WO2015172166A1 - Messung der fluoreszenz eines indikators in einer gasdichten verpackung, die produkte mit limitierter lagerfähigkeit enthält - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a method for non-invasive measurement of the gas content of at least one gas selected from O 2 , C0 2 , amines, nitrogen oxides, sulfur compounds in transparent containers consisting of plastic films, glass or other translucent materials, in which one for the Gas content inside
  • the sensitive packaging material is excited by incident excitation light for emission of a fluorescent or luminescent light
  • the emitted fluorescent or luminescent light is detected in a detection device interacting with the sensor, whereupon the packaged materials or produced materials depend on one in one coupled to the detection device
  • evaluation unit determined gas content of a sorting and optionally counted, and a device for non-invasive measurement of the gas content of at least one gas selected from 0 2 , C0 2 , amines, nitrogen oxides, sulfur compounds in transparent containers consisting of plastic films, glass or other translucent Materials in which a gas content in the interior of the
  • packet sensitive sensor material interacts with excitation light and emits a directed to a detection unit coupled to a detection device directed fluorescence or luminescence.
  • Samples of the packaged materials are made, or an entire batch with a larger number of individual products is tested together.
  • Another important criterion in the study of materials with respect to a desired gas content is that the measurements can be carried out non-invasively, otherwise there is a risk of contamination with contaminants or the packaging may be damaged by an optionally invasive procedure, so that the materials contained therein must also be discarded after testing. Again, there is the problem that not only the examined package must be discarded if too high levels are contained in the gas to be examined in the package, but the entire batch, as a study of all samples does not appear economically feasible.
  • the term "materials" contained in packages is not limited to any particular physical state of the contents of the packages, but includes solid, semi-solid and liquid materials as well as gases dissolved in liquids, particularly liquids containing dissolved gases
  • the term material is not limited to foods or pharmaceuticals, but may also include analytes or, for example, storage and / or cleaning liquids.
  • the present invention now aims to provide a non-invasive measuring method and a device therefor, with which it is possible to continuously examine all the similar, in a plastic film, glass or other light-transmitting materials mated materials and targeted to sort out defective products or products with an excessively high content of the gas to be investigated, without having to discard the entire batch and without damaging the packaging or the packaged product during the examination.
  • the method according to the invention is essentially characterized in that the following steps are carried out:
  • the excitation and detection unit has at least one excitation light source, which excites the sensor material depending on the gas content in the interior of the package for emission of fluorescent or luminescent light, as well as one with the at least one excitation light source a detection means arranged on a common carrier, which is arranged at a defined distance from the conveyor and in particular together with the excitation light source and a measuring or evaluation unit forms a detection and evaluation unit. After receiving a corresponding fluorescence or luminescence signal and calculating a measured value, this measured value is determined in the detection device implemented electronically or electrically and output a confirmation or rejection signal from the evaluation unit.
  • gas content in the context of the present application is considered to be equivalent to the term concentration of the corresponding gas.
  • the sensor material is applied to the cover of the packaging by application methods known per se, such as pad printing, screen printing, offset printing, intaglio printing, bruising or spitting or else labeling. All application methods are known per se, and it is essential in connection with the method according to the invention that a continuous application method is selected which is capable of applying sufficiently thin or small sensors to the package and rapid drying of the sensor material
  • the packaging is applied as a sensor material on O2, CO2, NH 3 , amines or NO 2 responsive sensor material on the cover, in particular the inside, which is in contact with the materials to be examined in the sequence, the packaging, whereby the Gas content inside the packaging can be measured safely and reliably.
  • the packaging is sealed before the measurement with a modified atmosphere applied to gas to be measured.
  • the gas-tightness can be reliably and reliably determined in a subsequently performed second measurement of a fluorescence or luminescence signal, since a measurement signal is obtained which corresponds to a different gas content from the first measured value.
  • a leaking packaging can be determined, without it being necessary to wait, for example, until a small leakage or biological decomposition of the products contained in the interior of the packaging causes a shift in the concentration of the individual residues of gases in the packaging occurred.
  • the gas content can also be read at a later date, for example after a certain storage period, in order to determine whether there is a leakage or degradation or decomposition of the packaged product takes place or has taken place.
  • the process is essentially carried out so that the measurement of the gas content by serial excitation and detection of the fluorescent or luminescent light is carried out at the constant time intervals of 20 ms to 80 ms, in particular 50 ms.
  • Such a process management ensures that a large number of measured values is generated and furthermore ensures that all packaging as well as the materials contained therein and / or incorporated therein are reliably and reliably measured, whereupon, by evaluating the measured values obtained, it can be ascertained packed product or the packaging or the container itself meets or does not meet the quality requirements.
  • measured values obtained in the evaluation unit are assigned absolute concentration values and, depending on the determined gas content at a sorting device, in particular a sorting gate, the confirming or rejecting signal is triggered.
  • a device which is suitable for carrying out such a method is essentially characterized in that at least one excitation light source is provided at a defined distance from the sensor material arranged inside the packaging, that one with the at least one excitation light source at a common holder fixed detection unit, in particular a photodiode is provided for interaction with the fluorescent or luminescent light emitted from the sensor material and an electronic evaluation unit and that the packaging containing the sensor material is applied to a moving at a constant, defined speed conveyor system.
  • the essential features of a device are that the sensor material is arranged separately from the excitation light source and the evaluation unit in direct contact with the materials to be measured and that the packaging containing the sensor material is applied to a conveyor system moving at a uniformly defined speed and is movably arranged with respect to the excitation and detection unit.
  • the method is essentially carried out such that excitation light from the at least one excitation light source occurs on the sensor material, whereupon it is excited to emit fluorescence or luminescence light during the passage, and at the same time the emitted fluorescence or luminescence signal is detected in the evaluation unit and in an electrical or electronic
  • the device according to the invention is essentially designed so that two LEDs as Excitation light sources are provided. With such a device it is ensured that excitation light impinges on each individual sensor spot and each individual package to be examined is irradiated with excitation light in order to be able to measure the gas content in the interior of each individual package.
  • the device is designed so that a plurality of lenses and / or optical filters are connected upstream of the detection unit, a bundling of the fluorescence or luminescence light in the direction of the detection unit is achieved a further unified or improved measurement result can be obtained.
  • the device according to the invention is developed such that at least one pulse generator is provided in order to periodically send out excitation light.
  • light pulses are emitted at defined time intervals, in particular between 20 ms and 80 ms, preferably 50 ms, so that certainly every single sensor spot is exposed to excitation light and at least one fluorescence or luminescence event is excited by the excitation light at each individual sensor spot to be able to reliably inspect each individual packaging in terms of the gas content in its interior.
  • the evaluation unit may include a counting device, with which not only the number of packages can be determined in total, but also the number of rejected or permissible packaging can be determined.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a measuring system according to the invention
  • Fig. 2 is a diagram showing the measurement results for the content of a gas to be examined in a sample.
  • Example 1 is a schematic representation of a measuring system according to the invention
  • Fig. 2 is a diagram showing the measurement results for the content of a gas to be examined in a sample.
  • a plastic film, intended as a cover foil for a sausage packaging, is coated on its surface, which represents an inner side after packaging the sausage product, by means of spitting with at least one discrete small point of a sensor material.
  • a clocked Farbspuckers drop on demand
  • the dots are subjected to drying for two seconds in the stream of warm air while the cover sheet is conveyed further to the packaging apparatus where a food such as sausage is placed in the lower portion of the package and then into the package a modified atmosphere of the gas to be measured , introduced in the present case O2 and heat sealed.
  • a packaging produced in this way is deposited on a conveying device in a first step immediately after the packaging and subjected to a non-contact measurement of the oxygen content in the interior of the packaging during conveying.
  • a light pulse is emitted every 50 ms from an excitation light source arranged at a distance from the packaging, which excitation light excites the sensor material arranged inside the packaging as a function of the oxygen content prevailing inside the packaging to emit fluorescent light.
  • the fluorescent light is focused on a photodiode by means of a plurality of lenses or mirrors arranged on one and the same carrier with the excitation light sources.
  • An electrical pulse is generated at the photodiode, which is processed digitally in a device connected to the photodiode electronics in a reading regarding the oxygen concentration in the interior packaging.
  • pulsed excitation light is impinged by the excitation light source 1 on the inside of the schematically illustrated packaging 3 sensor 2, wherein emitted from the sensor 2 fluorescent light, which is schematically indicated by 4, via a plurality of lenses or mirrors 5 on a Detection device 6 impinges.
  • the fluorescent light is converted into an electronic signal, which signal is evaluated in the evaluation unit 7 with respect to its intensity and an absolute concentration of the signal to be measured from the intensity of the signal by comparison with comparative values obtained during a calibration procedure Oxygen content in the sample is calculated.
  • the evaluation unit 7 outputs a measuring signal each time a sensor 2 has been excited by the excitation light 1 to emit fluorescent light.
  • a schematic diagram of the measurement signals is shown in FIG.
  • the measured value determined in the detection device is assigned to an absolute measured value by previously calibrating the sensors which were introduced for the packagings 3 by applying and measuring different gas concentrations and by assigning the measured values to the determined gas concentrations.
  • Oxygen content in a cleaning and storage solution for contact lenses which is contained in a package according to the invention
  • a cover sheet for a glass container intended as a storage container of contact lenses is coated on its surface facing the filling and cleaning solution after filling of the contact lenses with a discrete point of a sensor material.
  • the coating is carried out by means of screen printing and the sensor points formed are subjected to drying in a stream of hot air before they are applied to a storage container for contact lenses, which also contains the storage liquid in addition to the contact lens.
  • the storage liquid is saturated in this case with the gas to be measured, in this case oxygen.
  • a obtained measurement chart indicates, in the case of the experiment of Example 2, whether the oxygen concentration in the cleaning and storage liquid for contact lenses is too high or too low or within the desired range.
  • the method can also be carried out so that immediately after the packaging, a first measurement, as described above, is performed, the sample is then pressurized and then a second measurement is carried out. In any event, if the seal of the package is not completely sealed, oxygen is added to the interior of the package after the application of pressure, whereupon the second measured value no longer corresponds to the first measured value and it is made clear that the packaging is leaky, whereupon the product is immediately sorted out can be.
  • Example 3 The same arrangement can also be used, for example, for measuring the gas content in medical articles, pharmaceuticals and electronic components.
  • Example 3 The same arrangement can also be used, for example, for measuring the gas content in medical articles, pharmaceuticals and electronic components.
  • the senor material is glued or printed on the the space between the glass panes facing side of a glass sheet and as described in Example 1 or 2, excited and read from the outside. This serves to check whether the degree of filling with inert gas is sufficiently large.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur nicht invasiven Messung des Gasgehalts von wenigstens einem Gas, gewählt aus O2, CO2, Amine, Stickoxide, Schwefelverbindungen in transparenten Behältern bestehend aus Kunststofffolien, Glas oder anderen lichtdurchlässigen Materialien, in welchem ein für den Gasgehalt im Inneren der Verpackung empfindliches Sensormaterial durch darauf auftreffendes Anregungslicht zur Emission eines Fluoreszenz- oder Lumineszenzlichts angeregt wird, das emittierte Fluoreszenz- oder Lumineszenzlicht in einer mit dem Sensor wechselwirkenden Detektionseinrichtung detektiert wird, worauf die verpackten Materialien oder produzierten Materialien in Abhängigkeit von einem in einer mit der Detektionseinrichtung gekoppelten Auswerteeinheit ermittelten Gasgehalt einer Sortierung und gegebenenfalls Zählung unterworfen werden, umfassend die Schritte: a) gegebenenfalls Tiefziehen der Verpackung; b) Anbringen eines Sensormaterials auf einer Innenseite einer Abdeckung für die Verpackung oder auf der Innenseite der Verpackung sowie gegebenenfalls Trocknen des Sensormaterials; c) Einbringen der zu verpackenden Materialien in die Verpackung; d) gasdichtes Verschließen der Verpackung unter Einbringung einer modifizierten Atmosphäre aus dem zu messenden Gas mit der Abdeckung; e) Aufbringen der Verpackung auf eine Förder- und Sortiereinrichtung; f) Anregen des Sensormaterials durch wenigstens eine in definiertem Abstand von der Verpackung angeordnete Anregungslichtquelle; g) berührungsloses Detektieren der Intensität des von dem Sensormaterial in Abhängigkeit von dem Gasgehalt im Inneren der Verpackung emittierten Fluoreszenz- oder Lumineszenzlichts mittels einer in definiertem Abstand von der Fördereinrichtung angeordneten Detektionseinrichtung, während eines Förderers der Verpackung zu einer Sortiereinrichtung; h) elektrisches oder elektronisches Umsetzen eines in der Detektionseinrichtung erfassten Messwerts in der Auswerteeinheit; i) gegebenenfalls Anlegen eines Drucks auf die Verpackung sowie neuerliches Durchführen der Schritte f) bis h); j) Ausgeben eines Bestätigungs- oder Abweisesignal von der Auswerteeinheit, und k) Weiterführen der Verpackungen zu einer Weiterbearbeitung oder einer Entsorgung in Abhängigkeit von dem durch die Auswerteeinheit errechneten Gasgehalt in der Verpackung, sowie Vorrichtung hierfür.

Description

MESSUNG DER FLUORESZENZ EINES INDIKATORS IN EINER GASDICHTEN VERPACKUNG, DIE
PRODUKTE MIT LIMITIERTER LAGERFÄHIGKEIT ENTHÄLT
5
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur nicht invasiven Messung des Gasgehalts von wenigstens einem Gas, gewählt aus 02, C02, Aminen, Stickoxiden, Schwefelverbindungen in transparenten Behältern bestehend aus Kunststofffolien, Glas oder anderen lichtdurchlässigen Materialien, in welchem ein für den Gasgehalt im Inneren
10 der Verpackung empfindliches Sensormaterial durch darauf auftreffendes Anregungslicht zur Emission eines Fluoreszenz- oder Lumineszenzlichts angeregt wird, das emittierte Fluoreszenz- oder Lumineszenzlicht in einer mit dem Sensor wechselwirkenden Detek- tionseinrichtung detektiert wird, worauf die verpackten Materialien oder produzierten Materialien in Abhängigkeit von einem in einer mit der Detektionseinrichtung gekoppelten
15 Auswerteeinheit ermittelten Gasgehalt einer Sortierung und gegebenenfalls Zählung unterworfen werden, sowie eine Vorrichtung zur nicht invasiven Messung des Gasgehalts von wenigstens einem Gas, gewählt aus 02, C02, Aminen, Stickoxiden, Schwefelverbindungen in transparenten Behältern bestehend aus Kunststofffolien, Glas oder anderen lichtdurchlässigen Materialien, in welchem ein für den Gasgehalt im Inneren der Ver-
20 packung empfindliches Sensormaterial mit Anregungslicht wechselwirkt und ein auf eine mit einer Auswerteeinheit gekoppelte Detektionseinrichtung gerichtetes Fluoreszenz- oder Lumineszenzlicht emittiert.
Bekannte Messverfahren zum Messen des Gasgehalts von in für Anregungslicht durch-
25 lässigen Behältern verpackten Materialien, welche gegenüber einem zu messenden Gas, wie beispielsweise Sauerstoff, Stickoxiden, Ammoniak oder dgl. empfindliche Materialien enthalten oder auch derartige Gase als Zersetzungsprodukte ausbilden, werden derzeit mit nicht kontinuierlich arbeitenden Verfahren in Bezug auf den Gehalt an dem interessierenden Gas überprüft. Diese Verfahren sind einerseits langsam und können andererseits
3 0 aufgrund der Notwendigkeit, jede Probe einzeln und gesondert zu untersuchen, nur an
Stichproben der verpackten Materialien durchgeführt werden, oder es wird eine gesamte Charge mit einer größeren Anzahl an einzelnen Produkten gemeinsam überprüft. Insbesondere bei Lebensmitteln und auf dem pharmazeutischen Bereich ist es erforderlich zu überprüfen, ob Produkte die strengen geforderten Standards erfüllen, und es muss übli- 3 5 cherweise, sollte ein fehlerhaftes Produkt gefunden werden, die gesamte Charge aussor- tiert werden, da nicht bekannt ist, ob bzw. wie viele andere Proben ebenfalls fehlerhaft sind bzw. über bestimmten Grenzwerten liegende Gasgehalte aufweisen.
Ein weiteres wichtiges Kriterium bei der Untersuchung von Materialien in Bezug auf einen gewünschten Gasgehalt besteht darin, dass die Messungen nicht invasiv durchgeführt werden können, da ansonsten die Gefahr der Kontamination mit Schadstoffen besteht bzw. die Verpackungen nach einem gegebenenfalls invasiv geführten Verfahren eine Beschädigung aufweisen, so dass die darin enthaltenen Materialien nach der Testung ebenfalls wiederum verworfen werden müssen. Auch hier besteht das Problem, dass nicht nur die untersuchte Verpackung verworfen werden muss, wenn zu hohe Gehalte an dem zu untersuchenden Gas in der Verpackung enthalten sind, sondern die gesamte Charge, da eine Untersuchung sämtlicher Proben ökonomisch nicht möglich erscheint.
Der hier verwendete Begriff von in Verpackungen enthaltenen „Materialien" ist hierbei nicht auf einen bestimmten Aggregatzustand des Inhalts der Verpackungen beschränkt, sondern umfasst feste, halbfeste und flüssige Materialien ebenso wie in Flüssigkeiten gelöste Gase, insbesondere das zu messende Gase gelöst aufweisende Flüssigkeiten. Weiterhin ist der Begriff Material nicht auf Lebensmittel oder Pharmazeutika beschränkt, sondern kann auch Analyten oder beispielsweise Aufbewahrungs- und/oder Reinigungsflüs- sigkeiten umfassen.
Die vorliegende Erfindung zielt nun darauf ab, ein nicht invasives Messverfahren sowie eine Vorrichtung hierfür zur Verfügung zu stellen, mit welchem bzw. welcher es gelingt, sämtliche gleichartigen, in einer Kunststofffolie, Glas oder anderen lichtdurchlässigen Ma- terialien verpackten Materialien kontinuierlich zu untersuchen und gezielt fehlerhafte Produkte bzw. Produkte mit einem zu hohem Gehalt an dem zu untersuchenden Gas auszusortieren, ohne dass die gesamte Charge verworfen werden muss und ohne dass bei der Untersuchung eine Beschädigung der Verpackung oder des verpackten Produkts erfolgt. Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass die folgenden Schritte ausgeführt werden:
a) gegebenenfalls Tiefziehen der Verpackung
b) Anbringen eines Sensormaterials auf einer Innenseite einer Abdeckung für die Verpackung oder auf der Innenseite der Verpackung sowie gegebenenfalls Trocknen des Sensormaterials,
c) Einbringen der zu verpackenden Materialien in die Verpackung, d) gasdichtes Verschließen der Verpackung unter Einbringung einer modifizierten Atmosphäre aus dem zu messenden Gas mit der Abdeckung,
e) Aufbringen der Verpackung auf eine Förder- und Sortiereinrichtung,
f) Anregen des Sensormaterials durch wenigstens eine in definiertem Abstand von der Verpackung angeordnete Anregungslichtquelle,
g) berührungsloses Detektieren der Intensität des von dem Sensormaterial in Abhängigkeit von dem Gasgehalt im Inneren der Verpackung emittierten Fluoreszenz- oder Lumineszenzlichts mittels einer in definiertem Abstand von der Fördereinrichtung angeordneten Detektionseinrichtung, während eines Förderers der Verpackung zu einer Sortierein- richtung,
h) elektrisches oder elektronisches Umsetzen eines in der Detektionseinrichtung erfassten Messwerts in der Auswerteeinheit,
i) gegebenenfalls Anlegen eines Drucks auf die Verpackung sowie neuerliches Durchführen der Schritte f) bis h)
j) Ausgeben eines Bestätigungs- oder Abweisesignal von der Auswerteeinheit, und k) Weiterführen der Verpackungen zu einer Weiterbearbeitung oder einer Entsorgung in Abhängigkeit von dem durch die Auswerteeinheit errechneten Gasgehalt in der Verpackung. Indem das erfindungsgemäße Verfahren so geführt wird, das ein Sensormaterial auf einer
Innenseite einer Abdeckung für eine Verpackung aufgebracht wird und dieses Sensormaterial, sofern erforderlich, einem Trocknen unterworfen wird, gelingt es, einen Sensor in unmittelbarem Kontakt mit den in einer Verpackung enthaltenen, zu untersuchenden Materialien zur Verfügung zu stellen, welcher Sensor nach einem gasdichten Verschließen der Verpackung direkt auf einer Förder- und Sortiereinrichtung mit Hilfe einer Anregungsund Detektionseinheit zur Emission von Fluoreszenz- oder Lumineszenzlicht angeregt und das emittierte Fluoreszenz- oder Lumineszenzlicht ausgelesen werden kann. Die An- regungs- und Detektionseinheit weist hierbei in ein und demselben Gerätteil angeordnet wenigstens eine Anregungslichtquelle auf, welche das Sensormaterial in Abhängigkeit von dem Gasgehalt im Inneren der Verpackung zur Emission von Fluoreszenz- oder Lumineszenzlicht anregt, ebenso wie eine mit der wenigstens einen Anregungslichtquelle auf einem gemeinsamen Träger angeordnete Detektionseinrichtung auf, welche in einem definierten Abstand von der Fördereinrichtung angeordnet ist und insbesondere gemeinsam mit der Anregungslichtquelle und einer Mess- bzw. Auswerteeinheit eine Detektions- und Auswerteeinheit ausbildet. Nach Erhalt eines entsprechenden Fluoreszenz- bzw. Lumineszenzsignals und Errechnen eines Messwerts wird dieser Messwert in der Folge in der Detektionseinrichtung elektronisch oder elektrisch umgesetzt und ein Bestätigungsoder Abweisesignal von der Auswerteeinheit ausgegeben. Im Falle des Erhalts eines Bestätigungssignals, d.h. der Gasgehalt in der Verpackung liegt innerhalb vorgegebener Grenzen, wird von der Förder- und Sortiereinrichtung das in einer Kunststofffolie, in Glas oder einem anderen lichtdurchlässigen Material verpackte, empfindliche Material einer Weiterverarbeitung, wie beispielsweise einer weiteren Verpackung in großen Gebinden oder für einen unmittelbaren Verbrauch zugeteilt, oder im Falle eines abweisenden Signals einer Entsorgung unmittelbar zugeführt. Mit einem derartigen Verfahren gelingt es, nicht nur jedes einzelne Produkt nicht invasiv zu untersuchen, sondern das Verfahren ar- beitet mit einer derartigen Geschwindigkeit, dass die Messung unmittelbar auf einem Förderband erfolgen kann und die Produkte bzw. die verpackten Materialien keinen weiteren gesonderten Detektionsschritten unterworfen werden müssen, wodurch ein besonders effizientes und Zeit sparendes Verfahren zur Ermittlung des Gasgehalts im Inneren einer Verpackung zur Verfügung gestellt werden kann.
Der Ausdruck Gasgehalt wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung gleichbedeutend mit dem Ausdruck Konzentration des entsprechenden Gases betrachtet.
Gemäß einer Weiterführung des Verfahrens wird das Sensormaterial durch an sich be- kannte Aufbringungsverfahren, wie Tampondruck, Siebdruck, Offsetdruck, Tiefdruck, Bru- shen oder Spucken oder auch Etikettieren auf die Abdeckung der Verpackung aufgebracht. Sämtliche Aufbringungsverfahren sind an sich bekannt, wobei es im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wesentlich ist, dass ein kontinuierliches Aufbringungsverfahren gewählt wird, welches ausreichend dünne bzw. kleine Sensoren auf die Verpackung aufzubringen vermag und ein rasches Trocknen des Sensormaterials zur
Verfügung stellen kann, um die kontinuierliche Verpackung von zu untersuchenden Materialien, wie Lebensmittelprodukten oder Medikamenten nicht zu unterbrechen und auch gleichzeitig einen Sensor für eine sichere und zuverlässige Detektion des Gasgehalts im Inneren der Verpackung ohne Beschädigung des verpackten Materials oder der Ver- packung selbst zur Verfügung zu stellen.
Gemäß einer Weiterführung der Erfindung wird als Sensormaterial ein auf O2, CO2, NH3, Amine oder NO2 ansprechendes Sensormaterial auf die Abdeckung, insbesondere die Innenseite, welche in der Folge in Kontakt mit den zu untersuchenden Materialien steht, der Verpackung aufgebracht, wodurch der Gasgehalt im Inneren der Verpackung sicher und zuverlässig gemessen werden kann. Für eine genaue und insbesondere reversible Messung des Gasgehalts in der Verpackung und insbesondere um zu messen, ob ein Gehalt an zu untersuchenden Gasen einen in der Verpackung zulässigen Grenzwert übersteigt, wird vor der Messung die Ver- packung während des Verschließens mit einer modifizierten Atmosphäre aus dem zu messenden Gas beaufschlagt. Bei einer derartigen Verfahrensführung wird sichergestellt, dass einerseits festgestellt werden kann, ob der Verschluss gasdicht ist und andererseits festgestellt werden kann, ob im Inneren der Verpackung enthaltene Produkte, die zu untersuchenden Gase im Zuge ihrer Zersetzung bzw. Zerstörung abgeben, in welchem Fall die Produkte wiederum entsorgt werden müssen. Weiterhin kann, wie dies einer Weiterbildung der Erfindung entspricht, nach einem gasdichten Verschließen der Verpackung ein Druck auf die Abdeckung der Verpackung ausgeübt werden, wodurch im Falle eines Lecks bzw. einer unvollständigen Versiegelung der Verpackung nach Aufheben des Drucks auf die Verpackung Gas/Luft in das Innere der Verpackung einströmt. Somit kann sicher und zuverlässig die Gasdichtheit bei einer nachfolgend ausgeführten zweiten Messung eines Fluoreszenz-oder Lumineszenzsignals bestimmt werden, da ein Messsignal erhalten wird, welches einem von dem ersten Messwert verschiedenen Gasgehalt entspricht. Damit kann eine undichte Verpackung ermittelt werden kann, ohne das es erforderlich wird, beispielsweise so lange zuzuwarten, bis durch Eindringen durch eine kleine Undichtheit oder durch biologische Zersetzung der im Inneren der Verpackung enthaltenen Produkte eine Verschiebung der Konzentration der einzelnen Restbestände an Gasen in der Verpackung eingetreten ist.
Es erübrigt sich festzuhalten, dass der Gasgehalt auch zu einem späteren Zeitpunkt, bei- spielsweise nach einer gewissen Lagerdauer ausgelesen werden kann, um zu ermitteln, ob eine Leckage vorliegt oder ein Abbau bzw. eine Zersetzung des verpackten Produkts stattfindet bzw. stattgefunden hat.
Um eine kontinuierliche Verfahrensführung sicherzustellen, wird das Verfahren im We- sentlichen so geführt, dass das Messen des Gasgehalts durch serielle Anregung und De- tektion des Fluoreszenz- oder Lumineszenzlichts im gleichbleibenden zeitlichen Intervallen von 20 ms bis 80 ms, insbesondere 50 ms durchgeführt wird. Bei einer derartigen Verfahrensführung wird sichergestellt, dass eine Vielzahl von Messwerten generiert wird und weiterhin gewährleistet, dass jede Verpackung sowie die darin enthaltenen bzw. darin ein- gebrachten Materialien sicher und zuverlässig vermessen werden, worauf durch Auswertung der erhaltenen Messwerte festgestellt werden kann, ob ein verpacktes Produkt bzw. die Verpackung oder das Gebinde selbst den Qualitätsanforderungen entspricht oder nicht entspricht.
Hierbei werden, wie dies einer Weiterbildung der Erfindung entspricht, in der Auswerteein- heit erhaltenen Messwerte absoluten Konzentrationswerten zugeordnet und in Abhängigkeit vom ermittelten Gasgehalt an einer Sortiereinrichtung, insbesondere einer Sortierweiche, das Bestätigungs- oder Abweisesignal ausgelöst. Durch eine derartige Verfahrensführung werden fehlerhafte Produkte mit Sicherheit aussortiert und andererseits werden entsprechende Produkte einer Weiterverarbeitung, wie beispielsweise einer Verpackung in Gebinden oder einem Versand zugeführt.
Eine Vorrichtung, welche für die Durchführung eines derartigen Verfahrens geeignet ist, ist im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Anregungslichtquelle in definiertem Abstand von dem im Inneren der Verpackung angeordnetem Sensormate- rial vorgesehen ist, dass eine mit der wenigstens einen Anregungslichtquelle an einer gemeinsamen Halterung festgelegte Detektionseinheit, insbesondere eine Fotodiode von zur Wechselwirkung mit von dem Sensormaterial emittierten Fluoreszenz- oder Lumineszenzlicht sowie eine elektronische Auswerteeinheit vorgesehen ist und dass die das Sensormaterial enthaltende Verpackung auf einem sich mit gleichbleibender, definierter Ge- schwindigkeit bewegenden Fördersystem aufgebracht ist. Die wesentlichen Merkmale einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehen darin, dass das Sensormaterial von der Anregungslichtquelle und der Auswerteeinheit getrennt in direktem Kontakt mit den zu vermessenden Materialien angeordnet ist und das die das Sensormaterial enthaltende Verpackung auf ein sich mit gleichbleibend definierter Geschwindigkeit bewegenden För- dersystem aufgebracht wird und in Bezug auf die Anregungs- und Detektionseinheit bewegbar angeordnet ist. Hierbei wird das Verfahren im Wesentlichen so geführt, dass Anregungslicht von der wenigstens einen Anregungslichtquelle auf das Sensormaterial auftritt, worauf dieses während des Vorbeiführens zur Emission von Fluoreszenz- oder Lumineszenzlicht angeregt wird und gleichzeitig das emittierte Fluoreszenz- oder Lumines- zenzsignal in der Auswerteeinheit detektiert und in ein elektrisches bzw. elektronisches
Signal umgewandelt wird, welches der Auswerteeinheit zugeführt wird und in der Folge der Gehalt an dem in der Verpackung enthaltenen schädlichen Gas berührungslos und zeitnah erfasst wird. Für sichere und gleichbleibende und insbesondere reproduzierbare Messergebnisse ist die erfindungsgemäße Vorrichtung im Wesentlichen so ausgebildet, dass zwei LEDs als Anregungslichtquellen vorgesehen sind. Mit einer derartigen Vorrichtung wird sichergestellt, dass Anregungslicht auf jeden einzelnen Sensorspot auftrifft und jede einzelne zu untersuchende Verpackung mit Anregungslicht bestrahlt wird, um den Gasgehalt im Inneren jeder einzelnen Verpackung messen zu können.
Indem, wie dies einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung entspricht, die Vorrichtung so ausgebildet ist, dass eine Mehrzahl Linsen und/oder optischen Filtern der Detek- tionseinheit vorgeschalten ist, wird eine Bündelung des Fluoreszenz- bzw. Lumineszenzlichts in Richtung auf die Detektionseinheit erreicht, wodurch ein weiter vereinheitlichtes bzw. verbessertes Messergebnis erhalten werden kann.
Um gleichzeitig sicherzustellen, dass eine Vielzahl von in gleichen Zeitabständen ausgesandten Lichtpulsen auf die Verpackungen auftrifft, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung so weitergebildet, dass wenigstens ein Pulsgeber vorgesehen ist, um periodisch Anre- gungslicht auszusenden. Mit einer derartigen Vorrichtung werden Lichtpulse in definierten Zeitabständen, insbesondere zwischen 20 ms und 80 ms, vorzugsweise 50 ms ausgesandt, so dass mit Sicherheit jeder einzelne Sensorspot mit Anregungslicht beaufschlagt wird und wenigstens ein Fluoreszenz- oder Lumineszenzereignis durch das Anregungslicht an jedem einzelnen Sensorspot angeregt wird, um zuverlässig jede einzelne Ver- packung in Bezug auf den Gasgehalt in ihrem Inneren untersuchen zu können.
Indem, wie dies einer Weiterbildung der Erfindung entspricht, die Auswerteeinheit mit einer Sortier- und Zählvorrichtung für die Verpackungen gekoppelt ist, gelingt es weiterhin, die vermessenen Verpackungen je nach ihrem Gasgehalt auszusortieren, wobei die Verpackungen, welche einen Gasgehalt in einem zulässigen Bereich enthalten, einer
Weiterverarbeitung, wie z.B. ein Verpacken in Gebinde, zugeführt werden und Verpackungen, welche einen zu hohen bzw. zu niedrigen Gasgehalt aufweisen, aussortiert werden. In gleicher Weise kann die Auswerteeinheit eine Zählvorrichtung enthalten, mit welcher nicht nur die Anzahl der Verpackungen insgesamt ermittelt werden kann, sondern auch die Zahl der aussortierten bzw. zulässigen Verpackungen ermittelt werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgernd anhand eines Ausführungsbeispiels sowie einer Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Messsystems gemäß der Erfindung, und Fig. 2 ein Diagramm, welches die Messergebnisse für den Gehalt eines zu untersuchenden Gases in einer Probe zeigt. Beispiel 1 :
Sauerstoffgehalt in Wurst enthaltenden Verpackungen
Eine als Deckfolie für eine Wurstverpackung gedachte Kunststofffolie wird auf ihrer nach einer Verpackung des Wurstprodukts eine Innenseite darstellenden Oberfläche mittels Spucken mit wenigstens einen diskreten kleinen Punkt eines Sensormaterials beschichtet. Hierzu werden mit einem getakteten Farbspuckers (Drop on demand) auf die die Innenseite der eine Abdeckung ausbildende Folie Sensorpunkte berührungslos aufgebracht. Die Punkte werden einem Trocknen für zwei Sekunden im Warmluftstrom unterworfen, während die Deckfolie weiter zu der Verpackungsvorrichtung gefördert wird, wo ein Lebensmittel, beispielsweise Wurst, in den unteren Teil der Verpackung eingebracht wird und anschließend in die Verpackung eine modifizierte Atmosphäre aus dem zu messenden Gas, im vorliegenden Fall O2 eingebracht und heiß versiegelt wird. Eine derartig hergestellte Verpackung wird in einem ersten Schritt unmittelbar nach der Verpackung auf einer Fördervorrichtung abgelegt und während des Förderns einer berührungslosen Messung des Sauerstoffgehalts im Inneren der Verpackung unterworfen. Hierzu wird von einer in Abstand von der Verpackung angeordneten Anregungslichtquelle alle 50 ms ein Lichtpuls ausgesandt, welches Anregungslicht das im Inneren der Verpackung angeordnete Sensormaterial in Abhängigkeit von dem im Inneren der Verpackung vorherrschen- den Sauerstoffgehalt zur Abgabe von Fluoreszenzlicht anregt. Das Fluoreszenzlicht wird mittels einer mit den Anregungslichtquellen auf ein und demselben Träger angeordneten Mehrzahl von Linsen bzw. Spiegeln auf eine Photodiode fokussiert. An der Photodiode wird ein elektrischer Impuls erzeugt, welcher in einer mit der Photodiode verbundenen Elektronik digital in einen Messwert betreffend die Sauerstoffkonzentration im Inneren Verpackung verarbeitet wird.
Eine derartige Vorrichtung ist in Fig. 1 dargestellt. Bei der Vorrichtung wird durch die Anregungslichtquelle 1 gepulstes Anregungslicht auf den im Inneren der schematisch dargestellten Verpackung 3 angeordneten Sensor 2 auftreffen gelassen, wobei von dem Sensor 2 emittiertes Fluoreszenzlicht, welches schematisch mit 4 angedeutet ist, über eine Mehrzahl von Linsen oder Spiegeln 5 auf eine Detektionseinrichtung 6 auftrifft. An der Detek- tionseinrichtung 6 wird das Fluoreszenzlicht in ein elektronisches Signal umgewandelt, welches Signal in der Auswerteeinheit 7 in Bezug auf seine Intensität ausgewertet wird und durch Vergleichen mit während eines Kalibrierverfahrens erhaltenen Vergleichswer- ten aus der Intensität des Signals eine absolute Konzentration des zu messenden Sauer- stoffgehalts in der Probe errechnet wird. Die Auswerteeinheit 7 gibt hierbei während des Durchlaufs einer Mehrzahl von Verpackungen 3 unter der Messeinheit, jedes Mal wenn ein Sensor 2 mit dem Anregungslicht 1 zur Abgabe von Fluoreszenzlicht angeregt wurde, ein Messsignal aus. Ein schemati- sches Diagramm der Messsignale ist in Fig. 2 dargestellt. Hierbei wird der in der Detek- tionseinrichtung ermittelte Messwert einem absoluten Messwert zugeordnet, indem die Sensoren, welche für die Verpackungen 3 eingebracht wurden, zuvor kalibriert wurden, indem sie mit verschiedenen Gaskonzentrationen beaufschlagt und vermessen wurden und die Messwerte den bestimmten Gaskonzentrationen zugeordnet wurden. Hierbei wird in Bezug auf die Sauerstoffkonzentration in normaler Luft von etwa 20 % 02 abgestellt und eine Kalibrierung zwischen 0, 1 % O2 und 20 % 02 vorgenommen, da im Inneren der Verpackungen ein 02-Gehalt von 0,2 % vorliegen soll. Bei dem mit mit einer derartigen Auswerteeinheit erhaltenen Diagramme sind zwischen einer Phase von -20 und +13 ein Rauschen abgebildet bzw. der Bereich dargestellt ist, in welchem kein Sensor vorhanden ist, eine Phase zwischen 13 und 50 den Bereich darstellt, in welchem der Sauerstoffgehalt im Inneren der Probe zu hoch ist und die Proben verworfen werden müssen und Werte, welche eine Phase von über 50 aufweisen, jene Werte sind, die einer zulässigen Sauerstoffkonzentration im Inneren der Verpackung entsprechen und somit Waren definieren, welche in Ordnung sind. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass eine Probe einen zu hohen Sauer- stoffgehalt im Inneren der Verpackung aufwies, welche nachfolgend unmittelbar durch die Vorrichtung aussortiert und verworfen wurde.
Beispiel 2:
Sauerstoffgehalt in einer Reinigungs- und Aufbewahrungslösung für Kontaktlinsen, wel- che in einer Verpackung gemäß der Erfindung enthalten ist
Eine Deckfolie für einen als Aufbewahrungsbehälter von Kontaktlinsen gedachten Glasbehälter wird auf ihrer nach einem Verpacken der Kontaktlinsen bzw. nach einem Befüllen mit der Reinigungs- und Aufbewahrungslösung der Befüllung zugewandten Oberfläche mit jeweils einem diskreten Punkt eines Sensormaterials beschichtet. Die Beschichtung erfolgt mittels Siebdruck und die ausgebildeten Sensorpunkte werden einem Trocknen im Warmluftstrom unterworfen, bevor sie auf einen Aufbewahrungsbehälter für Kontaktlinsen, welcher neben der Kontaktlinse auch die Aufbewahrungsflüssigkeit enthält, aufgebracht werden. Die Aufbewahrungsflüssigkeit ist in diesem Fall mit dem zu messenden Gas gesättigt, im vorliegenden Fall Sauerstoff. Sie weist einen bekannten Sauerstoffgehalt auf und die Messung des Sauerstoffgehaltes erfolgt in Bezug auf den Umgebungssauerstoffgehalt, wobei Unterschiede in den GvGehalten zwischen dem Inneren des Behälters und der Außenseite von weniger als 5 % ausreichend sind, um zu bestätigen, dass eine Probe, die die vorgegebenen Kriterien erfüllt, d.h. der Sauerstoffgehalt im Inneren des Aufbewahrungsbehälters insbesondere der gelöste Sauerstoffgehalt einen gewissen Grenzwert von 5 % nicht übersteigt. Derartig befüllte und verschlossene Glasbehälter werden in der Folge auf eine Fördervorrichtung gestellt und jede einzelne Flasche wird einem berührungslosen Messen, wie dies in Beispiel 1 beschrieben wurde, unterworfen und die Ergebnisse aufgezeichnet. Die Anregungslichtquelle sendet hierbei das Anregungslicht gepulst aus, wobei die Pulsweite 40 ms beträgt, um sicherzustellen, dass sämtliche Proben auch vermessen werden. Das Messverfahren selbst erfolgt exakt wie in Beispiel 1 beschrieben. Ein erhaltenes Messdiagramm zeigt, im Fall des Versuchs von Beispiel 2 an, ob die Sauerstoffkonzentration in der Reinigungs- und Aufbewahrungsflüssigkeit für Kontaktlinsen zu hoch oder zu niedrig oder in dem gewünschten Bereich liegt. Um absolute Sicherheit zu erhalten, dass die hergestellte Verpackung tatsächlich gasdicht ist, kann das Verfahren auch so geführt werden, dass unmittelbar nach der Verpackung eine erste Messung, wie oben beschrieben, durchgeführt wird, die Probe anschließend mit Druck beaufschlagt wird und danach eine zweite Messung durchgeführt wird. Wenn die Versiegelung der Verpackung nicht rundum dicht ist, wird nach dem Aufbringen von Druck jedenfalls Sauerstoff in das Innere der Verpackung aufgenommen, worauf der zweite Messwert dem ersten Messwert nicht mehr entspricht und klargestellt ist, dass die Verpackung undicht ist, worauf das Produkt unmittelbar aussortiert werden kann.
Es erübrigt sich festzuhalten, dass es nicht unbedingt erforderlich ist, die Sensoren zu kalibrieren sondern, dass auch die ausschließliche Durchführung von Relativmessungen die gewünschten Ergebnisse, ob ein Inhalt der Verpackung eine sich in einen zulässigen Bereich befindliche Gaskombinationen aufweist, liefert.
Dieselbe Anordnung kann beispielsweise auch für die Messung des Gasgehalts in medizi- nischen Artikeln, Pharmazeutika und Elektronikbauteilen angewandt werden. Beispiel 3:
Messung des Sauerstoffgehalts in einem mit Argon befüllten Zwischenraums von zwei- scheibigen Isolierglasfenstern
Dabei wird das Sensormaterial auf die dem Zwischenraum zwischen den Glasscheiben zugewandte Seite einer Glasscheibe geklebt oder gedruckt und wie in Beispiel 1 oder 2 beschrieben, von außen angeregt und ausgelesen. Dies dient zur Kontrolle, ob der Füllgrad mit Edelgas ausreichend groß ist.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e :
1 . Verfahren zur nicht invasiven Messung des Gasgehalts von wenigstens einem Gas, gewählt aus 02, CO2, Aminen, Stickoxiden, Schwefelverbindungen in transparenten Behäl- tern bestehend aus Kunststofffolien, Glas oder anderen lichtdurchlässigen Materialien, in welchem ein für den Gasgehalt im Inneren der Verpackung empfindliches Sensormaterial durch darauf auftreffendes Anregungslicht zur Emission eines Fluoreszenz- oder Lumineszenzlichts angeregt wird, das emittierte Fluoreszenz- oder Lumineszenzlicht in einer mit dem Sensor wechselwirkenden Detektionseinrichtung detektiert wird, worauf die ver- packten Materialien oder produzierten Materialien in Abhängigkeit von einem in einer mit der Detektionseinrichtung gekoppelten Auswerteeinheit ermittelten Gasgehalt einer Sortierung und gegebenenfalls Zählung unterworfen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die folgenden Schritte ausgeführt werden:
a) gegebenenfalls Tiefziehen der Verpackung
b) Anbringen eines Sensormaterials auf einer Innenseite einer Abdeckung für die Verpackung oder auf der Innenseite der Verpackung sowie gegebenenfalls Trocknen des Sensormaterials,
c) Einbringen der zu verpackenden Materialien in die Verpackung,
d) gasdichtes Verschließen der Verpackung unter Einbringung einer modifizierten Atmos- phäre aus dem zu messenden Gas mit der Abdeckung,
e) Aufbringen der Verpackung auf eine Förder- und Sortiereinrichtung,
f) Anregen des Sensormaterials durch wenigstens eine in definiertem Abstand von der Verpackung angeordnete Anregungslichtquelle,
g) berührungsloses Detektieren der Intensität des von dem Sensormaterial in Abhängig- keit von dem Gasgehalt im Inneren der Verpackung emittierten Fluoreszenz- oder Lumineszenzlichts mittels einer in definiertem Abstand von der Fördereinrichtung angeordneten Detektionseinrichtung, während eines Förderers der Verpackung zu einer Sortiereinrichtung.
h) elektrisches oder elektronisches Umsetzen eines in der Detektionseinrichtung erfassten Messwerts in der Auswerteeinheit,
i) gegebenenfalls Anlegen eines Drucks auf die Verpackung sowie neuerliches Durchführen der Schritte f) bis h)
j) Ausgeben eines Bestätigungs- oder Abweisesignal von der Auswerteeinheit, und k) Weiterführen der Verpackungen zu einer Weiterbearbeitung oder einer Entsorgung in Abhängigkeit von dem durch die Auswerteeinheit errechneten Gasgehalt in der Verpackung.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormaterial durch Tampondruck, Siebdruck, Offsetdruck, Tiefdruck, Brushen oder Spucken oder Etikettieren auf die Abdeckung der Verpackung aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein auf O2, CO2, NH3, Amine oder N02 ansprechendes Sensormaterial auf die Abdeckung der Verpackung aufgebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verpackung während des Verschließens evakuiert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Messen des Gasgehalts durch serielle Anregung und Detektion des Fluoreszenz- oder Lumi- neszenzlichts im gleichbleibenden zeitlichen Intervallen von 20 ms bis 80 ms, insbesondere 50 ms durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit erhaltene esswerte absoluten Konzentrationswerten zugeordnet wer- den und dass in Abhängigkeit vom ermittelten Gasgehalt an einer Sortiereinrichtung, insbesondere einer Sortierweiche das Bestätigungs- oder Abweisesignal ausgelöst wird.
7. Vorrichtung zur nicht invasiven Messung des Gasgehalts von wenigstens einem Gas, gewählt aus 02, C02, Aminen, Stickoxiden, Schwefelverbindungen in transparenten Be- hältern bestehend aus Kunststofffolien, Glas oder anderen lichtdurchlässigen Materialien, in welchem ein für den Gasgehalt im Inneren der Verpackung empfindliches Sensormaterial mit Anregungslicht wechselwirkt und ein auf eine mit einer Auswerteeinheit gekoppelte Detektionseinrichtung gerichtetes Fluoreszenz- oder Lumineszenzlicht emittiert, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Anregungslichtquelle in definiertem Abstand von dem im Inneren der Verpackung angeordnetem Sensormaterial vorgesehen ist, dass eine mit der wenigstens einen Anregungslichtquelle an einer gemeinsamen Halterung festgelegte Detektionseinheit, insbesondere eine Fotodiode von zur Wechselwirkung mit von dem Sensormaterial emittierten Fluoreszenz- oder Lumineszenzlicht sowie eine elektronische Auswerteeinheit vorgesehen ist und dass die das Sensormaterial enthaltende Ver- packung auf einem sich mit gleichbleibender, definierter Geschwindigkeit bewegenden Fördersystem aufgebracht ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei LED's als Anregungslichtquelle vorgesehen sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Linsen und/oder optischen Filtern der Detektionseinheit vorgeschalten sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens Pulsgeber zur Aussendung von gepulstem Anregungslicht vorgesehen ist.
1 1. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit mit einer Sortier- und Zählvorrichtung für die Verpackungen gekoppelt ist.
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