Ionenselektive Elektroden für die Spurenanalytik

Doktorarbeit / Dissertation aus dem Jahr 2004 im Fachbereich Chemie - Analytische Chemie, Note: sehr gut, Eidgenössische Technische Hochschule Zürich, Sprache: Deutsch, Abstract: Die vorliegende Arbeit beschreibt verschiedene Methoden zur Verbesserung des Ansprechverhaltens ionenselektiver Flüssigmembranelektroden (ISE). Es wird gezeigt, dass durch die Kontrolle der Ionen-diffusionsprozesse innerhalb der Membran und in der Nernst'schen Schicht der Probe nahe der Membranoberfläche sowohl die untere Nachweisgrenze als auch die Ansprechzeit und/oder die Empfindlichkeit verbessert werden können. Obwohl ISE vor allem in der klinischen Analyse schon lange erfolgreich eingesetzt werden, ist ihre Anwendung in der Umweltanalytik noch ziemlich begrenzt. Die Ursache dafür liegt im häufig ungenügenden Selektivitätsverhalten, in der nicht ausreichenden Stabilität und Robustheit, in der zu langen Messzeit sowie in der Schwierigkeit, miniaturisierte Sensoren zu entwickeln. Neben einer Zusammenfassung der Ursache und Rolle von Ionenflüssen in der Membran (Kap.3.7)beschreibt diese Arbeit verschiedene neuartige Sensoren, die im Hinblick auf einen praktischen Einsatz in der Spurenanalytik entwickelt wurden. Im ersten Teil der Arbeit (Kap.4)wird gezeigt, dass ISE mit einer sprunghaften Änderung in der Ansprechfunktion, hier Steptroden genannt, für analytische Zwecke durchaus nützlich sein können. Das Differenzsignal zweier solcher Steptroden zeigt eine Potentialspitze in einem Konzentrationsbereich der Probe, der durch die Zusammensetzung von Membran und Innenlösung der einzelnen Steptroden definiert ist. Wird dieser Bereich genügend klein gewählt, kann die Empfindlichkeit des gemessenen Potentials viel grösser sein als diejenige einer konventionellen ISE. Da bei Messungen mit einem Paar von Steptroden keine Referenzelektrode benötigt wird, werden sämtliche Probleme eliminiert, die mit der Instabilität und Wartung der Referenzelektrode zusammenhängen. Die praktischen Messungen wurden hier mit Cu2+-selektiven ISE durchgeführt. Im Kapitel 4 wird gezeigt, dass starke, aber kontrollierbare Ionenflüsse durch die Polymermembran eine praktische Bedeutung haben. In den darauf folgenden Kapiteln werden dagegen verschiedene neue Möglichkeiten zur Verkleinerung von Ionenflüssen in der ISE-Flüssigmembran untersucht. Im Kapitel 5 werden Membranen mit eingebauten lipophilen Nanopartikeln oder Silikagelteilchen beschrieben, die die Herstellung robuster, in einem breiten Konzentrationsbereich anwendbarer ISE ermöglichen. [...]