der Löschung von phosphoreszierendem Licht durch Sauerstoff. Ein lumineszierendes Material, in der Regel ein spezieller Farbstoff, wird durch eine Lichtquelle, meist eine LED, angeregt. In Gegenwart von Sauerstoff treten die angeregten Farbstoffmoleküle in Wechselwirkung mit Sauerstoff, was ihre Lichtemissionseigenschaften beeinflusst. Der Grad dieser Wechselwirkung steht in direktem Zusammenhang mit der Sauerstoffkonzentration, wobei mehr Sauerstoff zu einer schnelleren Auslöschung und kürzeren Emissionslebensdauer führt. Diese Veränderung der Lumineszenzeigenschaften wird erfasst und in eine Messung der Sauerstoffkonzentration umgewandelt.
Design und Komponenten
- 1. Lumineszierender Farbstoff: Der Kern des Sensors, in der Regel eingebettet in ein gasdurchlässiges Polymer, das mit Sauerstoff interagiert.
- 2. Lichtquelle: Zur Anregung des lumineszierenden Farbstoffs werden in der Regel LEDs verwendet.
- 3. Detektor: Ein Photodetektor misst die Intensität und die Abklingzeit des emittierten Lichts, die sich umgekehrt zur Sauerstoffkonzentration verhält.
Vorteile
- Nicht-invasiv und nicht-verbrauchsintensiv: Diese Technologie verbraucht keinen Sauerstoff und verändert die Eigenschaften des Gases nicht, so dass sie sich für eine Vielzahl von Anwendungen eignet, einschließlich solcher, bei denen die Gasproben klein sind oder konserviert werden müssen, wie z. B. bei medizinischen Gasen oder biologischen Forschungsanwendungen.
- Hohe Empfindlichkeit und Selektivität: Die Quenching-Messtechnik in Kombination mit der optischen Detektion bietet ein hohes Maß an Empfindlichkeit und schnellem Messverhalten bei gleichzeitiger Selektivität für Sauerstoff, wodurch Störungen durch andere Gase minimiert werden.
- Kompakte Sensoren für nahtlose Integration: Diese Sensoren sind klein und stromsparend, so dass sie leicht in die Instrumentierung integriert werden können.
Anwendungen
Optische Lumineszenzsensoren werden häufig in Bereichen eingesetzt, in denen herkömmliche elektrochemische oder paramagnetische Sensoren nicht geeignet sind:
- Biotechnologie und Pharmazie: Überwachung von Sauerstoff in Bioreaktoren und bei der Herstellung von Arzneimitteln, wo eine Kontamination vermieden werden muss.
- Medizinisch: Messung des Sauerstoffs, der dem Patienten in der Intensiv- oder Beatmungspflege zugeführt wird
- Verpackungs- und Lebensmittelindustrie: Überprüfung des Sauerstoffgehalts in Schutzatmosphärenverpackungen, um die Frische und Langlebigkeit der Produkte zu gewährleisten.
Mit ihrer Fähigkeit, ohne Verbrauch oder Veränderung der Probe zu arbeiten, sind lumineszenzoptische Sauerstoffsensoren ein unverzichtbares Werkzeug in Branchen, in denen nicht-invasive und störungsfreie Messungen entscheidend sind. Ihre Robustheit und ihr geringer Wartungsaufwand machen sie zu einer ausgezeichneten Wahl für Anwendungen mit geringem Gasdurchsatz und für empfindliche Anwendungen, bei denen die Unversehrtheit der Probe von größter Bedeutung ist.