Forschungsgesellschaft für Messtechnik,
Sensorik und Medizintechnik e.V. Dresden

Optischer pH-Sensor mit automatischer Kompensation des lonenstärkeeinflusses auf das Meßsignal

Der pH-Wert ist eine der wichtigsten chemisch-analytischen Messgrößen in Industrie und Labor. Aus einer Reihe von Gründen gewinnt die pH-Messung mit optischen Sensoren unter Bedingungen, bei denen der Einsatz von pH-Glaselektroden problematisch ist, erheblich an Bedeutung. Der entscheidende Nachteil optischer Sensoren, der den Einsatz unter Praxisbedingungen häufig noch beeinträchtigt, ist jedoch die Abhängigkeit des Messsignals von der lonenstärke der Probe.

Das Ziel des Projektes bestand darin, die lonenstärkequerempfindlichkeit optischer pH-Sensoren weitgehend zu minimieren. Es wurden optische Sensoren mit pH-sensitiven Indikatoren (Farb- oder Fluoreszenzindikatoren), deren spektrale Eigenschaften vom Protonierungsgrad abhängig sind, an eine polymere Matrix gebunden, um eine optische, pH-abhängige Messgröße (infolge reversibler Änderung des Absorptionsgrades, der Fluoreszenzintensität oder der Fluoreszenzabklingzeit) zu gewinnen. Durch gezielte Wahl von Indikatorfarbstoffen und teilweise Synthese von Indikatoren und der Kombination unterschiedlich geladener Trägermaterialien ist es gelungen, den oben erläuterten Einfluss entscheidend zu verringern. Eine Verkleinerung der Querempfindlichkeit konnte durch direkte Immobilisierung positiver Ladungen auf einem negativ geladenen Trägermaterial erzielt werden. Das Ziel eines lonenstärke-unabhängigen Sensors wurde in einem neuen, zum Zeitpunkt des Projektantrags noch nicht erkennbaren Ansatz verwirklicht: Neue, lipophile Indikatoren wurden in ein ladungsneutrales Polymer eingebettet. Diese Sensoren zeigen eine vernachlässigbare Querempfindlichkeit gegenüber der lonenstärke. Die Stabilität der Sensoren wurde in Realproben getestet. Für das Prinzip der Absorptionsmessung wurden fortschrittliche Kombinationen Farbstoff/Immobilisierungsmatrix gefunden, mit denen sich das Projektziel der lonenstärke-Insensitivität ebenfalls realisieren ließ.

Bearbeitet wurde das Forschungsthema von 06/01bis 05/03 am Kurt-Schwabe-Institut Meinsberg (Fabrikstr. 69, 04720 Ziegra-Knobelsdorf) und an der Universität Regensburg (Institut für Analytische Chemie, Universitätsstr. 31, 93053 Regensburg)