pH指示劑裝置和制劑的制作方法
【專利說明】pH指示劑裝置和制劑
[0001] 發(fā)明背景 可靠地測試流體樣品的pH的需要是許多行業(yè)的要求，特別是其中pH指示潛在的品質(zhì)、 安全性或健康問題的行業(yè)。pH測量在例如醫(yī)藥、生物、化學(xué)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、食品科學(xué)、環(huán)境科 學(xué)、海洋學(xué)、土木工程、化學(xué)工程、營養(yǎng)學(xué)、水處理和水凈化中是重要的。
[0002] 定期地測試水的pH。例行監(jiān)測飲用水的pH以確保其是飲用安全的，而例行測試游 泳池中的水以確保其對于在其中游泳是安全的。監(jiān)測魚塘或河水的pH變化可以指示環(huán)境污 染。在農(nóng)業(yè)和園藝中，獲知土壤的pH不僅可以指導(dǎo)選擇合適的農(nóng)作物，還可以辨別是否存在 局部環(huán)境問題，如污染。在食品和釀造行業(yè)，保持適當(dāng)?shù)膒H范圍在食品和飲料加工過程中發(fā) 生的許多物理和化學(xué)反應(yīng)中是至關(guān)重要的。監(jiān)測體液的pH可能是有用的診斷方法。例如，已 經(jīng)證明，唾液的pH可以預(yù)測對一系列疾病的易感性，包括癌癥、心臟疾病和骨質(zhì)疏松癥。
[0003] pH測試通常使用pH計來進行，但是對于許多應(yīng)用而言這些難以實施，因為它們需 要使用標(biāo)準緩沖溶液來定期校準。此外，玻璃電極是脆弱的，并且必須時常保持濕潤，通常 在酸性溶液中以避免pH傳感膜脫水和隨之導(dǎo)致的電極功能障礙。一次性pH試紙是可用的， 但是由于隨測試樣品的pH而改變顏色的持久性，試紙不能展示pH的任何經(jīng)時變化。此外，一 次性的特征增加了成本意涵。
[0004] 存在對于能夠?qū)崟r、可逆且穩(wěn)定地檢測流體中pH的裝置的需要。
[0005] 發(fā)明概述 本申請公開了涉及具有用于監(jiān)測流體pH的pH指示劑的裝置的裝置與方法。其它優(yōu)點和 改進在閱讀本申請時對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將顯而易見。
[0006] 在一個方面，提供用于測定流體樣品的pH的裝置。該裝置優(yōu)選包括經(jīng)配置成接觸 該流體的表面和共價固定在其上的pH指示劑，其中pH指示劑在與該流體接觸之前具有第一 顏色并隨著該流體的pH沿顏色譜(colour spectrum)改變顏色。在實施方案中，pH指示劑響 應(yīng)pH的改變而改變顏色，并且在例如大約0.1單位、大約0.2單位、大約0.3單位、大約0.4單 位或大約0.5單位pH間隔的間隔下，這種顏色變化可檢測到。所設(shè)想的是，檢測水平將根據(jù) 所用的檢測工具類型而改變。例如，能夠檢測光的顏色變化的電子檢測器如測色計(colour meter)能夠檢測到0.1單位的pH變化。與之相比，人眼僅能夠目視檢測與大約0.5單位的pH 變化相關(guān)的顏色變化。在實施方案中，在該裝置中使用的pH指示劑能夠檢測到大約pH 0至 大約pH 14的pH，并通過沿顏色譜的顏色變化的方式指示pH變化，該譜中各種顏色與特定pH 相關(guān)。在實施方案中，pH指示劑能夠檢測大約pH 5.0至大約pH 10.0的pH。在實施方案中，pH 指示劑能夠檢測大約pH 5.5至大約pH 9.5的pH。更特別地，pH指示劑能夠檢測大約pH 6.5 至大約pH 9.5的pH。合適的pH指示劑包括苯基偶氮化合物，如表1中列舉的那些，其可獲自 Fraunhofer EMFT， Germany〇
[0008] 在一些實施方案中，pH指示劑是三芳基甲烷染料。在一些實施方案中，pH指示劑是 熒光染料。
[0009] 在實施方案中，pH指示劑包含化合物的組合，所述組合允許檢測比通過使用單一 化合物可檢測到的更寬的pH范圍。例如，pH指示劑包含苯基偶氮化合物的組合。在實施方案 中，該組合包含至少兩種選自表1中所列舉的組的苯基偶氮化合物。在實施方案中，該組合 包含至少三種選自表1中所列舉的組的苯基偶氮化合物。在實施方案中，該組合包含至少一 種選自表1中所列舉的組的苯基偶氮化合物和至少一種并非苯基偶氮化合物的化合物。在 實施方案中，設(shè)想表1中列舉的苯基偶氮化合物的衍生物或修飾物。
[0010] 在實施方案中，該裝置是纖維素材料，例如纖維素襯墊。在實施方案中，該裝置是 無紡網(wǎng)或穿孔膜。
[0011] 在一些實施方案中，該流體是液體。非限制性實例包括水。在一些實施方案中，該 流體是氣體，例如用于面罩。在一些實施方案中，該流體是濕氣。非限制性實例包括與土壤 樣品相關(guān)的濕氣。在一些實施方案中，該流體是身體樣品。非限制性實例包括唾液、尿液、血 液、汗水/汗液。
[0012] 在另一方面中，提供用于測定流體樣品pH的裝置。該裝置優(yōu)選包括：（a)流體接觸 表面，（b)相對的非流體接觸表面，（c)包含共價固定在其中的pH指示劑的pH指示區(qū)，該pH指 示劑指示流體的pH，其中pH指示劑的顏色響應(yīng)該流體的pH的改變而改變，和(d )至少一個用 于朝向pH指示區(qū)引導(dǎo)流體的導(dǎo)管。該導(dǎo)管有助于朝向pH指示劑引導(dǎo)流體，而不會在通向指 示劑的途中顯著改變該pH。在某些實施方案中，該導(dǎo)管的材料不含酸或堿官能，也就是說， 其是中性的，并且不會從流體中去除任何酸或堿實體，直到其到達pH指示系統(tǒng)。在某些實施 方案中，該裝置具有外表面，pH指示區(qū)位于該外表面處或位于該外表面附近。在其它實施方 案中，該裝置具有在流體接觸表面與相對的非流體接觸表面之間延伸的外周邊緣，pH指示 區(qū)位于該外周邊緣或位于該外周邊緣附近。在某些實施方案中，導(dǎo)管側(cè)向引導(dǎo)流體朝向該 pH指示區(qū)。在實施方案中，pH指示劑相應(yīng)于pH的改變而改變顏色，這種顏色變化在例如大約 0.1單位、大約0.2單位、大約0.3單位、大約0.4單位或大約0.5單位pH間隔的間隔下是可檢 測的。設(shè)想的是，檢測水平將根據(jù)所用的檢測工具類型而改變。例如，電子檢測器如測色計 能夠檢測0.1單位的pH變化。與之相比，人眼僅能夠目視檢測與大約0.5單位的pH變化相關(guān) 的顏色變化。在實施方案中，在該裝置中使用的pH指示劑能夠檢測pH 0至14之間的pH，并通 過沿顏色譜的顏色變化的方式指示pH變化，該譜中各種顏色與特定pH相關(guān)。在實施方案中， 該pH指示劑能夠檢測大約pH 5至大約pH 10的pH。特別地，該pH指示劑能夠檢測大約pH 5.5 至大約pH 9.5的pH。更特別地，該pH指示劑能夠檢測大約pH 6.5至大約pH 9.5的pH。合適的 pH指示劑包括苯基偶氮化合物，如選自表1中列舉的組的那些。在實施方案中，pH指示劑包 含化合物的組合，所述組合允許檢測比通過使用單一化合物可檢測到的更寬的pH范圍。例 如，pH指示劑包含苯基偶氮化合物的組合。在實施方案中，該組合包含至少兩種選自表1中 所列舉的組的苯基偶氮化合物。在實施方案中，該組合包含至少三種選自表1中所列舉的組 的苯基偶氮化合物。在實施方案中，該組合包含至少一種選自表1中所列舉的組的苯基偶氮 化合物和至少一種并非苯基偶氮化合物的化合物。在實施方案中，設(shè)想表1中列舉的苯基偶 氮化合物的衍生物或修飾物。
[0013] 在又一方面中，提供用于指示流體的pH的制劑。有利地，pH指示劑共價固定在該制 劑中并因此不會在接觸時被流體洗去。該制劑優(yōu)選包含充當(dāng)pH指示劑的染料。該染料可以 包括苯基偶氮化合物，其中該苯基偶氮化合物的顏色響應(yīng)流體的pH的改變而改變。在實施 方案中，該pH染料響應(yīng)0.5單位間隔的pH改變而改變顏色。例如，該pH指示劑對于各0.5單位 間隔的pH改變具有不同顏色。在該裝置中使用的pH指示劑能夠檢測pH 5至10、特別為pH 5.5至9.5和更特別為pH 6.5至9.5的pH。合適的pH指示劑包括苯基偶氮化合物，如選自表1 中列舉的組的那些。在實施方案中，該pH指示劑包含允許檢測比通過使用單一化合物可檢 測到的更寬的pH范圍的化合物的組合。例如，該pH指示劑包含苯基偶氮化合物的組合。在實 施方案中，該組合包含至少兩種選自表1中列舉的組的苯基偶氮化合物。在實施方案中，該 組合包含至少三種選自表1中列舉的組的苯基偶氮化合物。在實施方案中，該組合包含至少 一種選自表1中列舉的組的苯基偶氮化合物和至少一種并非苯基偶氮化合物的化合物。在 實施方案中，設(shè)想表1中列舉的苯基偶氮化合物的衍生物或修飾物。在實施方案中，將該制 劑施加至用于檢測在制造時pH的裝置。在實施方案中，該制劑是一種膠粘劑。在實施方案 中，該膠粘劑是一種低粘性膠粘劑，例如硅酮(silicon)膠粘劑。在其它實施方案中，所設(shè)想 的是，該制劑是一種凝膠，例如，適型的半剛性或剛性凝膠，其不會在與待測試的流體接觸 時崩解。該制劑可用于根據(jù)第一和/或第二方面的裝置。
[0014] 在另一方面中，提供了用于監(jiān)測流體的pH的方法。該方法優(yōu)選包括以下步驟：（a) 提供包括經(jīng)配置成接觸該流體的表面的裝置，所述表面具有共價結(jié)合在其上的pH指示劑， 其中該pH指示劑在與流體接觸之前具有第一顏色，并隨著流體的pH而改變顏色，（b)使該裝 置與該流體接觸，（c)評估該pH指示劑的顏色。所設(shè)想的是，該方法可用于許多應(yīng)用，在這些 應(yīng)用中，獲知流體樣品的pH對確定品質(zhì)控制或安全性至關(guān)重要。潛在應(yīng)用的非限制性實例 包括:食品儲存;包裝變質(zhì)（spo i lage )指示劑;紅酒;釀酒;飲用水、游泳池水、河水或魚塘的 分析;農(nóng)業(yè)和園藝;服裝，例如汗液分析;工藝、氣體、液體的在線監(jiān)測;皮膚護理-醫(yī)藥(皮膚 科)或化妝品;檢測更改/不一致的容器涂層和表面;監(jiān)測藥物釋放或穩(wěn)定性。
[0015] 在又一方面中，裝置包括具有共價結(jié)合在其上的pH指示工具的流體接觸表面，其 中該pH指示工具在與流體