Elektrochemische Sensoren
Am Lehrstuhl für Analytische Chemie II wird aktiv geforscht, um chemische Sensoren zu entwickeln, die sowohl für industrielle und umwelttechnische Anwendungen relevant sind als auch wirtschaftlich Anwendung in verschiedenen Prozessen zum Einsatz kommen können.
Nachweis von Nanopartikeln (NP) im Meerwasser
Silber-NPs werden in vielen kommerziellen Produkten als antibakterielles Desinfektionsmittel eingesetzt. Bei der Freisetzung in die Umwelt können Silber-NPs jedoch aufgrund der antimikrobiellen Wirkung von Ag+ potenziell gefährlich für Organismen sein. Eine große Herausforderung beim Nachweis von NP in Umweltproben ist die geringe Konzentration von NP in solchen Proben. Hier setzen wir mit dem von uns entwickelten ’sticky‘ Elektrodenansatz an, um die Silber-NP vor ihrer elektrochemischen Quantifizierung durch Anodic Stripping Voltammetry selektiv auf der Elektrode aufzukonzentrieren. Dies ermöglicht uns, Partikelkonzentrationen bis hinunter zu femtomolaren Konzentrationen zu messen.
Glukosemessung und -überwachung bei industriellen Produktionsprozessen
Als das Molekül, das die meisten Lebensformen auf der Erde antreibt, ist Glukose aufgrund seiner weiten Verbreitung Gegenstand verschiedener Sensoren. Wir entwickeln Miniatur- und Low-Cost-Sensoren für die intelligente Glukoseerfassung unter industriellen Produktionsbedingungen. Diese basieren auf Kupferdrähten als elektrischem Kontakt und Gold als Sensormaterial. Diese Goldschicht katalysiert die Glukoseoxidation, wodurch ein quantitatives Signal entsteht, das mit der Glukosekonzentration korreliert. Durch die Verwendung von Au-Nanopartikeln (AuNP) anstelle einer vollständig beschichteten Au-Schicht können wir die Kosten für den Sensor deutlich senken, da nur eine minimale Menge Gold benötigt wird und die Produktion deutlich vereinfacht wird.
Elektrochemie mit einzelnen Nanopartikeln für die Sensorik
Unsere Expertise in der genauen Messung ultrakleiner elektrischer Ströme ermöglicht es uns, den Strom (und die Ladung) zu messen, der aus der elektrochemischen Umwandlung einzelner Nanopartikel resultiert. Die damit verbundenen Ströme und Ladungen, die zwischen Elektrode und Nanopartikel übertragen werden, ermöglichen es uns, verschiedene Eigenschaften des Nanopartikels zu untersuchen, wie z.B. seine Größe, Zusammensetzung, Konzentration und sein Agglomerationsverhalten. Durch die Verwendung spezifischer „Indikator-Nanopartikel“ und die Messung der Dauer der Partikelumwandlung haben wir diesen Ansatz erweitert, um Ionenkonzentrationen und Ionenmobilität in verschiedenen Lösungsmitteln zu bestimmen. Alternativ kann auch die Zusammensetzung von Lösungsmittelgemischen beurteilt werden.
a) Der Indikator-Nanopartikel wird an einer Mikroelektrode elektrifiziert, reagiert mit dem umgebenden Anion und gibt dabei Elektronen ab (z. B. AgNP + Cl– → AgCl + e–), die sich als Stromspitze in einem Strom-Zeit-Diagramm zeigen. b) Wenn weniger Anionen in der Lösung vorhanden sind, dauert es länger, bis der Indikator-Nanopartikel vollständig reagiert, was zu einem verlängerten Strompeak führt. c) Die Verlängerung des Strompeaks ist auch zu sehen, wenn das Anion einen verringerten Diffusionskoeffizienten hat, weil die Viskosität des Lösungsmittels durch die Zugabe des Alkohols erhöht wurde.
Saber Print
Projektleitung: Kristina TschulikSABER PRINT ist ein grenzüberschreitendes Kooperationsprojekt mit dem Ziel, den potenziellen Einfluss von intelligenten (Bio)-Sensoren auf die Prozessindustrie der Zukunft zu untersuchen. Für detailliertere Informationen besuchen Sie die SABER PRINT Webseite.
Ein Podcast Interview von Quarks vom 27.05.2021, in welchem das Projekt und die Hintergründe erklärt werden gibt es auf der Website des WDR:
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