Charakterisierung von Wechselwirkungsprozessen in sensitiven Schichten

Abstract

Die vorliegende Arbeit soll verschiedene Strategien aufzeigen, um eine selektive Anreicherung gasförmiger Analytmoleküle in sensitiven Schichten zu erzielen. Im Mittelpunkt des Interesses lagen hierbei pH-responsive Polymere, mikroporöse Schichten und Cyclohexapeptide. Mit den pH-responsiven Polymeren konnte eine selektive und sensitive Detektion von Ammoniak mit Nachweisgrenzen von 150 ppb erreicht werden. Die Stabilität der sensitiven Schicht konnte im Vergleich zu farbstoffdotierten Sol-Gel-Schichten deutlich gesteigert werden. Die farbstofffreie, optische Detektion von Ammoniak umgeht die sonst häufig auftretenden Probleme wie Ausbleichen und Auswaschen von Farbstoffmolekülen. Mikroporöse Schichten erlauben die größenselektive Erkennung von Analytmolekülen. Beispielsweise konnte durch vergleichende Messungen die Diskriminierung der Analyten R22 und R134a sowie Methanol und n-Pentanol demonstriert werden. Gegenüber herkömmlichen Anreicherungsmatrices wie z.B. Polydimethysiloxan oder Polyetherurethanen konnte eine erhebliche Selektivitätssteigerung festgestellt werden. Bei den Cyclohexapeptiden wurde die Sorption von Ethylacetat, Toluen, n-Oktan und Anisol untersucht. Mit steigender Dielektrizitätskonstante der Analyte konnte eine zunehmende Wechselwirkung mit den Hexapeptidschichten festgestellt werden. Als Methode zur Untersuchung der entsprechenden Sorptionsprozosse wurde neben Spektraler Ellipsometrie und IR-Spektroskopie hauptsächlich die Reflektometrische Interferenzspektroskopie (RIfS) eingesetzt. Teile der vorliegenden Dissertation sind in den folgenden Fachzeitschriften veröffenticht: F. Rathgeb, G. Gauglitz, Optical gas sensors in analytical chemistry: applications & trends & general comments, Encyclopedia of Analytical Chemistry, Instrumentation and Applications, (1999): im Druck D. Leipert, F. Rathgeb, M. Herold, J. Mack, G. Gauglitz, G. Jung, Interaction between volatile organic compounds and cyclopeptides detected with re

The present PhD-thesis shall demonstrate several strategies to achieve the selective enrichment of gaseous analyte molecules in sensitive layers. In the focus of interest were pH-responsive polymers, microporous polymers and cyclohexapeptides. With pH-responsive polymers a selective and sensitive detection of ammonia with a limit of detection of 150 ppb could be demonstrated. The operational stability in comparison to dye-doped sol-gel layers could be enhanced noticeably. The dyeless optical detection avoids obstacles as leaching or photobleaching of an indicator dye. Microporous polymers enable the size selective detection of analyte molecules. E.g. the discrimination of analyte molecules such as R22 and R134a or methanol and 1-pentanol could be demonstrated. In comparison to frequently used enrichment matrices as polydimethysiloxane or polyetherurethane a noticeable increase of selectivity was found. The sorption of ethylacetate, toluene, n-octane, and anisole onto several hexapeptide monolayers was investigated. With increasing permittivity of the analyte molecule an enhanced interaction inbetween the analyte and the hexapeptides was observed. For the investigation of the sorption processe methods as spectroscopic ellipsometry, infrared spectroscopy and primarily reflectometric interference spectroscopy (RIfS) were applied. Parts of the present PhD-thesis are published in the following journals: F. Rathgeb, G. Gauglitz, Optical gas sensors in analytical chemistry: applications & trends & general comments, Encyclopedia of Analytical Chemistry, Instrumentation and Applications, (1999): in press D. Leipert, F. Rathgeb, M. Herold, J. Mack, G. Gauglitz, G. Jung, Interaction between volatile organic compounds and cyclopeptides detected with reflectometric interference spectroscopy, Anal. Chim. Acta, 392 (1999): 213-221 S. Kaspar, F. Rathgeb, D. Nopper, G. Gauglitz, Influence of relative humidity in sensing halogenated hydrocarbons with reflec