Multisensorsysteme für VOC: Rekalibrierung und Beschichtungstechniken

Abstract

Obwohl es eine große Zahl an Anwendungen gibt, in denen sogenannte „Elektronische Nasen“ eingesetzt werden könnten, ist deren Leistungsfähigkeit den Erwartungen nicht gerecht geworden. Eines der Hauptprobleme besteht sicherlich darin, daß trotz vieler Fallstudien wenig an sogenannten „Real-life“-Anwendungen gearbeitet wurde. Eine Grundvoraussetzung für den erfolgreichen Einsatz von Sensorsystemen ist die Langzeitstabilität der Sensoren. Anfangs durchgeführte Kalibrationen der Systeme und die darauf basierenden Datenbanken sollen über längere Zeiträume genutzt werden könnenIm ersten Teil der Arbeit ging es darum, den Alterungsprozeß von Maiskeimöl mit einem Gassensorsystem zu verfolgen. Parallel dazu wurden GC/MS-Messungen durchgeführt. Die zur Rekalibration eingesetzten Standards den Zusammensetzungen des Dampfraumes der Proben angepaßt werden. Dies bedeutet, daß zur Überwachung eines dynamischen Prozesses, unterschiedliche Standards zum Einsatz kommen müssen. Das zweite Einsatzgebiet beschäftigte sich mit der Korrelation von humansensorischen Geruchsbeurteilungen und den entsprechenden Meßergebnissen eines Sensorsystems. Auch hier diente die GC/MS als komplementäre Analysenmethode. An verschiedenen Standorten wurden Sensorsysteme auf die Erkennung von Verpackungsmaterialien trainiert. Es konnte gezeigt werden, daß man menschliche und technische Geruchsmessungen in quantitativer Form miteinander kombinieren kann. Der zweite Teil dieser Arbeit zielte auf die Entwicklung eines miniaturisierten, portablen Gassensorsystems. Schwerpunkt war die Beschichtung von mikrostrukturierten CMOS-Sensoren mit Polymeren. Ein Ansatz beruht darauf, durch CNC-gefertigte Werkzeuge Polymere zu transportieren. Diese Methode ist durch ihre hohe Ortsgenauigkeit, die große Reproduzierbarkeit der erhaltenen Schichten, sowie die Automatisierbarkeit charakterisiert. Das zweite Verfahren basiert auf Glasmikropipetten, mit deren Hilfe Polymertropfen appliziert werden können.

Although a large number of applications of “electronic noses” exists, these systems could not meet one’s expectations in many cases. A crucial prerequisite for the successful use of sensor systems is the long-term stability of the sensors. Since drift or response fluctuations are unavoidable, appropriate strategies for re-calibration have to be applied. The first part of this work deals with samples originating from the food industry. In one case the ageing process of corn oil was monitored with gas sensor systems and subsequently the age / quality of independent test samples was determined. In parallel, GC/MS measurements were carried out to identify the volatile compounds being relevant for the oil’s flavour. The composition of the standards used for re-calibration had to be adjusted to the varying constitution of the samples measured. Therefore, the monitoring of dynamic processes requires the appliance of different standards. The second kind of investigation comprised the correlation between human sensory evaluations and data derived from gas sensor systems. Again, GC/MS served as a complementary method for the interpretation of the sensor data. Within the studies sensor systems at different locations were trained for the recognition of packaging materials. These calibrations showed that human and technical odour (intensity) measurements can be correlated successfully. The second part of this work reports on the development of a miniaturised, portable gas sensor device. The main task was the coating CMOS-microsensors with polymers. Two coating techniques are presented here. One of them uses CNC machined tools which enable the transportation of smallest amounts of polymers. This method convinces by its high lateral precision, the excellent reproducibility of the layers and the possibility for automation. The second technique uses glass micropipettes through which polymer droplets can be deposited on several sensor structures.