Probenaufbereitung für Multisensorsysteme

Abstract

Das Ziel dieser Arbeit war die Verbesserung der Identifizierung von Zielanalyten mit Kombinationen verschiedenartiger chemischer Sensoren und die Korrelation von Sensorsignalen mit dem Gehalt an flüchtigen Komponenten und instrumenteller Analytik. Verschiedene Methoden der Optimierung eines Multisensorsystems, oder elektronische Nase, für die Detektion bestimmter Analyte in einer komplexen Matrix wurden für zahlreiche Anwendungsgebiete untersucht. Dabei wurden Spezifität, Selektivität und Sensitivität der Detektionsmethode verbessert. Die elektronische Nase ist ein neuartiges analytisches Instrument, das aus einer Anordnung von verschiedenen chemischen Sensoren, einem Probenaufnahmesystem und einer Mustererkennung besteht. Drei Hauptaufgaben wurden in dieser Arbeit ausgeführt. Erstens, die Erweiterung des Sensorsystems um ein weiteres Transduktionsprinzip; die Integration von amperometrischen Gassensoren mit speziellen und ergänzenden Eigenschaften. Neben der Möglichkeit ein Referenzsignal für Messungen in variierender Luftfeuchtigkeit zu liefern, machen amperometrische Gassensoren eine weitere Klasse von Analyten der Untersuchung mit chemischen Sensoren zugänglich. Zweitens, wurde eine Probenaufbereitungs- und Anreicherungseinheit aufgebaut und integriert: Die differentielle Thermodesorption. Diese wurde erfolgreich getestet und theoretisch fundiert. Die Probenaufnahmetechnik der differentielle Thermodesorption ist gleichzeitig ein Probenanreicherungssystem, das die Senitivität steigert, und ein eine chromatographische Säule, welche die Selektivität verbessert. Die neuartige Technik ermöglicht eine komponentenspezifische quantitative und qualitative Auswertung für die Klassifikation einer Probe. Drittens, wurde die elektronische Nase erfolgreich unter Anwendung der entwickelten Probenaufbereitungstechniken in neuen Applikationsfeldern angewendet, z.B. der Detektion von Bakterien oder der Klassifizierung von Lebensmitteln in wässriger Matrix.

The goal of this work was the improvement of the identification of target constituents in varying or interfering matrices with arrays of chemical sensors and the correlation of sensor signals with volatile compounds and instrumental chemical analysis. Different methods of optimizing a multi-sensor array instrument or electronic nose towards the detection of certain analytes in complex matrices were investigated for several application examples by improving the specificity, selectivity, and sensitivity of the detection method. The electronic nose, short e-nose or EN, is a new type of analytical instrument consisting of an array of chemical sensors, a suitable sampling system, and pattern classifier algorithm. Three main tasks have been achieved in the course of this work: Firstly, the expansion of the sensor system to a further transduction principle; i.e. the integration of amperometric gas sensors with unique and complementary properties. Apart from the possibility of providing a reference signal for measurements in varying humidity, amperometric sensors make a further class of target analytes accessible to investigation with chemical sensor arrays. Secondly, the set-up and integration of a sample conditioning and enrichment unit, i.e. the differential thermodesorption technique, which has been successfully tested, and the theoretical basis of which has been evaluated. The differential thermodesorption sample uptake modification is a chemical enrichment system enhancing sensitivity and at the same time a chromatographic column improving selectivity. The novel technique enables a compound specific quantitative and qualitative evaluation for the classification of a sample. Thirdly, the successful expansion of the modified electronic nose in new fields of applications, e.g. the detection of bacteria or the classification of foodstuff in a water matrix, making use of the developed sampling techniques.