18.05.2005

Nichtisotherme chemische Sensoren für die Analytik

Chemische Sensoren übernehmen immer mehr Aufgaben, die traditionell der instrumentellen Analytik vorbehalten waren. Chemische Sensoren sollen klein, leicht und kostengünstig sein. Sie verhalten sich zum Teil wie "künstliche Sinnesorgane" mit den Funktionen "riechen" oder "schmecken", zum anderen Teil stellen sie echte Analyseninstrumente dar.

Chemische Sensoren müssen mindestens zwei Grundfunktionen erfüllen: Der Rezeptor muß in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Probe eine Eigenschaft so ändern, daß diese Änderung im nachgeschalteten Transduktor in ein elektrisches Signal umgesetzt werden kann. Elektrochemische Sensoren enthalten oft einen amperometrischen Transduktor, bei dem ein Elektrolysestrom gemessen wird, der linear von der Konzentration eines reduzierbaren bzw. oxydierbaren Probebestandteils abhängt. Diese wertvolle Besonderheit der Linearität rührt von den Eigenarten der sog. voltammetrischen Stromspannungskurven her, die u.U. so gestaltet werden können, daß sie die sigmoide Form annehmen. Der Diffusionsgrenzstrom IL solcher Kurven ist über viele Dekaden proportional zur Analytkonzentration.

Sigmoide voltammetrische Kurven mit den erwähnten Vorteilen erhält man entweder durch konstantes mechanisches Rühren oder durch Verwendung extrem kleiner Mikroelektroden. Eine weit weniger bekannte Möglichkeit ergibt sich durch die nichtisotherme Betriebsweise, d.h. durch die Heizung der Elektrode. Vorschläge hierfür gibt es schon lange Zeit. Häufig wurden Elektroden mit Laserimpulsen bestrahlt, auch Mikrowellenheizungen u.ä. sind bekannt. In den meisten Fällen lassen sich solche Anordnungen zwar vorteilhaft für Forschungszwecke, nicht aber für die chemische Sensorik anwenden. Ein Durchbruch wurde erst erzielt, nachdem entdeckt wurde, daß sich dünne Drähte oder Schichten u.U. direkt auf elektrischem Wege heizen lassen, d.h. so, daß die Elektrode gleichzeitig Teil zweier Stromkreise, eines Heizkreises und eines Meßkreises wird. Da man zur Heizung Wechselstrom anwenden muß, gelingt eine solche Messung nur mit einer symmetrischen Meßanordnung, bei der sich Störsignale selbständig kompensieren. Bei derartig geheizten Mikroelektroden läßt sich die Temperatur extrem schnell variieren, so daß sich ganz neue Möglichkeiten ergeben.

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Quelle: Aktuelle Wochenschau

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