1 Überblick über die Sensorik

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382 8.1 Übersicht und Funktionsprinzipien 8.1.1 Erkennung chemischer Stoffe durch Sensoren 383
Tab. 8.1.1-1:
(5) Reaktionen an Kontakten und Substratmaterialien (meist unerwünscht).
Beispiele für physikalische Größen G, die mit (bio-)chemischen Sensoren zur Detektion
chemischer Stoffe erfaßt werden.
die jeweils in charakteristischen Temperaturbereichen optimal ablaufen (vgl. Abschnitt
8.1.3). Typische Untersuchungsverfahren für die Identifikation optimaler Werkstoffe in
Verbindung mit chemischen Sensoren sind in Tab.8.1.1-2 zusammengestellt,
Tab.8.1.1-3 gibt einen Überblick über die gegenwärtig eingesetzten und untersuchten
Werkstoffe (eine ausführliche Behandlung dieser Werkstoffe erfolgt innerhalb dieser
Reihe, wie z.B. in den Bänden "Keramik" und "Polymere").
Tab. 8.1.1-2:
Untersuchungen zur Identifikation geeigneter Werkstoffe für den Einsatz in chemischen
Sensoren. Zur Erläuterung der Abkürzungen siehe Abschnitt 8.1.5.
schung von vielen anderen nachzuweisen. Anstelle von Leitfähigkeitsänderungen können
jedoch auch Änderungen anderer Sensoreigenschaften zum Teilchennachweis herangezogen
werden, die in Tab. 8.1.1-l zusammengestellt sind und die im folgenden näher
diskutiert werden.
Bei der Entwicklung technisch einsetzbarer Sensoren wird vorzugsweise nach Systemen
gesucht, bei denen die gemessenen Größen im thermodynamischen Sinne Zustandsfunktionen
darstellen und damit – unabhängig von der Vorgeschichte des Sensors
– eindeutig sind. Dies wird im folgenden näher ausgeführt. Weiterhin ist von praktischer
Bedeutung, daß die partielle Ableitung der Größen nach der Konzentration nur einer
Teilchensorte möglichst groß ist, so daß in Bezug auf diese Komponente eine hohe Selektivität
des Sensorsignals entsteht. Falls dieses Ziel nicht befriedigend erreicht
werden kann, werden Signale verschiedener Sensoren über Mustererkennung in einer
Multikomponentenanalyse ausgewertet.
Die ausgenutzten Wechselwirkungsprozesse zwischen Teilchen und Sensoren lassen
sich einteilen in
– Physisorption (schwache Bindung, die z.B. durch eine elektrostatische Anziehungskraft
zwischen Multipolen in Atomen und Molekülen entsteht, ein Beispiel
hierfür ist die van-der-Waals-Kraft, s. Band 1, Abschnitt 1.3.5)
– Chemisorption (starke chemische Bindung, wie die kovalente, metallische und
ionische Bindung, s. Band 1, Abschnitt 1.3.2 bis1.3.4)
– Oberflächen-,
– Volumen-,
– Korngrenzen-,
– Grenzflächen- und Dreiphasengrenz-Reaktionen
– Reaktionen mit Käfigverbindungen sowie
– spezifische Reaktionen in Biosensoren,