WO1999055805A1 - Verfahren zur markierung von flüssigkeiten mit mindestens zwei markierstoffen und verfahren zu deren detektion - Google Patents
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- WO1999055805A1 WO1999055805A1 PCT/EP1999/002452 EP9902452W WO9955805A1 WO 1999055805 A1 WO1999055805 A1 WO 1999055805A1 EP 9902452 W EP9902452 W EP 9902452W WO 9955805 A1 WO9955805 A1 WO 9955805A1
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
- C10L1/003—Marking, e.g. coloration by addition of pigments
Definitions
- the present invention relates to a method for marking liquids with at least two marking substances, which is characterized in that the marking substances absorb in the spectral range from 600 to 1200 nm and as a result emit fluorescent radiation, have essentially non-overlapping absorption regions and at least one of the markers has a maximum absorption wavelength of more than 850 nm.
- the present invention further relates to a method for the detection of such markers in liquids, which is characterized in that a radiation source is used which emits radiation in the absorption regions of the markers, and the fluorescent radiation emitted by the markers is detected or which is characterized in that a corresponding radiation source is used for each individual marking substance, which emits radiation in the absorption region of the marking substance, and the fluorescent radiation emitted by the marking substances is detected.
- the present invention also relates to liquids which are labeled by the method of the present invention.
- heating oil which is usually tax-privileged
- diesel oil which is generally subject to higher taxes
- liquid product streams in large-scale plants such as Oil refineries, mark and track them.
- marking of the liquids is to be invisible to the human eye, one has to rely on marking substances which absorb outside the visible range of the spectrum and / or emit radiation. Because of the high sensitivity of the detection and the associated possibility of achieving reliable marking with small additions of the marking substance, marking substances which emit the absorbed radiation as fluorescent radiation are of particular importance here. As a rule, this emitted radiation is present 2 a lower frequency than the absorbed radiation (STOKES radiation), in rare cases the same (resonance fluorescence) or even a higher frequency (ATI-STOKES radiation).
- hydrocarbons and hydrocarbon mixtures e.g. different qualities of diesel and petrol fuels and other mineral oils
- marking substances which absorb and / or fluoresce above approximately 600 nm.
- the emitted fluorescence radiation can also be found at (weight) concentrations of the markers in the relevant one
- WO 94/02570 describes the use of markers from the class of metal-free or metal-containing phthalocyanines, metal-free or metal-containing naphthalocyanines, and nickel-dithiolene complexes for marking liquids
- a inium compounds of aromatic amines, the methine dyes or the azulene square acid dyes are described which have their absorption maximum in the range from 600 to 1 200 nm and / or a fluorescence maximum in the range from 620 to 1 200 nm. Furthermore, a method is described which essentially consists in detecting the fluorescent radiation of the marking substance present in the liquid, which absorbs radiation in said spectral range. A detector is also described, which is used to detect the marking substance. However, the use of several marking substances at the same time is not explicitly mentioned.
- the document US 5,525,516 also describes a method for marking mineral oils with compounds which have fluorescence in the NIR.
- Substituted phthalocyanines, substituted naphthalocyanines and square or croconic acid derivatives are used as such markers.
- one or more mineral oils can be marked not only with one but also with two or more compounds which fluoresce in the IR range.
- these fluorescent compound (s) should preferably absorb below 850 nm, since above this wavelength the mineral oils showed strong absorption.
- This document also claims a method for identifying mineral oils which have been labeled with one or more markers.
- an excitation range for the marked mineral oil or the marking substances contained therein from 670 to 850 nm is specified. Beyond that, however, no further information is provided on how to proceed with more than one marker in the case of marking mineral oils.
- a correspondingly marked gasoline sample is excited with radiation from a wavelength band of 600 to 2500 nm, which detects fluorescent light emitted by the dye in the wavelength band of approximately 600 to 2500 nm and uses the resulting detection signal to identify the marked sample.
- This document also describes in detail the structure of a detector for detecting the fluorescent dyes in the marked gasoline samples. However, the use of several markers (dyes) is not discussed.
- the object of the present invention was therefore to mark liquids by adding more than two marking substances, i.e. to be provided with a "fingerprint" that makes it difficult to readjust the marking.
- This object was achieved by a method for marking liquids with at least two marking substances, which is characterized in that the marking substances
- At least one of the marking substances has a wavelength of the absorption maximum of more than 850 nm. 5
- At least one marking substance the absorption range of which is more than 850 nm, a larger wavelength range of absorption / fluorescence for marking liquids is opened up. This makes it possible to use a larger number of marking substances whose absorption areas do not essentially overlap.
- Essentially non-overlapping absorption areas here means that the respective absorption spectra of any two markers in question, based on comparable conditions (such as the same liquid, the same molar concentration in the marked liquid and the same absorbing layer thickness of the marked ones) Liquid), should not overlap if possible. However, if there is overlap, the value of the extinction coefficient of one marker should not be more than about 5% of the value of the other marker at all wavelengths in the overlap range for each respective wavelength under consideration. This consideration is based on an absorption spectrum based on the blank value. This blank value corresponds to the absorption spectrum of the corresponding pure (unlabeled) liquid measured under comparable conditions.
- marking substances whose respective wavelength of the absorption maximum lies in the spectral range from 600 to 1200 nm.
- n marking substances are preferably used in the method according to the invention for marking liquids, where n denotes an integer from 2 to 10, that is to say values of 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10.
- n marking substances is particularly preferably used in the method according to the invention for marking liquids, where n denotes an integer from 2 to 6, that is to say values of 2, 3, 4, 5 or 6.
- n marking substances is very particularly preferably used in the method according to the invention for marking liquids, where n denotes an integer from 2 to 4, that is to say values of 2, 3 or 4.
- the markers which absorb in the spectral range from 600 to 1200 nm and consequently emit fluorescent radiation are used in the process according to the invention and in the preferred ones 6
- n equal to 2 to 10 n equal to 2 to 6 or n equal to 2 to 4 markers
- compounds to which are selected from the group consisting of metal-free and metal-containing phthalocyanines, metal-free and metal-containing naphthalocyanines, nickel -Dithio - len- complexes, amino compounds of aromatic amines, methine dyes, squaric acid dyes and crocodic acid dyes.
- n is 2 to 10
- n is from 2 to 6
- n is from 2 to 4 markers, preferably the same compounds used, which are selected from the group consisting of metal-free and metal-containing phthalocyanines, metal-free and metal-containing naphthalocyanines, nickel-dithiolene complexes, aminium compounds of aromatic amines, methine dyes , Square acid dyes and croconic acid dyes.
- Markers which absorb at a wavelength of the absorption maximum of more than 850 nm and consequently emit fluorescent radiation are used in the process according to the invention and in the preferred embodiments in which a combination of n is 2 to 10, n is 2 up to 6 or n equals 2 to 4 markers, preferably at least one compound selected from the group consisting of metal-free and metal-containing naphthalocyanines, nickel-dithiolene complexes, aminium compounds of aromatic amines, methine dyes, squaric acid dyes and croconic acid dyes.
- Suitable phthalocyanines obey, for example, the formula Ia
- radicals R 1 to R 16 are hydrogen, halogen, hydroxysulfonyl or C ⁇ -C-dialkylsulfamoyl.
- Suitable phthalocyanines also obey, for example, the formula Ib (Ib),
- R 17 and R 18 or R 18 and R 19 or R 19 and R 20 together each represent a radical of the formula X 2 -C 2 HX 3 , wherein one of the two radicals X 2 and X 3 for oxygen and the other for imino or C ⁇ -C 4 alkylimino, and
- R 19 and R 20 or R 17 and R 20 or R 17 and R 18 each independently represent hydrogen or halogen and
- Me 1 has the meaning given above.
- Suitable naphthalocyanines obey e.g. of formula II
- Y 1 , Y 2 , Y 3 , Y 4 , Y 5 , Y 6 , Y 7 and Y 8 each independently of one another are hydrogen, hydroxy, C 1 -C 2 -alkyl, C 3 -C 8 -cycloalkyl or C ⁇ -C 2 o Alkoxy, where the alkyl groups can each be interrupted by 1 to 4 oxygen atoms in ether function and are optionally substituted by phenyl, heterocyclic, saturated five-, six- or seven-membered rings, which also have one or two further nitrogen atoms and / or another May contain oxygen or sulfur atom in the ring, which are optionally mono- to trisubstituted with -C 4 alkyl, phenyl, benzyl or phenylethyl and which are bonded to the benzene ring via a (or the) ring nitrogen atom,
- Y 9 , Y 10 , Y 11 and Y 12 independently of one another are each hydrogen, C 1 -C 8 -alkyl or C 1 -C 2 o -alkoxy, where the alkyl groups can each be interrupted by 1 to 4 oxygen atoms in ether function, halogen, hydroxysulfonyl or C ⁇ -C 4 -dialkylsulfamoyl and
- Me 2 has the meaning of Me 1 or the rest
- j is hydroxy, C ⁇ -C 2 o-alkoxy, C ⁇ -C 20 alkyl, C 2 -C 2 -alkenyl, C 3 -C 2 o-alkenyloxy or a radical of formula
- Y 19 the importance of C ⁇ -C 2 -alkyl, C 2 -C 2 o ⁇ alkenyl or C 2 o-alkadienyl and Y 20 and Y 21 each independently represent the meaning of C ⁇ -C ⁇ alkyl, C 2 -C ⁇ alkenyl or the above radical OY 19 have.
- naphthalocyanines of the formula II in which at least one of the radicals Y 1 to Y 8 are different from hydrogen. 10
- naphthalocyanines are shown in US 5,526,516 under general formula II and, for example, in Table 4 and in US 5,703,229 under general formula III and, for example, in Table 4.
- Suitable nickel-dithiolene complexes obey e.g. of formula III
- L 1 , L 2 , L 3 and L 4 each independently of one another C 1 -C 2 -alkyl, which is optionally interrupted by 1 to 4 oxygen atoms in ether function, phenyl, C 1 -C 2 o -alkylphenyl, C 1 -C o ⁇ alkoxyphenyl , where the alkyl groups can each be interrupted by 1 to 4 oxygen atoms in ether function, or L 1 and L 2 and / or L 3 and L 4 each together the rest of the formula
- Z 1 , Z 2 , Z 3 and Z 4 are each independently of one another C 1 -C 2 -alkyl, which is optionally interrupted by 1 to 4 oxygen atoms in ether function, C 1 -C 2 o -alkanoyl or a radical of the formula 11
- Z 7 for hydrogen or -C-C 20 alkyl, which is optionally by 1 to 4 oxygen atoms in ether function is interrupted
- Z 8 is hydrogen, -CC 20 alkyl, which is optionally interrupted by 1 to 4 oxygen atoms in ether function, or halogen
- a n ® mean the equivalent of an anion.
- Suitable methine dyes obey e.g. Formula V
- E 1 and E 2 each independently of one another oxygen, sulfur, imino or a radical of the formula
- E 3 represents hydrogen, C 1 -C 6 -alkyl, chlorine or bromine and E 4 represents hydrogen or C 1 -C 6 -alkyl
- Q 1 and Q 2 are each independently phenyl, C 5 -C 7 cycloalkyl, C 1 -C 2 alkyl which can be interrupted by 1 to 3 oxygen atoms in ether function and optionally by hydroxy, chlorine, 12
- n 1, 2 or 3.
- Suitable square acid dyes are e.g. those compounds which are shown in US Pat. No. 5,526,516 under general formula III and exemplarily in Table 2 and in US Pat. No. 5,703,229 under general formula IV and exemplarily in Table 2.
- Suitable square acid dyes are also azulene square acid dyes, which e.g. obey Formula VI shown below
- T 1 is hydrogen, halogen, amino, hydroxy, C 1 -C 2 alkoxy, phenyl, substituted phenyl, carboxyl, C 1 -C 2 alkoxycarbonyl, cyano or a radical of the formula -NT 7 -CO-T 6 , -CO-NT 6 T 7 or 0-CO-NT 6 T 7 , wherein T 6 and T 7 independently of one another each represent hydrogen, C 1 -C 2 alkyl, C 5 -C 7 cycloalkyl, phenyl, 2, 2, 6, 6- Tetramethyl-piperidin-4-yl or cyclohexylaminocarbonyl, and
- T 2 , T 3 , T 4 and T 5 are each independently hydrogen or C_ .
- -Ci 2 alkyl which is optionally substituted by halogen, amino, C ⁇ -C ⁇ 2 - alkoxy, phenyl, substituted phenyl, carboxyl, C ⁇ -C -alkoxy carbonyl or cyano, 13 with the proviso that when T 5 is hydrogen, the ring positions of the substituents JT 1 and T 4 can also be interchanged on one or both azulene rings within an azulene ring.
- Suitable square acid dyes are e.g. also those compounds which obey the formula Via below,
- each in the Ar independently of one another for an aromatic or heteroaromatic five- or six-membered ring which is optionally substituted by C 2 -C -alkoxy, C 1 -C 8 -alkylamino, C 1 -C 2 -dialkylamino or C ⁇ ⁇ Co ⁇ alkylthio, such as eg phenyl, naphthyl, thiophene, pyridine or thiazole.
- the alkyl groups can each be interrupted by 1 to 4 oxygen atoms in ether function and optionally substituted by phenyl.
- Ar is preferably phenyl which is mono-, di- or tri-substituted in the 2-, 2,4- or 2,4,6 position with the said radicals. If the phenyl is substituted several times, these radicals are preferably the same. In particular, those compounds are considered in which both Ar are the same.
- Suitable croconic acid dyes are e.g. those compounds which are shown in US Pat. No. 5,526,516 under the general formula IV and are listed in Table 5 by way of example.
- alkyl, alkylene or alkenyl radicals occurring in the above formulas can be either straight-chain or branched.
- C 1 -C 2 -alkyl radicals which are optionally interrupted by 1 to 4 oxygen atoms in ether function, for example methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, Isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, pentyl, isopentyl, neopentyl, tert-pentyl, hexyl, 2-methylpentyl, heptyl, octyl, 2-ethylhexyl, isooctyl, nonyl, isononyl, decyl, isodecyl, undecyl, dodecyl, Tridecyl, 3, 5, 5, 7-tetramethylnonyl, isotridecyl (the above terms isooctyl, isononyl, isodecyl and isotridecyl (the above terms isooctyl, is
- C 3 -C ⁇ rj-cycloalkyl radicals branched or unbranched cycloalkyl radicals which are optionally interrupted by 1 to 4 oxygen atoms in ether function, for example cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, tetrahydrofranyl, cyclohexyl, tetrahydropyranyl, cycloheptyl, oxepanyl, 1 Methyl - cyclopropyl, 1-ethylcyclopropyl, 1-propylcyclopropyl, 1-butylcyclopropyl, 1-pentylcyclopropyl, 1-methyl-1-butylcyclopropyl, 1, 2-dimethylcyclypropyl, 1-methyl-2-ethylcyclopropyl, cyclooctyl, cyclononyl or cyclodecyl.
- suitable N-Het in the A1N-Het groups of Me 1 or Me 2 are derived from, for example, pyrrole, pyrrolidine, pyrazole, pyrazolidine, imidazole, imidazoline, 1H-1, 2, 3- Triazole, 1, 2,3-triazolidine, 1H-1, 2, 4-triazole, 1, 2, 4-triazolidine, pyridine, piperidine, pyrazine, piperazine, pyridazine, morpholine, 1H-azepine, 2H-azepine, azepane, Oxazole, oxazolidine, thiazole, thiazolidine, 1,2,3-, 1,2,4- or 1,3,4-oxadiazole, 1,2,3-, 1,2,4- or
- suitable heterocyclic, ring-shaped radicals for R 1 to R 16 or Y 1 to Y 8 are derived from heterocyclic, saturated five-, six- or seven-membered rings which also have one or two further nitrogen atoms and / or can contain another oxygen or sulfur atom in the ring, for example pyrrolidine, pyrazolidine, imidazoline, 1, 2, 3-triazolidine, 1, 2, 4-triazolidine, piperidine, piperazine, morpholine, azepane, oxazolidine, thiazolidine, 1 , 2,3-, 1,2,4- or 1, 3, 4-oxadiazolidine, or 1,2,3-, 1,2,4- or 1, 3, 4-thiadiazolidine, the heterocyclic rings optionally substituted one to three times with C 1 -C 4 alkyl, phenyl, benzyl or phenylethyl.
- C 1 -C 8 -alkyl radicals which may be considered have already been mentioned above for
- C 1 -C 2 -alkoxy radicals which are optionally interrupted by 1 to 4 oxygen atoms in ether function, for example methoxy, ethoxy, propoxy, isopropoxy, butoxy, isobutoxy, pentyloxy, hexyloxy, heptyloxy, Octyloxy, 2-ethylhexyloxy, isooctyloxy, nonyloxy, isononyloxy, decyloxy, isodecyloxy, undecyloxy, dodecyloxy, tridecyloxy, isotridecyloxy, tetradecyloxy, pentadecyloxy, hexadecyloxy, heptadecyloxy, octa-decyloxy, methoxy-ethoxy-ethoxy-oxy-nonoxy 2-propoxyethoxy, 2-isopropoxyethoxy, 2-
- suitable substituted phenyl is, for example, phenyl substituted by C 1 -C 6 -alkyl, C 1 -C 6 alkoxy, hydroxy or halogen.
- 1 to 3 substituents can occur.
- the phenyl is substituted with 1 or with 2 substituents Ci-C ⁇ -alkyl or -CC 6 alkoxy.
- the substituent is preferably in para 16
- the substituents are preferably in the 2,3-, 2,4-, 3,4- and 3,5-position.
- Halogen in formula Ib, II, IV or VI is e.g. Fluorine, chlorine or bromine.
- W radicals in formula Ia and X 2 or X 3 in formula Ib are, for example, methylimino, ethylimino, propylimino, isopropylimino or butylimino.
- R 1 to R 16 in formula Ia and Y 9 to Y 12 in formula II are, for example, dimethylsulfamoyl, diethylsulfamoyl, dipropylsulfamoyl, di-butylsulfamoyl or N-methyl-N-ethylsulfamoyl.
- C 3 -Co ⁇ alkenyloxy in formula II is, for example, allyloxy, methallyloxy but-3-en-l-yloxy, undec-10-en-l-yloxy, octadec-9-en-l-yloxy or EICOS-en-9, -l-yloxy.
- Z 6 in formula IV means, for example, formyl, acetyl, propionyl, butyryl, isobutyryl, pentanoyl, hexanoyl, heptanoyl, octanoyl or 2-ethylhexanoyl.
- the substituents can be, for example, -C 6 alkyl, phenyl -C 6 alkoxy, phenoxy, halogen, hydroxy, amino, Ci-Ce mono- or Dialkylamino or cyano come into consideration.
- the rings are usually 1 to 3 times substituted.
- Residues E 3 , E 4 , Q 1 and Q 2 in formula V are, for example, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, sec-butyl, pentyl, isopentyl, neopentyl, tert-pentyl or hexyl.
- Residues Q 1 and Q 2 are furthermore, for example, hexyl, 2-methylpentyl, heptyl, octyl, 2-ethylhexyl, isooctyl, nonyl, isononyl, decyl, isodecyl, undecyl, dodecyl, cyclopentyl, cyclohexyl, 2-methoxyethyl, 2-ethoxyethyl, 2 - or 3-methoxypropyl, 2- or 3-ethoxypropyl, 2-hydroxyethyl, 2- or 3-hydroxypropyl, 2-chloroethyl, 2-bromoethyl, 2- or 3-chloropropyl, 2- or 3-bromopropyl, 2- Carboxyethyl, 2- or 3-carboxypropyl, 2-methoxycarbonylethyl, 2-ethoxycarbonylethyl, 2- or 3-methoxycarbonylpropy
- Formula IV or V is derived, for example, from anions of organic or inorganic acids.
- methanesulfonate, 4-methylbenzenesulfonate, acetate, trifluoroacetate, heptafluorobutyrate, chloride, bromide, iodide, perchlorate, tetrafluoroborate, nitrate, hexafluorophosphate or tetraphenylborate are particularly preferred.
- Residues J in formula VI are e.g. Methylene, ethylene, 1,2- or 1,3-propylene, 1,2-, 1,3-, 2,3- or 1,4-butylene, pentaethylene, hexamethylene, heptamethylene, octamethylene, nonamethylene, decamethylene , Undecamethylene or dodecamethylene.
- T 2 , T 3 , T 4 and T 5 in formula VI are, for example, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, pentyl, isopentyl, neopentyl, tert-pentyl, 2-methylbutyl , Hexyl, 2-methylpentyl, heptyl, octyl, 2-ethylhexyl, isooctyl, nonyl, isononyl, decyl, undecyl, dodecyl, fluoromethyl, chloromethyl, di-fluoroethyl, trifluoroethyl, trichloromethyl, 2-fluoroethyl, 2-chloroethyl, 2 -Bromethyl, 1, 1, 1-trifluoroethyl, heptafluoropropyl, 4-chloro
- T 1 in formula VI is, for example, methoxycarbonyl, ethoxycarbonyl, propoxycarbonyl, isopropoxycarbonyl, butoxycarbonyl, isobutoxycarbonyl, sec-butoxycarbonyl, tert-butoxycarbonyl, pentyloxycarbonyl, isopentyloxycarbonyl, neopentyloxycarbonyl, tert-pentyloxycarbonyl, hexyloxycarbonyl, octyloxycarbonyl, octyloxycarbonyl, octyloxycarbonyl, octyloxycarbonyl, octyloxycarbonyl, octyloxycarbonyl, octyloxycarbonyl, octyloxycarbonyl, octyloxycarbonyl, octyloxycarbonyl, octyloxycarbonyl, octyloxycarbon
- Y 1 , Y 2 , Y 3 , Y 4 , Y 5 , Y 6 , Y 7 and Y 8 independently of one another are each hydrogen, hydroxy, C 1 -C 4 -alkyl or C 1 -C 2 o-alkoxy and
- Me 2 has the meaning of Me 1 or the rest
- S i— (-0 - S i - 0 - Y 19 ) 2 ⁇ 21 19 corresponds to, in which R 19 is C ⁇ -C ⁇ 3 alkyl or C ⁇ o-C 2 o-alkadienyl and Y 20 and Y 21 are each independently of the other C ⁇ -C ⁇ 3 alkyl or C 2 -C alkenyl.
- naphthalocyanines of the formula Ha in which Y 1 , Y 2 , Y 3 , Y, Y 5 , Y 6 , Y 7 and Y 8 each independently of one another are hydroxy, C 1 -C 8 -alkoxy, in particular C 1 -C 8 -alkoxy mean.
- the alkoxy radicals can be the same or different.
- naphthalocyanines of the formula Ha in which Me 2 is twice hydrogen.
- markers are nickel-dithiolene complexes of the formula III in which L 1 , L 2 , L 3 and L 4 are each independently phenyl, C 1 -C 2 -alkylphenyl, C 1 -C 8 -alkoxyphenyl or by hydroxy and -C-C 20 alkyl substituted phenyl or L 1 and L 2 and L 3 and L 4 each together the rest of the formula
- nickel-dithiolene complexes of the formula III in which L 1 and L 4 are each phenyl and L 2 and L 4 are each a radical of the formula 4- [CH 5 -C (CH 3 ) 2 ] -C 6 H mean.
- the phthalocyanines of formula Ia are known per se and e.g. described in DE-B-1 073 739 or EP-A-155 780 or can be carried out according to methods known per se, such as are used in the production of phthalocyanines or naphthalocyanines and as described, for example, in F.H. Moser, A.L. Thomas "The Phthalocyanines", CRC Press, Boca Rota, Florida, 1983, or J. Am. Chem. Soc. Volume 106, pages 7404 to 7410, 1984.
- the phthalocyanines of formula Ib are also known per se and e.g. in EP-A-155 780 or can be obtained according to the methods of the above-mentioned prior art (Moser, J.Am. Chem. Soc.).
- naphthalocyanines of the formula II are likewise known per se and are described, for example, in EP-A-336 213, EP-A-358 080,
- the nickel-dithiolene complexes of the formula III are also known per se and are described, for example, in EP-A-192 215.
- aminium compounds of formula IV are also known per se and e.g. in US-A-3 484 467 or can be obtained according to the methods mentioned therein.
- the methine dyes of formula V are also known per se and e.g. described in EP-A-464 543 or can be obtained according to the methods mentioned therein.
- azulene square acid dyes of the formula VI are also known per se and are e.g. in EP-A-310 080 or US-A-4 990 649 or can be obtained according to the methods mentioned therein.
- Liquids which can be labeled as markers with a combination of at least two of the compounds specified above are usually organic liquids, for example
- Alcohols such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, isobutanol, sec-butanol, pentanol, isopentanol, neopentanol or hexanol,
- Glycols such as 1,2-ethylene glycol, 1,2- or 1,3-propylene glycol, 1,2-, 2,3- or 1,4-butylene glycol, di- or triethylene glycol or di- or tripropylene glycol,
- Ethers such as methyl tert-butyl ether, 1,2-ethylene glycol mono- or dimethyl ether, 1,2-ethylene glycol mono- or diethyl ether, 3-methoxypropanol, 3-isopropoxypropanol, tetrahydrofuran or dioxane,
- Ketones such as acetone, methyl ethyl ketone or diacetone alcohol, 21
- Esters such as methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate or butyl acetate,
- aliphatic or aromatic hydrocarbons such as pentane, hexane, heptane, octane, isooctane, petroleum ether, toluene, xylene, ethylbenzene, tetralin, decalin, dimethylnaphthalene, white spirit,
- natural oils such as olive oil, soybean oil or sunflower oil, or natural or synthetic motor, hydraulic or gear oils, e.g. Vehicle engine oil or sewing machine oil, or brake fluids
- mineral oils such as gasoline, kerosene, diesel oil or heating oil.
- the above-mentioned compounds are used particularly advantageously for marking mineral oils, for which marking is also required, e.g. for tax reasons.
- marking is also required, e.g. for tax reasons.
- the aim is to keep the amount of marking substances as low as possible.
- Another reason for keeping the amount of marking substances as small as possible can be to prevent their possible damaging influences, for example on the fuel inlet and exhaust outlet area of internal combustion engines.
- the (weight-based) total content of markers in the marked liquid is approximately 0.1 to 5000 ppb, preferably 1 to 2000 ppb and particularly preferably 1 to 1000 ppb.
- the compounds mentioned above as markers are generally added in the form of solutions (stock solutions).
- solutions in the case of mineral oils in particular, aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene or higher-boiling aromatic mixtures are preferably suitable as solvents for preparing these stock solutions. 22
- a total concentration of the marking substances of 0.5 to 50% by weight, based on the total weight of these stock solutions, is generally chosen.
- Another object of the present invention is a method for the detection of marking substances in liquids which have been marked according to the method according to the invention and its preferred embodiments, which is characterized in that a radiation source is used which emits radiation in the absorption areas of all marking substances , and the fluorescent radiation emitted by the markers is detected.
- Another object of the present invention is a method for the detection of marking substances in liquids which have been marked according to the method according to the invention and its preferred embodiments, which is characterized in that for each individual marking substance an appropriate radiation source is used, which radiation is emitted in the absorption region of the marking substance and the fluorescent radiation emitted by the marking substances is detected.
- an excitation unit (A) which contains:
- ⁇ i a radiation source, which is usually provided with collimator optics, and
- ⁇ 2 usually a plane mirror, which is located opposite the radiation source on the side of the sample cell facing away from the radiation source and serves to increase the intensity radiated into the sample by reflection of the transmitted radiation,
- a detection unit (D) which contains:
- a photodetector (usually provided with collimator optics), in front of which there are usually optical filters (eg edge or interference filters) and possibly NIR polarizers, and which is arranged in such a way that its 23
- ⁇ 2 usually a concave mirror, which is located opposite the photodetector on the side of the sample cell facing away from the photodetector and serves to reflect the fluorescence radiation emitted in the opposite direction (away from the photodetector) and thus to increase the detection sensitivity.
- Excitation and detection units in the general sense are referred to as A and D (see above). Markers in the general sense are called M.
- An excitation unit which is specially adapted to one of the marking substances M ⁇ by means of a corresponding radiation source i.e. the radiation source emits radiation in the absorption region of the marking substance M ⁇
- a ⁇ An excitation unit which is specially adapted to one of the marking substances M ⁇ by means of a corresponding radiation source (i.e. the radiation source emits radiation in the absorption region of the marking substance M ⁇ ) is designated A ⁇ . Because e.g. the number n of markers in the preferred embodiments is 2 to 10 or 2 to 6 or 2 to 4, ⁇ can accordingly assume whole numerical values from 1 to 10 or 1 to 6 or 1 to 4.
- a special detection unit which e.g. by means of appropriate optical filters (and possibly polarizers), specially adjusted to the emitted fluorescent radiation of one of the marking substances M ⁇ , is denoted by D ⁇ (or also as detection channel ⁇ ).
- n marking substances with A (1, 2 ), A (l, 2,3), etc. 24 to A (l, 2,3, ..., 9,10) or A (l, 2), A (l, 2,3) etc. to A (l, 2,3, ..., 5,6) or A (1, 2), A (1, 2, 3), A (1, 2, 3, 4), where, for example, n is 2 to 10 or 2 to 6 or 2 to 4.
- n marking substances for a detection unit D ⁇ , in which the adaptation to the emitted fluorescent radiation of the respective marking substance M ⁇ takes place through the use of appropriate photodetectors and / or optical filters (and possibly polarizers), in the case of n marking substances, the designations D (l, 2), D (l, 2,3), etc. to D (1, 2, 3, ..., 9, 10) or D (l, 2), D (l, 2,3) etc. to D (1, 2, ..., 5, 6) or D (1, 2), D (1, 2, 3), D (1, 2, 3, 4), where, for example, n is again the same 2 to 10 or 2 to 6 or 2 to 4.
- n markers M ⁇ where n is again 2 to 10 or 2 to 6 or 2 to 4, respectively, are excited and detected one after the other with the units A ⁇ and D ⁇ respectively adapted to them, this is indicated by the notation "Al / Ml / Dl, A2 / M2 / D2, ... "etc. to” ... A9 / M9 / D9, A10 / M10 / D10 "or" Al / Ml / Dl, A2 / M2 / D2, .. . "etc. to” ...
- n markers M ⁇ are excited simultaneously with n units A ⁇ and at the same time their emitted fluorescence radiation is detected with n units D ⁇ , this is done with
- n markers are excited simultaneously with n units A ⁇ and at the same time their emitted fluorescence radiation with a unit D, e.g. a multi-wavelength detector (consisting of an optical, dispersive element, such as a prism or grating, and a line or area detector), this is detected with "A1 / A2 / ... / An / Ml / M2 / ... / Mn / D "or shorter with” A1 / A2 /.../ An / D ".
- a unit D e.g. a multi-wavelength detector (consisting of an optical, dispersive element, such as a prism or grating, and a line or area detector)
- the following methods and exemplary construction options of the detection devices can be used (n assumes, for example, the values from 2 to 10 or 2 to 6 or 2 to 4):
- the structure corresponds essentially to the structure mentioned at the outset and shown in WO 94/02570.
- appropriately adapted units A ⁇ or D ⁇ are used for each marker M ⁇ . This can be done radially around the sample cuvette by the spatially offset arrangement of several pairs of units A ⁇ and D ⁇ corresponding to the number of markers to be detected. The latter then preferably has a circular cross section.
- the sample volumes (or sample paths) irradiated by the units A ⁇ are not - in the strict sense - identical.
- the excitation beams (lying in one plane) intersect in a common piece of the sample volume.
- the combination of excitation and detection of the n marking substances M ⁇ can be carried out either in succession or simultaneously.
- Units A ⁇ and D ⁇ are located on the corresponding carousels (instead of individual plane mirrors ⁇ or concave mirrors ⁇ 2 ⁇ , it makes sense to use only one fixed plane or concave mirror in this case).
- the corresponding radiation source ⁇ i ⁇ or the corresponding photodetector ⁇ i ⁇ is moved into the excitation or detection position by rotating the respective carousels.
- the beam path through the marked sample and the irradiated sample volume are identical for each marking substance to be determined.
- the combination of excitation and detection of the n markers M ⁇ can only be done one after the other.
- a cylindrical sample cuvette which can be closed either at one or both ends with windows made of the same material as the cuvette or which is closed at both ends and preferably has side sample inlets and outlets, so a modified structure can be created.
- the radiation sources ⁇ i ⁇ of the units A ⁇ can be located on a carousel (instead of individual plane mirrors ⁇ ⁇ , it makes sense to use only a fixed plane mirror).
- the respective unit A ⁇ then radiates 26 parallel to the longitudinal axis of the cuvette.
- the respective units D ⁇ blank (this time of course with 'their respective subunits ⁇ 2 ⁇ ) for detecting the fluorescence radiation emitted respectively placed around the sample cuvette.
- the combination of excitation and detection of the n markers M ⁇ can only take place in succession (of course, the detection of the fluorescence radiation emitted simultaneously by several markers can be carried out simultaneously by the units D ⁇ ).
- a) The structure can be similar to that described in b) under 1.1). Instead of a corresponding carousel for the subunits ⁇ i ⁇ , however, a polychromatic excitation unit A is used. The detection takes place according to the structure described under b) of I.l). The combination of excitation and detection of the n markers M ⁇ can only be done one after the other.
- unit A irradiates parallel to the longitudinal axis of the cuvette. Radially (and thus perpendicular to the beam direction of the excitation radiation) the respective units D ⁇ can be placed around the sample cell.
- the combination of excitation and detection of the n marking substances M ⁇ can be carried out either in succession or simultaneously.
- the structure can be similar to that described in b) under II). Instead of a corresponding carousel for the photo detectors ⁇ x ⁇ , however, only one detection unit D, for example a multi-wavelength detector, is used.
- the excitation takes place in accordance with the structure described under b) of II).
- the combination of excitation and detection of the n markers M ⁇ can only be done one after the other. 27 b) If, based on the structure described in c) under II), for example a cylindrical sample cuvette is used, the unit D detects the fluorescence radiation emitted in each case parallel to the longitudinal axis of the cuvette.
- the respective units A ⁇ (together with their corresponding plane mirrors ⁇ 2 ⁇ ) can be placed around the sample cuvette.
- the combination of excitation and detection of the n marking substances M ⁇ can be carried out either in succession or simultaneously.
- an excitation unit A which e.g. (Case ai) contains interchangeable radiation sources ⁇ i ⁇ .
- A can also contain several radiation sources ⁇ i ⁇ , the respective radiation, e.g. (Case a) using optical fibers or optical fiber bundles or collinearly superimposing the individual beams of the radiation sources using optical elements, such as e.g. Beam splitter, dichroic beam splitter, grating, etc., is directed so that it enters the sample cell at the same location in each case.
- the respective fluorescence radiation is detected in accordance with the structure described under a) of 1.2).
- the combination of excitation and detection of the n markers M ⁇ can only be done one after the other.
- a unit A as described under a) (case ai or case a 2 ), radiates parallel to the longitudinal axis of the cuvette. Radially (and thus perpendicular to the beam direction of the excitation radiation) the respective units D ⁇ can be placed around the sample cell.
- the combination of excitation and detection of the n markers M ⁇ can only be carried out one after the other.
- the combination of excitation and detection 28 tion of the n marking substances M ⁇ take place successively and potentially also simultaneously.
- a detection unit D which, for example (case ai), contains interchangeable photodetectors and / or interchangeable optical filters (and possibly polarizers) ⁇ i ⁇ .
- D can also contain a plurality of photodetectors ⁇ i ⁇ , to which the respective emitted fluorescent radiation, for example (case a 2 ), is fed by means of optical fibers or optical fiber bundles.
- the excitation takes place in accordance with the structure described under b) of II).
- the combination of excitation and detection of the n markers M ⁇ can only be done one after the other.
- a cylindrical sample cuvette for example, a unit D, as described under a) (case ai or case a 2 ), detects the one emitted parallel to the longitudinal axis of the cuvette Fluorescence radiation. Radially to this (and thus perpendicular to the longitudinal axis of the cuvette), the respective units A ⁇ can be placed around the sample cuvette.
- a unit D in accordance with case ai the combination of excitation and detection of the n marking substances M ⁇ can only take place in succession.
- a unit D corresponding to case a 2 the combination of excitation and detection of the n marking substances M ⁇ can be carried out successively and potentially simultaneously.
- the construction can be carried out using an excitation unit A, which, for example (case ai) contains exchangeable radiation sources ⁇ i ⁇ or radiation sources ⁇ i ⁇ , their respective radiation, for example (case a 2 ) by means of optical fibers or optical fiber bundles or collinear superimposition of the individual beams of the radiation sources by means of optical elements, such as beam price, dichroic beam splitters, gratings, etc., is guided so that it enters the sample cell at the same location in each case.
- an excitation unit A which, for example (case ai) contains exchangeable radiation sources ⁇ i ⁇ or radiation sources ⁇ i ⁇ , their respective radiation, for example (case a 2 ) by means of optical fibers or optical fiber bundles or collinear superimposition of the individual beams of the radiation sources by means of optical elements, such as beam price, dichroic beam splitters, gratings, etc., is guided so that it enters the sample cell at the same location in each case.
- a detection unit D can be used which, for example (case ai), has interchangeable photodetectors and / or interchangeable optical filters (and possibly polarizers) ⁇ i ⁇ 29 contains or several photodetectors ⁇ i ⁇ , to which the respective emitted fluorescent radiation, for example (case a) by means of optical fibers or optical fiber bundles, is fed.
- ⁇ for the cases A (case a ⁇ ) / D (case a x), A (case a ⁇ ) / D (case a2) and A (case a) / D (case ai) the combination of excitation and detection of the n Markers M ⁇ only be made one after the other.
- the combination of excitation and detection of the n marking substances M ⁇ can be carried out successively and potentially simultaneously.
- the simultaneous excitation or detection of the n markers can in principle be carried out with the geometric conditions as described under point II) in a), point 1.2) in b), point 1.3) in b), point 1.4) in case a 2 of b), point 1.5) in case a 2 of b) and point 1.6) in case A (case a) / D (case a 2 ).
- the arrangement of the respective pairs A ⁇ / D ⁇ essentially corresponds to the geometry explained in point II) in a) and to the geometry shown in WO 94/02570.
- the optical axis of the unit A ⁇ (corresponding to the direction of the excitation beam) and the optical axis of the corresponding unit D ⁇ lie in a plane on which the longitudinal axis of the sample cell is perpendicular.
- These two optical axes form an angle ⁇ , which is between 0 ° and 180 °, whereby the following should be defined: when looking from the unit A ⁇ in its beam direction, this angle should be + ⁇ or - ⁇ if the corresponding unit D ⁇ right or left of this 30th
- a ⁇ (+) D ⁇ or A ⁇ (-) D ⁇ i.e. A1 (+) D1, A2 (+) D2, A3 (+) D3 etc. or A1 (-) D1, A2 (-) D2, A3 (-) D3 etc.
- the excitation (and detection) of spatially different sample volumes takes place in such a way that the respective pairs Am / Dm are arranged in parallel planes.
- the order of the levels can be in the form
- the optical axes belonging to two adjacent units A ⁇ form an angle that is between 0 and 360 °.
- n 2
- corresponding angles between adjacent units A ⁇ of 180, 120, 90, 72 or 60 ° result.
- complementary angles of 240, 270, 288 or 300 ° or -120, -90, -72 or -60 °
- the levels do not only correspond to the sequence A1 (+) D1, A2 (+) D2, A3 (+) D3, ..., An (+) Dn (equivalent to this in the sequence A1 (-) D1, A2 (-) D2, A3 (-) D3, ..., An (-) Dn) but also, for example, in the sequence A1 (+) D1, A2 (-) D2, A3 (+) D3 , ..., An-l (- / +) Dn-l, An (+/-) Dn.
- n 2 (180 °) or 4 (90 °) a cuvette with a rectangular cross-section is usually used; for n equal to 3 (120 °), 5 (72 °) or 6 (60 °) one is usually (for n a cuvette with a circular cross-section can of course also be used equal to 2 or 4.
- the combination of excitation and detection of the n markers M ⁇ can be carried out both simultaneously and in succession using the arrangements mentioned. 31
- the arrangement of the units A ⁇ can be designed in accordance with the explanations given under II.1). If the units A ⁇ are arranged in a row (case ai), the unit D can be installed in a fixed position in the corresponding ⁇ position if the radiation entrance window is of sufficient size or if appropriate imaging optics are used. Otherwise (case a 2 ), a (translational) tracking must take place in the corresponding position. In the case of the other arrangements of the units A ⁇ (case a 3 ), a (translational and rotary) adjustment of the unit D into the corresponding ⁇ positions must take place. Thus, in case ai, the combination of excitation and detection of the n markers M ⁇ can take place both simultaneously and in succession, in cases a 2 and a 3 only in succession.
- a detection unit eg a multi-wavelength detector
- a detection unit which, for example (case ai), contains exchangeable photodetectors and / or exchangeable optical filters (and possibly polarizers) ⁇ i ⁇ .
- D can also contain several photodetectors ⁇ i ⁇ , which the respective emitted 32
- Fluorescence radiation for example (case a 2 ) by means of optical fibers or optical fiber bundles, is supplied.
- a unit D corresponding to case ai, the combination of excitation and detection 'of the n markers m.mu. only take place sequentially, as a change of the subunits must be ⁇ i ⁇ and possibly also a (translational or translational and rotational) readjustment of the unit D.
- the combination of excitation and detection of the n marking substances M ⁇ can be carried out in succession and potentially (with a suitable arrangement of the units A ⁇ ), if, for example, by means of suitable optical devices, bundling (for example by optical lens) of the fluorescent radiation emitted by the marking substances M ⁇ onto the optical fibers or fiber bundles.
- a detection unit for example a multi-wavelength detector
- a detection unit which, for example (case ai), contains interchangeable photo detectors and / or interchangeable optical filters (and possibly polarizers) ⁇ i ⁇ .
- D can also contain a plurality of photodetectors ⁇ i ⁇ , to which the respective emitted fluorescent radiation, for example (case a 2 ), is fed by means of optical fibers or optical fiber bundles.
- the simultaneous excitation or detection of the n marking substances can in principle be carried out with the arrangements and geometric relationships as described in point II.1), point II.2) in case ai of a), point II.2) in b ), Point II.3) in case a 2 of a) and point II.3) in case a 2 of b). 33
- the arrangements and exemplary construction options of detection devices in case II, i.e. with excitation in different sample volumes, are usually suitable for the simultaneous excitation of all n markers M ⁇ .
- Such arrangements and exemplary construction options for detection devices are particularly suitable, in which the fluorescence radiation emitted in each case can also be detected simultaneously at spatially different locations.
- the excitation radiation of the units A ⁇ can be pulsed or continuous, i.e. in continous wave (CW) mode.
- the intensity of the excitation radiation of each unit A ⁇ can be modulated with a frequency f ⁇ , so that this unit A ⁇ excites fluorescence radiation of the marking substance M ⁇ which is also intensity-modulated with f ⁇ and which can be selectively measured by D ⁇ .
- modulation frequencies are used which differ from the frequency of the power grid (usually 50 Hz) and the half and integer multiples of this frequency.
- the different modulation frequencies f ⁇ allow the fluorescence radiation of the respective markers M ⁇ to be assigned and a better signal / noise ratio to be achieved.
- the "lock-in method" is usually used to detect the intensity-modulated fluorescence signals.
- a preferred embodiment of the method according to the invention for the detection of marking substances in liquids which have been marked according to the method according to the invention consists in the successive excitation of the n marking substances M ⁇ by their corresponding units A ⁇ in the same sample volume and the (temporally successive) Detection of the fluorescence radiation emitted by M ⁇ .
- a further preferred embodiment of the method according to the invention for the detection of marking substances in liquids which have been marked according to the method according to the invention consists in the simultaneous excitation of the n marking substances M ⁇ by their corresponding units A ⁇ in the same sample volume and simultaneously or in succession 34 detection of the fluorescence radiation emitted by M ⁇ in each case by means of a multi-wavelength detector.
- a further preferred embodiment of the method according to the invention for the detection of marking substances in liquids which have been marked according to the method according to the invention consists in the simultaneous excitation of the n marking substances M ⁇ by a polychromatic unit A in the same sample volume and the simultaneous or temporally successive one Detection of those emitted by M ⁇
- Fluorescence radiation using a multi-wavelength detector Fluorescence radiation using a multi-wavelength detector.
- a further preferred embodiment of the method according to the invention for the detection of marking substances in liquids which have been marked according to the method according to the invention consists in the simultaneous excitation of the n marking substances M ⁇ by respective units A ⁇ with the frequency f ⁇ intensity-modulated in the same sample volume and the simultaneous or sequential detection of the respective fluorescence radiation emitted by M ⁇ and intensity-modulated.
- a further preferred embodiment of the method according to the invention for the detection of marking substances in liquids which have been marked according to the method according to the invention consists in the simultaneous excitation of the n marking substances M ⁇ by their corresponding units A ⁇ in different sample volumes and that in succession or at the same time detection of the fluorescence radiation emitted by M ⁇ by means of the respective unit D ⁇ .
- ⁇ i ⁇ semiconductor lasers semiconductor diodes or solid-state lasers, which have a maximum emission in the spectral range from ⁇ ma ⁇ - 100 nm to ⁇ max + 20 nm, where ⁇ ma x denotes the wavelength of the absorption maximum of the respective marking substance M ⁇ .
- Photodetectors ⁇ i ⁇ in the units D ⁇ are advantageously used as the photodetectors ⁇ i ⁇ in the units D ⁇ .
- Interference filters and / or edge filters with a short-wave transmission edge in the range from m ax to ⁇ max + 80 nm are preferred as optical filters in the photo detectors ⁇ i ⁇ of the units D ⁇ , where ⁇ max denotes the wavelength of the absorption maximum of the respective marking substance M ⁇ . 35
- NIR polarizers can also be used.
- the absorption spectrum of the mixture of markers from A, B and C shows essentially no overlap of the absorption spectra of the individual markers.
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Markierung von Flüssigkeiten mit mindestens zwei Markierstoffen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Markierstoffe im Spektralbereich von 600 bis 1200 nm absorbieren und als Folge davon Fluoreszenzstrahlung emittieren, im wesentlichen nicht miteinander überlappende Absorptionsbereiche aufweisen und mindestens einer der Markierstoffe eine Wellenlänge des Absorptionsmaximums von mehr als 850 nm besitzt. Weiter betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Detektion solcher Markierstoffe in Flüssigkeiten, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man eine Strahlungsquelle verwendet, welche in den Absorptionsbereichen der Markierstoffe Strahlung emittiert, und man die von den Markierstoffen emittierte Fluoreszenzstrahlung nachweist oder welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man für jeden einzelnen Markierstoff eine entsprechende Strahlungsquelle verwendet, welche im Absorptionsbereich des Markierstoffs Strahlung emittiert, und man die von den Markierstoffen emittierte Fluoreszenzstrahlung nachweist. Die vorliegende Erfindung betrifft zudem Flüssigkeiten, welche nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung markiert sind.
Description
Verfahren zur Markierung von Flüssigkeiten mit mindestens zwei Markierstoffen und Verfahren zu deren Detektion
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Markierung von Flüssigkeiten mit mindestens zwei Markierstoffen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Markierstoffe im Spektralbe- reich von 600 bis 1200 nm absorbieren und als Folge davon Fluoreszenzstrahlung emittieren, im wesentlichen nicht miteinander überlappende Absorptionsbereiche aufweisen und mindestens einer der Markierstoffe eine Wellenlänge des Absorptions- maximums von mehr als 850 nm besitzt.
Weiter betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Detektion solcher Markierstoffe in Flüssigkeiten, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man eine Strahlungsquelle verwendet, welche in den Absorptionsbereichen der Markierstoffe Strahlung emittiert, und man die von den Markierstoffen emittierte Fluoreszenzstrahlung nachweist oder welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man für jeden einzelnen Markierstoff eine entsprechende Strahlungsquelle verwendet, welche im Absorptionsbereich des Markiersto fs Strahlung emittiert, und man die von den Markier- Stoffen emittierte Fluoreszenzstrahlung nachweist.
Die vorliegende Erfindung betrifft zudem Flüssigkeiten, welche nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung markiert sind.
Es ist häufig erforderlich, Flüssigkeiten zu markieren, um in der Folge, z.B. bei ihrer Anwendung, mittels geeigneter Methoden die so markierten Flüssigkeiten wieder zu detektieren. Beispielsweise kann auf diese Weise Heizöl, welches üblicherweise steuerlich begünstigt ist, von in der Regel höher versteuertem Dieselöl unterschieden werden oder es lassen sich flüssige Produktströme in großtechnischen Anlagen, wie z.B. Erdölraffinerien, markieren und dadurch verfolgen.
Soll die Markierung der Flüssigkeiten für das menschliche Auge unsichtbar sein, so ist man auf Markierstoffe angewiesen, welche außerhalb des sichtbaren Bereichs des Spektrums absorbieren und/ oder Strahlung emittieren. Wegen der hohen Empfindlichkeit des Nachweises und damit verbunden der Möglichkeit, mit geringen Zugaben des Markierstoffs eine zuverlässige Markierung zu erreichen, sind hier vor allem Markierstoffe von Bedeutung, welche die absorbierte Strahlung als Fluoreszenzstrahlung wieder emittieren. In der Regel besitzt diese emittierte Strahlung dabei
2 eine niedrigere Frequenz als die absorbierte Strahlung (STOKES- Strahlung) , in selteneren Fällen dieselbe (Resonanz-Fluoreszenz) oder sogar eine höhere Frequenz (A TI-STOKES-Strahlung) .
Von großer (volks-)wirtschaftlicher Bedeutung ist die Markierung von Kohlenwasserstoffen und Kohlenwasserstoffgemischen (z.B. verschiedenste Qualitäten von Diesel- und Ottokraftstoffen sowie sonstigen Mineralölen) . Da diese Flüssigkeiten üblicherweise im Spektralbereich unterhalb von etwa 600 nm selbst hohe Absorption und/oder Fluoreszenz aufweisen, werden sinnvollerweise Markierstoffe verwendet, welche oberhalb von etwa 600 nm absorbieren und/oder fluoreszieren.
Idealerweise besitzen daher Verbindungen, die als Markierstoffe verwendet werden sollen, folgende Grundvoraussetzungen:
Sie zeigen im Spektralbereich von 600 bis 1200 nm eine starke Absorption,
sie besitzen im sichtbaren Bereich des Spektrums dagegen keine oder nur geringfügige Absorption bzw. Fluoreszenz,
sie zeigen im Spektralbereich von etwa 600 bis etwa 1200 nm eine starke Emission von Fluoreszenzstrahlung,
die emittierte Fluoreszenzstrahlung läßt sich auch bei (gewichts- mäßigen) Konzentrationen der Markierstoffe in der betreffenden
Flüssigkeit von weniger als 1 pp noch zuverlässig detektieren und
sie besitzen in der zu markierenden Flüssigkeit eine ausreichende
Löslichkeit.
Je nach spezieller Anforderung können für die Verbindungen, die als Markierstoffe verwendet werden sollen, noch ein oder mehrere der nachfolgend genannten Punkte von Bedeutung sein:
Sie sind mit anderen Markierstoffen und gegebenenfalls vorliegenden Additiven mischbar (dies gilt auch für die Mischbarkeit von markierten und gegebenenfalls additivierten Flüssigkeiten miteinander) ,
sie sind sowohl selbst als auch gelöst in der zu markierenden Flüssigkeit unter Einwirkung äußerer Bedingungen, wie z.B. Temperatur, Licht, Feuchtigkeit etc., stabil,
3 sie wirken nicht schädigend auf die Umgebung, wie z.B. Verbrennungsmotoren, Lagertanks etc. , in welcher sie verwendet werden und
sie sind sowohl toxikologisch als auch ökologisch verträglich.
In der Schrift WO 94/02570 wird zur Markierung von Flüssigkeiten die Verwendung von Markierstoffen aus der Klasse der metallfreien oder metallhaltigen Phthalocyanine, der metallfreien oder metall- haltigen Naphthalocyanine, der Nickel -Dithiolen-Komplexe, der
A iniumverbindungen von aromatischen Aminen, der Methinfarbstoffe oder der Azulenquadratsäurefarbstoffe beschrieben, welche ihr Absorptionsmaximum im Bereich von 600 bis 1 200 nm und/oder ein Fluoreszenzmaximum im Bereich von 620 bis 1 200 nm aufweisen. Weiter wird ein Verfahren beschrieben, welches im wesentlichen darin besteht, daß die Fluoreszenzstrahlung des in der Flüssigkeit vorhandenen Markierstoffs, welcher im besagten Spektral - bereich Strahlung absorbiert, detektiert wird. Auch wird ein Detektor beschrieben, welcher zum Nachweis des Markierstoffs ver- wendet wird. Die Verwendung mehrerer Markierstoffe gleichzeitig wird jedoch nicht explizit erwähnt.
Die Schrift US 5,525,516 beschreibt ebenfalls ein Verfahren zur Markierung von Mineralölen mit Verbindungen, welche Fluoreszenzen im NIR aufweisen. Als solche Markierstoffe kommen substituierte Phthalocyanine, substituierte Naphthalocyanine sowie Quadratoder Krokonsäurederivate zur Verwendung. In der Beschreibung dieser US-Schrift (Spalte 3, Zeilen 35 bis 40) wird ausgeführt, daß im Rahmen der beschriebenen Erfindung ein oder mehrere Mineralöle nicht nur mit einer, sondern auch mit zweien oder mehreren im IR-Bereich fluoreszierenden Verbindungen markiert werden können. Weiter wird aber auch darauf hingewiesen (Spalte 3, Zeilen 41 bis 44), daß diese fluoreszierende (n) Verbindung (en) vorzugsweise unterhalb von 850 nm absorbieren sollten, da ober- halb dieser Wellenlänge die Mineralöle starke Absorption zeigten. Weiter wird in dieser Schrift ein Verfahren zur Identifizierung von Mineralölen beansprucht, welche mit einem oder mehreren Markierstoffen markiert worden sind. Hierbei wird ein Anregungs- bereich (Absorptionsbereich) für das markierte Mineralöl bzw. die darin enthaltenen Markierstoffe von 670 bis 850 nm angegeben. Darüber hinaus werden aber keine weiteren Hinweise darauf geliefert, wie im Falle der Markierung von Mineralölen mit mehr als einem Markierstoff verfahren werden soll.
In der Schrift US 5,710,046 wird ein Verfahren zur Markierung von Benzin beschrieben, welches ebenfalls auf die Detektion eines im Benzin gelösten und im wesentlichen metallfreien Fluoreszenzfarb-
4
Stoffs hinausläuft. Hierbei wird eine entsprechend markierte Benzinprobe mit Strahlung aus einem Wellenlängenband von 600 bis 2500 nm angeregt, das im Wellenlängenband von etwa 600 bis 2500 nm vom Farbstoff emittierte Fluoreszenzlicht detektiert und das resultierende Detektionssignal zur Identifizierung der markierten Probe herangezogen. Weiter wird in dieser Schrift ausführlich der Aufbau eines Detektors zum Nachweis der Fluoreszenz - farbstoffe in den markierten Benzinproben beschrieben. Auf die Verwendung von mehreren Markierstoffen (Farbstoffen) wird jedoch nicht eingegangen.
Sollen Flüssigkeiten, wie z.B. Kohlenwasserstoffe und Kohlenwasserstoffgemische (beispielsweise Diesel- und Ottokraftstoffe sowie sonstigen Mineralöle) , unterschiedlicher Herkunft oder ver- schiedener Hersteller markiert werden, so benötigt man bei Verwendung von lediglich einem Markierstoff je Flüssigkeit eine Vielzahl verschiedener Markierstoffe. Diese müssen sich hinsichtlich ihres Absorptions- und/oder Fluoreszenzverhaltens dabei ausreichend voneinander unterscheiden, damit eine Identifizierung der Flüssigkeiten hinsichtlich ihrer Provenienz und/oder ihres Herstellers möglich wird. Durch die Markierung von Flüssigkeiten mit nur einem Markierstoff ist es zudem unbefugten Dritten leichter möglich, unmarkierte Flüssigkeiten durch Zugabe des entsprechenden Markierstoffs zu "fälschen" . Dies ist von großer Bedeutung, wenn chemisch und qualitativ gleichwertige Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Fiskalabgaben belegt sind. Beispielsweise seien hier nur Heizöl und Dieselkraftstoff genannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, durch Zugabe von mehr als zwei Markierstoffen Flüssigkeiten so zu markieren, d.h. so mit einem "Fingerabdruck" zu versehen, daß eine Nachstellung der Markierung erschwert wird.
Diese Aufgabe wurde gelöst durch ein Verfahren zur Markierung von Flüssigkeiten mit mindestens zwei Markierstoffen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Markierstoffe
im Spektralbereich von 600 bis 1200 nm absorbieren und als Folge davon Fluoreszenzstrahlung emittieren,
im wesentlichen nicht miteinander überlappende Absorptionsbereiche aufweisen und
mindestens einer der Markierstoffe eine Wellenlänge des Absorptionsmaximums von mehr als 850 nm besitzt.
5
Durch die Verwendung von mindestens einem Markierstoff, dessen Absorptionsbereich bei mehr als 850 nm liegt, wird ein größerer Wellenlängenbereich der Absorption/Fluoreszenz zur Markierung von' Flüssigkeiten erschlossen. Hierdurch ist es möglich, eine größere Anzahl von Markierstoffen einzusetzen, deren Absorptionsbereiche sich im wesentlichen nicht überlappen.
"Im wesentlichen nicht miteinander überlappende Absorptions- bereiche" bedeutet hierbei, daß sich die jeweiligen Absorptions- spektren zweier beliebiger in Betracht kommender Markierstoffe, bezogen auf vergleichbare Bedingungen (wie z.B. dieselbe Flüssigkeit, dieselbe molare Konzentration in der markierten Flüssigkeit und dieselbe absorbierende Schichtdicke der markierten Flüssigkeit) , möglichst nicht überlappen sollen. Sofern jedoch Über- lappung eintritt, sollte bei allen Wellenlängen im Überlappungs- bereich bei jeder jeweiligen in Betracht stehenden Wellenlänge der Wert des Extinktionskoef izienten des einen Markierstoffs nicht mehr als etwa 5 % des Werts des anderen Markierstoffs betragen. Zugrunde liegt dieser Betrachtung dabei ein auf den Blindwert bezogenes Absorptionsspektrum. Dieser Blindwert entspricht dem unter vergleichbaren Bedingungen gemessenen Absorptionsspektrum der entsprechenden reinen (unmarkierten) Flüssigkeit.
Bevorzugt verwendet man im erfindungsgemäßen Verfahren zur Markierung von Flüssigkeiten Markierstoffe, deren jeweilige Wellenlänge des Absorptionsmaximums im Spektralbereich von 600 bis 1200 nm liegt.
Bevorzugt wird im erfindungsgemäßen Verfahren zur Markierung von Flüssigkeiten eine Kombination von n Markierstoffen verwendet, wobei n eine ganze Zahl von 2 bis 10, also Werte von 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 bedeutet.
Besonders bevorzugt wird im erfindungsgemäßen Verfahren zur Markierung von Flüssigkeiten eine Kombination von n Markier - Stoffen verwendet, wobei n eine ganze Zahl von 2 bis 6, also Werte von 2, 3, 4, 5 oder 6 bedeutet.
Ganz besonders bevorzugt wird im erfindungsgemäßen Verfahren zur Markierung von Flüssigkeiten eine Kombination von n Markier - Stoffen verwendet, wobei n eine ganze Zahl von 2 bis 4, also Werte von 2, 3 oder 4 bedeutet.
Als Markierstoffe, welche im Spektralbereich von 600 bis 1200 nm absorbieren und als Folge davon FluoreszenzStrahlung emittieren, setzt man im erfindungsgemäßen Verfahren sowie in den bevorzugten
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Ausführungsformen, in welchen man eine Kombination von n gleich 2 bis 10, n gleich 2 bis 6 oder n gleich 2 bis 4 Markierstoffen verwendet, Verbindungen zu, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus metallfreien und metallhaltigen Phthalocyaninen, metallfreien und metallhaltigen Naphthalocyaninen, Nickel -Dithio - len- Komplexen, Aminiu verbindungen von aromatischen Aminen, Methinfarbstoffen, Quadratsäurefarbstoffen und Krokonsäurefarb- stoffen.
Als Markierstoffe, die bei einer Wellenlänge des Absorptions- maximums im Spektralbereich von 600 bis 1200 nm absorbieren und als Folge davon Fluoreszenzstrahlung emittieren, setzt man im erfindungsgemäßen Verfahren sowie in den bevorzugten Ausführungs- formen, in welchen man eine Kombination von n gleich 2 bis 10, n gleich 2 bis 6 oder n gleich 2 bis 4 Markierstoffen verwendet, vorzugsweise ebensolche Verbindungen zu, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus metallfreien und metallhaltigen Phthalocyaninen, metallfreien und metallhaltigen Naphthalocyaninen, Nickel -Dithiolen-Komplexen, Aminiumverbindungen von aromatischen Aminen, Methinfarbstoffen, Quadratsäurefarbstoffen und Krokonsäurefarbstoffen.
Als Markierstoffe, die bei einer Wellenlänge des Absorptions- maximums von mehr als 850 nm absorbieren und als Folge davon Fluoreszenzstrahlung emittieren, setzt man im erfindungsgemäßen Verfahren sowie in den bevorzugten Ausführungsformen, in welchen man eine Kombination von n gleich 2 bis 10, n gleich 2 bis 6 oder n gleich 2 bis 4 Markierstoffen verwendet, vorzugsweise mindestens eine Verbindungen zu, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus metallfreien und metallhaltigen Naphthalocyaninen, Nickel -Dithiolen-Komplexen, Aminiumverbindungen von aromatischen Aminen, Methinfarbstoffen, Quadratsäurefarbstoffen und Krokonsäurefarbstoffen.
Geeignete Phthalocyanine gehorchen z.B. der Formel Ia
(ia),
Me1 zweimal Wasserstoff, zweimal Lithium, Magnesium, Zink, Kupfer, Nickel, VO, TiO, A1C1, AlO-Cι-C20-Alkyl, A1NH-Cι-C20-Alkyl, AlN(Cι~ C20-Alkyl)2, AlO-C6-C20-Aryl, Al-NH-C6-C20-Aryl oder A1N(-C6-C20- Aryl)2/ AIN-Het, wobei N-Het ein heterocyclischer, gesättigter oder ungesättigter fünf-, sechs- oder siebengliedriger Ring ist, welcher neben mindestens einem Stickstoffatom noch ein oder zwei weitere Stickstoffatome und/oder ein weiteres Sauerstoff- oder Schwefelatom im Ring enthalten kann, welcher gegebenenfalls ein- bis dreifach mit Cι-C4-Alkyl, Phenyl, Benzyl oder Phenylethyl substituiert ist und welcher über ein (bzw. das) Ringstickstoffatom an das Aluminiumatom gebunden ist, oder Si(OH)2,
mindestens 4 der Reste R1 bis R16 unabhängig voneinander für einen Rest der Formel W-X1, worin W für eine chemische Bindung, Sauerstoff, Schwefel, Imino, Cι-C-Alkylimino oder Phenylimino und X1 für Cι-Crj-Alkyl oder C3-Cι0-Cycloalkyl, das gegebenenfalls durch 1 bis 4 Sauerstoffatome in Etherfunktion unterbrochen ist und durch Phenyl substituiert sein kann, Adamantyl oder gegebenenfalls substituiertes Phenyl, heterocyclische, gesättigte fünf-, sechs- oder siebengliedrige Ringe, welche noch ein oder zwei weitere Stickstoffatome und/oder ein weiteres Sauerstoff- oder Schwefel - atom im Ring enthalten können, welche gegebenenfalls ein- bis dreifach mit Cι~C-Alkyl, Phenyl, Benzyl oder Phenylethyl substituiert sind und welche über ein (bzw. das) Ringstickstoffatom an den Benzolring gebunden sind, stehen und
gegebenenfalls die übrigen Reste R1 bis R16 Wasserstoff, Halogen, Hydroxysulfonyl oder Cχ-C-Dialkylsulfamoyl bedeuten.
Geeignete Phthalocyanine gehorchen weiterhin z.B. der Formel Ib
(Ib),
R17 und R18 oder R18 und R19 oder R19 und R20 zusammen jeweils einen Rest der Formel X2-C2H-X3, worin einer der beiden Reste X2 und X3 für Sauerstoff und der andere für Imino oder Cι-C4-Alkylimino steht, und
R19 und R20 oder R17 und R20 oder R17 und R18 unabhängig voneinander jeweils Wasserstoff oder Halogen bedeuten und
Me1 die obengenannte Bedeutung besitzt.
Weitere geeignete Phthalocyanine sind, sofern sie nicht bereits unter den oben aufgeführten Phthalocyaninen erwähnt wurden, in der Schrift US 5,526,516 unter der allgemeinen Formel I und exemplarisch in Tabelle 3 sowie in der Schrift US 5,703,229 unter der allgemeinen Formel II und exemplarisch in Tabelle 3 gezeigt.
Geeignete Naphthalocyanine gehorchen z.B. der Formel II
(II)
Y1, Y2, Y3, Y4, Y5, Y6, Y7 und Y8 unabhängig voneinander jeweils Wasserstoff, Hydroxy, Cι-C2o-Alkyl, C3-Cιo-Cycloalkyl oder Cχ-C2o-Alkoxy, wobei die Alkylgruppen jeweils durch 1 bis 4 Sauer - stoffatome in Etherfunktion unterbrochen sein können und gegebenenfalls durch Phenyl substituiert sind, heterocyclische, gesättigte fünf-, sechs- oder siebengliedrige Ringe, welche noch ein oder zwei weitere Stickstoffatome und/oder ein weiteres Sauerstoff- oder Schwefelatom im Ring enthalten können, welche gegebenenfalls ein- bis dreifach mit Cι-C4-Alkyl, Phenyl, Benzyl oder Phenylethyl substituiert sind und welche über ein (bzw. das) Ringstickstoffatom an den Benzolring gebunden sind,
Y9, Y10, Y11 und Y12 unabhängig voneinander jeweils Wasserstoff, Cι~C o-Alkyl oder Cι-C2o-Alkoxy, wobei die Alkylgruppen jeweils durch 1 bis 4 Sauerstoffatome in Etherfunktion unterbrochen sein können, Halogen, Hydroxysulfonyl oder Cι-C4-Dialkylsulfamoyl und
Me2 die Bedeutung von Me1 besitzt oder den Rest
γl7
/
Si L
\ γl 8 bedeutet , wobei
Y17 und Y18 unabhängig voneinander j eweils für Hydroxy, Cι-C2o- Alkoxy, Cι-C20-Alkyl , C2-C2o-Alkenyl , C3-C2o-Alkenyloxy oder einen Rest der Formel
γ20
O-Si-O-Y19 γ21
stehen, worin Y19 die Bedeutung von Cι-C2o-Alkyl, C2-C2o~Alkenyl oder C-C2o-Alkadienyl und Y20 und Y21 unabhängig voneinander jeweils die Bedeutung von Cι-Cι -Alkyl, C2-Cχ-Alkenyl oder des obengenannten Rests OY19 besitzen.
Von besonderem Interesse sind dabei Naphthalocyanine der Formel II, in der mindestens einer der Reste Y1 bis Y8 von Wasserstoff verschieden sind.
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Weitere geeignete Naphthalocyanine sind, sofern sie nicht bereits unter den oben aufgeführten Naphthalocyaninen erwähnt wurden, in der Schrift US 5,526,516 unter der allgemeinen Formel II und exemplarisch in Tabelle 4 sowie in der Schrift US 5,703,229 unter der allgemeinen Formel III und exemplarisch in Tabelle 4 gezeigt.
Geeignete Nickel-Dithiolen-Komplexe gehorchen z.B. der Formel III
in der
L1, L2, L3 und L4 unabhängig voneinander jeweils Cι-C2o-Alkyl, das gegebenenfalls durch 1 bis 4 Sauerstoffatome in Etherfunktion unterbrochen ist, Phenyl, Cι-C2o-Alkylphenyl, Cι-C o~Alkoxyphenyl, wobei die Alkylgruppen jeweils durch 1 bis 4 Sauerstoffatome in Etherfunktion unterbrochen sein können, oder L1 und L2 und/oder L3 und L4 jeweils zusammen den Rest der Formel
bedeuten.
Geeignete Aminiumverbindungen gehorchen z.B. der Formel IV
©
in der
Z1, Z2, Z3 und Z4 unabhängig voneinander jeweils Cι-C2o-Alkyl, das gegebenenfalls durch 1 bis 4 Sauerstoffatome in Etherfunktion unterbrochen ist, Cι-C2o-Alkanoyl oder einen Rest der Formel
11
/
worin Z6 für Wasserstoff, Cι-C2o-Alkyl, das gegebenenfalls durch 1 bis 4 Sauerstoffatome in Etherfunktion unterbrochen ist, oder Cι-C2o-Alkanoyl, Z7 für Wasserstoff oder Cι-C20-Alkyl, das gegebenenfalls durch 1 bis 4 Sauerstoffatome in Etherfunktion unterbrochen ist, und Z8 für Wasserstoff, Cι-C20-Alkyl, das gegebenenfalls durch 1 bis 4 Sauerstoffatome in Etherfunktion unterbrochen ist, oder Halogen stehen, und
An® das Äquivalent eines Anions bedeuten.
Geeignete Methinfarbstoffe gehorchen z.B. der Formel V
An© (V) n
in der die Ringe A und B unabhängig voneinander jeweils gegebenenfalls benzoanelliert sind und substituiert sein können,
E1 und E2 unabhängig voneinander jeweils Sauerstoff, Schwefel, Imino oder einen Rest der Formel
—C(CH3)2— oder —CH=CH— ,
D einen Rest der Formel
-CE3= oder —CH=CE3—CH=
worin E3 für Wasserstoff, Cι-C6-Alkyl, Chlor oder Brom und E4 für Wasserstoff oder Cι-C6-Alkyl stehen,
Q1 und Q2 unabhängig voneinander jeweils Phenyl, C5-C7-Cycloalkyl, Cι-Cι2-Alkyl das durch 1 bis 3 Sauerstoffatome in Etherfunktion unterbrochen sein kann und gegebenenfalls durch Hydroxy, Chlor,
12
Brom, Carboxyl, Cι-C4-Alkoxycarbonyl, Acryloyloxy, Methacryloy- loxy, Hydroxysulfonyl, Ci-^-Alkanoylamino, Ci-Cδ-Alkylcarbamoyl, Cι-C6-Alkylcarbamoyloxy oder einen Rest der Formel G®(K)3, worin G für Stickstoff oder Phosphor und K für Phenyl, C5-C7-Cycloalkyl oder Cι-Cι2-Alkyl stehen, substituiert sind,
An® das Äquivalent eines Anions und
n 1, 2 oder 3 bedeuten.
Geeignete Quadratsäurefarbstoffe sind z.B. solche Verbindungen, welche in der Schrift US 5,526,516 unter der allgemeinen Formel III gezeigt und exemplarisch in Tabelle 2 sowie in der Schrift US 5,703,229 unter der allgemeinen Formel IV und exemplarisch in Tabelle 2 aufgeführt sind.
Geeignete Quadratsäurefarbstoffe sind auch Azulenquadratsäure- farbstoffe, welche z.B. der nachstehend gezeigten Formel VI gehorchen
Oθ
(VI),
in der
J Cι-C12-Alkylen,
T1 Wasserstoff, Halogen, Amino, Hydroxy, Cι-Cι2-Alkoxy, Phenyl, substituiertes Phenyl, Carboxyl, Cι-Cι2-Alkoxycarbonyl, Cyano oder einen Rest der Formel -NT7-CO-T6, -CO-NT6T7 oder 0-CO-NT6T7, worin T6 und T7 unabhängig voneinander jeweils für Wasserstoff, Cι-Cι2-Alkyl, C5-C7-Cycloalkyl, Phenyl, 2, 2, 6, 6-Tetramethyl- piperidin-4-yl oder Cyclohexylaminocarbonyl stehen, und
T2, T3, T4 und T5 unabhängig voneinander jeweils Wasserstoff oder C_.-Ci2-Alkyl, das gegebenenfalls durch Halogen, Amino, Cχ-Cι2- Alkoxy, Phenyl, substituiertes Phenyl, Carboxyl, Cι~Cι -Alkoxy- carbonyl oder Cyano substituiert ist, bedeuten,
13 mit der Maßgabe, daß wenn T5 Wasserstoff bedeutet, an einem oder beiden Azulenringen die Ringpositionen der Substituenten J-T1 und T4 innerhalb eines Azulenrings auch gegeneinander vertauscht sein können.
Geeignete Quadratsäurefarbstoffe sind z.B. auch solche Verbindungen, welche der nachstehenden Formel Via gehorchen,
Ar- Arθ (via) ,
in der Ar jeweils unabhängig voneinander für einen gegebenenfalls mit Cι-C2o-Alkoxy, Cι-C o-Alkylamino, Cι-C2o-Dialkylamino oder Cχ~ Co~Alkylthio substituierten, aromatischen oder heteroaromatischen fünf- oder sechsgliedrigen Ring, wie z.B. Phenyl, Naphthyl, Thio- phen, Pyridin oder Thiazol steht. Die Alkylgruppen können jeweils durch 1 bis 4 Sauerstoffatome in Etherfunktion unterbrochen und gegebenenfalls durch Phenyl substituiert sein.
Ar ist bevorzugt Phenyl, welches in 2-, 2,4- oder 2, 4, 6-Stellung mit den besagten Resten mono-, di- bzw. trisubstituiert ist. Vorzugsweise sind bei mehrfacher Substitution des Phenyls diese Reste gleich. Insbesondere kommen in Betracht solche Verbindungen, in welchen beide Ar gleich sind.
Geeignete Krokonsäurefarbstoffe sind z.B. solche Verbindungen, welche in der Schrift US 5,526,516 unter der allgemeinen Formel IV gezeigt und exemplarisch in Tabelle 5 aufgeführt sind.
Alle in den obengenannten Formeln auftretenden Alkyl-, Alkylen- oder Alkenylreste können sowohl geradkettig als auch verzweigt sein.
In Formel Ia, II, III, IV oder Via sind geeignete Cι-C2o-Alkyl- reste, die gegebenenfalls durch 1 bis 4 Sauerstoffatome in Ether- funktion unterbrochen sind, z.B. Methyl, Ethyl, Propyl, Iso- propyl, Butyl, Isobutyl, sec-Butyl, tert-Butyl, Pentyl, Iso- pentyl, Neopentyl, tert-Pentyl, Hexyl, 2-Methylpentyl, Heptyl, Octyl, 2-Ethylhexyl, Isooctyl, Nonyl, Isononyl, Decyl, Isodecyl, Undecyl, Dodecyl, Tridecyl, 3 , 5, 5, 7-Tetramethylnonyl, Isotridecyl (die obigen Bezeichnungen Isooctyl, Isononyl, Isodecyl und Isotridecyl sind Trivialbezeichnungen und stammen von den nach der Oxosynthese erhaltenen Alkoholen - vgl. dazu Ull anns
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Encyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage, Band 7, Seiten 215 bis 217, sowie Band 11, Seiten 435 und 436), Tetradecyl, Pentadecyl, Hexadecyl, Heptadecyl, Octadecyl, Nonadecyl, Eicosyl,' 2-Methoxyethyl, 2-Ethoxyethyl, 2-Propoxyethyl, 2-Isopropoxyethyl, 2-Butoxyethyl, 2- oder 3-Methoxypropyl, 2- oder 3-Ethoxypropyl, 2- oder 3-Propoxypropyl, 2- oder 3-Butoxypropyl, 2- oder 4-Meth- oxybutyl, 2- oder 4-Ethoxybutyl, 2- oder 4-Propoxybutyl, 2- oder 4-Butoxybutyl, 3 , 6-Dioxaheptyl, 3, 6-Dioxaoctyl, 4, 8-Dioxanonyl, 3, 7-Dioxaoctyl, 3, 7-Dioxanonyl, 4, 7-Dioxaoctyl, 4 , 7-Dioxanonyl, 4, 8-Dioxadecyl, 3 , 6, 8-Trioxadecyl , 3, 6, 9-Trioxaundecyl,
3, 6, 9, 12-Tetraoxatridecyl oder 3, 6, 9, 12-Tetraoxatetradecyl.
In Formel Ia oder II sind geeignete C3-Cιrj-Cycloalkylreste verzweigte oder unverzweigte Cycloalkylreste, die gegebenenfalls durch 1 bis 4 Sauerstoffatome in Etherfunktion unterbrochen sind, z.B. Cyclopropyl, Cyclobutyl, Cyclopentyl, Tetrahydrof ranyl, Cyclohexyl, Tetrahydropyranyl , Cycloheptyl, Oxepanyl, 1 -Methyl - cyclopropyl, 1-Ethylcyclopropyl, 1-Propylcyclopropyl, 1-Butyl- cyclopropyl, 1-Pentylcyclopropyl, 1 -Methyl -1-Butylcyclopropyl, 1, 2-Dimethylcyclypropyl, 1 -Methyl-2 -Ethylcyclopropyl, Cyclooctyl, Cyclononyl oder Cyclodecyl.
In Formel Ia, Ib oder II sind geeignete C6-C2o~Arylreste in den AlO-C6-C20-Aryl-, Al-NH-C6-C20-Aryl- oder A1N (-C6-C20-Aryl)2- Gruppierungen von Me1 bzw. Me2 z.B. gegebenenfalls mit bis zu zwei Cι-C7-Alkyl-, mit bis zu drei Cι-C-Alkyl-, mit bis zu vier Cι~C3- Alkyl- oder mit bis zu fünf Methyl- oder Ethylresten substituiertes Phenyl oder gegebenenfalls mit bis zu zwei Cχ-C5-Alkyl, mit bis zu drei Cχ-C3-Alkyl- oder mit bis zu vier Methyl- oder Ethyl- resten substituiertes Naphthyl, wobei solche gegebenenfalls vorhandenen Alkylsubstituenten bereits unter den vorher aufgeführten ci"c 20~Alkylresten genannt sind.
In Formel Ia, Ib oder II leiten sich geeignete N-Het in den A1N- Het-Gruppierungen von Me1 bzw. Me2 ab von z.B. Pyrrol, Pyrrolidin, Pyrazol, Pyrazolidin, Imidazol, Imidazolin, 1H-1, 2, 3-Triazol, 1, 2,3-Triazolidin, 1H-1, 2, 4-Triazol, 1, 2, 4-Triazolidin, Pyridin, Piperidin, Pyrazin, Piperazin, Pyridazin, Morpholin, lH-Azepin, 2H-Azepin, Azepan, Oxazol, Oxazolidin, Thiazol, Thiazolidin, 1,2,3-, 1,2,4- oder 1, 3, 4-Oxadiazol, 1,2,3-, 1,2,4- oder
1, 3, 4-Oxadiazolidin, 1,2,3-, 1,2,4- oder 1, 3, 4-Thiadiazol oder 1,2,3-, 1,2,4- oder 1, 3, 4-Thiadiazolidin, wobei die heterocycli- schen Ringe gegebenenfalls ein- bis dreifach mit Cι-C4-Alkyl, Phenyl, Benzyl oder Phenylethyl substituiert sind. Entsprechende, gegebenenfalls in Frage kommende Cχ-C-Alkylreste wurden bereits oben bei den Cι-C2o-Alkylresten genannt.
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In Formel Ia oder II leiten sich geeignete heterocyclische, ringförmige Reste für R1 bis R16 bzw. Y1 bis Y8 ab von heterocycli- schen, gesättigten fünf-, sechs- oder siebengliedrigen Ringen, welche noch ein oder zwei weitere Stickstoffatome und/oder ein weiteres Sauerstoff- oder Schwefelatom im Ring enthalten können, z.B. Pyrrolidin, Pyrazolidin, Imidazolin, 1, 2, 3-Triazolidin, 1, 2, 4-Triazolidin, Piperidin, Piperazin, Morpholin, Azepan, Oxa- zolidin, Thiazolidin, 1,2,3-, 1,2,4- oder 1, 3, 4-Oxadiazolidin, oder 1,2,3-, 1,2,4- oder 1, 3, 4-Thiadiazolidin, wobei die hetero- cyclischen Ringe gegebenenfalls ein- bis dreifach mit Cι-C-Alkyl, Phenyl, Benzyl oder Phenylethyl substituiert sind. Entsprechende, gegebenenfalls in Frage kommende Cι~C-Alkylreste wurden bereits oben bei den Cι-C20-Alkylresten genannt.
In Formel Ia, II oder Via ist geeignetes Cι-C2o-Alkyl, das durch Phenyl substituiert ist, z.B. Benzyl oder 1- oder 2-Phenylethyl.
In Formel II, III, IV oder Via sind geeignete Cι-C2o-Alkoxyreste, die gegebenenfalls durch 1 bis 4 Sauerstoffatome in Etherfunktion unterbrochen sind, z.B. Methoxy, Ethoxy, Propoxy, Isopropoxy, Butoxy, Isobutoxy, Pentyloxy, Hexyloxy, Heptyloxy, Octyloxy, 2-Ethylhexyloxy, Isooctyloxy, Nonyloxy, Isononyloxy, Decyloxy, Isodecyloxy, Undecyloxy, Dodecyloxy, Tridecyloxy, Isotridecyloxy, Tetradecyloxy, Pentadecyloxy, Hexadecyloxy, Heptadecyloxy, Octa- decyloxy, Nonadecyloxy, Eicosyloxy, 2-Methoxyethoxy, 2-Ethoxy- ethoxy, 2-Propoxyethoxy, 2-lsopropoxyethoxy, 2-Butoxyethoxy, 2- oder 3-Methoxypropoxy, 2- oder 3-Ethoxypropoxy, 2- oder 3-Prop- oxypropoxy, 2- oder 3-Butoxypropoxy, 2- oder 4-Methoxybutoxy, 2- oder 4-Ethoxybutoxy, 2- oder 4-Propoxybutoxy, 2- oder 4-Butoxy- butoxy, 3, 6-Dioxaheptyloxy, 3, 6-Dioxaoctyloxy, 4, 8-Dioxanonyloxy, 3, 7-Dioxaoctyloxy, 3, 7-Dioxanonyloxy, 4, 7-Dioxaoctyloxy, 4, 7-Dioxanonyloxy, 4, 8-Dioxadecyloxy, 3, 6, 8-Trioxadecyloxy, 3, 6, 9-Trioxaundecyloxy, 3, 6, 9 , 12-Tetraoxatridecyloxy oder 3,6,9, 12-Tetraoxatetradecyloxy.
In Formel II oder Via ist geeignetes Cι-C2o~Alkoxy, das durch Phenyl substituiert ist, z.B. Benzyloxy oder 1- oder 2-Phenyl- ethoxy.
In Formel Ia, III oder VI ist geeignetes substituiertes Phenyl z.B. durch Ci-Cg-Alkyl, Cι-C6-Alkoxy, Hydroxy oder Halogen substituiertes Phenyl. In der Regel können dabei 1 bis 3 Substituenten auftreten. Insbesondere ist das Phenyl mit 1 oder mit 2 Substituenten Ci-Cβ-Alkyl oder Cι-C6-Alkoxy substituiert. Bei Monosub- stitution befindet sich der Substituent vorzugsweise in para-
16
Stellung. Bei Disubstitution sind die Substituenten vorzugsweise in 2,3-, 2,4-, 3,4- und 3 , 5-Stellung.
Halogen in Formel Ib, II, IV oder VI ist z.B. Fluor, Chlor oder Brom.
Reste W in Formel Ia sowie X2 oder X3 in Formel Ib sind z.B. Methylimino, Ethylimino, Propylimino, Isopropylimino oder Butyl- imino .
Reste R1 bis R16 in Formel Ia sowie Y9 bis Y12 in Formel II sind z.B. Dirnethylsulfamoyl, Diethylsulfamoyl, Dipropylsulfamoyl, Di- butylsulfamoyl oder N-Methyl-N-ethylsulfamoyl .
C2-Co-Alkenyl sowie C-Co-Alkandienyl in Formel II ist z.B.
Vinyl, Allyl, Prop-1-en-l-yl, Methallyl, Ethallyl, But-3-en-l-yl, Pentenyl, Pentadienyl, Hexadienyl, 3, 7-Dimethylocta-l, 6- dien-1-yl, Undec-10-en-l-yl, 6, 10-Dimethylundeca-5, 9-dien-2-yl, Octadec-9-en-l-yl, Octadeca-9, 12- dien-1-yl, 3, 7 , 11, 15-Tetra- methylhexadec-l-en-3-yl oder Eicos-9-en-l-yl.
C3-Co~Alkenyloxy in Formel II ist z.B. Allyloxy, Methallyloxy, But-3-en-l-yloxy, Undec-10-en-l-yloxy, Octadec-9-en-l-yloxy oder Eicos-9-en-l-yloxy.
Z6 in Formel IV bedeutet z.B. Formyl, Acetyl, Propionyl, Butyryl, Isobutyryl, Pentanoyl, Hexanoyl, Heptanoyl, Octanoyl oder 2-Ethylhexanoyl .
Wenn die Ringe A und/oder B in Formel V substituiert sind, so können als Substituenten z.B. Cι-C6-Alkyl, Phenyl-Cι-C6-alkoxy, Phenoxy, Halogen, Hydroxy, Amino, Ci-Ce-Mono- oder Dialkylamino oder Cyano in Betracht kommen. Die Ringe sind dabei in der Regel 1 bis 3-fach substituiert.
Reste E3, E4, Q1 und Q2 in Formel V sind z.B. Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Isobutyl, sec-Butyl, Pentyl, Isopentyl, Neopentyl, tert-Pentyl oder Hexyl.
Reste Q1 und Q2 sind weiterhin z.B. Hexyl, 2-Methylpentyl, Heptyl, Octyl, 2-Ethylhexyl, Isooctyl, Nonyl, Isononyl, Decyl, Isodecyl, Undecyl, Dodecyl, Cyclopentyl, Cyclohexyl, 2-Methoxyethyl, 2-Ethoxyethyl, 2- oder 3-Methoxypropyl, 2- oder 3-Ethoxypropyl, 2-Hydroxyethyl, 2- oder 3-Hydroxypropyl, 2-Chlorethyl, 2-Brom- ethyl, 2- oder 3-Chiorpropyl, 2- oder 3-Brompropyl, 2-Carboxy- ethyl, 2- oder 3-Carboxypropyl, 2-Methoxycarbonylethyl, 2-Ethoxy- carbonylethyl, 2- oder 3-Methoxycarbonylpropyl, 2- oder 3-Ethoxy-
17 carbonylpropyl , 2-Acryloyloxyethyl, 2- oder 3-Acryloyloxypropyl, 2-Methacryloyloxyethyl, 2- oder 3-Methacryloyloxypropyl, 2-Hydro- xysulfonylethyl, 2- oder 3-Hydroxysulfonylpropyl, 2-Acetylaminoe- ' thyl, 2- oder 3-Acetylaminopropyl, 2-Methylcarbamoylethyl, 2-Ethylcarbamoylethyl, 2- oder 3-Methylcarbamoylpropyl, 2- oder 3-Ethylcarbamoylpropyl, 2-Methylcarbamoyloxyethyl, 2-Ethylcarba- moyloxyethyl, 2- oder 3-Methylcarbamoyloxy- propyl, 2- oder 3-Ethylcarbamoyloxypropyl, 2- (Trimethylammonium) ethyl, 2- (Triethylammonium) ethyl, 2- oder 3- (Trimethylammonium) propyl, 2- oder 3- (Triethylammonium) propyl, 2- (Triphenylphosphonium) ethyl oder 2- oder 3- (Triphenylphosphonium) ropyl .
pj£) ±n Formel IV oder V leitet sich z.B. von Anionen organischer oder anorganischer Säuren ab. Besonders bevorzugt sind dabei z.B. Methansulfonat, 4-Methylbenzolsulfonat, Acetat, Trifluoroacetat, Heptafluorobutyrat, Chlorid, Bromid, Iodid, Perchlorat, Tetra- fluoroborat, Nitrat, Hexafluorophosphat oder Tetraphenylborat.
Reste J in Formel VI sind z.B. Methylen, Ethylen, 1,2- oder 1, 3-Propylen, 1,2-, 1,3-, 2,3- oder 1,4-Butylen, Penta ethylen, Hexamethylen, Heptamethylen, Octamethylen, Nonamethylen, Deca- methylen, Undecamethylen oder Dodecamethylen.
Reste T2, T3, T4 und T5 in Formel VI sind beispielsweise Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Isobutyl, sec-Butyl, tert-Butyl, Pentyl, Isopentyl, Neopentyl, tert-Pentyl, 2-Methylbutyl, Hexyl, 2-Methylpentyl, Heptyl, Octyl, 2-Ethylhexyl, Isooctyl, Nonyl, Isononyl, Decyl, Undecyl, Dodecyl, Fluormethyl, Chlormethyl, Di- fluor ethyl, Trifluor ethyl, Trichlormethyl, 2-Fluorethyl, 2-Chlorethyl, 2-Bromethyl, 1, 1, 1-Trifluorethyl, Heptafluorpropyl, 4-Chlorbutyl, 5-Fluorpentyl, 6-Chlorhexyl, Cyanomethyl, 2-Cyano- ethyl, 3-Cyanopropyl, 2-Cyanobutyl, 4-Cyanobutyl, 5-Cyanopentyl, 6-Cyanohexyl, 2-Aminoethyl, 2-Aminopropyl, 3-Aminopropyl, 2-Aminobutyl, 4-Aminobutyl, 5-Aminopentyl, 6-Aminohexyl, 2-Hydro- xyethyl, 2-Hydroxypropyl, 3-Hydroxypropyl , 2-Hydroxybutyl,
4-Hydroxybutyl, 5-Hydroxypentyl, 6-Hydroxyhexyl, 2-Methoxyethyl, 2-Ethoxyethyl, 2-Propoxyethyl, 2-Isopropoxyethyl, 2-Butoxyethyl, 2-Methoxypropyl, 2-Ethoxypropyl, 3-Ethoxypropyl, 4-Ethoxyb tyl, 4-Isopropoxybutyl, 5-Ethoxypentyl, 6-Methoxyhexyl, Benzyl, 1-Phenylethyl, 2-Phenylethyl, 4-Chlorbenzyl, 4-Methoxybenzyl, 2- (4-Methylphenyl) ethyl, Carboxymethyl, 2-Carboxyethyl, 3-Carb- oxypropyl, 4-Carboxybutyl, 5-Carboxypentyl, 6-Carboxyhexy1, Methoxycarbonylmethyl, Ethoxycarbonylmethyl, 2-Methoxycarbony- lethyl, 2-Ethoxycarbonylethyl, 3-Methoxycarbonylpropyl, 3-Ethoxy- carbonylpropyl, 4-Methoxycarbonylbutyl, 4-Ethoxycarbonylbutyl,
18
5-Methoxycarbonylpentyl , 5-Ethoxycarbonylpentyl , 6-Methoxycarbo- nylhexyl oder 6-Ethoxycarbonylhexyl .
T1 in Formel VI ist z.B. Methoxycarbonyl, Ethoxycarbonyl, Propoxy- carbonyl , Isopropoxycarbonyl, Butoxycarbonyl, Isobutoxycarbonyl, sec-Butoxycarbonyl, tert-Butoxycarbonyl, Pentyloxycarbonyl , Iso- pentyloxycarbonyl, Neopentyloxycarbonyl , tert-Pentyloxycarbonyl, Hexyloxycarbonyl , Heptyloxycarbonyl, Octyloxycarbonyl , Isooctylo- xycarbonyl, Nonyloxycarbonyl , Isononyloxycarbonyl, Decyloxycarbo- nyl, Isodecyloxycarbonyl, Undecyloxycarbonyl, Dodecyloxycarbonyl, Methoxy, Ethoxy, Propoxy, Isopropoxy, Butoxy, Isobutoxy, Penty- loxy, Hexyloxy, Acetylamino, Carbamoyl, Mono- oder Dimethylcarba- moyl, Mono- oder Diethylcarbamoyl, Monocyclohexylcarbonyl, Phenylcarbamoyl, Dimethylcarbamoyloxy oder Diethylcarbamoyloxy.
Als Markierstoffe sind weiter besonders hervorzuheben die Naphthalocyanine der Formel Ha
(Ha)
in der
Y1 , Y2 , Y3 , Y4 , Y5 , Y6 , Y7 und Y8 unabhängig voneinander j eweils Wasserstof f , Hydroxy, Cι-C4-Alkyl oder Cι-C2o-Alkoxy und
Me2 die Bedeutung von Me1 hat oder dem Rest
γ2o
I
S i— (-0 — S i — 0 — Y19 ) 2 γ21
19 entspricht, worin R19 für Cχ-Cι3-Alkyl oder Cιo-C2o-Alkadienyl und Y20 und Y21 unabhängig voneinander jeweils für Cι-Cι3-Alkyl oder C2-C-Alkenyl stehen.
Besonders hervorzuheben sind hierbei Naphthalocyanine der Formel Ha, in der Y1, Y2, Y3, Y , Y5, Y6, Y7 und Y8 unabhängig voneinander jeweils Hydroxy, Cι-Co-Alkoxy, insbesondere Cι-Cιo-Alkoxy bedeuten. Die Alkoxyreste können dabei gleich oder verschieden sein. Weiter sind besonders hervorzuheben Naphthalocyanine der Formel Ha, in der Me2 zweimal Wasserstoff bedeutet.
Als Markierstoffe sind weiter hervorzuheben Nickel-Dithiolen- Komplexe der Formel III, in der L1, L2, L3 und L4 unabhängig voneinander jeweils Phenyl, Cι-C2o-Alkylphenyl, Cι-C o-Alkoxyphenyl oder durch Hydroxy und Cι-C20-Alkyl substituiertes Phenyl oder L1 und L2 sowie L3 und L4 jeweils zusammen den Rest der Formel
bedeuten.
Besonders hervorzuheben sind hierbei Nickel-Dithiolen-Komplexe der Formel III, in der L1 und L4 jeweils Phenyl und L2 und L4 jeweils einen Rest der Formel 4- [CH5-C (CH3) 2] -C6H bedeuten.
Die Phthalocyanine der Formel Ia sind an sich bekannt und z.B. in DE-B-1 073 739 oder EP-A-155 780 beschrieben oder können nach an sich bekannten Methoden, wie sie bei der Herstellung von Phthalo- cyaninen oder Naphthalocyaninen zur Anwendung kommen und wie sie beispielsweise in F.H. Moser, A.L. Thomas "The Phthalocyanines" , CRC Press, Boca Rota, Florida, 1983, oder J. Am. Chem. Soc. Band 106, Seiten 7404 bis 7410, 1984, beschrieben sind, erhalten werden. Die Phthalocyanine der Formel Ib sind ebenfalls an sich bekannt und z.B. in EP-A-155 780 beschrieben oder können gemäß den Methoden des obengenannten Standes der Technik (Moser, J.Am. Chem. Soc.) erhalten werden.
Die Naphthalocyanine der Formel II sind ebenfalls an sich be- kannt und beispielsweise in der EP-A-336 213, EP-A-358 080,
GB-A-2 168 372 oder GB-A-2 200 650 beschrieben oder können gemäß
20 den Methoden des obengenannten Standes der Technik (Moser, J.Am. Chem. Soc.) erhalten werden.
Die Nickel-Dithiolen-Komplexe der Formel III sind ebenfalls an sich bekannt und beispielsweise in der EP-A-192 215 beschrieben.
Die Aminiumverbindungen der Formel IV sind ebenfalls an sich bekannt und z.B. in US-A-3 484 467 beschrieben oder können gemäß den dort genannten Methoden erhalten werden.
Die Methinfarbstoffe der Formel V sind ebenfalls an sich bekannt und z.B. in der EP-A-464 543 beschrieben oder können gemäß den dort genannten Methoden erhalten werden.
Die Herstellung der Quadratsäurefarbstoffe ist in den Schriften US 5,525,516 und US 5,703,229 und der jeweils darin zitierten Literatur beschrieben.
Die Herstellung der Krokonsäurefarbstoffe ist in der Schrift US 5,525,516 und der darin zitierten Literatur beschrieben.
Die Azulenquadratsäurefarbstoffe der Formel VI sind ebenfalls an sich bekannt und z.B. in der EP-A-310 080 oder US-A-4 990 649 beschrieben oder können gemäß den dort genannten Methoden erhalten werden.
Flüssigkeiten, die man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer Kombination aus mindestens zwei der oben näher bezeichneten Verbindungen als Markierstoffe markieren kann, sind üblicherweise organische Flüssigkeiten, beispielsweise
Alkohole, wie Methanol, Ethanol, Propanol, Isopropanol, Butanol, Isobutanol, sec-Butanol, Pentanol, Isopentanol, Neopentanol oder Hexanol,
Glykole, wie 1, 2-Ethylenglykol, 1,2- oder 1, 3-Propylenglykol, 1,2-, 2,3- oder 1, 4-Butylenglykol, Di- oder Triethylenglykol oder Di- oder Tripropylenglykol,
Ether, wie Methyl-tert.butylether, 1, 2-Ethylenglykolmono- oder -dimethylether, 1, 2-Ethylenglykolmono- oder -diethylether, 3-Methoxypropanol, 3-Isopropoxypropanol, Tetrahydrofuran oder Dioxan,
Ketone, wie Aceton, Methylethylketon oder Diacetonalkohol,
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Ester, wie Essigsäure- methylester, Essigsäureethylester, Essig- säurepropylester oder Essigsäurebutylester,
aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe wie Pentan, Hexan, Heptan, Octan, Isooctan, Petrolether, Toluol, Xylol, Ethylbenzol, Tetralin, Dekalin, Dimethylnaphthalin, Testbenzin,
natürliche Öle, wie Olivenöl, Sojaöl oder Sonnenblumenöl, oder natürliche oder synthetische Motoren-, Hydraulik- oder Getriebeöle, z.B. Fahrzeugmotorenöl oder Nähmaschinenöl, oder Bremsflüssigkeiten
und Mineralöle, wie Benzin, Kerosin, Dieselöl oder Heizöl.
Besonders vorteilhaft verwendet man die obengenannten Verbindungen zum Markieren von Mineralölen, bei denen gleichzeitig eine Kennzeichnung gefordert wird, z.B. aus steuerlichen Gründen. Um die Kosten der Kennzeichnung gering zu halten aber auch um mögliche Wechselwirkungen der markierten Mineralöle mit gegebenenfalls vorliegenden anderen Inhaltsstoffen zu minimieren, strebt man an, die Menge an Markierstoffen möglichst gering zu halten. Ein weiterer Grund, die Menge an Markierstoffen möglichst klein zu halten, kann darin liegen, deren mögliche schädigende Einflüsse, beispielsweise auf den Kraftstoffein- und Abgas- auslassbereich von Verbrennungsmotoren, zu unterbinden.
Wie weiter oben bereits erwähnt, ist man generell bestrebt, für die Markierung von Flüssigkeiten solche Verbindungen als Markier- Stoffe zu verwenden, welche eine hohe Fluoreszenzquantenausbeute ergeben, also einen großen Teil der absorbierten Strahlungs- quanten als Fluoreszenzstrahlungsquanten wieder abgeben.
Diese als Markierstoffe zu verwendenden Verbindungen werden den Flüssigkeiten dabei in solchen Mengen zugegeben, daß eine zuver- lässige Detektion gewährleistet ist. Üblicherweise beträgt der (gewichtsbezogene) Gesamtgehalt an Markierstoffen in den markierten Flüssigkeit etwa 0,1 bis 5000 ppb, bevorzugt 1 bis 2000 ppb und besonders bevorzugt 1 bis 1000 ppb.
Zur Markierung der Flüssigkeiten werden die oben als Markier- Stoffe genannten Verbindungen (bzw. deren Kombinationen aus mindestens zwei Markierstoffen) im allgemeinen in Form von Lösungen (Stammlösungen) zugegeben. Insbesondere bei Mineralölen eignen sich als Lösungsmittel zur Bereitung dieser Stammlösungen vor- zugsweise aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Toluol, Xylol oder höhersiedende Aromatengemische.
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Um eine zu hohe Viskosität solcher Stammlösungen (und damit schlechte Dosier- und Handhabbarkeit) zu vermeiden, wählt man im allgemeinen eine Gesamtkonzentration der Markierstoffe von 0,5 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht dieser Stamm- lösungen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Detektion von Markierstoffen in Flüssigkeiten, welche gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren und dessen bevorzugten Aus- führungsformen markiert worden sind, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man eine Strahlungsquelle verwendet, welche in den Absorptionsbereichen aller Markierstoffe Strahlung emittiert, und man die von den Markierstoffen emittierte Fluoreszenz - Strahlung nachweist.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Detektion von Markierstoffen in Flüssigkeiten, welche gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren und dessen bevorzugten Aus- führungsformen markiert worden sind, welches dadurch gekennzeich- net ist, daß man für jeden einzelnen Markierstoff eine entsprechende Strahlungsquelle verwendet, welche im Absorptions- bereich des Markierstoffs Strahlung emittiert, und man die von den Markierstoffen emittierte Fluoreszenzstrahlung nachweist.
Der prinzipielle apparative Aufbau zur Anregung und zum Nachweis der Fluoreszenz in einer erfindungsgemäß markierten Flüssigkeit enthält:
eine Probenküvette, welche die markierte Flüssigkeit enthält,
eine Anregungseinheit (A) , welche enthält:
αi) eine Strahlungsquelle, welche üblicherweise mit einer Kollimatoroptik versehen ist, und
α2) üblicherweise einen Planspiegel, welcher sich der Strahlungs- quelle gegenüber auf der, der Strahlungsquelle abgewandten Seite der Probenküvette befindet und durch Reflektion der transmittier- ten Strahlung der Erhöhung der in die Probe eingestrahlten Intensität dient,
eine Detektionseinheit (D) , welche enthält:
δi) einen Photodetektor (üblicherweise mit einer Kollimatoroptik versehen), vor welchem sich üblicherweise optische Filter (z.B. Kanten- oder Interferenzfilter) und gegebenenfalls NIR-Polarisatoren befinden und welcher so angeordnet ist, daß die in seine
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Richtung emittierte Fluoreszenzstrahlung auf ihn auftrifft (oder abgebildet wird) und nachgewiesen wird, und
δ2) üblicherweise einen Hohlspiegel, welcher sich dem Photo- detektor gegenüber auf der, dem Photodetektor abgewandten Seite der Probenküvette befindet und durch Reflektion der in Gegenrichtung (vom Photodetektor weg) emittierten Fluoreszenzstrahlung, und damit der Erhöhung der Nachweisempfindlichkeit, dient.
Ein solcher Aufbau ist im Prinzip in der Schrift WO 94/02570 zeichnerisch dargestellt (abweichend zur Strahlrichtung der Strahlungsquelle) . Die Detektion der Fluoreszenzstrahlung muß dabei aber nicht senkrecht, sondern kann unter nahezu beliebigem Winkel zur Strahlrichtung erfolgen. Sinnvollerweise kommen aber Winkel von 0° bzw. 180° nicht in Betracht.
Im Hinblick auf die nachfolgenden Ausführungen sollen folgende Definitionen gelten:
Anregungs- bzw. Detektionseinheiten im allgemeinen Sinn werden als A bzw. D bezeichnet (s.o) . Markierstoffe im allgemeinen Sinn werden als M bezeichnet.
Eine Anregungseinheit, welche mittels einer entsprechenden Strah- lungsquelle speziell an einen der Markierstoffe Mμ angepaßt ist (d.h. die Strahlungsquelle emittiert Strahlung im Absorptionsbereich des Markierstoffs Mμ) , wird mit Aμ bezeichnet. Da z.B. die Anzahl n der Markierstoffe im Rahmen der bevorzugten Ausführungs- formen 2 bis 10 bzw. 2 bis 6 bzw. 2 bis 4 beträgt, kann μ dem- entsprechend ganze Zahlenwerte von 1 bis 10 bzw. 1 bis 6 bzw. 1 bis 4 annehmen.
Analog wird eine spezielle Detektionseinheit, welche, z.B. mittels entsprechender optischer Filter (und gegebenenfalls Polari- satoren) , speziell auf die emittierte Fluoreszenzstrahlung eines der Markierstoffe Mμ eingestellt ist, wird mit Dμ (oder auch als Detektionskanal μ) bezeichnet.
So lassen sich z.B. den drei Markierstoffen Ml, M2 und M3 die daran angepaßten Einheiten AI, A2 und A3 bzw. Dl, D2 und D3 zuordnen.
Findet innerhalb einer Anregungseinheit A die Anpassung an den jeweiligen Markierstoff Mμ lediglich durch den Einsatz einer ent- sprechenden Strahlungsquelle αiμ statt (d.h. diese emittiert Strahlung im Absorptionsbereich des Markierstoffs Mμ) , so wird dies für den Fall von n Markierstoffen mit A(l,2), A(l,2,3), usw.
24 bis A(l,2,3, ... ,9,10) bzw. A(l,2), A(l,2,3) usw. bis A(l,2,3, ... ,5,6) bzw. A(l,2), A (1, 2 , 3) ,A(l, 2 , 3 , 4) bezeichnet, wobei hier beispielsweise n gleich 2 bis 10 bzw. 2 bis 6 bzw. 2 bis 4 ist.
Analog gelten für eine Detektionseinheit Dμ, in welcher die Anpassung an die emittierte Fluoreszenzstrahlung des jeweiligen Markierstoffs Mμ durch den Einsatz entsprechender Photodetektoren und/oder optischer Filter (und gegebenenfalls Polarisatoren) er- folgt, für den Fall von n Markierstoffen die Bezeichnungen D(l,2), D(l,2,3), usw. bis D (1, 2, 3 , ... , 9 , 10) bzw. D(l,2), D(l,2,3) usw. bis D (1 , 2 , ... , 5, 6 ) bzw. D(l,2), D(l,2,3), D(l,2,3,4), wobei hier beispielsweise n wiederum gleich 2 bis 10 bzw. 2 bis 6 bzw. 2 bis 4 ist.
Werden n Markierstoffe Mμ, wobei n beispielsweise wieder gleich 2 bis 10 bzw. 2 bis 6 bzw. 2 bis 4 ist, jeweils nacheinander mit den jeweils an sie angepassten Einheiten Aμ und Dμ angeregt und detektiert, so wird dies durch die Schreibweise "Al/Ml/Dl, A2/M2/D2, ..." usw. bis " ...A9/M9/D9, A10/M10/D10" bzw. "Al/Ml/Dl, A2/M2/D2, ..." usw. bis " ...A5/M5/D5, A6/M6/D6" bzw. "Al/Ml/Dl, A2/M2/D2, A3/M3/D3, A4/M4/D4" zum Ausdruck gebracht. In kürzerer Form läßt sich dies auch durch "AI/Dl, A2/D2,..." usw. bis "...A9/D9, A10/D10" bzw. "AI/Dl, A2/D2,..." usw. bis "...A5/D5, A6/D6" bzw. "AI/Dl, A2/D2, A3/D3, A4/D4" darstellen, da die Notation von Aμ/Dμ den Bezug auf den Markierstoff Mμ impliziert.
Werden n Markierstoffe Mμ gleichzeitig mit n Einheiten Aμ angeregt und gleichzeitig deren emittierte Fluoreszenzstrahlungen mit n Einheiten Dμ detektiert so wird dies mit
"A1/A2/.../An/Ml/M2/.../Mn/Dl/D2/.../Dn" oder auch kürzer mit "A1/A2/.../An/Dl/D2/... /Dn" bezeichnet.
Werden n Markierstoffe gleichzeitig mit n Einheiten Aμ angeregt und gleichzeitig deren emittierte Fluoreszenzstrahlungen mit einer Einheit D, z.B. einem Vielwellenlängendetektor (bestehend aus einem optischen, dispersiven Element, wie z.B. einem Prisma oder Gitter, und einem Zeilen- oder Flächendetektor) , detektiert so wird dies mit "A1/A2/... /An/Ml/M2/ .../Mn/D" oder auch kürzer mit "A1/A2/.../An/D" bezeichnet.
Im wesentlichen sind die beiden Fälle zu unterscheiden, daß die Anregung der markierten Probe durch die Einheiten A
I) in demselben Probenvolumen oder
II) in verschiedenen Probenvolumina erfolgt.
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In Fall I) können folgende Verfahren und beispielhafte Aufbaumög- lichkeiten der Detektionsgeräte Anwendung finden (n nimmt hierbei z.B. die Werte von 2 bis 10 bzw. 2 bis 6 bzw. 2 bis 4 an):
1.1) AI/Dl, A2/D2, ... , An-l/Dn-1, An/Dn (die n Markierstoffe werden jeweils durch ihre entsprechenden Einheiten Aμ bzw. Dμ angeregt bzw. detektiert) .
a) Der Aufbau entspricht im wesentlichen dem eingangs erwähnten und in der Schrift WO 94/02570 gezeigten Aufbau. Der Unterschied besteht darin, daß für jeden Markierstoff Mμ jeweils entsprechend angepaßte Einheiten Aμ bzw. Dμ verwendet werden. Dies kann durch die räumlich versetzte Anordnung mehrerer, der Anzahl der zu detektierenden Markierstoffe entsprechenden Paare von Einheiten Aμ und Dμ radial um die Probenküvette erfolgen. Letztere besitzt dann vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt. Die von den Einheiten Aμ durchstrahlten Probenvolumina (bzw. Probenwege) sind dabei jedoch -im strengen Sinne- nicht identisch. Die (in einer Ebene liegenden) Anregungsstrahlen schneiden sich jedoch in einem gemeinsamen Stück des Probenvolumens. Die Kombination von Anregung und Detektion der n Markierstoffe Mμ kann sowohl nacheinander als auch gleichzeitig erfolgen.
b) Ein weiterer möglicher Aufbau besteht beispielsweise darin, daß sich die Strahlungsquellen αiμ bzw. Photodetektoren δiμ der
Einheiten Aμ bzw. Dμ jeweils auf entsprechenden Karussells befinden (anstelle von individuellen Planspiegeln αμ bzw. Hohlspiegeln δ2μ verwendet man in diesem Fall sinnvollerweise nur jeweils einen feststehenden Plan- bzw. Hohlspiegel) . Zur Detektion des Markier - Stoffs Mμ werden die entsprechende Strahlungsquelle αiμ bzw. der entsprechende Photodetektor δiμ durch Rotation der jeweiligen Karussells in die Anregungs- bzw. Detektionsposition bewegt. Der Strahlenverlauf durch die markierte Probe und das durchstrahlte Probenvolumen sind hierbei für jeden zu bestimmenden Markierstoff identisch. Die Kombination von Anregung und Detektion der n Markierstoffe Mμ kann nur nacheinander erfolgen.
c) Verwendet man beispielsweise eine zylinderförmige Probenküvette, welche entweder an einem oder an beiden Enden mit Fenstern aus demselben Material, aus welchem die Küvette besteht, verschlossen werden kann oder welche an beiden Enden geschlossen ist und vorzugsweise seitliche Probenein- und -auslasse besitzt, so läßt sich ein geänderter Aufbau erstellen. Ähnlich wie unter b) beschrieben können sich die Strahlungsquellen αiμ der Einheiten Aμ auf einem Karussell befinden (anstelle von individuellen Planspiegeln α μ verwendet man dann sinnvollerweise nur einen feststehenden Planspiegel) . Die jeweilige Einheit Aμ strahlt dann
26 parallel zur Längsachse der Küvette ein. Radial dazu (und damit immer senkrecht zur Strahlrichtung der Anregungsstrahlung) lassen sich die jeweiligen Einheiten Dμ (diesmal selbstverständlich mit ' ihren jeweiligen Untereinheiten δ2μ) zur Detektion der jeweils emittierten Fluoreszenzstrahlung um die Probenküvette plazieren. Die Kombination von Anregung und Detektion der n Markierstoffe Mμ kann nur nacheinander erfolgen (potentiell kann natürlich die Detektion der von mehreren Markierstoffen gleichzeitig emittierten Fluoreszenzstrahlung durch die Einheiten Dμ simultan er- folgen) .
1.2) A/D1,A/D2, ... ,A/Dn-1,A/Dn (alle n Markierstoffe Mμ werden gleichzeitig durch eine "polychromatische" Strahlungsquelle angeregt und mittels ihres jeweiligen Detektionskanals Dμ detektiert) .
a) Der Aufbau kann ähnlich dem in b) unter 1.1) beschriebenen erfolgen. Anstelle eines entsprechenden Karussells für die Untereinheiten αiμ wird jedoch eine polychromatische Anregungseinheit A verwendet. Die Detektion erfolgt entsprechend dem unter b) von I.l) beschriebenen Aufbau. Die Kombination von Anregung und Detektion der n Markierstoffe Mμ kann nur nacheinander erfolgen.
b) Verwendet man, in Anlehnung an den in c) unter I.l) beschrie- benen Aufbau, beispielsweise eine zylinderförmige Probenküvette, so strahlt die Einheit A parallel zur Längsachse der Küvette ein. Radial dazu (und damit jeweils senkrecht zur Strahlrichtung der Anregungsstrahlung) lassen sich wiederum die jeweiligen Einheiten Dμ um die Probenküvette plazieren. Die Kombination von Anregung und Detektion der n Markierstoffe Mμ kann sowohl nacheinander als auch gleichzeitig erfolgen.
1.3) A1/D,A2/D, ... ,An-l/D,An/D (die n Markierstoffe Mμ werden jeweils durch ihre entsprechende Einheit Aμ angeregt und mit einer Detektionseinheit, z.B. einem Vielwellenlängendetektor, detektiert) .
a) Der Aufbau kann ähnlich dem in b) unter I.l) beschriebenen erfolgen. Anstelle eines entsprechenden Karussells für die Photo- detektoren δxμ wird jedoch nur eine Detektionseinheit D, z.B. ein Vielwellenlängendetektor, verwendet. Entsprechend dem unter b) von I.l) beschriebenen Aufbau erfolgt die Anregung. Die Kombination von Anregung und Detektion der n Markierstoffe Mμ kann nur nacheinander erfolgen.
27 b) Verwendet man, in Anlehnung an den in c) unter I.l) beschriebenen Aufbau, beispielsweise eine zylinderförmige Probenküvette, so detektiert die Einheit D die jeweils emittierte Fluoreszenz - Strahlung parallel zur Längsachse der Küvette. Radial dazu (und damit jeweils senkrecht zur Längsachse der Küvette) lassen sich die jeweiligen Einheiten Aμ (zusammen mit ihren entsprechenden Planspiegeln α2μ) um die Probenküvette plazieren. Die Kombination von Anregung und Detektion der n Markierstoffe Mμ kann sowohl nacheinander als auch gleichzeitig erfolgen.
Die hier genannten Möglichkeiten des Aufbaus sind damit den in a) und b) von Punkt 1.2) genannten vergleichbar und unterscheiden sich nur durch den räumlichen Austausch der Anregungs- und Detektionseinheit (en) .
1.4) A(l,2,... ,n-l,n)/Dl,A(l,2, ... ,n-l,n)/D2, ... , A(l,2, ... ,n-l,n) /Dn-1, A (1, 2 , ... , n-1, n) /Dn (die n Markierstoffe Mμ werden jeweils angeregt und mittels ihres jeweiligen Detektionskanals Dμ detektiert) .
a) Der Aufbau kann ähnlich dem in a) unter 1.2) beschriebenen erfolgen. Anstelle eines entsprechenden Karussells für die Strahlungsquellen αμ wird jedoch eine Anregungseinheit A verwendet, welche z.B. (Fall ai) austauschbare Strahlungsquellen αiμ enthält. Weiter kann A aber auch mehrere Strahlungsquellen αiμ enthalten, deren jeweilige Strahlung, z.B. (Fall a ) mittels Lichtleitfasern oder Lichtleitfaserbündeln oder kollinearer Überlagerung der einzelnen Strahlen der Strahlungsquellen mittels optischer Elemente, wie z.B. Strahlteiler, dichroitische Strahlteiler, Gitter usw., so geleitet wird, daß sie jeweils am selben Ort der Probenküvette in diese eintritt. Entsprechend dem unter a) von 1.2) beschriebenen Aufbau erfolgt die Detektion der jeweiligen Fluoreszenz - Strahlung. Die Kombination von Anregung und Detektion der n Markierstoffe Mμ kann nur nacheinander erfolgen.
b) Verwendet man, in Anlehnung an den in c) unter I.l) beschriebenen Aufbau, beispielsweise eine zylinderförmige Probenküvette, so strahlt eine, wie unter a) (Fall ai oder Fall a2) beschriebene Einheit A parallel zur Längsachse der Küvette ein. Radial dazu (und damit jeweils senkrecht zur Strahlrichtung der Anregungs- Strahlung) lassen sich wiederum die jeweiligen Einheiten Dμ um die Probenküvette plazieren. Mit einer Einheit A entsprechend Fall ai kann die Kombination von Anregung und Detektion der n Markierstoffe Mμ nur nacheinander erfolgen. Mit einer Einheit A entsprechend Fall a2 kann die Kombination von Anregung und Detek-
28 tion der n Markierstoffe Mμ nacheinander und potentiell auch gleichzeitig erfolgen.
1.5) Al/D(l,2, ... ,n-l,n) ,A2/D(1,2, ... , n-1, n) , ... , An-1/D(l, 2, ... ,n-l,n) ,An/D(l,2, ... ,n-l,n) (die n Markierstoffe Mμ werden jeweils durch ihre entsprechende Einheit Aμ angeregt und detektiert) .
a) Der Aufbau kann ähnlich dem in b) unter I.l) beschriebenen er- folgen. Anstelle eines entsprechenden Karussells für die Photodetektoren δiμ wird jedoch eine Detektionseinheit D verwendet, welche z.B. (Fall ai) austauschbare Photodetektoren und/oder austauschbare optische Filter (und gegebenenfalls Polarisatoren) δiμ enthält. Weiter kann D aber auch mehrere Photodetektoren δiμ ent- halten, welchen die jeweilige emittierte Fluoreszenzstrahlung, z.B. (Fall a2) mittels Lichtleitfasern oder Lichtleitfaserbündeln, zugeleitet wird. Entsprechend dem unter b) von I.l) beschriebenen Aufbau erfolgt die Anregung. Die Kombination von Anregung und Detektion der n Markierstoffe Mμ kann nur nacheinander erfolgen.
b) Verwendet man, in Anlehnung an den in c) unter I.l) beschriebenen Aufbau, beispielsweise eine zylinderförmige Probenküvette, so detektiert eine, wie unter a) (Fall ai oder Fall a2) beschriebene Einheit D die jeweils parallel zur Längsachse der Küvette emittierte Fluoreszenzstrahlung. Radial dazu (und damit jeweils senkrecht zur Längsachse der Küvette) lassen sich wiederum die jeweiligen Einheiten Aμ um die Probenküvette plazieren. Mit einer Einheit D entsprechend Fall ai kann die Kombination von Anregung und Detektion der n Markierstoffe Mμ nur nacheinander erfolgen. Mit einer Einheit D entsprechend Fall a2 kann die Kombination von Anregung und Detektion der n Markier- Stoffe Mμ nacheinander und potentiell auch gleichzeitig erfolgen.
1.6) A(l,2, ... ,n-l,n)/D(l,2 n-l,n) (die n Markierstoffe Mμ werden jeweils angeregt und detektiert) .
Der Aufbau kann unter Verwendung einer Anregungseinheit A erfolgen, welche z.B. (Fall ai) austauschbare Strahlungsquellen αiμ enthält oder Strahlungsquellen αiμ, deren jeweilige Strahlung, z.B. (Fall a2) mittels Lichtleitfasern oder Lichtleitfaserbündeln oder kollinearer Überlagerung der einzelnen Strahlen der Strahlungsquellen mittels optischer Elemente, wie z.B. Strahlteuer, dichroitische Strahlteiler, Gitter usw. , so geleitet wird, daß sie jeweils am selben Ort der Probenküvette in diese eintritt. Entsprechend kann eine Detektionseinheit D verwendet werden, welche z.B. (Fall ai) austauschbare Photodetektoren und/oder austauschbare optische Filter (und gegebenenfalls Polarisatoren) δiμ
29 enthält oder auch mehrere Photodetektoren δiμ, welchen die jeweilige emittierte Fluoreszenzstrahlung, z.B. (Fall a ) mittels Lichtleitfasern oder Lichtleitfaserbündeln, zugeleitet wird. Für ■ die Fälle A(Fall aι)/D(Fall ax) , A(Fall aι)/D(Fall a2) und A (Fall a )/D(Fall ai) kann die Kombination von Anregung und Detektion der n Markierstoffe Mμ nur nacheinander erfolgen. Für den Fall A(Fall a2)/D(Fall a2) kann die Kombination von Anregung und Detektion der n Markierstoffe Mμ nacheinander und potentiell auch gleichzeitig erfolgen.
Die geometrische Beziehung der Anregungs- und Detektionseinheiten zueinander entspricht hierbei im wesentlichen den unter Punkt a) von I.l) und den in der Schrift WO 94/02570 beschriebenen Verhältnissen.
1.7) A1/A2/.../An-1/An/Dl/D2/.../Dn-l/Dn (die n Markierstoffe Mμ werden gleichzeitig durch ihre entsprechenden Einheiten Aμ bzw. Dμ angeregt bzw. detektiert) .
Die gleichzeitige Anregung bzw. Detektion der n Markierstoffe läßt sich im Prinzip mit den geometrischen Verhältnissen durchführen wie sie unter Punkt I.l) in a) , Punkt 1.2) in b) , Punkt 1.3) in b) , Punkt 1.4) in Fall a2 von b) , Punkt 1.5) in Fall a2 von b) und Punkt 1.6) im Fall A(Fall a )/D(Fall a2) beschrieben wurden.
In Fall II) , d.h. die Anregung erfolgt in verschiedenen Probenvolumina, können folgende Verfahren und beispielhafte Aufbaumöglichkeiten der Detektionsgeräte Anwendung finden (n nimmt hierbei z.B. die Werte von 2 bis 10 bzw. 2 bis 6 bzw. 2 bis 4 an) :
II.1) AI/Dl, A2/D2, ... , An-l/Dn-1, An/Dn (die n Markierstoffe Mμ werden jeweils durch ihre entsprechenden Einheiten Aμ bzw. Dμan- geregt bzw. detektiert) .
Die Anordnung der jeweiligen Paare Aμ/Dμ entspricht im wesentlichen der in Punkt I.l) in a) erläuterten sowie der in der Schrift WO 94/02570 zeichnerisch dargestellten Geometrie. D.h. die optische Achse der Einheit Aμ (entsprechend der Richtung des Anregungsstrahls) und die optische Achse der entsprechenden Einheit Dμ liegen in einer Ebene, auf welcher die Längsachse der Probenküvette senkrecht steht. Diese beiden optischen Achsen bilden einen Winkel χ, welcher zwischen 0° und 180° liegt, wobei hier Folgendes definiert sein soll: bei Blick von der Einheit Aμ in deren Strahlrichtung soll dieser Winkel +χ bzw. -χ betragen, wenn sich die entsprechende Einheit Dμ rechts bzw. links dieser
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Blickrichtung befindet. Dies wird durch die Schreibweise Aμ(+)Dμ bzw. Aμ(-)Dμ symbolisiert, d.h. A1(+)D1, A2(+)D2, A3(+)D3 usw. bzw. A1(-)D1, A2(-)D2, A3(-)D3 usw. Die Anregung (und Detektion) räumlich verschiedener Probenvolumina erfolgt in der Weise, daß die Anord- nung der jeweiligen Paare Am/Dm in parallelen Ebenen stattfindet. Die Abfolge der Ebenen kann dabei in der Form
Al(+)D1,A2(+)D2,A3(+)D3, ... , An(+)Dn (äquivalent dazu in der Form Al(-)D1,A2(-)D2,A3(-)D3, ... , An(-)Dn) oder auch beispielsweise in der Form A1(+)D1,A2(-)D2, A3(+)D3 , ... ,An-l(-/+)Dn-1, An(+/-)Dn erfolgen. Wenn z.B. die Einheiten Aμ in einer Reihe angeordnet sind, so sind die Einheiten Dμ in ersterem Fall ebenfalls in einer Reihe auf einer (der "rechten") Seite, in letzerem Fall alternierend in zwei Reihen auf gegenüberliegenden Seiten der Probenküvette angeordnet. Auch ist eine Verschiebung der Ebenen gegeneinander denkbar (Translation) . Dies kommt aber üblicherweise nur in Betracht, wenn die von den Einheiten Aμ jeweils emittierte Anregungsstrahlung nach wie vor senkrecht auf die Aussenseite der Probenküvette auftrifft. Dies ist in der Regel im Falle von Küvetten mit rechteckigem, nicht aber im Falle von solchen mit rundem Querschnitt gewährleistet.
Weiter können diese Ebenen auch zueinander verdreht sein (Rotation) . Bei Blick (Projektion) entlang der Längsachse der Küvette bilden somit die zu zwei benachbarten Einheiten Aμ gehörenden optischen Achsen einen Winkel, der zwischen 0 und 360° liegt. Beispielsweise ergeben sich im Falle von n gleich 2, 3, 4, 5 oder 6 (und bei regelmäßiger, schraubenförmiger Anordnung) entsprechende Winkel zwischen benachbarten Einheiten Aμ von 180, 120, 90, 72 bzw. 60°. Für n gleich 3, 4, 5 oder 6 implizieren dabei komplemen- täre Winkel von 240, 270, 288 bzw. 300° (oder -120, -90, -72 bzw. -60°) eine entsprechende gegensinnige Helizität in der Anordnung (im Falle von n gleich 2, d.h. 180° nicht gegeben) . Es sei noch angemerkt, daß natürlich auch hier die Ebenen nicht nur entsprechend der Abfolge A1(+)D1,A2(+)D2, A3(+)D3, ... ,An(+)Dn (äquivalent dazu in der Abfolge A1(-)D1,A2(-)D2,A3(-)D3, ... ,An(-)Dn) sondern ebenfalls beispielsweise in der Abfolge A1(+)D1,A2(-)D2, A3(+)D3 , ... , An-l(-/+)Dn-l, An(+/-)Dn vorliegen können. Für n gleich 2 (180°) oder 4 (90°) kommt üblicherweise einer Küvette mit rechteckigem Querschnitt zur Anwendung, für n gleich 3 (120°), 5 (72°) oder 6 (60°) wird man üblicherweise (für n gleich 2 oder 4 kann man natürlich auch) eine Küvette mit kreisförmigem Querschnitt verwenden. Die Kombination aus Anregung und Detektion der n Markierstoffe Mμ kann mit den erwähnten Anordnungen sowohl gleichzeitig als auch nacheinander durchgeführt werden.
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II.2) A1/D.A2/D, ... ,An-l/D,An/D (die n Markierstoffe Mμ werden jeweils durch ihre entsprechende Einheit Aμ angeregt und mit einer Detektionseinheit D, z.B. einem Vielwellenlängendetektor detektiert.
a) Die Anordnung der Einheiten Aμ kann entsprechend den unter II.1) dargelegten Ausführungen gestaltet werden. Sind die Einheiten Aμ in einer Reihe angeordnet (Fall ai) , so kann die Einheit D, bei genügender Größe ihres Strahlungseintrittsfensters oder bei Verwendung einer entsprechenden Abbildungsoptik in der entsprechenden χ-Position ortsfest installiert sein. Andernfalls (Fall a2) muß eine (translatorische) Nachführung in die entsprechende Position erfolgen. Im Falle der übrigen Anordnungen der Einheiten Aμ (Fall a3) muß eine (translatorische und rotatorische) Nachführung der Einheit D in die entsprechenden χ-Positionen erfolgen. Somit kann im Fall ai die Kombination aus Anregung und Detektion der n Markierstoffe Mμ sowohl gleichzeitig als auch nacheinander, in den Fällen a2 und a3 nur nacheinander erfolgen.
b) Prinzipiell ist auch eine Anordnung in Anlehnung an b) unter Punkt 1.3) möglich, d.h. die optische Achse der Einheit D liegt parallel zur Längsachse einer zylinderförmigen Probenküvette, die Einheiten Aμ sind entsprechend den unter II.1) dargelegten Ausführungen angeordnet. Hierbei ergeben sich jedoch unterschied- liehe Weglängen, welche die von den jeweiligen Markierstoffen Mμ emittierte Fluoreszenzstrahlung auf dem Weg zur Einheit D durch die Probe zurücklegen muß, bzw. unterschiedliche Raumwinkel, unter welchen die Fluoreszenzstrahlung die Einheit D (bzw. deren Detektionsfenster) trifft. Dies kann zu Ungenauigkeiten in den detektierten Intensitäten führen oder muß entsprechend in den Auswertungen berücksichtigt werden. Prinzipiell kann jedoch in diesen Anordnungen die Kombination aus Anregung und Detektion der n Markierstoffe Mμ sowohl gleichzeitig als auch nacheinander erfolgen.
II.3) Al/D(l,2, ... ,n-l,n) ,A2/D (1 , 2 , ... ,n-l,n) , ... , An-1/D(l,2, ... ,n-l,n) ,An/D(l,2, ... ,n-l,n) (die n Markierstoffe Mμ werden jeweils durch ihre entsprechende Einheit Aμ angeregt und detektiert) .
a) Die Anordnungen entsprechen im wesentlichen jenen in a) unter Punkt II.2) ausgeführten. Anstelle einer Einheit D (z.B. einem Vielwellenlängendetektor) wird jedoch eine Detektionseinheit verwendet, welche z.B. (Fall ai) austauschbare Photodetektoren und/ oder austauschbare optische Filter (und gegebenenfalls Polarisatoren) δiμ enthält. Weiter kann D aber auch mehrere Photodetektoren δiμ enthalten, welchen die jeweilige emittierte
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Fluoreszenzstrahlung, z.B. (Fall a2) mittels Lichtleitfasern oder Lichtleitfaserbündeln, zugeleitet wird. Mit einer Einheit D entsprechend Fall ai kann die Kombination von Anregung und Detektion' der n Markierstoffe Mμ nur nacheinander erfolgen, da ein Wechsel der Untereinheiten δiμ und gegebenenfalls auch eine (translatorische oder translatorische und rotatorische) Nachführung der Einheit D erfolgen muß. Mit einer Einheit D entsprechend Fall a2 kann die Kombination von Anregung und Detektion der n Markier- Stoffe Mμ nacheinander und potentiell (bei geeigneter Anordnung der Einheiten Aμ) auch gleichzeitig durchgeführt werden, wenn, z.B. durch geeignete optische Einrichtungen, eine Bündelung (z.B. durch optische Linse) der von den Markierstoffen Mμ gleichzeitig emittierten Fluoreszenzstrahlung auf die Lichtleitfasern oder -faserbündel erfolgt.
b) Die Anordnungen entsprechen im wesentlichen jenen in b) unter Punkt II.2) ausgeführten. Anstelle einer Einheit D (z.B. einem Vielwellenlängendetektor) wird jedoch wiederum eine Detektionseinheit verwendet, welche z.B. (Fall ai) austauschbare Photo- detektoren und/oder austauschbare optische Filter (und gegebenenfalls Polarisatoren) δiμ enthält. Weiter kann D aber auch mehrere Photodetektoren δiμ enthalten, welchen die jeweilige emittierte Fluoreszenzstrahlung, z.B. (Fall a2) mittels Lichtleitfasern oder Lichtleitfaserbündeln, zugeleitet wird. Mit einer Einheit D ent- sprechend Fall ai kann die Kombination von Anregung und Detektion der n Markierstoffe Mμ nur nacheinander erfolgen. Mit einer Einheit D entsprechend Fall a2 kann die Kombination von Anregung und Detektion der n Markierstoffe Mμ nacheinander und potentiell auch gleichzeitig durchgeführt werden. Die Ausführungen in b) unter Punkt II.2) betreffend die unterschiedlichen Weglängen und Raumwinkel der von den Markierstoffen Mμ emittierten Fluoreszenz - Strahlung treffen natürlich auch hier wieder zu.
II.4) A1/A2/.../An-1/An/Dl/D2/.../Dn-l/Dn (die n Markierstoffe werden gleichzeitig durch ihre entsprechenden Einheiten Aμ bzw. Dμ angeregt bzw. detektiert) .
Die gleichzeitige Anregung bzw. Detektion der n Markierstoffe läßt sich im Prinzip mit den Anordnungen und geometrischen Ver- hältnissen durchführen wie sie in Punkt II.1), Punkt II.2) in Fall ai von a) , Punkt II.2) in b) , Punkt II.3) in Fall a2 von a) und Punkt II.3) in Fall a2 von b) beschrieben wurden.
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Die Anordnungen und beispielhaften Aufbaumöglichkeiten von Detek- tionsgeräten in Fall I, d.h. bei Anregung in denselben Proben- volumina, sind in der Regel zur zeitlich aufeinander folgenden Anregung der n Markierstoffe Mμ geeignet.
Die Anordnungen und beispielhaften Aufbaumöglichkeiten von Detektionsgeräten in Fall II, d.h. bei Anregung in verschiedenen Probenvolumina, sind in der Regel zur gleichzeitigen Anregung aller n Markierstoffe Mμ geeignet. Besonders sind darunter solche Anordnungen und beispielhaften Aufbaumöglichkeiten von Detektionsgeräten geeignet, in welchen zudem die jeweils emittierte Fluoreszenzstrahlung an räumlich unterschiedlichen Orten gleichzeitig detektiert werden können.
Generell kann die Anregungsstrahlung der Einheiten Aμ gepulst oder kontinuierlich, d.h. im continous-wave- (CW-)Modus, eingestrahlt werden. Weiter kann die Intensität der AnregungsStrahlung jeder Einheit Aμ mit einer Frequenz fμ moduliert sein, so daß diese Einheit Aμ eine ebenfalls mit fμ intensitätsmodulierte Fluoreszenz - Strahlung des Markierstoffs Mμ anregt, welche von Dμ selektiv gemessen werden kann. Üblicherweise verwendet man dabei Modulationsfrequenzen, welche sich von der Frequenz des Stromnetzes (üblicherweise 50 Hz) sowie den halb- und ganzzahligen Vielfachen dieser Frequenz unterscheiden. Im Falle der gleichzeitigen An- regung und Detektion der von allen Markierstoffen Mμ emittierten Fluoreszenzstrahlung kann über die unterschiedlichen Modulations- frequenzen fμ eine Zuordnung der Fluoreszenzstrahlung des jeweiligen Markierstoffes Mμ sowie ein besseres Signal/Rausch-Verhältnis erreicht werden. Zur Detektion der intensitätsmodulierten Fluoreszenzsignale verwendet man üblicherweise das "Lock-in- Verfahren" .
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Detektion von Markierstoffen in Flüssigkeiten, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren markiert worden sind, besteht in der zeitlich nacheinander erfolgenden Anregung der n Markier- Stoffe Mμ durch ihre entsprechenden Einheiten Aμ in demselben Probenvolumen und der (zeitlich nacheinander erfolgenden) Detektion der jeweils durch Mμ emittierten Fluoreszenzstrahlung.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Detektion von Markierstoffen in Flüssigkeiten, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren markiert worden sind, besteht in der gleichzeitig erfolgenden Anregung der n Markier- Stoffe Mμ durch ihre entsprechenden Einheiten Aμ in demselben Probenvolumen und der gleichzeitig oder zeitlich nacheinander
34 erfolgenden Detektion der jeweils durch Mμ emittierten Fluoreszenzstrahlung mittels eines Vielwellenlängendetektors.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Detektion von Markierstoffen in Flüssigkeiten, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren markiert worden sind, besteht in der gleichzeitig erfolgenden Anregung der n Markier- Stoffe Mμ durch eine polychromatische Einheit A in demselben Probenvolumen und der gleichzeitig oder zeitlich nacheinander erfolgenden Detektion der jeweils durch Mμ emittierten
Fluoreszenzstrahlung mittels eines Vielwellenlängendetektors.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Detektion von Markierstoffen in Flüssigkeiten, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren markiert worden sind, besteht in der gleichzeitig erfolgenden Anregung der n Markier- Stoffe Mμ durch jeweilige, mit der Frequenz fμ intensitätsmodu- lierten Einheiten Aμ in demselben Probenvolumen und der gleichzeitig oder zeitlich nacheinander erfolgenden Detektion der je- weiligen, durch Mμ emittierten und intensitätsmodulierten Fluoreszenzstrahlung .
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Detektion von Markierstoffen in Flüssigkeiten, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren markiert worden sind, besteht in der gleichzeitig erfolgenden Anregung der n Markier - Stoffe Mμ durch ihre entsprechenden Einheiten Aμ in jeweils verschiedenen Probenvolumina und der gleichzeitig oder zeitlich nacheinander erfolgenden Detektion der durch Mμ emittierten Fluoreszenzstrahlung mittels der jeweiligen Einheit Dμ.
Bevorzugt verwendet man in den Einheiten Aμ als Strahlungsquellen αiμ Halbleiterlaser, Halbleiterdioden oder Festkörperlaser, welche eine maximale Emission im Spektralbereich von λmaχ - 100 nm bis λmax + 20 nm aufweisen, wobei λmax die Wellenlänge des Absorptionsmaximums des jeweils entsprechenden Markierstoffs Mμbezeichnet.
Als Photodetektoren δiμ in den Einheiten Dμ werden vorteilhaft Halbleiterdetektoren, insbesondere Silicium- Photodioden oder Ger- manium-Photodioden verwendet.
Als optische Filter in den Photodetektoren δiμ der Einheiten Dμ kommen bevorzugt Interferenzfilter und/oder Kantenfilter mit einer kurzwelligen Transmissionskante im Bereich von max bis λmax + 80 nm in Frage, wobei λmax die Wellenlänge des Absorptionsmaximums des jeweils entsprechenden Markierstoffs Mμbezeichnet.
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Gegebenenfalls können auch noch ein oder mehrere NIR-Polarisato- ren verwendet werden.
Das folgende Beispiel soll die Erfindung näher erläutern.
Beispiel 1:
Eine Mischung aus jeweils 0,5 pp A (PcH- (3' -methylphenyloxy) ) , B (PcH2- (cyclopentylamino) ) und C (NcH2- (OCH9) 8) wird in blei- freiem Ottokraftstoff (ROZ 95) gelöst (PcH2 bezeichnet das
Phthalocyanin-System, in welchem Me1 (Formel Ia) zweimal Wasserstoff und je ein Rest der Restepaare R1 und R4, R5 und R8, R9 und R12 sowie R13 und R16 in Formel Ia Wasserstoff, der andere Rest 3' -methylphenyloxy (A) bzw. cyclopentylamino (B) entspricht; NcH bezeichnet das Naphthalocyanin-System, in welchem Me2 (Formel II) zweimal Wasserstoff entspricht, und alle Restepaare Y1 und Y2, Y3 und Y4, Y5 und Y6 sowie Y7 und Y8 in Formel II OC4H9 (C) entsprechen) .
Das Absorptionsspektrum der Markierstoff-Mischung aus A,B und C zeigt im wesentlichen keine Überlappung der Absorptionsspektren der einzelnen Markierstoffe.
Claims
1. Verfahren zur Markierung von Flüssigkeiten mit mindestens zwei Markierstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß die Markier- stoffe
im Spektralbereich von 600 bis 1200 nm absorbieren und als Folge davon Fluoreszenzstrahlung emittieren,
im wesentlichen nicht miteinander überlappende Absorptionsbereiche aufweisen und
mindestens einer der Markierstoffe eine Wellenlänge des Ab- sorptionsmaximums von mehr als 850 nm besitzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Markierstoffe verwendet, deren jeweilige Wellenlänge des Absorptionsmaximums im Spektralbereich von 600 bis 1200 nm liegt.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man n Markierstoffe zusetzt, wobei n eine ganze Zahl von 2 bis 10 bedeutet.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man n Markierstoffe zusetzt, wobei n eine ganze Zahl von 2 bis 6 bedeutet.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man n Markierstoffe zusetzt, wobei n eine ganze Zahl von 2 bis 4 bedeutet.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeich- net, daß man als Markierstoffe Verbindungen zusetzt, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus metallfreien und metallhaltigen Phthalocyaninen, metallfreien und metallhaltigen Naphthalocyaninen, Nickel -Dithiolen-Komplexen, Aminiumverbindungen von aromatischen Aminen, Methinfarbstoffen, Qua- dratsäurefarbstoffen und Krokonsäurefarbstoffen.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Markierstoffe mit einer Wellenlänge des Absorptionsmaximums von mehr als 850 nm mindestens eine Verbin- düng ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus metallfreien und metallhaltigen Naphthalocyaninen, Nickel -Dithiolen-Komplexen, Aminiumverbindungen von aromatischen Aminen, Methinfarbstof -
37 fen, Quadratsäurefarbstoffen und Krokonsäurefarbstoffen zusetzt.
.. Verfahren zur Detektion von Markierstoffen in Flüssigkeiten, welche gemäß einem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7 markiert worden sind, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Strahlungsquelle verwendet, welche in den Absorptionsbereichen aller Markierstoffe Strahlung emittiert, und man die von den Markierstoffen emittierte Fluoreszenzstrahlung nachweist.
9. Verfahren zur Detektion von Markierstoffen in Flüssigkeiten, welche gemäß einem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7 markiert worden sind, dadurch gekennzeichnet, daß man für jeden einzelnen Markierstoff eine entsprechende Strahlungsquelle verwendet, welche im Absorptionsbereich des Markierstoffs
Strahlung emittiert, und man die von den Markierstoffen emittierte Fluoreszenzstrahlung nachweist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man als Strahlungsquellen Halbleiterlaser, Halbleiterdioden oder
Festkörperlaser verwendet, welche eine maximale Emission im Spektralbereich von λ-nax - 100 nm bis λmax + 20 nm aufweisen, wobei λmax die Wellenlänge des Absorptionsmaximums des jeweils entsprechenden Markierstoffs bezeichnet.
11. Flüssigkeiten, welche gemäß einem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7 markiert worden sind.
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