Optical Chemical Sensor Using Intensity Ratiometric Fluorescence Signals for Fast and Reliable pH Determination

pH计 荧光团 光纤 电极 荧光 电位滴定法 光强度 电位传感器 动态范围 分析化学(期刊) 材料科学 化学 光电子学 光学 色谱法 物理化学 物理
作者
Christian Grundahl Frankær,Kishwar J. Hussain,Tommy C. Dörge,Thomas Just Sørensen
出处
期刊:ACS Sensors [American Chemical Society]
卷期号:4 (1): 26-31 被引量:36
标识
DOI:10.1021/acssensors.8b01485
摘要

Optical pH sensors enable noninvasive monitoring of pH, yet in pure sensing terms, the potentiometric method of measuring pH is still vastly superior. Here, we report a full spectrometer-based optical pH sensor system consisting of sensor chemistry, hardware, and software that for the first time is capable of challenging the performance of an electrode-based pH meter in specific applications such as biopharmaceutical process monitoring and in single-use bioproduction. A highly photostable triangulenium fluorophore emitting at 590 nm was immobilized in an organically modified silicon matrix that allows for fast time-response by rapid diffusion of water in and out of the resulting composite polymer deposited on a polycarbonate substrate. Fluctuations from the fiber optical sensor hardware have been reduced by including a highly photostable terrylene-based reference dye emitting at 660 nm, thus enabling intensity-based ratiometric readouts. The dyes were excited by 505 nm light from a light emitting diode. The sensor was operational within a pH range of 4.6-7.6, and was characterized and demonstrated to have properties that are comparable to those of commercial pH electrodes considering time-response ( t90 < 90 s), precision (0.03 pH-units), and drift.

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