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Bei den chemischen Sensoren sind insbesondere optische Indikatoren, die an Lichtleitern immobilisiert oder absorbiert werden (sogen. Optroden) zur simultanen Erfassung diverser Schadstoffkomponenten von Interesse. Es sollen Optroden und Sensor-Arrays fuer die flaechendeckende Erfassung von Metallen und Schwermetallen entwickelt werden. Die Erfahrungen bei der Entwicklung von selektiven optischen Sensoren werden auch fuer potentiometrische Detektionsverfahren (ChemFET, ISFET) genutzt. Die gegenwaertigen Arbeiten beziehen sich auf die Gewaesserueberwachung mit optisch-biochemischen Sensoren fuer Nitrat, Sulfat und Ammonium.
In einer Vielzahl von industriellen Prozessen kommen umweltgefährdende und teilweise giftige Substanzen bei der Herstellung zum Einsatz, wie beispielsweise in Kabeln, Farben, Legierungen, Batterien, etc. Dabei handelt es sich häufig um anorganische Stoffe wie Schwermetalle (z.B. Blei, Cadmium, Kupfer), die je nach Konzentration bei Wechselwirkung mit dem Menschen akute bzw. chronische Vergiftungen hervorrufen können. Aus diesem Grund ist es von großer Wichtigkeit, eine zeitnahe und kontinuierliche Vor-Ort-Überwachung solcher industriellen Abwässer sicherzustellen, um einer Kontamination des Brauchwassers vorzubeugen. Herkömmlich genutzte Verfahren für die Wasseranalyse wie die Atomabsorbtionsspektrometrie oder die Flüssigchromatographie bieten zwar eine hervorragende untere Nachweisegrenze, sind jedoch kostenintensiv und nur von geschultem Personal in einem Labor zu betreiben. Potentiometrische Sensoren repräsentieren eine kostengünstige Alternative für die Vor-Ort-Überwachung solcher Schadstoffe; die Sensoren sind vielseitig und variabel einsetzbar. Die Grundstruktur dieser Sensoren (Transducerstruktur) wird mittels konventioneller Halbleitertechnologie prozessiert. Die sensitiven Membranen werden im Anschluss auf die vorstrukturierten Elektrodenoberfläche abgeschieden. Diese Membranen sind so modifiziert, dass bei bestimmten Ionen in dem zu untersuchenden Analyten ein Sensorsignal generiert wird. Somit ist es möglich, verschiedene Ionen zu detektieren, wobei jeweils dieselbe Basisstruktur verwendet werden kann. Ein großer Vorteil von potentiometrischen Halbleitersensoren ist es, dass sie miniaturisiert werden können. Dies impliziert, dass mehrere Sensoren zur zeitgleichen Detektion verschiedener Ionen auf einem einzigen Sensorchip realisiert werden können; es lässt sich auf diese Art und Weise ein Sensorarray aufbauen. In dem am Institut für Nano- und Biotechnologien durchgeführten Vorhaben 'Multimodale Sensoren für die Umweltanalytik in flüssigen Medien im industriellen Umfeld' werden gemeinsam mit den russischen Industriepartnern Sensor Systems und Lumex, sowie dem Centre for Water Research and Quality Control (St. Petersburg) Sensoren zur Detektion verschiedener Kontaminationen, wie sie im industriellen Umfeld auftreten, entwickelt. Die Sensormembranen bestehen einerseits aus Chalkogenidgläsern, die mittels Laserdeposition abgeschieden werden und andererseits aus neu entwickelten Polymermembranen auf der Basis von Kationenaustauschern und chelatkomplexbildenden Substanzen.
Das Projekt besteht in der Untersuchung des Redoxverhaltens von Komplexverbindungen uranbergbautypischer radioaktiver und toxischer Schwermetalle mit organischen Polyelektrolyten, wie Huminsaeuren Lignin- und Zelluloseabbauprodukten, mit dem Ziel, die Vorgaenge der weiteren Umwandlung solcher Komplexe in waessrigen Medien infolge von Redoxreaktionen aufzuklaeren. Zur Aufklaerung der Redoxreaktionen der Polyelektrolytkomplexe werden laserspektroskopische Methoden (TRLFS, LIPAS) und elektrochemische Verfahren (Potentiometrie, Polarographie, Voltammetrie) eingesetzt. Die Ergebnisse sollen beitragen, das Ausbreitungsverhalten im Umfeld der Bergbaualtlasten detaillierter zu beschreiben, insbesondere den Anteil der reduktiven Ausscheidung (Immobilisierung) zu ermitteln.
Das Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung von neuen impedimetrischen Sensoren. Die Sensoren sind mit Ganzzellen als biologische Komponenten zu modifizieren und zur Bestimmung der Aufnahme von Schad- bzw. Wertstoffen einzusetzen. Impedanzspektroskopie und Oberflächenplasmonenresonanz sind als Messmethoden zur Bestimmung der Schad- und Wertstoffaufnahme, insbesondere jedoch von Metallionen, in kontaminierten Umweltproben, vorzugsweise von Bergbau- und industriellen Abwässern einzusetzen. Strategische wichtige Metalle sollen aus Industriewässern entfernt werden. Die Grundstrukturen der Sensoren sind mittels Siebdrucktechnik zu fertigen und mittels spezifischer Beschichtung mit Ganzzellen als Biokomponenten für impedimetrische Schadstoffbestimmungen zu präparieren. Zielanalyte sind ausgewählte Metallionen. Verschiedene Tranducerkomponenten sind auszuwählen und elektrochemisch zu untersuchen und zu charakterisieren. Eine Referenzierung mit neuen voltammetrischen und potentiometrischen Sensoren ist zu gewährleisten. Die Sensorkenngrößen sind zu ermitteln und die Messparameter zu optimieren. Spektroskopische Laboranalysenmethoden, wie z.B. die Atomabsorptionspektroskopie, sollen als Referenzmethoden zum Einsatz kommen. Eine Validierung der Sensoren in realen Medien und in Feldversuchen ist zu erzielen.
Entwicklung und Adaptation von inversvoltammetrischen und ionenchromatographischen Methoden fuer Boden- und Niederschlagsanalytik. Sampling- und Analysentechniken fuer Nebelproben. Erarbeiten geeigneter Aufschluss- und Anreicherungsverfahren. Analysen im Zusammenhang mit dem Projekt 'Wald' des Kantons Zuerich.
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| Wissenschaft | 11 |
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| Förderprogramm | 23 |
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| Topic | Count |
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| Boden | 11 |
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