Dornbusch, Kay: Einsatz von miniaturisierten Spektralsensoren für die Prozessanalytik von Flüssigphasenreaktionen in Mikrokanälen

Abstract in Deutsch:

Das in dieser Arbeit entwickelte neuartige optische System ist in der Lage, mit kosteneffizienten niederperformanten optischen Sensoren Intensitätsänderungen an sechs verschiedenen Stützstellen im sichtbaren Spektralbereich zu erfassen und für mikrofluidische Anwendungen auszuwerten. Durch den Einsatz von miniaturisierten Multispektralsensoren und verschiedenen Leuchtdioden als Lichtquelle ist es gelungen, die simultane Aufnahme der Absorptions- und Emissionsspektren von flüssigen Proben in Echtzeit durchzuführen. Damit ist es möglich die Kinetik verschiedener chemischer Reaktionen zu analysieren und deren Geschwindigkeitskonstante mit Hilfe unterschiedlicher Methoden, stopped- und accelerated-flow, zu bestimmen. Weiterhin können vielfältige, in der instrumentellen Analytik wichtige, Nachweisreaktionen schnell und mit einem geringen Probenvolumen im Mikroreaktor, d.h. kostengünstig und umweltschonend durchgeführt werden.Um die dazu benötigten optischen Systeme für die Absorptions- und Emissionsspektroskopie mit ihren Bauteilen zu charakterisieren, werden die verschiedenen Ansätze in eine Raytracing-Software überführt und analysiert. Die geometrisch-optische Berechnung gestattet dabei eine genaue Untersuchung des Systems und ermöglicht bereits in einem frühen Entwurfsstadium Aussagen über wesentliche Parameter. Für die Applikation des Systems werden einige typische Nachweisreaktionen aus den Life Sciences wie der Nachweis von Phosphationen im Trinkwasser oder die enzymatischen Nachweise von Zucker und Alkoholen getestet. Die Bestimmung der Geschwindigkeitskonstante wird für den Glucosenachweis mit Kaliumpermanganat und die Entfärbung von Kristallviolett durchgeführt.