Charakterisierung sensitiver Schichten zur Selektivitätssteigerung optischer Chemosensoren

Abstract

In dieser Dissertation wird mittels Oberflächenplasmonenresonanz (SPR) mit dem Ziel einer möglichst selektiven und sensitiven Detektion die Wechselwirkung verschiedener sensitiver Schichten mit flüchtigen organischen Verbindungen untersucht. Durch das modifizierte Cyclodextrin Octakis(3-O-butanoyl-2,6-di-O-n-pentyl)-cyclodextrin (Lipodex E) gelingt die enantioselektive Detektion der Enantiomere des Inhalationsanästhetikums Isofluran sowie des chiralen Abbauprodukts 1,1,1,3,3-pentafluoro-2-(fluoromethoxy)-3-methoxypropan (Halodiether B) des achiralen Inhalationsanästhetikums Sevofluran. Für das S- Enantiomer von Halodiether B kann mit Lipodex E als sensitiver Schicht ein bis zu neunfach höheres Signal als für das R- Enantiomer erreicht werden. Bei Verwendung eines mikroporösen Polycarbonats als sensitive Schicht wird ein großer Unterschied in den Ansprechzeiten von Methanol, Ethanol und 1-Propanol beobachtet. Durch die Aufnahme mehrerer Messpunkte während der Analytexposition auf die sensitive Schicht und die Auswertung durch neuronale Netze kann eine quantitative Bestimmung dieser Analyte aus einem ternären Gemisch mit einem einzigen Sensor durchgeführt werden. Homogen planar orientierte nematische Flüssigkristalle zeigen eine starke Richtungsabhängigkeit des Brechungsindex. Diese nimmt durch eine Verringerung ihrer Ordnung bei Temperaturerhöhung oder Sorption von Analyt ab. Am Phasenübergang in die flüssige Phase geht die Ordnung und damit die Doppelbrechung schlagartig verloren. SPR-Messungen mit nematischen Flüssigkristallen zeigen daher gegenüber verschiedenen flüchtigen organischen Verbindungen eine hohe Sensitivität. Durch die unterschiedlichen Verteilungskoeffizienten der Analyte in der nematischen Phase und die unterschiedliche durch sie bewirkte Störung zeigen nematische Flüssigkristalle zudem eine Selektivität gegenüber verschiedenen Analytklassen.

In this thesis the interaction of different sensitive layers with volatile organic compounds is investigated by surface plasmon resonance (SPR) with the aim of a selective and sensitive detection. Using the modified cyclodextrin octakis(3-O-butanoyl-2,6-di-O-n-pentyl)-cyclodextrin (Lipodex E) the enantioselective detection of the enantiomers of the inhalation anesthetic isofluran as well as of the chiral degradation product 1,1,1,3,3-pentafluoro-2-(fluoromethoxy)-3-methoxypropan (halodiether B) of the achiral inhalation anesthetic sevofluran can be performed. For the S-enantiomer of halodiether B an up to nine fold higher signal than for the R-enantiomer is measured using Lipodex E as sensitive layer. Using a microporous polycarbonate as sensitive layer a high difference of the response times of methanol, ethanol and 1-propanol can be detected. If several measurement points during the exposition of the sensitive layer to the analyte are evaluated using neuronal networks a quantitative detection of these analytes in ternary mixtures is possible with one single sensor. Homogeneously aligned nematic liquid crystals are highly birefringend. By rising the temperature or sorption of analyte the order of the nematic liquid crystal is disturbed. At the phase transition to the liquid phase the order and therewith the birefringence is completely lost. Therefore SPR-measurements with nematic liquid crystals show a high sensitivity towards various volatile organic compounds. Due to different partition coefficients of analytes in the nematic phase and the different disturbance of the order caused by them, nematic liquid crystals also show a selectivity towards different groups of analytes.